ESD Tutorial - Reihe

Transkript

1 ESD Tutorial - Reihe ESD Anforderungen an Materialien + Maschinen und Anlagen ESD Messverfahren ESD Koordinator Die Serie der ESD Tutorials führt das Konzept der ESD Seminare und des ESD Fachsymposiums weiter. Die Tutorials dienen der Weiterbildung von ESD Koordinatoren, ESD Beauftragte und vor allem der Informationsvermittlung neuer Technologien, neuer Erfahrungen, neuer Standardprojekte auf diesem Spezialgebiet. Elektronische Bauelemente werden immer kleiner, damit auch immer empfindlicher gegenüber elektrostatischen Ladungen und Feldern. Elektronische Bauelemente können einzeln betrachtet aber auch der Verbund der Bauelemente auf einer Leiterplatte wird immer komplexer. Wie hoch ist die Empfindlichkeit einer bestückten Leiterplatte? Wieviel Ladungen können gespeichert werden? Welches Fehlermodell ist heranzuziehen? Diese und andere Fragen sollen diskutiert werden. Ein weiteres Gebiet sind die ESD Materialien. Die Reduzierung der Empfindlichkeit der elektronischen Bauelemente und Baugruppen erfordert neue ESD Materialien und Ausrüstungen. Erfüllen die ESD Ausrüstungen die Anforderungen der Zukunft? Welche ESD Materialien sind geeignet? Wie müssen diese bewertet werden, welche Messverfahren sind erforderlich? Können die bisherigen Messverfahren eingesetzt werden oder müssen neue Messverfahren erstellt werden? Wo liegen die Grenzen der Messverfahren? Die angebotenen Tutorials dienen der Vertiefung der Kenntnisse auf den Spezialgebieten ESD. Zur Einführung und zum Stand der Normung dient das Tutorial I ESD Basics. Der Weiterbildung dienen die Tutorials II + III. Dabei werden die umfangreichen Themen ESD Messungen und ESD Koordinator ein weiterer Schwerpunkt sein. Das Tutorial ESD Koordinator beschäftigt sich zum einen mit dem ESD Kontrollprogramm (Einführung und Erfahrungen bei der Umsetzung) und den Tendenzen, die sich aus den verschiedenen Roadmaps ergeben. Dabei werden spezielle aktuelle Themen und Anforderungen diskutiert. Im Tutorial IV wird die ESD Problematik in Maschinen und Anlagen diskutieren. Neben den Anforderungen, werden Messverfahren und Lösungsmethoden beschrieben. Ein Schwerpunkt wird auch die Ionisation sein. Nur durch geeignete Ionisationsverfahren können Ladungen und Felder in Maschinen und Anlagen beherrscht werden.

2 ESD Tutorial I ESD Basics für den ESD Koordinator/ESD Beauftragten Teil 1 Einführung ESD Basics für den ESD Programm Manager (ESD Koordinator/ESD Beauftragter) ELEKTROSTATIK (einige Grundlagen) Entstehung elektrostatischer Ladungen und Wirkungen auf ESDS und Baugruppen mit ESDS Entstehungsmechanismen: Triboelektrizität (Reibung) und Influenz (Elektrische Felder) Vorgänge bei der Auf- und Entladung von Personen Einfluss der Umgebungsbedingungen (Luftfeuchtigkeit und Temperatur) Allgemeine Entladungsmodelle (Schwerpunkt: CDM) HBM Human Body Model (DIN EN ) MM Machine Model (DIN EN ) CDM Charge Device Model/CBE Charge Board Event FIM Field Induced Model CBM/FICBM Charged Board Model/Field Induced Charged Board Model Allgemeine Fehlermechanismen bei elektronischen Bauelementen (Beispiele) Thermischer Durchbruch Dielektrischer Durchbruch Aufschmelzen der Metallisierung Spannungs- und Energieempfindliche Bauelemente und Baugruppen - Konzepte Wirkungen von elektrostatischen Entladungen auf MOS- und bipolare Bauelemente Mehrfache ESD - Fehler - Überlagerung von Fehlern Latente Fehler und Degradation; Überblick: Teil 2 Teil 3 Definitionen ESD Schutzmaßnahmen, allgemeine Anforderungen ESD Arbeitsplätze, ESD Bereiche Technische Anforderungen an die Materialien und Ausrüstungen Anforderungen nach DIN EN und DIN EN Beiblatt 1; ANSI/ESD S

3 ESD Tutorial II ESD Koordinator Teil 1 Aufbau eines ESD gerechten Arbeitsplatzes und Bereiches (EPA) ESD Kontrollprogramm (ECP) Entwicklung, Einführung und Beurteilung Anhand der aktuellen Normen werden die einzelnen ESD Ausrüstungen und deren Anforderungen vorgestellt und diskutiert. Die technischen Anforderungen an verschiedene Materialien werden erklärt. Aufbauend auf den Anforderungen und aus der Analyse der Fertigung (vgl. 5 Stufen für die Einführung eines ESD Control Programms ) wird ein ESD Programm erarbeitet. Die einzelnen Stufen bzw. Anforderungen werden unter den speziellen Gegebenheiten diskutiert. Im weiteren wird der Aufbau eines ESD Kontrollprogramms vorgestellt. Die einzelnen Programmpunkte werden diskutiert, besonders auch unter speziellen bzw. individuellen Anforderungen einer Firma. Teil 2 Verhalten der Arbeitskräfte, Handhabungsrichtlinien, firmeninterne Schulungen Das größte Problem sind die Personen selbst, die sich immer und überall elektrostatisch aufladen. Mit den zur Verfügung stehenden Möglichkeiten, können Personen so ausgerüstet werden, dass sie sich wenig elektrostatisch aufladen. Entsprechende Handhabungsrichtlinien werden diskutiert. Der Inhalt einer firmeninternen Schulung wird vorgestellt. Teil 3 ESD Standards ESD Normung Es wird eine Übersicht über die gültigen Standards gegeben, welche Standards sind für welche Bereiche anzuwenden. Weiterhin wird auf zukünftige Standards und Standardentwicklungen hingewiesen. Basisstandards sind die DIN EN und DIN EN Beiblatt 1. Alternativ werden Vergleiche mit den anderen weltweit verfügbaren amerikanischen Normen JEDEC ANSI/EIA-625B, MIL-STD-1686A, ANSI/ESD-S gezogen. Teil 4 ESD Roadmaps Elektronische Bauelemente werden immer empfindlicher gegenüber elektrostatischen Entladungen und elektrostatischen Feldern. Es existieren zurzeit 3 verschiedenen Roadmaps, die von 3 verschiedenen Konsortien vertreten werden. (ITRS ESDA Industry Council). Auszüge aus dem Vortrag: Electrostatic Discharge (ESD), Factory Issues, Measurement Methods and Product Quality - Today and in the Future (Anforderungen an ESD Ausrüstungen in den nächsten Jahren) Teil 5 Grundlegende Anforderungen an eine EPA Erweiterte Anforderung Class 0 EPA Ausgehend von den gültigen Standards und den verschiedenen Einstufungen der EPA s werden die notwendigen Anforderungen diskutiert. Ein Schwerpunkt ist ein sogenanntes 5 Stufen Programm für die Einführung eines ESD Control Programms und ein zweiter Schwerpunkt bezieht sich auf die erhöhten Anforderungen nach einer sogenannten Class 0 EPA. Diese Anforderung bezieht sich besonders auf das Handling in AHE (Fertigungslinien, Maschinen, Anlagen usw.) Teil 6 Verpackungen, Anforderungen und Prinzipien, Mess- und Überprüfungsmethoden In allen Prozessschritten werden die verschiedensten Transportmittel und Verpackungen eingesetzt. Für jeden Fertigungsabschnitt gibt es verschiedenen ESD Anforderungen an die Transportmittel und Verpackungen. Nach der Auswahl der verschiedenen Materialien müssen diese natürlich auch gemessen und regelmäßig überprüft werden. Ausgehend von den Anforderungen (z. B. aus der Norm DIN EN )

4 werden Messmethoden vorgestellt, Prüfmethoden und Prüfpläne für eine regelmäßige Überwachung erarbeitet. Teil 7 Anforderungen an ESD Fußböden Standards, Messmethoden Leitfaden für Widerstandsmessungen von Fußbodenbeschichtungen und Fußbodenbelägen DIN EN ; DIN EN ; DIN EN 1081; DIN EN 1815 Auszüge aus dem Vortrag: Erfahrungen beim Einsatz von Reinigungsmittel für ESD Fußböden Teil 8 Überprüfung, Auditierung, Zertifizierung, (ISO 9000 u.a) Aus dem ESD Kontrollprogramm ergeben sich Notwendigkeiten für eine regelmäßige Überprüfung und Auditierung der ESD Bereiche. Da die Norm selbst keine Anforderungen/Zyklen für eine Überprüfung oder Auditierung vorschreibt, muss der ESD Koordinator diese selbst erarbeiten. Aus der langjährigen Erfahrung werden Beispiele diskutiert. Zum Schluss werden Übereinstimmungen mit Zertifizierungsnormen (ISO 9000) aufgezeigt und die Möglichkeit der Einarbeitung in das firmeninterne Qualitätsmanagementsystem (QMS) bzw. in das QM Handbuch diskutiert.

5 ESD Tutorial III ESD Koordinator - Maschinen und Anlagen Teil 1 Anforderung an Maschinen und Anlagen, Werkzeuge, Prüfarbeitsplätze Grundsätzlich ist heute das größte Problem oder die größte Quelle für elektrostatische Aufladungen neben dem Menschen, der eigentliche automatische Fertigungsprozess. Ausgehend von dem prinzipiellen Aufbau einer SMT Fertigungslinie werden Quellen für elektrostatische Aufladungen aufgezeigt. In einem weiteren Abschnitt werden die möglichen Prozessschritte für eine Schädigung der ESDS diskutiert. Werkzeuge kommen in der gültigen DIN EN nicht mehr vor. Das gleiche gilt für Prüfarbeitsplätze. Es wird der Aufbau eines Prüfarbeitsplatzes beschrieben. Auszüge aus dem Vortrag: Solutions against ESD (Electrostatic discharge) in a production line (SMT) today and in the future international ESD and Semiconductor Roadmap Teil 2 Anforderungen in Maschinen und Anlagen, Anforderungen an Materialien für AHE Anforderungen, die sich aus den gültigen Normen ergeben Prozessschritte in einer SMT Fertigung Quellen für elektrostatische Aufladungen in einer SMT Fertigung Anforderungen an Materialien und Ausrüstungen, abweichende Definitionen und Grenzwerte Erstellung der Prüf- und Messmethoden und des Prüf- bzw. Messplanes Vortrag 9: Electrostatic Discharge (ESD), Quellen, Fehlermechanismen in einer SMT Linie und ein ESD Kontrollprogramm für Maschinen Teil 3 ESD Kontrollprogramm Plan (ECPP), für Maschinen und Anlagen Unter Berücksichtigung der Quellen für elektrostatische Aufladungen in einer SMT Linie und den Möglichkeiten der Schädigung von elektronischen Bauelementen wird ein erster ESD Kontrollprogrammplan für eine SMT Linie aufgestellt. Schwerpunkt ist dabei, die Erarbeitung der notwendigen Punkte, die in diesen Plan gehören. Da die Maschinen und Anlagen sehr verschieden sind, wird es keine allgemeingültige Lösung geben. Teil 4 Messungen in Maschinen und Anlagen Erste Messungen und Ergebnisse der praktischen Messungen an Materialien, in Anlagen werden vorgestellt und diskutiert. Mögliche Messmethoden werden vorgestellt. Teil 5 Ionisation Grundlagen, Methoden und Überprüfung von Ionisations - Geräten Der grundsätzliche Aufbau der verschiedenen Ionisationsprinzipien wird vorgestellt und verglichen. Die verschiedenen Methoden und deren Anwendungen werden an speziellen Einsatzbeispielen erklärt. Ein weiterer Abschnitt beschreibt die Überprüfungsmethoden für eine tägliche Kontrolle und regelmäßige Kalibrierung mit einem Charge Plate Monitor o.ä. Geräten.

6 ESD Tutorial IV ESD Messungen für Materialien + Maschinen und Anlagen Teil 1 Allgemeine Mess- und Prüfverfahren - Grundlagen Messung elektrostatischer Parameter (allgemein): elektrostatische Ladung elektrische Feldstärke, elektrostatische Felder Oberflächen- und Ableitwiderstände, Erdableitwiderstand Volumen- und Durchgangswiderstände Messbedingungen, Einfluss der Elektroden, Elektrodenanordnungen Beurteilung der Messergebnisse und Erfahrungen bei der Messung elektrostatischer Kenngrößen Teil 2 Normgerechte Mess- und Prüfverfahren Übersicht der gültigen Messvorschriften, Normen (national und international) Messung elektrostatischer Parameter nach den gültigen Normen und Richtlinien Übersicht der gültigen Messvorschriften, Normen (national und international) DIN EN , DIN EN ; DIN EN x Ladungsmessung, elektrostatische Aufladung, Feldstärkemessungen Widerstandsmessungen: Oberflächen- und Ableitwiderstände, Erdableitwiderstand Verschiedene Elektroden Messbedingungen, Einfluss der Elektroden, Elektrodenanordnungen Beurteilung der Messergebnisse und Erfahrungen bei der Messung elektrostatischer Kenngrößen Erarbeitung der Messverfahren für das ESD Kontrollprogramm Erstellung der Mess- und Überprüfungspläne für ESD Audits und regelmäßige Überprüfungen Teil 3 Praktische Messungen, Vorführungen Elektrostatische Aufladungen an Isoliermaterialien ESD Materialien, Entladeverhalten/Ableitzeit von Materialien Mögliche Messungen in der SMT Fertigung an den speziellen Maschinen und Anlagen Messung der Erdung aller Metallteile Zusätzliche Messgrößen: Elektrostatische Auf- und Entladung, elektrostatische Feldstärke, Elektrostatische Spannung Anforderungen an Messgeräte; Messprinzipien ESD Bekleidung, Messverfahren nach IEC und IEC Praktische Messungen in einer SMT Fertigung Beurteilung der Messergebnisse Erstellung der Prüf- und Messmethoden und des Prüf- bzw. Messplanes Teil 4 Berechnungen Elektrische Widerstände, spezifische Widerstände, Schaltungen mit Widerständen Elektrostatische Feldstärke elektrostatische Ladung Auswertung der Messergebnisse, Ermittlung von Mittelwerten (arithmetisch, geometrisch oder Median) Berechnung und Beurteilung von Abweichungen