Was bedeutet Ionisation in ESD-Bereichen?
Was beim ionisieren passiert
In ESD-Bereichen sollen
elektrostatische Aufladungen vermieden werden bzw. die Aufladungen entstehen
durch die Verwendung ESD-gerechter Materialien erst gar nicht. Nichtsdestotrotz
können sich prozessbedingt Aufladungen entwickeln: Bei Montageprozessen, beim
Verbinden von Kabelleitungen, in Maschinen oder durch Fördertechnik. Um nur
einige Beispiele zu nennen.
Diese statischen Aufladungen können und müssen reduziert und neutralisiert werden, auf unter 100 Volt Prozessaufladung. Hierzu werden Ionisatoren eingesetzt.
Ein weiteres Beispiel ist die Verpackungsindustrie.
Hier leisten Ionisatoren wertvolle Dienste: Sie verhindern das störende
Aneinanderhaften von Kunststofffolien oder -hülsen, das durch elektrostatische
Kräfte verursacht wird und so die Verpackungsqualität reduziert.
Darüber hinaus sind Ionisatoren in Montage- und Reinraumprozessen unverzichtbar. Dort haften Staub- oder andere Partikel an Werkstücken. Durch Ionisation werden die Teile elektrostatisch neutralisiert und unerwünschte Partikel zuverlässig entfernt – für saubere Prozesse und optimale Ergebnisse.
Zwei verschiedene Techniken: AC / DC
Im Bereich der Ionisatoren werden zwei Techniken unterschieden: AC und DC. Beide beschreiben, wie das elektrische Feld bei der Ionisation wirkt – wechselnd oder konstant. Der Unterschied hat relevante Auswirkungen auf die Wirkung, Stabilität und Effizienz von Ionisatoren sowie auf das Einsatzgebiet.
DC-Ionisation (Gleichspannung)
Die Spannung ist konstant
angelegt (Plus und Minus bleiben gleich). Bei der DC-Technik werden
gleichzeitig positive und negative Ionen produziert und auf die zu ionisierende
Fläche gegeben.
Vorteile: Sehr gezielte und
effiziente Ionisation mit einer hohen Ionendichte, was eine starke
Neutralisationswirkung zur Folge hat und somit die Prozessluft sehr schnell
neutralisiert und die Aufladung reduziert.
Zu beachten ist die regelmäßige
Prüfung durch Charge Plate Monitore um zu verhindern, dass die Balance
verstellt ist und somit die Ionisation beeinträchtigt ist.
Typische Anwendungsbereiche sind
- ESD-Bereiche und Reinräume, in denen eine gezielte Entladung unter 100 Volt gefordert ist.
- Bereiche mit sensiblen Komponenten wie Halbleiter, Displays, Steuergeräte, etc.
AC-Ionisation (bedeutet Wechselspannung)
Bei der AC-Technik liegt die Spannung wechselnd an. Das bedeutet, dass abwechselnd positive und negative Ionen produziert werden und auf die zu ionisierende Fläche gegeben werden.
Dadurch ist die Ionisationsleistung geringer als bei der
DC-Technik und Entladungen dauern länger. Diese Ionisatoren sind zwar etwas
wartungsärmer, jedoch deutlich weniger präzise als Ionisatoren mit DC-Technik
und der Wirkungsbereich ist kleiner.
Typische Anwendungen finden sich in der Ionisation von allgemeinen Prozessen mit weniger empfindlichen Komponenten wie der Verpackungs-, Druck-, Kunststoffindustrie.
| Technik | AC | DC |
| Polarität | wechselnd | konstant |
| Ionenart | + / − abwechselnd | meist einpolig |
| Präzision | mittel | hoch |
| Wartung | geringer | höher, aber durch regelmäßige Überprüfung reduzierbar |
| Einsatz | Breit mit weniger empfindlichen Komponenten wie zum Beispiel in Verpackungsanlagen oder der Kunststoffindustrie. | Spezialisiert mit empfindlichen Komponenten und Bauteilen wie zum Beispiel ESD-Bereichen. |
Faustregel:
- AC, wenn du robuste, unkomplizierte Entladung willst.
- DC, wenn du maximale Kontrolle und Präzision brauchst.
Welches Ionsiergerät ist das richtige für mich?
Gebläse oder Stäbe – Tischgerät oder Overhead
Es gibt verschiedene Typen von Ionisatoren. Lüfter und Stäbe. In ESD-Bereichen bzw. an ESD-Arbeitsplätzen werden in der Regel Gebläse/Lüfter genutzt. Durch die ionisierte Luft haben diese einen großen Ionisationsbereich in dem sie wirken. Außerdem können Gebläse-Ionisatoren weiter vom Prozess entfernt positioniert werden und stören nicht bei der Arbeit.
Hier können je nach Prozessfläche bzw. Platz Tisch-Ionisatoren auf der Arbeitsfläche positioniert werden oder Overhead-Ionisatoren an einem Balken am Arbeitstisch montiert werden. Einfache Regel: Je mehr Lüfter umso größer die Ionisationsfläche. Der entstehende Luftstrom ist ungefährlich. Durch stufenlose Verstellmöglichkeiten kann der Luftstrom angepasst werden, darf jedoch nicht zu gering sein da sonst die Entladeleistung zu gering sein kann. Dies ist mit einem Feldmeter oder Charge Plate Monitor zu prüfen.
Ionisationsstäbe hingegen eignen sich für den Einsatz in Maschinen. Sie produzieren keinen Luftstrom, müssen dafür nah am Prozess installiert werden um die notwendige Leistung zu bringe. Stäbe ionisieren die Aufladung im Bereich der Stablänge und nicht flächenmäßig. Hierzu werden die Ionisationsstäbe in der entsprechenden benötigten Länge produziert und dann direkt am Prozess montiert.
EP0401045
EP0401026
EP0402010-VH
EP0403022
EP0402027
Wichtig: Die regelmäßige Überprüfung von Ionisatoren
Mit Hilfe von Charged Plate Monitoren
Ionisatoren müssen regelmäßig gereinigt und überprüft werden, weil Staub und Verschmutzungen die ionisierende Wirkung stark reduzieren können. Wenn die Spitzen verschmutzt oder abgenutzt sind, entstehen weniger Ionen – und die elektrostatische Entladung funktioniert nicht mehr zuverlässig.
Regelmäßige Reinigung und ggf. Austausch der Spitzen sichern also, dass Geräte, Bauteile und Arbeitsplätze effektiv vor elektrostatischer Aufladung geschützt bleiben. Die Überprüfung erfolgt mit Chaged Plate Monitor Systemen.
Charged Plate Monitor (CPM)
Ein Charge Plate Monitor CPM misst in Echtzeit, wie gut der eingesetzte Ionisator funktioniert und wie schnell und effizient die elektrostatische Aufladung neutralisiert wird.
Der Monitor kann die Ionisierungsrate der Geräte messen. Das bedeutet, er prüft, wie effektiv der Ionisator Ionen produziert, um die statische Aufladung in der Umgebung zu verringern.
Laut ESD-Norm DIN EN 61340-4-7 muss ein Ionisator eine Aufladung von 1000 Volt innerhalb von 10 Sekunden auf unter 100 Volt reduzieren.
Der Charge Plate Monitor lädt eine Metallplatte auf. Sobald diese in den Wirkungsbereich des zu prüfenden Ionisators platziert wird, reduziert sich die Aufladung auf der Platte. Je besser der Ionisator funktioniert, umso schneller entlädt sich die Platte. Manche CPM messen die Zeit direkt mit und zeigen das Ergebnis im Display an, bei anderen Modellen muss man selbst die Zeit mit stoppen.
Laut Norm muss die Abmessung der Platte 15,2 x 15,2 x 15,2 cm (B x H x T) betragen.
Für die regelmäßige Überprüfung gibt es kompaktere Geräte (siehe Desco CPM).
