Ohne Schutzmassnahmen können elektrostatische Entladungen (ESD) schwerwiegende Folgen haben. In diesem Artikel werden die ESD-Massnahmen im Rahmen der Lieferkette dargestellt − angefangen bei ESD-gerechter Verpackung bis zu ESD-konformer Kleidung und Arbeitsplatzausstattung. ESD-Verpackungen schützen empfindliche elektronische Bauelemente, Baugruppen oder Fertiggeräte gegen statische Elektrizität, die sich durch Bewegung beim Transport oder Handling und durch Reibung verschiedener Materialien bei Herstellern, Systemintegratoren und OEMs aufbauen kann.
Weshalb ist ein effektiver ESD-Schutz wichtig?
Wenn Ladungsträger durch Reibung zweier von einander isolierter Objekte bewegt werden, aber nicht wieder abfliessen können, dann entsteht eine elektrostatische Aufladung. Dieses manchmal sehr hohe Potential kann sich schlagartig entladen. Während Menschen nur ‘einen gewischt’ bekommen, werden elektronisches Bauteile beschädigt. Die Schäden treten am ehesten an Halbleiterübergängen und Sperrschichten auf.
Die Schäden an diesen wichtigen Komponenten führen nicht nur zu Investitionskosten, sondern auch zu Betriebsausfällen und wirken sich damit negativ auf die Betriebszuverlässigkeit aus.
Wie lassen sich ESD-Schutzmassnahmen umsetzen?
Halbleiter müssen deshalb stets in einer ESD-Verpackung transportiert werden. Denn mit der richtigen Verpackung können die Auswirkungen der statischen Aufladung abgeschwächt und empfindliche elektronische Bauteile so beim Transport geschützt werden. Deshalb ist es wichtig, die verschiedenen Verpackungsarten zu kennen.
Die Verpackung verhindert, dass sich auf der Oberfläche ein elektrostatisches Feld aufbauen kann.
ESD-Verpackungen sind nicht vollständig elektrisch isolierend, sondern haben einen kontrolliert hohen Oberflächenwiderstand. Ungleiche Potentiale können sich auf den ESD-Verpackungen also nicht aufbauen. Zur Überprüfung des ESD-Schutzes der Verpackung wird die Norm ASTMD257-78 angewendet. Die Einhaltung des internationalen und europäischen Normenrahmens IEC/EN 61340-5 ist ebenfalls wichtig, denn er definiert die Eigenschaften, die eine Verpackung aufweisen sollte, um empfindliche Geräte vor ESD-Ereignissen zu schützen. Die Einhaltung der Richtlinien wird durch umfassende Tests überprüft, bei denen sowohl die Verpackung als auch das Material bewertet werden.
Welche ESD-Verpackungsoptionen gibt es?
Es gibt drei Grundtypen von Beuteln, die je nach dem erforderlichen Schutzgrad eingesetzt werden können. Bei der ersten Art von Beuteln geht es in erster Linie darum, dass die Geräte trocken und funktionsfähig bleiben. Die RND Lab ESD-Entfeuchtungsbeutel von Distrelec gibt es in den Grössen 125 mm x 50 mm und 125 mm x 93 mm. Das engporige Granulat (maximal 3 nm Durchmesser) aus amorphem Siliziumoxid nimmt Feuchtigkeit aus der Verpackung auf und verhindert Korrosion aufgrund von Kondeswasserbildung. Die Oberfläche der Beutel ist ESD-geschützt.
Ergänzt werden diese Beutel durch die Antistatik-Beutel von RND Lab, die statische Aufladungen ableiten, so dass sie sich bei Reibung an anderen Materialien nicht weiter aufladen. Sie bestehen aus einer thermoplastischen Folie aus Weich-Polyethylen (LDPE) mit einem Oberflächenwiderstand von 1010 Ohm/sq und einer statischen Trennzeit von >2 Sekunden. Neben verschiedenen Formfaktoren (mit Abmessungen von bis zu 305 mm x 457 mm) sind auch wiederverschliessbare Beutel erhältlich.
Antistatikbeutel dienen zum ESD-Schutz auf unmittelbarer Bauelement-Ebene. Darüber hinaus ist es zielführend, auch die Umverpackungen und ggf. das Polstermaterial ESD-sicher auszuführen, sofern die Ware Schutz gegen statische Elektrizität benötigt. Hier gehen antistatische Abschirmbeutel weiter. Sie stellen eine leitfähige Barriere dar, die die von ihnen getragenen Bauteile vor allen Formen der elektrostatischen Gefährdung schützt.
Die antistatischen Abschirmbeutel von RND haben einen Oberflächenwiderstand von bis zu 1010Ohm/sq, und entsprechen den Anforderungen aller einschlägigen ESD-Normen. Sie sind in verschieden Grössen erhältlich und verfügen jeweils über eine Doppeldichtungskonfiguration. Diese Beutel bestehen aus mehreren verschiedenen Schichten. Die äussere Schicht besteht aus leitfähig beschichtetem Polyester und die innere aus statisch ableitendem Polyethylen (PE). Dazwischen befindet sich eine metallisierte Abschirmschicht, die von einem Polyester-Dielektrikum begleitet wird.
Die selbstklebenden ESD-Gitterbänder von Distrelec entsprechen den Anforderungen der EN 61340-5 und werden zur ESD-Ausrüstung beliebiger Oberflächen empfohlen. Das silikonfreie, rückstandsarm abziehbare PP-Band hat einen typischen Oberflächenwiderstand von 107Ohm/cm.
Grössere Anforderungen
Die ESD-Versandkartons von RND Lab bieten eine sichere und kostengünstige Möglichkeit zum Transport von ICs und Modulen, wobei eine Abschwächung von 99,9 % erreicht wird. Sie werden aus Wellpappe mit einer leitfähigen Corstat-Beschichtung hergestellt, die den Anforderungen an den Oberflächenwiderstand gemäss der Norm ASTMD257-78 entspricht. Je nach Kundenwunsch kann weicher antistatischer Schaumstoff oder hochverdichteter, leitfähiger Schaumstoff in Stiftform verwendet werden. Es wird eine lange Lagerfähigkeit von mindestens 10 Jahren unterstützt.
Die stapelbaren ESD-Transportbehälter von RND Lab sind für höhere Kapazitäten ausgelegt. Die robusten Kisten aus Polypropylen (PP) sind bis zu 400mm x 300mm x 220mm gross und haben einen Volumenwiderstand von 10¹⁰Ohm/cm.
ESD am Arbeitsplatz
Neben dem Transport und der Lagerung ist auch die ESD-gerechte Ausstattung der Arbeitsplätze von Belang. Die Norm ANSI/ESD S20.20 legt alle grundlegenden Anforderungen fest, die für die Umsetzung eines ESD-Kontrollprogramms am Arbeitsplatz erforderlich sind.
Die thermoplastisch geformten ESD-Erdverbindungsstecker von RND Lab haben einen Widerstandswert von 1MOhm. Mitarbeiter im ESD-geschützten Bereich können sich und die dort verwendeten Gegenständen recht einfach an die fest verlegten Erdungsleitungen anschliessen.
Distrelec bietet auch ESD-Arbeitsplatz-Kits an, die es dem technischen Personal ermöglichen, Aufgaben in einer vollständig statisch kontrollierten Umgebung auszuführen. Diese Kits enthalten jeweils eine Matte, die statische Aufladungen von darauf abgestellten Gegenständen ableitet, sowie einen Erdungsstecker, ein gerades Erdungskabel, ein gewickeltes Erdungskabel, eine Handschlaufe und ein selbstklebendes Vinylschild für ESD-geschützte Bereiche. Die Matten (mit den Abmessungen 600 mm x 1200 mm) weisen einen hohen Reibungskoeffizienten auf, um zu verhindern, dass empfindliche Komponenten über ihre Oberfläche gleiten. Das Material ist hitzebeständig gegen die beim Löten verwendeten Temperaturen.
Weitere RND-Matten sind die ESD-Tischmatten. Sie bestehen aus synthetischem Kautschuk und antistatischen (leitfähigen) und statisch ableitenden Materialien. Sie eignen sich für den Einsatz in Werkstätten oder Laboren der Mikroelektronikindustrie.
Die ESD-Handschuhe von RND Lab sind für die Handhabung empfindlicher elektronischer Komponenten gedacht und haben einen gestrickten Nylonkörper mit Polyurethan (PU) beschichteten Fingerspitzen. Der Oberflächenwiderstand erreicht bis zu 108Ohm/sq. Ausserdem bietet Distrelec doppelschichtige, leitfähige ESD-Schuherdung, 3-lagige, gefilterte Einweg-Gesichtsmasken, nicht magnetisierbare und korrosionsbeständige epoxidbeschichtete ESD-Pinzetten, A5 antistatische Notizblöcke mit hochdichten PP-Abdeckungen und Seitenschneider aus hochlegiertem Kohlenstoffstahl.
Einige weitere empfohlene Produkte sind die ESD-Fieldservice-Kits , für den Einsatz vor Ort. Das bedeutet, dass die Ingenieure auch an entlegenen Orten sicher arbeiten können. Personen, die auf die herkömmlichen Antistatikbänder allergisch reagieren, sollten auf den Satz antistatischer, verstellbarer Handgelenkbänder von RND zurückgreifen. Diese hypoallergenen Bänder sind bequem zu tragen und können dank des 10-mm- Druckknopfs an jede Handgelenksgrösse angepasst werden. Sie werden mit robusten, gewickelten Erdungskabeln geliefert, die entweder mit einem 4-mm-Bananenstecker oder einem 10-mm-Druckknopf versehen sind.
Für die sichere Entsorgung elektronischer Hardware in einem ESD-geschützten Bereich einer Produktionsstätte, bietet Distrelec ESD-Abfallsäcke. Dank des 32,5 µm dicken, antistatischen PE-Materials, können die Doppelbeutel-Säcke in leitfähigen Abfalleimern verwendet werden. Sie werden durch Bestrahlung mit Gammastrahlen sterilisiert. Ihr Oberflächenwiderstand beträgt 1011Ohm/qm, und sie sind für eine starke Beanspruchung geeignet (mit einer Zugfestigkeit von 3000 PSI). Die Säcke sind in verschiedenen Farben erhältlich.
Fazit
Um Schäden durch Elektrostatik zu vermeiden, muss auf jeder Ebene Vorsorge gegen Aufladung getragen werden. Um dieses Risiko zu minimieren, muss ein hervorragender Schutz in jede Phase der Komponentenlieferkette sowie in die Arbeitsabläufe der Techniker integriert werden. Distrelec bietet ein umfangreiches Produktportfolio in den Bereichen ESD- und Arbeitsschutz. Hier erfahren Sie mehr dazu.
