ESD-Schutz. experttyjveriag. Normen, Konzepte und Messtechnik in der Praxis. Dipl.-Ing. Hartmut Berndt. Mit 188 Bildern und 55 Tabellen

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1 ESD-Schutz Normen, Konzepte und Messtechnik in der Praxis Dipl.-Ing. Hartmut Berndt Mit 188 Bildern und 55 Tabellen Kontakt & Studium Band 675 Herausgeber: Prof. Dr.-Ing. Dr.h.c. Wilfried J. Bartz Dipl.-Ing. Elmar Wippler experttyjveriag

2 Inhalt 1. Einleitung Entstehung elektrostatischer Ladungen und Wirkungen auf elektrostatische Bauelemente und Baugruppen Klassische Entstehungsmechanismen Triboelektrizität - Reibungselektrizität Ladungsentstehung durch Influenz - Einfluss von einem elektrischen Feld Berechnung der elektrostatischen Aufladung Mechanismen, die die elektrostatische Aufladung beeinflussen Materialeigenschaften Reibungselektrizität und Kontaktspannung Allgemeine Entlademechanismen Fehlermodelle Human Body Model (HBM) - Körperentladungsmodell Machine Model (MM) - Maschinenmodell Charged Device Model (CDM) - Modell vom geladenen Objekt Field Induced Model (FIM) - Feldbezogene Entstehung und Entladung von elektrostatischen Ladungen Allgemeine Fehlermodelle von elektronischen Bauelementen Thermischer Durchbruch Dielektrischer Durchbruch Aufschmelzen der Metallisierung Unterschiede bei den verschiedenen Beuelementetechnologien Wirkungen von ESD auf MOS - Strukturen Aufbau und Wirkungsweiseeines MOS-Transistors Entladung an einem MOS- Transistor Leistungs - MOS-Transistoren Mehrfache ESD-Fehler - Überlagerung von Fehlern - Latente Fehler und Degradation Wirkungen von ESD auf bipolare Bauelemente Das Wunsch-Beil Modell zur Bestimmung von Fehlerpegeln Berechnung der ESD Spannungsschwelle von pn-übergängen 45

3 2. ESD Normen (DIN EN und DIN EN , ANSI ESD S20.20) Übersicht über die Entwicklung der Normenfamilie IEC Grundspezifikation - Allgemeine Anforderungen für den Schutz elektronischer Bauelemente und Baugruppen vor elektrostatischen Entladungen Definitionen Allgemeine Definitionen Widerstandsdefinitionen Materialeigenschaften Die Normen DIN EN Ed. 1 und DIN EN Ed Vergleich DIN EN und ANSI/ESD S Neue ESD - Norm DIN EN Ed Kennzeichnung von ESDS und ESD Arbeitsplätzen bzw. - Bereichen Bestandteile einer ESD Schutzzone (EPA) ESD Control Plan ESD Control Plan" - Einführung warum? ESD Kontrollmaßnahmen Interne Schutzschaltungen des Halbleiterherstellers auf einem Chip Widerstandsnetzwerk Diodenkombination Widerstands-Dioden-Kombination Feldplattenelektrode Punch-through - Transistor mit dünnem Gateoxid Punch-through - Transistor mit dickem Gateoxid Praktische Schutzschaltungsanordnungen Technologische Maßnahmen des Halbleiterherstellers bei der Herstellung ESD Control Plan" - 5 Stufen Plan Stufe - Analyse Stufe - Aufstellung des ESD Kontrollprogramms Stufe - Schulung der Mitarbeiter Stufe - Einführung der ESD Kontrollmaßnahmen Stufe - Überprüfung der ESD Maßnahmen und Inbetriebnahme 77

4 3.4. Zusammenfassung Anforderungen an die einzelnen Ausrüstungen und Stufen Anforderungen an die Person Anforderungen an den ESD Arbeitsplatz Anforderungen an den ESD Fußboden Anforderungen an die EPA Anforderungen an Maschinen und Ausrüstungen Anforderungen an Verpackungsmaterialien Testmethoden für die Maßnahmen des ESD Control Systems Anforderungen an "ESD Control" Maßnahmen und Ausführungen Allgemeine Anforderungen Gestaltung der Arbeitsplätze, Arbeitsräume Grundsätzliche Ausrüstungen ESD Arbeitsplatzausrüstung ESD Arbeitsbereich Anforderungen an die Kennzeichnung Anforderungen an PCB, Baugruppen EPA, Einzel - Komplett EPA, Reinraumbereiche, Hochspannungsprüfplätze, Service -Arbeitsplätze Anforderungen an die ESD Kontrollmaßnahmen einer EPA Arbeitsplatzoberfläche, Wagen Fußboden Ausführungen Ableitfähiger Fußbodenbelag Ableitfähiges Beschichtungssystem aus Epoxidharz (Dickschicht) Ableitfähige Systeme auf der Basis von leitfähigen Epoxidharz - oderpu - Lacken (Dünnschicht) Andere Fußbodensysteme und Versiegelungen von Bodenbelägen und Beschichtungen Personenausrüstungen Bekleidung, Handschuhe, Arbeitskittel Handgelenkbänder Tische, Stühle, Möbel, Wände 112

5 Erdungsmaßnahmen Erdungsanschlüsse Erdung der Arbeitsoberfläche EPA Erdungskabel EPA Erdungsanschlusspunkte (EBP) Personenschutz in einer EPA Ableitwiderstände zur Strombegrenzung, Ableitwiderstände Nichtstationäre und Service - Arbeitsplätze Anforderungen an Maschinen und Ausrüstungen, Transporteinrichtungen, Werkzeuge Werkzeuge Maschinen und Ausrüstungen, automatische Transporteinrichtungen Lötkolben, Lötanlagen Elektrostatische Felder in einer EPA Umgebungsbedingungen, Luftfeuchtigkeit und Temperatur Anforderungen an ESD Verpackungsmaterialien Normgerechte Anforderungen Praktische Ausführungen Leitfähige und (antistatische) Verpackungen Eigenschaften und Anforderungen an Folie Lagerzeit von Verpackungen Kennzeichnung von ESD Verpackungen Anforderungen an Verpackungen nach der zukünftigen Norm "ANSI/ESD S Anforderungen an Verpackungen nach ANSIIESD S Klassifikation von ESD Verpackungsmaterialien nach ANSIIESD S Verantwortung im ESD - Bereich - Aufgaben eines ESD Koordinators Betriebsleitung, Management Verantwortung der Mitarbeiter ESD Beauftragter, ESD Koordinator, ESD Manager ESD Schulungen Überprüfung der ESD Kontrollmaßnahmen Ionisation Induktion Ionisation durch radioaktives Material Elektrische Ionisation - Statische Ionisation Realisierung der Ionisation am ESD Arbeitsplatz 147

6 4.9. Musterarbeitsanweisung, Prüf- und Kontrollplan Messtechnik, Grundlagen und praktische Erfahrungen Beziehungen zwischen elektrostatischer Ladung und elektrostatischem Feld Messung elektrostatischer Ladungen Messung der elektrischen Feldstärke in einem elektrostatischen Feld Messung von Widerständen - Oberfläch- und Ableitwiderständen Widerstandsdefinitionen Hinweise für den Einsatz der beschriebenen Messverfahren und Messprinzipien Messung von Oberflächenwiderständen Oberflächenwiderstand nach DIN EN Ed Oberflächenwiderstand nach DIN EN Oberflächenwiderstand nach DIN EN Oberflächenwiderstand nach DIN IEC Oberflächenwiderstand nach ANSIIESD S Oberflächenwiderstand nach ANSIIESD STM Oberflächenwiderstand mit der Mikro - Ringelektrode nach ESD STM Oberflächenwiderstand mit der Mikro - Zweipunktelektrode nach ASTMIESD STM Zusammenfassung - Messung des Oberflächenwiderstandes R Messung von Ableitwiderständen Ableitwiderstand nach DIN EN Ed Ableitwiderstand nach DIN EN Ableitwiderstand nach DIN EN Ableitwiderstand nach DIN IEC Ableitwiderstand nach ANSIIESD S Zusammenfassung - Messung des Ableitwiderstandes nach R A Messung von Durchgangs- und Volumenwiderständen Durchgangswiderstand nach DIN EN Ed Durchgangswiderstanc nach DIN EN Durchgangswiderstand nach DIN IEC Weitere Widerstandsmessverfahren 202

7 5.S. Praktische Messungen und Messvorschriften für Widerstände und weiterer Parameter (Entladezeit, Personenaufladung) zur Ermittlung der Wirksamkeit der ESD Kontrollmaßnahmen ESD Arbeitsoberflächen, Regale Ableitwiderstand von ESD Arbeitsoberflächen Oberflächenwiderstand von ESD Arbeitsoberflächen und Materialien für ESD Arbeitsoberflächen Praktische Messergebnisse für Widerstandsmessungen an ESD Materialien Arbeitsoberflächen Aufladbarkeit und Entladezeitmessung von ESD Arbeitsoberflächen Regaloberflächen ESD Fußböden Ableitwiderstand von ESD Fußböden Oberflächen-, Durchgangs- und Volumenwiderstand von verlegten ESD Fußböden und von Materialien Praktische Messergebnisse für Widerstandsmessungen an Materialien für E Fußböden Systemwiderstand und Personenaufladung Prüfung von ESD Transportwagen Prüfung von ESD Stühlen Prüfung von ESD Bekleidung und ESD Schuhen ESD Schuhe ESD Bekleidung Handschuhe und Fingerlinge Prüfung von ESD Werkzeugen Messverfahren für ESD Verpackungsmaterialien Oberflächenwiderstand von ESD Verpackungsmaterialien Volumenwiderstand von ESD Verpackungsmaterialien Ermittlung des Abschirmverhaltens von ESD Verpackungsmaterialien Messverfahren für die Ableitzeit oder Static Decay time Praktische Messungen an ESD Verpackungsmaterialien Überprüfung von Ionisatoren Einfluss der Luftfeuchtigkeit und der Temperatur 252 Literaturverzeichnis Stichwortverzeichnis