ESD Schutzprogramm Regio Vortrag Handout

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ESD-Schutz

Voraussetzung fr den erfolgreichen Aufbau zuverlssiger elektronischer

Systeme

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 keine Schden verursacht.

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

Der Praktiker wei:Das Radfahren ist auch ganz einfach:Treten, Treten und Lenken. Aber wie lange bentigt 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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Einflussfaktoren 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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LuftMenschlicher KrperGlasMenschliches HaarNylon WolleSeideAluminiumPapierBaumwolleEisenHolzHartgummiNickel KupferMessing SilberGold PlatinKunstseidePolysterenPolyesterSilizium

Cohnsche Tabelle

+positiv

-

negativ

Mensch

und

Umfeld

Auf

ladu

ng

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Influenz

++++

++++++

----

------

--------

Polarisation eines elektrisch leitfhigenKrpers, der sich isoliert in einem

elektrostatischen Feld befindet

-++-

-++--+

-+-+

-++--+

nach Verlassen des elektrostatischen Feldes gleichen sich die Ladungen

wieder aus

++++++ ++

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Risiko durch Influenz

----

------

--------

--

---

--

---

bei kurzzeitiger Erdung wird die positive Ladung durch den Erdkontakt ausgeglichen

nach Verlassen des elektrostatischen Feldes berwiegen 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 Luftfeuchte

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

10

20

30

40

50

Rel

. Luf

tfeuc

hte

inne

n R

H2

[%]

(Inne

ntem

pera

tur:

22

C)

-10C

0C

10C

20C

25

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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/Grtner ESD-Elektrostatische Entladungen

Das Risiko

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Ziel:Erarbeitung eines ESD-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 Manahmen

fr den durchgngigen ESD-Schutz

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DIN EN 61340-2-1:2003, Elektrostatik, Messverfahren Fhigkeit von Materialien und Erzeugnissen, elektrostatische Ladungen abzuleiten

DIN EN 61340-2-3: 2000,Elektrostatik, Prfverfahren zur Bestimmung des Widerstandes und des spezifischen 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?

Gel

tung

sber

eich

Zum Beispiel:- Erarbeitung neuer Vorschlge zur Gestaltung des

ESD-Schutzesoder

- Realisierung und Durchsetzung der notwendigen Manahmen zum ESD-Schutz ?

ESD-Schutzprogramm

Ziele

Voraussetzungen

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ESD-Schutzprogramm

Planung der Anforderungen an:

1. Schulungsplan2. 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, jedoch schdigende Potenzialunterschiede, die zu ESD fhren knnen.

Es muss ein gelenkter Potenzialausgleich realisiert werden, der sichert, dass die Entladung nicht ber gefhrdete elektronische Bauelemente erfolgt und dabei die Geschwindigkeit der vorhandenen Arbeitsprozesse beachtet.

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Schutzmanahmen, die wir heute treffen, knnen bereits morgen durch Technologieentwicklungen unwirksam sein.

Entwicklung von Halbleiterstrukturen1985: 1500nm1990: 700nm1998: 200nm2000: 130nm2002: 90nm2005: 65nm 2007: 45nm 2008: 32nm2010: 28nm2012: 20nm

Das Risiko

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1. Phase: Analyse des IST-Zustandes

2. Phase: Analyse des SOLL-Zustandes3. 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 kontinuierlichen Verbesserung eines

ESD-Schutzprogramms

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Entwicklung,Design

Material,elektr.

Kompo-nenten

Fertigung Prfung Lagerung,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 deren Wirksamkeit

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 bereits gehandhabt?

Welche Spannungsempfindlichkeitsschwellen sind bei diesen Bauelementen (ESDS) zu beachten?

Welche Ladespannungen sind bereits bei welchen Ttigkeiten bekannt?


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Klasse Spannungsbereich

Human Body Model

0 < 250V1A 250V bis < 500V1B 500V bis < 1.000V1C 1.000V bis < 2.000V2 2.000V bis < 4.000V3A 4.000V bis < 8.000V3B > 8.000V

Spannungsempfindlichkeitsklassen nach ESD Association

Quelle: IEC 61340-3-1:2002


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Charge Device Model

C1 < 125VC2 125V bis < 250VC3 250V bis < 500VC4 500V bis < 1.000VC5 1.000V bis < 1.500VC6 1.500V bis < 2.000VC7 > 2.000V



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Machine Model

M1 < 100VM2 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-Empfindlichkeiten

Achtung:Es gibt unterschiedliche Klassenbenennungen!

ESD-Empfindlichkeit


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Device type ESD withstand voltage sensitivity 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-Empfindlichkeit und Klasseneinteilung nach ESDA


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ESD-Empfindlichkeit, Klasseneinteilung nach ESA


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- Class 1: Sensitivity Range 0 to < 1.000 Volts - Metal Oxid Semiconductor (MOS) devices, including C, D, N, P, V and other MOS

technology 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 welche Arbeitsgeschwindigkeiten haben die neuen Prozesse?

Welche Ableitwiderstnde mssen erreicht werden?

Welche neuen Bauelemente werden fr neue Produkte verwenden und welche ESD-Empfindlichkeiten weisen diese auf?

Welche Lieferanten werden mit der Fertigung von Teilsystemen beauftragt?

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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Anzustrebender Wertebereich


Copyright byQuelle: Karl H. Helling, Elektrostatik Institut Berlin


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1. Es gibt keinen allgemeinen ESD-Schutz.

2. Schutzmanahmen mssen in Abhngigkeit von den konkreten Erfordernissen im Unternehmen aufgebaut, aufrechterhalten und kontinuierlich verbessert werden.

3. Normen (z.B. DIN EN 61340-5-1) sind anwendbare Referenzen und mssen jedoch auf die Erfordernisse im Unternehmen angemessen angewendet werden.

4. Der ESD-Schutz muss ein Teil der geltenden Organisationsregeln werden.

5. Die Organisationsregeln zur Sicherung der Produktqualitt sind Bestandteil des Qualittsmanagementsystems.

Thesen:

4. Phase: Realisierung

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Integration des ESD-Schutzes in das Qualittsmanagementsystem der Organisation

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


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Klrung der Verantwortlichkeiten durch die Oberste Leitung:- Einfhrung der Schutzvorkehrungen nach DIN EN 61340-5-1, - Einsetzen des ESD-Schutzbeauftragten

ESD-Schutzbeauftragter:- Verantwortlich fr Schutz der ESDS und Umsetzung der

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

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


DIN EN ISO 9001:2008

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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 ISO 9001:2008

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Schaffung von Vertrauen durch eineZertifizierung des QM-Systems:

Nachweis und Besttigung der Qualittsfhigkeit von Lieferantenin bereinstimmung mit einer Referenznorm durch eine unabhngige Stelle

Zertifikat


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5. Phase: Schulung, Training, Motivation des Personals

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

Die kompetente Mitwirkung des Personals ist eine Voraussetzung zur Aufrechterhaltung und kontinuierliche Verbesserung der ESD-Schutzfhigkeit unter Beachtung der Wirtschaftlichkeit.

Schulungs-plan

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Nchster Termin: 16.-18.10.2012in Erlangen

ESD-Schutz-managementmit Zertifizierung

ESD Schutzprogramm Regio Vortrag Handout

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