1-2017

Produktionsausstattung
Barrierefreier ESD-Schutz in neuen Dimensionen
Dieser Beitrag geht auf elektrostatische Aufladungen in der Produktion ein und beschreibt eine automatische
3D-Neutralisierung elektrostatischer Aufladungen bei gleichzeitigem Absaugen von Gerüchen und Dämpfen.
Elektrostatische Entladung in der Natur
Autor
Günter Akermann
Leiter Entwicklung
Sonderanlagen,
IVH Industrievertrieb Henning
Jedes Material enthält positive
und negative elektrische Ladungen,
die sich normalerweise ausgleichen,
wodurch das Material elektrisch neutral
ist. Bei intensivem Kontakt und
anschließender Trennung oder bei
Reibung werden Teile der negativen
Ladungen aus einem Reibpartner
„herausgerissen“ und vom anderen
aufgenommen. Durch dieses
Ungleichgewicht entstehen elektrostatische
Aufladungen. Einer der
Reibpartner ist positiv, der andere
negativ geladen.
Typische Ursachen elektrostatischer
Ladung bei Bearbeitungsprozessen
sind:
• Abziehen von Etiketten vom Trägermaterial
• Abrollen von Klebebändern
• Mischen von Klebern
• Dispensen von Klebern aus Kartuschen
• Abblasen von Baugruppen mit
Druckluft
• Reibungen auf der Baugruppe
• Reibung verschiedener Materialien
aufeinander (auch beim
Umfüllen von Schüttgütern und
Flüssigkeiten)
• Schneiden oder Zerspanen von
Nichtleitern
• Aufladungen durch Einwirkung
von intensiven Gleichspannungsfelder
auf isolierte Leiter
In der Elektronikfertigung können
statische Entladungen oder
Ausgleichsströme unbemerkt Bauteile
und Komponenten beschädigen
oder gar zerstören – bereits bei
Aufladungen ab 100 V. Besonders
empfindliche Bauteile können auch
durch hohe Feldstärken oder Feldstärkeänderungen
bei Entladung statischer
Elektrizität in ihren Funktionalitäten
beeinflusst und damit zum
Teil unbrauchbar werden.
Statische Ladung zieht aber
ebenso Partikel (z.B. Staub) an. Dies
kann – etwa bei Lackieranlagen –
erwünscht sein, um die Farbpartikel
an die zu lackierenden Teile zu binden,
ist aber bei den meisten Anwendungen
von erheblichem Nachteil.
Wird nun zum Beispiel eine
elektrostatisch aufgeladene elektronische
Baugruppe mit einem
Erdungsleiter in Verbindung
gebracht, so erfolgt eine harte elektrostatische
Entladung (engl. Electrostatic
Discharge, ESD). Dies ist
ein durch die große Potentialdifferenz
entstehender Funke oder
Durchschlag, der an einem elektrischen
Gerät einen kurzen, aber
hohen Strom- und Energieimpuls
bewirkt. Dieser kann unter ungünstigen
Umständen im Gerät Schaden
anrichten oder Gas entzünden.
Diese Entladungen sollen bei
den Standard-ESD-Arbeitsplätzen
hochohmige Materialien möglichst
„sanft“ ableiten. Aber dennoch
fließt ein Strom, der hochempfindliche
Bauteile gefährden kann. Insbesondere
bei integrierten Schaltkreisen
auf Halbleiterbasis ist ESD
eine der häufigsten Ausfallursachen.
Besonders empfindlich sind Schaltungen
aus der Hochfrequenztechnik,
Diodenlaser (GaAs-Halbleiter)
sowie Feldeffekttransistoren und
Leuchtdioden, die oft nur Sperrspannungen
von 5 bis 30 V vertragen.
Doch auch durch die Handhabung
und Bearbeitung entstehende elektrische
Felder können negativen Einfluss
auf Bauteile haben, wenn die
Spannungsfestigkeit hochohmiger
Anschlüsse im Eingangsbereich
überschritten wird. Es kommt durch
innere Spannungsüberschläge oder
Spannungsdurchschläge zu Zerstörungen
oder einer Vorschädigung,
was zum sofortigen oder späteren
Ausfall führt.
Wenn herkömmlicher ESD-Schutz
an seine Grenzen stößt
Sollten sich elektrostatisch aufladbare
oder aufgeladene Komponenten
zusätzlich in nicht leitfähigen
Gehäusen befinden, ist die
normale ESD-Arbeitsplatte nicht
mehr funktionsfähig, da bestehende
oder erzeugte Ladungen nicht mehr
abgeführt werden können.
Hier kommen nun Ionisierungseinheiten,
zum Beispiel Ionisierungsgebläse,
zum Einsatz. Darin
werden mittels Hochvolttechnik
positive und negative Ionen erzeugt
und diese mittels Luftströmung
über die Komponenten geleitet,
wodurch sich vorhandene elektrostatische
Ladungen neutralisieren.
Da in diesem Fall kein elektrischer
Elektrostatische Ladung entsteht bei der Bearbeitung von Oberflächen
60 1/2017