Services ESD Control Systems. Services Dienstleistungen

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1 Services 2017 ESD Control Systems Services Dienstleistungen

2 B.E.STAT European ESD competence centre Zum Alten Dessauer 13 - D Kesselsdorf Germany Fax sales@bestat-esd.com - Ausgabe: D01/2017 Fotos: Wallpavillon, Nymphenbad Zwinger Dresden 2014 B.E.STAT

3 B.E.STAT European ESD competence centre Zum Alten Dessauer 13 D Kesselsdorf GERMANY Fax web : ISO 9001 certified Die B.E.STAT group zählt zu den führenden und kompetentesten ESD Firmen nicht nur in Europa sondern weltweit. Seit über 30 Jahren ist Herr Dipl.-Ing. Hartmut Berndt, Geschäftsführer des B.E.STAT European ESD competence centre, auf diesem Spezialgebiet ESD tätig und verfügt über weitreichende Erfahrungen als anerkannter Partner der Industrie im In- und Ausland. Neben Herrn Berndt hat auch die Geschäftsführerin der B.E.STAT Elektronik Elektrostatik GmbH, Frau Dipl.-Ing. U. Berndt jahrelange Erfahrungen im Bereich Halbleitertechnologie. In den vergangen Jahren wurde dies speziell durch die zunehmende Durchführung von Firmenauditierungen, sowohl in Nordamerika und Asien als auch in den europäischen Staaten, erreicht. Darüber hinaus tragen die Beteiligungen an Symposien mit Fachvorträgen, an Messen sowie an Firmenmeetings in Europa, Nordamerika, Asien und Australien, zur weltweiten Akzeptanz der Unternehmensgruppe bei. Die B.E.STAT group bietet ein 5-stufiges Gesamtkonzept ESD Control System an: Analyse der Fertigung auf Quellen elektrostatischer Aufladungen und der vorhandenen ESD Ausrüstungen Erstellung eines ESD Kontrollprogramms B.E.STAT European ESD competence centre Trainings des Personals und Ausbildung der ESD Koordinatoren B.E.STAT European ESD competence centre Einführung des ESD Kontrollprogramms B.E.STAT Elektronik Elektrostatik GmbH Herstellung und Lieferung der ESD Kontrollausrüstungen Installation der ESD Ausrüstungen B.E.STAT Elektronik Elektrostatik GmbH Überprüfung der Wirksamkeit der ESD Ausrüstungen Abnahme der installierten oder vorhandenen ESD Ausrüstungen ESD Audits, ESD Zertifikat B.E.STAT European ESD competence centre

4 Herstellung und Lieferung der ESD Kontrollausrüstungen Herstellung und Lieferung kundenspezifischer Lösungen Entwicklung neuer ESD Materialien und Ausrüstungen Installation der ESD Ausrüstungen Analyse der Fertigung und Überprüfung der Wirksamkeit der vorhandenen ESD Ausrüstungen Fehleranalyse in ESD Fertigungen, Ermittlung von Quellen elektrostatischer Aufladungen Durchführung von Audits, Erstellung Konformitätsbescheinigung Qualifizierung von ESD Materialien und Ausrüstungen (Maschinen und Anlagen) Durchführung von Personal-Schulungen und Trainings (intern und extern) Durchführung von Tagungen und Workshops Organisation des 'International Panel Symposium ESD' Auf Grund der jahrelangen Erfahrung auf dem Gebiet der ESD, schrieb Herr Dipl.-Ing. Hartmut Berndt das praxisorientierte Handbuch Elektrostatik Ursachen, Wirkungen, Schutzmaßnahmen, Messungen, Prüfungen, Normung. Die 3. Auflage ist 2009 beim VDE-Verlag erschienen. Es ist ein Wegweiser für alle Unternehmen, in denen elektrostatische Aufladungen vermieden werden müssen. Im Oktober 2005 erschien das 2. Buch unter dem Titel ESD - Schutz Normen, Konzepte und Messtechnik beim expert - Verlag, ein Buch für Fach- und Führungskräfte in der Arbeitsvorbereitung, Fertigung und im Qualitätsmanagement, inklusive eines ESD Kontrollprogramms. Im hauseigenen Schulungszentrum bildet das B.E.STAT European competence centre ESD Koordinatoren aus und weiter. Themen wie aktuelle europäische und internationale Normen sowie Messpraktika gehören zum Standard der Schulungsmaßnahmen. Zusätzlich wird ein Lehrgang zum Thema Grundlagen der Elektronik angeboten. Damit wird dem Schulungsteilnehmer eine umfassende Ausbildung ermöglicht, auch für Quereinsteiger des Fachgebiets. DIN EN DIN EN Beiblatt 1 (DIN EN ), JEDEC ANSI/EIA-625B, MIL-STD-1686A bzw. ANSI/ESD-S Fachliche Kompetenz und Erfahrungen mehr als 30-jährige fachliche Erfahrung auf dem Spezialgebiet der Elektronik + Elektrostatik - Beeinflussung elektronischer Bauelemente und Baugruppen durch elektrostatische Beanspruchungen Leitung des Technologischen Zentrums Elektrostatik Dresden/Erfurt und von verschiedenen Arbeitsgruppen - seit 1991 Leitung des Fachausschusses 7.3 ESD der Gesellschaft Mikroelektronik, Mikro- und Feinwerktechnik (GMM) beim VDE, Experte in nationalen und internationalen Ausschüssen und Normungsgremien (DIN und IEC), seit 2002 Sekretär des TC (technical committee) 101 Electrostatics beim IEC VDE-Verlag Elektrostatik, September 2009, 3. Auflage, 4. Auflage in Vorbereitung Expert-Verlag ESD-Schutz, Oktober 2009, 2. Auflage, 3. Auflage in Vorbereitung Mehr als 70 Veröffentlichungen in Fachzeitschriften und Büchern zum Thema ESD

5 Inhalt 1. News ESD Normen DIN EN und DIN EN Beiblatt 1 (Teil ) 2. Definitionen 3. Aufbau einer EPA (ESD Protected Area) 3.1. ESD Arbeitsplatz 3.2. Transportabler Arbeitsplatz - Serviceausrüstung 3.3. Erdung eines ESD Arbeitsplatzes 3.4. ESD - IT Arbeitsplätze 4. Anforderungen an Verpackungsmaterialien für ESDS ESD Norm DIN EN Normen und Vorschriften 6. Analysen, Gutachten, Audits und Zertifizierungen 6.1. Analyse der Fertigung auf ihre ESD gerechte Ausrüstung, Erarbeitung eines Konzeptes für eine ESD gerechte Fertigung, Erstellung eines Gutachtens 6.2. Abnahmen - Zertifizierungen - Protokolle 6.3. Auditierung der Fertigung, Arbeitsplätzen, Anlagen und Einrichtungen 6.4. Durchführung von Messungen, Materialprüfungen 6.5. Kalibrierung von Geräten Beispiele für Messungen und Materialprüfungen Überprüfung und Kalibrierung von Geräten und Messgeräten 7. Schulungsmaterial, Schulungen 7.1. Schulungsmaterial, Videos 7.2. Durchführung von Schulungen und Seminaren Inhalte: ESD Grundlagen ESD Messungen ESD Normung ESD Koordinator I und II Inhouse Schulung 8. ESD Tutorials Entwicklungsprojekte (Veröffentlichungen) 10. Bücher 11. Präsentationen Literatur Anlage 1: Anlage 2: Grundlagen der Ionisation Praktische Messungen Anmerkungen: Anlage 1 und 2 optional 1

6 1. News ESD Normen Die neuen deutschen Fassungen der Ausgaben der IEC Ed. 2.0, seit Mai 2016 verfügbar. Die neue IEC Ed. 2.0 wird voraussichtlich ab 2017 verfügbar sein. Einige Korrekturen und Ergänzungen wurden vorgenommen. Die Originalfassungen IEC und IEC werden der vorhandenen ANSI/ESD S entsprechen. Damit sind beide Normungsprojekte identisch und gelten weltweit. Die erscheinenden Versionen haben das ESD Kontrollprogramm verbessert und durch den Abschnitt Produktqualifikation komplettiert. Alle Anforderungen an ESD Verpackungen werden jetzt komplett in der IEC und DIN EN behandelt. Ebenfalls aktuallisiert werden die ESD Normen IEC und IEC Beide Normen beschäftigen sich mit den grundlegenden Messmethoden des elektrischen Widerstandes (2-3) unter dem Gesichtspunkt ESD Ausrüstungen und den Mechanismen der elektrostatischen Aufund Entladung (2-1) Der erste Höhepunkt im Jahr 2016 war der Professional Development Course im März in Las Vegas, anlässlich der APEX 2016, mehr als 50 Teilnehmer interessierten sich für das Thema: ESD a challenge for SMT production line Fundamentals, sources, Measurement methods Solutions Today and in the Future Abstract Electrostatic charges and their effects on electronic components and assemblies become more and more important. Basically, electronics production are equipped ESD conform. Although many companies introduce ESD control measures, they often do not know what kind of effects these measures really have. Further on, one has to ask whether these measures are efficient and protect the electrostatic sensitive devices (ESDS). The electronic components are getting smaller. The dimensions reach values that are difficult to control even considering the ESD safety measures. Many electronic components, which have not been counted to the ESDS until now, have to be handled under these ESD requirements in the future, e.g. LEDs or complex assemblies. The workstations and the staff can be equipped ESD conform. However, what about the ESD requirements for machinery and equipment? Processes are increasingly automated. So, where are the priorities for electrostatic charging and discharging during such automations? Future documents about ESD protection will differ between Basic ESD requirements and Advanced ESD requirements. Where are the differences? Die erste Präsentation (ESD Tutorial) in Deutschland fand im April 2016 in Nürnberg anläßlich der SMT Hybrid Packaging leider nicht statt: ESD Challenge Grundlegende Fehlerquellen Lösungen ESD Kontrollprogramm Anforderungen in der Zukunft Neue Messmethoden Anmerkung: Informationen dazu können angefordert werden. 2

7 Die B.E.STAT group ist auf die Entwicklungen im ESD Bereich in den nächsten Jahren sehr gut vorbereitet. Zum einen laufen Zusammenarbeiten mit verschiedenen Hochschulen und zum anderen sind einige Projekte in Arbeit, z. B.: ESD Arbeitsbekleidung, Handschuhe usw. ESD Fußböden, ESD Versiegelungen und ESD Reinigungsmaterialien ESD Verpackungsmaterialien, Prüfung von ESD Verpackungen (Systemprüfung) ESD Fehlermodelle ESD Anforderungen an Maschinen und Anlagen ESD Kontrollprogramm - Messungen Weiterhin wird die Laborausstattung kontinuierlich erweitert. So können u.a. Hochohmwiderstandsmessungen bis 10 14, Auf- und Entladeeigenschaften gemessen werden, aber auch das Abschirmverhalten von ESD Materialien kann überprüft werden. Informationen und Hinweise können Sie über unsere - Adresse erhalten: info@bestatcc.com oder sales@bestat-esd.com. Über die Entwicklung der Empindlichkeit der elektronischen Bauelemente gab es einen Grundsatzvortrag von Herrn Dipl.-Ing. Hartmut Berndt in Berkeley, Universitiy of California (UC), U.S.A.: Development of the ESD sensibility against Electrostatic Charges to , Sizes (nm) Electrostatic Charge (nc) ,5 1 0,5 0,25 0,125 0,1 Electrostatic Field (V/cm) Notes: Das elektrostatische Feld wird nicht mehr in V/m sondern V/m = 10 V/cm angegeben. Literatur: /1/ International Technology Roadmap for Semiconductors (ITRS), Factory Integration, Update 2013 /2/ : Electrostatic discharge (ESD) - the Technology Roadmap of the Semiconductor Industries to 2015 and New Failure Models, UC Berkeley, U.S.A. 3

8 Elektrostatische Aufladungen in einer Fertigungslinie eines EMS Elektrostatische Aufladungen, die einzelne Prozessschritte einer Elektronikfertigung beeinflussen, wurden früher besonders durch Personen hervorgerufen. Personen sind immer noch die größte Quelle für elektrostatische Aufladungen, aber inzwischen können die Personen so ESD gerecht ausgerüstet werden, dass sie nicht oder nur wenig, elektronische Bauelemente und Baugruppen (ESDS) gefährden. Heute spielen vielmehr die Prozesse selbst diese Rolle, zur Erzeugung elektrostatische Aufladungen oder vielleicht besser Quellen unterschiedlicher elektrostatischer Potentiale, die beim Ausgleich zur Zerstörung der ESDS führen. Viele Prozessschritte wurden noch nicht unter diesem speziellen Gesichtspunkt betrachtet. Der Mensch oder die Person stand früher im Mittelpunkt von ESD. Welche Prozessschritte führen zu besonders hohen elektrostatischen Aufladungen, das sind z. B. das Auftragen von Lotpaste (Bedrucken), Aufkleben von Etiketten, Transport der Leiterplatte selbst zwischen den einzelnen Stationen, Bewegen von Leiterplatten, mechanische Bearbeitungsschritte, Aus- und Einpacken von Bauelementen und Baugruppen. Unterschiedliche Potentiale, die zu Schädigung der Bauelemente und Baugruppen führen können, treten z. B. besonders beim Bestücken, Messen und Prüfen, Programmieren von EPROMs und anderen Handlingsoperationen auf. Auszug aus den Präsentationen von Penang, Malaysia 2011; productronica 2011 (Productronica Forum) und den Tutorials anlässlich der SMT Hybrid Packaging in Nürnberg 2015/2016: Electrostatic Discharge (ESD), Factory Issues, Measurement Methods and Product Quality: B. Measurement results The main focus laid on measurements of electrostatic charges or on voltages on electronic components or PCBs. Picture 3 shows some measurement results, which were recorded directly in front of a pick-and-place machine. Further measurements were realized behind the soldering print machine, AOI and ICT. All measurements show, that electrostatic charges or electrostatic voltage are mostly above the limit of 100 volts. Fig. 3 Electrostatic voltage of a PCB, in front of a pick-and-place machine (sample) 4

9 The table 1 shows different values of electrostatic charge on the different machine positions. The electrostatic charge was always measured approx. 20 mm above the PCB. Practical measurements demonstrate that electrostatic charges are generated while moving PCBs. In particular very high electrostatic charges were measured after the soldering printing process. A serious problem occurs when the charged ESDS go into the pick and place machine. A charge exchange happens inside and causes an electrostatic discharge, which can be very high. A further process step is the ICT. A direct metallic contact happens here and causes a very fast electrostatic discharge, which can damage the ESDS. At the assembly process, the wire bonding is a very critical process step. The PCB is charged high by the previous steps. The wire bonding leads to a direct contact with a metal wire and thus to fast discharge processes. Damages on ESDS are most likely. Finding the sources of charging in a SMT line, further measurements with different materials (reels/blisters) were realized. Such reels/blisters are used to provide ESDS. These measurements were really interesting, because the suppliers of those always define them as ESD conform. Finally, the measurement results were far in excess of the allowed ranges. These packaging materials are used for transports outside of an EPA either, thus the measurement of the shielding behavior is necessary as well. A proved measurement arrangement does not exist for such measurements, so further measurements have to be realized. Table 1: Measurement results in a sample SMT Line, real electrostatic voltage Process step (samples) Electrostatic voltage in V minimum maximum Position of the field sensor Soldering printing -2,2 257,5 Exit AOI -10,5 +8,5 Entry -1,5-187,2 Exit ,5 Pick and Place Machine Pick and Place machine -511, ,0 Entry -1,5 +184,5-14,7 +84,5 Exit -115,2 +43,5 ICT -22, ,8 +130,5 Entry -116,3 +209,7 Assembly process Wire bonding -3,8 +868,0 Entry +4,0 +511, ,0 +511,0 1 1 maximum value of the electrostatic field meter + field sensor VII. Conclusion In conclusion, it can be said, that there are many sources for electrostatic charges in a SMT production line. The different steps lead to high or low electrostatic charge. First measurements were realized to determine the true charge. A great problem is that all machines must be stopped for the measurements. In the future it is very important, that we can measure in a normal machine, while operating. Presently, the only possibility is ionization. The grounding of all parts does not suffice; it is just a basic requirement. The moving parts PCB and ESDS cannot be grounded. Nevertheless, these are the parts, which are electrostatically charged and which cause the damages. Failures of PCB and ESDS lead to a reduction of the PRODUCT QUALITY! 5

10 2. Definitionen Elektrostatische Entladung (ESD) Übergang von Ladungen zwischen Körpern mit verschiedenen elektrostatischen Potentialen, verursacht durch direkten Kontakt oder influenziert durch ein elektrostatisches Feld. 1 Bauelement, das gegen elektrostatische Entladungen empfindlich ist (ESDS) diskretes Bauelement, integrierte Schaltung oder Baugruppe, die durch elektrostatische Felder oder elektrostatische Entladung während routinemäßiger Handhabung, Prüfung und Transport beschädigt werden kann. 1 ESD Schutzzone (EPA) Bereich, in dem ESDS mit einem akzeptablen Schädigungsrisiko durch elektrostatische Entladungen oder Felder gehandhabt werden können. 1 EPA Erdungspunkt (EBP) festgelegter Punkt, an dem eine EPA Ausrüstung angeschlossen werden kann. 1 EPA Erde das im Arbeitsbereich eingerichtete einheitliche Potential, das sicherstellt, dass das elektrische Potential der gehandhabten Gegenstände und aller Sachen, mit denen sie in Kontakt kommen könnten, das gleiche ist. 1 EPA Erdungseinrichtung gemeinsame Einrichtung, an die alle Elemente in der ESD Schutzzone elektrisch leitend angeschlossen sind. 1 ESDS Spannungsempfindlichkeitsschwelle die maximale Spannung, bei der die ESDS keinen ESD Schaden erleiden. 1 ESDS Spannungsempfindlichkeitsschwelle einer Baugruppe das empfindlichste ESDS auf der Baugruppe. 1 Verpackungseigenschaften: Schirmwirkung gegen elektrostatische Entladung Sperre oder Einhüllung, die den Stromdurchgang begrenzt und die Energie einer elektrostatischen Entladung derart dämpft, dass die maximale Energie einer Human-Body-Model- Entladung von 1000 V höchstens 50 nj beträgt. 1 Elektrostatisch Feld abschirmend Verpackung mit Schirmwirkung gegen elektrostatische Felder ist in der Lage elektrostatische Felder abzuschwächen. 2, 3 Elektrostatisch leitfähig Verpackung mit einem Oberflächenwiderstand 1 x 10 2 und < 1 x ,2 Elektrostatisch ableitend Verpackung mit einem Oberflächenwiderstand 1 x 10 4 und < 1 x ,2 Isolierend Verpackung mit einem Oberflächenwiderstand 1 x DIN EN Weitere Erläuterungen finden Sie in der DIN EN Beiblatt 1 und den ESD Handbüchern 2 der Grenzwert wurde von 1 x 10 5 auf 1 x 10 4 geändert. 6

11 3. Aufbau einer EPA (ESD geschützter Bereich) 3.1. ESD Arbeitsplatz Grundregeln für einen ESD Arbeitsplatz und ESD Arbeitsbereich: 1. Alle ESD Ausrüstungen sind mit Potentialausgleich zu verbinden. Wenn ein Schutzleiter vorhanden ist, dann ist dieser zu verwenden. 2. Die Personen müssen ständig mit Potentialausgleich verbunden sein. Die Handgelenkbanderdung ist die beste und sicherste Methode Personen mit dem Potentialausglich zu verbinden. In sitzender Tätigkeit gibt es keine Alternative. Für Steharbeitsplätze ist die Erdung der Person über den vorhandenen ESD Fußboden möglich. Eine der folgenden Bedingungen muss für das System Person-Schuhe-Fußboden erfüllt werden: der Gesamtwiderstand des Systems (von der Person über das Schuhwerk und den Boden zur Geräteerde) muss weniger als 3,5 x 10 7 betragen; oder ist der Gesamtwiderstand größer als 3,5 x 10 7 aber kleiner als 1 x 10 9 dann muss die maximal erzeugte Körperspannung kleiner 100 V sein. 3. Alle nicht notwendigen Isoliermaterialien, die sich elektrostatisch aufladen, müssen von den ESD Arbeitsplätzen und aus den ESD Arbeitsbereichen entfernt werden. Für alle notwendigen Isoliermaterialien gelten zwei Regeln: das elektrostatische Feld am Ort an dem die ESDS gehandhabt werden ( V/m) darf 5000 V/m nicht übersteigen; wenn das elektrostatische Potential an der Oberfläche des prozess-relevanten Isolators den Wert von V übersteigt, muss der Gegenstand (der sich elektrostatisch auflädt) mindestens 30 cm vom ESDS entfernt sein muss. wenn das elektrostatische Potential, gemessen an der Oberfläche des prozess-relevanten Isolators den Wert von 125 V übersteigt, dann muss ein Abstand von mindestens 2,5 cm zum ESDS eingehalten werden Wenn das gemessene elektrostatische Feld oder die Oberflächenspannung die genannten Grenzwerte übersteigt, muss Ionisation oder andere ladungsreduzierende Techniken verwendet werden. 4. Der Zugang zur EPA muss auf Personal begrenzt werden, das eine entsprechende ESD Schulung absolviert hat. Ungeschulte Einzelpersonen müssen von geschultem Personal begleitet werden, während sie in der EPA sind. Anmerkung 1: Auszüge aus der DIN EN Ed. 1 (Juli 2008). Anmerkung 2: In der neuen IEC Ed. 2 (Mai 2016) wird der Grenzwert auf 5000 V/m reduziert. Weiterhin wird der 3 Punkt neu eingeführt; das elektrostatische Potential darf den Wert von 125 V nicht übersteigen. Die Messung erfolgt mit einem Kontaktvoltmeter. 7

12 Minimalausrüstung Bestandteile: ableitfähige Tisch- oder Arbeitsplatzauflage Handgelenkarmband, Spiralkabel Erdanschlusspunkt für Handgelenkarmband Erdanschlusspunkt für Tischmatte und Handgelenkerdung Abgrenzung und Kennzeichnung Optimale Ausrüstung Bestandteile: ableitfähiger Arbeitstisch Handgelenkarmband, Spiralkabel Erdanschlusspunkt für Handgelenkarmband ableitfähige Arbeitsbekleidung ableitfähiger Fußboden Erdanschlusspunkt für gesamten Arbeitsplatz leitfähige Lager- und Transporteinrichtungen Kontrolleinrichtung für Handgelenkband und Schuhwerk Abgrenzung und Kennzeichnung Die optimale Ausstattung kann zu einem ESD Arbeitsbereich (EPA - ESD Protected Area) zusammengestellt werden. Zwischen den einzelnen Arbeitsplätzen darf kein unterschiedliches Potential auftreten, d. h. alle Arbeitsplätze müssen am gleichen Potentialausgleich (Erdanschlusspunkt) angeschlossen werden. Der Potentialausgleich wird zum Abschluss mit dem Schutzleiter verbunden. Optimal ausgestatteter Arbeitsplatz/Arbeitsbereich (nach DIN EN (2001)) 1 ableitfähige Räder 2 ableitfähige Oberfläche 3 Handgelenkbandtester 4 Schuhwerktester 5 Schuhwerktester-Fußplatte 6 Spiralkabel und HGB 7 Erdungskabel 8 Erdung/Potentialausgleich 9 Erdungskontaktpunkt (EBP) 10 Erdungspunkt für Transportwagen 11 Schuherdungsstreifen oder ESD - Schuhwerk 12 Ionisator 13 ESD Arbeitsoberfläche 14 ESD Stuhl mit ableitfähigen Gleitern oder Rollen 15 ableitfähiger Fußboden 16 ESD Bekleidung 17 Regal mit ESD Ablageflächen 18 ESD Lagerbehälter 19 EPA-Kennzeichnung 20 Maschinen und Anlagen 8

13 3.2. Transportabler Arbeitsplatz - Serviceausrüstung Bestandteile: ableitfähige Arbeitsplatzunterlage Handgelenkarmband, Spiralkabel Erdanschlusspunkt Verbindungskabel Beim Service gibt es immer wieder Schwachpunkte für den ESD Schutz der elektronischen Bauelemente und Baugruppen, aus diesem Grund muss folgende Vorschrift unbedingt beachtet werden: 1. Aufbau des ESD Arbeitsplatzes Auslegen der ableitfähigen Arbeitsplatzunterlage Herstellung der Verbindung Arbeitsplatzunterlage - Potentialausgleich Anlegen des Handgelenkarmbandes und Anschluss des Spiralkabels 2. Ausbau der defekten Leiterplatte/Baugruppe Beispiel 1 für einen transportablen ESD Arbeitsplatz Herstellen des ESD Arbeitsplatzes: Auslegen der ESD Arbeitsplatzauflage Herstellen der Verbindung Auflage - Erdungspunkt Anlegen des Handgelenkbandes Herstellen der Verbindung Handgelenkband - Gehäuse Entnahme der defekten oder zu prüfenden Baugruppe und Ablage auf der ESD Arbeitsplatzauflage Spezielle Handlungen an einem nichtstationären Arbeitsplatz Anlegen des Handgelenkbandes und Herstellung der Verbindung mit dem Spiralkabel zur Ausrüstung Entnahme der defekten Baugruppe (ESDS) Verpacken in eine ESD (abschirmende) Verpackung Transport zum ESD Arbeitsplatz Anlegen des Handgelenkbandes und Herstellung der Verbindung mit ESD -Arbeitsplatz Reparatur der Baugruppe (ESDS) 9

14 3.3. Erdung eines ESD Arbeitsplatzes Vorschlag für die Erdungsanschlüsse an einem ESD Arbeitsplatz Variante 1 Anschluss des Handgelenkbandes über einen Erdungsbaustein, der an der Vorderseite montiert wurde. Variante 2 Handgelenkband wird an die Tischmatte angeschlossen und die Tischmatte wird über einen Erdungsbaustein direkt mit Potentialausgleich/ Schutzkontaktanschluss verbunden. Anmerkung: ESD Ausrüstungen finden Sie im Lieferprogramm 2016 der B.E.STAT Elektronik Elektrostatik GmbH 10

15 Beispiel für einen optimalen ESD Arbeitsplatz 3.4. ESD - IT Arbeitsplätze Durch den Einsatz hoch integrierter Schaltkreise und Speichermedien mit hohen Speicherdichten werden die Personal Computer immer empfindlicher gegenüber ihrer Umgebung. Eine Einflussgröße ist dabei die Entladung statischer Elektrizität. Je nach Umgebungsbedingungen können sich Personen auf Spannungen bis zu V aufladen. Bereits Entladungen von weniger als 2000 V können Fehlfunktionen hervorrufen. Beim Laufen über einen synthetischen Teppich kann sich eine Person bis auf eine elektrostatische Spannung von 5000 V aufladen. Eine Person spürt eine elektrostatische Entladung aber erst ab etwa 3000 V. Werden diese Ladungsansammlungen statischer Elektrizität schlagartig entladen, führen sie einmal zu einer Schreck- oder Schockreaktion der Person. Andererseits können sie zum Fehlverhalten des Computers führen, bekannt sind u. a. fehlerhaftes Dateneinlesen, Löschen von Programmteilen. Das elektrostatisch ableitfähige PC-Set gleicht problemlos elektrostatische Potentialunterschiede, die zwischen Personen oder Gegenständen vorhanden sein können, über einen Erdungsbaustein mit integrierten Schutzwiderständen von je 1 M über den Masse- oder Erdanschlusspunkt aus. Optimale Ausrüstung eines PC-Arbeitsplatzes ableitfähige Arbeitsplatzauflage - PC muss auf dieser Auflage stehen Verbindungskabel Arbeitsplatzauflage - Erdanschlusspunkt Erdungsbaustein zur Herstellung des Potentialausgleiches sinnvolle Ergänzungen ableitfähige Auflage für die Tastatur Verbindungskabel Tastaturauflage - Erdanschlusspunkt ableitfähige Bodenmatte ableitfähiger Stuhl Handgelenkarmband und Spiralkabel (für besonders gefährdete Personen) 11

16 4. Anforderungen an Verpackungsmaterialien für ESDS Die Art und die Ausführung der Verpackung unterscheiden sich nach dem Einsatzort. Werden ESDS ausschließlich in einer EPA transportiert, dann muss die Verpackung wenigstens nicht elektrostatisch aufladbar sein, also elektrostatisch dissipative (ableitfähig). Damit wird durch die Verpackung keine elektrostatische Aufladung, die die ESDS schädigen kann, erzeugt. Werden ESDS von einer EPA in eine andere EPA über einen nicht ESD gerechten Bereich transportiert oder werden ESDS versendet, dann muss die Verpackung mindestens elektrostatisch abschirmend sein. Nur elektrostatisch abschirmende Verpackung gewährleistet einen umfassenden Schutz der ESDS außerhalb einer EPA. Entsprechend der DIN EN und DIN EN Beiblatt 1 sowie DIN EN gelten folgende Anforderungen für die Verwendung der Verpackungsmaterialien: Tabelle 10.3 Verpackungscharakteristik Elemente, welche zu verpacken sind Innerhalb einer EPA Außerhalb einer EPA Direkt anliegend umhüllend Direkt anliegend Umhüllend ESDS Elektrostatisch leitfähig oder elektrostatisch ableitfähig 1 Elektrostatisch leitfähig oder elektrostatisch ableitfähig Wie für innerhalb einer EPA 2 und elektrostatisch abschirmend Elektrostatisch abschirmend Note 1 Für batteriebetriebene ESDS dürfen nur elektrostatisch ableitfähige Materialien benutzt werden. Der Gebrauch von elektrostatisch leitfähigem Material entlädt möglicherweise Batterien. Note 2 Außerhalb einer EPA müssen beide Anforderungen erfüllt werden: elektrostatisch ableitfähig oder elektrostatisch leitfähig und elektrostatisch abschirmend. Die elektrischen Eigenschaften sind in folgender Tabelle festgelegt: Tabelle 10.4 Eigenschaften von Verpackungsmaterialien Technische Anforderungen ESD Eigenschaft Prüfverfahren (siehe Note 2) Geforderter Grenzwert Verpackung Elektrostatisch ableitfähig IEC x 10 4 R S < 1 x (Siehe Note 1) Elektrostatisch leitfähig IEC x 10 2 R S < 1 x 10 4 Elektrostatisch abschirmend (nur Beutel) IEC < 50 nj Note 1: Auf die Norm DIN EN ist Bezug zu nehmen, und das Messverfahren für den Oberflächenwiderstand ist anzuwenden. Note 2: Für die Produktqualifikation von Verpackungsmaterialien muss die Umgehungsbedingung für die Messung bei 12 % relative Feuchte und 23 0 C liegen. Note 3: Low charging Material ist nicht mehr definiert und nicht mehr erlaubt. Note 4: Die ESD Schutzverpackung und die Kennzeichnung müssen in Übereinstimmung mit den Kundenverträgen, Einkaufsbestellungen, Zeichnungen oder anderen Dokumentationen erfolgen. Wenn in diesen Dokumenten keine Definitionen erfolgt sind, dann muss die Firma die Anforderungen für die ESD Verpackungen in dem ESD Kontrollprogrammplan festlegen. Wenn notwendig, muss die Verpackung für alle Materialbewegungen und Transporte innerhalb einer EPA, zwischen EPA s, zwischen Arbeitsstätten, zu Serviceaktivitäten außerhalb der Firma und zum Kunden definiert werden. 12

17 Verpackungseigenschaften: Schirmwirkung gegen elektrostatische Entladung Sperre oder Einhüllung, die den Stromdurchgang begrenzt und die Energie einer elektrostatischen Entladung derart dämpft, dass die maximale Energie einer Human-Body-Model- Entladung von 1000 V höchstens 50 nj beträgt. 1 Elektrostatisch Feld abschirmend Verpackung mit Schirmwirkung gegen elektrostatische Felder ist in der Lage elektrostatische Felder abzuschwächen. 2, 3 Elektrostatisch leitfähig Verpackung mit einem Oberflächenwiderstand 1 x 10 2 und < 1 x ,5 Elektrostatisch ableitend Verpackung mit einem Oberflächenwiderstand 1 x 10 4 und < 1 x ,5 Widerstand von Materialien für die Abschirmung von elektrischen Feldern Innerhalb der leitfähigen Materialklassifikation, müssen Materialien für die elektrische Feldabschirmung eine homogene Schicht mit einem Oberflächenwiderstand von < 1 x 10 3 oder einen Volumenwiderstand < 1 x 10 3 aufweisen. Andere Methoden definieren möglicherweise ebenso die Klassifikation von elektrischer Feldabschirmung. 2, 4 Isolierend Verpackung mit einem Oberflächenwiderstand 1 x DIN EN Weitere Erläuterungen finden Sie in der DIN EN Beiblatt 1 und den ESD Handbüchern. 2 DIN EN Klassifizierte Materialien mit Schirmwirkung gegen Felder können Stromfluss durch ihr Volumen zulassen. 4 Diese Widerstandswerte gelten nicht notwendigerweise für RFI/EMI/EMP Abschirmung 5 Der obere bzw. untere Grenzwert wurde von 1 x 10 5 auf 1 x 10 4 geändert. Messmethoden: Optionale Anlagen 13

18 5. Normen und Vorschriften (Stand ) DIN EN Elektrostatik Teil 5-1: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene Allgemeine Anforderungen, Juli 2008 DIN EN Elektrostatik Teil 5-2: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen Beiblatt 1 elektrostatische Phänomene Benutzerhandbuch, September 2009 IEC International Standard, Electrostatics - Protection of electronic devices from electrostatic phenomena - General Requirements, IEC Technical Report, Electrostatics - Protection of electronic devices from electrostatic phenomena - User guide, IEC Electrostatics - Part 5-3: Protection of electronic devices from electrostatic phenomena - Properties and requirements classifications for packaging intended for electrostatic discharge sensitive devices, ANSI/ESD S20.20 ESD association standard for the Development of an Electrostatic Discharge Control Program for Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment, 2014 ESD TR Compliance Verification of ESD Protective Equipment and Materials, 2015 DIN EN IEC Electrostatics Part 2-1: Measurement methods Ability of materials and products to dissipate static electric charge, IEC Electrostatics Part 2-3: Methods of test for determining the resistance and resistivity of solid materials used to avoid electrostatic charge accumulation, DIN EN Elektrostatik Teil 4-1: Festgelegte Untersuchungsverfahren für spezielle Anwendungen Elektrostatischer Widerstand von Bodenbelägen und von verlegten Fußböden, September 2004 IEC Electrostatics Part 4-1: Standard test methods for specific applications Electrical resistance of floor coverings and installed floors, Second edition ANSI/ESD-S ESD association standard for protection of Electrostatic Discharge Susceptible Items - Resistive Characterization of Materials - Floor Materials Elektrostatik Teil 4-5: Standard Prüfverfahren für spezielle Anwendungen Verfahren zur Charakterisierung der elektrostatischen Schutzwirkung von Schuhwerk und Boden in Kombination mit einer Person, März 2005 IEC Electrostatics - Part 4-5: Standard test methods for specific applications Section 5: Methods for characterising the electrostatic protection of footwear and flooring in combination, First edition IEC Electrostatics - Part 4-6: Standard test methods for specific applications Wrist straps, Edition 2.0, IEC Electrostatics - Part 4-7: Standard test methods for specific applications Ionization, Edition 1.0, IEC Electrostatics - Part 4-8: Standard test methods for specific applications Discharge shielding Bags, Edition 1.0, IEC Electrostatics - Part 4-9: Standard test methods for specific applications Garments, Edition 1.0, IEC Electrostatics - Part 4-10: Test method for the protection of electrostatic discharge susceptible Items Two point resistance measurement (Diese Norm wird mit dem Erscheinen der neuen IEC zurückgezogen.) 14

19 ESD STM ESD STM DIN EN 1081 DIN VDE ESD Association standard test method for the Protection of Electrostatic Discharge Susceptible Items Floors Materials and Footwear Resistance Measurement in Combination with a Person ESD Association standard test method for the Protection of Electrostatic Discharge Susceptible Items Floors Materials and Footwear Voltage Measurement in Combination with a Person Elastische Bodenbeläge, Bestimmung des elektrischen Widerstandes, April 1998 Errichten von Niederspannungsanlagen Teil 600: Prüfungen Erstprüfungen, Juni 2008 Bezugsquellen für Normen und Standards: VDE Verlag GmbH Beuth Verlag GmbH Berlin ESD Assoziation

20 6. Analysen, Gutachten, Audits 6.1. Analyse der Fertigung auf Ihre ESD gerechte Ausrüstung, Erarbeitung eines Konzepts für eine ESD gerechte Fertigung, Erstellung eines Gutachtens Inhalt: Umfang: Begehung der Fertigung, Analyse der vorhandenen ESD Ausrüstungen, Überprüfung der Wirksamkeit der vorhandenen ESD Ausrüstungen, Erarbeitung eines Konzepts für eine optimale ESD gerechte Fertigung, Erstellung eines ESD Kontrollprogramms; Erarbeitung eines Gutachtens bzw. ESD Zertifikat/Konformitätsbescheinigung nach Vereinbarung Art.-Nr.: Die Basis für die ESD Audits und ESD Analysen bilden neben den deutschen Normen DIN EN und DIN EN Beiblatt 1 auch die amerikanischen Normen und Vorschriften JEDEC ANSI/EIA-625B (2012) und MIL-STD-1686A sowie ANSI/ESD-S und weitere internationale Normen und Vorschriften. Zusätzlich: Erarbeitung von Arbeitsanweisungen, ESD Kontrollprogrammen Erstellung von Überprüfungsplänen, Auditplänen Auditanweisungen Messvorschriften 6.2. Abnahmen / Protokolle Durchführung von Messungen nach Punkt 1 und Erstellung von Abnahmeprotokollen Art.-Nr.: Auditierung der Fertigung, Arbeitsplätzen, Anlagen und Einrichtungen nach DIN EN Beiblatt 1 und den amerikanischen Normen JEDEC ANSI/EIA- 625B (2012) sowie ANSI/ESD-S , Erstellung eines Prüfgutachtens Neben den eigentlichen ESD Arbeitsplätzen und Bereichen besteht die Möglichkeit Einzelsysteme, Anlagen und Einrichtungen, z. B. Fertigungsstationen, Montagearbeitsplätze nach den ESD Anforderungen zu überprüfen. Dazu gehören Abnahmen von Maschinen und Anlagen nach DIN EN und 5-1 Beiblatt 1 sowie ANSI/ESD SP Art.-Nr.: Maschinen Regale, Wagen Einzel Arbeitsplatzsysteme Anmerkung: Es genügt nicht eine Maschine oder Anlage gut zu erden. Das Problem sind die zu bearbeitenden Bauelemente und Baugruppen. Diese müssen vor elektrostatischen Entladungen geschützt werden. Leiterplatten (PCB) und elektronische Bauelemente laden sich selbst elektrostatisch auf. Diese können nicht durch sehr gut leitfähige Materialien entladen werden. Weitere Anlagen und Einrichtungen auf Anfrage. 16

21 6.4. Durchführung von Messungen, Materialprüfungen Inhalt: a) Messung des Ableitwiderstandes, Oberflächenwiderstandes nach DIN EN , DIN EN Beiblatt 1, DIN EN , DIN EN 1081, DIN IEC 60093, u.a. gültigen nationalen und internationalen Normen und Vorschriften, z.b. den amerikanischen JEDEC, ANSI/EIA und EOS/ESD bzw. ANSI Standards b) Messung der elektrostatischen Feldstärke, suche nach lokalen elektrostatischen Feldern in Elektronikfertigungen und anderen Fertigungen, in denen elektrostatische Entladungen zu Schäden und Produktionsausfällen führen können c) Messung der Ableit- und Entladezeit, des Abschirmverhaltens Art.-Nr.: Prüfung von z. B.: Stoffen und Bekleidungen, Handschuhen und Fingerlingen Fußbodenmaterialien, Beläge und Beschichtungen, Kleber, Reinigungsmittel, Versiegelungen Verpackungsmaterialien, Beutel, Behälter, Verpackungssysteme 6.5. Kalibrierung von Geräten 1. Kalibrierung von Personal Test Stationen, Handgelenkband Testern usw. Art.-Nr.: Personal Test Station, Personal Tester, Schuhwerk Test Station Handgelenkband Test Station, Handgelenkbandtester 2. Kalibrierung von Widerstandsmessgeräten Art.-Nr.: Ableit- und Oberflächenwiderstandstestgerät Widerstandsmessgeräte 3. Kalibrierung von Feldstärkemessgeräten Art.-Nr.: Feldstärkemessgeräte, allgemein PVS 775, PFK 100, Abgleich und Kalibrierung von Ionisationsgeräten Art.-Nr.: Arbeitsplatzionisatoren Overhead Ionisatoren Ionisationspistole, Nozzle Weitere Geräte auf Anfrage. 17

22 Beispiele für Messungen und Materialprüfungen Bekleidung Die ESD Materialien für Bekleidungen und Endprodukte werden nach den gültigen Normen und Vorschriften, z. B. DIN EN , DIN EN ; DIN EN , ANSI/ESD STM geprüft. Messung des Oberflächenwiderstandes von ESD Bekleidung nach DIN EN , DIN EN Messung von ESD Bekleidung nach ANSI/ESD STM , DIN EN Messung von ESD Bekleidung nach DIN EN Neben den Widerstandsmessungen sind auch mikroskopische Untersuchungen des Materials möglich. 18

23 Beispiele für Messungen und Materialprüfungen Fußbodenmaterialien Fußböden werden normalerweise immer vor Ort nach dem Verlegen gemessen. Es gibt aber Anforderungen, wo beispielsweise die Bodenmaterialien oder Reinigungsmaterialien für Fußböden geprüft werden müssen. Dann sind Laboruntersuchungen nach verschiedenen Normen möglich, sowohl bei Normalklima als auch unter definierten klimatischen Bedingungen. Auswahl aus den gültigen Normen: DIN EN , DIN EN Ed. 2, DIN EN , DIN EN 1081, ANSI/ESD S7.1 Beispiel für die Überprüfung von Laminaten, Messung des Oberflächenwiderstandes Messung des Durchgangswiderstandes von Fußbodenproben; Tischbelägen Fußbodenmaterialien können auch mikroskopisch untersucht werden. Beispiel für den Querschnitt eines ESD Bodens 19

24 Beispiele für Messungen und Materialprüfungen Verpackungsmaterialien Verpackungsmaterialien können sowohl durch Widerstandsmessungen als auch Entladezeit oder Ableitzeitmessungen qualifiziert werden. Dazu kommen verschiedene Elektroden und Elektrodenanordnungen zum Einsatz. Messung des Oberflächenwiderstandes von ESD Behältern Überprüfung von Trays, Blistern usw. mit neuen Mikroproben, spezielle Oberflächenwiderstandsmessung mit einer Mikro Ringprobe oder Mikro Zweipunktprobe (IEC /IEC ). Der Oberflächenwiderstand von Verpackungsmaterialien liegt oft oberhalb von Dann sind zusätzliche Messungen der Entladezeit notwendig. Das Bild zeigt eine einfache Messanordnung für die Ermittlung der Entladezeit (Charge Decay Time). 20

25 Für die normgerechte Messung des Abschirmverhaltens ist eine sehr aufwendige Messanordnung notwendig. Der Messaufbau mit einem Feldstärkemessgerät PFM-711A, einem Charge-Plate-Aufsatz CPM 720 und einem Charger ist eine einfache Variante für die Überprüfung der Abschirmfunktion der Beutel. Überprüfung und Kalibrierung von Geräten und Messgeräten Ionisatoren Die folgenden Bilder zeigen Beispiele für die Kalibrierung von Ionisatoren, das erste Bild zeigt die Anordnung für Arbeitsplatzionisatoren, das zweite für so genannte Nozzles. Die Überprüfung erfolgt nach den Vorschriften: DIN EN , DIN EN , ANSI/ESD STM , ANSI/ESD SP , ANSI/ESD SP

26 7. Schulungsmaterial, Schulungen 7.1. Schulungsmaterial, Videos Umfangreiches fachliches Material für die Durchführung der regelmäßigen Schulungen nach DIN EN DIN EN Beiblatt 1 (Teil 5-2). Schulungsunterlagen für die Personalschulung nach DIN EN DIN EN Beiblatt 1 (Teil 5-2) (inkl. Dokumentation und Präsentation auf CD/DVD) Art.-Nr.: Schulungsunterlagen / Seminarunterlagen (ESD Grundlagen, ESD Messungen, ESD Normung, ESD Koordinator I + II) Art.-Nr.: Videos / DVD in Vorbereitung 7.2. Durchführung von Schulungen und Seminaren ESD Einführung ESD Grundlagen, ESD Messungen ESD Normung Aus- und Weiterbildung für ESD Koordinatoren I + II Zusatzangebot Einführung in die Elektronik, Grundbegriffe, Herstellung Elektronische Bauelemente, Schaltungstechnik die aktuellen Termine entnehmen Sie bitte dem Veranstaltungsplan Art.-Nr.: Durchführung von firmeninternen Schulungen nach DIN EN DIN EN Beiblatt 1 (Teil 5-2) (Inhalt und Umfang nach Vereinbarung) Art.-Nr.: Alle Schulungen und Schulungsunterlagen auch auf Englisch! 22

27 Seminarinhalte: ESD GRUNDLAGEN Teil 1 ELEKTROSTATIK Grundlagen Entstehung elektrostatischer Ladungen klassische Elektrostatik Entstehungsmechanismen: Triboelektrizität (Reibung) und Influenz (Elektrische Felder) Vorgänge bei der Auf- und Entladung von Personen Einfluss der Umgebungsbedingungen (Luftfeuchtigkeit und Temperatur) Teil 2 Definitionen (ESD Vokabular) Teil 3 Wirkungen elektrostatischer Ladungen Allgemeine Entladungsmodelle HBM Human Body Model (DIN EN ) MM Machine Model (DIN EN ) CDM Charge Device Model FIM Field Induced Model Allgemeine Fehlermechanismen bei elektronischen Bauelementen (Beispiele) Thermischer Durchbruch Dielektrischer Durchbruch Aufschmelzen der Metallisierung Teil 4 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 ESD On-Chip Schutz, DIN EN und 3-2 sowie CDM und FIM Bauelemente, Baugruppen (PCB) und Geräte Vergleich Systemlevel ESD/EMI - Bausteinebene ESD Fehlermodelle und Mechanismen Teil 5 Vergleich der Entladungsmodelle HBM Human Body Model (DIN EN ) MM Machine Model (DIN EN ) CDM Charged Device Model (Standard Entwurf) FIM Field Induced Model (kein Standardentwurf vorhanden) Weitere Fehlermodelle: HMM Human Metal Model CBM Charged Board Model FICBM Field Induced Charged Board Model Teil 6 Berechnungen elektrostatischer Größen (Einführung) 23

28 Teil 7 Schutzmaßnahmen, allgemeine Anforderungen Integrierte Schutzschaltungen Technologische Schutzmaßnahmen Organisatorische Schutzmaßnahmen Gestaltung von ESD Arbeitsplätzen, ESD Bereichen Verhalten der Arbeitskräfte in ESD Bereichen ESD Kontrollprogrammplan Teil 1 Mess- und Prüfverfahren Messung elektrostatischer Parameter (allgemein): ESD MESSUNGEN 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 Messung elektrostatischer Parameter nach den gültigen Normen und Richtlinien Widerstandsmessungen: Oberflächen- und Ableitwiderstände, Erdableitwiderstand Verschiedene Elektroden, Erfahrungen Ladungsmessung, Feldstärkemessungen Erfahrungen bei der Messung elektrostatischer Kenngrößen Erstellung der Mess- und Überprüfungspläne für ESD Audits und regelmäßige Überprüfungen Erarbeitung der Messverfahren für das ESD Kontrollprogramm Teil 3 Praktische Messungen, Vorführungen Elektrostatische Aufladungen an Isoliermaterialien, ESD Materialien (Verpackungsmaterialien), Entladeverhalten/Ableitzeit von Materialien Messung von Materialien für Arbeitsplatzoberflächen, Fußböden, Bekleidung, Schuhe usw. Überprüfung von ESD Arbeitsplätzen, ESD Fußböden, ESD Wagen, ESD Stühlen usw. Durchführung des Begehtests (Walking Test) Erstellung des Messprotokolls Bewertung der Messergebnisse, Betrachtungen bei Messfehlern 24

29 ESD NORMUNG Teil 1 Stand und Tendenzen bei der ESD Normung DIN EN und DIN EN Beiblatt 1 (Teil 5-2) Überblick Übergang von der DIN EN (1993) bis zur DIN EN Ed. 1 (07/ /2016) amerikanische Normen und Standards: ANSI/ESD S , JEDEC ANSI/EIA-625B und ESD Handbuch (EOS/ESD ADV 2.0) Teil 2 Gültige ESD Normen Übersicht über alle gültigen und notwendigen ESD Normen Einblick in die Entstehung einer internationalen ESD Norm Vergleich IEC Normen und amerikanische Normen, Anwendungsfälle/Einsatznotwendigkeit der entsprechenden ESD Normen Zusammenhang ESD Normen - ISO Normen Teil 3 DIN EN DIN EN Beiblatt 1 (Teil 5-2) Überblick Anwendungsbereich Grundbegriffe, Definitionen (siehe ESD Grundlagen) ESD Kontrollmaßnahmen EPA + ESD geschützter Arbeitsbereich ESD Kontrollmaßnahmen Bestandteile einer ESD Schutzzone (EPA), Anforderungen an die einzelnen Ausrüstungen Arbeiten im Feld, Servicearbeitsplätze Allgemeine Anforderungen an Transport- und Verpackungsmittel Schulungen Qualitätsverantwortung des Managements, der einzelnen Mitarbeiter, des ESD Koordinators regelmäßige Überprüfungen, Kontrollen, Audit s (eine Übersicht) Kennzeichnung von ESDS und ESD Schutzzonen (EPA s) 25

30 ESD KOORDINATOR I Teil 1 Einführung ESD Basics für den ESD Programm Manager (ESD Koordinator/ESD Beauftragter) Lernziel: Ausgehend von den Seminaren ESD Grundlagen, ESD Messungen sowie ESD Normung erfolgt die Ausund Weiterbildung von ESD Koordinatoren/ESD Beauftragten/ESD Programm Manager. Das ESD Seminar wird ständig aktualisiert, so dass die Teilnehmer immer auf dem aktuellsten Stand sind. Voraussetzung für die Seminare ESD Koordinator 1 und 2 sind die oben genannten Seminare. (Eine Wiederholung des Inhalts während dieser Seminare erfolgt nicht.) Teil 2 Lernziel: ESD Standards - Basics für die EPA Es wird eine Übersicht über die gültigen Standards gegeben, welche Standards sind für welche Bereiche anzuwenden. Weiterhin wird auf zukünftige Standards und Standardentwicklungen hingewiesen. Teil 3 Aufbau eines ESD gerechten Arbeitsplatzes und Bereiches (EPA) ESD Kontrollprogramm (ECP) Entwicklung, Einführung und Beurteilung Lernziel: Anhand der aktuellen Normen werden die einzelnen 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. Teil 4 Verhalten der Arbeitskräfte, Handhabungsrichtlinien, firmeninterne Schulungen Lernziel: 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 erarbeitet. Teil 5 Teil 6 ESD Kontrollprogramm Plan (ECPP), Überprüfung, Auditierung, Zertifizierung Verpackungen, Anforderungen und Prinzipien für den ESD Koordinator/ESD Beauftragter, Mess- und Überprüfungsmethoden Lernziel: Nachdem die Fertigung, der Wareneingang, das Lager usw. elektrostatisch korrekt ausgerüstet wurden, müssen diese überprüft werden. Die Überprüfung muss in regelmäßigen Abständen normalerweise einmal im Jahr wiederholt werden. Die Aufgaben des ESD Koordinators werden vorgestellt und diskutiert. Teil 7 Messungen in der Fabrik: Ermittlung, Beurteilung und Auswertung der Messungen Lernziel: Die zum Teil 3 notwendigen Mess- und Prüfmethoden werden vorgestellt, eventuelle Verbesserungen, die sich aus neuen Normen und Vorschriften ergeben, werden diskutiert. Es besteht die Möglichkeit, die Messverfahren praktisch zu testen. 26

31 Inhalt: Messung elektrostatischer Parameter elektrostatische Ladung, elektrische Feldstärke Oberflächen- und Ableitwiderstände Probleme bei der Messung elektrostatischer Kenngrößen Weiterhin werden aktuelle Messverfahren diskutiert (z. B. Walking Test/Body Voltage, Systemwiderstand, Abschirmverhalten und Überprüfung von Verpackungsmaterialien) ESD KOORDINATOR II Teil 8 Luft Ionisation Grundlagen, Methoden und Überprüfung von Ionisations - Geräten Lernziel: Der grundsätzliche Aufbau der verschiedenen Ionisationsprinzipien wird vorgestellt und verglichen. Die verschiedenen Methoden und deren Anwendungen werden erläutert und an speziellen Einsatzbeispielen erklärt. Ein weiterer Abschnitt beschreibt die Überprüfungsmethoden mit einem Charge Plate Monitor o.ä. Geräten. Teil 9 Geräte Technologien und Fehleranalyse - Übersicht Lernziel: Erste Erkenntnisse für Gerätekonstruktionen, die einen besseren ESD Schutz gewährleisten sollen, werden diskutiert. Lösungsvarianten bzw. Vorschläge werden erarbeitet. Ein Vergleich zwischen ESD Anforderungen für ESDS und Geräte wird diskutiert. Fehlermodelle für ESDS und Geräte (EMC) werden diskutiert. Teil 10 Elektrostatik Berechnungen für den ESD Koordinator/ESD Beauftragter Lernziel: Der ESD Koordinator bzw. ESD Programm Manager wird befähigt, grundlegende Berechnungen selbst auszuführen. Die Berechnungen von Ladung, Kapazität, Feldstärke, Potential, Spannung (Aufladung) und der verschiedenen Widerstände (z. B. Widerstand - spezifischer Widerstand) werden erklärt. An Beispielen werden praktische Berechnungen durchgeführt. Teil 11 Cleanroom (Reinraum) Anforderungen für den ESD Koordinator/ESD Beauftragter Lernziel: Teil 1 beschäftigt sich mit den grundsätzlichen ESD Anforderungen in Cleanroom Bereichen. Teil 2 wird die in Zukunft notwendigen Cleanroom ähnlichen Anforderungen für immer mehr SMD Fertigungen unter ESD Anforderungen betrachten. Teil 12 Prüfung/Lernzielkontrolle Nach Abschluss bzw. Besuch aller Seminare (ESD Grundlagen, ESD Messungen, ESD Normung sowie ESD Koordinator 1 und 2) kann eine Prüfung durchgeführt werden. Grundsätzlich müssen 90 % der Fragen richtig beantwortet werden. Alternativ können die Inhalte der Seminare um die amerikanischen Normen JEDEC ANSI/EIA- 625B, MIL-STD-1686A, ANSI/ESD-S ergänzt werden. 27

32 ESD Grundlagen Elektrostatik - Grundlagen IN-HOUSE SCHULUNG klassische Elektrostatik Triboelektrizität und Influenz Entstehungsmechanismen Vorgänge bei der Auf- und Entladung von Personen Definitionen und Begriffe Wirkungen elektrostatischer Ladungen Entladungsmodelle - HBM - HMM - CDM - MM FIM, sowie CBM und FICBM Fehlermechanismen bei elektronischen Bauelementen Mehrfache ESD Fehler - Überlagerung von Fehlern - Degradation Unterschiede bei der Wirkung auf MOS- und bipolare Bauelemente ESD Kontrollmaßnahmen Integrierte Schutzschaltungen Technologische Schutzmaßnahmen Organisatorische Schutzmaßnahmen ESD Normung Gestaltung der Arbeitsplätze Verhalten des Personals - ESD Kontrollplan 1. Stand und Tendenzen bei der ESD Normung - DIN EN DIN EN Beiblatt 1 (Teil 5-2) 2. Normgerechte Arbeitsplatzgestaltung 3. spezielle Anforderungen: - ESD im Reinraum - ESD Kontrollmaßnahmen bei niedriger Luftfeuchtigkeit - ESD Kontrollmaßnahmen an Prüfarbeitsplätzen Qualitätsverantwortung Auditierung und Prüfverfahren Messverfahren Kontrolle des Oberflächen- und Ableitwiderstandes, u.a.: DIN EN , DIN EN DIN EN , DIN EN DIN EN 1081 Messung der Personenaufladung und der Ableitzeit ESD Koordinator Basis für dieses Seminar bildet die neue Norm DIN EN DIN EN Beiblatt 1 (Teil 5-2) (IEC und IEC ) Aufgaben des ESD Beauftragten/ESD Koordinators/ESD Programm Managers ESD gerechte Arbeitsplatzgestaltung und ESD gerechte Arbeitsbereiche Qualitätsverantwortung - Schulung - Auditierung und Prüfverfahren Normgerechte Messverfahren nach den neuen Normen Alternativ können die Inhalte der Seminare um die amerikanischen Normen JEDEC ANSI/EIA- 625B, MIL-STD-1686A, ANSI/ESD-S ergänzt werden. 28

33 ESD Tutorials Maschinen und Anlagen Rückblick und Vorschau Ende Oktober 2015 fanden 3 Spezial-Tutorials zum Thema ESD Anforderungen an Maschinen und Anlagen sowie ESD Messtechnik und ESD Koordinator Anforderungen an Maschinen und Anlagen statt. 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. Schwerpunkte der Tutorials waren: ESD Messungen für Materialien + Maschinen und Anlagen Allgemeine Mess- und Prüfverfahren - Grundlagen Normgerechte Mess- und Prüfverfahren Praktische Messungen und Vorführungen Berechnungen ESD Koordinator - Anforderungen in Maschinen und Anlagen 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. 29

34 Aufbau eines ESD gerechten Arbeitsplatzes und Bereiches (EPA) ESD Kontrollprogramm (ECP) Entwicklung, Einführung und Beurteilung Praktische Erfahrungen Verhalten der Arbeitskräfte, Handhabungsrichtlinien, firmeninterne Schulungen ESD Standards ESD Normung ESD Roadmaps Grundlegende Anforderungen an eine EPA Erweiterte Anforderung Class 0 EPA Verpackungen, Anforderungen und Prinzipien, Mess- und Überprüfungsmethoden Anforderungen an ESD Fußböden Standards, messverfahren Überprüfung, Auditierung, Zertifizierung (ISO 9000 u.a.) ESD Koordinator Maschinen und Anlagen 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 den Vorträgen: Solutions against ESD (Electrostatic discharge) in a production line (SMT) - today and in the future - international ESD and Semiconductor Roadmap Electrostatic Discharge (ESD), Quellen, Fehlermechanismen in einer SMT Linie und ein ESD Kontrollprogramm für Maschinen Anforderungen an Maschinen und Anlagen, Werkzeuge, Prüfarbeitsplätze Anforderungen in Maschinen und Anlagen, Anforderungen an Materialien für AHE ESD Kontrollprogramm Plan (ECPP), für Maschinen und Anlagen Messungen in der Praxis: Ermittlung, Beurteilung und Auswertung der Messungen ESD Tutorials ESD Verpackungen Anforderungen, Messungen 2017 ESD Tutorials ESD Fußböden Anforderungen, Messungen 2017 Vorschau Im Jahr 2017 wird es ein ESD Tutorial zum Thema ESD Fußboden geben. Seit mehreren Jahren gibt es immer wieder Fragen zu ESD Anforderungen an ESD Fußböden ESD Messungen und Überprüfungsmethoden Die Tutorials sind sowohl für ESD Fußboden Hersteller und Verarbeiter, aber auch für Planer und Architekten als auch für ESD Koordinatoren gedacht. 30

35 8. Entwicklungsprojekte (Veröffentlichungen) Projekt 1 Fußbodenmaterialien und Reinigungsmaterialien A study of the Variables of Electrodes Use in Measurement of Table and Floor Materials and How They Affect the Test Results 23. EOS/ESD Symposium 2001, Portland, USA Studies on ESD flooring material, especially the comparison of the measurement methods walking test and system test with normal resistance methods, microscopically explorations ESA Annual Meeting 2004, Rochester, NY, USA Electrostatics 2005, Helsinki, Finland Projekt 2 Bekleidung Keine Veröffentlichungen Projekt 3 Projekt 4 Projekt 5 Berndt, H, Beeinflussung von ESDS in Maschinen und Systemen ESD steps against electrostatic discharge - prevention of electronic devices and assemblies APEX 2003, Los Angeles, CA, USA ESD and ESD control steps against electrostatic discharge - prevention of electronic de vices and assemblies HKPCA-IPC 2003, Guangzhou, China Five steps for an ESD control system - ESD control and machines, measurement methods APEX 2005, Los Angeles, CA, USA Electrostatic Discharge (ESD) - Sources of electrostatic charge in a production line (SMT) PanPacific Microelectronic Symposium, Big Island, Hawaii, 2011 Electronic Environment 2011, Stockholm, Schweden SMTA South East, Penang, Malaysia 2011 Verpackungsmaterialien und Systeme Experience at the measurements of packaging material for electronic devices according to the standard IEC , part 1 ESA Annual Meeting 2004, Rochester, NY; USA Electrostatics 2005, Helsinki, Finland Experience at the measurements of packaging material for electronic devices according to the standard IEC , part 2 ESA Annual Meeting 2007, Purdue University, West Lafayette, IN, USA ESD Roadmap Electrostatic discharge (ESD) - the Technology Roadmap of the Semiconductor Industries to 2015 and New Failure Models ESA Conference, University Berkeley, CA, U.S.A., 2006 and 2. Nordic ESD Conference, Karlskoga, Sweden, 2006 Electrostatic Discharge (ESD), the Technology Roadmap of Semiconductor Industries to 2020 and the development of PCBs PanPacific Microelectronic Symposium, Kauai, Hawaii,

36 9. Bücher Elektrostatik Ursachen, Wirkungen, Schutzmaßnahmen, Messungen, Prüfungen, Normung Dipl.-Ing. Hartmut Berndt Elektrostatische Ladungen entstehen überall im täglichen Leben. Die Personen verspüren elektrostatische Entladungen, z.b. als kurzen Schmerz. Elektronische Bauelemente können durch elektrostatische Entladungsvorgänge geschädigt werden. Die elektrostatischen Entladungen, die ESDS schädigen, liegen heutzutage bei Spannungen unter 100 V. Der Mensch selbst kann Entladungen aber erst oberhalb von 3000 V spüren. Alle aktiven Bauelemente und Baugruppen werden durch elektrostatische Entladungen beeinflusst. Dieses Buch gibt einen Überblick zu den möglichen Quellen elektrostatischer Aufladungen und deren Wirkungen auf elektronische Bauelemente. Der Hauptteil beschäftigt sich mit den Schutzmaßnahmen gegen elektrostatische Auf- und Entladungsvorgänge. In einem weiteren Abschnitt werden Messverfahren zur Auswahl von Materialien, die in ESD Bereichen verwendet werden dürfen, mit dem Hinweis auf die derzeit gültigen Normen beschrieben. Der vorletzte Teil des Buches beschäftigt sich mit den gültigen Normen DIN EN (VDE ) und DIN EN (VDE ) und deren Anwendung, z. B. die Erstellung eines ESD Kontrollprogramms und ESD Kontrollprogrammplanes. Ein weiterer Abschnitt beschreibt Erfahrungen aus den täglichen Messaufgaben der Praxis. Beschrieben werden u.a. die folgenden Normen und die daraus resultierenden Mess- und Prüfverfahren: DIN EN (VDE ), DIN EN (VDE ), DIN IEC und DIN EN Ergänzend werden zum Vergleich weitere nationale und internationale Normen (z.b. Assoziation Standards) herangezogen. 3. Auflage (4. Auflage in Vorbereitung/2017) erschienen Juni 2009 (auch als e-book erhältlich) ESD Schutz Normen, Konzepte und Messtechnik in der Praxis Dipl.-Ing. Hartmut Berndt Das Buch behandelt die Anforderungen an ein ESD Control System zum Schutz elektronischer Bauelemente und Baugruppen vor den Schäden durch elektrostatische Entladungen und Felder. Ausgehend von den Gefährdungsmodellen werden Lösungsvarianten beschrieben. Der Leser wird dazu befähigt, die Einrichtung von ESD Bereichen vorzubereiten, zu verwirklichen und zu überwachen. Schwerpunkt ist dabei die praktische Umsetzbarkeit des ESD Control Systems. Ein Muster für einen ESD Kontrollprogrammplan wird beschrieben. Auch die Anforderungen aus den gültigen Normen DIN EN und DIN EN sowie ANSI/ESD S werden behandelt. Vergleiche beider Normenwerke dienen der praktischen Anwendung in einem ESD Bereich. Normgerechte Messverfahren, ihre praktische Umsetzung und die Erfahrungen, die sich daraus ergeben, kommen ebenfalls zur Sprache. 2. Auflage (3. Auflage in Vorbereitung/2017) erschienen Juli 2009 (auch als e-book erhältlich) 32

37 10. Präsentationen, Tutorials und Vorträge 2017 Event Ort Präsentation PanPac 2017 Kauai, Hawaii, USA Feb 6-9, 2017 APEX 2017 San Diego, CA, USA Feb 14-16, 2017 ESD Tutorial Kesselsdorf, Germany March 28, 2017 ESD Anforderungen an Verpackungen Messungen SMT Hybrid Packaging ESD Tutorials Nürnberg, Germany Mai 16, 2017 Kesselsdorf, Germany Tutorial: ESD Challenge Basic failure sources in a SMT production line Solutions ESD Control Program ESD requirements on automated SMT lines (Industry 4.0) in the future ESD Fußböden, Anforderungen, Messungen Electrostatics 2017 University of Ottawa Ottawa, ON, Canada June 13-15, 2017 ESD Symposium and Exhibitions Tucson, TX, USA Sept , 2017 SMTA International ESD Tutorials Donald Stephens Convention Center Rosemont, IL Sept , 2017 Kesselsdorf, Germany ESD Maschinen und Anlagen 33