Ionisation und ESD-Kontrolle

Die primäre Funktion eines Ionisiergerätes ist es, elektrostatische Ladungen auf Isolatoren und isolierten (nicht-geerdeten) Leitern zu neutralisieren, um somit die Stärke der elektrostatischen Entladungen in der jeweiligen ESD-Schutzzonezu reduzieren.

Gemäß EN 61340-5-2 Benutzerhandbuch, Abschnitt 4.7.6.1, ist die primäre Methode zur Kontrolle statischer Ladung stets die direkte Anbindung von Leitern, statisch ableitenden Materialien und Personen an Masse. Ein vollständiges Programm zur Kontrolle statischer Ladung muss jedoch auch isolierte Leiter, die nicht geerdet bzw. an Masse angeschlossen werden können, sowie isolierende Materialien (z.B. die geläufigsten Kunststoffe) berücksichtigen. ...Die Ionisation von Luft kann statische Ladung auf isolierten Gegenständen neutralisieren, indem die Gas-Moleküle der Umgebungsluft geladen werden. In welcher Form auch immer eine statische Ladung an Gegenständen in einem Arbeitsbereich vorhanden sein mag – sie wird neutralisiert, indem sie die entgegengesetzt geladenen Ladungsträger aus der Luft anzieht.

Gemäß Tabelle 3 Anforderungen an ESD-Schutzzonen in EN 61340-5-1, Ausgabe 1.0 2007-08, wird die Prüfmethode zur Qualifizierung von Produkten sowie die Überprüfung der Einhaltung der Ionisation in ANSI/ESD STM 3.1 festgelegt (Qualifizierung von Produkten ist bei einer RL von 12 % und einer Temperatur von 23 Grad C durchzuführen; Überprüfung der Einhaltung beschreibt den grundlegenden Testprozess). Das Limit für die Abfallzeit beträgt weniger als 20 Sekunden, der Grenzwert für den Ausgleich der Spannungsabweichung ist weniger als +/- 50 Volt.

Ionisiergeräte von RS verwenden hauptsächlich die sogenannte Corona-Entladung. Dabei werden die positiv und negativ geladenen Ionen über einen Luftstrom in den Arbeitsbereich geleitet. Ionisiergeräte mit Tisch- bzw. Deckenmontage sollten die ionisierte Luft direkt dorthin leiten, wo sich die ESD-sensiblen Gegenstände befinden. Null-Volt-Ionisiergeräte erzeugen eine nahezu gleiche Menge an positiv und negativ geladenen Ionen und weisen zudem einen sehr geringen Ausgleich der Spannungsabweichung auf (in der Regel +/- 3 Volt). Die geringe Spannungsabweichung wird von einem patentierten System mit automatischem Abgleich und Rückmeldesignal gemäß EN 61340-5-2 Benutzerhandbuch, Abschnitt 4.7.6.5.4.4, geregelt.
Dabei sind zahlreiche Methoden für den automatischen Abgleich und die Rückmeldung verfügbar, um die Leistung des Ionisiergerätes sicher zu stellen. ... Ein zusätzlicher Sensor für jedes Ionisiergerät kann die Steuerung der Rückmeldung verbessern. Zudem kann eine effektive Methode zur Überwachung und Regelung den Wartungsaufwand des Ionisiergerätes bzw. -systems deutlich verringern.

 

Gemäß Benutzerhandbuch CLC/TR 61340-5-2:2008, Abschnitt 4.7.6.7 müssen „[a]lle Ionisiergeräte [...] in regelmäßigen Abständen gewartet werden. Die Dauer der Wartungsintervalle hängt in hohem Maße von dem zur Ionisation eingesetzten Equipment und der Einsatzumgebung ab.“Ionisiergeräte sollten stets über eine Seriennummer verfügen und in den Zeitplänen zur Instandhaltung und Kalibrierung berücksichtigt werden. Dies ist besonders wichtig um sicher zu stellen, dass die Spannungsabweichung bzw. der Ausgleich in akzeptablen Bereichen liegt. Andernfalls würde das Ionisiergerät Isolatoren und isolierte Leiter laden anstatt Ladungen zu neutralisieren. Die Abstände zwischen den jeweiligen Instandhaltungs- und Kalibrierarbeiten sind von dem Bediener je nach Wert und Funktion des Produkts zu bestimmen.

Die meisten Ionisiergeräte von RS verwenden die sogenannte stabile Gleichstromionisation.  Unsere Erfahrung zeigt, dass stabile Gleichstromionisiergeräte mit Decken- und Tischmontage besonders mit einem moderaten Luftstrom sehr effektiv arbeiten können. Der Luftstrom ist dabei so zu wählen, dass Lötarbeiten möglich sind und der Komfort von Personen nicht beeinträchtigt wird.

 

Stabile Gleichstromsysteme bestehen aus separaten Gebern negativer und positiver Ionen, die über ein Paar an Hochspannungskabeln mit ihrer jeweiligen Hochspannungsquelle verbunden sind. Der räumliche Abstand zwischen den Gebern variiert je nach Design. Zudem wird der Gleichstrom ununterbrochen an den Gebern angelegt. Dabei ist der Abstand zwischen den Gebern mit entgegengesetzter Polung bei Gleichstromsystemen größer als bei Wechselstromsystemen. Die Rekombination der Ionen erfolgt mit einer niedrigeren Rate, zudem ist der Luftstrom bei Gleichstromsystemen schwächer als bei Wechselstromsystemen. In bestimmten Situationen kann es sich als nicht besonders vorteilhaft erweisen, sensible Komponenten nahe an den Geberpunkten zu platzieren. Dabei wird das elektrische Feld des Ionisiergerätes genutzt, um die Ionen in Ermangelung eines starken Luftstroms in Bewegung zu versetzen. [EN 61340-5-2 Benutzerhandbuch, Abschnitt 4.7.6.5.1.3 Stabile Gleichstromionisiergeräte]

Wechselstromsysteme verwenden Geber, die sehr schnell zwischen positiver und negativer Hochspannung umschalten können – in der Regel in der Frequenz der Stromleitung selbst. Die Rekombinationen von Ionen ist hoch, da beide Polungen in schneller Abfolge an jedem Geberpunkt erzeugt werden. Das elektrostatische Feld der Geberpunkte wechselt ebenfalls mit hoher Geschwindigkeit seine Ausrichtung. In bestimmten Situationen kann es sich als nicht besonders vorteilhaft erweisen, sensible Komponenten nahe an den Geberpunkten zu platzieren. Bei solchen Anwendungen können Ionen ausschließlich über einen Luftstrom von den Geberpunkten abgeschieden werden. Wechselstromsysteme sind oftmals am Ausgang eines Lüftungssystems installiert. [EN 61340-5-2 Benutzerhandbuch, Abschnitt 4.7.6.5.1.2 Wechselstromionisiergeräte]

Gemäß EN 61340-5-2 Benutzerhandbuch, Abschnitt 4.7.6.1 ist Luft-Ionisierung nicht als Ersatz von Erdungsmethoden anzusehen. Sie ist lediglich ein Teil eines umfassenden Programms zur statischen Kontrolle. Ionisiergeräte werden verwendet, wenn es schlichtweg nicht möglich ist, alle möglichen Teile ordnungsgemäß zu erden, und dienen oftmals als Backup anderer Methoden zur statischen Kontrolle. In Reinräumen ist Luft-Ionisierung eine der wenigen Methoden zur statischen Kontrolle, die überhaupt zur Verfügung stehen.