Isolatoren und isolierte Leiter in der EPA: Wann ist Ionisation nötig?

Warum kann man einen Isolator nicht erden?

Ein Isolator hat einen so hohen Oberflächen- und Durchgangswiderstand, dass Ladung auf ihm praktisch an Ort und Stelle bleibt. Ein Erdungskabel entlädt nur den Punkt, den es berührt, die übrige Fläche behält ihre Ladung. Deshalb verlangt DIN EN 61340-5-1, Isolatoren nicht zu erden, sondern ihr elektrostatisches Feld zu bewerten und zu beherrschen.

Bei Leitern und ableitfähigen Werkstoffen wandert Ladung durch das Material zum Erdpunkt. Kunststoffe wie Polystyrol, PET-Folie oder Acrylglas bieten diesen Weg nicht: Ladung aus Reiben, Abziehen oder Trennen bleibt je nach Luftfeuchte lange bestehen.

Das eigentliche Risiko ist das Feld, nicht die Berührung. Liegt ein empfindliches Bauteil im Feld eines geladenen Isolators, verschieben sich die Ladungen im Bauteil (Influenz). Berührt es in diesem Zustand einen geerdeten Leiter, fließt Ladung schlagartig ab: ein CDM-Ereignis (Charged Device Model). Wird das Bauteil danach aus dem Feld genommen und erneut geerdet, folgt eine zweite Entladung mit umgekehrter Polarität.

Was sind prozessnotwendige Isolatoren und isolierte Leiter?

Prozessnotwendige Isolatoren sind Materialien, die das Produkt oder der Prozess zwingend braucht und für die es keine ableitfähige Alternative gibt, etwa Leiterplattenbasismaterial, Kunststoffgehäuse, Folien und Bedienteile. Isolierte Leiter sind metallische Teile ohne Erdverbindung, die Bauteile berühren, zum Beispiel Prüfspitzen, Bonddrähte, Handwerkzeug und Transportrollen.

Der Unterschied bestimmt die Maßnahme. Auf einem Isolator ist die Ladung ortsfest. Ein isolierter Leiter sammelt frei bewegliche Ladung und gibt sie beim ersten Kontakt vollständig und sehr schnell ab. Dafür lässt er sich meist nachträglich erden, ein Isolator nie.

In welcher Reihenfolge geht man mit Isolatoren um?

Ionisation ist der letzte Schritt, nicht der erste. Zuerst wird geprüft, ob der Isolator entfernt werden kann, dann, ob es eine ableitfähige Alternative gibt, dann, ob sich mindestens 30 cm Abstand zum Bauteil einhalten lassen. Erst wenn keine dieser Maßnahmen greift, neutralisiert ein Ionisator die Ladung direkt am Ort des Prozesses.

• Entfernen: Was für den Arbeitsschritt nicht gebraucht wird, verlässt den Arbeitsplatz.
• Ersetzen: Folien, Behälter und Werkzeuggriffe in ableitfähiger Ausführung verwenden, isolierte Leiter erden oder in den Potenzialausgleich einbinden.
• Abstand: Verbleibende Isolatoren mit nennenswertem Feld mindestens 30 cm vom Bauteil fernhalten, das Feld nimmt mit der Entfernung deutlich ab.
• Ionisieren: Wenn nichts davon möglich ist, etwa weil der Isolator Teil des Produkts ist.

Welche Bauform passt zu welchem Fall?

Tischionisatoren decken einen Arbeitsplatz ab und passen in kompakter Form auch in Maschinen. Überkopfionisatoren versorgen die ganze Tischfläche von oben, auch wenn Gegenstände den Luftstrom eines Tischgeräts abschatten würden. Druckluftionisatoren wirken punktuell, etwa an Bestückungsstationen, und lösen zugleich angezogene Partikel.

Ionisiergeräte

Tisch-, Überkopf- und Druckluftionisatoren für Isolatoren, die im Prozess bleiben müssen.

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Feldmeter

Messen das Feld am Ort des Bauteils und zeigen, ob Abstand genügt.

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Wie stellt man fest, ob ein Isolator kritisch ist?

Entscheidend ist das elektrostatische Feld dort, wo das Bauteil liegt oder verarbeitet wird, nicht irgendwo auf dem Tisch. Gemessen wird mit einem Feldmeter, das eine geerdete Person hält. Das Ergebnis zeigt, ob Abstand ausreicht oder ionisiert werden muss. Die Bewertung folgt DIN EN 61340-5-1, Hinweise zur Durchführung gibt IEC TR 61340-5-2.

• Im realen Prozesszustand messen, etwa direkt nach dem Abziehen der Folie oder während des Handlings.
• Die messende Person ist geerdet, sonst fehlt dem Gerät der Bezug.
• Kleine Objekte ergeben im Verhältnis zum Messabstand zu niedrige Werte: näher messen oder den Wert als Untergrenze werten.
• Ort, Abstand, Datum und Wert dokumentieren, nach Einbau eines Ionisators erneut messen.

Ein Feldmeter misst kontaktlos und verändert die Ladung auf dem Isolator nicht. Worauf es bei Messbereich, Abstandsmessung und Erdung des Geräts ankommt, beschreibt der Ratgeber Elektrostatisches Feldmeter richtig auswählen.

Was muss ein Ionisator für Isolatoren leisten?

Ein Ionisator ersetzt keine Erdung, er ergänzt sie für das, was sich nicht erden lässt. Er muss ausbalanciert sein, damit er nicht selbst Ladung aufbringt (Offset-Spannung innerhalb ± 35 V nach DIN EN 61340-5-1), und die Ladung schnell genug abbauen. Beides wird nach IEC 61340-4-7 und IEC TS 61340-5-4 regelmäßig geprüft.

Die meisten Geräte arbeiten mit Koronaentladung an Emitterspitzen. AC-Geräte brauchen wegen starker Rekombination viel Luftstrom. Gleichstrom-Geräte mit getrennten Emittern erreichen eine hohe Ionendichte bei moderatem Luftstrom und eignen sich daher für Lötplätze und empfindliche Teile.

Verschmutzte Emitterspitzen verschieben die Balance, ein verstimmter Ionisator lädt Isolatoren auf, statt sie zu entladen. Jedes Gerät gehört mit Seriennummer in den Prüfplan und wird vor und nach der Reinigung gemessen. Geräte mit Sensorrückführung regeln die Balance selbst nach.

Wie Ionisation wirkt

Ionenerzeugung, Bauformen und Grenzen der Neutralisation von Isolatoren.

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Ionisator prüfen

Offset-Spannung und Entladezeit messen, Balance einstellen, Intervalle festlegen.

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