ESD-Handschuhe als sinnvolle Maßnahme gegen elektrostatische Entladung

Warum Sie Ihre Elektronik mit ESD-Handschuhen schützen sollten

Aufgrund von Reibung und Bewegungen lädt sich jeder Mensch statisch auf. Mehrfach am Tag kommt es zur elektrostatischen Entladung, jedoch ist diese für den Menschen meist gar nicht wahrnehmbar und ohne Folgen. Anders verhält es sich beim Kontakt mit leitenden Gegenständen. Trifft die elektrostatische Ladung auf empfindliche elektronische Bauteile, können diese beschädigt oder gar vollständig zerstört werden.
Um mikroelektronische Bauteile- oder Elemente zu schützen, hilft das Tragen von ESD-Handschuhen. Die Ladung kann dank der Handschuhe kontinuierlich bei jeder Berührung mit einer geerdeten Oberfläche abgegeben werden.

Was bedeutet ESD?

Die Abkürzung ESD steht für electrostatic discharge (dt.: „elektrostatische Entladung“). Voraussetzung für eine elektrostatische Entladung sind zwei Objekte mit einem unterschiedlichen Potential. Die Potentialdifferenz entsteht beispielsweise durch Reibungselektrizität (z.B. Gehen auf einem Teppichboden).

Ist antistatisch gleich ESD?

Die Begriffe „ESD“ und „antistatisch“ tauchen zwar häufig im selben Kontext auf, sind jedoch keinesfalls gleichzusetzen.
Elektrostatische Entladung ist anders als Antistatik keine Gefahr für den Menschen, sondern schädlich für sensible, elektronische Bauteile. ESD-Schutz kommt daher überall dort zum Einsatz, wo Schäden an Werkstücken oder Geräten durch kontrollierte Ableitung von Ladung verhindert werden sollen.

Im Gegensatz dazu sorgt antistatische Schutzausrüstung (z.B. antistatische Sicherheitsschuhe) dafür, Mitarbeiter:innen vor elektrischer Aufladung zu schützen bzw. eine Ableitung der Ladung zu gewährleisten. Das ist zum Beispiel dann notwendig, wenn das Risiko eines elektrischen Schlags durch spannungsführende Teile oder elektrische Geräte besteht.

Sowohl bei ESD als auch bei Antistatik geht es um den Durchgangswiderstand. Die Norm DIN EN 61340-5-1 zum Schutz vor elektrostatischer Aufladung im Zusammenhang mit technischen Geräten definiert, dass der dort festgelegte ESD-Bereich eine Eingrenzung des antistatischen Bereiches darstellt. Was das konkret bedeutet, zeigt folgendes Beispiel der Sicherheitsschuhe:

Antistatische Sicherheitsschuhe haben einen Durchgangswiderstand zwischen 100 Kiloohm bis 1 Gigaohm. Die Grenze für ESD-Sicherheitsschuhe liegt im Bereich von 100 Kiloohm bis zu 35 Megaohm. Das bedeutet, dass ESD-Arbeitsschuhe immer antistatisch und mit ESD-Kennzeichnung versehen sind.
Antistatische Sicherheitsschuhe sind allerdings nicht immer ESD-fähig, sondern nur dann, wenn ihr Durchgangswiderstand nicht über der ESD-Obergrenze von 35 Megaohm liegt.

Schneller Potentialausgleich: So entsteht ESD

Nähern sich beide Objekte mit unterschiedlichen Potentialen bis auf ein paar Millimeter aneinander an, geschieht ein schlagartiger Potentialausgleich. Es kommt zu einem plötzlichen und schnellen Ladungsübergang von einem Objekt auf das andere.

Eine elektrostatische Entladung kann nicht nur zwischen Gegenständen stattfinden. Auch der Mensch lädt sich wie oben genannt durch Reibungselektrizität statisch auf. Liegt die Luftfeuchtigkeit der Umgebung unter 20%, kann eine Aufladung vom Menschen bis zu 35.000 Volt stattfinden. Bei einer Luftfeuchte von 65% ist eine Aufladung von unter 1.500 Volt möglich.

Warum Sie Ihre Elektronik vor ESD schützen sollten

Auch wenn elektrostatische Entladung für den Menschen erst ab ca. 3.000 Volt unangenehm spürbar wird, sind elektronische Bauteile bzw. Baugruppe schon von kleinsten Ladungen schwer betroffen. So reichen beispielsweise bereits 30 Volt, um elektronische Komponenten zu beschädigen, 50 Volt, um entzündliche Funken zu erzeugen und 100 Volt, um Informationen auf magnetischen Speichermedien zu löschen. Am sensibelsten reagieren Bauelemente wie Leseköpfe von Harddisks oder Mikrochips. Hier reichen bereits 5 Volt um diese in der Produktion zu beschädigen.

Die Energie einer statischen Entladung zerstört insbesondere die Halbleiterstrukturen im Inneren einer Komponente. Dadurch werden Isolationsabstände und Leiterbahnen geschwächt.
Wie ESD-empfindlich ein Bauteil ist, kann mit Hilfe von EMV-Messungen („Elektromagnetische Verträglichkeit“) in einem entsprechenden Labor untersucht werden.

Die durch statische Entladung entstandenen Beschädigungen lassen sich mit normalen Produktionstests nicht ausfindig machen. Sie äußern sich meistens erst im Einsatz beim Kunden durch auffälliges Verhalten bei schnellen Schaltzyklen, im Temperaturgrenzbereich oder bei Feuchtigkeit.

Neben den entstehenden Reparaturkosten kommen nicht selten Kosten für Ersatzleistungen und Strafzahlungen auf den Händler zu. Ebenso zieht schon bei Auslieferung beschädigte Ware in der Regel ein Imageschaden nach sich.
Die Statistik eines Halbleiterherstellers zeigt jedoch, dass ESD-Schäden in der Praxis bei ca. 25% der als defekt zurückgelieferten Baukomponenten als Ursache auftreten.

ESD-Handschuhe als Teil der Schutzmaßnahmen gegen elektrostatische Entladung

Um ESD-Schäden vorzubeugen, sollte sich jeder, der an der Herstellung oder Wartung von empfindlichen elektronischen Bauteilen oder Baugruppen beteiligt ist, vor ungewollter elektrostatischer Entladung schützen. Dies gilt für den gesamten Herstellungsprozess.

ESD-Schutz bzw. ESD-Festigkeit ist gerade in diesen Bereichen besonders wichtig:

• Computertechnik
• Elektronikproduktion
• Automobilelektronik
• Industrielektronik
• Telekommunikationstechnik
  
  

Gefährdungen im Zusammenhang mit elektrostatischer Entladung entstehen außerdem im Umgang mit brennbaren Gasen und Flüssigkeiten, wie zum Beispiel an Tankstellen oder Gasanlagen. Darüber hinaus kann es durch ESD zu Staubexplosionen von staubtrockenem Schüttgut wie Kohle, Mehl oder Getreide kommen.

Um elektronische Komponenten zu schützen, ist unter anderem das Tragen von ESD-Handschuhen sinnvoll. Diese bauen bei jeder Berührung mit einem geerdeten Gegenstand kontinuierlich Ladung ab.
Dank Linern, in denen leitfähige Spezialfasern (zum Beispiel aus Carbon oder Kupfer) eingearbeitet sind, wird diese Leitfähigkeit der Handschuhe erzielt. Einige homogene Materialien, wie beispielsweise Nitril, können ebenfalls antistatische Eigenschaften besitzen.
Bei zusätzlich beschichteten Schutzhandschuhen kann eine Antistatik der Handschuhe nur erzielt werden, wenn auch die Beschichtung ebenfalls mit leitfähigen Partikeln (wie Silberionen) vermischt wird.

Kennzeichnung von ESD-Handschuhen

Momentan gibt es keine ESD-Norm und entsprechend normbasierte ESD-Kennzeichnung für Schutzhandschuhe. Zwar werden Berufsbekleidung und Sicherheitsschuhe nach der Norm DIN EN 613405-1 geprüft und kennzeichnet, allerdings lässt sich diese nicht auf Schutzhandschuhe anwenden.

Die Norm DIN EN 16350:2014 definiert Prüfbedingungen und Anforderungen an Schutzhandschuhe gegen elektrostatische Risiken. So muss der Durchgangswiderstand dieser Handschuhe kleiner als 100 Megaohm sein. Das ist besonders in explosionsgefährdeten Bereichen wichtig. Geprüft wird der Durchgangswiderstand nach der Norm DIN EN 1149-2:1997. Die Prüfatmosphäre setzt sich dabei aus einer Lufttemperatur von 23°C +/- 1°C und einer relativen Luftfeuchtigkeit von 25% +/- 5% zusammen. Die Messung erfolgt fünfmal. Bei jedem Messvorgang muss die Probe den Grenzwert einhalten.

Schutzhandschuhe, die nach der Elektrostatik-Norm DIN EN 16350 geprüft und zertifiziert wurden, können bedenkenlos in den Bereichen eingesetzt werden, die einen ESD-Schutz benötigen, da die Prüfwerte nahezu mit denen der ESD-Norm DIN EN 61340-5-1 gleichzusetzen sind (siehe Tabelle). Eine entsprechende einheitliche ESD-Kennzeichnung (wie beispielsweise das gelbe ESD-Symbol beim Schuhwerk) gab es bisher für Schutzhandschuhe nicht. Die neue Norm DIN EN ISO 21420:2020 („Schutzhandschuhe – Allgemeine Anforderungen und Prüfverfahren“) legt fest, dass Handschuhe, die die Anforderungen der EN 16350 erfüllen, mit dem entsprechenden Piktogramm (Schild mit Blitzsymbol) gekennzeichnet werden dürfen.

Die Normen DIN EN 16350 und DIN EN 61340-5-1 im Überblick

ESD-Handschuhe und weitere Schutzmaßnahmen am ESD-Arbeitsplatz

Wichtig ist, dass auch zusätzlich zum ESD-Handschutz auch die Kleidung bzw. die Schuhe sowie das Umfeld der Mitarbeiter:innen ESD geschützt ausgestattet werden. Nur so kann eine niederohmige leitende Verbindung zwischen dem Bauteil, dem Handschuh, der Haut, der Kleidung und den Schuhen bestehen und eine plötzliche Entladung verhindern. Zusätzliche Maßnahmen sind beispielsweise:

• ESD-Bekleidung
• ESD gerechtes Werkzeug
• Ionisatoren
• Schutzverpackungen
• ableitende Fußbodenbeläge
• ableitendes Schuhwerk
• ableitende Arbeitsoberflächen und Einrichtungsgegenstände
• Handgelenksband

Außerdem sollten regelmäßige, jährliche Schulungen der Mitarbeiter:innen erfolgen, um ein Bewusstsein für die Gefahren durch elektrostatische Entladungen zu schaffen. Bei diesen sollten auch Kolleg:innen aus Nachbarabteilungen (z.B. Logistik oder Arbeitsvorbereitung) mit einbezogen werden.
Desweiteren empfiehlt sich eine regelmäßige, messtechnische Überprüfung der ESD-Kontrollelemente (mindestens alle 12 Monate), um eine einwandfreie Funktion zu gewährleisten.

Schutz vor elektrostatischer Entladung - Jetzt beraten lassen!

Sie suchen den passenden ESD-Schutzhandschuh für Ihr Einsatzgebiet oder haben Fragen zum Thema ESD-Schutz? Wir beraten Sie gerne! Schreiben Sie uns einfach per Mail an [email protected] oder rufen Sie uns an unter 05742 93030.