Ionisierung am ESD-Handarbeitsplatz: Leiterplatten, Gehäuse und Displays in der manuellen Montage entladen

An der Werkbank liegt eine Leiterplatte selten still. Sie wird gegriffen, gedreht, in ein Gehäuse gelegt, ein Etikett wird abgezogen, ein Display aufgeklebt. Jeder dieser Handgriffe kann Ladung erzeugen, und anders als in einer Anlage sitzt der Ionisator hier neben einem Menschen, der die ganze Schicht mit ihm arbeitet. Die folgenden Abschnitte richten sich an ESD-Beauftragte und Fertigungsingenieure in der manuellen Elektronikmontage, auch dort, wo Elektronik in Wärmepumpen, Ladestationen oder Steuergeräte eingebaut wird. Die Beispiele stammen aus dokumentierten Anwendungen; es sind überwiegend Anfragen, Planungen und Konzepte.

Wichtige Punkte im Überblick

Die stärkste Ladungsquelle am Handarbeitsplatz ist oft ein Trennvorgang: Klebeband abrollen, ein Etikett von einer kleinen Platine ziehen oder eine Schutzfolie vom Display lösen.
Am Handarbeitsplatz entscheidet der Werker mit, ob der Ionisator eingeschaltet bleibt, deshalb gehört ein kleines Gerät nah an die Stelle, an der Ladung entsteht, statt mit hoher Gebläsestufe aus der Ferne zu blasen.
Kritisch ist das isolierende Teil, das die Leiterplatte gleich berührt, etwa ein Kunststoffgehäuse, eine Scheibe oder ein Displayrahmen, denn es behält seine Ladung, bis die Platine darauf trifft.
Fehlt an der Werkbank Druckluft, lenkt das die Auswahl auf Gebläse und druckluftfreie Stäbe.
Für einen Platz bis zu einer Bankbreite nennt der Katalog für den Multi-Sensor Ionisator der Modellreihe SJ-F700 mit Diffusorlamellen eine Entladebreite von bis zu 1,5 m, für breitere Flächen wechselt die Bauform zum Stab.

Abziehen, Abrollen, Einlegen: wo am Handarbeitsplatz Ladung entsteht

Die stärkste Ladungsquelle am Handarbeitsplatz ist oft kein Bauteil, sondern ein Trennvorgang. Wird ein nicht leitendes Klebeband abgerollt, ein Rückverfolgungsetikett von einer kleinen Platine gezogen oder eine Schutzfolie vom Display gelöst, trennen sich zwei Oberflächen, und beide tragen danach Ladung. In der Endmontage eines Konsumgeräts mit Elektronik soll die Displayfolie ionisiert werden; genannt ist dafür ein Kompaktes Entladungsgebläse der Modellreihe SJ-LF.

Auch Hilfsmittel laden sich auf. Beim Kleben eines Displays erreichte die Klebstoffkartusche in einer Anwendung etwa 400 V. Gefordert ist dort ein Entladebereich von 50 bis 100 mm bei rund 100 mm Abstand, also eine kleine, gezielte Wirkzone statt einer Ionisierung der ganzen Bank.

Der dritte Moment ist das Einlegen. Ein Steuergerätegehäuse von etwa 300 x 200 mm, in dem die Platine durch Heißverstemmen fixiert ist, wird von Hand in eine Aufnahme gelegt. In einer Montage, in der Dämmstoff verarbeitet wird, sollen keine Fasern auf die Leiterplatte gelangen. Wegen Bauteilgröße und verwinkelter Geometrie lässt sich dort nur am Handarbeitsplatz entladen, in Frage kommen mehrere solcher Plätze.

Armband, Matte und Ionisator am selben Platz

Viele Plätze beginnen mit Erdung. Bei einem Hersteller von Ladestationen sind Kunststoffgehäuse und Elektronik bisher über ESD-Matten geschützt; an zehn Plätzen eines anderen Betriebs gibt es neben ESD-Beuteln keine weitere Maßnahme. Ein dritter Betrieb arbeitet bereits mit vielen Handionisatoren, kleinen Gebläsen, Geräten in Die-Bondern, Stäben in Flowboxen und Ionisierung beim Abziehen von Folie, und sucht zusätzlich nach Alternativen zum Erdungsband am Arm.

Ein Technical Guide von KEYENCE ordnet die Rollen. Ein Leiter, der etwas berühren kann, wird über Erdung entladen, der Mensch über antistatische Kleidung, leitfähige Schuhe, Matte und Armband. Nichtleiter wie Klebeband, Folie und Kunststoffgehäuse erreicht die Erdung nicht; für sie nennt der Guide den Ionisator als beste Gegenmaßnahme. Weil das Armband den Werker an den Platz bindet, lassen sich Ionisatoren außerdem entlang der Laufwege anordnen.

Wer nach Alternativen zum Armband sucht, bekommt mit dem Ionisator also eine Ergänzung für die Wege zwischen den Plätzen und für die isolierenden Teile auf der Bank. Die Erdung am Platz bleibt.

Leise und ohne Zugluft, sonst wird abgeschaltet

Am Handarbeitsplatz entscheidet der Werker mit, ob der Ionisator eingeschaltet bleibt. Eine künftige ESD-Beauftragte nennt die Lautstärke als zentrales Kriterium, damit die Geräte nicht ausgeschaltet werden. Bei den vorhandenen Gebläsen war ihr nicht bekannt, ob sie die Ladung überwachen oder das Ionengleichgewicht ausgleichen. Dass Mitarbeitende empfindlich auf Geräusch und Luftzug reagieren, steht in mehreren Anfragen.

Daraus folgen zwei Auswahlregeln. Erstens das Gerät nah an die Stelle setzen, an der Ladung entsteht, statt aus der Ferne mit hoher Gebläsestufe über die Bank zu blasen. Zweitens Geräusch und Luftstrom vor der Ausstattung aller Plätze an einem Platz mit den Mitarbeitenden ausprobieren.

Die zweite Frage der ESD-Beauftragten betrifft die Überwachung. Der Multi-Sensor Ionisator der Modellreihe SJ-F700 reinigt laut Katalog Elektroden und Bürsten automatisch, diagnostiziert sich selbst und gilt unter normalen Betriebsbedingungen als wartungsfrei. Ionenpegel und Fehlerstatus, mit Feedback-Sensor auch das Ionengleichgewicht, legt er im internen Speicher ab, sodass sich später nachlesen lässt, ob er an einem Platz durchgehend gearbeitet hat.

Ohne Druckluft an der Werkbank: Gebläse, Stab und Abstand

Druckluft fehlt an vielen Werkbänken, und wo sie anliegt, soll sie nicht immer für Ionisatoren verbraucht werden. Das lenkt die Auswahl auf Gebläse und druckluftfreie Stäbe. An einem Montagearbeitsplatz mit Leiterplattendefekten wurden rund 110 V gemessen, verlangt sind unter 30 V bei etwa 600 mm Abstand. Für diesen Platz kommt ein Gebläse wie der Multi-Sensor Ionisator der Modellreihe SJ-F700 in Frage; ein Präziser High-Speed Stabionisator der Modellreihe SJ-Q braucht als Stabbauform laut Katalog Druckluft und passt eher in Anlagen.

Der Abstand ist am Handarbeitsplatz oft verhandelbar. Beim heißverstemmten Steuergerätegehäuse liegt er heute bei etwa 1 m, lässt sich aber ungefähr halbieren; in Frage kommen ein Gebläse mit breit verteilter Luft oder ein Stab. Je näher das Gerät sitzt, desto kürzer ist in der Regel die Entladezeit und desto geringer die Gebläsestufe, die der Werker spürt.

Für einzelne Stellen wie einen Abroller oder eine Folie eignet sich das Kompakte Entladungsgebläse, für breite Bänke ein Druckluftfreier Stabionisator der Modellreihe SJ-H. Bei der Elektrode lohnt ein Blick in die Werkstoffvorgaben: Für neue Montagestationen wurden zwei Geräte mit Wolfram-Elektrode und eines mit Silizium-Elektrode angefragt. Laut Anleitung nutzt die Modellreihe SJ-H Elektroden aus Wolfram.

Gehäuse, Scheibe und Display: das Teil entladen, das die Leiterplatte berührt

Den Werker und leitfähige Teile erreicht die Erdung am Platz. Kritisch wird das isolierende Teil, das die Leiterplatte gleich berührt: ein Kunststoffgehäuse, eine Scheibe, ein Displayrahmen. Es behält seine Ladung, bis die Platine darauf trifft. An einem Handarbeitsplatz für Platinen sollen deshalb Gehäuse von etwa 100 x 200 mm entladen werden; erwogen wird der Multi-Sensor Ionisator als Standardgerät für diese Plätze. Ein ähnliches Muster beschreibt die Anfrage, Gehäuse und Scheibe über eine Lichtschranke ausgelöst zu ionisieren.

Der Hersteller von Ladestationen fragt für seine Kunststoffgehäuse nach einer Druckluft-Ausblaspistole mit Entladungsfunktion der Modellreihe SJ-LG und nach einem größeren Entladungsgebläse. Die Pistole taucht auch an einer Reparaturstation auf: Dort sollen Leiterplatten vor dem Löten geprüft und ionisiert werden. Sie verbindet Reinigen und Entladen in einem Handgriff, braucht aber einen Druckluftanschluss am Platz.

Beim Displaykleben ist das geladene Teil die Kartusche. Wer die Stelle sucht, an der Ladung auf die Elektronik trifft, sollte deshalb jeden Gegenstand prüfen, der sie im Ablauf berührt.

Vom einzelnen Platz bis zur Montagefläche: Reichweite wählen

Die Fläche, die geschützt werden muss, reicht von wenigen Zentimetern bis zu Montagebereichen von mehreren Metern. Ein Leiterplattenhersteller arbeitet überwiegend im Reinraum an vier Tischen, an jedem Tisch ein Arbeitsschritt; die Mitarbeitenden halten die Platinen von etwa 100 x 100 mm in der Hand, und Bauteile gehen durch statische Aufladung kaputt. Bei einem anderen Betrieb ist ein Teil von etwa 90 cm zu entladen.

Für einen einzelnen Platz mit bis zu einer Bankbreite nennt der Katalog des Multi-Sensor Ionisators mit Diffusorlamellen eine Entladebreite von bis zu 1,5 m und ein Ionengleichgewicht von ±3 V, mit Feedback-Sensor ±1 V. Wird die Fläche breiter, wechselt die Bauform zum Stab. Bänke in einer Flowbox und Montageflächen in der Endmontage mit stark geladenen Zulieferteilen sind solche Fälle; dort kommen der Druckluftfreie Stabionisator und ein Effizienter High-Speed Stabionisator der Modellreihe SJ-E in Frage.

Arbeitsplätze nach Empfindlichkeit einordnen und als Standard ausstatten

Wer viele Plätze hat, stattet sie nicht einzeln aus. Ein Betrieb mit vielen ESD-Handarbeitsplätzen in der Montage fertiger Baugruppen will die Plätze zuerst danach einordnen, welche Bauteile am empfindlichsten sind. Ein Planer der Elektronikintegration für Fahrzeuge bereitet in einem Werk neue Montageplätze für Elektronikkomponenten vor und sieht dafür den Multi-Sensor Ionisator vor. An anderer Stelle sollte ein neuer ESD-Raum mit kleinen Gebläsen ausgestattet werden.

Ein Standard für Handarbeitsplätze hält je Kategorie fest, welcher Ladungsgrenzwert gilt, welche Bauform bei welcher Bankbreite sitzt, ob Druckluft anliegt, welches Geräusch noch zumutbar ist und wer prüft, ob die Geräte arbeiten. Wie dieser Nachweis mit Handmessgerät und Messung vor Schichtbeginn aussieht, beschreibt der Beitrag zur ESD-Kontrolle.

Häufige Fragen

F Warum lädt sich Klebeband beim Abziehen so stark auf?

Beim Abrollen oder Abziehen trennen sich zwei Oberflächen, und ein nicht leitendes Band behält die dabei entstehende Ladung. Erdung entlädt es nicht. In dokumentierten Anwendungen wird deshalb ein kompaktes Gebläse direkt am Abroller oder an der Abziehstelle vorgesehen.

F Kann ich auf das Erdungsband verzichten, wenn ein Ionisator am Platz steht?

Nein. Erdungsband, Matte und leitfähige Schuhe entladen den Werker und leitfähige Teile mit Kontakt. Der Ionisator neutralisiert Nichtleiter wie Folie, Klebeband und Kunststoffgehäuse sowie die Wege zwischen den Plätzen. Beide Maßnahmen ergänzen sich.

F Wie verhindere ich, dass Mitarbeitende den Ionisator ausschalten?

Setzen Sie ein kleines Gerät nah an die Stelle, an der Ladung entsteht, statt mit hoher Gebläsestufe aus der Ferne zu arbeiten. Probieren Sie Geräusch und Luftzug an einem Platz mit den Mitarbeitenden aus, bevor alle Plätze ausgestattet werden.

F Welcher Ionisator passt an eine Werkbank ohne Druckluft?

Für eine Bank kommt der Multi-Sensor Ionisator der Modellreihe SJ-F700 in Frage, für einzelne Stellen das Kompakte Entladungsgebläse der Modellreihe SJ-LF. Breite Bänke und Flächen lassen sich mit dem Druckluftfreien Stabionisator der Modellreihe SJ-H abdecken.

F Muss ich das Gehäuse oder die Leiterplatte entladen?

Oft das Gehäuse. Den Werker erreicht die Erdung am Platz, ein Kunststoffgehäuse oder eine Scheibe dagegen behält ihre Ladung, bis die Platine darauf trifft. Ionisieren Sie das Teil kurz vor dem Moment der Berührung.

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