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Antistatische Unterlage - Dokument DE3110158C2
 
PatentDe  


Dokumentenidentifikation DE3110158C2 15.02.1990
Titel Antistatische Unterlage
Anmelder Semperit Gummiwerk Deggendorf GmbH, 8360 Deggendorf, DE
Erfinder Tichy, Heinz, Wien, AT;
Waniek, Kurt, Purkersdorf, AT
DE-Anmeldedatum 16.03.1981
DE-Aktenzeichen 3110158
Offenlegungstag 22.07.1982
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 15.02.1990
Veröffentlichungstag im Patentblatt 15.02.1990
IPC-Hauptklasse H05F 3/02
IPC-Nebenklasse H01L 21/68   H05K 9/00   
Zusammenfassung Antistatische Unterlage für Elektronikarbeitsplätze. Die Unterlage ist durch eine Matte aus antistatischem Gummi gebildet, die ein Reliefmuster (Rippen, Noppen, Wannen) besitzt. Die Täler sind mindestens 8 mm lang (breit) und 2 mm tief.

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung betrifft eine antistatische Unterlage, insbesondere für der Manipulation mit elektronischen Bauteilen dienende Arbeitsplätze, aus einer Gummilage mit einem spezifischen Durchgangswiderstand (nach DIN 53482) von mindestens 102 Ωcm.

Die Beschädigung von elektronischen Bauteilen durch den Einfluß elektrostatischer Aufladungen stellt ein mit der Empfindlichkeit dieser Bauteile zunehmendes Problem dar. Von besonderer Bedeutung ist dabei die hohe Kapazität, die der Mensch darstellt. Werte bis zu 4000 pF wurden bereits gemessen, wobei der Durchschnittswert bei etwa 200 pF liegt. Durch Reibung an Kleidungsstücken, Fußboden, Sitzfläche und dgl. kommt es zur elektrostatischen Aufladung des Körpers, die bis zu Spitzenspannungen von 6000 V gehen kann. Die Entladung dieser Spannungen über ein elektronisches Bauteil kann zu dessen Zerstörung führen, wobei der Schaden sich nicht unmittelbar bemerkbar machen muß, sondern in einer erheblichen Beeinträchtigung der Lebensdauer liegen kann.

Besonders gefährdete elektronische Bauelemente sind beispielsweise sogenannte CMOS Schaltkreise, weil deren isolierte Steuerelektrode (Gate) eine hohe Impedanz aufweist und kapazitiv das Fließen des Stroms beeinflußt. Derartige Schaltkreise weisen einen sehr dünnen dielektrischen Film auf, der zur Aufnahme eines unerwünschten Ladungszustandes geeignet ist, wobei dann, wenn eine kritische Grenze überschritten wird, ein Durchschlag durch das Dielektrikum zum Erdpotential erfolgt. Auch viele andere elektronische Bauteile sind gegenüber statischer Aufladung hochempfindlich.

Um diesem Problem zu begegnen, werden derzeit gleichzeitig drei Maßnahmen angewendet:

  • 1. werden die Arbeitsräume mit ionisierter Luft versorgt, sodaß dadurch eine Neutralisation elektrischer Aufladungen erfolgen kann,
  • 2. wird die entsprechende Bedienungsperson über ein leitendes Band über einen Schutzwiderstand geerdet und schließlich sorgt man
  • 3. dafür, daß alle Arbeiten auf Unterlagen durchgeführt werden, die eine rasche Ableitung elektrostatischer Aufladung gewährleisten.


Als zusätzlicher Sicherheitsfaktor werden auch Bodenbelagsmatten verwendet, die eine Erdung jeder Person bewirken sollen, die in die Nähe des Arbeitsplatzes kommt.

Die bekannten antistatischen Unterlagen (Prospekt der Firma 3M Systeme gegen Elektrostatik "Static Control Tischbelag - Typ 8210 1978") weisen einen mehrschichtigen Aufbau auf, wobei die Oberschicht aus einem masseleitfähigen Kunststoffmaterial besteht. Darunter befindet sich eine hochleitfähige Zwischenschicht, beispielsweise in Form eines Netzes aus Kohlenstoffasern. Darunter befinden sich schließlich eine Schaumstoffschicht für höheren Komfort und eine Unterseite aus rutschfestem Material.

Diese bekannte Unterlage kann zwar den gewünschten Effekt des Ableitens statischer Ladungen erreichen, sie ist durch ihren komplizierten Aufbau jedoch relativ unwirtschaftlich. Darüber hinaus ist die Temperaturbeständigkeit des in der Oberschicht verwendeten Kunststoffmaterials nicht ausreichend, um Verletzungen dieser Schichten, beispielsweise bei versehentlichem Kontakt mit einem Lötkolben, zu vermeiden. Es besteht dabei sogar die Gefahr, daß bei Durchbrennen der Oberschicht die hochleitfähige Zwischenschicht freigelegt wird, was nicht nur zu unerwünschten Kurzschlüssen der manipulierten Teile führen kann, sondern sogar ein gewisses Gefahrenrisiko darstellt, falls damit blanke Leiterteile in Berührung kommen.

Es sind auch schon Unterlagen aus antistatischem Gummimaterial bekannt geworden (Elektronik, 1978, H. 3., S. 7). Diese Unterlagen besitzen ebenso wie die oben erwähnte mehrschichtige Unterlage eine im wesentlichen glatte, gegebenenfalls leicht strukturierte Oberfläche. Im Zuge der Arbeit auf einer derartigen Unterlage, beispielsweise der Herstellung elektronischer Schaltungen, verschmutzt diese Unterlage durch Drahtstücke, Lötmaterial und Abfall und behindert dadurch ein rasches und sauberes Arbeiten.

Antistatische Unterlagen aus Gummi haben gegenüber den Kunststoffunterlagen den Vorteil, daß sie brandgeschützt ausrüstbar sind. Durch Zusatz geeigneter Brandschutzmittel zu Gummi und Wahl geeigneter Gummirezepturen kann das Brandrisiko minimiert werden.

Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine antistatische Unterlage der eingangs genannten Art zu schaffen, die ein sicheres Ableiten elektrischer Ladungen von statisch aufgeladenen Körpern bewirkt und die auch bei längerer Verwendung stets eine saubere Arbeitsfläche darstellt.

Dies wird erfindungsgemäß bei einer antistatischen Unterlage der eingangs beschriebenen Art dadurch erreicht, daß zumindest ein Teil der Oberseite der Unterlage eine reliefartige Strukturierung aufweist, wobei die Vertiefungen des Reliefs mindestens 2 mm tief sind und in Draufsicht zumindest in einer Richtung eine Erstreckung von mindestens 8 mm aufweisen.

In einer vorteilhaften Ausbildung der Erfindung weisen die Vertiefungen des Reliefs in Draufsicht zumindest in einer Richtung eine Erstreckung von mindestens 10 mm auf.

Diese antistatische Unterlage wird der oben dargestellten Aufgabenstellung in allen Punkten gerecht. Insbesondere kann dadurch erreicht werden, daß Drahtstückchen und dgl. in die Vertiefungen fallen und sich auf der eigentlichen Arbeitsfläche nicht mehr störend bemerkbar machen können. Es wird durch diese Ausgestaltung der Oberfläche der antistatischen Unterlage aufgrund der reliefartigen Strukturierung eine gute Kontaktmöglichkeit zu darauf abgelegten Teilen erreicht. So sind elektronische Bauteile vielfach auch in leitfähigen Säckchen verpackt, die sich während des Transportes auf die Arbeitsfläche ebenfalls elektrostatisch aufladen. Es muß dafür Sorge getragen werden, daß diese Aufladung bei der Ablage der Säckchen auf die Unterlage abgeleitet wird. Dies kann bei einer Unterlage gemäß der Erfindung besonders rasch geschehen, da der Übergangswiderstand z.B. von der Unterlage zum Säckchen durch den guten Kontakt mit den Erhebungen zwischen den Vertiefungen gering gehalten werden kann.

Selbstverständlich ist die antistatische Unterlage geerdet, da ansonsten ein Abfließen der Ladungen nicht erfolgen könnte. Häufig sieht man an der an den Arbeitsplatz angrenzenden Wand oder am Boden eine Erdungsschiene vor, an die die Unterlagen am Arbeitsplatz und gegebenenfalls am Boden elektrisch leitend angeschlossen werden. Zur Sicherstellung, daß die Betriebsperson selbst ebenfalls eine möglichst geringe Aufladung aufweist, werden, wie aus der o.g. Zeitschrift "Elektronik" bekannt, leitfähige Handbänder verwendet, die über einen geeigneten Anschluß, beispielsweise einen Druckknopf oder eine Froschklemme mit der Unterlage, die sich am Arbeitsplatz befindet, leitend verbunden ist.

Was die Dimension der erfindungsgemäßen Vertiefungen betrifft, so muß man davon ausgehen, daß die bei der Arbeit als Abfall erzeugten Drahtstückchen u. dgl. häufig eine Maximallänge von etwa 8 mm und eine Dicke von höchstens 1,5 mm aufweisen, sodaß sie in jedem Falle in der Vertiefung Platz haben. Die Vertiefungen sollen zumindest über den zur Arbeit beanspruchten Teil der Oberseite verteilt sein, wobei die Abstände nicht zu groß sein sollen.

Eine vorteilhafte Ausbildung der antistatischen Unterlage, insbesondere dann, wenn bevorzugt längliche Abfallteile zu erwarten sind, liegt dann vor, wenn das Relief durch Rippen und Rillen gebildet ist. Die länglichen Abfallteile können dann besonders gut in den Rillen Platz finden.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Relief durch Noppen, Stege od. dgl. gebildet. In diesem Fall liegt gleichsam ein Netzwerk von Vertiefungen bzw. Tälern vor, das durch allseitig begrenzende Erhebungen gebildet wird. Bei dieser Ausbildung ist eine relativ günstige Manipulationsfähigkeit besonders dann gegeben, wenn die anfallenden Abfallteile nicht zu groß, beispielsweise nur etwa 2 bis 3 mm lang sind, und somit die Breite der Vertiefungen zwischen den Noppen ausreicht.

Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß das Relief durch allseitig begrenzte, z.B. wannenartige Vertiefungen gebildet ist. Diese Ausgestaltung ist besonders zweckmäßig, wenn relativ viel Abfallmaterial anfällt, weil dann ohne Behinderung bei der Arbeit bzw. ohne allzu häufiges Säubern des Arbeitsplatzes ein sauberes Arbeiten möglich ist.

Aus ästhetischen Gründen, aber auch um eine bevorzugte Lage der Abfallteilchen in den Vertiefungen zu erreichen, können die Vertiefungen, im Grundriß gesehen, ein Symmetriezentrum aufweisen.

Eine diesbezüglich zweckmäßige Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, daß die Vertiefungen im Grundriß gesehen ein Gleichdickprofil, das dreiseitig sein kann, aufweisen. Gleichdickprofile sind dadurch gekennzeichnet, daß ihre durch den Mittelpunkt führenden Sehnen, ebenso wie bei Kreisen die Durchmesser, alle gleich lang sind. Es spielt somit im Fall eines Gleichdickquerschnittes keine Rolle, in welcher Richtung die Drahtstückchen bzw. Abfallteile herunterfallen. Sie gelangen in jedem Fall in richtiger Orientierung in die Vertiefung. Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, daß die Ausnehmungen, im Grundriß gesehen, parallelogrammartig ausgebildet sind. Die lange Achse des Parallelogramms kann dabei etwa parallel zur Arbeitsplatzkante, die der Betriebsperson zugekehrt ist, orientiert werden, sodaß im Regelfall die Drahtstückchen bzw. Abfallteile in diese Richtung der Vertiefungen fallen. Von der Betriebsperson weg sind die Parallelogramme mit ihren kürzeren Achsen angeordnet, wodurch gleichsam eine kompaktere Oberfläche in dieser Richtung ausgebildet ist.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung beträgt die Tiefe der Vertiefungen höchstens 5 mm, in einer weiteren Ausbildung 3 bis 4 mm. Diese Tiefe der Vertiefungen stellt sicher, daß die Abfall-Drahtstückchen in den Vertiefungen zu liegen kommen, wobei auch eine geneigte Lage dieser Drahtstückchen noch kein Herausragen aus den Vertiefungen und damit in den Arbeitsbereich bewirkt. Zweckmäßig ist bei dieser Dimensionierung der Vertiefungen auch, daß die Vertiefungen während der Arbeit zur Fixierung mancher Bauteile verwendet werden können, wodurch ein versehentliches Wegwischen durch Handbewegungen der Betriebsperson wirksam verhindert ist.

Um zu vermeiden, daß die erwähnten Drahtstückchen auf den Stegen zwischen den Vertiefungen liegen bleiben, ist es vorteilhaft, wenn die Stegbreite des Materials zwischen den Vertiefungen 1 bis 5 mm beträgt. Durch die durchschnittliche Länge dieser Drahtstückchen kommt es dann in der Regel zu einem Kippen dieser Drahtstückchen in die Vertiefungen, sodaß der gewünschte Effekt des Freihaltens der eigentlichen Arbeitsfläche von Verunreinigungen erreicht werden kann.

Begünstigt wird das oben diskutierte Verhalten des Hineinfallens von Drahtstückchen bzw. Abfallteilchen auch dann, wenn die Vertiefungen sich - entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindung - nach außen wannenartig verbreitern. Dadurch sind die Wände der Vertiefungen etwas abgeschrägt und ermöglichen ein Abrollen und Abrutschen. Zweckmäßig ist diese Ausbildung auch für die Reinigung der Unterlage, da dadurch keine Ecken und Winkel gebildet sind, aus denen Verunreinigungen schwer entfernbar wären.

Wie bereits oben diskutiert, wird die antistatische Unterlage gegebenenfalls über Froschklemmen mit einer Erdungsschiene verbunden. Eine zweckmäßige Anbringung der Froschklemme ist dann möglich, wenn die Unterlage - entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindung - an zumindest einer Seite entlang des Randes eine Verdickung aufweist. Über diese Verdickung kann dann die Froschklemme geklemmt werden. Die Verdickung wirkt aber auch als Barriere gegen das Herabfallen von Teilen von der Unterlage, was ebenfalls einen gewünschten Effekt darstellt. Ein analoger Effekt ist auch dann erzielbar, wenn die Unterlage entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindung - an zumindest einer Seite entlang des Randes eine Rille aufweist. Die Rille dient ebenfalls zum Auffangen von Teilen, die sonst von der Unterlage gestreift werden könnten.

In vielen Fällen wird es zweckmäßig sein, wenn die Unterlage nur auf ihrer Oberseite Vertiefungen besitzt, während die Unterseite im wesentlichen glatt ist und bestenfalls eine Dessinierung aufweist, die ihre Rutschfestigkeit verbessert. Im Falle einer derartigen Ausbildung einer Unterlage kann sie bei Manipulationen, wo dies wünschenswert erscheint, umgedreht werden, sodaß ihre im wesentlichen glatte Unterseite zur Oberseite wird.

Um eine beidseitige Verwendung der Unterlage im Sinne der vorliegenden Erfindung zu erzielen, ist es jedoch vorteilhaft, wenn die Ober- und Unterseite der Unterlage - entsprechend einer weiteren Ausbildung der Erfindung - Vertiefungen aufweisen.

Gemäß einer zweckmäßigen Ausgestaltung einer antistatischen Unterlage gemäß der vorliegenden Erfindung weist diese einen Oberflächenwiderstand, gemessen nach DIN 53596, von höchstens 1010 Ω auf. Durch diesen Widerstand ist sichergestellt, daß auf der gesamten Oberfläche der Unterlage stets im wesentlichen gleiches Potential herrscht, was auch für die an verschiedenen Stellen der antistatischen Unterlage abgelegten elektronischen Bauteile zutrifft.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von Zeichnungen beispielhaft näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 und 4 eine Draufsicht einer Unterlage, die Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer Draufsicht, die Fig. 3 und 5 Querschnitte durch Teilbereiche.

In Fig. 1 ist eine Unterlage 1 dargestellt, die im Grundriß im wesentlichen quadratische Vertiefungen 2 aufweist. Entlang des Randes besitzt diese Unterlage 1 eine Verdickung 5, über die an geeigneter Stelle eine Froschklemme gesteckt werden kann (nicht dargestellt), die die leitende Verbindung zu einer Erdleitung bewirkt.

Die Vertiefungen der Unterlage 1 können im Grundriß jede gewünschte geometrische Form besitzen. In Fig. 2 ist ein Ausschnitt aus einer Unterlage 1 dargestellt, wobei die Vertiefungen 3 im Grundriß die Form eines dreiseitigen Gleichdicks aufweisen. Wie oben erwähnt, ist durch diese Ausbildung erreicht, daß es keine Rolle spielt, in welcher Richtung herabfallende Drahtstückchen in die Vertiefung fallen, da diese in jeder Richtung gleichen Durchmesser aufweisen.

Fig. 3 zeigt einen Teilbereich einer Unterlage 1 im Querschnitt. Man erkennt, daß die Vertiefungen 4 durch Stege 6 getrennt sind. Die Wände der Stege 6 fallen zum Boden der Vertiefung 4 konkav gekrümmt ab, wodurch ein Hineinrutschen von Drahtstückchen begünstigt wird. Die Abschrägung der Wände des Steges 6 kann auch flacher sein und richtet sich nach den speziellen Erfordernissen des jeweiligen Arbeitsplatzes.

Fig. 4 zeigt eine weitere Ausbildung einer Unterlage 1 in Draufsicht. Man erkennt, daß die Vertiefungen durch Rillen 8 gebildet sind, die über die ganze Breite des Belages reichen und die durch Rippen 7 getrennt sind. Ebenso ist es auch möglich, das Rillen/Rippen-Muster etwa schachbrettartig auszubilden, wobei die Rippen und Rillen in aneinandergrenzenden Bezirken unterschiedliche Winkellagen aufweisen.

In Fig. 5 ist ein Ausschnitt eines Randbereichquerschnittes einer Unterlage 1 dargestellt. Man erkennt die Randverdickung 5, die im Querschnitt etwa elliptisch ist. An der Unterseite der Unterlage 1 befindet sich neben der Verdickung 5 eine umlaufende Rille 9, der dann erhöhte Bedeutung zukommt, wenn die Unterlage 1 umgekehrt verwendet wird. Die Verdickung 5 dient unter anderem zum Anschluß einer Froschklemme für den Erdungsleiter und für das leitfähige Armband.

Die antistatische Unterlage gemäß der vorliegenden Erfindung ist wohl insbesondere für Elektronikarbeitsplätze, inklusive Reparatur- und Serviceplätze geeignet, kann jedoch zweckmäßigerweise überall dort verwendet werden, wo eine griffige, antistatische Unterlage notwendig ist. Dies trifft beispielsweise auch auf Arbeitsplätze bei EDV- Anlagen und Textverarbeitungsmaschinen zu, aber auch überall dort, wo empfindliche Elektronikbauteile an Geräten, Vorrichtungen und Maschinen von statischen Entladungen geschützt werden müssen. Ein weiteres Anwendungsgebiet betrifft auch explosionsgefährdete Arbeitsplätze.


Anspruch[de]
  1. 1. Antistatische Unterlage, insbesondere für der Manipulation mit elektronischen Bauteilen dienende Arbeitsplätze, aus einer Gummilage mit einem spezifischen Durchgangswiderstand (nach DIN 53482) von mindestens 102 Ωcm, dadurch gekennzeichnet, daß zumindest ein Teil der Oberseite der Unterlage eine reliefartige Strukturierung aufweist, wobei die Vertiefungen (2, 3, 8) des Reliefs mindestens 2 mm tief sind und in Draufsicht zumindest in einer Richtung eine Erstreckung von mindestens 8 mm aufweisen.
  2. 2. Antistatische Unterlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (2, 3, 8) des Reliefs in Draufsicht zumindest in einer Richtung eine Erstreckung von mindestens 10 mm aufweisen.
  3. 3. Antistatische Unterlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Relief durch Rippen (7) und Rillen (8) gebildet ist.
  4. 4. Antistatische Unterlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Relief durch Noppen, Stege od. dgl. gebildet ist.
  5. 5. Antistatische Unterlage nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Relief durch allseitig begrenzte, z.B. wannenartige Vertiefungen (2, 3) gebildet ist.
  6. 6. Antistatische Unterlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (3), im Grundriß gesehen, ein Symmetriezentrum aufweisen.
  7. 7. Antistatische Unterlage nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (3) , im Grundriß gesehen, ein Gleichdickprofil aufweisen.
  8. 8. Antistatische Unterlage nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Gleichdickprofil dreiseitig ist.
  9. 9. Antistatische Unterlage nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen im Grundriß gesehen, parallelogrammartig ausgebildet sind.
  10. 10. Antistatische Unterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Vertiefungen (2, 3, 8) höchstens 5 mm beträgt.
  11. 11. Antistatische Unterlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Tiefe der Vertiefungen (2, 3, 8) 3 bis 4 mm beträgt.
  12. 12. Antistatische Unterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Stegbreite des Materials zwischen den Vertiefungen (2, 3, 8) 1 bis 5 mm beträgt.
  13. 13. Antistatische Unterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vertiefungen (2, 3, 8) sich nach außen wannenartig verbreitern.
  14. 14. Antistatische Unterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie an zumindest einer Seite entlang des Randes eine Verdickung (5) aufweist.
  15. 15. Antistatische Unterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie an zumindest einer Seite entlang des Randes eine Rille (9) aufweist.
  16. 16. Antistatische Unterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Ober- und Unterseite der Unterlage Vertiefungen (2, 3, 8) aufweisen.
  17. 17. Antistatische Unterlage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Oberflächenwiderstand, gemessen nach DIN 53596, von höchstens 1010 Ω besitzt.






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