Elektrostatische
Entladungen (ESD)

EUROPLEX® SDX

Entstehung elektrostatischer Ladungen

Elektrostatische Ladung ist vorhanden, wenn an einer Materialoberfläche ein Überschuss (negative Ladung) oder ein Mangel (positive Ladung) an Elektronen herrscht. Dieses Ladungsungleichgewicht entsteht durch Reibung und Trennung zweier sich berührender isolierender Materialien (Reibungselektrizität) oder durch das Einwirken eines elektrischen Feldes auf einen Körper (Influenz).

Wenn sich die Oberflächen zweier nichtleitender Materialien berühren, tauschen sie Elektronen aus, zum Beispiel Glasstab (+) mit Lederlappen (−) oder Kunststoff (−) mit Wolltuch (+). Bei einer raschen Trennung der Oberflächen bleibt diese Ladungsverschiebung erhalten. Zwischen den entgegengesetzt geladenen Oberflächen wird ein sehr starkes elektrisches Feld erzeugt. Genau dieses Feld lässt die Haare zu Berge stehen und zieht Flusen und Staub an. Man spricht auch von statischer Elektrizität. Die Höhe der Aufladung ist dabei insbesondere abhängig von der Aufladeneigung der Materialien und der relativen Luftfeuchtigkeit der Umgebung.

Bei Reibung und Trennung von antistatischen und elektrisch leitfähigen Oberflächen werden die Ladungen abgeleitet und fließen an ihren ursprünglichen Platz zurück. Die Oberflächen laden sich nicht elektrostatisch auf.

Elektrostatische Entladungen (Electrostatic discharge - ESD)

Sind aufgeladene, leitfähige Gegenstände von der Erde isoliert, können Funkenentladungen auftreten. Diese haben hohe Spannungen (bis 30 000 Volt) und werden als impulsartig wahrgenommen (elektrischer Schlag). Somit kommt der kontrollierten Ableitung elektrostatischer Ladungen von zum beispiel Maschinen- und Geräteverglasungen eine große Bedeutung zu. Diese erfolgt durch sachgerechte Erdung der leitfähigen Verglasung an einem Erdungspunkt. Auf diese Weise wird die ordnungsgemäße Ableitung von statischen Ladungen durch die Verglasung und somit echter ESD-Schutz gewährleistet.

Schäden durch elektrostatische Entladungen

Gegenstände aus isolierenden Materialien – zum Beispiel aus Kunststoff oder Papier – können durch Reiben bei betrieblichen Kontakt- und Trennvorgängen aufgeladen werden. Das Um- oder Abfüllen von Flüssigkeiten, der Umgang mit gasförmigen Stoffen, Filtrations-, Trocknungs-, Mahl- und Mikronisierprozesse von Schüttgütern sind besonders gefährliche Arbeiten hinsichtlich elektrostatischer Aufladung.

Insbesondere in der Elektronikfertigung sowie der Halbleiter- und Leiterplattenherstellung stellen elektrostatische Entladungen eine Gefahr für das langfristige Funktionieren des Endproduktes (zum Beispiel Autoelektonik und Medizintechnik) dar.

Schon Entladungen mit Spannungen von weniger als 100 Volt sind ausreichend, um empfindliche Bauteile wie integrierte Schaltkreise, Leuchtdioden, Halbleiterlaser zu beschädigen. Der effektiv verursachte Schaden ist mit dem bloßen Auge nicht sichtbar. Der Mensch nimmt ESD erst ab einer Spannung von 3000 Volt wahr. Die ESD-Gefahr ist also nicht offensichtlich. In explosionsgefährdeten Bereichen ist die Vermeidung von Zündgefahren infolge unkontrollierter elektrostatischer Entladung von primärer Bedeutung. Wo explosive Stäube, Dämpfe oder Gase vorhanden sind, kann die Funkenenergie, die durch elektrostatische Entladung hervorgerufen wird, stark genug sein, um eine Explosion auszulösen. Eine Spannung von 50 Volt genügt bereits, um einen Funken zu erzeugen.

ESD-Schutz

Maßnahmen gegen elektrostatische Entladungen beschreibt die DIN EN 61340-5-1: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene. Der Oberflächenwiderstand der Materialien ist das Maß aller Dinge. Er entscheidet darüber, ob Ladungen auf eine Oberfläche gelangen, dort verbleiben und eine statische Aufladung bewirken. Ein hoher Oberflächenwiderstand begünstigt dieses, ein geringer führt zur Ableitung der Ladung. Maßnahmen gegen elektrostatische Entladungen sind nur wirksam, wenn die entsprechenden Materialien und Gegenstände elektrostatisch geerdet werden (Erdableitwiderstand < 10(Ohm) und so eine kontrollierte Ableitung der Ladung ermöglicht wird. 

! ESD-Schutz
Zur zuverlässigen Vermeidung von ESD-Schäden fordert die DIN EN 61340-5-1 den konsequenten Einsatz von Materialien mit einem Oberflächenwiderstand von < 108 Ohm.