Haben Sie schon einmal einen unbeabsichtigten Stromschlag erlebt, wenn Sie einen Türknauf berührt haben? Dieses Phänomen, ESD oder elektrostatische Entladung genannt, ist ein schwerwiegendes Problem in der Fertigungs- und Industrieindustrie.

In diesem Artikel werden das Wesen von ESD, ihre Ursachen und die Möglichkeiten zur Vermeidung von ESD durch antistatische Schutzmaßnahmen erläutert. Die Kontrolle von ESD beginnt mit dem Verständnis von statischer Elektrizität und deren Entstehung.

Statische Elektrizität

Statische Elektrizität ist eine elektrische Ladung, die auf der Oberfläche eines Gegenstands verbleibt und durch Induktion oder Reibung (Kontakt und Trennung) zweier Materialien entsteht, ein Phänomen, das als triboelektrische Aufladung bekannt ist.

Obwohl die triboelektrische Aufladung (Reibung) die häufigste Art der Entstehung elektrostatischer Ladung ist, gibt es noch andere Möglichkeiten, wie z. B. Induktion, Ionenbeschuss oder Kontakt mit einem anderen geladenen Gegenstand.

The amount of static electricity produced depends on the area of contact, material properties, contact and separation speed, humidity levels of the surrounding areas, and other factors. Environments where the relative humidity is high create less static electricity.

Was ist elektrostatische Entladung (ESD)?

ESD ist ein vorübergehender Fluss statischer Elektrizität zwischen zwei leitenden Objekten, der durch Kontakt oder Annäherung verursacht wird. Der Ladungsfluss wird durch den uns allen bekannten Funken oder die ESD-Entladung deutlich.

Ständig finden mehrere ESD-Ereignisse statt, die wir nicht sehen oder spüren können. An einem durchschnittlichen Tag werden in unserem Körper zwischen 1000 V und 3000 V akkumuliert. Während der Mensch erst bei 2000 V ESD spürt, können elektronische Bauteile schon bei 10 bis 30 V Schaden nehmen.

ESD ist ein echtes Problem in vielen Branchen und industriellen Prozessen, wie z. B. in der Elektronik-, Sprengstoff-, Pharma-, Druck-, Textil-, Kunststoff- und Energiewirtschaft und vielen mehr.

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Wodurch wird ESD verursacht?

ESD wird durch den Kontakt oder die unmittelbare Nähe zweier statisch aufgeladener Objekte verursacht. Damit es zu einer elektrostatischen Entladung kommt, muss sich zunächst statische Elektrizität ansammeln, die meist durch Reibung zwischen zwei Materialien (Triboaufladung) verursacht wird.

Beispiele für ESD-Ereignisse sind die Erschütterungen, die wir beim Berühren eines Türknaufs, beim Händeschütteln, beim Entfernen von PVC-Klebeband, beim Wechseln der Kleidung, beim Kämmen der Haare oder beim Berühren von Förderbändern im Supermarkt erhalten.

ESD-Schäden

ESD-Schäden können entstehen, wenn elektronische Geräte in unkontrollierten Umgebungen gehandhabt werden oder wenn unzureichende ESD-Kontrollmethoden eingesetzt werden.

ESD-Schäden können als katastrophale oder latente Schäden klassifiziert werden. Ein katastrophales Versagen bezieht sich auf dauerhafte Geräteschäden, die manchmal leicht zu erkennen sind, z. B. Funkenbildung, Schmelzen oder Rauchen. Der Schaden tritt unmittelbar durch die Entladung ein. Latente Schäden treten auf, wenn ein Gerät weiterhin funktioniert, aber seine Lebensdauer drastisch verkürzt ist. Die ESD-Entladung hat das Gerät geschwächt und seine Lebensdauer entsprechend verkürzt.

Beispiele für ESD-Schäden

• Metallschmelze
• Aufschlüsselung der Knotenpunkte
• Oxidausfall
• Aufgebrochene Passivierung
• Elektrothermische Migration
• Gespritztes Aluminium
• Kontakt Spiking
• Dielektrisches Versagen

Damage from an ESD incident depends on whether the device can dissipate the electrical charge or withstand the voltage level involved. The level at which an electronic device fails is called its ESD sensitivity.

Es ist wichtig, während des gesamten Lebenszyklus eines Produkts angemessene ESD-Kontrollmaßnahmen zu ergreifen, einschließlich Herstellung, Prüfung, Qualitätskontrolle, Verpackung, Lagerung, Versand und Handhabung.

Schutz vor ESD

ESD protection when handling electronic components and devices starts with proper ESD-protected areas. An ESD Protected Area (EPA) is a designated area where all elements, including surfaces, tools, people, and sensitive devices, are protected against static electricity. All elements are grounded and kept at the same electrical potential within this area. This all helps to prevent the build-up of charge thereby reducing the likelihood of ESD discharges.

Siehe: Wie man ein elektronisches Display reinigt

The  ANSI (American National Standards Institute) and IEC (International Electrotechnical Commission) have defined EPA international standards.

Wie kann man sich vor ESD schützen?

Unabhängig davon, ob Sie mit einem LCD arbeiten, eine Leiterplatte löten oder in einer ESD-empfindlichen Produktionsumgebung tätig sind, gibt es zwei wichtige Faktoren, die Sie zum Schutz vor ESD beachten sollten:

• Minimierung der statischen Aufladung
• Leiten Sie sie mit geeigneten ESD-Verfahren, Geräten und Werkzeugen ab.

ESD-Schutz bei Fertigung und Montage

Elektronikhersteller müssen die entsprechenden ESD- und EPA-Normen einhalten, um die Sicherheit der Mitarbeiter und die Produktqualität während des gesamten Herstellungs-, Montage-, Lager- und Versandprozesses zu gewährleisten.

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Der ESD-Schutz in Fertigungs- und Industrieumgebungen folgt den EPA-Normen. Das Hauptkonzept einer EPA besteht darin, den Aufbau statischer Elektrizität zu minimieren und abzuleiten, indem:

• Festlegung von WPA-Grenzen (Schilder, Etiketten und physische Barrieren)
• Bereitstellung von wirksamer ESD-Ausrüstung - Armbänder, Matten, Handschuhe usw.
• Bereitstellung statisch ableitender Erdungsmethoden
• Vermeidung von stark aufladenden Materialien in der Nähe der EPA
• Installation von statisch ableitenden Arbeitsflächen
• Kontrolle des Feuchtigkeitsgehalts
• Schulung des Personals der EPA

ESD-Ausrüstung und Werkzeuge zum Schutz vor ESD

• ESD-sicheres Verpackungsmaterial
• Antistatikmatten für den Arbeitsbereich
• Fußmatten
• Handgelenkbänder
• Schilder und Etiketten
• Fußabtreter (Schuhe)
• ESD-sichere Handschuhe
• ESD-sichere Kittel
• Produkt Tablette Matten
• Antistatik-Schutz für den Wagen
• ESD-Band (Produktverpackung)
• Gangmarkierungsband (Definition EPA)
• Bindemittel und Schutzhüllen
• Überkopf-Ionisatoren
• Abschirmungsschaum und -beutel

ESD-Schutz bei Versand und Lagerung

ESD-empfindliche Geräte und Komponenten müssen während des Versands, der Handhabung und der Lagerung geschützt werden. Während des Versands kann sich aufgrund von Produktbewegungen und Reibung statische Elektrizität ansammeln. Elektromagnetische Abschirmung, antistatische Beutel, Schaumstoffe, Luftpolsterfolie und Kisten und Verpackungen geeigneter Größe sind für den Schutz von Geräten und Komponenten während des Transports unerlässlich.

ESD-Schutz bei der Produkthandhabung

Befolgen Sie bei der Arbeit mit elektronischen Bauteilen stets ESD-sichere Handhabungsmethoden. Achten Sie darauf, dass der menschliche Körper und die elektrischen Geräte während der Arbeit geerdet sind. Verwenden Sie vorzugsweise eine leitfähige Matte auf dem Tisch und tragen Sie Kleidung, die aus leitfähigen Fasern hergestellt wurde (eine typische Laborjacke enthält solche Fasern). Synthetische Fasern sind nicht zu empfehlen. Um die Entstehung statischer Elektrizität zu verringern, sollten Sie darauf achten, dass die Luft in der Arbeitsumgebung nicht zu trocken ist (50-60 % relative Luftfeuchtigkeit empfohlen).

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Warehouse humidity levels must be controlled during storage, and employees must wear wristbands when handling and packing ESD-sensitive products. Visit our product usage guidelines to learn more about proper electronic display usage and handling.

Schlussfolgerung

Ein erfolgreicher ESD-Kontrollplan erfordert ein effektives und effizientes Schulungsprogramm, in dem alle Beteiligten die wesentlichen ESD-Konzepte, -Verfahren und -Maßnahmen kennen, die bei der Arbeit mit ESD-empfindlichen Geräten zu ergreifen sind.