Elektrostatik: Ursachen, Wirkungen, Schutzmaßnahmen, Messungen, Prüfungen, Normung
Gespeichert in:
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| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Berlin [u.a.]
VDE-Verl.
2009
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| Ausgabe: | 3., aktualisierte Aufl. |
| Schriftenreihe: | VDE-Schriftenreihe Normen verständlich
71 |
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | 374 S. Ill., graph. Darst. 21 cm |
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| adam_text | Titel: Elektrostatik
Autor: Berndt, Hartmut
Jahr: 2009
Inhalt
0 Einleitung - Vorbemerkungen 11
Vorwort zur 3. Auflage 15
1 Grundbegriffe 17
2 Physikalische Grundlagen 27
2.1 Grundgrößen des elektrostatischen Felds 27
2.1.1 Elektrische Ladung Q 27
2.1.2 Elektrischer Strom / 31
2.1.3 Stromdichte S 31
2.1.4 Potential (p 33
2.1.5 Elektrische Spannung U 34
2.1.6 Elektrischer Widerstand R 35
2.1.7 Elektrische Energie W 36
2.1.8 Elektrische Leistung P 37
2.2 Elektrostatisches Feld 38
2.2.1 Leiter im elektrostatischen Feld 40
2.2.2 Verschiebungsflussdichte f 41
2.3 Beziehung zwischen Kapazität, Ladung, Spannung
(Kondensator) 44
2.4 Energie im elektrostatischen Feld 47
2.5 Bewegung freier Ladungen im elektrostatischen Feld 48
2.6 Reibungselektrizität und Kontaktspannung 48
2.6.1 Reibungselektrizität 49
2.6.2 Kontaktspannung 49
3 Entstehen von elektrostatischen Aufladungen 53
3.1 Allgemeine Entstehungsmechanismen 53
3.2 Allgemeine Entladungsmechanismen 60
3.2.1 Typische Personenentladung 60
3.2.2 Allgemeine Entladungsarten 62
5
4 Einflussmechanismen elektrostatischer
Entladungsvorgänge auf elektronische Bauelemente 67
4.1 Human Body Model - Körper-Entladungsmodell 68
4.2 Charged Device Model - Modell vom geladenen Objekt 73
4.3 Machine Model (MM) 81
4.4 Field Induced Model - Entstehung elektrostatischer
Ladungen durch ein elektrisches Feld 84
4.5 Weitere Entladungsmodelle - Einzelbauelemente 85
4.6 Weitere Entladungsmodelle - Geräte 87
4.7 Zusammenfassung 89
5 Wirkungen von ESD auf elektronische Bauelemente 91
5.1 Aufbau und Wirkungsweise elektronischer Bauelemente 91
5.1.1 Halbleiter allgemein 91
5.1.2 Leiter 92
5.1.3 Halbleiter 92
5.1.4 Isolator 93
5.1.5 Halbleiter - Aufbau und Wirkungsweise 93
5.1.6 PN-Übergang - Diode 95
5.1.7 NPN- bzw. PNP-Übergang - Transistor 96
5.1.8 Feldeffekttransistor 97
5.2 Entladung an einem MOS-Transistor 100
5.2.1 Praktische MOS-Anordnungen 100
5.2.2 Entladung an einem MOS-Transistor 101
5.2.3 Entladung an einem Leistungs-MOS-Transistor 102
5.3 Latente Fehler oder Degradation 104
5.4 Wirkungen von ESD auf bipolare Bauelemente 107
5.4.1 Wim.sc/i-Be//-Modell zum Bestimmen von ESD-Fehlern 107
5.4.2 Berechnen der ESD-Spannungsschwelle von PN-Übergängen. .. . 108
6 Fehlermodelle elektronischer Bauelemente 113
6.1 Thermischer Durchbruch 114
6.2 Dielektrischer Durchbruch 115
6.3 Aufschmelzen der Metallisierung 116
7 Schutzmaßnahmen 119
7.1. Integrierte Schutzschaltungen 119
7.1.1 Widerstandsnetzwerk 120
7.1.2 Diodenkombination 121
7.1.3 Widerstands-Dioden-Kombination 121
6
7.1.4 Feldplattenelektrode 122
7.1.5 Punch-through-Transistor mit dünnem Gate-Oxid 123
7.1.6 Punch-through-Transistor mit dickem Gate-Oxid
(dicker Oxid-Anreicherungssperrschicht-Transistor) 125
7.1.7 Praktische Schutzschaltungsanordnungen 125
7.2 Technologische Schutzmaßnahmen 126
7.3 Organisatorische Schutzmaßnahmen 128
7.3.1 Gestalten der Arbeitsplätze, Arbeitsräume und Arbeitsbereiche ... 130
7.3.2 Anforderungen an einen ableitfähigen Arbeitstisch 133
7.3.3 Anforderungen an einen ableitfähigen Arbeitsstuhl 134
7.3.4 Anforderungen an den ableitfähigen Fußboden 135
7.3.5 Anforderungen an die Handgelenkerdung 140
7.3.6 Anforderungen an die Erdungseinrichtung 141
7.3.7 Anforderungen an die Personenausrüstung -
ESD-gerechte Bekleidung und ableitfähige Schuhe 143
7.3.8 Anforderungen an Lagereinrichtungen 145
7.3.9 Anforderungen an die Abgrenzung und Kennzeichnung 146
7.3.10 Kontrolle der Luftfeuchtigkeit 148
7.3.11 Ionisation 148
7.4 ESD-gerechte Ausführung von Maschinen und Anlagen 154
7.5 Verhalten der Arbeitskräfte 156
7.6 Leitfähige und ableitfähige Verpackungen 158
7.6.1 Allgemeines 158
7.6.2 Folien 159
7.6.2.1 Anforderungen und Eigenschaften von Folien 159
7.6.2.2 Nicht aufladbare Folien 160
7.6.2.3 Leitfähige Folien 161
7.6.2.4 Elektrostatisch abschirmende Folien 161
7.6.3 Versandstangen, Trays, Reels 163
7.6.4 Wirkung von Antistatika 164
7.7 Aufgaben und Kontrollfunktionen eines
ESD-Koordinators - Überprüfungsrichtlinien 166
7.8 ESD-Kontrollprogramm (ECS) - 5-Stufen-Plan 169
8 Technische Merkblätter für den ESD-Komplex 175
9 Messverfahren 195
9.1 Messen der elektrostatischen Ladung 195
9.2 Messen der elektrischen Feldstärke
in einem elektrostatischen Feld 199
7
9.3 Messen von Oberflächen- und Ableitwiderständen 206
9.3.1 Anwendungshinweise für den Einsatz der im Folgenden
beschriebenen Messverfahren und Messprinzipien 209
9.3.2 Messen von Oberflächenwiderständen 211
9.3.3 Messen von Ableitwiderständen 218
9.3.4 Messen von Volumenwiderständen 224
9.3.5 Sonstige Messverfahren 227
9.4 Praktische Messungen und MessVorschriften für
Ableit- und Oberflächenwiderstände zum Ermitteln
der Wirksamkeit der ESD-Schutzmaßnahmen 229
9.4.1 ESD-gerechte Fußböden 230
9.4.1.1 Ableitwiderstand von Fußböden 230
9.4.1.2 Oberflächenwiderstand von Fußböden und Materialien für
Fußböden 232
9.4.2 ESD-gerechte Arbeitsoberflächen 233
9.4.2.1 Ableitwiderstand von Arbeitsoberflächen 233
9.4.2.2 Oberflächenwiderstand von Arbeitsoberflächen
und Materialien für Arbeitsoberflächen 235
9.4.2.3 Regaloberflächen 235
9.4.3 Prüfen von Transportwagen 237
9.4.4 Prüfen von ESD-gerechten Stühlen 237
9.4.5 Prüfen ESD-gerechter Bekleidung 239
9.4.5.1 Schuhwerk 239
9.4.5.2 Arbeitsbekleidung 241
9.4.5.3 Handschuhe und Fingerlinge 244
9.4.6 Werkzeuge 245
9.4.7 Verpackungsmaterialien 246
9.4.7.1 ESD-gerechte Folien 247
9.4.7.2 Wellpappe, leitfähig beschichtet 247
9.4.7.3 IC-Versandstangen, Rollen, Gurte usw 247
9.5 Messen der Aufladbarkeit von Materialien 248
9.5.1 Aufladbarkeit von Bodenbelägen 249
9.5.2 Aufladung von Personen beim Gehen über einen Fußboden 250
9.5.3 Aufladbarkeit von Arbeitsplatzoberflächen 251
9.6 Bestimmen der Materialeigenschaften von Verpackungsmaterialien 253
9.6.1 Oberflächenwiderstand 253
9.6.2 Volumenwiderstand 255
9.6.3 Abschirmverhalten 255
9.6.4 Ableitzeitmessung - Static decay time 258
8
9.7 Entladezeit-Ionisatoren 260
9.8 Luftfeuchtigkeit und Temperatur 263
9.9 Einige Probleme beim Messen elektrostatischer Kenngrößen 263
10 ESD-Normung 265
10.1 Stand und Tendenzen bei der ESD-Normung 265
10.2 ESD-Normung DIN EN 61340-5-1 [7] und DIN EN 61340-5-2 [8] 270
10.2.1 Anwendungsbereich 270
10.2.2 Grundspezifikation - Allgemeine Anforderungen - Allgemeines . . 271
10.2.3 Definitionen 272
10.2.4 ESD-Kontrollprogramm 275
10.2.4.1 Anforderungen an ein ESD-Kontrollprogramm 275
10.2.4.2 ESD-Koordinator 276
10.2.4.3 Anpassung 276
10.2.4.4 ESD-Kontrollprogramm 277
10.2.4.5 Anforderungen an die ESD-Schutzzone (EPA) 282
10.2.4.6 Kennzeichnung von ESDS-, ESD-gerechten Materialien und
Ausrüstungen sowie ESD-Arbeitsplätzen und -Bereichen 302
10.3 Anforderungen an ESD-gerechte Transportmittel
und Verpackungen 305
10.4 ESD-Kontrollmaßnahmen bei Einkauf, Wareneingang, Lagerung . 308
10.5 Schulung des Personals 310
10.6 Qualitätsverantwortung 311
10.7 Normgerechte Mess- und Prüfverfahren für
ESD-Kontrollmaßnahmen und Materialien,
die in einer EPA eingesetzt werden sollen 316
10.7.1 Widerstandsmessungen 316
10.7.1.1 Oberflächenwiderstand 317
10.7.1.2 Ableitwiderstand 317
10.7.1.3 Vergleich und Beurteilung der Mess verfahren
für Ableit- und Oberflächenwiderstände 317
10.7.2 Tägliche Kontrolle von Handgelenk-Erdungsarmbändern und
Schuhen 318
10.7.3 Normgerechtes Prüfen von Materialien und Ausrüstungen 320
10.8 Besondere Anforderungen 320
10.8.1 Anforderungen bei niedriger Luftfeuchtigkeit 320
10.8.2 Anforderungen an ESD-gerechte Reinraumbereiche 321
10.8.3 Anforderungen an Bereiche, in denen
mit offenen Spannungen gearbeitet wird 321
10.9 Muster für ein ESD-Kontrollprogramm 322
9
11 Praktische Messungen und Erfahrungen 335
11.1 Erfahrungen bei der Messung von Fußböden sowie
Arbeitsplatzoberflächen nach der aktuellen ESD-Norm
DINEN 61340-5-1 335
11.2 Erfahrungen bei der Messung von Verpackungsmaterialien für
elektronische Bauelemente und Baugruppen nach der aktuellen
ESD-Norm DIN EN 61340-5-1 349
12 Literatur 357
12.1 Kapitel 1 357
12.2 Kapitel 2 357
12.3 Kapitel 3 358
12.4 Kapitel 4 358
12.5 Kapitel 5 359
12.6 Kapitel 6 359
12.7 Kapitel 7 359
12.8 Kapitel 8 und 9 360
12.9 Kapitel 10 361
12.10 Kapitel 11 362
Stichwortverzeichnis 363
10
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