Was ist statische Elektrizität und wie wird sie erzeugt?
Unter statischer Elektrizität versteht man die Ansammlung elektrischer Ladungen auf der Oberfläche eines Objekts. Statische Ladungen werden normalerweise auf die folgenden drei Arten erzeugt:
- Reibung
- Zwei Objekte sperieren nach Kontakt
- Elektrostatische Induktion
Fast jeder Gegenstand am Arbeitsplatz kann statische Elektrizität erzeugen, z. B:
- Mobile Objekte: Handkarren und Stühle
- Materialien: Klebeband, Wendeboxen und andere Gegenstände, die für den Materialtransport verwendet werden
- Kleidung: Handschuhe, Reinraumtücher, Schuhe und normale Kleidung
- Bestandteile des Arbeitsplatzes**: Arbeitsflächen, CRT-Computermonitore, Handwerkzeuge, Papier, Notizbücher, Ordner und Stifte
- Infrastruktur: Wände, Böden und Alkoholflaschen
- Verpackung: normaler Kunststoff, Papier und Karton.
Was ist ESD?
ESD steht für Electrostatic Discharge (elektrostatische Entladung) und bezeichnet den plötzlichen Stromfluss zwischen zwei elektrisch geladenen Objekten, der durch Kontakt, einen Kurzschluss oder einen dielektrischen Durchschlag verursacht wird. Wenn dieser Prozess der elektrostatischen Ladungsübertragung stark genug ist, kann er Bauteile und Produkte beschädigen.
Wie schädigen elektrostatische Entladungen Bauteile?
Wenn sich eine beträchtliche statische Ladung schnell zwischen einem Objekt (sei es eine Person oder eine Maschine) mit wechselndem Potenzial und einem Produkt bewegt, induziert sie innerhalb einer kurzen Zeitspanne einen hohen Strom, der die zulässige Stromstärke des Produkts überschreitet. Dies kann schwerwiegende Folgen haben, z. B. eine Beschädigung des Stromkreises, wodurch das Produkt unbrauchbar wird. In weniger schwerwiegenden Fällen kann es zu einer Überhitzung des Stromkreises und zu einer Beeinträchtigung der Lebensdauer und Zuverlässigkeit des Produkts führen.
Elektrostatische Entladungen (ESD) sind ein allgegenwärtiges Phänomen, das uns umgibt, wobei der menschliche Körper ESD erst ab einer Spannung von über 3000 Volt wahrnehmen kann. Überraschenderweise können elektrostatische Entladungen im Bereich von nur 100 bis 500 Volt elektronische Bauteile beschädigen. Erschwerend kommt hinzu, dass nur 10% der Fälle eines unmittelbaren Bauteilausfalls in der Fabrik erkannt werden können, während 90% der potenziellen Defekte, die zu einer Beeinträchtigung des Bauteils führen können, während des Herstellungsprozesses schwer zu entdecken sind. Dieses Ungleichgewicht unterstreicht die kritische Herausforderung bei der Sicherstellung der Qualität und Zuverlässigkeit von elektronischen Bauteilen im Hinblick auf ESD.
Faktoren, die die Entstehung statischer Elektrizität beeinflussen
Die Entstehung statischer Elektrizität wird von verschiedenen Faktoren beeinflusst. Das Verständnis dieser Faktoren ist für ein effektives ESD-Management unerlässlich.
- Material Leitfähigkeit: Die Leitfähigkeit von Materialien wirkt sich direkt auf die Erzeugung statischer Elektrizität aus. Leitfähige Materialien und antistatische Stoffe erzeugen nur eine geringe statische Aufladung, während isolierende Materialien eine erhebliche statische Elektrizität erzeugen.
- Relative Luftfeuchtigkeit: Die relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung hat einen erheblichen Einfluss auf die Erzeugung statischer Elektrizität. Eine höhere relative Luftfeuchtigkeit, die auf eine feuchte Atmosphäre hindeutet, führt zu einer geringeren Erzeugung statischer Ladung und zu weniger ESD-Problemen. Umgekehrt verstärkt eine niedrigere relative Luftfeuchtigkeit die ESD-Problematik, indem sie die Erzeugung statischer Elektrizität fördert.
Relative Luftfeuchtigkeit der Umgebung | 10-20% RH | 40-50% RH | 70-90% RH |
Laufen auf Teppich | 35000V | 8000V | 1500V |
Gehen auf ESD-Boden mit normale Schuhe ohne Handgelenkriemen | 10000V | 4000V | 200V |
Begehen eines ESD-Bodens mit ESD-Schuhe und Handgelenkband | 50V | 10V | 0V |
Materialien zur Reibungsisolierung | 4000V | 1500V | 300V |
- Auswirkungen der Bewegung: Das Gehen auf dem Boden erzeugt mehr statische Elektrizität als das Stehenbleiben, was die Bedeutung der Bewegung für die Ansammlung statischer Ladungen unterstreicht.
- ESD-Kontrollmaßnahmen: Die Verwendung von ESD-Bodenbelägen, ESD-sicherem Schuhwerk und Handgelenkschlaufen, ESD-Kombi-Prüfgerät , ESD-Drehkreuz und andere Schutzausrüstungen sind äußerst wirksam bei der Minimierung der vom Menschen erzeugten statischen Elektrizität.
Wenn wir verstehen wollen, wie ESD entsteht und wie sie Bauteile und Produkte schädigen, müssen wir den wichtigsten Teil lernen -Wie man ESD handhabt und verhindert ?
Die elektrostatischen Eigenschaften verschiedener Materialien
Das Ausmaß der statischen Elektrizität variiert je nach Material. Alle Gegenstände können statische Elektrizität erzeugen, und die durch statische Elektrizität hervorgerufenen Phänomene können je nach Gegenstand sehr unterschiedlich sein, was mit der Leitfähigkeit des entsprechenden Materials zusammenhängt.
Leiter und Isolatoren
Leicht leitende Materialien wie Metalle werden als "Leiter" bezeichnet. Umgekehrt werden Materialien, die nicht leicht leitfähig sind, als "Isolatoren" bezeichnet. Typische Beispiele für Leiter sind Eisen und Kupfer, während typische Beispiele für Isolatoren Kunststoffe und Gummi sind.
Wenn zwei Gegenstände miteinander in Berührung kommen, entsteht statische Elektrizität, unabhängig davon, ob die Gegenstände leitend oder isolierend sind. Es gibt jedoch Unterschiede in der Art der statischen Elektrizität, die zwischen Leitern und Isolatoren erzeugt wird.
Die Ableitung statischer Elektrizität auf leitenden Objekten
Wenn ein leitfähiger Gegenstand aufgeladen wird, bleibt diese Ladung bestehen, wenn nicht etwas unternommen wird. Die Maßnahme, die das Objekt sofort wieder in einen neutralen, nicht aufgeladenen Zustand versetzen kann, ist die "Erdung".
Unter Erdung versteht man die Verbindung des aufgeladenen leitenden Objekts mit der Erde (Masse). Die Erde ist ein großer, stabiler, leitfähiger Körper, der als Ladungsspeicher dienen kann. Durch die Verbindung des Objekts mit der Erde wird ein leitfähiger Pfad gebildet, über den die Ladung des Objekts abgeleitet werden kann.
A: Negativ geladener Leiter
B: Strom fließt nach der Erdung
C: Statische Elektrizität wird abgeleitet
Bei einem positiv geladenen Objekt ermöglicht die Erdung, dass die negativen Ladungen der Erde dem Objekt zugeführt werden. Bei einem negativ geladenen Objekt bietet die Erdung einen Weg für die negativen Ladungen, in die Erde zu fließen. Durch den Erdungsprozess kann das Objekt in einen stabilen, nicht geladenen Zustand übergehen.
Die Ableitung statischer Elektrizität auf isolierenden Materialien
A: Negativ geladener Isolator
B: Auch bei Erdung fließt kein Strom
C: Statische Elektrizität wird nicht abgeleitet
Bei Isolatoren ist die Ableitung der statischen Elektrizität anders als bei Leitern. Da Isolatoren schlechte Leiter sind, kann die angesammelte statische Elektrizität nicht einfach abfließen, selbst wenn sie geerdet sind.