Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene

ESD-Norm IEC (DIN EN) 61340-5-1

Was beinhaltet die ESD-Norm?

In den öffentlichen Normen und Regelwerken sind die Vorgaben, Grenzwerte und Prüfmethoden zu allgemeingültigen Sachverhalten des ESD-Schutzes definiert.

 Die ESD-Norm IEC (DIN EN) 61340-5-1 stellt die notwendigen administrativen und technischen Anforderungen (Erstellung, Einführung und Aufrechterhaltung) eines Kontrollprogramms gegen elektrostatische Entladung (ESD) bereit. 

Sie sind wichtig für die Entwicklung eines ESD-Kontrollprogrammplanes und die Einrichtung von ESD-Schutzzonen (EPA - Electrostatic Protected Area).

Normgerechter ESD-Schutzist technischer Standard und wird von Unternehmen, welche elektronische Baugruppen produzieren oder handhaben, im Rahmen der Qualitätssicherung vorausgesetzt.

Andere Länder - andere Bezeichnungen, aber gleiche Regeln!

 

  1.  ESD-Norm IEC (DIN EN) 61340-5-1 mit Untergruppen 
    Elektrostatik – Teil 5-1: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene – allgemeine Anforderungen.

    Regionle Anwendung: Weltweit, besonders aber in Europa, Asien, Russland und im mittlerem Osten.
     
  2.  ANSI/ESD S20.20-20 mit Untergruppen 
    ESD Association Standard for the Development of an Electrostatic Discharge Control Program. Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment (Excluding Electrically Initiated Exposive Devices).

    Regionale Anwendung: Weltweit, vorwiegend in Nordamerika.

Die physikalischen Betrachtungen dieser  beiden Regelwerke sind gleich  und die Grenzwerte wurden mit der IEC 61340-5-1:2016 harmonisiert.

 

Übersicht wichtiger ESD-Normen mit Untergruppen

 

DIN EN 61340-5-1
Elektrostatik – Teil 5-1: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene – allgemeine Anforderungen.

DIN EN 61340-5-1 Beiblatt 1
Elektrostatik – Teil 5-2: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene – Benutzerhandbuch.

DIN EN 61340-5-3
Elektrostatik – Teil 5-3: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene – Eigenschaften und Anforderungen für die Klassifizierung von Verpackungen, welche für Bauelemente verwendet werden, die gegen elektrostatische Entladungen empfindlich sind.

DIN IEC/TR 61340-5-5
Elektrostatik - Teil 5-5: Verpackungssysteme in der Elektronikfertigung

DIN EN 61340-4-1
Elektrostatik - Teil 4-1: Standard-Prüfverfahren für spezielle Anwendungen (elektrischer Widerstand von Bodenbelägen und verlegten Fußboden).

DIN EN 61340-4-2
Elektrostatik - Teil 4-2: Standardprüfverfahren für spezielle Anwendungen – Verfahren zur Bestimmung der elektrostatischen Eigenschaften von Textilien.

DIN EN 61340-4-3
Elektrostatik – Teil 4-3: Standard-Prüfverfahren für spezielle Anwendungen (Schuhwerk).

DIN EN 61340-4-4
Elektrostatik – Teil 4-4: Standard-Prüfverfahren für spezielle Anwendungen – Einordnung flexibler Schuttgutbehälter in elektrostatischer Hinsicht.

DIN EN 61340-4-5
Elektrostatik – Teil 4-5: Standard-Prüfverfahren für spezielle Anwendungen (Verfahren zur Charakterisierung der elektrostatischen Schutzwirkung von Schuhwerk und Boden in Kombination mit einer Person).

DIN EN 61340-4-6
Elektrostatik – Teil 4-6: Standardprüfverfahren für spezielle Anwendungen – HGB.

DIN EN 61340-4-7
Elektrostatik – Teil 4-7: Standardprüfverfahren für spezielle Anwendungen – Ionisation.

DIN EN 61340-4-8
Elektrostatik – Teil 4-8: Standardprüfverfahren für spezielle Anwendungen – Schirmwirkungen gegen elektrostatische Entladung – Beutel.

DIN EN 61340-4-9
Elektrostatik – Teil 4-9: Standardprüfverfahren für spezielle Anwendungen – Bekleidung.

DIN EN 61340-2-1
Elektrostatik – Teil 2-1: Messverfahren, Fähigkeit von Materialien und Erzeugnissen, elektrostatische Ladungen abzuleiten.

DIN EN 61340-2-3
Elektrostatik – Teil 2-3: Prüfverfahren zur Bestimmung des Widerstandes und des spezifischen Widerstandes von festen, planen Werkstoffen, die zur Vermeidung elektrostatischer Aufladung verwendet werden.

DIN EN 61340-3-1
Elektrostatik – Teil 3-1: Verfahren zur Simulation elektrostatischer Effekte – Prüfpulsformen der elektrostatischen Entladung für das Human Body Model (HBM).

DIN EN 61340-3-2
Elektrostatik – Teil 3-2: Verfahren zur Simulation elektrostatischer Effekte. Prüfpulsformen der elektrostatischen Entladung für das Maschine Model (MM).

ANSI/ESD S20.20 mit Untergruppen
ESD Association Standard for the Development of an Electrostatic Discharge Control Program. Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment (Excluding Electrically Initiated Exposive Devices).

 

ESD-Lexikon: ESD-Wissen von A - Z

 

CDM (Charged Device Model)

Entladung eines durch Influenz aufgeladenen Bauteils.
Das CDM ist in der Norm ANSI /ESD STM 5.3 detailliert beschrieben.

 

 Conductive (leitfähig) 

Elektrostatisch leitfähig = R < 10KΩ

 

 Dissipative (ableitfähig) 

Elektrostatisch ableitend = R 10 KΩ < 100GΩ

 

EGB

Elektrostatisch gefährdetes Bauteil.

 

EBP

Earth Bonding Point ist der gekennzeichnete Anschluss für alle ESD Erdungsmaßnahmen; darf nicht als Schutzleiter verwendet werden.

 

EPA

Die Electrostatic Protected Area ist ein mit ESD-Schutzmaßnahmen ausgestatteter Bereich, in dem ESDS ohne elektrostatisches Schädigungsrisiko hergestellt, bearbeitet, verpackt, transportiert oder gelagert werden können.

 

ESD

Electrostatic Discharge, ist die elektrostatische Entladung als Potenzialausgleich zwischen aufgeladenen Körpern durch direkten Kontakt oder Überschlag.

 

ESD-Modelle

Mit idealisierten Modellvorstellungen wird versucht, reale ESD-Entladungen nachzubilden und Testmethoden zur Ermittlung der Bausteinempfindlichkeit zu definieren. Die bedeutendsten Modelle sind HBM, CDM und MM.

  • HBM (Human Body Model)
    Entladung eines aufgeladenen Menschen auf ein Bauteil.
    Das HBM ist in der Norm DIN EN 61340-3-1 /ESD STM 5.1 detailliert beschrieben
     
  •  MM  (Machine Model)
    Entladung eines aufgeladenen, isolierten Leiters auf ein Bauteil.
    Das MM ist in der Norm DIN EN 61340-3-2 /ESD STM 5.2 detailliert beschrieben.
     
  • CDM (Charged Device Model)
    Entladung eines durch Influenz aufgeladenen Bauteils.
    Das CDM ist in der Norm ANSI /ESD STM 5.3 detailliert beschrieben.

 

ESDS (Electrostatic Discharge Sensitive Device)

Bezeichnung für Bauteile oder Baugruppen, die durch elektrostatische Entladungen bei Handhabung, Bearbeitung oder Transport beschädigt werden können.

 

Elektrostatische Aufladung

Elektrostatische Aufladung entsteht durch Reibung oder Trennung von Materialien, man spricht auch von Triboelektrizität. Die Stärke und Polarität der Aufladung hängt im Wesentlichen von den Materialien und der umgebenden Luftfeuchte ab.

 

HBM (Human Body Model)

Entladung eines aufgeladenen Menschen auf ein Bauteil.
Das HM ist in der Norm DIN EN 61340-3-1 /ESD STM 5.1 detailliert beschrieben.

 

Ionisation

Durch den Korona-Effekt unter Hochspannung erzeugte positive und negative Ionen neutralisieren elektrostatische Ladungen. Einsatz: hauptsächlich zur Entladung von Nichtleitern.

 

Isolator

Materialien sind isolierend, wenn der Oberflächenwiderstand großer 1011 Ohm ist.

 

MM (Machine Model)

Entladung eines aufgeladenen, isolierten Leiters auf ein Bauteil.
Das MM ist in der Norm DIN EN 61340-3-2 /ESD STM 5.2 detailliert beschrieben.

 

Widerstandsmessung

Messverfahren zur Widerstandsmessung (ESD):

Materialprüfung:

  •  Oberflächenwiderstand (Rs) 
    Widerstand der Materialoberfläche

     
  • Widerstand von Punkt zu Punkt (Rp-p)
    Widerstand von Punkt zu Punkt auf der Oberfläche des Materials
     
  • Volumenwiderstand (Rv)
    Widerstand durch das zu messende Material
     

Prüfung der Funktion:

  • Ableitwiderstand (Rg)
    Widerstand von Punkt zur Systemerde Ground