ESD HIH SIGER TAK TIL Tommy Thinesen fra Medicom for foredraget.

ESD-beskyttelse Hvad er ESD Hvorfor bekymre vi os om ESD ESD-beskyttelse på Bang & Olufsen Demonstration af Elektrostatiske fænomener Demonstration af ESD-beskyttelsesfaciliteter

ESD-beskyttelse, hvor ESD-beskyttelse i det færdige produkt - Produktet skal kunne fungere i et miljø hvor det udsættes for ESD. - Konstruktøren sørger for ”immunitet” overfor ESD. - En del af EMC testen. - Kravene til immuniteten afhænger af produktet. ESD-beskyttelse i produktion af komponenter/produkter - Komponenterne må på intet tidspunkt under transport, opbevaring, håndtering eller produktion udsættes for ”skadelige” ESD.

Hvad betyder ESD ESD ElectroStatic Discharge – Elektrostatisk udladning

Hvorfor bekymre os om ESD ESD/EOS er den hyppigste årsag til fejl på halvlederkomponenter EOS/ESD 59% Electrical testing 3% Oxide/passivation failure 3% Conductor failure 3% Die fracture 4% Lead short/open 7% Wire bonds 15% Others 6% Kilde : Semiconductor Reliability News, Marts 1993

ESD er typisk en tre-trins proces 1. Elektrisk ladning genereres, typisk på et isolerende materiale. 2. Ladningen “overføres” til et ledende materiale, ved direkte kontakt eller induktion. 3. Det opladet ledende materiale, kommer tæt på, eller i direkte kontakt med et andet ledende materiale, og en ESD startes.

Elektrisk ladning Elektrisk ladning er en ubalance imellem elektroner og protoner. Alle materialer kan blive elektrisk opladet. electron neutron proton

Materiale egenskaber Ledende Dissipative Isolerende Materialer med en overfladeresistans mindre end 1M ohm. Kan let neutraliseres ved forbindelse til “jord” Dissipative Materialer med en overfladeresistans imellem1M ohm og 1000G ohm. Kan neutraliseres ved forbindelse til “jord” Isolerende Materialer med en overflade resistans større end 1000G ohm Kan ikke neutraliseres ved forbindelse til “jord”

Materiale egenskaber Ledende Dissipative Isolerende Metaller Plast med kulstof Plast Mennesker Vinyl Kulstof Glas / Plexiglas Nylon Flamingo Teflon 106 Overflade Resistans [Ohm] 1012 1M W 1T W

Kilder til elektrisk ladning Arbejdsborde Gulve Stole Tøj Emballage Proces- og testudstyr Personer

Elektrostatiske spændinger Kilde 10 - 20 % Relative fugtighed 65 - 90 % Relative fugtighed Person gående over et syntetisk gulvtæppe 35,000V 1,500V Person gående over et vinylgulv 12,000V 250V Person på en siddende arbejdsplads 6,000V 100V Vinylomslag til papir 7,000V 600V PCV pose løftet fra en bordplade 20,000V 1,200V Arbejdsstol med polyuretan sæde 18,000V 1,500V Kilde : DOD-HDBK-263

Komponenters følsomhed Max. spænding før ESD-skade Max. energi udladning før ESD-skade Teknologi Spænding på person

De menneskelige ”ESD”sanser Ved ca. 3000V kan vi føle ESD. Ved ca. 5000V kan vi høre ESD. Ved ca. 10000V kan vi se ESD.

ESD-skader på komponenter Katastrofale ESD-skader Enheden fungerer ikke længere. Fejlen konstateres oftest internt, ved sluttest. Repræsenterer 10% af alle ESD-skader. Latente ESD-skader Enheden fungerer stadig, men den er skadet. Fejlen konstateres ikke internt, men giver anledning til fejl på markedet. Repræsenterer 90% af alle ESD-skader.

Hvor kan ESD-skader tilføres Komponent niveau. Printkort monteret med komponenter. Service og montage.

Hvordan sker en typisk ESD-skade En opladet isoleret person, berører en ESDS. En neutral jordet person, berører en opladet ESDS. En ESDS kommer i direkte kontakt, med et andet ledende materiale, som er på et andet elektriske potentialer.

Hvad er problemet med ESD Elektriske komponenter kan beskadiges når de udsættes for ESD. Nogle komponenter tåler ikke, elektrostatiske udladninger på 100V, og vi mennesker kan først føle dem ved ca. 3000V. Vi bemærker altså ikke, at vi udsætter komponenterne for ESD. Komponenten fejler typisk først ude hos kunden.

Generering af elektrisk ladning Triboelektrisk generering Kontakt og separering af materialer. Elektrostatisk Induktion Ladningsgenerering på ledende materialer pga. ”kræfterne” i det elektrostatiske felt. Corona udladning Dannelse af positiv og negativ ioner, ved overskridelse af luftens maksimale (breakdown) feltstyrke.

Triboelektriske effekt Elektrostatisk ladning genereres ved fysisk kontakt og efterfølgende separering af materialer. Materiale A neutralt Materiale B neutralt Kontakt Separering Materiale A Positivt Materiale B Negativt

Elektrostatisk Induktion Et elektrostatisk opladet materiale, er omgivet af et elektrostatisk felt. Det elektrostatiske felt, kan give anledning til en ladningsseparering på andre ledende materialer. Negativ ladning Neutral leder Ladnings-separering Overførelse af elektroner Positiv opladet leder jord

Corona udladning Når det elektrostatiske felt overskrider luftens max. feltstyrke, sker der en ionisering i luften. Positive og negative ioner dannes i luften, eks. omkring små spidse ledere på et printkort. Negativ ladning Neutral leder Ladnings separering Corona udladning Positiv leder

Hvorfor ESD-beskytte Elektriske komponenter er ESD-følsomme. Vi skader komponenterne uden at bemærke det. Omkring 60% af alle fejl på halvlederkomponenter er ESD/EOS relaterede. ( Source : semiconductor reliability news, march 1993 ).

Effektiv ESD-beskyttelse Entydig beskrivelse af firmaets ESD-beskyttelses politik. EN 100 015-1 Protection of electrostatic sensitive devices. IEC 61340-5-1 Protection of electronic devices from electrostatic phenomena. ESD-koordinator med det overordnede ansvar for ESD-beskyttelsen, samt fuld opbakning fra ledelsen med de nødvendige ressourcer.

Hvordan undgås ESD-skader Tilstrækkelig viden omkring ESD, og de rigtige holdninger. Efterleve firmaets entydige politik, om ESD-beskyttelse. ESD-politikken implementeres som en del af styresystemet. Løbende kontrol og audit af ESD-beskyttelsesfaciliteterne.

Effektiv ESD-beskyttelse ESD-uddannelse af alle medarbejder. Forståelse for, hvorfor der skal indføres ESD-beskyttelse. Forståelse for hvordan ESD-beskyttelsesfaciliteterne skal benyttes. Fire grundlæggende ESD-regler : 1. Håndter kun ESD-følsomme komponenter, i ESD-beskyttede områder (EPA). 2. Transport og opbevaring af ESD-følsomme komponenter, udenfor EPA skal foregå i ESD-skærmende emballage. 3. Løbende kontrol af alle ESD-beskyttelsesfaciliteterne. 4. Sikre at alle efterlever de tre første regler.

Elementer i EPA Uddannelse Afgrænsning Skiltning Luftfugtighedsstyring Jordingsfaciliteter Ledende gulv Dissipative arbejdsoverflader Håndledsbånd Ledende fodtøj Beklædning Stole Reoler Ioniseringsudstyr ESD-skærmende emballage

Periodisk kontrol af EPA Facilitet Kontrol Hvad skal kontrolleres Luftfugtighed Daglig Luftfugtigheden er over 20%RH (40%RH) Håndledsbånd og fodtøj Kontrol af øvre og nedre resistansgrænser Arbejdsborde, transportudstyr og reoler Månedlig Øvre resistansgrænse til ESD-jord Gulve Ioniseringsudstyr Afladning fra 1000V til 100V på mindre end 20s. Stole Halv-årlig Elektrostatiske felter Ingen elektrostatiske felter > 100V/cm målt ved ESDS

Opsummering ESD ESDS EPA ElectroStatic Discharge - Elektrostatisk udladning. ESDS ESD Sensitive Device - ESD følsom komponent. EPA ESD Protected Area - ESD beskyttet område.

Opsummering Generering af elektrostatisk ladning kan ikke undgås, men den kan kontrolleres. Håndtering af ubeskyttede ESDS, skal foregå i EPA. Kun ledende/dissipative materialer i EPA. Transport og opbevaring af ESDS udenfor EPA, skal foregå i ESD-skærmende emballage.

”Jamen det virkede jo, da det forlod os!” Opsummering Selv med den dyreste/bedste ESD-beskyttelse, kan vi beskadige ESD-følsomme komponenter, hvis vi ikke har kendskab til den korrekte anvendelse. Vigtig med tilstrækkelig viden og information omkring ESD og ESD-beskyttelse, så vi ikke får os selv til at sige : ”Jamen det virkede jo, da det forlod os!”