ESD

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

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

3. 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.

4. Hvad betyder ESD • ESD • ElectroStatic Discharge – Elektrostatisk udladning

5. 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% Hvorfor bekymre os om ESD Kilde : Semiconductor Reliability News, Marts 1993

6. 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.

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

8. Materiale egenskaber • Ledende • 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”

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

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

11. 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

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

13. 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.

14. 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.

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

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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

20. Neutral leder Negativ ladning Ladnings-separering Overførelse af elektroner jord Positiv opladet leder 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.

21. Neutral leder Negativ ladning Ladnings separering Corona udladning Positiv leder 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.

22. 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 ).

23. 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.

24. 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.

25. 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.

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

27. Periodisk kontrol af EPA

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

29. 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.

30. 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!”