Der ESD-Arbeitsplatz

An einem ESD-Arbeitsplatz können empfindliche Produkte und Bauteile hergestellt und verarbeitet werden, die 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. Dabei darf kein Bestandteil unberücksichtigt bleiben, denn schon geringe Ausfälle können die empfindlichen Bauteile verderben und zu hohen Kosten führen.

Wichtige Abkürzungen

Rund um den ESD-Arbeitsplatz werden immer wieder bestimmte Abkürzungen genutzt. Nicht jeder weiß sofort, was mit den Kürzeln gemeint ist. Daher gibt es hier einen kurzen Überblick:

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 gehören 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

Anders als andere Arbeitsplätze muss der ESD-Arbeitsplatz mit bestimmten Möbeln eingerichtet und auch mit speziellen Bodenbelägen ausgelegt werden. Die Mitarbeiter brauchen spezielles Schuhwerk und den Anforderungen angepasste Kleidung. Auch die Werkzeuge und andere Arbeitsutensilien müssen der Arbeit in dem ESD-Bereich angepasst werden.

Da es sich bei elektrostatischen Entladungen, die die empfindlichen Bauteile beschädigen oder zerstören können, um Spannungsbereiche außerhalb der menschlichen Wahrnehmung handelt, müssen die Mitarbeiter sehr sorgfältig geschult werden. Allzu leicht schleicht sich der Gedanke ein: Wenn ich es nicht spüre, kann es nicht so schlimm sein. Die Schulungen, die regelmäßig stattfinden müssen, klären die 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. Es ist wichtig, dass alle Mitarbeiter – auch die, die bereits lange Teil des Unternehmens sind – an allen Schulungen teilnehmen. Es schleichen sich im Arbeitsalltag allzu leicht sorglose Verhaltensweisen ein, oder es gibt tatsächlich Neuerungen. Auf jeden Fall sind die Schulungen für alle Mitarbeiter am ESD-Arbeitsplatz verpflichtend.

Vorschriften für den ESD-Arbeitsplatz

Die Vorschriften für den ESD-Arbeitsplatz sind sehr streng. International gültig ist beispielsweise die DIN Norm EN 61340-5-1, die die allgemeinen Anforderungen zum Schutz von elektronischen Bauteilen vor elektrostatischer Entladung festlegt.

Die Norm IPC-A-610 formuliert die Abnahmekriterien für elektronische Baugruppen. IPC ist ein Fachverband für auf die Herstellung von Elektronik und Leiterplatten spezialisierte Servicegesellschaften samt deren Lieferanten und Kunden. Der Fachverband ist international tätig, seine Normen sind daher weithin anerkannt.

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 für die Arbeit mit den empfindlichen Bauteilen essenziell, dass jeder einzelne Mitarbeiter sie verinnerlicht. Das gelingt ausschließlich über die oben erwähnten regelmäßigen Schulungen.

Der ESD-Arbeitsplatz

Bei der Planung des ESD-Arbeitsplatzes ist es wichtig, sehr genau zu kalkulieren: Der Arbeitsplatz ist wegen seiner Besonderheiten teurer als andere, daher sollte nur so wenig Fläche wie nötig entsprechend eingerichtet werden. Jeder Unternehmer, der einen solchen Arbeitsplatz einrichten möchte, sollte im Vorfeld die notwendigen ESD-Schutzmaßnahmen eruieren und sie auf ihre Wirksamkeit überprüfen. Es ist (anders als bei Reinräumen z. B.) nicht zwingend notwendig, den ESD-Bereich durch Wände von anderen Arbeitsbereichen abzugrenzen. Wichtig ist lediglich, dass niemand, der nicht die entsprechende Schutzkleidung trägt und in dem Bereich zu tun hat, diesen betritt. Er muss ausgelegt sein mit ESD-fähigen Bodenplatten, die angeschlossen sein müssen an eine gebäudeseitige Erdung. Diese Einrichtung übernimmt ein Fachmann.

Der ESD-Schutz kann nur gewährleistet werden, wenn die Mitarbeiter die entsprechenden Vorkehrungen am Arbeitsplatz treffen. Sie sollten ESD-fähige Schuhe und ebensolche Kleidung tragen. Grundvoraussetzung für ein für die Bauteile ungefährliches Arbeiten ist auch das spezielle Armband, das der Mitarbeiter am Erdungsbaustein anschließt. Jeder Mitarbeiter muss in regelmäßigen Schulungen außerdem darüber informiert werden, dass beispielsweise PE-Kunststoffe und Styropor nicht in die EPA gehören. Auch Kaffee- oder Teetassen sollten nicht mit hierher gebracht werden. Grundsätzlich notwendig ist auch, dass die Mitarbeiter ihre Schutzausrüstung vor jedem Betreten des Arbeitsplatzes am dafür vorgesehenen Gerät überprüfen. Nur so kann sichergestellt werden, dass es nicht zu Mängeln kommt. Diese können große Mengen der empfindlichen Bauteile unbrauchbar machen, bis der Schaden bemerkt wird.

Der ESD-Arbeitsplatz muss mit den passenden Möbeln und Werkzeugen ausgestattet werden. Neben dem bereits erwähnten Bodenbelag sind vor allem ableitfähige oder antistatische Arbeitsplatten nötig. Dies können die Tische selbst oder auch spezielle Matten sein, mit denen die Arbeitsplätze abgedeckt werden. Weiterhin sind spezielle Regale nötig, in denen die empfindlichen Bauteile in ESD-fähigen Behältern aufbewahrt werden. In diesen sollten sie auch transportiert werden. Außerhalb der EPA sollte sie niemand direkt berühren. Die Werkzeuge und anderen Arbeitsmittel müssen ebenfalls ESD-fähig sein und sorgfältig gewartet werden. Durch eine regelmäßige Überprüfung stellen die Mitarbeiter sicher, dass der ESD-Schutz bei der Arbeit mit ihnen noch gewährleistet ist. Ein besonders wichtiger Punkt für den ESD-Schutz sind die richtigen Stühle. Wer mit seinem Arbeitsstuhl über den Boden rollt, erzeugt nämlich im Normalfall schon genügend Ladung, um die empfindlichen Bauteile zu zerstören. Der ESD-Stuhl verfügt also über ableitfähige Rollen und ist aus ebensolchen Materialien angefertigt. Gleiches muss für die Beleuchtung am ESD-Arbeitsplatz gelten: Hier wird häufig übersehen, dass das Material der verschiedenen Lampen ebenfalls ableitfähig sein muss.

ESD-Monitoring verhindert Ausfälle

Wer sich bei der Einrichtung, den Schutzkleidungen und der Schulung der Mitarbeiter 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.

Daher ist es wichtig, dass regelmäßige Prüfungen durchgeführt werden. Die Geräte, die teilweise für die einzelnen Komponenten der EPA unterschiedlich sind, können gekauft oder auch ausgeliehen werden. In letzterem Fall kommt es aber häufig zu Verschleppungen der Prüfungen, die eigentlich mindestens alle drei Monate vorgenommen werden sollten. Einfacher ist es, bereits bei der Planung des Raums oder des Bereiches das Monitoring zu implementieren. Die Geräte überwachen hier jeden einzelnen Teil des ESD-Schutzes kontinuierlich und senden die Daten über WLAN an die Zentrale des Systems.

Wird hier festgestellt, dass Abnutzungserscheinungen vorliegen oder der ESD-Schutz nicht mehr komplett gewährleistet ist, geben manche der Systeme Alarm. Bei anderen hingegen ist es nötig, dass die Daten eigenständig und fortlaufend ausgewertet werden. Es ist daher unumgänglich, für das jeweilige System sorgfältige Mitarbeiterschulungen durchzuführen. Nur so können die Mitarbeiter wissen, wie sie das Monitoringsystem richtig nutzen.

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.