Gigant ESD whitepaper

  • View
    161

  • Download
    0

Embed Size (px)

Text of Gigant ESD whitepaper

  • KONSEKVENSER AV OTILLRCKLIGT ESD-SKYDD

    WHITEPAPER ESD

    Copyright Gigant AB, www.gigant.se. Alla rttigheter frbehlls. JAN 14 | 2016

    WHITEPAPER GIGANT ESD KONSEKVENSER AV OTILLRCKLIGT ESD-SKYDD

  • All elektronik r knslig och ingen elek-tronik gr sker frn statisk elektricitet. Men vad r egentligen statisk elektricitet och varfr vill man undvika det? I Gigants whitepaper konsekvenser av otillrckligt ESD-skydd gr vi igenom vad ESD r, hur det hr ihop med statisk elektricitet och varfr s mnga branscher upplever ofrklarliga elektronikkrascher. Vi lyfter fram mnet ESD fr att sprida kunskap, samt fr att ta upp de faktiska riskerna som uppstr om man har ett otillrckligt ESD-skydd.

    Copyright Gigant AB, www.gigant.se. Alla rttigheter frbehlls. JAN 14 | 2016

    WHITEPAPER GIGANT ESD KONSEKVENSER AV OTILLRCKLIGT ESD-SKYDD

  • PROBLEMBESKRIVNING

    Friktion, separation och induktion kan ltt frekomma p arbetsplatser som p ett eller annat stt hanterar elektronik. Det r drfr viktigt att vara sker i sitt ESD-skydd.

    Nr uppkommer ESD?ESD kallas det nr elektroner rr sig frn ett material med hgre spnningsskilland till ngot med lgre spnningsskillnad. Ls mer om vad ESD r i bilaga 1. ESD str fr Electro Static Discharge, elektrostatisk urladdning p svenska och uppkommer genom:

    Friktion Separation Induktion

    Dessa tre principer ovan r ofta ocks en frklaring till varfr ESD-skador intrffar. Man kan sga att det beror p tre olika hndelser som gr hand i hand med ovannmnda principer: elektrostatisk urladdning till en enhet (friktion), frn en enhet (separation) eller genom fltinducerande urladdningar (induktion), vilket innebr att laddade freml frs nra varandra utan att rra vid varandra. Olika material r olika knsliga och mottagliga fr ESD. Mnniskan knner frst en ur-laddning vid ca 3000 volt medan de knsligaste kom-ponenterna klarar idag endast 20-50 volt, se nedan

    ngra exempel ver typiska voltniver vid olika luftfuk-tigheter. Risken fr ESD-skador r hgre p vintern d luftfuktigheten r lgre jmfrt med sommaren. Torr luft medfr att spnningar lttare uppstr och utgr en kad risk fr ESD-knsliga freml.

    RISKEN FR ESD-SKADOR R HGRE UNDER VINTERTID JMFRT MED SOMMARTID

    Huruvida skador uppstr p ESD-knsliga objekt (ESDS) av en ESD-hndelse bestms av enhetens frmga att avleda energin eller tla de spnnings-niver som r inblandade.

    Mlet med ESD-skydd?Mlet med ESD-skydd r att skapa en kontrollerad urladdning s att elektronerna leds bort i en varsam takt istllet fr i ett okontrollerat flde. ESD-skador intrffar allts vid sjlva urladdningen, inte uppladd-ningen. Om ESD exempelvis sker okontrollerat i ett kretskort som bara tl 30-50 V s kan det leda till omedelbara konsekvenser.

    Copyright Gigant AB, www.gigant.se. Alla rttigheter frbehlls. JAN 14 | 2016

    WHITEPAPER GIGANT ESD PROBLEMBESKRIVNING

    Exempel ver typiska voltniver vid olika luftfuktigheter

    Aktivitet 1025% luftfuktighet 6590% luftfuktighetG ver en matta 35 000 volt 1 500 voltArbeta vid ett arbetsbord 6 000 volt 100 volt

  • Var sker ESD?Om man ser ver en vanlig produktion som hanterar ESD-knsliga produkter, bestr produktionskedjan ofta av: Inleverans > Montering > Test > Utleverans. Hgst risk fr ESD uppkommer d vid montering och test, eftersom det ofta r dr de ESD-knsliga produkterna hanteras. Eftersom statisk elektricitet finns verallt i vr omgivning; p arbetsytor, golv, stolar, klder, arbetsbord, utrustning etc, r det extra viktigt att ha ESD-tliga produkter som skrar dessa omrden.

    Vilka berrs av ESD?Det r ltt hnt att man bara tror att ESD pverkar elektronikindustrin, men faktum r att ESD finns verallt runtomkring oss och kan drfr frekomma i alla tnkbara branscher, p ett eller annat stt, till exempel i sjukvrden, IT-branschen, plastindustrin, flygplansindustrin eller bilindustrin. Drfr r det extra viktigt att se ver sin industri, antingen sjlv eller genom att kalla till en expert, fr att se om om det finns risk fr ESD-skador ngonstans i produk-tionskedjan.

    ESD:s utveckling?Eftersom utvecklingen av kretskort har skett s drastiskt under de senaste decennierna har allt tunnare ledare utvecklats med mindre isolations-avstnd. Det vill sga att elektronerna, strmmen, snabbare och mer okontrollerat kan ta sig frn den ena nden till den andra. Detta har medfrt att kretskorten blivit alltmer knsliga, srskilt under ren 2010-2015, och att risken fr ESD-skador kat. Andra trender som tillkommit de senaste ren r nya halvledarmaterial som ger kraftig skaderisk samt kad snabbhet hos komponenter som krver lgre kapacitanser och kortare ledare. Alla dessa trender medfr en kraftig skaderisk.

    ESD-standarderDet finns tv huvudstandarder som har sitt ursprung i The International ESD Community, ANSI/ESD S20.20 och IEC 61340-5-1. Dessa standarder borde tas hnsyn till av alla fretag som tillverkar eller hanterar ESD-knsliga produkter.

    Copyright Gigant AB, www.gigant.se. Alla rttigheter frbehlls. JAN 14 | 2016

    WHITEPAPER GIGANT ESD PROBLEMBESKRIVNING

    Det r viktigt att ha ESD-tliga produkter som skrar hela produktionskedjan: Inleverans > Montering > Test > Utleverans.

  • PROBLEMBEVISNINGKonsekvenser: Permanenta och latentaDet finns tv typer av skador som orsakas av ESD:

    Permanenta Latenta

    Antingen upphr funktionen p komponenten direkt vid en urladdning, permanent fel, eller s uppstr ett latent fel. Permanenta fel kan exempelvis ha orsakats av metallsmlta i kretskortet. Latenta fel r dremot kontroversiella och svra att identifiera. Dessa fel innebr att komponenten skadas utan att funktionen upphr direkt. Resultatet blir att komponenten tidvis fungerar, s kallat intermittent fel, tills den en dag inte lngre fungerar som den ska. Man kan se det som att livslngden p produkten frkortas.

    En del kan uppleva ESD som en ofrklarlig krasch, eftersom man ofta varken kan se eller knna ESD.

    AV ALLA FELORSAKER TILL DRIFTSATTA SYSTEM BEROR 60 % AV ESD

    Men det rcker att skjuta av en halv ledare eller att man bara gr en halv kortslutning mot en intilliggan-de ledare. Det kanske bara r en av miljarder tran-sistorer som skjutits bort och det r just den som anvnds nr exempelvis en krockkudde ska utlsas i en bil. Av alla felorsaker till driftsatta system beror 60% av ESD och resten p grund av komponentfel eller mekaniska samt kemiska fel. Med driftsatta system menas apparatur dr det ingr kretskort.

    Konsekvenser: Personligt obehagPersonligt obehag kan uppst genom att personalen upplever gnistbildningar i sitt dagliga arbete. Detta skapar ondiga risker som stter den personliga hlsan p spel, eftersom gnistbildningarna kan vara stora som sm.

    Copyright Gigant AB, www.gigant.se. Alla rttigheter frbehlls. JAN 14 | 2016

    WHITEPAPER GIGANT ESD PROBLEMBEVISNING

    Felorsak till driftsatta system.

    ESD 60 %

    Kompo- nenter10 %

    Mekaniska/kemiska 30 %

  • Konsekvenser: KostnaderESD pverkar produktionsavkastning, tillverknings-kostnader, produktkvalitet, produkttillfrlitlighet och lnsamhet. Kostnaden fr de skadade enheterna varierar frn bara ngra kronor fr en enkel diod till tiotusentals kronor fr komplexa integrerade kretsar. Nr tillhrande kostnader fr reparation, omarbet-ningar och overheadkostnader tillkommer s finns det klart mjligheter till ndvndiga frbttringar.

    Mnga frgar om den riktiga kostnaden och vad man egentligen tjnar p att investera i ESD-skydd. Alla som har arbetat med kvalitetsfrgor eller hllbarhetsfrgor i ett stort fretag vet att det kan vara svrt att utveckla och presentera en trovrdig information i form av felkostnader. De viktigaste effekterna av att investera i ESD-skydd har nd

    visat sig resultera i frre kassationer, tillfrlitligare produktionsprocess, bttre kundintryck och mindre reparationskostnader. Se tabell ovan som visar relativa kostnader vid olika niver. Tabellen visar en generell bild av vad varje fel i snitt kostar. Ett fel som uppsttt i kretskort kan innebra olika konse-kvenser beroende p vilken produkt kretskorten r installerade i. Det kan, som tidigare nmnts, leda till att en krockkudde utlses nr den inte ska det, maskinstopp eller signalfel i tg. De minsta kostna-derna berknas vara reparation av komponenter, kretskort eller system (maskiner) medan de strsta kostnaderna r servicekostnader. Mnga gng-er fretag stter p sdana hr fel s tvingas de skicka tillbaka sina produkter till leverantrer fr att f sina produkter ersatta. I servicekostnader ingr drfr logistik- frakt och administrationskostnader.

    Copyright Gigant AB, www.gigant.se. Alla rttigheter frbehlls. JAN 14 | 2016

    WHITEPAPER GIGANT ESD PROBLEMBEVISNING

    Relativa kostnader orsakade av ESD-skador.Tabellen visar endast frhllandet mellan de olika kostna-derna och menar p att servicekostnaderna utgr de strsta kostnaderna nr ESD-skador intrffar p driftsatta system.

    Service1000

    800

    600

    400

    200

    System

    Kretskort

    Komponent

    Relativa kostnader

  • LSNINGENGRUNDLGGANDE PRINCIPERDesigna fr att skyddaGenom att exempelvis anvnda mindre knsliga komponenter fr ESD. Rkna alltid med att alla komponenter och kort r knsliga fr ESD och handskas endast med ESD-knsliga produkter om du r ordentligt jordad. Lagra och transportera alltid ESD-knsligt material i skrmande emballage och ldor.

    Definiera kontrollnivFr att f en uppfattning om knslighetsniver kan man gra olika simuleringstest: Human Body Model, (HBM), Charged-Device Model (CDM) och Machine Model (MM). HBM r en simulering som mter verfring av laddning mellan mnnisko-

    kroppen och ESDS (ESD-knsliga produkter), CDM r en simulering som mter verfring av laddning mellan olika produkter och MM r en simulering som mter verfring av laddning mellan mnnisko-kroppen och konduktiva material.

    Identifiera och definiera EPA-omrdenEPA r ett ESD