Elektrostatische Entladungen vermeiden Worauf es in einer EPA-Schutzzone ankommt

Autor / Redakteur: Susanne Weber / M.A. Frauke Finus

Bei der Planung und Ausstattung von EPA-Schutzzonen müssen Unternehmen besondere Sicherheitsanforderungen erfüllen, um Risiken durch elektrostatische Entladungen zu vermeiden. Denn es gilt sowohl Produkte als auch Mitarbeiter davor zu schützen.

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Eine ESD-gerechte Arbeitsplatzausstattung ist wichtig in allen Bereichen, in denen elektrostatische Ladungen ein Risiko darstellen.
Eine ESD-gerechte Arbeitsplatzausstattung ist wichtig in allen Bereichen, in denen elektrostatische Ladungen ein Risiko darstellen.
(Bild: Dauphin)

Von Netzteilen bis hin zu Platinen: In zahlreichen Produkten sind Elektronikkomponenten verbaut, die im Fertigungsprozess eines besonderen Schutzes bedürfen. Denn ihre Funktionsfähigkeit kann durch elektrostatische Entladung (englisch: electrostatic discharge, kurz ESD) beeinträchtigt oder zerstört werden. Dabei können schon sehr niedrige Spannungsentladungen ab rund 100 Volt hochempfindliche Bauteile wie Halbleiter beschädigen. Die Krux: ESD-geschädigte Elektrokomponenten sind nicht sofort zu erkennen und nur aufwändig zu ermitteln. Denn für den Menschen ist erst eine Entladung von deutlich höheren Spannungen ab Werten von etwa 3.500 Volt überhaupt wahrnehmbar. So können Komponenten während des Montage- oder Produktionsprozesses durch elektrostatische Entladungen beschädigt werden, ohne dass dies bemerkt wird.

Die ESD-geschädigten Bauteile funktionieren zunächst, bevor sie nach Tagen oder Wochen ausfallen. Meist sind sie dann schon verbaut und bei einem Kunden im Einsatz. Für Unternehmen, in denen ESD-empfindliche Komponenten gehandhabt werden, ist es daher enorm wichtig, Schäden durch elektrostatische Entladungen zu vermeiden. Dabei ist zuverlässiger ESD-Schutz gleichermaßen ein Anliegen von Qualitätsmanagement und Arbeitssicherheit: Zum einen müssen die Verantwortlichen vorbeugen, damit es nicht zu den geschilderten ESD-Schäden kommen kann. Zum anderen dürfen keine Gefährdungen für die Mitarbeiter entstehen, etwa wenn ein Stromimpuls bei der Entladung brennbare Stoffe entzündet oder es durch Schreckreaktionen bei hohen Spannungsentladungen zu Unfällen kommt.

Elektrostatische Entladung kennt jeder

Elektrostatische Entladung ist ein Funke oder Durchschlag, der einen kurzen, hohen Stromimpuls hervorruft. Ursache ist eine große Potenzialdifferenz, die meist durch Reibung verursacht wird. Jeder kennt verschiedene Alltagssituationen, in denen man elektrostatische Entladungen erlebt: ein leichter Schlag beim Berühren eines Türgriffs oder ein Knistern beim Ausziehen von Kleidung aus Synthetikfasern.

Um Mensch und Material vor Spannungsimpulsen zu schützen, müssen Verantwortliche, oft spezielle ESD-Koordinatoren, besondere Sicherheitsmaßnahmen treffen. Diese gelten meist nur in bestimmten Bereichen von Produktion oder Montage. Dort kann das Unternehmen eine Schutzzone, die „Electrostatic Protected Area“ (EPA), einrichten. Die EPA kann sich auf einzelne ESD-Arbeitsplätze, zum Beispiel für Reparatur oder Montage, beschränken oder eine komplette Elektronikfertigung umfassen. Unabhängig von der Größe sind ESD-Koordinatoren gut beraten, in dieser Zone ein ganzheitliches Arbeitsplatzkonzept umzusetzen und die ESD-Sicherheit regelmäßig zu überprüfen. Wichtig sind auch eine eindeutige Kennzeichnung des Bereichs sowie unter Umständen geeignete Maßnahmen der Zutrittskontrolle, damit nur geschulte Mitarbeiter die EPA betreten.

Ausstattung einer EPA

In einer EPA muss sichergestellt sein, dass elektrostatische Auf- und Entladungen gar nicht erst entstehen oder zuverlässig abgeleitet werden. Für die dort verwendeten Materialien und Ausstattungselemente gibt es daher genaue Anforderungen. Diese ergeben sich aus den geltenden ESD-Normen gemäß DIN EN 61340-5-1. Ein ESD-gerechter Fußboden dient dabei der Ableitung elektrostatischer Ladungen. Dazu muss er mit dem Potentialausgleich, der sogenannten EPA-Erde, verbunden sein. Diese minimiert unterschiedliche elektrische Potentiale und leitet Ströme sicher ab. Eine zentrale Grundlage für die Einrichtung von ESD-gerechten Arbeitsplätzen ist daher, dass alle Komponenten auf die EPA-Erde führen. Elektrostatisch gefährdete Bauelemente dürfen nur in geeigneten abschirmenden Verpackungen in die EPA transportiert werden. Ein Mitarbeiter packt die empfindlichen Komponenten erst auf der Oberfläche des ESD-Arbeitsplatzes aus, um diese dort zu bearbeiten. Für den Transport aus der Schutzzone verpackt er sie erneut ESD-sicher. Damit die ungeschützte Handhabung der Teile kein Risiko darstellt, darf es auf den Arbeitsflächen nicht zu schlagartigen Entladungen kommen. Alle Oberflächen am ESD-Arbeitsplatz sind aus diesem Grund mit der EPA-Erde verbunden: So können eventuell vorhandene elektrostatische Ladungen kontrolliert abfließen.

Zu den größten Risikofaktoren für ESD-empfindliche Komponenten gehören die arbeitenden Menschen. Denn der menschliche Körper kann sich elektrostatisch aufladen und Spannungen auf Werkzeuge, Bauteile und Materialien übertragen. Deswegen müssen unbedingt adäquate Maßnahmen der Personenerdung umgesetzt werden. Eine Komponente ist das Handgelenkerdungsband für Mitarbeiter in der EPA: Über ein Kabel leitet es Ladungen sicher zur EPA-Erde ab. Eine weitere wichtige Erdungsmaßnahme für den Mitarbeiter am Arbeitsplatz sind ESD-gerechte Sitzgelegenheiten. Bei einem sicheren ESD-Stuhl verfügen alle Komponenten von der Rückenlehne über die Sitzfläche bis hin zum Drehgestell über einen ableitfähigen Pfad zur Erde. Materialien wie Polyurethan oder Polsterstoffe mit Metallfasern stellen sicher, dass sich der Stuhl nicht elektrostatisch auflädt. Die praktischen Erfahrungen in Unternehmen zeigen, dass auch in ESD-Schutzzonen mitunter Stühle genutzt werden, deren Rückseite, Armlehnen oder andere Anbauteile aus ungeeigneten, aufladbaren Materialien bestehen, sodass sie nicht ableitfähig sind.

Damit dies nicht vorkommt, unterstützen unabhängige Institute wie die ESD-Akademie Unternehmen bei der Auswahl von unbedenklichen Sitzgelegenheiten für eine EPA. Nach umfangreichen Prüfungen im eigenen Labor vergibt die Akademie Produktzertifikate, die umfassende ESD-Konformität gemäß der geltenden Normen bestätigen. Dieses objektive Qualitätskriterium für die Ausstattung von ESD-Schutzzonen garantiert, dass die zertifizierten Arbeitsstühle wie beispielsweise der Tec profile (IS 20231) oder der Tec classic (IS 20891) von Dauphin elektrostatische Ladungen zuverlässig ableiten und die hohen Sicherheitsansprüche in EPA-Bereichen erfüllen. Den Nachweis und einen detaillierten Prüfbericht liefert der Hersteller mit den Stühlen aus. Dadurch können ESD-Koordinatoren und andere Verantwortliche im Unternehmen relevante Grenzwerte etwa bei Ableitwiederständen stets nachvollziehen und überprüfen. Eine eindeutige Kennzeichnung mit dem EPA-Label sorgt zudem dafür, dass die speziellen ESD-Stühle oder austauschbare Komponenten nicht verwechselt werden. Daneben sollte auch die Bedienungsanleitung mit wichtigen Hinweisen zu Reinigung und Pflege jederzeit griffbereit sein. Denn nur auf diese Weise können die Verantwortlichen gewährleisten, dass die ESD-Sicherheit über die gesamte Produktlebensdauer erhalten bleibt. Komplettiert wird eine umfassende Personenerdung in der EPA durch ableitfähige ESD-Schutzkleidung: Schuhe, Handschuhe sowie ein Arbeitsanzug oder Arbeitskittel, der ungeeignete Kleidung bedeckt.

ESD-konform und körpergerecht

Sind die grundlegenden Sicherheitsanforderungen in der EPA erfüllt – keine unkontrollierten Entladungen auf Oberflächen und sichere Personenerdung – müssen die Verantwortlichen dafür sorgen, dass auch die weiteren Möbel, Ausstattungselemente und Arbeitsmittel umfassenden ESD-Schutz bieten. Ob Schrank oder Arbeitsplatzleuchte: Alle Arbeitsplatzkomponenten sollten elektrostatische Ladungen zuverlässig ableiten. Wenn dies nicht immer möglich ist, beispielsweise, weil ein Mitarbeiter für bestimmte Aufgaben einen Bildschirm benötigt, sollte er auf einen ausreichenden Abstand von mindestens 30 Zentimetern zwischen diesem und ESD-gefährdeten Bauteilen achten. Dies gelingt mithilfe eines schwenkbaren Monitorarms.

Moderne ESD-Arbeitsplätze sollten nicht nur Ladungen sicher ableiten, sondern auch dazu beitragen, dass die dort arbeitenden Menschen dauerhaft leistungsfähig bleiben. Besondere Bedeutung kommt dabei ergonomischen Sitzgelegenheiten zu. Ein ESD-Stuhl mit geeigneter Sitzmechanik unterstützt den arbeitenden Menschen bei einem körpergerechten Sitzen. Dabei nähert sich die Wirbelsäule ihrer natürlichen Doppel-S-Form, die sich im Stehen und Gehen zeigt. Das beugt Verspannungen und der Volkskrankheit Rückenleiden vor. Der ESD-Stuhl Tec profile von Dauphin fördert mit einer negativ nach vorn geneigten Sitzfläche das rückengerechte Sitzen. Durch die Neigung öffnet sich der Beckenwinkel des Sitzenden und die Wirbelsäule kommt automatisch ihrer Idealform nahe. Daher tragen der Tec profile sowie weitere Arbeitsstühle von Dauphin das Gütesiegel „geprüft & empfohlen“ der Aktion Gesunder Rücken (AGR) e.V. Das Qualitätszeichen bescheinigt, dass es sich um besonders rückengerechte Sitzmöbel handelt. Ideal für den zeitgemäßen ESD-Arbeitsplatz sind Produkte, deren hohe Qualität sowohl ESD-Akademie als auch AGR bescheinigen: Wie der Arbeitsstuhl Tec profile verbinden sie umfassenden ESD- Schutz mit ergonomischer Qualität.

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