Messung von Widerständen im ESD - Bereich

Messung von Widerständen im
ESD - Bereich
Notwendigkeit von Ableitwiderständen
ESD - geschützte Bereiche
In der Elektronik – Fertigung können statische Entladungen oder Ausgleichsströme unbemerkt Bauteile und
Komponenten beschädigen oder zerstören. Besonders empfindliche Bauteile können schon durch hohe
Feldstärken oder Feldstärkeänderungen bei Entladung statischer Elektrizität in ihrer Funktion beeinflusst
oder beschädigt werden. Die betroffenen Teile können momentan noch funktionieren, nach einem Bruchteil
der normalen Lebensdauer aber ausfallen. Die Entladung bzw. der Ausgleichsstrom muss für den Menschen
nicht spürbar sein um Schäden anzurichten.
Aufgrund der hohen ESD - Gefährdung der zum Einsatz kommenden Bauelemente besteht deshalb in der
Fertigungstechnologie eine absolute Notwendigkeit, ausschließlich Materialien einzusetzen, die durch ihre
Beschaffenheit eine elektrostatische Gefährdung der Bauelemente ausschließen (siehe DIN EN 100015-1).
Ein ESD – sicherer Arbeitsplatz zeichnet sich nicht nur durch geeignete Erdungsmaßnahmen zur
Vermeidung und Ableitung statischer Ladung aus. Die Verwendung sich aufladender Materialien als
Arbeitsmaterial, Kleidung oder auch nur als Verpackung ist nicht zulässig.
Explosionsgefährdete Bereiche
Explosive Gemische aus brennbaren Gasen und Stäuben können durch elektrische Entladungen leicht
entzündet werden. Deshalb sind in explosionsgefährdeten Bereichen Fußböden mit einem definierten
Ableitwiderstand erforderlich.
Allgemeine Regeln zur Messung von Ableitwiderständen
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
•
Für die Messung muss die geeignete Messelektrode ausgewählt werden.
In den entsprechenden Normen sind für die verschiedensten Messungen entsprechende Elektroden
und Messanordnungen vorgeschrieben.
Die Probe muss auf einem, dem Messbereich entsprechend, isolierenden Untergrund gemessen
werden um Fehler durch Parallelwiderstände zu vermeiden.
Widerstandmessungen dürfen nur in Spannungsfreiem Zustand gemacht werden.
Rückspannung verfälscht die Messwerte und kann das Messgerät beschädigen.
Die Kontaktflächen der Messelektroden sind stets sauber zu halten um einen möglichst geringen
Übergangswiderstand zu gewährleisten.
Auf rauen Oberflächen ergeben sich schon durch den Druck beim Abstellen der Elektrode stark
unterschiedliche Übergangswiderstände.
Bei Messung hochohmiger Widerstände unbedingt Teflon - Isolierte Messleitungen verwenden.
Bedingung für einen stabilen Messwert im hochohmigen Bereich ist eine angemessene Wartezeit
bzw. die Verwendung eines Timers.
Die Messleitungen möglichst kurz halten um äußere Einflüsse (Influenz / Induktion) zu minimieren.
Bei längeren Messleitungen können durch Influenzwirkung und / oder Induktion (äußere
elektrostatische oder / und elektromagnetische Felder) große Messtolleranzen entstehen.
Zur Vermeidung äußerer Einflüsse können abgeschirmte Messleitungen verwendet werden.
Die abgeschirmte Messleitung vermindert jedoch den Eingangswiderstand.
Die Abschirmung der Messleitung muss an der Masse – Buchse des Gerätes angeschlossen werden.
Der Widerstand des abgeschirmten Kabels gegen Masse (Abschirmung) ist zu beachten.
Die Messleitungen während der Messung nicht bewegen um Influenz / Induktion zu vermeiden.
Die Widerstände verschiedener Materialien sind teilweise sehr stark von der Temperatur und der
Luftfeuchte abhängig. Bei reproduzierbaren Messungen müssen diese Werte in das Prüfprotokoll
aufgenommen werden.
Bei Messungen gegen Erde darf das Gerät nicht zusätzlich an der Massebuchse geerdet werden !!
Die Erdverbindung würde, je nachdem welches Kabel mit Erde verbunden wird, die Messspannung
oder den Messeingang kurzschließen.
Um Einstreuungen in den Messeingang zu vermindern ist der Messeingang mit Erde,
der Messspannungsausgang mit einem möglichst kurzen Kabel mit der Messelektrode verbinden.
2
Messmethoden (nach IEC 61340-4-1)
Oberflächenwiderstand (Punkt zu Punkt – Messung)
Auf einem Belag werden in einem bestimmten Abstand 2 Messelektroden aufgesetzt.
Der gemessene Widerstand ist von der Leitfähigkeit des Materials, seiner Oberflächenbeschaffenheit
(Übergangswiderstand) und dem Abstand der Messelektroden abhängig.
Durchgangswiderstand
Ein Belag wird zwischen eine Metallplatte und eine Messelektrode, oder zwischen zwei Messelektroden
gelegt. Der gemessene Widerstand ist von der Leitfähigkeit, der Dicke des Materials und seiner
Oberflächenbeschaffenheit (Übergangswiderstand) abhängig.
Ableitwiderstand (Widerstand gegen Erde)
Der Widerstand eines Belages zum Erdpotential wird gemessen.
Der gemessene Widerstand ist von der Leitfähigkeit des Materials, vom Abstand der Messelektrode zum
Erdungspunkt und von der Qualität des Erdungspunktes abhängig.
Anwendungen
•
•
•
•
•
Oberflächen- und Durchgangswiderstände von leitfähigen Folien und Verpackungsmaterial.
Auch als Qualitätskontrolle bei der Produktion von Leitfähigen Materialien.
Oberflächen- Durchgangs- und Erd - Ableitwiderstände von z.B. Bodenbelägen und ESD –
Tischbelägen.
Messungen der Leitfähigkeit von Gebrauchsgegenständen und Arbeitsmitteln in ESD – Bereichen.
Überprüfung von ESD – Arbeitsplätzen und deren Erdungsmaßnahmen.
Bestimmung der Ableitfähigkeit von ESD – Arbeitskleidung, Sitzbezügen oder anderen Textilien
In Textilien werden teilweise Metallfäden eingewebt um sie leitfähig zu machen.
Dadurch erhält der Stoff eine „Laufrichtung“. Bei Messungen in Laufrichtung werden die Elektroden
von den Metallfäden überbrückt. Es ergeben sich, zur Messung entgegen der Laufrichtung, stark
unterschiedliche Messwerte.
Allgemeine Begriffe und Definitionen
Gering aufladbar (antistatisch)
Elektrostatisch leitfähig (C = conductive)
Elektrostatisch ableitend (D = dissipative)
Abschirmend (S = shilding)
Isolierend Oberflächenwiderstand
=>
=>
=>
=>
=>
Die Eigenschaft die Ladungsgenerierung zu minimieren
Oberflächenwiderstand = 1x 102 ? und < 1x 105 ?
= 1x 105 ? und < 1x 1011 ?
Schirmwirkung gegen elektrostatische Ladung
Oberflächenwiderstand = 1x 1011 ?
Normen
Elektrostatik, Allgemeine Anforderungen
: DIN IEC 61340-5-1
Elektrostatik, Benutzerhandbuch
: DIN IEC 61340-5-2
Ableitwiderstand, Erdableitwiderstand
: DIN IEC 61340-4-1
Elektrostatik, Bodenbeläge und verlegte Fußböden
: DIN IEC 61340-4-1
(ECF = Elektrostatisch leitend / DIF = ableitfähig / ASF = antistatisch)
Elektrostatik, Prüfverfahren für Schuhe
: DIN IEC 61340-4-3
Spezifischer Durchgangswiderstand
: DIN IEC 60093
Spezifischer Oberflächenwiderstand
: DIN IEC 60093
Eine Auflistung aller entsprechenden Normen, Grenzwerte und Anwendungsbereiche würde den Rahmen
dieser Anleitung sprengen und können in den Unterlagen der Normungskommission oder entsprechender
Fachliteratur nachgelesen werden.
3
Messelektroden
Standard Messelektrode
2,5 kg
Ring - Messelektrode
2,5 kg
Standard Messelektrode
Die Messelektrode besteht aus einem Metallzylinder mit einem Gewicht von 2,5 kg.
Die Kontaktfläche besteht aus Leitgummi mit einem Durchmesser von 63 mm und einer
Shore – Härte von 60.
Zur Kontaktierung der Messleitung ist auf der Oberseite eine Buchse angebracht.
Der Durchgangswiderstand der Messelektrode beträgt nach DIN IEC 61340-4-1 maximal 1 kO.
Ring – Messelektrode
Die Messelektrode besteht aus einem Metallzylinder mit einem Gewicht von 2,5 kg.
Zur Kontaktierung der Messleitungen sind auf der Oberseite zwei Buchsen angebracht.
Die Ring – Messelektrode wird verwendet um den Oberflächenwiderstand eines Belages zu messen.
Es wird nur eine Messelektrode benötigt da der Widerstand zwischen dem inneren Stempel und dem
äußeren Ring gemessen wird.
Bei mit Metallfäden versehenem Gewebe sind Ring – Messelektroden meist nicht anwendbar da die
eingewebten Metallfäden die Kontaktflächen überbrücken.
Dreifusselektrode
Spezielle Messelektrode zur Bestimmung des Ableitwiderstandes von Bodenbelägen.
Literaturhinweise
Statische Elektrizität von G. Lüttgens + 5 Mitautoren; Expert Verlag, ISBN 3 - 8169-1836-0
Elektrostatik von Hartmut Berndt, VDE Verlag, ISBN 3-8007-2173-2
4
Widerstands- und Ableitmessgeräte aus dem Hause Kleinwächter
TOM 584 / TF
Tera – Ohmmeter TOM 584.
Messbereich: 20 kO bis 2 TO.
TOM 374
Tera – Ohmmeter TOM 374 mit eingebauter Feldmühle.
Messbereich: 1 kO bis 20 TO. (Über Timer bis 100 TO)
Als Zubehör sind Gerätekoffer (Beim TOM 374 ist ein Gerätekoffer im Lieferumfang enthalten),
verschiedene Messleitungen, Erdungskabel und Messelektroden lieferbar.
Detaillierte Beschreibungen entnehmen Sie bitte unserem aktuellen Gerätekatalog.
Fordern Sie ausführliche Unterlagen an!
Forschungs-, Entwicklungs-, Produktions- und Vertriebsgesellschaft mbH
D-79688 Hausen · Krummattstr. 9 · Tel. + 49 (0) 7622 / 6863 -- 0 · FAX – 40
www.kleinwaechtergmbh.de
KL05.04
5