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.

Die Menge der erzeugten statischen Elektrizität hängt von der Kontaktfläche, den Materialeigenschaften, der Kontakt- und Trennungsgeschwindigkeit, dem Feuchtigkeitsgehalt der Umgebung und anderen Faktoren ab. In Umgebungen mit einer hohen relativen Luftfeuchtigkeit wird weniger statische Elektrizität erzeugt.

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

Der Schaden, der durch einen ESD-Vorfall entsteht, hängt davon ab, ob das Gerät die elektrische Ladung ableiten oder dem Spannungsniveau standhalten kann. Der Pegel, bei dem ein elektronisches Gerät ausfällt, wird als seine ESD-Empfindlichkeit bezeichnet.

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-Schutz beim Umgang mit elektronischen Bauteilen und Geräten beginnt mit geeigneten ESD-geschützten Bereichen. Ein ESD-Schutzbereich (EPA) ist ein ausgewiesener Bereich, in dem alle Elemente, einschließlich Oberflächen, Werkzeuge, Personen und empfindliche Geräte, vor statischer Elektrizität geschützt sind. Alle Elemente sind geerdet und werden in diesem Bereich auf demselben elektrischen Potenzial gehalten. Dies alles trägt dazu bei, die Ansammlung von Ladungen zu verhindern und damit die Wahrscheinlichkeit von ESD-Entladungen zu verringern.

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Die ANSI (American National Standards Institute) und IEC (International Electrotechnical Commission) haben internationale EPA-Normen festgelegt.

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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Die Luftfeuchtigkeit im Lager muss während der Lagerung kontrolliert werden, und die Mitarbeiter müssen bei der Handhabung und Verpackung von ESD-empfindlichen Produkten Armbänder tragen. Besuchen Sie unsere Produktverwendungsrichtlinien, um mehr über die richtige Verwendung und Handhabung elektronischer Displays zu erfahren.

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.