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ESD-Schutz

Gegenstände und Personen können sich elektrostatisch aufladen – auf sehr hohe Spannungen, die empfindliche Bauteile oder Geräte beschädigen können. Aus diesem Grund haben wir durchgängig ESD-sichere Möbelsysteme für Arbeitsplätze entwickelt, die das Entstehen elektrischer Aufladungen verhindern bzw. aufgebaute Ladungen kontrolliert ableiten.

Problemstellung

Die fortschreitende Miniaturisierung der Strukturen von Halbleiterkomponenten machen solche modernen elektronischen Bauelemente und Baugruppen immer empfindlicher gegen Überspannungen (Gefährdungsspannungen). Dabei liegen Gefährdungsspannungen, wie sie durch die schlagartige Ableitung von statischer Elektrizität entstehen, weit über der Verträglichkeitsgrenze von Halbleitern, aber auch oft über der von Hybridschaltungen, von passiven Bauelementen wie Chipwiderständen und -kondensatoren oder von piezoelektrischen Kristallen. Über 75% aller heute eingesetzten Bauelemente unterliegen dieser Gefährdung.

Vergrößerung SpeicherchipAbbildung rechts: Speicherchip, der durch Impulsstrom (Unterbrechung von Leiterbahnen) oder hohe Impulsspannung (Durchschlagen von Oxidschichten) beschädigt wurde (400-fache Vergrößerung)

Statische Elektrizität entsteht durch Reibung unterschiedlicher Stoffe aneinander und die darauf folgende Ladungstrennung, oder infolge von Influenz in elektrischen Feldern. Die wichtigsten Quellen sind:

  • Personen und ihre Kleidung
  • Arbeitsplatzeinrichtungen, einschließlich Fußböden
  • Verpackungsmaterialien, Transportsysteme, Werkzeuge

Gegenstände und Personen können sich unter bestimmten Voraussetzungen auf sehr hohe Spannungswerte aufladen. Testmessungen an Personen haben Werte bis 10.000 Volt und mehr ergeben. Fühlbar wird für einen Menschen eine Entladung ab etwa 2000 V – eine Spanung, die für viele Bauteile schon deutlich über der ”Schmerzgrenze” liegt. Die durch solche Entladungen an EGB entstehenden Schäden reichen dabei vom Totalausfall über Teilschädigung bis zu Schäden, die erst bei späterem Betrieb des Bauelements oder der Baugruppe auftreten und vorher nicht erkannt wurden. Gerade solche Schäden führen zu hohen Folgekosten für Rückholung, Garantiereparatur, Service etc.

Definitionen/Normen

Wir verwenden folgende Kurzbezeichnungen bei der Beschreibung von Schutzmaßnahmen und Kennzeichnung spezieller Artikel:

  • ESD (Elektro Static Discharge): gebräuchliche und genormte Abkürzung für alle Bezeichnungen, die elektrostatische Entladungen betreffen, wie ESD-Schutz, ESD-Gefährdung, ESD-Arbeitsplatz etc.
  • EGB (Elektrostatisch Gefährdete Bauelemente): Bauelemente, die durch Gefährdungsspannungen elektronischer Art beschädigt werden oder ausfallen können
  • SC (Static Control): diese hausinterne Bezeichnung kennzeichnet Artikel bzw. Artikelnummern, die dem ESD-Schutz dienen und/oder in leitfähiger und damit ESD-sicherer Form konstruiert sind
  • DIN EN 100 015 „Schutz von elektrostatisch gefährdeten Bauelementen“: seit 1993 die gültige Europa-Norm, auf die sich die Ableitsysteme und Schutzmaßnahmen in unserem Programm stützen

Gestaltung von ESD-Arbeitsplätzen

Ziel unseres ESD-Programms ist, das Entstehen elektrostatischer Aufladungen zu verhindern bzw. aufgebaute Ladungen definiert, also ohne Gefahr für EGB, abzuleiten. Dabei gilt: Jede Kette ist so stark wie ihr schwächstes Glied. Sollen ESD-Schutzmaßnahmen erfolgreich sein, müssen sie in allen Bereichen, in denen mit EGB gearbeitet wird, ergriffen werden.Der Vergleich mit einer Kette gilt in zweierlei Hinsicht. Der ESD-Schutz muss vom Wareneingang bis zum Versand lückenlos sein, ebenso wie die Glieder am einzelnen Arbeitsplatz, vom Bodenbelag über den Stuhl bis zu den Arbeits- und Ablageflächen.

Der Mensch muss in alle Schutzmaßnahmen eingebunden sein. Neben der geeigneten Kleidung geschieht dies am Arbeitsplatz durch die Erdung über ein Handgelenkband. Über den Schutz der EGB gilt hier aber: Der Personenschutz geht vor! Bei allen Maßnahmen zum ESD-Schutz ist die Arbeitssicherheit zu gewährleisten, insbesondere muss DIN VDE 0104 eingehalten werden.

  • Komponenten eines gegen elektrostatische Entladungen geschützten ESD-Arbeitsplatzes
  • Die Tischplatte basiert auf einer volumenleitfähigen Feinspanplatte, belegt mit leitfähigem Schichtstoff; dieser ist außerdem hitzebeständig, hoch kratzfest, beständig gegenüber vielen Chemikalien und leicht strukturiert, um Spiegelungen und Blendungen zu vermeiden
  • Jeder ESD-Tisch ist mit einem Warnschild gezeichnet. Wir liefern auch ESD-Tischplatten nach Ihren Maßvorgaben zur Nachrüstung vorhandener Tische.
  • Erdungskontaktpunkte (Druckknopf DK 10) zur Erdung des gesamten Arbeitsplatzes mittels Verbindungsleitung auf einen Erdungsbaustein und zur Verknüpfung mit weiteren Arbeitsplätzen
  • ESD-Zubehör zum durchgängigen Ableiten elektrischer Spannungen am Arbeitsplatz: Erdungsbaustein, Armband und Verbindungsleitungen

Das schematische Beispiel zeigt, wie ein perfekter ESD-Arbeitplatz aufgebaut ist:

  1. Über einen Erdungsbaustein (3 Anschlüsse, 1 MΩ Widerstand) wird der Arbeitsplatz bzw. die Arbeitsplatzgruppe mit dem Netz-Schutzleiter verbunden und dadurch sicher geerdet
  2. Verbindungsleitung vom Erdungsbaustein zum Erdungskontaktpunkt am Tischgestell. Die Anschlüsse sind als Druckknöpfe ausgeführt; Laborbuchsen sind wegen der Verwechslungsgefahr mit Steckverbindungen von Stromversorgungen nicht zulässig.
  3. Verbindungsleitung zum nächsten Arbeitsplatz. Arbeitsplatzgruppen werden über Verbindungsleitungen auf dasselbe Potential gebracht.
  4. Handgelenkband zur Erdung von Personen, verbunden über
  5. Spiralkabel mit integriertem Sicherheitswiderstand 1 MΩ auf Erdungskontaktpunkt am Tischgestell. Jeder ESD-Tisch hat Erdungskontaktpunkte links und rechts am Tischgestell.
  6. Tischplatte: volumenleitfähige Feinspanplatte mit leitfähigem Schichtstoff belegt
  7. Ablagefläche am Tischaufbau aus volumenleitfähiger Spanplatte mit leitfähiger Beschichtung
  8. Schubkasten im Unterschrank aus volumenleitfähigem Kunststoff, über Erdungssystem (doppelt ausgelegt) im Unterschrank auf das Tischgestell geerdet
  9. Ablageebene: der Deckel des Rollcontainers ist ebenfalls volumenleitfähig ausgebildet, die Erdung (doppelt ausgelegt) erfolgt über
  10. hinteres Rollenpaar auf den leitfähigen Boden
  11. Leitfähiger Boden oder leitfähige Bodenmatte im Arbeitsplatzbereich. Der Boden sollte allerdings, nur wo unvermeidbar, zur Erdung von Komponenten dienen, z. B. beim Rollcontainer
  12. Zum ESD-Arbeitsplatz gehört auch ein ESD-Stuhl (ohne Abbildung)
Weitere Informationen
Prospekt Static Control PDF-Datei

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