ESD Schutzprogramm Regio Vortrag Handout

5/25/2018 ESD Schutzprogramm Regio Vortrag Handout

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ESD-Schutz

Voraussetzung fr den erfolgreichen

Aufbau zuverlssiger elektronischerSysteme

14.08.2012, FED-Regionaltreffen Berlin

Hans-Joachim Gnther, ESD-Consult&ServiceDr.-Ing. Bernd Schildwach, Ing.-Bro QUAPRO


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Der Physiker sagt:

ESD-Schutz ist ganz einfach

2. Sicherung einer langsamen Entladung,so dass die dabei entstehende Stromstrke keineSchden verursacht.

1. Vermeidungen von Aufladungen,die mit ihrem Spannungswert ein Bauelementgefhrden knnen.

Der Praktiker wei:

Das Radfahren ist auch ganz einfach:Treten, Treten und Lenken.

Aber wie lange bent igt mancher dies zu beherrschen?


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Triboelektrizitt

C = *A/dU = Q / C

C = Kapazitt; Q = Gesamtladung; U = Spannung

= Dielektrizittskonstante; A = Berhrungsflche; d = Abstand

U =Q*d*A

U1 = 1 mV

d1 = 1nm

----

++++

----

++++

d = 0,1m

U1 > 1 kV


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Einf lussfaktoren fr Triboelektrizitt

Q*d*AU =

AAbstandstand

Material(Cohnsche Tabelle)

Berhrungsflche(Klar-sichthllen))

Weitere Faktoren:

o Reibung (Triboelektrizitt=Reibungselektrizitt)o Anpressdrucko Trenngeschwindigkeit

Gesamtladung


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Luft

Menschlicher Krper

GlasMenschliches Haar

Nylon

Wolle

Seide

Aluminium

Papier

BaumwolleEisen

Holz

Hartgummi

Nickel Kupfer

Messing Silber

Gold Platin

KunstseidePolysteren

Polyester

Silizium

Cohn sche Tabelle

+positiv

-negativ

Mensch

und

UmfeldAufla

dung


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Influenz

++++

++++++

----

------

--

------

Polarisation eines elektrisch leitfhigenKrpers, der sich isoliert in einemelektrostatischen Feld befindet

-++-

-++--+

-+-+

-++--+

nach Verlassen des elektrostatischenFeldes gleichen sich die Ladungenwieder aus

++

++++++


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Risiko durch Influenz

----

------

--

----

--

--

---

--

---

bei kurzzeitiger Erdung wird die positive Ladungdurch den Erdkontakt ausgeglichen

nach Verlassen des elektrostatischen Feldesberwiegen die negativen Ladungstrger

++

++++++


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Einfluss der Luftfeuchte

A: Laufen auf einer Gummimatte

B: Aufnehmen eines Plastik-beutels von der Werkbank

C: Laufen auf einem Vinyl-Bodenber eine Entfernung von 6m

D: Aufstehen von einem Stuhl


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Mollirdiagramm

Relative Luft feuchte

10 20 30 40 50Rel. Luftfeuchte auen RH1 [%]

10

20

30

40

50

Re

l.Lu

ftfeuc

hteinnen

RH2[%]

(Innen

temp

era

tur:

22C)

-10C

0C

10C

20C

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mJ

10

1

0,1

0,01

0,001

0,0001

CMOS schnelle Trs. low-Power Trs. kl. Gleichr. Z-Dioden 0,3 1 3 10 (kV)

im Menschen gespeicherte Energie ( W = 0,5 C*U2 , Kap. des Menschen ca. 200 pF )

Strungs-/Zerstrungs-

energie in mJ

min/ max-Schwelle

Energieempfindlichkeiten

Das Risiko


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ESD-Hufigkeiten und Risikobereiche (Entwicklungsumgebung)

0-0,5kV 0,5 -1,0 1,0-1,7 1,7-3,0 3,0-5,0 5,0-8,0 >8,0

%

kV

36 28 208 5 2 1

Wahrnehmungsschwelle90% 10%

MOSFET

JFET

BIPOL. TRS.

SCHOTTKY-TTL

CMOS

Quelle: Baumgrtner/GrtnerESD-Elektrostatische Entladungen

Das Risiko


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Ziel:

Erarbeitung einesESD-Schutzprogramms

Referenzen:- DIN EN 61340-5-1:2008- DIN EN 61340-5-1, Beiblatt 1

(IEC/TR 61340-5-2:2007)

- ANSI/ESD S20.20-2007Durchsetzung wirksamer Manahmenfr den durchgngigen ESD-Schutz


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DIN EN 61340-2-1:2003,

Elektrostatik, Messverfahren Fhigkeit von Materialien undErzeugnissen, elektrostatische Ladungen abzuleiten

DIN EN 61340-2-3: 2000,Elektrostatik, Prfverfahren zur Bestimmung des Widerstandes und desspezifischen Widerstandes von festen planen Werkstoffen, die zur

Vermeidung elektrostatischer Aufladungen verwendet werden.

DIN EN 61340-3-1:2003Elektrostatik, Verfahren zur Simulation elektrostatischer Entladungen Human Body Model (HBM) Bauelementeprfung

DIN EN 61340-3-2:2003Elektrostatik, Verfahren zur Simulation elektrostatischer Entladungen Machine Model (MM) - Bauelementeprfung

Referenzen


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ESD-Schutzprogramm-

Plan

Welche Geschftsstellen?Welche Bereiche?Welche Prozesse?Welche Verantwortungsbereiche?

Ge

ltungsb

ere

ich

Zum Beispiel:- Erarbeitung neuer Vorschlge zur Gestaltung des

ESD-Schutzesoder

- Realisierung und Durchsetzung der notwendigenManahmen zum ESD-Schutz ?

ESD-Schutzprogramm

Ziele

Voraussetzungen


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ESD-Schutzprogramm

Planung der Anforderungen an:

1. Schulungsplan

2. berprfung der Einhaltung3. Erdungs-/Anschlusssysteme4. Personenerdung5. Schutzzonenanforderungen6. Verpackungssysteme7. Kennzeichnungen

Von der Norm empfohlene Inhalte eines


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Das Risiko

Aufladungen lassen sich in Arbeitsprozessen nicht vermeiden, jedochschdigende Potenzialunterschiede, die zu ESD fhren knnen.

Es muss ein gelenkter Potenzialausgleich realisiert werden, der sichert,dass die Entladung nicht ber gefhrdete elektronische Bauelementeerfolgt und dabei die Geschwindigkeit der vorhandenen Arbeitsprozessebeachtet.


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Schutzmanahmen, die wir heute treffen, knnen bereits

morgen durch Technologieentwicklungen unwirksam sein.

Entwicklung von Halbleiterstrukturen

1985: 1500nm1990: 700nm

1998: 200nm2000: 130nm2002: 90nm2005: 65nm2007: 45nm

2008: 32nm2010: 28nm2012: 20nm

Das Risiko


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1. Phase: Analyse des IST-Zustandes

2. Phase:Analyse des SOLL-Zustandes

3. Phase: Konzeption einer nachhaltigen und angemessenen ESD-geschtzten Handhabung von elektronischen Bauelementen

4. Phase: Beschaffung, Realisierung,Sicherung der ESD-Schutzmanahmen durch das QM-System

5. Phase: Schulung, Training, Motivation des Personals

6. Phase: kontinuierliche Verbesserungen, Analysen, Audits

Projektlebenszykluszum Aufbau und kont inuierlichen Verbesserung eines

ESD-Schutzprogramms


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Entwicklung,Design

Material,elektr.

Kompo-nenten

Fertigung PrfungLagerung,Vertrieb

Schwachstellen, Fehlerquellen-Analyse, z.B.:Wo sind ESDS-gefhrdende Prozesse vorhanden?

Sind die Schutzmanahmen ausreichend?

Beschaffung

Analyse im geplanten Geltungsbereich



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Analyse aller verwendeten elektronischen Bauelemente / Baugruppen

Analyse der Kenntnisse des Personals

Analyse der Technologien und Ablufe

Analyse bereits vorhandener ESD-Schutzmanahmen und derenWirksamkeit

Analyse von bereits aufgetretenen Fehlern

Analyse des notwendigen Publikumsverkehrs



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Welche elektronischen Bauelemente werden im Geltungsbereichgehandhabt ?(beschafft/transportiert/verarbeitet/bestckt/gemessen/getestet/verpackt)

Wo, an welchen Arbeitspltzen erfolgt welche Handhabung?

Welche ESD-empfindlichen Bauelemente (ESDS) werden bereitsgehandhabt?

Welche Spannungsempfindlichkeitsschwellen sind bei diesenBauelementen (ESDS) zu beachten?

Welche Ladespannungen sind bereits bei welchen Ttigkeiten bekannt?



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Klasse Spannungsbereich

Human Body Model

0 < 250V

1A 250V bis < 500V1B 500V bis < 1.000V1C 1.000V bis < 2.000V2 2.000V bis < 4.000V3A 4.000V bis < 8.000V

3B > 8.000V

Spannungsempfindlichkeitsklassen nach ESD Association

Quelle: IEC 61340-3-1:2002



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Human Body Model

0 < 250V

1A 250V bis < 500V1B 500V bis < 1.000V1C 1.000V bis < 2.000V2 2.000V bis < 4.000V3A 4.000V bis < 8.000V

3B > 8.000V


Quelle: IEC 61340-3-1:2002



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Charge Device Model

C1 < 125V

C2 125V bis < 250VC3 250V bis < 500VC4 500V bis < 1.000VC5 1.000V bis < 1.500VC6 1.500V bis < 2.000V

C7 > 2.000V




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Machine Model

M1 < 100V

M2 100V bis < 200VM3 200V bis < 400VM4 > 400V


Quelle: IEC 61340-3-2:2002



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ESD-Schutzklassen:1C, M2, C4

ESD-Empfindlichkeit



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Klasseneinteilung fr ESD-Empfindl ichkeiten

Achtung:

Es gibt unterschiedliche Klassenbenennungen!

ESD-Empfindlichkeit



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Device type ESD withstand voltagesensitivity HBM

Class

MR heads, RF FETs 10 - 100 V 0

Power MOSFETs, PIN diodes, laser diodes 100 - 300 V 0

Pre - 1990 VLSI 400 - 1000 V 1A

Modern VSLI 1.000 - 3.000 V 1C

HCMOS 1.500 - 3.000 V 1C

CMOS B Series 2.000 - 5.000 V 2

Linear MOS 800 - 4.000 V 2

Small geometry older bipolar 600 - 6.000 V 1B

Small geometry modern bipolar 2.000 - 8.000 V 2

Power bipolar 7.000 - 25.000 V 3A

Film resistor 1.000 - 5.000 V 1C

ESD-Empfindl ichkeit und Klasseneinteilung nach ESDA



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ESD-Empfindlichkeit, Klasseneinteilung nach ESA



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- Class 1: Sensitiv ity Range 0 to < 1.000 Volts - Metal Oxid Semiconductor (MOS) devices, including C, D, N, P, V and other MOStechnology without protective circuitry, or protective circuitry.

Surface Acoustic Wave (SAW) devices. Operational Amplifiers (OP AMP) with unprotected MOS capacitors. Junction Field Effect Transistors (JFETs) Silicon Controlled Rectifiers (SCRs) with to 0,1%; power


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Welche Prozesse mssen aus der IST-Analyse gendert werden?

Welche Prozesse sind fr eine Neueinfhrung geplant und welcheArbeitsgeschwindigkeiten haben die neuen Prozesse?

Welche Ableitwiderstnde mssen erreicht werden?

Welche neuen Bauelemente werden fr neue Produkte verwendenund welche ESD-Empfindl ichkeiten weisen diese auf?

Welche Lieferanten werden mit der Fertigung von Teilsystemenbeauftragt?

Welches Personal ist in ESD zu schtzenden Prozessen eingesetzt?

2. Phase: Analyse des Sollzustandes


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Basis-ESD-Schutzprogramm knnte beinhalten:A. Geerdete Arbeitsoberflche,B. Personal, geerdet mit einem Handgelenkerdungsband,C. ESD-Schutzverpackung, um ESDS von einem Prozess zum

nchsten zu transportieren,

Komplexes-ESD-Schutzprogramm knnte beinhalten:A. Geerdete Arbeitsoberflche,B. Personal, geerdet ber ein permanent berprftes

Handgelenkerdungsband,

C. Personal, geerdet ber ESD-Schuhwerk und leitfhiger Fuboden,D. Personal, das geerdet ESD-Kittel trgt,E. Ionisation an jedem Arbeitsplatz

Handhabung von elektronischen Bauteilen in den Prozessen

3. Phase: Konzeption des ESD-Schutzes

Der Schutzgrad richtet sich nach den Bauteilen und Prozessschritten


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AnzustrebenderWertebereich



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Quelle: Karl H. Helling, Elektrostatik Institut Berlin



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1. Es gibt keinen allgemeinen ESD-Schutz.

2. Schutzmanahmen mssen in Abhngigkeit vonden konkreten Erfordernissen im Unternehmenaufgebaut, aufrechterhalten und kontinuierlichverbessert werden.

3. Normen (z.B. DIN EN 61340-5-1) sindanwendbare Referenzen und mssen jedoch aufdie Erfordernisse im Unternehmen angemessenangewendet werden.

4. Der ESD-Schutz muss ein Teil der geltendenOrganisationsregeln werden.

5. Die Organisationsregeln zur Sicherung der Produktqualittsind Bestandteil des Qualittsmanagementsystems.

Thesen:

4. Phase: Realisierung


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Integration des ESD-Schutzes in dasQualittsmanagementsystem der Organisation

Forderung der DIN EN 61340-5-1:2008Jedes Unternehmen entwickelt sein- eigenes,- unternehmensspezifisches und- mit dem betrieblichen QMS konformesESD-Schutzprogramm.



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Klrung der Verantwort lichkeiten durch die Oberste Leitung :- Einfhrung der Schutzvorkehrungen nach DIN EN 61340-5-1,

- Einsetzen des ESD-SchutzbeauftragtenESD-Schutzbeauftragter:- Verantwortlich fr Schutz der ESDS und Umsetzung der

DIN EN 61340-5-1- Erarbeitung des ESD-Schutzprogramms

Der ESD-Schutzbeauftragter (Normenbezeichnung: ESD-Beauftragter oderESD-Koordinator ) kann bei Erfordernis weitere Beauftragte einsetzen.


DIN EN ISO9001:2008


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Angemessenheit der anzufertigenden

QM-Darlegungen(Umfang, Darstellungstiefe, Art der Darstellung,Sprache, Formulierungen)

AA01

Prozess-Beschreibungen

QM-Handbuch

AA02

AA03

ESD-Schutz-Programm


DIN EN ISO9001:2008


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Schaffung von Vertrauen durch eineZertifizierung des QM-Systems:

Nachweis und Besttigung derQualittsfhigkeit von L ieferantenin bereinstimmungmit einer Referenznorm durch eineunabhngige Stelle

Zertifikat



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5. Phase: Schulung, Training,Motivation des Personals

Die Kenntnisse und Motivation des Personals sind die Grundlage frdie Akzeptanz der festgelegten Handhabungs- und Prozessschritte.

Die kompetente Mitwirkung des Personals ist eine Voraussetzung zurAufrechterhaltung und kontinuierliche Verbesserung der ESD-

Schutzfhigkeit unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit.

Schulungs-plan


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Nchster Termin:16.-18.10.2012

in Erlangen

ESD-Schutz-

management

mit Zertifizierung

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