ESD-sikring er kvalitetssikring
6. februar 2018
Af Claus Hillker, ESD-Specialist, ZENITECH
Bragt i Aktuel Elektronik, dec. 2017
Vinteren nærmer sig, vi har haft de første morgener med is på bilruderne, luftfugtigheden indenfor er for nedadgående og det kan mærkes på antallet af henvendelser om ’mystiske’ fænomener der skyldes statisk elektricitet
De mystiske fænomener er sjældent så mystiske endda, når man først kommer til bunds i dem, men de er en klar indikator på at det er nødvendigt at tage sine forhåndsregler, året rundt.
Elektronik og ESD (Electro Static Discharge) er en rigtig dårlig kombination – det budskab er efterhånden trængt igennem til de fleste i branchen, og derfor reagerer mange da også prompte når de pludselig oplever at få stød når luftfugtigheden falder. Desværre er det alt for sent at reagere når man kan registrere den statiske elektricitet på egen krop! Skal man overholde standarderne for ESD i relation til håndtering af elektronik, ligger grænseværdien 20-30 gange under hvad vi kan registrere uden at tage måleudstyr til hjælp.
Når vi pludselig kan registrere ESD på egen krop, og måske også oplever følgerne, som her-og-nu fejl på de produkter der håndteres, er det kun den berømte top af isbjerget vi ser. Langt de fleste skader forårsaget af ESD ligger og lurer i det skjulte, og viser sig ofte først længe efter de blev påført komponenten. Det er skader der har medført reduceret holdbarhed eller performance på komponenterne, og over tid fører til fejl. Oftest fejl der først optræder når produktet er taget i brug, og derfor medfører betydelige ekstraomkostninger til reklamationsbehandling, udskiftning eller reparation, og måske endnu værre, også en kunde der kigger sig om efter en anden leverandør næste gang..
Den initielle skade fra en ESD-påvirkning kan opstå på et vilkårligt tidspunkt i den lange vej fra komponentproducent, gennem distributionsleddet, til varemodtagelse, indgangskontrol og montage – men naturligvis også efter montagen. Mange tror fejlagtigt at en følsom komponent bliver mindre påvirket af ESD når først den er nået frem til sit bestemmelsessted og loddet fast på et printkort. Det er ikke tilfældet! – der er forhold der ændrer sig undervejs, men der er ikke noget der fritager et bestykket printkort for at være ESD-følsomt.
Forsinkede fejl – langsigtede konsekvenser
En producent af drikkevareautomater introducerer en ny model i det tidlige forår. Den sælger godt de første måneder og alt er fint. Hen på sommeren begynder et af de tre printkort i automaterne at fejle i flere og flere tilfælde. Det er udgangene til de mange ventiler der brænder af. Der laves undersøgelser – der spekuleres på om de indkøbte magnetspoler alligevel var for billige, siden de spontant brænder udgangen af her i sommervarmen, eller driveren er underdimensioneret, til trods for grundige interne tests. Man får undersøgt nogle af de brændte driver ic’er og konkluderer at det må være overbelastning. Jagten går ind på kraftigere drivere der kan være på det afsatte areal, så der kan laves et nyt layout, der stadig kan sidde i det chassis der står ude ved kunderne. En masseudskiftning af printkort tegner sig i horisonten..
Får det nogen effekt? – Ja, måske, for produktionen af de nye printkort kommer til at foregå i slutningen af august, så producenten laver ikke nær så mange ESD-skader på printene, som han gjorde i februar og marts da de første store serier blev kørt, og montørerne der skal skifte print ude hos kunderne storsveder i den fugtige sensommerluft.
Det kostede en masse penge, men nu er der helt styr på det, tænker automatproducenten, og glæder sig til at indtage hele det europæiske marked hen over vinteren. Næste sommer er problemet til stor overraskelse det samme på de nye automater…
Ovenstående er et eksempel på hvad der sker, når man bliver sendt i forkert retning, af et overset ESD-problem. Eksemplet er omskrevet til andet produkt og kontekst, for jeg udleverer aldrig en kunde, men problematikken er desværre ganske nærværende alligevel. En forsinket opstået skade, initieret af en ESD-hændelse i produktionsforløbet, eller under montage af printet på dets plads i slutproduktet, men som først viser sig efter nogen tids drift hvorefter den beskadigede del giver op, på mere eller mindre spektakulær vis.
En prototype er lige så følsom – og lige så værdifuld
Om ESD-skaden som i eksemplet sker på en produktionsserie, eller det foregår på de eksemplarer udviklingsafdelingen får produceret til EMC og fieldtest, og måske selv håndterer lidt lemfældigt under test og programmering, er reelt ligegyldigt. Det handler om at være opmærksom på hvad ESD betyder for din produktkvalitet. Tænk også på hvad omkostningen er når ESD er skyld i forkerte beslutninger undervejs i en udviklingsproces, og måske koster et ekstra, egentlig unødvendigt, designrul og en forlænget time to market.
Ovenstående, og desværre alt for mange lignende eksempler, ude i den danske industri, bør få såvel den tekniske som den økonomiske del af ledelsen til at vågne op. Alt for mange har gennem tiden valgt blot at negligere ESD-sikring som værende unødvendigt – for ’vi ser jo aldrig fejl på grund af ESD’. Det er ikke nødvendigvis sket af ond vilje – men i langt de fleste tilfælde nok grundet manglende kendskab til ESD-skadernes natur. Naturligvis koster ESD-sikring noget – både i arbejdsindsats og i anskaffelse af nødvendigt udstyr – men som alle andre kvalitetstiltag vil det over tid også kunne ses på bundlinjen, som resultat af færre fejl og reklamationer. Har man først fået styr på sin ESD-sikring, og kan dokumentere det – så kan det derimod vendes til en konkurrenceparameter, ligesom al anden kvalitetssikring.
Når man vil sikre sig mod ESD-skader, er der en hel pallette af værktøjer og metoder der kan anvendes i forskellige situationer, men det absolut vigtigste punkt er at ESD-sikring skal forankres i personalegruppen. Ikke kun det personale der håndterer elektronik rent fysisk, men også alle de personer udenom processerne der ’bare lige skal…’ og derfor periodisk kommer i kontakt med produkterne undervejs. Det er vigtigt at opbygge den viden og respekt omkring problemet, som udmønter sig i at alle fra direktøren til fejedrengen ved hvor grænserne går – og respekterer dem.
”DS/EN 61340-5-1 Elektrostatik – Del 5-1: Beskyttelse af elektroniske komponenter mod elektrostatiske fænomener – Generelle krav” er den standard der gælder for ESD sikring, og dækker såvel de organisatoriske som de tekniske aspekter ved at sætte pligter og grænseværdier op. Den praktiske implementation, og mange beslutninger er, især efter den seneste revision for et års tid siden, overladt til brugeren – det gør ikke arbejdet ved at implementere fuld ESD-sikring mindre, men nogle områder er blevet betydelig nemmere at tilpasse til ens konkrete situation og behov.
Artiklen er bragt i Aktuel Elektronik, nr. 15, december 2017
Bragt i Aktuel Elektronik, dec. 2017
Vinteren nærmer sig, vi har haft de første morgener med is på bilruderne, luftfugtigheden indenfor er for nedadgående og det kan mærkes på antallet af henvendelser om ’mystiske’ fænomener der skyldes statisk elektricitet
De mystiske fænomener er sjældent så mystiske endda, når man først kommer til bunds i dem, men de er en klar indikator på at det er nødvendigt at tage sine forhåndsregler, året rundt.
Elektronik og ESD (Electro Static Discharge) er en rigtig dårlig kombination – det budskab er efterhånden trængt igennem til de fleste i branchen, og derfor reagerer mange da også prompte når de pludselig oplever at få stød når luftfugtigheden falder. Desværre er det alt for sent at reagere når man kan registrere den statiske elektricitet på egen krop! Skal man overholde standarderne for ESD i relation til håndtering af elektronik, ligger grænseværdien 20-30 gange under hvad vi kan registrere uden at tage måleudstyr til hjælp.
Når vi pludselig kan registrere ESD på egen krop, og måske også oplever følgerne, som her-og-nu fejl på de produkter der håndteres, er det kun den berømte top af isbjerget vi ser. Langt de fleste skader forårsaget af ESD ligger og lurer i det skjulte, og viser sig ofte først længe efter de blev påført komponenten. Det er skader der har medført reduceret holdbarhed eller performance på komponenterne, og over tid fører til fejl. Oftest fejl der først optræder når produktet er taget i brug, og derfor medfører betydelige ekstraomkostninger til reklamationsbehandling, udskiftning eller reparation, og måske endnu værre, også en kunde der kigger sig om efter en anden leverandør næste gang..
Den initielle skade fra en ESD-påvirkning kan opstå på et vilkårligt tidspunkt i den lange vej fra komponentproducent, gennem distributionsleddet, til varemodtagelse, indgangskontrol og montage – men naturligvis også efter montagen. Mange tror fejlagtigt at en følsom komponent bliver mindre påvirket af ESD når først den er nået frem til sit bestemmelsessted og loddet fast på et printkort. Det er ikke tilfældet! – der er forhold der ændrer sig undervejs, men der er ikke noget der fritager et bestykket printkort for at være ESD-følsomt.
Forsinkede fejl – langsigtede konsekvenser
En producent af drikkevareautomater introducerer en ny model i det tidlige forår. Den sælger godt de første måneder og alt er fint. Hen på sommeren begynder et af de tre printkort i automaterne at fejle i flere og flere tilfælde. Det er udgangene til de mange ventiler der brænder af. Der laves undersøgelser – der spekuleres på om de indkøbte magnetspoler alligevel var for billige, siden de spontant brænder udgangen af her i sommervarmen, eller driveren er underdimensioneret, til trods for grundige interne tests. Man får undersøgt nogle af de brændte driver ic’er og konkluderer at det må være overbelastning. Jagten går ind på kraftigere drivere der kan være på det afsatte areal, så der kan laves et nyt layout, der stadig kan sidde i det chassis der står ude ved kunderne. En masseudskiftning af printkort tegner sig i horisonten..
Får det nogen effekt? – Ja, måske, for produktionen af de nye printkort kommer til at foregå i slutningen af august, så producenten laver ikke nær så mange ESD-skader på printene, som han gjorde i februar og marts da de første store serier blev kørt, og montørerne der skal skifte print ude hos kunderne storsveder i den fugtige sensommerluft.
Det kostede en masse penge, men nu er der helt styr på det, tænker automatproducenten, og glæder sig til at indtage hele det europæiske marked hen over vinteren. Næste sommer er problemet til stor overraskelse det samme på de nye automater…
Ovenstående er et eksempel på hvad der sker, når man bliver sendt i forkert retning, af et overset ESD-problem. Eksemplet er omskrevet til andet produkt og kontekst, for jeg udleverer aldrig en kunde, men problematikken er desværre ganske nærværende alligevel. En forsinket opstået skade, initieret af en ESD-hændelse i produktionsforløbet, eller under montage af printet på dets plads i slutproduktet, men som først viser sig efter nogen tids drift hvorefter den beskadigede del giver op, på mere eller mindre spektakulær vis.
En prototype er lige så følsom – og lige så værdifuld
Om ESD-skaden som i eksemplet sker på en produktionsserie, eller det foregår på de eksemplarer udviklingsafdelingen får produceret til EMC og fieldtest, og måske selv håndterer lidt lemfældigt under test og programmering, er reelt ligegyldigt. Det handler om at være opmærksom på hvad ESD betyder for din produktkvalitet. Tænk også på hvad omkostningen er når ESD er skyld i forkerte beslutninger undervejs i en udviklingsproces, og måske koster et ekstra, egentlig unødvendigt, designrul og en forlænget time to market.
Ovenstående, og desværre alt for mange lignende eksempler, ude i den danske industri, bør få såvel den tekniske som den økonomiske del af ledelsen til at vågne op. Alt for mange har gennem tiden valgt blot at negligere ESD-sikring som værende unødvendigt – for ’vi ser jo aldrig fejl på grund af ESD’. Det er ikke nødvendigvis sket af ond vilje – men i langt de fleste tilfælde nok grundet manglende kendskab til ESD-skadernes natur. Naturligvis koster ESD-sikring noget – både i arbejdsindsats og i anskaffelse af nødvendigt udstyr – men som alle andre kvalitetstiltag vil det over tid også kunne ses på bundlinjen, som resultat af færre fejl og reklamationer. Har man først fået styr på sin ESD-sikring, og kan dokumentere det – så kan det derimod vendes til en konkurrenceparameter, ligesom al anden kvalitetssikring.
Når man vil sikre sig mod ESD-skader, er der en hel pallette af værktøjer og metoder der kan anvendes i forskellige situationer, men det absolut vigtigste punkt er at ESD-sikring skal forankres i personalegruppen. Ikke kun det personale der håndterer elektronik rent fysisk, men også alle de personer udenom processerne der ’bare lige skal…’ og derfor periodisk kommer i kontakt med produkterne undervejs. Det er vigtigt at opbygge den viden og respekt omkring problemet, som udmønter sig i at alle fra direktøren til fejedrengen ved hvor grænserne går – og respekterer dem.
”DS/EN 61340-5-1 Elektrostatik – Del 5-1: Beskyttelse af elektroniske komponenter mod elektrostatiske fænomener – Generelle krav” er den standard der gælder for ESD sikring, og dækker såvel de organisatoriske som de tekniske aspekter ved at sætte pligter og grænseværdier op. Den praktiske implementation, og mange beslutninger er, især efter den seneste revision for et års tid siden, overladt til brugeren – det gør ikke arbejdet ved at implementere fuld ESD-sikring mindre, men nogle områder er blevet betydelig nemmere at tilpasse til ens konkrete situation og behov.
Artiklen er bragt i Aktuel Elektronik, nr. 15, december 2017