Luftbefeuchtung und Elektrostatik

 

Qualität sichern und Kosten senken

Optimale Luftfeuchte schützt vor Elektrostatik


Die Sicherung einer konstanten, optimalen Luftfeuchte ist eine effektive Maßnahme, um den Aufbau statischer Elektrizität in Produktionsumgebungen zu beseitigen. Bei einer optimalen relativen Luftfeuchte von 50% - 55% ist die Leitfähigkeit der Luft und der Materialoberflächen soweit erhöht, dass elektrische Ladungen problemlos abgeleitet werden können.

Statische Aufladungen können in unterschiedlichen Fertigungs- und Produktionsbereichen zu gravierenden Schäden, fehlerhafter Produktqualität und hohen Kosten führen. Probleme mit Elektrostatik treten besonders häufig in der Elektronikindustrie auf. Aber auch bei der Verarbeitung von Papier, Kunststoffen, Textilien, Verpackungen und Pharmaprodukten behindert Elektrostatik die Produktion erheblich.

Warum schützt Luftfeuchtigkeit? 
Elektrische Aufladungen sind umso größer, je niedriger die Raumluftfeuchte ist. Die oft herrschende Meinung, feuchte Luft leite elektrisch besser als trockene, trifft nicht zu. Vielmehr lagert sich feuchte Luft verstärkt an Ionen an, wodurch diese schwerer und im elektrischen Feld unbeweglicher werden. Bei einer optimalen relativen Luftfeuchte von 50% - 55% 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 und Baugruppen werden vor Halbleiterausfällen und Spätfolgen geschützt. Materialien, wie Papier, Folien, Textilfasern haften nicht mehr aneinander und behindern den Maschinendurchlauf. Da elektrostatisch geladene Oberflächen zudem eine erhöhte Staubanziehungskraft haben, wird durch eine konstante, optimale Luftfeuchte zusätzlich auch die Partikelablagerung deutlich reduziert.

ESD-Schutz 
Die triboelektrische Aufladung ist der elektrische Aufladevorgang, bei dem Ladung durch den Kontakt und die darauf folgende Trennung zweier Oberflächen generiert wird.
In vielen Produktionsbereichen der Elektronikindustrie sind unkontrollierte elektrostatische Entladungen (engl. electrostatic discharge, ESD) eine große Gefahr für die Qualität und Zuverlässigkeit der Endprodukte. Bei der Herstellung elektronischer Baugruppen oder deren Montage zu Modulen und Systemen kann eine äußerlich nicht sichtbare Zerstörung durch elektrostatische Entladung entstehen. Diese nicht detektierbaren Fehler, die trotz Qualitätssicherung zu Folgeschäden und verkürzter Lebensdauer der Endprodukte führen, können schwerwiegender sein als die Kosten für erkennbare Totalausfälle von Halbleitern. 

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.

Beispielsweise reichen 100 Volt, um eine Information auf einem magnetischen Datenträger zu löschen, 30 Volt, um elektronische Komponenten zu beschädigen oder weniger als 5 Volt, um sensible Bauelemente zu beschädigen, wobei hier nicht die Aufladung, sondern der unkontrollierte Entladevorgang zur Schädigung führt. Entsprechend hohe Anforderungen an den ESD-Schutz werden zum Beispiel bei der Leiterplattenbestückung (SMT- und THT-Fertigung) gestellt. Doch auch bei Transport und Lagerung der Bauteile sind ESD-Schutzmaßnahmen unerlässlich, so dass alle Lagerbereiche ESD-gerecht gestaltet sein müssen und auch Transportverpackungen den empfindlichen Komponenten einen entsprechenden Schutz bieten.

 




Die Bedeutung der Luftfeuchte in der Elektronikindustrie

 

Exkurs

ESD-Schutznormen in der Elektronikindustrie

Für das Qualitätsmanagement sind weltweit anerkannte Industriestandards und Normen unverzichtbar. Je schneller der technische Fortschritt und der weltweite Wettbewerb fortschreitet, desto hilfreicher sind praxisorientierte Normen, um eine optimale Qualität möglichst schnell und mit möglichst geringen Kosten zu erreichen. Empfehlungen zu einer kontrollierten Luftfeuchte sind in vielen relevanten Normen enthalten.

Um einen ausreichenden ESD-Schutz sicherzustellen, sind im IPC-J-STD-001 Standard auch Empfehlungen für die Temperatur und Luftfeuchte im Montagebereich enthalten. Eine geregelte und stabile Luftfeuchtigkeit gehört zu einem kontrollierten Produktionsumfeld.

Lars Wallin, IPC Europa Repräsentant

IEC
Alle wichtigen Normen werden weltweit abgestimmt und kommuniziert. Die internationalen Normeninhalte kommen heute meist von der IEC (International Electrotechnical Commission) mit Sitz in Genf. Die IEC Normen werden in der Regel inhaltsgleich in nationale Normen und Richtlinien übersetzt.

IPC
Der weltweite Fachverband IPC (Association Connectiong Electronics Industries) ist der wichtigste Einreicher von Normen bei der IEC und stellt als einzige Institution einen vollständigen Satz von Richtlinien für die gesamte Prozesskette zur Herstellung von Leiterplatten-Baugruppen bereit. Die Regelwerke entstehen in Zusammenarbeit mit nationalen und internationalen Unternehmen sowie Institutionen.

JEDEC
Die JEDEC Solid State Technology Association ist eine US amerikanische Organisation, die Richtlinien für die Mikroelektronik-Branche und zur Standardisierung von Halbleitern entwickelt.

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