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Ratgeber
Mit Massnahmen zum ESD-Schutz werden abrupte elektrostatische Entladungen in Form von Spannungsdurchschlägen vermieden. Das ist essentiell, um Schäden an elektrischen Bauteilen wie Kondensatoren zu verhindern. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, eine ESD-Schutzzone zum Schutz der Elektronik vor Entladungen aufzubauen.
Der Begriff „ESD“ leitet sich vom englischen Begriff „electrostatic discharge“ ab, auf Deutsch „elektrostatische Entladung“. Das sind Spannungsdurchschläge, die bei zu hoher Spannungs- beziehungsweise Potenzialdifferenz zwischen zwei Körpern entstehen.
Die Spannungsdifferenz entsteht, wenn ein Gegenstand aufgeladen wird. Dies geschieht häufig über Reibungselektrizität. Reiben zwei Körper aneinander und werden danach getrennt, so laden sie sich elektrostatisch auf. Dieser Effekt tritt fast überall auf. Zum Beispiel entsteht er beim Laufen über einen Teppich. Die elektrostatische Entladung findet als "Schlag" statt, wenn daraufhin ein geerdeter Körper wie eine Türklinke berührt wird.
Diese Form von Entladung geschieht regelmässig, für Menschen ist sie ungefährlich. Die Potenzialdifferenzen sind meist so klein, dass sie nicht wahrgenommen werden.
Allerdings bergen auch geringe Entladungen Gefahr für elektrische Bauteile. Besonders filigrane, mikroelektrische Bauteile sind dabei sehr empfindlich. Während Menschen erst Spannungen ab etwa 1.000 Volt wahrnehmen, reichen bei kleinen Bauteilen wie Kondensatoren schon Spannungen ab 50 Volt aus, um sie dauerhaft zu zerstören. Bei hoher Spannungsdifferenz muss der Ausgleich nicht per Berührung stattfinden, sondern kann auch über einen geringen Abstand wie ein Blitz überspringen.
Um diese Bauteile vor Beschädigung durch elektrostatische Entladungen zu schützen, lohnt sich die Investition in Massnahmen zum ESD-Schutz. Schützende Bauteile werden aus antistatischen Materialien gefertigt, die einen Widerstand von etwa 100 Kiloohm bis 100 Megaohm besitzen. Über diese fliessen entstehende Potenzialdifferenzen kontrolliert ab. Der Widerstand verhindert dabei, dass gefährlich hohe Ströme auf einmal abfliessen.
Ziel dabei ist es, hohe Potenzialdifferenzen zu vermeiden, da diese zu ESD-Schäden an Komponenten führen. Ein effektiver Schutz muss laut Gesetz diese Berührungsspannung möglichst unter 100 Volt halten muss.
Um einen umfassenden Schutz zu gewährleisten, muss eine elektrostatische Schutzzone um den Arbeitsplatz eingerichtet werden. Dabei muss sowohl die Person als auch der Arbeitsplatz an sich vorbereitet werden. Auch die elektrischen Komponenten selbst müssen sicher aufbewahrt werden.
Zum Schutz vor elektrostatischer Aufladung bei der Arbeit stehen Ihnen mehrere Optionen für Personen und Umgebung zur Verfügung.
Die klassische und effektivste Methode zur Erdung von Personen ist der Schutz per ESD-Armband. Dabei handelt sich um ein Bändchen, das mittels Kabel und Krokodilklemme an einen beliebigen geerdeten Punkt am Arbeitsplatz geklemmt wird. Dieses gleicht die Potenzialdifferenz kontrolliert aus.
Auch passende ESD-Kleidung hilft. Sogenannte ESD-Schuhe verhindern, dass der Mensch durch die Schuhsohle vom Boden isoliert wird und sorgen so für die Ableitung von entstehenden Aufladungen über den Boden zur Erde.
Alternativ lässt sich auf ESD-Fusserdung zurückgreifen. Hierbei handelt es sich um Bänder, die um einen gewöhnlichen Schuh herumgelegt werden und diesen somit nachträglich leitend machen. Diese sind sowohl als Einweg-Schutzband als auch zur mehrmaligen Verwendung verfügbar.
ESD-Handschuhe helfen in ähnlicher Weise, indem sie aufgebaute Ladungen bei Kontakt der Hand mit einer geerdeten Oberfläche kontrolliert ableiten. Sie sind somit eine Alternative zum ESD-Armband.
Für vollständigen Schutz sollte auch der Arbeitsplatz mit Schutzmassnahmen ausgestattet werden. Um den Aufbau elektrostatischer Aufladungen zwischen Bauteil und Tisch zu vermeiden, lohnt sich der Einsatz von ESD-Matten. Diese werden ähnlich wie ESD-Armbänder an eine beliebige Masse angeschlossen und leiten über ihren Durchgangswiderstand kontrolliert ab. Sie sind auch als Fussmatten für den Boden erhältlich, um das Ableiten über die Fusserdung zu gewährleisten. So richten Sie einen ESD-Arbeitsplatz ein.
Um die Bauteile korrekt aufzubewahren, gibt es ESD-Verpackung und ESD-Aufbewahrungsboxen. Die Bauteile werden einfach in die Beutel oder Boxen gelegt. Diese verfügen über rundum ableitende Materialien und schützen somit ihren Inhalt.
Massnahmen zum Schutz vor elektrischer Entladung lohnen sich in allen Bereichen, in denen regelmässig mit sensiblen elektrischen Komponenten wie Halbleiterbauteilen oder Kondensatoren gearbeitet wird, da diese leicht zerstört werden können. Ein Fehler in einem Bauteil führt in der späteren Folge zum Ausfall einer ganzen Platine und sorgt für hohe Kosten durch aufwändige Fehlersuche im Nachgang. Ein vollständiger ESD-Schutz verhindert das.
Dazu muss eine ESD-Schutzzone um den Bereich der Arbeitsfläche errichtet werden. Diese verhindert Aufladung von Person und Arbeitsplatz.
Zur ESD-Personenerdung bieten sich sowohl ESD-Armbänder als auch ESD-Handschuhe an. Die Armbänder werden direkt mit einem Massepunkt verbunden, während die Handschuhe Strom nur bei Berührung mit der Erde ableiten. Dafür müssen diese aber nicht dauerhaft verbunden sein und sind mobil einsetzbar. Am festen Arbeitsplatz empfiehlt sich eher das ESD-Armband, da Sie keine Einschränkungen in den Arbeitsabläufen hinnehmen müssen.
Mit vollständiger ESD-Kleidung vermeiden Sie Aufladungen und leiten entstehende Spannung über ESD-Schuhe oder Fusserdung direkt ab. Für absoluten Schutz sollten diese zusammen mit Handschuhen eingesetzt werden.
ESD-Fussmatten garantieren die Ableitung über den Boden. ESD-Matten sind ebenfalls für den Arbeitstisch erhältlich, um Schaden durch eine aufgeladene Arbeitsplatte zu vermeiden. Beide Arten werden ähnlich wie das Armband mit einer Masse verbunden.
Die Kombination aller zur Verfügung stehenden Möglichkeiten gepaart mit sicherer Aufbewahrung der Bauteile in ESD-konformen Behältnissen verhindern Schäden an sensibler Elektronik. Mit entsprechenden Bändern kennzeichnen Sie die ESD-Schutzzone für jeden deutlich.
Ein ESD-Testgerät dient dazu, auftretende Spannungspotentiale nachzuvollziehen und die Ableitfähigkeit der einzelnen ESD-Schutzmassnahmen zu prüfen. Mit diesem lässt sich auch die Funktionsfähigkeit der ESD-Massnahmen kontrollieren.
Fazit
ESD-Schutz ist bei der Arbeit mit filigraner Elektronik und Haltleiterbauteilen wichtig, um diese vor Schäden durch elektrostatische Ladungen und daraus folgendem Versagen der gesamten Schaltung zu schützen. Während für den Hobbyanwender mit einfachen Bauteilen ein ESD-Armband gepaart mit einer Fusserdung oft genügt, um die grössten Gefahrenquellen auszuschliessen, sollten besonders im Unternehmen alle Möglichkeiten genutzt werden, die Bauteile vor elektrischer Entladung zu schützen.