ESD-Ereignisse erkennen: Wie findet man Entladungen, die keine Widerstandsmessung zeigt?

Warum zeigt eine Widerstandsmessung keine Entladungen?

Eine Widerstandsmessung ist eine Momentaufnahme eines statischen Zustands: Sie prüft, ob Arbeitsfläche, Person oder Werkzeug zum Messzeitpunkt mit der Erde verbunden sind. Ladungserzeugung im laufenden Prozess, isolierte Metallteile in Maschinen und die schnelle Entladung eines geladenen Bauteils an geerdetem Metall bleiben dabei unsichtbar. Gerade eine gute Erdung kann das Ziel einer harten Entladung sein.

Das klingt widersprüchlich, folgt aber aus dem Charged Device Model (CDM): Hier trägt das Bauteil selbst die Ladung, etwa nachdem es über eine Zuführschiene geglitten ist oder ein Deckband abgezogen wurde. Berührt ein Pin anschließend eine niederohmige, geerdete Fläche, fließt die Ladung in Bruchteilen einer Nanosekunde ab. Der Widerstandswert dieser Fläche war bei der letzten Prüfung einwandfrei, der Schaden entsteht trotzdem.

• Ladungsaufbau durch Reibung, Trennen und Bewegung im Takt einer Anlage.
• Leitfähige Teile, die über Lager, Kunststoffhalter oder Beschichtungen von der Erde getrennt sind.
• Zeitweise Unterbrechungen an Schleifkontakten, Kabelketten oder Wechselwerkzeugen.

Wie erkennt ein Detektor eine Entladung?

Jede Entladung ist ein Stromimpuls mit sehr kurzer Anstiegszeit. Er strahlt ein breitbandiges elektromagnetisches Feld ab, ähnlich einem kleinen Funksender. Ein Ereignisdetektor empfängt diesen Impuls mit einer Antenne, vergleicht seine Amplitude mit einer einstellbaren Schwelle und wertet jedes Überschreiten als Ereignis. Ein Kontakt zum Prüfobjekt ist dafür nicht nötig.

Wovon hängen Schwelle und Empfindlichkeit ab?

Die empfangene Signalstärke hängt von der Energie der Entladung, ihrer Geschwindigkeit und vor allem vom Abstand zwischen Quelle und Antenne ab. Eine schwache Entladung nahe der Antenne kann deshalb genauso stark erscheinen wie eine kräftige in größerer Entfernung. Die Schwelle legt fest, ab welcher Amplitude ein Signal gezählt wird.

• Schwelle zu niedrig: Schaltvorgänge von Relais, Motoren, Frequenzumrichtern oder Funkgeräten werden mitgezählt.
• Schwelle zu hoch: Kleine, für CDM-empfindliche Bauteile aber relevante Entladungen gehen verloren.
• Bewährt: Schwelle bei stillstehender Anlage knapp über das Grundrauschen setzen, im Betrieb messen, Antennenabstand und Schwelle protokollieren.

Handgerät, stationärer Monitor oder Indikator: was passt wann?

Die drei Gerätetypen unterscheiden sich darin, ob sie nur zählen, die Stärke eines Ereignisses bewerten oder dauerhaft protokollieren. Ein Indikator eignet sich für die schnelle Stichprobe, ein Handmessgerät für die gezielte Suche an der Linie und ein stationärer Monitor für die Überwachung kritischer Prozessschritte über viele Schichten.

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Wo treten unbemerkte Entladungen typischerweise auf?

Entladungen häufen sich dort, wo Bauteile oder Baugruppen bewegt, getrennt oder von Maschinen gegriffen werden und danach auf Metall treffen. Typisch sind Bestückautomaten, Zuführungen, Handler und Prüfadapter, aber auch Handwerkzeug und Verpackungsschritte. In einer EPA mit geprüfter Personenerdung verlagert sich das Risiko oft vom Menschen auf die Maschine.

• Bestückautomaten: Abziehen des Deckbands vom Gurt, Pipetten und Düsen, die Bauteile aufnehmen und absetzen.
• Förderbänder, Rutschen und Zuführschienen, auf denen Bauteile oder Leiterplatten reibend gleiten.
• Isolierte Metallteile: Greifer, Vorrichtungen, Schienen und Abdeckungen ohne definierte Erdverbindung.
• Prüfadapter und Kontaktnadeln, an denen geladene Baugruppen auf niederohmige Kontakte treffen.
• Handwerkzeug wie Schraubendreher, Pinzetten und Zangen mit isolierenden Griffen oder Beschichtungen.

Besonders kritisch ist das Charged Device Model. Kleine Bauteile mit feinen Strukturen vertragen oft nur geringe CDM-Spannungen, und die Entladung beim Absetzen auf ein geerdetes Teil ist extrem schnell. Wie Bauteile nach HBM und CDM eingestuft werden, erklärt der Ratgeber ESD-Empfindlichkeitsklassen: HBM, CDM und MM einordnen.

Warum gehört die Spannungsmessung an Lötkolben und Werkzeug dazu?

Nicht jeder Schaden entsteht durch eine elektrostatische Entladung. Kriechströme und Störspannungen aus Netzteilen, Heizelementen oder schlecht geerdeten Geräten verursachen elektrische Überbeanspruchung (EOS). Ein Ereignisdetektor erkennt solche stetigen oder netzfrequenten Spannungen nicht. Deshalb wird zusätzlich gemessen, welche Spannung an Lötspitze und Werkzeug gegenüber Erde anliegt.

• Spannung zwischen Lötspitze und Erde im AC- und im DC-Bereich messen, bei aufgeheizter Spitze.
• Widerstand Spitze-Erde prüfen, denn eine unterbrochene Erdung lässt die Spitze frei floaten.
• Elektrische Schraubendreher, Entlötgeräte und netzbetriebene Prüfgeräte in die Messung einbeziehen.

Ablauf und Grenzwerte der Lötkolbenprüfung beschreibt der Ratgeber Lötkolben erden und Spitze-Erde-Widerstand prüfen.

Was ist zu tun, wenn der Detektor anschlägt?

Ein Ereignis ist zunächst ein Hinweis, kein Beweis für einen Bauteilschaden. Entscheidend ist, die Quelle genau zu lokalisieren, die Ursache mit Feld- und Widerstandsmessungen zu bestätigen, eine Maßnahme umzusetzen und mit erneuter Detektion nachzuweisen, dass die Ereignisse verschwunden oder deutlich schwächer geworden sind.

• Lokalisieren: Antenne schrittweise annähern, das Signal steigt in Richtung Quelle.
• Störquellen ausschließen: Anlage stillsetzen, Ereignisse mit Schaltvorgängen abgleichen.
• Ursache bestätigen: Ladung mit dem Feldmeter messen, Erdung isolierter Metallteile prüfen.
• Maßnahme umsetzen: Metallteile erden, harte Metallkontakte durch ableitfähige Werkstoffe ersetzen, Ionisatoren einsetzen, Abzugsgeschwindigkeit senken.
• Wirksamkeit nachweisen: mit gleicher Antennenposition und Schwelle erneut messen.

Zur Auswahl des Feldmeters siehe Elektrostatisches Feldmeter richtig auswählen.

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