Elektronikfertigung und Luftbefeuchtung

Die richtige Luftbefeuchtung in der Elektronikindustrie

Die Sicherung einer konstanten, optimalen Luftfeuchte gehört zu den wirkungsvollen ESD-Schutzmaßnahmen in der Elektronikfertigung. Eine zusätzliche Luftbefeuchtung sichert dabei nicht nur die Qualität der Bauteile und Endprodukte sondern wirkt sich auch positiv auf das Wohlbefinden und die Gesundheit am Arbeitsplatz aus:

Elektrostatik (ESD-Schutz)

Eine zu geringe Luftfeuchte erhöht die Gefahr von elektrostatischen Entladungen und Folgeschäden an Bauteilen und Geräten. Eine ganzjährig optimale Luftfeuchte ist ein wirkungsvoller Schutz gegen Elektrostatik (ESD). Bei einer relativen Luftfeuchte von 40% - 50% ist die Leitfähigkeit der Luft und der Materialoberflächen soweit erhöht, dass elektrische Ladungen problemlos abgeleitet werden können. Der schnelle Ablauf der Entladung bei hoher Luftfeuchte wird dadurch erklärt, dass sich ein dünner Feuchtigkeitsfilm auf den Materialien bildet, der die Oberfläche soweit leitfähig macht, dass es nicht zur gefährlichen Ansammlung von Ladungen kommt. Elektronische Bauelemente/Baugruppen werden so vor Halbleiterausfällen und Spätfolgen geschützt.

Störungsfreier Maschinendurchlauf

Eine optimale Luftfeuchte hat einen positiven Einfluss auf die Aufnahmegenauigkeit und die Geschwindigkeit der Bestückungsautomaten für die SMD- und THT-Leiterplatten. Fehlende, versetzte oder "vagabundierende" Bauteile werden vermieden, die Feeder-Störungen, blockierte Bestückungsköpfe und Linienstillstände verursachen können.

Optimierte Prozesse

Die relative Luftfeuchte beeinflusst im Lötprozess die Viskosität der Lötpaste. Zu niedrige Luftfeuchtigkeit sorgt für eingeschränkte Fließfähigkeit und zu schnelles Austrocknen, das zu fehlerhaften Lötverbindungen führen kann. Im Klebe- und Lackierprozess beeinträchtigt zu trockene Luft die Aushärtung und reduziert die Festigkeit des Klebers.

Weniger Staub

Da elektrostatisch geladene Oberflächen zudem eine erhöhte Staubanziehungskraft haben, wird durch eine konstante, optimale Luftfeuchte zusätzlich auch die Partikelablagerung deutlich reduziert. Gleichzeitig werden Stäube durch die Luftbefeuchtung gebunden und verwirbeln weniger lang in der Luft.

Bessere Arbeitsbedingungen

Beispiele aus der Praxis

Optimale Luftfeuchte ist ESD-Schutz

Der Schutz vor unkontrollierten elektrostatischen Entladungen ist in der Elektronikindustrie zwingend notwendig. Für elektronische Baugruppen und sensible Halbleiterelemente können bereits Entladungen von 30 Volt zu Beschädigungen und verborgenen Defekten führen. Eine optimale Luftfeuchte reduziert das Aufladungsverhalten von Materialien und ist so eine wirkungsvolle zusätzliche ESD-Schutzmaßnahme.

Elektrostatische Aufladungen entstehen immer dann, wenn es zwischen Oberflächen zu Reibungselektrizität und anschließender Trennung kommt. Dies kann in der Elektronikindustrie an jedem Arbeitsplatz passieren – sowohl beim Körperkontakt als auch innerhalb von Maschinen. Beim Kontakt zweier Oberflächen mit unterschiedlicher Leitfähigkeit fließen Elektronen von einem Material zum anderen. Die Oberflächen laden sich dadurch entweder negativ oder positiv auf. Bei sehr gut leitfähigen Materialien kommt es sofort nach der Trennung wieder zu einem vollständigen Ladungsaustausch. Schlecht leitfähige oder isolierende Materialien behalten allerdings ihre neuen Ladungszustände, die sich sogar bei Abstandsvergrößerung auf mehrere Tausend Volt erhöhen können. Von diesen Materialien geht ein großes Risiko aus, da sie sich jederzeit unkontrolliert an gefährdeten Bauelementen durch direkten Kontakt oder über die Luftstrecke entladen können.

Nicht detektierbare Fehler

Unkontrollierte Entladungen werden sowohl durch den Menschen als auch durch Geräte und Maschinen, wie z. B. Lötspitzen, Bestückungsautomaten oder Verpackungen verursacht. Immer kleinere und leistungsfähigere Bauteile können bereits durch geringe Spannungen beschädigt werden. Schwerwiegender noch als die Kosten für erkennbare Totalausfälle von Halbleitern sind die trotz Qualitätssicherung nicht detektierbaren Fehler, die zu Folgeschäden und verkürzter Lebensdauer der Endprodukte führen. Hier kann eine ganzjährig kontrollierte Luftfeuchte jedem ESD-Schutzprogramm zusätzliche Sicherheit geben.

Ohne Aufladung keine Entladung

Für einen umfassenden ESD-Schutz, müssen wo immer möglich elektrostatische Aufladungen vermieden und eine definiert kontrollierte Entladung sichergestellt werden. Dazu leistet eine optimale Luftfeuchte einen doppelten Beitrag: Bei einer relativen Luftfeuchtigkeit zwischen 40 und 60 % bildet sich ein natürlicher, leitender Feuchtigkeitsfilm auf den Materialien. Dadurch werden auch schwer leitende Oberflächen und Isolatoren leitfähiger. Bei Reibungskontakt und anschließender Trennung ist dann ein vollständiger Ladungsaustausch zwischen den Materialien möglich, ohne dass es zu gefährlichen Aufladungen kommt. Zusätzlich erhöht sich die Leitfähigkeit der Luft, sodass elektrische Ladungen in die Atmosphäre abgeleitet werden können ohne Schäden an Materialien und Maschinen anzurichten.

Luftfeuchte reduziert Ladungen

Qualitätssicherung - Vom Bestücken zum Lackieren

Die Minimierung von Ausschuss sowie die Verringerung von Nacharbeit und Reparatur sind für eine wettbewerbsfähige Produktion unverzichtbar. Neben dem übergeordneten Schutz vor Elektrostatik gibt es eine Reihe von Prozessen und Fertigungsschritten, für die eine optimale Luftfeuchte einen relevanten Einfluss auf Qualität, Zeit und Kosten hat.

Trockene Luft ist insbesondere in den Wintermonaten keine Seltenheit. Hohe Maschinenabwärme verstärkt die Trockenheit zusätzlich. Ein Temperaturanstieg von 1 °C verursacht ein Absinken der relativen Luftfeuchte um etwa 3 %.

Bestückungsautomaten

Für die SMD- und THT-Leiterplattenbestückung sind der störungsfreie Maschinendurchlauf und die punktgenaue Montage entscheidende Performance-Faktoren. Eine optimale Luftfeuchte hat hier positiven Einfluss auf die Aufnahmegenauigkeit und die Geschwindigkeit des Prozesses: Ist die Luft zu trocken, können sich die Bauteile elektrostatisch an der Abdeckfolie der Blistergurte anhaften und werden durch die Pipette des Bestückungsautomaten nicht mehr exakt gegriffen. Bei Gurten aus Pappe kommt es zum Schrumpfen und zu Dimensionsänderungen. Schon leichte Verdrehungen und zusätzliche Spannungen der Gurte wirken sich negativ auf die Bestückungsgenauigkeit aus. Die Folge sind fehlende, versetzte oder „vagabundierende“ Bauteile, die zu Feeder-Störungen, blockierten Bestückungsköpfen und Linienstillständen führen können.

Lötprozess optimiert

Auch beim Löten elektronischer Baugruppen müssen die Prozessparameter optimal sein, um einen störungsfreien Fertigungslauf mit konstanter Benetzung zu sichern. Die relative Luftfeuchte beeinflusst hier die Viskosität der Lötpaste: Das in der Lötpaste enthaltene Flussmittel verdunstet bei zu niedriger Luftfeuchtigkeit. Durch eingeschränkte Fließfähigkeit und zu schnelles Austrocknen der Lötpaste können ungleichmäßige Lötprozesse und fehlerhafte Lötverbindungen entstehen.

Staubbindung

Höhere Luftfeuchtigkeit reinigt die Luft von Stäuben und reduziert die Ablagerung auf Maschinen und Bauteilen. Ein dünner Wasserfilm, der die Staubpartikel umschließt, lässt die Stäube kürzer in der Luft schweben, schneller zu Boden fallen und nicht wieder aufwirbeln.

Verkleben und Lackieren

Klebeprozesse finden häufig in der Baugruppen-Endmontage und in der Leiterplattenbestückung statt. Zu trockene Luft beeinträchtigt die Aushärtung und reduziert die Festigkeit des Klebers. Bei der Schutzlackierung von Baugruppen garantiert eine höhere Luftfeuchtigkeit einen störungsfreien Lackierprozess und optimalen Schichtauftrag.

Bestückungsfehler durch trockene Luft

Qualitätssicherung ist ein Muss

Der Mensch im Mittelpunkt

Das Wohlbefinden am Arbeitsplatz ist eine der wichtigsten Voraussetzungen für Motivation und Leistung. Einen großen Einfluss daran hat das Raumklima und hier besonders die Luftfeuchtigkeit: Zu trockene Luft wird nicht nur als unangenehm empfunden, sondern macht sich auch durch körperliche Beschwerden wie Schleimhautreizungen, Nasenbluten und Augenbeschwerden bemerkbar.

Die thermische Behaglichkeit am Arbeitsplatz spielt gerade in der Elektronikindustrie eine große Rolle: Lange Produktionslinien, hohe Maschinendichte, geschlossene Sauber- oder Reinraumbedingungen und hohe Maschinenabwärme führen oft zu klimatischen Belastungen. Hohe Temperaturen über den empfohlenen 20° bis 22 °C und daraus resultierende Luftfeuchtewerte von unter 30 % wirken sich negativ auf die Zufriedenheit und Leistungsfähigkeit der Mitarbeiter aus. Erhöhter Stoffwechsel, ein belasteter Kreislauf und geringere Leistungsreserven sind die Folge. Bei trockener Luft kommen zusätzlich körperliche Beschwerden dazu, die die Gesundheit belasten und schlimmstenfalls zum Ausfall der Mitarbeiter führen.

Schleimhautreizungen

Die Schleimhäute des Atmungstraktes (Nase, Bronchien, Lunge) reagieren sensibel bei anhaltend trockener Luft. Trocknet die schützende Schleimschicht aus oder reduziert ihre Dicke, können Stäube, Feinstpartikel und Allergene ungehindert eindringen und die Schleimhäute reizen. Häufige Symptome sind Rachenentzündungen, Heiserkeit, Husten- und Schluckzwang. Auch der Stimmapparat leidet unter nicht ausreichend befeuchteten Schleimhäuten, was bei starken Belastungen zum Wegfall der Stimme führen kann. Durch trockene Luft gereizte Nasenschleimhäute reagieren mit häufigem Nasenbluten.

Sinkende Immunabwehr

Zu trockene Luft beeinflusst zusätzlich die Selbstreinigungsfunktion der Schleimhäute und damit die Immunabwehr des Menschen. Bei einer relativen Luftfeuchte von unter 30 % können die Schleimhäute des Atemtraktes krankheitserregende Mikroorganismen nicht mehr aus dem Körper abtransportieren. Studien zeigen auch, dass bei zu geringer Luftfeuchtigkeit die Gefahr sich anzustecken durch die längere Lebens- und Verweildauer der Viren in der Luft deutlich ansteigt.

Augenbeschwerden

Die manuelle Bestückung von Bauteilen, Handlöten, optische Inspektionen und Sichtprüfungen sind Schwerstarbeit für die Augen. Ist die Luft zu trocken, verdunstet die Flüssigkeit des Tränenfilms, der die Bindehaut vor den Einwirkungen aus der Umwelt schützen soll. Im Extremfall kann der Tränenfilm sogar reißen. Geschwollene Augenlider, Rötungen, Augenbrennen und Entzündungen sind häufige Symptome. Konzentrationsund Leistungsfähigkeit nehmen ab. Stundenlanges Starren auf Prüftische und Mikroskope verstärken die Belastungen zusätzlich.

Luftfeuchte schützt die Schleimhäute

Hohe Temperaturen belasten 
bei der Arbeit