Elektronische Bauteile richtig verpacken
Elektronische Bauteile richtig verpacken
Elektronische Bauteile sind empfindlich und benötigen beim Versand einen guten Schutz vor Transportschäden. Sie müssen gut gepolstert sein, damit sie vor Stößen und Druck geschützt sind. Ebenso wichtig ist der Schutz vor Feuchtigkeit, damit es beim Transport und später bei der Benutzung nicht zu Stromschlägen und schwerwiegenden Schäden kommt. Stromschläge treten durch die elektrostatische Entladung auf, die als Electrostatic Discharge (ESD) bezeichnet wird. Ein Schlag ist für Menschen ab einer Aufladung von 2.000 Volt spürbar. Das ist für Menschen mit einem Schreck verbunden, doch für die elektrischen Geräte kann das einen irreparablen Schaden bedeuten. Um das zu vermeiden, ist die geeignete Verpackung wichtig. Der Karton, aber auch das Füll- und Polstermaterial müssen antistatisch sein.
Schäden durch ESD vermeiden
Zu einer elektrostatischen Entladung kommt es, wenn ein Ladungsausgleich zwischen zwei Produkten mit unterschiedlichen Spannungsfeldern stattfindet. Bei diesen Produkten handelt es sich um Leiter und Nichtleiter.
Ein Leiter ist ein Metall wie Kupfer, Stahl, Eisen oder Aluminium und leitet elektrischen Strom. Nichtleiter sind Materialien, die keinen elektrischen Strom leiten, beispielsweise Kunststoff, Gewebe oder Gummi. Reiben Nichtleiter aneinander, entsteht ein Spannungsfeld, da Elektronen übertragen werden. Kommt nun ein Leiter mit dem Nichtleiter in Berührung, wird das zuvor aufgebaute Spannungsfeld durch einen Stromschlag entladen. Durch diese Entladung können sensible Elektronikteile beschädigt oder komplett zerstört werden.
Die Folgen von ESD können sich nicht nur auf Schäden an den Elektronikbauteilen begrenzen. Es kann auch zu Bränden, Explosionen und Personengefährdungen durch einen elektrischen Schlag kommen. Mit der geeigneten Verpackung wie einem antistatischen Karton und antistatischem Füll- und Polstermaterial lassen sich solche Schäden vermeiden.
Ein Problem besteht darin, dass ESD-Schäden nicht bereits bei der Herstellung der Elektronik-Artikel mit den üblichen Produkttests erkannt werden. Erst der Kunde entdeckt solche Schäden, wenn das Produkt bei der Benutzung ausfällt. Der wirtschaftliche Schaden für den Hersteller oder Versender besteht nicht nur in Reparaturkosten oder Ersatzleistungen, sondern auch in möglichen Strafzahlungen, wenn es zu schwerwiegenden Schäden gekommen ist. Nicht zu vergessen sind der Vertrauensverlust bei den Kunden und der Imageschaden für das Unternehmen.
Elektronik-Produkte mit hoher Gefährdung
Jedes elektronische Bauteil kann durch ESD beschädigt werden. Am stärksten sind jedoch kleine und leistungsstarke Teile gefährdet. Dazu gehören:
- Dioden und Transistoren: In diesen Bauteilen sind Halbleitermaterialien enthalten, weshalb sie anfällig gegen ESD sind.
- Integrierte Schaltkreise (ICs): Ein hohes Gefährdungspotenzial besteht für Complementary Metal-Oxide-Semiconductor-Bauteile (CMOS), Metall-Oxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren (MOSFETs) und andere Halbleiterkomponenten.
- Diskrete Halbleitergeräte: Zu den diskreten Halbleitergeräten gehören Transistoren, Dioden, Optokoppler und Thyristoren.
- Elektrooptische Bauteile: Zu den elektrooptischen Bauteilen gehören Photodioden und Laserdioden
- Speichergeräte: Eine hohe Gefährdung für Beschädigungen durch ESD besteht für Static Random Access Memory (SRAM), Dynamic Random Access Memory (DRAM) und Flash-Speicher.
- Empfindliche passive Bauteile: Schäden durch ESD können bei passiven Bauelementen wie Kondensatoren, Induktivitäten und Widerständen auftreten.
Ein kompletter Funktionsverlust kann bei solchen Bauteilen bereits durch Sperrspannungen von wenigen Volt ausgelöst werden.
Anforderungen an ESD-Verpackungen für Elektronik
Elektronik-Verpackungen wurden speziell für den Versand elektronischer Produkte entwickelt. Mit solchen Verpackungen lässt sich ESD nicht komplett vermeiden, doch kann das Risiko solcher Entladungen mit ESD-Postverpackungen oder antistatischen Verpackungen verringert werden.
Materialeigenschaften von ESD-Verpackungen sind in der Norm DIN EN 61340-5-3 klassifiziert. Die Norm beschreibt die Widerstandseigenschaften dieser Materialien. Die Verpackungen müssen über leitfähige Schutzschichten oder niedrige Widerstände verfügen. Der Widerstand der Abschirmschicht sollte bei bis zu 102 Ohm, der Widerstand der Ableitschicht bei 107 bis 108 Ohm liegen.
ESD-Verpackungen in drei Kategorien
Die DIN EN 61340-5-3 teilt ESD-Verpackungen in drei Kategorien ein:
Abschirmende Verpackungen (Shielding)
Abschirmende Verpackungen (Shielding) fallen unter die Kategorie S und erfüllen die höchsten Ansprüche beim ESD-Schutz. Sie verfügen über eine spezielle Beschichtung für eine abschirmende Wirkung gegen ESD. Die Verpackung begrenzt als Sperre oder Hülle den Stromdurchgang und dämpft die Energie einer elektrostatischen Entladung. Die ESD übersteigt eine maximale Stärke nicht.
Die Materialien der abschirmenden Verpackungen schirmen elektromagnetische Felder ab. Solche Verpackungen bestehen aus einem Verbundwerkstoff mit metallischen Schichten. Die elektromagnetische Strahlung wird durch die Verpackung blockiert. Solche Verpackungen schützen nicht nur vor ESD, sondern auch vor elektromagnetischen Interferenzen, die ebenfalls zu Leistungsbeeinträchtigungen bei den Bauteilen führen können.
Abschirmende Verpackungen eignen sich für hochsensible Elektronikprodukte.
Elektrostatisch ableitende Verpackungen (Dissipative)
Elektrostatisch ableitende Verpackungen fallen unter die Kategorie D für Dissipative. Über ihre Oberfläche leiten sie die Reibungselektrizität vom Inhalt ab. Der Oberflächenwiderstand beträgt > 1 X 10² Ω und < 1 X 1011 Ω. Die Materialien dieser Verpackungen ermöglichen eine kontrollierte und langsame Entladung von elektrostatischer Energie. Solche Verpackungen eignen sich zum Schutz empfindlicher Bauteile von ESD. Zu den dissipativen Verpackungen gehören antistatische Flachbeutel und antistatische Luftpolsterfolien.
Dissipative Verpackungen eignen sich für sensible Elektronikprodukte.
Elektrostatisch leitfähige Verpackungen (Conductive)
Elektrostatisch leitfähige Verpackungen bilden die Kategorie C für Conductive und leiten die Reibungselektrizität vom Packungsinhalt ab. Der Oberflächenwiderstand beträgt > 1 X 10² Ω und < 1 X 105 Ω. Sofort nach der Erdung der Verpackung fließt die Ladung ab. Diese Verpackungen bieten einen vergleichsweise sicheren Schutz vor ESD und eignen sich für wenig empfindliche Elektronikprodukte.
Schutz vor statischen Aufladungen mit antistatischen Verpackungen
Antistatische Verpackungen schützen die Bauteile vor elektrostatischen Feldern oder externen elektrischen Ladungen. Diese Verpackungen bieten nur einen geringen Schutz vor ESD und bestehen aus nichtleitfähigen Materialien. Sie eignen sich nicht für den Schutz empfindlicher Bauteile vor ESD. Die isolierenden Verpackungen dienen zum Schutz von weniger anfälligen Bauteilen für ESD und schützen vor äußeren Einflüssen. Antistatische Verpackungen eignen sich für unempfindliche Elektronikprodukte.
Umfassender Schutz elektronischer Bauteile mit den geeigneten Verpackungen
Für eine sichere Verpackung elektronischer Bauteile kommt es auf ableitfähige oder abschirmende Materialien an. Alle Bestandteile der Verpackung sollten aus solchen Materialien bestehen.
Antistatische Beutel können ableitfähig oder abschirmend sein. Ableitfähige antistatische Beutel eignen sich für kleinere Einzelteile. Die Beutel aus ableitfähiger PE-Folie verfügen über einen Druckverschluss. Kommt es auf eine gute Polsterung an, können ableitende Schaumpolsterbeutel oder Luftpolsterbeutel verwendet werden. Abschirmende Beutel bieten einen noch besseren Schutz gegen elektrostatische Aufladung. Metallisierte Highshield-Beutel gehören zu den abschirmenden Verpackungen der Kategorie S und sind als Luftpolsterbeutel oder Flachbeutel mit und ohne Druckverschluss erhältlich.
Zum Schutz größere elektronischer Bauteile vor Stößen und Druck kommt es auf die geeignete Polsterung an. Die Bauteile können mit antistatischer Luftpolsterfolie oder Schaumstoffplatten im Umkarton gepolstert und fixiert werden.
Befinden sich die elektronischen Bauteile in einer ableitfähigen oder abschirmenden Einzelverpackung, können sie in einem normalen Karton verschickt werden. Einen praktischen Rundum-Schutz bieten jedoch All-in-one-Lösungen als Noppenschaumverpackung oder Versandkarton mit elektrisch leitfähigem Steckschaum.
Um die Kartons auf der Palette sicher zu fixieren, kann Stretchfolie verwendet werden. Sie sollte antistatisch sein, um elektrostatisch empfindliche Produkte zusätzlich zu schützen.
Die Verpackung für die elektronischen Bauteile muss entsprechend gekennzeichnet werden. Elektrostatische Entladungen sind ein Alltagsphänomen, das sich nicht vollständig vermeiden lässt. Das Risiko kann mit der geeigneten Schutzverpackung auf ein Minimum reduziert werden. Mit Warnetiketten können die Verpackungen zusätzlich gekennzeichnet werden. Solche Kennzeichnungen weisen auf den richtigen Umgang mit den gefährdeten Bauteilen beim Verladen, beim Transport und der bei der Lagerung hin. Die Paletten, Kartons oder Beutel sollten keiner extrem staubigen Umgebung und keinen Magnetfeldern ausgesetzt werden. Reibung sollte vermieden werden.
Um einen Schlag zu vermeiden, kommt es auf die Erdung mit einem Antistatikband an.
Schutz vor Feuchtigkeit
Bei empfindlichen Elektronik-Bauteilen kommt es auf Schutz vor Feuchtigkeit an. Feuchtigkeit im Karton oder im Beutel wird von Trockenmittelbeuteln aufgesaugt. Die Trockenmittelbeutel bieten einen zusätzlichen Schutz vor Schäden. Wasserdichte Beutel lassen keine Feuchtigkeit in die Verpackung. Ein Feuchtigkeitsanzeiger kann zusätzlich verwendet werden, um durch Farbveränderungen sofort Überschreitungen der zulässigen Feuchtigkeit anzuzeigen.