ESD (Elektrostatische Entladung)

Elektrostatische Aufladung entsteht durch Reibung, Kontakt- und Trennungsvorgänge. Materialien wie Kunststoffe, Textilien oder Metalle speichern elektrische Ladungen, die sich bei Berührung oder Annäherung schlagartig entladen. Dieser Vorgang ist in der Elektronikindustrie besonders kritisch, da selbst kleinste Spannungen empfindliche Bauteile zerstören können. 

Die Folgen sind oftmals irreversible Schäden an elektrischen, elektronischen und optoelektronischen Komponenten. Besonders empfindlich reagieren Leiterplatten (PCB), die mit Bauelementen wie Metall‑Oxid‑Halbleiter‑Feldeffekttransistoren (MOSFET) oder Bipolartransistoren mit isolierter Gate‑Elektrode (IGBT) bestückt sind. Ebenso gefährdet sind IC‑Chips, integrierte Schaltkreise sowie Substrate, die in der Halbleiterindustrie und Elektronikfertigung eingesetzt werden. Ein schneller Ausgleich der Potentiale bewirkt dabei hohe elektrische Spannungen, die zu irreparablen Fehlern an bestückten Platinen und ihren sensitiven Einzelkomponenten führen können.

Elektrische Ableitfähigkeit von Materialien

Um elektronische Komponenten, beispielsweise in der Handhabung, wirksam vor ESD-Schäden zu schützen, spielt die elektrische Ableitfähigkeit der eingesetzten Materialien eine zentrale Rolle. Da diese Materialien im direkten Kontakt zum Werkstück stehen, müssen sie gewährleisten, dass elektrostatische Ladungen kontrolliert und schadensfrei abgeleitet werden können.

Elektrische Ableitfähigkeit beschreibt die Eigenschaft eines Materials, Ladungen über seinen spezifischen Widerstand sicher zu entladen. Abhängig vom Widerstandswert erfolgt dies entweder sehr schnell – wie bei leitfähigen Materialien – oder verzögert und kontrolliert, wie es für dissipative Materialien typisch ist. Entscheidend ist dabei stets der spezifische Widerstand, der vorgibt, in welchem Tempo und auf welche Weise Ladungen sicher abgeführt werden.

Widerstandsbereiche im ESD-Schutz

Je nach Materialklasse ergeben sich unterschiedliche spezifische Widerstandsbereiche: 

• Leitfähige Kunststoffe liegen typischerweise zwischen 10³ und 10⁵ Ω und ermöglichen eine sehr schnelle Ableitung von Ladungen.
• Dissipative Materialien bewegen sich im Bereich von 10⁶ bis 10⁹ Ω und sorgen für eine kontrollierte, schadensfreie Entladung. Das von Schmalz eingesetzte Material NBR‑ESD fällt genau in diesen Bereich und gewährleistet damit einen sicheren Spannungsabbau am Werkstück.
• Antistatische Materialien weisen deutlich höhere Werte von 10¹⁰ bis 10¹² Ω auf und wirken vor allem der Aufladung entgegen, ohne selbst stark abzuleiten.

Prüfverfahren zur Ableitfähigkeit

Eine Möglichkeit, die elektrische Ableitfähigkeit nachzuweisen, ist die Point-to-Ground-Messung. Durch diese kann nachgewiesen werden, in welchem Bereich sich der Widerstand des Gesamtsystems befindet. Mit Hilfe von speziellen Widerstandmessgeräten kann zwischen einem Messpunkt (1) und einem Erdungspunkt des Systems (Erdpotential) (2) der Ableitwiderstand ermittelt werden.

Geeignete Materialien sind zur besseren Orientierung häufig mit dem ESD‑Schutzsymbol versehen. Dieses Kennzeichen signalisiert, dass ein Produkt für den ESD‑Schutz geeignet ist und andere Bauteile zuverlässig vor elektrostatischer Entladung bewahrt.

Damit der ESD‑Schutz nicht nur auf Materialebene und in Prüfverfahren gewährleistet ist, sondern auch im praktischen Arbeitsumfeld konsequent umgesetzt wird, braucht es klar definierte Bereiche mit abgestimmten Maßnahmen.

Eine ESD‑Schutzzone, im Englischen kurz „EPA“ (Electrostatic Protected Area), ist ein speziell eingerichteter Arbeitsbereich, in dem alle Materialien, Werkzeuge und Arbeitsmittel auf ihre elektrische Ableitfähigkeit abgestimmt sind. Dazu gehören ableitfähige Böden, Erdungssysteme, ESD‑gerechte Kleidung und Verpackungen. Ziel ist es, elektrostatische Aufladungen zu verhindern und kontrolliert abzuleiten, sodass empfindliche Komponenten wie Leiterplatten, Halbleiter oder optoelektronische Bauteile zuverlässig geschützt sind.

In der Elektronikindustrie ist ESD-Schutz unverzichtbar. Empfindliche Bauelemente wie MOSFETs oder IGBTs müssen sowohl in Frontend- als auch in Backend-Prozessen zuverlässig geschützt werden. Auch Leiterplatten und Displays sind besonders anfällig für elektrostatische Entladungen.