Arbeitskreise

Leitung: Reinhold Gärtner

ESD-empfindliche Komponenten können bei unkontrollierter elektrostatischer Entladung zerstört oder vorgeschädigt werden. Unter „ESD-empfindliche Komponenten“ (engl.: ESD sensitive device, ESDS) fallen zum Beispiel integrierte Schaltungen (engl.: integrated circuits, ICs) und bestückte Leiterplatten (engl.: printed circuit boards, PCBs) ohne Gehäuse, aber auch elektronische Komponenten und Subkomponenten, wie zum Beispiel Steuergeräte (engl.: electronic control units, ECU), mit zugänglichen Steckverbindungen, sofern diese Steckverbindungen kontaktiert werden.

In der Fahrzeugumgebung kommen sehr viele isolierende – und damit hoch aufladbare Materialien – zur Verwendung und auch nicht ausreichend geerdete Mitarbeiter können sich ebenfalls auf mehrere tausend Volt aufladen. Deshalb wird das Risiko für die empfindlichen Baugruppen durch entsprechende Maßnahmen auf den Baugruppen abgesichert. Diese On-Board-Schutzmaßnahmen werden durch ESD-Tests auf Systemebene mit mehreren tausend Volt während der Qualifikation auch überprüft. Zusätzlich können aber auch Entladungen beim Anstecken von Kabelbäumen auftreten, die typischerweise als Kabelentladungen (engl.: cable discharge event, CDE) beschrieben werden. Für Kabelentladungen gibt es heute keine anerkannte Qualifikationsmethodik. Daher müssen die entsprechenden Risiken über Maßnahmen zur Begrenzung der Aufladung der Kabel abgesichert werden.

Die derzeit praktizierten ESD-Prüfmodelle können nicht alle in der Praxis vorkommenden ESD-Gefährdungen abdecken. Ziel des Arbeitskreises ist daher die Erarbeitung und Weiterentwicklung einer Richtlinie zur Reduktion der Gefährdung und Schädigung ESD-empfindlicher Komponenten durch Entladephänomene in der Fahrzeugmontage, um damit Automobilhersteller bei der Einführung entsprechender Schutzmaßnahmen zu unterstützen.

Leitung: Prof. Peter Jacob

In der Verarbeitung von Mikroelektronik sind heute ESD-geschützte Bereiche (EPA = ESD Protected Area) gang und gäbe geworden. Mit genauen Vorgaben über deren Ausstattung befassen sich zahlreiche national und international anerkannte Standards, wie z. B. IEC 61340 (mit Untergruppen). In diesen werden sehr genaue Vorgaben und Empfehlungen betreffend Bodenleitfähigkeit, ableitfähige Schuhe, Mäntel, Handschuhe, Ableitmaßnahmen und Zugangsmessungen zur EPA usw. gemacht, um eine „ESD-Hygiene“ durchzusetzen. Mittels standardisierter Audits wird zudem die kontinuierliche Einhaltung der betreffenden Vorgaben/Vorschriften streng überwacht.

Nähere Untersuchungen und die Erfahrungen der vergangenen Jahre haben aufgezeigt, dass sich die ESD-Problematik eindeutig von der Handhabung durch Personen weg und hin zu maschinen-spezifischen Problemen verlagert hat. Nur noch in wenigen Fällen erfolgt eine direkte manuelle Handhabe von ESD-empfindlichen Bauteilen (ESDS) während der Herstellungs- oder Verarbeitungsprozesse. Die meisten derartigen Prozesse laufen heute robotisch ab. Die Prozessmaschinen waren früher fast vollständig aus Metall gefertigt und mit elektromotorischen/elektromagnetischen Antrieben versehen und somit quasi automatisch an nahezu allen Stellen mehr oder weniger gut geerdet. Hier hat sich aber ein Wandel vollzogen: Die elektromotorischen Antriebe wurden in vielen Fällen durch Druckluft- oder Saugluftvorrichtungen ersetzt, Metallschienen wurden durch Teflon und andere abriebarme Kunststoffe ersetzt, Zahnräder und Metallketten wichen nicht-ESD-konformen Zahnriemen und metallische Oberflächen wurden, teils aus Designgründen, eloxiert oder mit abriebfesten Schutzlacken versehen. Gleichzeitig wurde die Prozessgeschwindigkeit (Durchsatz) in den meisten Abläufen massiv erhöht. Zusammen genommen ist dabei eine unübersichtliche Vielfalt neuer, durch die robotischen Prozesse verursachter ESD-Risiken entstanden, die weder von den wenigen Standards zur Thematik erfasst werden, noch ins Bewusstsein vieler ESD-Verantwortlicher vorgedrungen sind.

Die unüberschaubare Vielfalt an Prozessanlagen verhindert die Entstehung verbindlicher Standards für die ESD-Risikoabschätzung robotischer Prozesse und Abläufe. Solche Risikoabschätzungen erfordern sowohl ein tiefgreifendes Verständnis über die in vielen Fällen nicht trivialen elektrostatischen Effekte als auch ein ingenieurmäßiges Vorgehen an der Prozessanlage, um die kritischen Stellen zu identifizieren. Zusätzlich ist die Kenntnis der hierfür erforderlichen speziellen Messtechnik notwendig.

Ziel dieses Arbeitskreises ist die Erarbeitung und Weiterentwicklung einer Richtlinie, in der die solchen Evaluationen zugrunde liegende Systematik beschrieben und zusätzliche Hinweise, vertiefende Erklärungen und Vorschläge zu Abhilfemaßnahmen gegeben werden, um dem engagierten ESD-Koordinator eine praktische Arbeitshilfe an die Hand zu geben.