Elektrostatische Entladungen sind Teil unseres Alltags, zum Beispiel beim Gang über einen Teppichboden und dem anschließenden Berühren eines Gegenstandes. Was für die menschliche Gesundheit ungefährlich ist, kann bei elektronischen Bauteilen erheblichen Schaden hervorrufen – und wird dennoch häufig unterschätzt.
Wir erklären, warum für Unternehmen, die empfindliche Bauteile handhaben, ein ESD-Schutz unverzichtbar ist und wie Schutzmaßnahmen umgesetzt werden können.
ESD – was ist das?
ESD steht für „electrostatic discharge“, also elektrostatische Entladung, und tritt auf, wenn zwischen zwei Gegenständen mit unterschiedlichem Ladungspotenzial schlagartig ein Ladungsausgleich passiert. Jedes Material kann elektrostatisch aufgeladen sein. Denn jeder Gegenstand verfügt über positive und negative Ladungen, die im Normalzustand ausgeglichen sind. Werden Elektronen entzogen, entsteht ein Ungleichgewicht. Nähert sich dann ein Körper mit anderem Ladungspotenzial, wird dieser Unterschied durch rapide Entladung kompensiert – umgangssprachlich: ein Stromschlag.
Warum sind ESD für Bauteile so gefährlich?
Während diese elektrostatischen Entladungen für Menschen unbedenklich sind, kann schon der kleinste Ladungsaustausch dafür sorgen, dass elektronische Komponenten unbrauchbar werden. Da Bauteile immer kleiner werden, steigt ihre ESD-Empfindlichkeit beständig an. Auch für den Einbau von Schutzladungen bleibt weniger Platz.
Dabei merkt ein Mitarbeiter nicht, wenn er elektrostatisch aufgeladen ist. Auch, wenn eine Entladung bereits ein Bauteil beschädigt hat, ist das mit bloßem Auge nicht zu erkennen. Im besten Fall wird der Fehler in der Qualitätskontrolle gefunden und die Komponente aussortiert. Häufiger sind jedoch latente Fehler, also Störungen, die erst eine Weile nach Verbau des Bauteils auftreten. Das defekte Teil aufzuspüren und den Fehler zu beheben, ist dann enorm kosten- und zeitintensiv und kann den Ruf eines Herstellers oder Zulieferers erheblich und langfristig schädigen.
Daher ist ESD-Schutz absolut unverzichtbar und sinnvoll, weil die Vorsorge in jedem Fall kostengünstiger ist als das spätere „Nachbessern“.
Wie beugt man ESD vor?
Wenn es darum geht, Schäden an Bauteilen durch elektrostatische Entladungen zu verhindern, liegt der Schlüssel darin, die Ladungen langsam abzuleiten. Das Problem ist der schlagartige Ladungsausgleich, nicht die Stärke des Stroms. Dabei helfen Personen- und Arbeitsschutz, die wir im Folgenden vorstellen.Um empfindliche Bauteile zu schützen, sollte im gesamten Prozess auf ESD-Sicherheit geachtet werden – also zum Beispiel auch bei Versand oder Lagerung, wenn kein Mensch anwesend ist. Darüber hinaus müssen Mitarbeiter über die Gefahren von ESD unterrichtet und im Umgang mit sensiblen Komponenten geschult werden, um die Maßnahmen wirksam umzusetzen.
Die ESD-Schutzregelungen werden in der Norm DIN EN 61340-5-1:2008; Teil 5-1. beschrieben.
Personenschutzmaßnahmen
Am wichtigsten beim ESD-Schutz ist die Personenerdung, denn der Mensch ist der gefährlichste Überträger von elektrischen Ladungen durch Haut, Haare oder Kleidung (v.a. synthetische). Mitarbeiter, die mit ESD-empfindlichen Bauteilen hantieren, sollten Schutzkleidung wie Schuhe und einen ESD-gerechten Mantel tragen. Außerdem ist ein Erdungsarmband unerlässlich, das eng am Handgelenk getragen werden muss und Ladungen langsam abführt. So werden Bauteile wirksam durch eine Ladungsübertragung durch den Menschen geschützt.
ESD-Schutzzonen
Als weitere Maßnahme sollten ESD-Schutzzonen eingerichtet werden, die durch entsprechende Schilder zu kennzeichnen sind und eine Plakette mit dem letzten Prüfdatum enthalten sollten. Denn die ESD-Zone ist regelmäßig zu warten. Auch beim Putzen ist auf spezielle Putzmittel zu achten, die keinen isolierenden Film hinterlassen.In so einem ESD-sicheren Bereich können empfindliche Komponenten dann gefahrlos gelagert, gehandhabt und verbaut werden – und nur dort. Die Zone darf nur von geschultem Personal und Besuchern, die entsprechend eingewiesen worden sind, betreten werden.
Grundsätzlich müssen dabei alle Gegenstände und Oberflächen, mit denen Mensch oder Bauteil in Berührung kommen, ESD-sicher sein. Dazu gehört in erster Linie entsprechender Bodenbelag. Dieser besteht oft aus mehreren Schichten und leitet entstehende Ladungen durch Kupferbänder ab. Auch Tisch, Werkbänke, Stühle und Tischauflagen müssen auf ESD-Sicherheit geprüft werden.
Zum sicheren Einsatz in ESD-Schutzzonen bieten einige Hersteller auch entsprechendes Werkzeug wie Schraubstöcke, Schraubendreher oder Werkzeughalter an. Diese sind mit ableitenden Griffen ausgestattet. Dadurch sind sie aber keinesfalls für den Einsatz an offenen Spannungen geeignet und sollten nur in der ESD-Schutzzone eingesetzt werden.
Mobiler ESD-sicherer Arbeitsplatz
Kann keine spezielle ESD-Zone dauerhaft eingerichtet werden, bietet sich ein mobiler Arbeitsplatz an. Dieser bedarf in jedem Fall einer Arbeitsplatzauflage, einer Bodenmatte, einem Armband zur Personenerdung und einem Erdungskabel mit Erdungsstecker. Ist keine Steckdose in der Nähe, kann die Ladung mit einer Krokodilklemme auf eine geerdete metallische Oberfläche abgeleitet werden.Besser vorsorgen als nachsorgen
ESD-Schutzmaßnahmen in einem Betrieb zu etablieren, kann aufwendig sein und zusätzliche Kosten verursachen. In jedem Fall lohnt sich aber die Investition – denn Unternehmen können sich sicher sein, dass sie so das Risiko für unerwarteten Ersatzansprüche und/oder eine Rufschädigung durch ESD-geschädigte Bauteile gering halten.
