ESD sikring for operatører

Transkript

1 sikring for operatører

2 Hvad er jeres forventninger til kurset? Hvad er vores forventninger til jer 2

3 Målbeskrivelse - Deltageren kan: - Kontrollere personlig ESD sikring - Vurdere forskel mellem skærmende, isolerende, antistatisk og ledende materialer - Verificere anvendt ESD sikring - Kan foretage simple kontrolmålinger af ESD sikring (armbånd, sko m.m.) - Deltageren har kendskab til: - Det triboelektriske system - Ionisering - Typisk procedure for vedligehold af ESD sikring - Fejltyper grundet ESD 3

4 for medarbejdere 4

5 ? - Hvad er statisk elektricitet? - Hvordan opstår statisk elektricitet? - Hvordan fjerner man statisk elektricitet? - Hvordan forhindrer vi at statisk elektricitet opstår? - Hvilke skader kan opstå som følge af statisk elektricitet og udladningerne fra den? 5

6 Lyn - Lyn er en elektrisk udladning mellem skyer eller mellem skyer og jord overflade - De kan være fra 100m til 2,5km lange, og vare fra 1/ til en 1/10 sek - På den tid går der strømme på op til flere hundrede tusinde ampere og spændinger på mange millioner volt - Der udløses globalt ca. 100 lyn i sekundet 6

7 Lyn 7

8 8

9 - Globalt koster ESD skader elektronik industrien milliarder af dollars/kroner 9

10 -Hvor oplever du at der kan være Statisk elektricitet? 10

11 - I supermarkedet 11

12 - Ved udstigning af bilen 12

13 - Kør en børste gennem håret og der opstår nemt volt! 13

14 - Et fly lades ved friktion med luften det flyver i - Ukontrollerede udladninger kan forstyrre instrumenter og kommunikation på flyet Afladere holder flyet konstant afladet i forhold til luften 14

15 - Hvor der er personer der bevæger sig, vil der opstå statiske ladninger 15

16 - Også i industrien (ikke kun elektronik) er statisk elektricitet et problem 16

17 Elektricitet - Elektricitet : - Spænding (volt) - Strøm (ampere) - Modstand (ohm) - Effekt (watt) - Batteri -> jævnspænding - Stikkontakt -> vekselspænding - Dynamisk - Statisk 17

18 Elektricitet - Hvad forstås ved Statisk elektricitet? - Hvornår er elektricitet statisk? - Hvordan opleves det? 18

19 Elektricitet - Dynamisk - Kører i et kredsløb eks igennem en ledning til en pære, og tilbage i stikkontakten eller batteriet igen - Vand igennem en slange og tilbage i kloakken - Statisk - Betyder Noget som ikke er i bevægelse, eller forandring - Ligger fast på et sted, og flytter sig ikke - Elektriciteten bliver opladet i en kondensator. Vandet i et glas de løber ikke i et kredsløb 19

20 Elektricitet - Dynamisk - Aflades / fjernes gennem ledningen som en del af kredsløbet - Statisk - Aflades først når der er så stor forskel i forhold til omgivelserne at der kan springe en gnist / lyn over til noget der ikke er opladet til samme niveau - Hvis glasset vælter er der meget vand der skal løbe væk på en gang. 20

21 - Hvordan opstår statisk elektricitet? 21

22 - Atom - Alle materialer består af atomer - Et atom består af: - En kerne med protoner og neutroner - En ring af elektroner 22

23 - Atom - Ion - Når atomet ikke længere er i balance bliver det til en ion - Alt efter hvor elektronen er flyttet hen bliver ionen positiv eller negativt ladet 23

24 Opgave - kasser - Opgave med måling af emner og ting i kasserne med felt målere 24

25 Triboelektrisk serie + Positivt ladet PU- Skum (stor positiv ladning) Hår Fedtet hud Nylon Tør hud Glas Acryl glas Læder Kanin pels Quartz Glimmer (mineral) Bly Katte pels Silke Aluminium Bomuld Papir (lille positiv ladning) 0 Ingen ladning Uld Stål - Negativt ladet Træ (lille negativ ladning) Rav Voks (som til segl) Gummi ballon Harpiks Hård gummi Nikkel Kobber Svovl Messing Sølv, guld, Platin Acetat, viskose (kunst fibre til stof) Syntetisk gummi Polyester Polystyren (flamingo) Styren (Plastickrus) Acryl Plastic wrap Polyethylen (eks tape) Polypropylen Vinyl (PVC) Silikone Teflon Silikone gummi Ebonit (stor negativ ladning) 25

26 måle opgaver - Hvad har I målt? - Og på hvad? 26

27 - Statiske ladninger kan opstå i / på : - Faste stoffer - Ved kontakt / gnidning og separation - Væsker - Ved bevægelse, eller fordråbning og ved fordampning - Luft (ingen ved rene luft arter) - Induktion - Ved at et elektrisk felt frembringer en spænding på overfladen af et isoleret materiale 27

28 - Ledere og isolatorer 28

29 - Ledere og isolatorer - Både ledere og isolatorer kan oplades - Den kraftigste udladning kommer fra en leder 29

30 - Ledere og isolatorer - Statiske ladninger på isolatorer kan ikke fjernes, men skal neutraliseres! 30

31 - Ledere og isolatorer - Statiske ladninger på ledende materialer kan udlignes ved jording 31

32 - Ledere og isolatorer - Mennesket kan betragtes som en isoleret leder - Kroppen kan lede en elektrisk ladning, men vi går og træder på isolerende materialer (eks. sko, gulve) så vi ikke aflades - Vi virker som en kondensator 200pF pF 32

33 - Statisk ladning og effekt - Hvis man oplader to emner med samme polaritet, vil de frastøde hinanden - Forskellige polariteter tiltrækker hinanden - Et bundt fibre vil spredes eks hår på en person der er forbundet til en Van De Graff generator 33

34 - Ladning - Hvor stor en ladning skal der til for at du kan mærke den? - Elektrisk hegn - Static Analyser - Van de Graff 34

35 - Kan ESD være farligt? - Gnist opstået ved optankning antænder dampe fra benzinen 35

36 - Kan ESD være farligt? - Tankstationen brændt ned 36

37 - Kan ESD være farligt? - Slået omkuld af statisk elektricitet fra plastbægre - Aase er medarbejder på en plastforarbejdende virksomhed, der bl.a. fremstiller engangs-drikkebægre til kaffe/ te automater. Efter formning i en maskinen transporteres bægerne med luft gennem et PVC- rør til stablemaskinen. Da transportluften svigter, klumper bægerne sig sammen i røret. Aase vil naturligvis klare situationen, men idet hun begynder at bakse med PVC- røret, sker der fra røret en særdeles kraftig udladning af statisk elektricitet. Udladningen er så kraftig, at Aase bliver slået omkuld og er borte" i nogle sekunder. - På hospitalet konstateres, at Aase har fået en svag forbrænding på venstre underarm, samt at hun er fortumlet og har besvær med at tale. Alt sammen forårsaget af nogle plastbægeres gnidning mod et PVC- rør. - Med til historien hører, at medarbejderne på plastvirksomheden jævnligt blev udsat for små stød fra statisk opladede materialer. Man havde således fået sine forvarsler og havde haft mulighed for at indføre afhjælpende foranstaltninger, inden ulykken skete. 37

38 - Udladning - Udladning = overførsel af spændingen - Udladning er en udligning eller overførsel af spændings forskellen mellem to potentialer. Den sker når der er tilstrækkelig stor forskel imellem dem - Potentiale = Område med en bestemt ladning (kan både være positiv og negativ) - Er forskellen stor nok, kan udligningen eks ske i form af et lyn/gnist igennem luften - Tør luft har en isolation der kan holde ca. 3MV/m eller V/cm. Er forskellen mellem de to potentialer større end det, vil der ske en udladning igennem luften - Efter udladningen er de to potentialer udlignet om ikke helt, så er de så tæt på hinanden, at der ikke kan springe en gnist / lyn længere 38

39 - Udladning - Korona udladning - Fra eller til en spids genstand - Ioniseringen sker få millimeter omkring spidserne - Der kan ses et blåligt lys - Effekten af udladningen er meget lille kan ikke antænde Billede fra WikiPedia 39

40 - Udladning - Børsteudladning - Koncentreret udladning større energi tæthed - Meget uregelmæssigt forløb - Kan antænde damp-luftblandinger - Eksempelvis fra opladet plastic "Tesla-coil-discharge" by User Iantresman on en.wikipedia - Caroline Tresman, taken at the 2006 UK Teslathon evernt in Derby, 27 May Licensed under CC BY 2.5 via Commons

41 - Udladning - Gnist udladning - Hvis det ladede emne er en isoleret leder og den jordede leder er uden spidse fremstød, sker udladningen som en gnist eller et lyn - En hurtig og koncentreret udladning - Betydelig tændfarlig 41

42 - Udladning - Udladning direkte igennem komponenten - Eks til et andet potentiale, ved arbejde på eller ved et bord 42

43 - Udladning - Isoleret værktøj - Plast materialer kan oplades med statiske ladninger - Isolerede ledere kan holde en spænding, der først aflades når værktøjet rører emnet 43

44 - Udladning - Den hyppigste årsag til komponent skader er udladninger fra isolerede værktøjer eller personer 44

45 - Komponenters ødelæggelse - Alle komponenter er følsomme overfor statisk elektricitet - Men især halv ledere, dioder transistorer og IC ere er særligt følsomme nogle arbejder ved spændinger helt ned til 1 V 45

46 - Komponent skader - Akutte skader destruktion - Latente skader - Samme komponent type et område er skadet af ESD på den ene 46

47 - Komponenters følsomhed - Nogle af de mest følsomme komponenter Komponentnavn MOSFET Effekt MOSFET IC ere (efter 1990) HCMOS CMOS B serie Lineær MOS Små bipolar komponenter Effekt Bipolar Komponenter Filmmodstande Følsomhed volt volt volt volt volt volt volt volt volt 47

48 - Komponent følsomhed Komponent ESD følsomheds Klassifikation - Human Body Model Klasse Klasse 0 Klasse 1A Klasse 1B Klasse 1C Klasse 2 Klasse 3 Klasse 3B Spændingsområde <250 volt 250 volt til <500 volt 500 volt til < volt 1000 volt til < 2,000 volt 2000 volt til < 4,000 volt 4000 volt til < 8000 volt 8000 volt 48

49 Måleinstrumenter - Hvordan kan man finde ud af om der findes en elektrisk ladning på et materiale? 49

50 - Måleinstrumenter - Ladninger kan måles / detekteres med: - Static locator - Statisk felt lokator - Electrostatic Fieldmeter - Felt meter måler 50

51 - Præfikser Ekspositionstal Decimaltal Præfiks Symbol Exa E Peta P Tera T Giga G Mega M Kilo k Hekto h Deca da Enhed ,1 Deci d ,01 Centi c ,001 Milli m , Mikro μ , Nano n , Pico p , Femto f , Atto a 51

52 Modstands definitioner Konduktiv- Dissipativ- Antistatisk-Isolator Konduktiv = 0-1Megaohm (ledende) Dissipativ = 1 Megaohm - 1 Gigaohm (halvledende) Antistatisk = 1 Gigaohm Teraohm = Ω = Ω = Ω Isolator = 100 Teraohm - uendelig 52

53 Modstands-definitioner 53

54 - Luftfugtighed - Temperatur / Luftfugtighed - Jo højere lufttemperatur, jo mere vanddamp kan luften indeholde - Hvis luften er kold, kan den ikke indeholde ret meget damp - I tør luft oplades kroppen mere, da den ikke aflades så nemt i den tørre luft - Eks. om vinteren, hvor luften er tør, er ESD og statisk elektricitet et større problem end om sommeren 54

55 - Luftfugtighed Relativ luftfugtighed = rh (relative Humidity) Relativ luftfugtighed i % Temp C Absolut luftfugtighed i gram/m3 0 1,0 1,5 1,9 2,4 2,9 3,4 3,9 4,3 4,8 2 1,1 1,7 2,2 2,8 3,3 3,9 4,4 5,0 5,6 4 1,3 1,9 2,5 3,2 3,8 4,5 5,1 5,7 6,4 6 1,5 2,2 2,9 3,6 4,4 5,1 5,8 6,5 7,3 8 1,7 2,5 3,3 4,1 5,0 5,8 6,6 7,4 8,3 10 1,9 2,9 3,8 4,7 5,6 6,5 7,5 8,5 9,4 12 2,1 3,2 4,3 5,3 6,4 7,4 8,5 9,6 10,7 14 2,4 3,6 4,8 6,0 7,3 8,5 9,0 10,9 12,1 16 2,7 4,1 5,5 6,8 8,2 9,0 10,9 12,3 13,6 18 3,1 4,6 6,2 7,7 9,2 10,7 12,3 13,8 15,4 20 3,5 5,2 6,9 8,6 10,4 12,1 13,8 15,6 17,3 22 3,9 5,9 7,8 9,7 11,7 13,6 15,5 17,5 19,4 24 4,4 6,5 8,7 10,9 13,1 15,3 17,4 19,6 21,8 26 4,9 7,4 9,8 12,2 14,6 17,1 19,6 22,0 24,4 28 5,5 8,2 10,9 13,6 16,3 19,1 21,8 24,5 27,3 30 6,1 9,2 12,1 15,2 18,2 21,3 24,3 27,4 30,4 32 6,7 10,1 13,5 16,9 20,3 23,7 27,1 30,5 33,8 34 7,5 11,3 15,0 18,8 22,6 26,3 30,1 33,9 37,7 36 8,3 12,5 16,7 20,9 25,0 29,2 33,4 37,6 41,7 38 9,2 13,9 18,6 23,2 27,8 32,4 37,0 41,6 46, ,2 15,3 20,4 25,6 30,7 35,8 40,9 46,0 51,1 55

56 - Typiske genererede statiske spændinger - Der er flere ting at tage højde for - Høj luftfugtighed er godt i forhold ti ESD, men for fugtfølsomme komponenter er det et problem med en rh på over 60% - Lav fugtighed er godt for de fugtfølsomme komponenter, men skidt ESD-mæssigt - I mange produktions lokaler bliver luft fugtigheden styret og kontrolleret til omkring 40-50% rh. - Nogle virksomheder sætter en grænse på XX% rh, hvis luften i produktionen kommer under denne værdi SKAL man bruge armbånd, eller stoppe produktionen indtil luftfugtigheden er på et acceptabelt niveau 56

57 - Typiske genererede statiske spændinger Kilde 10-20% rh 65-90% rh Gang på tæppe Volt Volt Gang på vinyl Volt 250 Volt Arbejde ved arbejdsbord Volt 100 Volt Plastiklommer (arbejdsinstruktioner) Volt 600 Volt Plastikposer som løftes fra bordet Volt Volt Arbejdsstol med skumsæde Volt Volt 57

58 - Beskyttelse mod ESD - Hvordan beskytter man bedst elektronikken mod ESD? - Undgå statiske ladninger opstår (umuligt) - Fjerne statiske ladninger lige så hurtigt som de opstår - Ved at opbevare og transportere følsomme emner (komponenter og færdigt monterede print) i emballager, der beskytter mod udefrakommende ESD - Styre luftfugtigheden i produktions områder 58

59 59

60 - Beskyttelse mod ESD - Nogle materialer er født antistatiske, og andre er behandlet med et antistatmiddel - Disse materialer beskytter ikke mod udefra kommende statiske ladninger, men kan ikke generere statiske ladninger - Pink Poly er et sådant materiale 60

61 - Beskyttelse mod ESD - Andre materialer er ledende - Det betyder at de kan lede statiske ladninger væk, så der ikke opstår felter - Det ledende materiale kan ikke beskytte mod udefra kommende statiske ladninger, da det leder en eventuel ladning direkte videre til de produkter der ligger i den, som dermed kan oplades - Pas på med at lægge batterier i en ledende emballage!! 61

62 - Beskyttelse mod ESD - Mange plastkasser er sorte, men ikke alt sort er ledende - Se efter mærket!! 62

63 - Beskyttelse mod ESD - Den sikreste måde at beskytte mod udefra kommende ESD er at komponenten er anbragt i shielding/skærmende poser - Faraday-bur 63

64 - Beskyttelse mod ESD - Det er vigtigt at beholde komponenter i godkendte ESD emballager - Ved indgangs kontrol sørg for ESD sikring - I armbåndet vil der typisk være en modstand på ca. 1MΩ - HUSK ARMBÅND! FØRST PÅ SIDST AF! 64

65 - Beskyttelse mod ESD - Hvis der skal beskyttes mod ESD, findes der ikke nogen nemme løsninger -DET ER HELE VEJEN! 65

66 - Udpakning og lagring af komponenter - Intern transport 66

67 - Montage - Samleprocesser - Lodde og kontrolsteder 67

68 - Værktøj der kommer i kontakt med print / komponenter - Eksempelvis loddekolben, eller en elektrisk skruetrækker 68

69 - ESD sikre overflader - Alle bordplader skal som minimum være dissipative (halvledende), og skal være forbundet til jord - Normalt mellem 10M 1GΩ 69

70 - Overflade modstand - Måles i Ω til jord forbindelse - Kan også måles i Ω fra punkt til punkt - Eller måles i Ω pr. areal 70

71 - ESD sikkert arbejdstøj - Overflade test 71

72 - ESD sikringsudstyr 72

73 - ESD symboler - Se efter mærket C = Conductive (ledende) D = Dissipative (halvledende) L = Low Charging (astatisk eller antistatisk) S = Shielded (skærmet) 73

74 - Testudstyr - Håndleds- og fodtøjs tester (Eksempel) 74

75 - ESD sikker arbejdsplads - Dissipative arbejdsflader - Håndledsrem - Stole - Værktøj - Dissipativ gulvbelægning - Ledende sko/hælrem - Ledende beklædning - Testudstyr - Ionisator 75

76 - ESD rejsekit 76

77 - Standarder - DS/EN /2 (Europa) - ESD (USA) 77

78 - Vedligeholdelse - eksempel Check Påkrævet dagligt Check Påkrævet ugentligt Check Påkrævet månedligt Check Påkrævet kvartalvist Check påkrævet årligt Armbånd, ESD fodtøj, Personlig ESD sikker kittel, (skal bæres og skal være knappet) ESD beskyttet arbejdsplads (f. eks jordforbindelser) ESD beskyttende gulvmåtter (ren og fri for dråber) ESD jordforbindelser (f. eks håndledsbånd, jordledninger til underlag) ESD beskyttet område, og arbejdsstationer Statisk spændings felt undersøgelse ESD beskyttede statisk dissipative arbejdsoverflader til ESD jord ESD beskyttet gulv ESD jord modstand Armbånd kontrolstations check Overflader på ESD gulvbelægninger evt voks behandling < 3,5x10⁷ M Visuel kontrol Visuel kontrol Visuel kontrol Visuel kontrol +/ volt mere end 12 tommer fra ubeskyttede ESDS komponenter < 10⁹ 3,5x10⁷ 500 K- 10 M Kalibrering Speciel og korrekt ESD voks 78

79 - ESD ansvarlig - Sørger for implementeringen af ESD system - Påpeger og udbedrer fejl og mangler - Er kontaktperson for den øvrige organisation for evt tiltag eller mangler ved det eksisterende system - Sørger for at opdatere systemet til de nyeste krav fra standarder 79

80 Opsummering - Daglig kontrol af armbånd - Daglig kontrol af sko - Kontrol af påklædning - Hvad må du have med ind i et EPA område - Hvordan transporterer du materialer i EPA området - Hvordan transporterer du materialer udenfor EPA området - Vedligehold af ESD sikring på din egen arbejdsplads 80