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Die Erfindung betrifft ein ESD-Schutzelement zum Schutz elektrischer und/oder elektronischer Bauteile vor Schäden durch elektrostatische Entladung gemäß dem Anspruch 1. Der Schutz solcher Bauteile vor elektrostatischer Entladung (englisch: electrostatic discharge = ESD) wird allgemein mit dem Fachterminus „ESD-Schutz” bezeichnet. Ein ESD-Schutz ist beispielsweise in Fertigungsanlagen oder an Reparaturarbeitsplätzen für elektronische Schaltungen von großer Bedeutung. Für den ESD-Schutz werden diverse kommerzielle Produkte angeboten. So gibt es ESD-Schutzelemente in Form von Kleidungsstücken, Fußbodenbelägen, Transportbehältern und sonstigen Verpackungsmittel für elektrische und/oder elektronische Bauteile bzw. Baugruppen. Ferner gibt es sogenannte ESD-Schutzmatten. Eine ESD-Schutzmatte wird bei Elektronik-Arbeitsplätzen auf einer Arbeitsfläche ähnlich wie eine Büro-Arbeitsunterlage zum Schutz der Bauteile vor elektrostatischer Entladung ausgelegt oder in den Arbeitstisch integriert
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Solche ESD-Schutzelemente haben die maßgebliche Funktion, elektrische/elektronische Bauteile zu schützen. Hierzu wird ein ESD-Schutzelement üblicherweise geerdet, um auftretende elektrostatische Ladungen abzuleiten.
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Aus der
US 2006/0 208 886 A1 gehen Systeme und Verfahren hervor, um Verpackungen mit RFID tags zu versehen. Aus der
EP 1 862 807 A1 geht ein ESD-Testsystem und ein Verfahren hervor. Aus der
JP H08-17 589 A geht eine ESD-Schutzmatte hervor. Aus der
US 2013/0 135 105 A1 geht ein RFID-System für den Diebstahlschutz hervor. Aus der
DE 10 2010 011 504 A1 gehen ein Verfahren zur Herstellung einer Transponderantenne sowie ein Transponderinlay mit einer derartigen Transponderantenne hervor.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes ESD-Schutzelement anzugeben, das weitere Produktionsoptimierungen im Bereich der Fertigung und/oder Reparatur elektrischer und/oder elektronischer Baugruppen erlaubt.
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Diese Aufgabe wird durch ein ESD-Schutzelement gemäß Anspruch 1 gelöst. Als RFID-Antenne wird eine für die drahtlose Signalübermittlung verwendete Antenne einer RFID-Kommunikationseinrichtung verstanden, z. B. die Antenne eines RFID-Transponders oder eines RFID-Schreib- und/oder -Lesegeräts, das zum Beschreiben und/oder Auslesen eines RFID-Transponders dient. Der Begriff RFID hat sich auch in der deutschen Sprache inzwischen als Fachbegriff für alle Arten der automatischen Identifizierung und/oder Lokalisierung von Gegenständen und Lebewesen mit Hilfe elektromagnetischer Wellen, das heißt durch Funksignale, etabliert (RFID = radio frequency identification). Bekannt sind in diesem Zusammenhang beispielsweise sogenannte Funketiketten.
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Ein RFID-System besteht aus einem RFID-Transponder, der sich am zu identifizierenden Gegenstand bzw. Lebewesen befindet und einen kennzeichnenden Code enthält, sowie einem RFID-Schreib- und/oder -Lesegerät zum Auslesen dieses kennzeichnenden Codes. Für die Übertragung der für diesen Identifikationsvorgang notwendigen elektromagnetischen Wellen muss sowohl der RFID-Transponder als auch das RFID-Schreib- und/oder -Lesegerät eine RFID-Antenne aufweisen. Eine solche RFID-Antenne ist erfindungsgemäß in das ESD-Schutzelement baulich integriert. Die RFID-Antenne kann dabei als Geräteantenne ausgebildet sein, die mit einem RFID-Schreib- und/oder -Lesegerät, das sich außerhalb des ESD-Schutzelements befinden kann oder auch darin baulich integriert sein kann, gekoppelt ist. Die RFID-Antenne kann auch als Transponderantenne eines RFID-Transponders ausgebildet sein. Die RFID-Antenne kann auch sowohl als Geräteantenne als auch als Transponderantenne fungieren, z. B. in Verbindung mit einer Antennenweiche.
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Durch die bauliche Integration in das ESD-Schutzelement ist die RFID-Antenne durch das Material des ESD-Schutzelements vor mechanischen Einflüssen und damit vor Beschädigungen geschützt. Dies ist eine Verbesserung gegenüber bekannten auf einer Oberfläche aufzuklebenden RFID-Etiketten, die leicht beschädigt werden können, so dass hierdurch eine Identifikation unmöglich werden kann. Ein weiterer Vorteil ist, dass die RFID-Antenne aufgrund ihrer baulichen Integration auch weniger manipulationsanfällig ist. Zudem sind die RFID-Antenne und ggf. weitere in das ESD-Schutzelement integrierte Bestandteile eines RFID-Systems optisch unauffällig untergebracht, das heißt das äußere Erscheinungsbild des ESD-Schutzelements wird nicht oder nur unwesentlich verändert. Dies erhöht die Akzeptanz des erfindungsgemäßen ESD-Schutzelements sowie die Nutzung der RFID-Technologie bei den Benutzern.
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Das erfindungsgemäße ESD-Schutzelement schützt elektrische und/oder elektronische Bauteile vor Schäden durch elektrostatische Entladung. Als Bauteile seien hier sowohl Einzel-Bauelemente wie Transistoren, integrierte Schaltungen usw. als auch elektronische Baugruppen, z. B. bestückte Platinen, verstanden.
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Die nachfolgend bezüglich der RFID-Antenne und deren baulicher Integration in das ESD-Schutzelement angegebenen Merkmale gelten auch für die weiteren Komponenten eines RFID-Transponders, sofern dieser in das ESD-Schutzelement baulich integriert ist.
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Das erfindungsgemäße ESD-Schutzelement kann in einer vorteilhaften Ausführungsform als ESD-Schutzmatte ausgebildet sein, die wenigstens eine elektrisch leitende flächenhafte Schicht aufweist. Die ESD-Schutzmatte ist in der Regel ein flächenhafter Gegenstand, der wie eine Arbeitsunterlage auf einem Elektronikarbeitsplatz, z. B. auf einer Tischfläche, ausgelegt wird. Durch die Integration einer RFID-Antenne in einer ESD-Schutzmatte wird es möglich, an einem mit dieser ESD-Schutzmatte ausgestatteten Arbeitsplatz die dort bearbeiteten elektrischen bzw. elektronischen Bauteile ohne zusätzliche, den Arbeitsbereich beeinträchtigende Gegenstände zu identifizieren. Hierzu ist lediglich die in die ESD-Schutzmatte integrierte RFID-Antenne mit einem RFID-Schreib- und/oder -Lesegerät zu verbinden. Insbesondere muss der ESD-sichere Arbeitsplatz dann nicht noch mit einer zusätzlichen, ggf. optisch störenden oder Platz verbrauchenden RFID-Antenne versehen werden. Auch die Handhabung bei der Identifikation der elektrischen bzw. elektronischen Bauteile mittels eines RFID-Systems wird vereinfacht, da die Bauteile nicht erst an eine bestimmte Position gebracht oder gehalten werden müssen, sondern direkt während des Arbeitsablaufs auf der ESD-Schutzmatte automatisch identifiziert werden können. Außerdem sind eine größere Sendereichweite und damit auch eine höhere Sendeleistung notwendig, um die erforderliche Reichweite zu erreichen.
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Das ESD-Schutzelement kann in einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung als einmalig oder wieder verwendbares Verpackungsmittel für elektrische und/oder elektronische Bauteile ausgebildet sein. Das Verpackungsmittel kann ein z. B. Transportbehälter sein, z. B. in Form eines ESD-Kartons oder einer sonstigen ESD-Pendel-Verpackung, z. B. aus Kunststoff, oder ein sonstiges Verpackungsmittel wie eine Kunststofftüte. Die RFID-Antenne kann z. B. in eine Seitenwand, einen Boden oder einen Deckel des Verpackungsmittels baulich integriert sein. Sofern ein kompletter RFID-Transponder einschließlich seiner RFID-Antenne in das Verpackungsmittel baulich integriert ist, kann hierüber der Inhalt des Verpackungsmittels identifiziert werden. Auf dem RFID-Transponder kann zum Beispiel ein Inhaltsverzeichnis des Verpackungsmittels in Form einer Liste der in dem Verpackungsmittel enthaltenen Gegenstände gespeichert sein.
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Gemäß der Erfindung weist das ESD-Schutzelement einen mehrschichtigen Aufbau mit wenigstens einer elektrisch leitenden Schicht und wenigstens einer elektrisch isolierenden Schicht auf. Die elektrisch leitende Schicht und die isolierende Schicht können insbesondere als flächenhafte Schichten ausgebildet sein, z. B. als Schichten einer ESD-Schutzmatte oder eines ESD-Verpackungsmittels.
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Gemäß der Erfindung ist die RFID-Antenne zwischen der wenigstens einen isolierenden Schicht und der wenigstens einen elektrisch leitfähigen Schicht angeordnet und gegenüber der elektrisch leitfähigen Schicht isoliert. Dies erlaubt günstige Abstrahlungseigenschaften der RFID-Antenne bei gleichzeitigem guten mechanischem Schutz der RFID-Antenne vor Beschädigung in Folge ihrer Einbettung zwischen den genannten Schichten.
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Gemäß der Erfindung ist die RFID-Antenne als UHF-Antenne ausgebildet. Die Antenne ist damit für den UHF-Frequenzbereich ausgebildet, das heißt für den Frequenzbereich von 0,3 GHz bis 3 GHz (UHF = ultra high frequency). Dies hat den Vorteil, dass die Antenne mit geringen geometrischen Dimensionen realisiert werden kann und dadurch baulich auf einfache Weise in viele verschiedene ESD-Schutzelemente integriert werden kann, insbesondere auch in kleinbauende ESD-Schutzelemente. Die RFID-Antenne kann insbesondere für einen, mehrere oder alle der für den RFID-Übertragungsbereich freigegebenen Frequenzbänder ausgebildet sein, diese sind z. B. für Europa 865 MHz–868 MHz, für Nordamerika 902 MHz–928 MHz und für Japan 952 MHz–954 MHz.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist ein RFID-Transponder einschließlich seiner RFID-Antenne in das ESD-Schutzelement baulich integriert. Dies erlaubt eine Identifikation des ESD-Schutzelements mittels der RFID-Technologie.
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In das ESD-Schutzelement kann eine einzige RFID-Antenne integriert sein, oder auch mehrere RFID-Antennen. So können z. B. ein RFID-Transponder einschließlich seiner RFID-Antenne sowie eine separate RFID-Antenne sowie eine separate RFID-Antenne zum Anschluss eines RFID-Schreib- und/oder -Lesegeräts in ein und dasselbe ESD-Schutzelement integriert sein. Gegebenenfalls können auch beide Elemente, das heißt der RFID-Transponder und das RFID-Schreib- und/oder -Lesegerät auf ein und dieselbe RFID-Antenne zugreifen, z. B. mit einer Antennenweiche. In diesem Fall kann gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung die Antennenweiche ebenfalls in das ESD-Schutzelement baulich integriert sein.
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Die RFID-Antenne kann z. B. aus metallischen Drähten gebildet sein. Die RFID-Antenne kann nach bekannten Regeln für die Auslegung von Antennen ausgebildet sein, z. B. als Monopol-Antenne oder als Dipol-Antenne.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist die RFID-Antenne ganz oder teilweise aus elektrisch leitfähiger Folie gebildet. Diese Folie hat den Vorteil, dass sie gut in flexible ESD-Schutzelemente wie z. B. in eine ESD-Schutzmatte integrierbar ist, ohne dass diese ihre Flexibilität einbüßen. Es kann z. B. eine Kupferfolie verwendet werden. Die RFID-Antenne kann ganz oder teilweise aus anderen dünnen, d. h. flächenhaften elektrisch leitfähigen und flexiblen Materialien gebildet sein, z. B. aus elektrisch leitfähigem Textilmaterial oder Drahtgeflecht.
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Gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung weist das ESD-Schutzelement einen Antennenanschluss, insbesondere einen Steck- und/oder Schraubanschluss auf, der elektrisch mit der in das ESD-Schutzelement integrierten RFID-Antenne verbunden ist, um die RFID-Antenne des ESD-Schutzelements mit einem RFID-Schreib- und/oder -Lesegerät zu verbinden. Der Antennenanschluss kann insbesondere als abgeschirmter Antennenanschluss ausgebildet sein. Dies hat den Vorteil, dass das ESD-Schutzelement auf einfache Weise mit herkömmlichen Mitteln mit einem RFID-Schreib- und/oder -Lesegerät verbunden werden kann.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen unter Verwendung von Zeichnungen näher erläutert.
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Es zeigen:
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1 – einen ESD-sicheren Arbeitsplatz in isometrischer Darstellung und
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2 – ein ESD-Schutzelement in Schnittdarstellung.
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Die 1 zeigt einen ESD-geschützten Arbeitsplatz 10 mit einem Tisch 30 und einem Transportbehälter 3. Auf einer Arbeitsfläche des Tischs 30 befindet sich eine ESD-Schutzmatte 1. Die ESD-Schutzmatte 1 weist ein ESD-Armband 13 auf, das über eine elektrische Leitung 12 mit einem an der ESD-Schutzmatte 1 angeordneten elektrischen Anschlusskontakt 11 elektrisch verbunden ist. Der Anschlusskontakt 11 kann z. B. wie ein Druckknopf bei Kleidungsstücken ausgebildet sein. Über den Anschlusskontakt 11 ist das ESD-Armband 13 mit seiner elektrischen Leitung 12 lösbar mechanisch und elektrisch mit der ESD-Schutzmatte 1 verbunden. Die ESD-Schutzmatte 1 weist einen weiteren elektrischen Anschlusskontakt 14 auf, der ebenfalls als Druckknopf ausgebildet sein kann. Über den weiteren Anschlusskontakt 14 kann die ESD-Schutzmatte 1 über eine elektrische Leitung 15, z. B. ein 1 MΩ Erdungskabel, mit einem Erdanschluss 16 verbunden werden. Der Anschlusskontakt 11 sowie der weitere Anschlusskontakt 14 sind im Aufbau der ESD-Schutzmatte mit einer elektrisch leitfähigen Schicht der ESD-Schutzmatte elektrisch verbunden. Die elektrisch leitfähige Schicht der ESD-Schutzmatte erstreckt sich flächenhaft im Wesentlichen über die gesamte Fläche der ESD-Schutzmatte 1.
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Die ESD-Schutzmatte 1 weist ferner eine in die ESD-Schutzmatte 1 integrierte RFID-Antenne 2 auf, die in der 1 beispielhaft als Dipol-Antenne wiedergegeben ist. Die RFID-Antenne 2 ist über eine ebenfalls baulich in die ESD-Schutzmatte 1 integrierte elektrische Leitung 6 mit einem Antennenanschluss 7 der ESD-Schutzmatte 1 verbunden. Über den Antennenanschluss 7 kann die RFID-Antenne 2 von außen elektrisch kontaktiert werden. Die 1 zeigt beispielhaft, dass an den Antennenanschluss 7 ein Antennenkabel 8, z. B. über einen Steckanschluss, angeschlossen ist. Das Antennenkabel 8 ist mit einem unter der Arbeitsfläche des Tischs 30 angeordneten RFID-Lesegerät 9 oder einem kombinierten RFID-Schreib-/Lesegerät verbunden. Die RFID-Antenne 2 sowie die elektrische Leitung 6 und der Antennenanschluss 7 sind gegenüber den elektrisch leitfähigen Bestandteilen der ESD-Schutzmatte 1 isoliert. Die RFID-Antenne 2 und die elektrische Leitung 6 sind, weil sie in die ESD-Schutzmatte 1 baulich integriert sind und daher von außen nicht sichtbar sind, in gestrichelten Linien dargestellt.
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Die 1 zeigt außer der ESD-Schutzmatte 1 als weiteres ESD-Schutzelement den Transportbehälter 3. Der Transportbehälter 3 ist als ESD-geschützter Transportbehälter ausgebildet. Er weist in seinen Wänden eine oder mehrere elektrisch leitfähige Elemente oder Schichten auf, die der Abschirmung dienen. In dem Transportbehälter 3 können z. B. Elektronikbaugruppen 17 ESD-geschützt transportiert werden. Der Transportbehälter 3 weist einen RFID-Transponder 5 einschließlich seiner RFID-Antenne 4 auf. Diese Bauteile sind baulich in einer Seitenwand des Transportbehälters 3 integriert und daher von außen nicht sichtbar. Aus diesem Grunde sind diese Bauteile ebenfalls in gestrichelten Linien dargestellt.
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Die 2 zeigt beispielhaft den Schichtaufbau der ESD-Schutzmatte 1. Erkennbar ist eine obere Schicht 21, die die Arbeitsfläche der ESD-Schutzmatte 1 darstellt. Die Schicht 21 kann z. B. aus isolierendem Kunststoff gefertigt sein. Eine untere Schicht 23 der ESD-Schutzmatte 1 ist als elektrisch leitfähige Schicht ausgebildet, z. B. aus einem gut leitenden Kunststoff. Der spezifische Widerstand des Materials der Schicht 21 ist typischerweise etwa 10 bis 100 mal größer als der spezifische Widerstand des Materials der Schicht 23. Die Schichten 21, 23 können z. B. durch eine Klebstoffschicht 22 verbunden sein. Zwischen den Schichten 21, 23 ist eine RFID-Antenne z. B. in Dipolform integriert, mit einem ersten Antennenpol 24, einem zweiten Antennenpol 26 und einer elektrischen Verbindung 25 zwischen den Antennenpolen 24, 26.
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Die bauliche Integration der RFID-Antenne 4 in die Seitenwand des Transportbehälters 3 kann in gleicher Weise erfolgen wie in 2 dargestellt. Sofern nur eine Schicht vorhanden ist, kann die Antenne beim Herstellungsprozess in den Transportbehälter 3 integriert werden, z. B. mit vergossen werden.
