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DIN-Normenausschuss Materialprüfung (NMP)

Einführungsbeitrag

Dieses Handbuch wurde für Personen und Organisationen erstellt, die mit der Notwendigkeit der Kontrolle von elektrostatischen Entladungen (en: electrostatic discharge; ESD) konfrontiert sind. Es bietet Unterstützung bei der Entwicklung, Einführung und Überwachung eines ESD-Kontrollprogramms nach IEC 61340-5-1. Diese zweite Ausgabe von IEC TR 61340-5-2 wurde überarbeitet und angepasst, um als Anleitung für Anwender von IEC 61340-5-1:2016 zu dienen. Der Text wurde so angeordnet, dass die Anforderungen aus IEC 61340-5-1:2016 möglichst genau eingehalten werden und enthält spezifische Anleitungen zu den Anforderungen aus IEC 61340-5-1:2016. Dieser Teil von IEC 61340, der zur Unterstützung von IEC 61340-5-1 entwickelt wurde, gilt für Tätigkeiten, bei denen elektrische oder elektronische Bauteile, Baugruppen und Geräte mit Spannungsfestigkeiten von mehr als 100 V HBM, 200 V CDM und 35 V bei isolierten Leitern hergestellt, verarbeitet, montiert, installiert, verpackt, gekennzeichnet, gewartet, erprobt, geprüft, transportiert oder auf eine andere Art und Weise gehandhabt werden. Zusätzliche Kontrollelemente oder angepasste Grenzwerte können für ESDS mit geringerer Spannungsfestigkeit gelten. Isolierte Leiter wurden in der Vergangenheit üblicherweise durch MM (en: Machine Model) dargestellt. Für die Anwendung dieses Dokuments gelten die Begriffe nach IEC 61340-5-1. Dieses Handbuch gilt für Tätigkeiten, bei denen elektrische oder elektronische Bauteile, Baugruppen und Geräte, die anfällig sind für eine Schädigung durch elektrostatische Entladungen mit 100 V oder mehr nach dem Human Body Model (HBM), 200 V nach dem Charged Device Model (CDM) oder 35 V auf isolierten Leitern, hergestellt, verarbeitet, montiert, installiert, verpackt, gekennzeichnet, gewartet, erprobt, geprüft oder auf eine andere Art und Weise gehandhabt werden. Isolierte Leiter wurden in der Vergangenheit durch das Machine Model (MM) dargestellt. Die MM-Prüfung wird für die Qualifizierung von Bauelementen nicht mehr durchgeführt, nur noch HBM und CDM. Das MM ist in dieser Norm weiterhin für die Prozesskontrolle isolierter Leiter enthalten. Diese drei Grenzwerte wurden für IEC 61340-5-1 als Grundempfindlichkeitsschwellen gewählt, da die große Mehrheit der ESD-Produkte am Markt eine ESD-Empfindlichkeit von mehr als 100 V HBM, 200 V CDM und 35 V bei isolierten Leitern aufweist. Wenn elektrostatisch gefährdete Bauelemente (ESDS (en: electrostatic-discharge-sensitive devices)) mit geringeren Werten gehandhabt werden, können zusätzliche Kontrollen eingeführt oder einige Anforderungen an die technischen Kontrollelemente angepasst werden. Die für das jeweilige ESD-Kontrollelement festgelegten Anforderungen sind für ein ESD-Kontrollprogramm für 100 V HBM, 200 V CDM und 35 V bei isolierten Leitern festgelegt. Der 100 V-Wert basiert auf den maximalen Spannungswerten, die auf Personen erzielt werden können, wenn sie nach Methoden geerdet sind, die überall in der Elektronikindustrie anerkannt sind, wie in IEC 61340-5-1 umrissen. Für Organisationen, die mit Charged Device Model Schäden zu tun haben, legt IEC 61340-5-1 Anforderungen an die Verwendung von Isolatoren in der ESD-Schutzzone (EPA (en: ESD protected area)) fest, die auf den Grenzen für die maximalen elektrostatischen Felder basieren. Jeder Kontakt und jede physikalische Trennung von Materialien oder Bewegung von festen Stoffen, Flüssigkeiten oder teilchengeladenen Gasen kann elektrostatische Ladungen erzeugen. Übliche Quellen von ESD sind: aufgeladene Mitarbeiter, Leiter, einfache Polymere und Verarbeitungseinrichtungen. ESD-Schäden können auftreten, wenn: - eine aufgeladene Person oder ein aufgeladenes Objekt in Kontakt mit einem ESDS kommt;- ein ESDS in direkten Kontakt mit einer hochleitfähigen Oberfläche kommt, während es einem elektrostatischen Feld ausgesetzt ist;- ein aufgeladenes ESDS in Kontakt mit einer anderen leitfähigen Oberfläche auf einem anderen elektrischen Potential kommt. Diese Oberfläche kann geerdet sein, muss aber nicht. Beispiele für ESDS sind Mikroschaltkreise, Einzelhalbleiter, Dick- und Dünnfilmwiderstände, Hybridbauelemente, Leiterplatten und piezoelektrische Kristalle. Es ist möglich, die Empfindlichkeit der Bauelemente und Elemente zu bestimmen, indem sie simulierten ESD-Ereignissen ausgesetzt werden. Die Empfindlichkeit, die in Tests anhand von simulierten ESD-Ereignissen bestimmt wurde, entspricht nicht unbedingt der Empfindlichkeit in Alltagssituationen. Die Empfindlichkeiten werden jedoch verwendet, um Grunddaten zur Empfindlichkeit für Vergleiche von Bauelementen mit gleichen Teilenummern von unterschiedlichen Herstellern festzulegen. Zur Charakterisierung von elektronischen Bauteilen wurden bisher drei verschiedene Modelle verwendet: Human Body Model(HBM), Machine Model (MM) und Charged Device Model (CDM). Gegenwärtig werden Bauelemente ausschließlich nach HBM- und CDM-Prüfungen qualifiziert. Die in IEC 61340-5-1 beschriebenen allgemeinen Grundlagen sind in ihrer Anwendung nicht auf ESDS mit einer ESD-Empfindlichkeit nach IEC 61340-5-1 (zum Beispiel 100 V HBM) beschränkt. Organisationen, die ESDS mit höheren oder geringeren als in IEC 61340-5-1 festgelegten Spannungsfestigkeiten verarbeiten, können die allgemeinen Grundlagen in IEC 61340-5-1 trotzdem anwenden. Die Organisation kann einige der geforderten Grenzwerte modifizieren, die in Tabelle 2 und Tabelle 3 von IEC 61340-5-1 festgelegt sind. Die Programmdokumentation zeigt dann die geringsten ESDS-Spannungsfestigkeiten auf, die gehandhabt werden können, und falls diese von den in IEC 61340-5-1 festgelegten abweichen, können in der Programmdokumentationen Änderungen an den in IEC 61340-5-1 festgelegten Grenzwerten vorgenommen werden. Die grundlegenden ESD-Kontrollprinzipien, die die Basis von IEC 61340-5-1 darstellen, sind: a) Vermeidung der Entladung von geladenen, leitfähigen Objekten (Mitarbeiter, Geräte) in das gefährdete Bauelement: Bevorzugt wird, dass alle Leiter in der Umgebung, die mit ESDS in Kontakt kommen können, einschließlich der Mitarbeiter, mit einer bekannten oder künstlichen Masse (wie auf Schiffen oder in Flugzeugen) verbunden oder elektrisch daran angeschlossen werden. Dieses Anschließen erzeugt einen Potentialausgleich zwischen allen Objekten und den Mitarbeitern. Elektrostatikschutz kann bei einem vom "Null"-Volt-Erdpotential abweichenden Potential aufrechterhalten werden, solange alle Objekte im System auf dem gleichen Potential sind. Kommt ein Leiter, der nicht geerdet werden kann (zum Beispiel ein isolierter Leiter) mit einem ESDS in Kontakt, sollte das ESD-Risiko bewertet und gegebenenfalls gemindert werden. b) Vermeidung der Entladung von aufgeladenen ESDS (die Aufladung, die zu einer Entladung führen kann, kann durch direkten Kontakt und Trennung entstehen oder durch Felder induziert werden): Isolatoren können ihre elektrostatische Ladung durch Anschließen an Erde nicht verlieren. Bevorzugt wird, dass Isolatoren aus der Umgebung von ESDS beseitigt werden. Einige Isolatoren sind für den Prozess oder das Produkt wichtig und können nicht aus der Umgebung des ESDS entfernt werden. Ionisationssysteme oder andere Maßnahmen zur Minderung des Problems sorgen für eine Neutralisierung von Ladungen auf diesen notwendigen Isolatoren (Beispiele für notwendige Isolatoren sind Platinenwerkstoffe und manche Verpackungen). Eine Abschätzung der ESD-Gefährdung, erzeugt durch elektrostatische Ladungen auf notwendigen Isolatoren am Arbeitsplatz, wird durchgeführt, um je nach Risiko geeignete Maßnahmen durchzuführen. c) Sobald man sich außerhalb einer ESD-Schutzzone (im Folgenden als EPA bezeichnet (EPA; en: electrostatic protected area)) befindet, ist es oft nicht möglich, die zuvor genannten Objekte zu kontrollieren, weshalb eine ESD-Schutzverpackung verwendet werden kann. ESD-Schutz kann erreicht werden, indem die elektrostatisch gefährdeten Produkte in elektrostatisch schützende Materialien gehüllt werden, wenngleich die Art des Werkstoffs von der Situation und der Bestimmung abhängt. Innerhalb einer EPA können statisch ableitfähige Materialien ausreichenden Schutz gewähren. Außerhalb einer EPA sind gering aufladbare und gegen statische Entladungen schützende Materialien empfohlen. Obgleich all diese Materialien in dieser Norm nicht diskutiert werden, ist es wichtig, die Anwendungsunterschiede zu verstehen. Anforderungen und entsprechende Prüfverfahren für die ESD-Schutzverpackung sind in IEC 61340-5-3 festgelegt. Jede Organisation hat unterschiedliche Prozesse und somit gibt es auch eine unterschiedliche Kombination aus ESD-Schutzmaßnahmen für ein optimales ESD-Kontrollprogramm. Es ist entscheidend, dass diese Maßnahmen nach technischer Notwendigkeit ausgewählt werden und sorgfältig in einem ESD-Kontrollprogrammplan dokumentiert werden, so dass alle Beteiligten mit den Programmanforderungen sicher vertraut sind. Schulungen sind ein wesentlicher Bestandteil eines ESD-Kontrollprogramms, um sicherzustellen, dass die beteiligten Mitarbeiter die Geräte und Verfahren verstehen, die sie benutzen müssen, um mit dem ESD-Kontrollprogrammplan übereinzustimmen. Schulungen sind außerdem wichtig, um das Bewusstsein und Verständnis für ESD-Angelegenheiten zu erhöhen. Ohne Schulungen sind die Mitarbeiter häufig Hauptursache für ESD-Risiken. Durch Schulungen werden sie zu einem effektiven ersten Schutz gegen ESD-Schäden. Regelmäßige Kontrollen zur Konformitätsüberprüfung sind notwendig, um sicherzustellen, dass die Ausrüstung wirksam bleibt und dass das ESD-Kontrollprogramm in Übereinstimmung mit dem ESD-Kontrollprogrammplan korrekt umgesetzt wird. Zuständig ist das DKE/K 185 "Elektrostatik" der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik in DIN und VDE.

Änderungsvermerk

Gegenüber DIN EN 61340-5-1 Beiblatt 1 (VDE 0300-5-1 Beiblatt 1):2009-09 und DIN EN 61340-5-1 Beiblatt 1 Berichtigung 1 (VDE 0300-5-1 Beiblatt 1 Berichtigung 1):2012-07 wurden folgende Änderungen vorgenommen: a) Der technische Bericht wurde grundlegend überarbeitet und an die geänderten Anforderungen der IEC 61340-5-1 angepasst.

Dokument: zitiert andere Dokumente

Zuständiges nationales Arbeitsgremium

DKE/K 185 - Elektrostatik