Ratgeber
ESD-Armbänder » Elektrostatische Entladung vermeiden
Mit elektrostatischen Entladungen oder kurz ESD ist nicht zu spaßen: Die dabei vorhandenen hohen Spannungen können vor allem Halbleiter beschädigen oder sogar zerstören. Als Gegenmaßnahme haben sich spezielle Hilfsmittel für das Arbeiten mit elektronischen Geräten etabliert, darunter das ESD-Armband.
Lesen Sie hier, wie diese Armbänder funktionieren und welche Typen es gibt.
Elektrostatische Entladungen oder ESD entstehen meist dann, wenn zwei unterschiedlich geladene Objekte in Kontakt kommen oder sich nähern. Eine Schuhsohle aus Nylon beispielsweise wird durch Reibung auf einem PVC-Bodenbelag aufgeladen. Berührt die Person dann eine Türklinke aus Metall, kann ein Funke überspringen – Schuhsohle und Türklinke sind elektrostatisch entgegengesetzt aufgeladen. Es gibt sozusagen einen Kurzschluss des menschlichen Körpers zum Erdpotenzial.
Die durch Reibung entstehende Elektrizität beruht auf dem sogenannten triboelektrischer Effekt, eine der häufigsten Ursachen für elektrostatische Ladungen. Der Effekt tritt auf, wenn zwei Materialien mit deutlichem Abstand in der triboelektrischen Reihe in Kontakt kommen und dann getrennt werden.
So befindet sich die menschliche Hand ganz vorn im positiven Bereich der Reihe, Nylon wenige Positionen dahinter. PVC rangiert dagegen weit hinten im Negativen. Reibung und anschließende Trennung der beiden Materialien führen dazu, dass Elektronen vom negativen Nylon auf das positive PVC übergehen, wodurch sich beide Stoffe gegensätzlich aufladen.
Sobald genügend Ladung aufgebaut ist und die Spannung zwischen den beiden geladenen Objekten einen kritischen Wert erreicht, kommt es zum ESD, einer elektrostatischen Entladung. Das kann in Form eines sichtbaren Funkens geschehen oder als unsichtbare Entladung. Sie kann genug Energie freisetzen, um elektronische Bauteile dauerhaft zu beschädigen oder sogar zu zerstören.
ESD-Armbänder, auch bekannt als Antistatik-Armbänder oder ESD-Handgelenkbänder, sind ein wichtiges Hilfsmittel in der Elektronik- und Fertigungsindustrie. Sie sorgen für eine sichere Ableitung statischer Elektrizität, die sich auf dem Körper einer Person ansammeln kann. Ihr Einsatz erfolgt üblicherweise an ESD-Arbeitsplätzen, oft zusammen mit weiteren Schutzmaßnahmen wie ESD-Arbeitsmäntel, ESD-Bodenmatten und ESD-Matten für die Tischoberfläche.
Das Prinzip hinter einem antistatischem Armband ist recht einfach: Es leitet statische Ladungen vom Körper des Trägers über ein ESD-Spiralkabel zu einem Erdungspunkt ab. Das Antistatik-Armband besteht typischerweise aus leitfähigem Material und wird eng um das Handgelenk getragen. Das Kabel endet in der Regel in einer Klemme, einem Druckknopf oder einem Bananenstecker, angeschlossen beispielsweise an einen Erdungsstift oder eine spezielle Erdungsmatte.
Durch das Tragen eines ESD-Handgelenkbands wird sichergestellt, dass der Körper des Trägers und die elektronischen Bauteile oder Schaltungen ein gleiches elektrisches Potential besitzen. Dadurch sinkt die Gefahr von Schäden durch elektrostatische Entladungen. ESD-Schutzmaßnahmen wie diese sind vor allem in der Halbleiterindustrie und bei der Montage von Computerhardware von entscheidender Bedeutung.
Innerhalb des Antistatik-Armbands befindet sich ein leitfähiger Faden oder Streifen. Er sorgt dafür, dass die elektrostatische Ladung vom Handgelenk des Benutzers abgeleitet wird. Dieser Teil ist entscheidend für die Funktionalität des Armbands, da er die elektrische Verbindung zwischen der Haut und dem Erdungskabel herstellt.
Diese Verbindung des Armbands zum Erdpotenzial ist in der Regel durch ein festes oder per Druckknopf anknüpfbares Spiralkabel realisiert, das eine gewisse Bewegungsfreiheit ermöglicht. Das ESD-Kabel enthält zur Sicherheit einen Widerstand, typischerweise von 1 Megohm. Der Widerstand begrenzt den Stromfluss, falls es zu einer versehentlichen Verbindung mit einer elektrischen Quelle kommt.
Am anderen Ende des ESD-Kabels befindet sich ein Mechanismus zur Erdung. Das kann eine Krokodilklemme sein, die an einen geerdeten Gegenstand angebracht wird, ein spezieller Stecker für eine Erdungsbuchse oder einen Druckknopf an einer ESD-Matte oder einem anderen Erdungssystem.
Viele ESD-Handgelenkbänder sind mit Druckknöpfen in verschiedenen Größen ausgestattet, passend zu den Druckknöpfen in Erdungsmatten. Steht kein zusätzliches Erdungssystem zur Verfügung, kann auch der Schutzleiterkontakt in der Steckdose die Erdung übernehmen. Das sollte wegen der mechanisch nicht sehr stabilen Verbindung allerdings nur in Notfällen geschehen.
ESD-Armbänder aus Stoff
Antistatische Armbänder aus Stoff bestehen aus einem weichen, leitfähigen Gewebe, das Komfort über längere Tragezeiten bietet.
Sie sind verstellbar und bieten daher eine gute Passform für verschiedene Handgelenkgrößen. Üblicherweise verfügen sie über einen integrierten 1-Megohm-Widerstand im Erdungskabel.
ESD-Stoffarmbänder sind wiederverwendbar und in vielen Farben und Mustern erhältlich.
ESD-Metallarmbänder
Metallarmbänder für den ESD-Schutz bieten eine dauerhafte und zuverlässige Lösung für die ESD-Erdung.
Sie bestehen im Allgemeinen aus Edelstahl mit hoher Leitfähigkeit. ESD-Metallarmbänder sind besonders langlebig und oft mit einem einstellbaren Gliederverschluss oder mit umlaufendem Gummizug ausgestattet.
Trotz der besseren Passform sind sie im Vergleich zu ESD-Handgelenkbändern aus Stoff manchmal weniger komfortabel.
Einweg-ESD-Handgelenkbänder
Einweg-ESD-Handgelenkbänder sind für den einmaligen Gebrauch gedacht und bestehen aus einem leitfähigen Kunststoffmaterial.
Sie bieten eine kostengünstige Lösung für Besucher oder in Umgebungen, in denen antistatische Armbänder regelmäßig ausgetauscht werden müssen.
Einweg-ESD-Handgelenkbänder gewährleisten zwar einen effektive Erdanschluss, sind aber in Bezug auf Komfort und Anpassungsfähigkeit eingeschränkter als ihre wiederverwendbaren Gegenstücke.
Kabellose ESD-Armbänder
Kabellose ESD-Armbänder repräsentieren eine relativ neue Entwicklung in der ESD-Schutztechnologie. Diese Armbänder sollen laut Beschreibung statische Elektrizität ohne direkte physische Verbindung zu einem Erdungspunkt ableiten können. Sie nutzen häufig einen Kondensator oder andere Verfahren zur Neutralisation von bis zu 50 Prozent einer statischen Ladung. Obwohl kabellose Armbänder eine größere Bewegungsfreiheit bieten, ist ihre Effektivität im Vergleich zu traditionellen, kabelgebundenen Systemen unter Experten umstritten.
Welche technische Norm müssen Antistatik-Armbänder erfüllen?
Das für Antistatik-Armbänder gültige Benutzerhandbuch basiert auf der Norm DIN IEC/TR 61340-5-2 beziehungsweise VDE 0300-5-2:2019-04 und behandelt den Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene. Für allgemeine Anforderungen hat das DIN im Februar 2024 einen neuen Norm-Entwurf herausgegeben, er lautet DIN EN IEC 61340-5-1 beziehungsweise VDE 0300-5-1:2024-02.