ESD-Schutz an der SMT-Linie: Wo entstehen Ladungen außerhalb der Werkbank?

Warum entstehen an der SMT-Linie andere Ladungen als an der Werkbank?

An der Werkbank ist meist der Mensch die wichtigste Ladungsquelle, an der SMT-Linie sind es Maschinen und Material. Gurte, Folien, Leiterplatten und Bauteile werden ständig getrennt, gleiten über Bänder und werden angesaugt. Jede dieser Bewegungen erzeugt durch Reibung und Trennung Ladung, ohne dass ein Bediener das Bauteil berührt.

Damit dominiert nicht die Entladung eines Menschen (HBM), sondern das Charged Device Model (CDM): Bauteil oder Leiterplatte laden sich auf und entladen sich schlagartig, sobald ein Pin geerdetes Metall berührt, etwa eine Pipette oder Prüfnadel. Die Entladung dauert Nanosekunden und kann Gate-Oxide schädigen, ohne dass der Funktionstest es sofort zeigt.

• Prozessnotwendige Isolatoren: Basismaterial der Leiterplatte, Gurte, Deckfolien, Trays. Sie lassen sich nicht erden.
• Isolierte Leiter: Bauteile auf der Leiterplatte und Metallteile ohne Erdverbindung. Sie halten Ladung, bis ein Kontakt sie abführt.

Welche Stationen der SMT-Linie erzeugen die meisten Ladungen?

Kritisch sind alle Übergabepunkte, an denen Material getrennt oder bewegt wird: Auspacken im Wareneingang, Abziehen der Deckfolie im Feeder, Lösen der Leiterplatte von der Schablone, Ansaugen durch die Pipette, Transport auf Bändern, Nutzentrennen und Verpacken. Die Tabelle ordnet jeder Station Ladungsquelle und Gegenmaßnahme zu.

Oft kommt die Ladung schon mit der Ware: Rollen, die außerhalb der EPA umgepackt wurden, laden die Linie, bevor die erste Maschine läuft. Siehe ESD-Wareneingang: Verpackung und Kennzeichnung prüfen und, zur Maschine selbst, Bestückungsautomat auswählen.

Wie werden Maschinen und Kontaktflächen an der Linie geerdet?

Jede Maschine wird mit Gehäuse und allen leitfähigen Teilen, die Bauteile oder Leiterplatten berühren, an die Schutzerde und den gemeinsamen Erdungssammelpunkt der EPA angebunden. Entscheidend ist nicht der Netzanschluss allein, sondern die durchgehende Verbindung bis zur Kontaktfläche: Pipette, Greifer, Transportband und Anschlag.

Diese Kette reißt oft an unscheinbaren Stellen: Eloxal, Kunststofflager, Gummipuffer und Zahnriemen trennen bewegliche Teile vom Rahmen. Ein Greifer auf einem isolierten Lager ist ein isolierter Leiter, auch wenn das Gestell geerdet ist.

• Kontaktflächen zum Bauteil ableitfähig ausführen, damit Ladung gedämpft abfließt.
• Bewegliche Teile über Schleifkontakte, Erdungsbürsten oder Litzen anbinden.
• Feederwagen und Rollenhalter über ableitfähige Rollen oder Erdungskabel erden.
• Bediener über Fersenband und ableitfähigen Boden erden, an festen Plätzen per Handgelenkband (Person zu Erde < 3,5 x 10⁷ Ω).

Gemessen wird mit einem Erdungsprüfgerät: neben dem Widerstand auch Wechsel- und Gleichspannung auf dem Schutzleiter und hochfrequente Störungen, die über die Erdung das Bauteil erreichen.

Erdungssysteme

Fersenbänder, Handgelenkbänder und Erdungskomponenten für Bediener und Anlagen.

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ESD-Messtechnik

Prüfgeräte für Erdung, Widerstand und elektrostatische Felder.

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Wann braucht die SMT-Linie Ionisation statt Erdung?

Ionisation wird dort eingesetzt, wo Erdung nicht greift: am Basismaterial der Leiterplatte, an Gurten und Deckfolien und an isolierten Bauteilen während des Transports. Der Ionisator erzeugt positive und negative Luftionen, die Ladungen auf diesen Oberflächen neutralisieren. Er ergänzt die Erdung von Maschinen und Personen, ersetzt sie aber nicht.

An Maschinen dienen Gebläseionisatoren für Einhausungen, Ionisationsstäbe über Bändern und ionisierende Druckluftdüsen für punktuelle Stellen. Geräte mit Gleichspannung und Regelkreis halten die Balance stabiler und brauchen wenig Luftstrom, was im Bestücker zählt, weil Luftzug kleine Bauteile verschiebt.

Ein Gerät mit verschobener Balance lädt selbst. Offset-Spannung (in der EPA üblich < ± 35 V) und Entladezeit werden deshalb regelmäßig nach DIN EN 61340-4-7 geprüft, die Emitterspitzen gereinigt.

Ionisatoren

Gebläse, Stäbe und Düsen für Isolatoren und isolierte Leiter.

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Isolatoren in der EPA

Wann Ionisation nötig ist und wie man Isolatoren bewertet.

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Wie prüft man, ob die Maßnahmen an der Linie wirken?

Die Wirkung wird mit einem elektrostatischen Feldmeter direkt am Prozess gemessen: Leiterplatten und Gurte werden an den Übergabepunkten nach dem kritischen Schritt angemessen, die Werte dokumentiert und mit dem Grenzwert des ESD-Kontrollprogramms verglichen. Ergänzend werden Erdung und Ionisatoren periodisch geprüft und kritische Punkte dauerhaft überwacht.

• Messpunkte festlegen: Feederausgang, nach Druck und Bestückung, Reflow-Auslauf, nach dem Nutzentrennen.
• Immer im gleichen Abstand messen, das Feldmeter selbst erden.
• Auffällige Stellen mit und ohne Ionisator messen.
• Personenerdung arbeitstäglich, Arbeitsflächen nach Prüfplan prüfen (zu Erde < 10⁹ Ω).
• Ergebnisse im Kontrollprogramm nach DIN EN 61340-5-1 ablegen.

Dauerüberwachung lohnt sich an Plätzen mit Handgelenkband und an Maschinen, deren Erdung bei Wartung getrennt wird: Der Monitor meldet eine Unterbrechung sofort. Zur Gerätewahl siehe Elektrostatisches Feldmeter richtig auswählen.

Häufige Fragen