Der ESD-Arbeitsplatz

Ein ESD-Arbeitsplatz ist ein Arbeitsbereich, in dem elektrostatisch sensible Bauteile oder Geräte hergestellt, verarbeitet oder gelagert werden. Diese können bereits durch sehr geringe elektrostatische Entladungen beschädigt oder zerstört werden. Da diese geringen Entladungen in jedem normalen Raum und auch durch den Menschen stattfinden, muss der entsprechende Arbeitsplatz sorgfältig mit einem ESD-Schutz versehen werden.

ESD und weitere wichtige Abkürzungen

Rund um den ESD-Arbeitsplatz werden immer wieder bestimmte Abkürzungen genutzt. Für den richtigen Umgang am ESD-Arbeitsplatz sollten Sie diese unbedingt kennen.

• ESD – Electrostatic Discharge, also elektrostatische Entladung; der Spannungsausgleich zwischen zwei unterschiedlich stark geladenen Körpern. Er kann bereits in einer Stärke, die für den Menschen nicht spürbar ist, empfindliche Bauteile zerstören. 
• EPA – Electrostatic Protected Area, also der Bereich, in dem die Bauteile vor den elektrostatischen Entladungen geschützt sind; der ESD-Arbeitsplatz. 
• IC – Integrated Circuit, also integrierter Schaltkreis; ein Bauteil, das von der elektrostatischen Entladung zerstört werden kann und entsprechend vor ihr geschützt werden muss. 
• ESDS – Electrostatic Discharge Sensitive Devices; die Bauteile, die empfindlich auf die elektronischen Entladungen reagieren (ICs zählen dazu), auch: 
• EGB – Elektrostatisch gefährdetes Bauteil, deutsche Abkürzung für ESDS. 
• EBP – Earth Bonding Point, also ein gemeinsamer Erdungspunkt, an den die einzelnen Elemente für den ESD-Schutz angeschlossen werden. 
• A – Ampere, Einheit der elektrischen Stromstärke. 
• V – Volt, Einheit der elektrischen Spannung. 
• O – Ohm, Einheit des elektrischen Widerstands.

Besonderheiten des ESD-Arbeitsplatzes

Um die empfindlichen Komponenten vor elektrostatischen Entladungen und Schäden zu schützen, gelten besondere Bedingungen für ESD-Arbeitsplätze. Sie müssen über geeignete Ableitungssysteme verfügen; dazu gehören beispielsweise leitfähige Böden, Erdungsmatten, ableitfähige Arbeitsplatten, ableitfähige Werkzeuge sowie Möbel. Personen, die an einem ESD-Arbeitsplatz arbeiten, müssen spezielle ESD-Schutzausrüstung tragen, wie z.B. ESD-Armbänder, ESD-Schuhe oder ableitfähige Handschuhe. Diese schützen sowohl den Benutzer als auch die empfindlichen Bauteile vor elektrostatischen Entladungen.

Da es sich bei elektrostatischen Entladungen um Spannungsbereiche außerhalb der menschlichen Wahrnehmung handelt, müssen die Mitarbeitenden regelmäßig geschult werden. Die Schulungen klären die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter nicht nur über die Notwendigkeit der passenden Materialien für Kleidung, Einrichtung und Werkzeug am ESD-Arbeitsplatz auf, sondern bringen ihnen auch Verhaltensregeln bei, die die Fehleranfälligkeit eindämmen. Eine sichere Arbeitsumgebung reduziert die Anzahl der Bauteilausfälle und damit verbundenen Reparatur- oder Austauschkosten.

Vorschriften für den ESD-Arbeitsplatz

An ESD-Arbeitsplätzen gelten verschiedene Vorschriften und Normen, um die Sicherheit vor elektrostatischen Entladungen zu gewährleisten. Zu den wichtigsten Vorschriften gehören: 

DIN Norm EN 61340-5-1: Die international gültige Norm legt die grundlegenden Anforderungen für den Schutz vor elektrostatischen Entladungen in ESD-kontrollierten Bereichen fest. Sie enthält Richtlinien für die Einführung und Implementierung eines ESD-Managementsystems.

Die Norm IPC-A-610 formuliert die Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen. IPC ist ein international tätiger Fachverband für auf die Herstellung von Elektronik und Leiterplatten spezialisierte Servicegesellschaften samt deren Lieferanten und Kunden. 

Die Norm ANSI/ESD S20.20 formuliert die technischen und administrativen Voraussetzungen, die ein Unternehmen zur Einrichtung und Instandhaltung eines ESD-Kontrollprogramms aufweisen muss. Die Norm hat sich bei den meisten führenden Elektronikherstellern etabliert.

Aus diesen Normen werden die Vorschriften für den ESD-Arbeitsplatz abgeleitet. Es ist wichtig, dass Unternehmen die Vorschriften und Normen für ESD-Arbeitsplätze genau befolgen, um die Sicherheit von Mitarbeitern und elektronischen Komponenten zu gewährleisten und Schäden durch elektrostatische Entladungen zu vermeiden.

Die Planung des ESD-Arbeitsplatzes

Da ESD-Arbeitsplätze verhältnismäßig teuer sind, ist es wichtig, bei der Planung genau zu kalkulieren. Anders als z.B. bei Reinräumen, ist es nicht zwingend notwendig, den ESD-Bereich durch Wände von anderen Arbeitsbereichen abzugrenzen. Wichtig ist lediglich, dass Mitarbeitende ohne entsprechende Schutzkleidung den Bereich nicht betreten. Er muss außerdem mit ESD-fähigen Bodenplatten ausgelegt sein, die an eine gebäudeseitige Erdung angeschlossen sein müssen. Diese Einrichtung übernimmt ein Fachmann.

Der ESD-Schutz kann nur gewährleistet werden, wenn die bereits oben genannten Bedingungen eingehalten werden und die entsprechenden Vorkehrungen getroffen werden: Mitarbeitende sollten ESD-fähige Schuhe und ebensolche Kleidung tragen. Grundvoraussetzung ist auch das spezielle Armband, das die Mitarbeitenden am Erdungsbaustein anschließen. Zudem müssen alle Mitarbeitenden regelmäßig an Schulungen teilnehmen. Grundsätzlich notwendig ist auch, dass die Mitarbeiterinnen und Mitarbeiter ihre Schutzausrüstung vor jedem Betreten des Arbeitsplatzes am dafür vorgesehenen Gerät überprüfen. Nur so kann sichergestellt werden, dass es nicht zu Mängeln kommt und unbemerkte Schäden vermieden werden.  

Der ESD-Arbeitsplatz erfordert die richtige Ausstattung: passende Möbel und Werkzeuge sind dabei unerlässlich. Ableitfähige oder antistatische Arbeitsplatten minimieren elektrostatische Entladungen. Dies gilt sowohl für Tische als auch spezielle Matten zur Abdeckung der Arbeitsplätze. Zudem werden empfindliche Bauteile in ESD-fähigen Behältern aufbewahrt und transportiert und in speziellen regalen gelagert, die außerhalb der EPA nicht berührt werden sollten. Werkzeuge und Arbeitsmittel müssen ebenfalls ESD-fähig sein und sorgfältig gewartet werden. Regelmäßige Überprüfungen gewährleisten den ESD-Schutz während der Arbeit, wobei besonderes Augenmerk auf den richtigen Stühlen liegen sollte, da Rollbewegungen Ladungen erzeugen können, die empfindliche Bauteile zerstören. Daher sind ESD-Stühle mit ableitfähigen Rollen und Materialien unbedingt erforderlich. Die Beleuchtung am ESD-Arbeitsplatz darf ebenfalls nicht vernachlässigt werden und erfordert ableitfähiges Material bei den verschiedenen Lampen.

ESD-Monitoring verhindert Ausfälle

Wer sich bei der Einrichtung, Schutzkleidung und der Schulung der Mitarbeitenden an alle Vorschriften für den passenden ESD-Schutz hält, sollte zusätzlich durch Monitoring sicherstellen, dass der Schutz langfristig aufrechterhalten bleibt. Durch Abnutzung im normalen Arbeitsbetrieb, aber auch durch die falschen Reinigungsmittel können Schuhe und Kleidung, die Erdungsarmbänder, der Boden, die Arbeitsplatten, die Aufbewahrungslösungen und auch die Werkzeuge ihren ESD-Schutz verlieren. Dies geschieht unmerklich und über einen langen Zeitraum hinweg. Den jeweiligen Gegenständen ist äußerlich nichts anzusehen, aber sie lassen trotzdem winzige Entladungen zu. Diese reichen aus, um Schaden anzurichten.

Ziel des ESD-Monitorings ist es, die elektrostatische Aktivität in Echtzeit zu erfassen und rechtzeitig Maßnahmen zu ergreifen, um die Gefahr von Schäden durch elektrostatische Entladungen zu minimieren. Am einfachsten ist es, bereits bei der Planung des Raums oder des Bereiches das Monitoring zu implementieren. Dabei werden spezielle Messgeräte eingesetzt, um den ESD-Schutzstatus zu überwachen und mögliche Gefahrenquellen zu identifizieren.  Die Geräte überwachen hier jeden einzelnen Teil des ESD-Schutzes kontinuierlich und senden die Daten über WLAN an die Zentrale des Systems. Auf diese Weise können geeignete Vorsichtsmaßnahmen ergriffen werden, um die elektrostatische Sicherheit zu gewährleisten und Schäden an empfindlichen elektronischen Bauteilen zu vermeiden. ESD-Monitoring ist eine wichtige Maßnahme, um die Qualität und Zuverlässigkeit von elektronischen Produkten sicherzustellen.

Fazit: Strikte Regeln am ESD-Arbeitsplatz:

Sowohl die Planung als auch die Einrichtung und die Arbeit am ESD-Arbeitsplatz sollten streng nach den gegebenen Vorschriften ablaufen. Wird der ESD-Schutz nicht durchgängig gewährleistet, kommt es zu teuren Ausfällen, zu Lieferengpässen und zu einem Vertrauensverlust bei den Kunden. Daher ist es wichtig, dass von der Planung bis hin zur Überwachung immer mit hohen Standards gearbeitet wird. Essenziell sind die regelmäßigen Mitarbeiterschulungen: Menschliches Versagen durch Sorglosigkeit oder Unkonzentriertheit kann leicht zu folgenschweren und kostenintensiven Fehlern führen.