Das Static Management Programm von SCS: Lösung kritischer Herausforderungen in der Elektronikbranche mit einer Industrie-4.0-basierten Lösung

In der schnelllebigen Welt der Elektronikfertigung können schon kleine Störungen zu erheblichen Rückschlägen führen. Eine der heimtückischsten Bedrohungen für Effizienz und Produktintegrität sind elektrostatische Entladungen (Electrostatic Discharge, ESD) und elektrische Überlastungen (Electrical Overstress, EOS). Das Static Management Program von SCS geht über typische Maßnahmen zur elektrostatischen Kontrolle hinaus und widmet sich diesen Herausforderungen mit einer völlig neuartigen und skalierbaren Industrie-4.0-basierten Überwachungslösung.

Die unsichtbaren Gefahren von statischer Elektrizität, ESD und EOS

Statische Elektrizität oder elektrostatische Aufladung entsteht durch ein Ungleichgewicht elektrischer Ladungen in oder auf der Oberfläche von Materialien. Sie wird durch Reibungsaufladung verursacht, ein Phänomen, das durch Kontakt und Trennung entsteht.

Elektrostatische Entladungen (ESD) treten infolge von elektrostatischer Aufladung auf, weshalb wir bei der ESD-Kontrolle versuchen, elektrostatische Aufladung zu vermeiden oder zu minimieren. Sie findet statt, wenn sich zwei Objekte mit unterschiedlichen elektrostatischen Ladungen (Potenzial) einander nähern und es zu einem schnellen, spontanen Ladungstransfer kommt. Dabei entsteht Hitze, die bei ausreichend hoher Spannung spürbar ist, aber auch bei viel niedrigeren Spannungen bereits Schaltkreise in elektronischen Geräten schmelzen kann. Im Alltag mag das ein kleines Ärgernis sein, aber in der Elektronikfertigung kann es verheerende Folgen haben. Elektrostatische Entladungen (ESD) können empfindliche Komponenten beschädigen oder zerstören, was zu kostspieligen Reparaturen, Produktionsverzögerungen und einer geringeren Zuverlässigkeit der Produkte führt.

Eine elektrische Überlastung (EOS) liegt vor, wenn elektrische Signale, die an einen Schaltkreis oder ein Gerät angelegt werden, die normalen Betriebsparameter überschreiten und im Laufe der Zeit ähnliche Schäden wie bei ESD verursachen. Sie kann durch den Verlust der Erdung oder das Vorhandensein von hochfrequentem Rauschen bzw. elektromagnetischen Störungen (Electromagnetic Interference, EMI) auf der Erdleitung verursacht werden.

Alle drei sind schwer zu kontrollieren, zu beseitigen oder zu finden, da sie mit dem bloßen Auge nicht sichtbar sind und auch der Schaden, den sie verursachen, nicht sichtbar ist.

Herausforderungen für die Elektronikbranche

Geräteschäden und Qualitätskontrolle

Moderne elektronische Geräte sind unglaublich empfindlich gegenüber statischen Entladungen. Selbst eine kleine elektrostatische Entladung kann einen Mikrochip oder einen Schaltkreis unbrauchbar machen, was zu erheblichen finanziellen Verlusten führt. Noch schlimmer ist es, wenn Unternehmen von latenten ESD-Fehlern betroffen sind. Diese treten auf, wenn elektrostatische Entladungen ein Gerät so weit schwächen oder schädigen, dass es während der Tests noch funktioniert, zur Auslieferung freigegeben wird und dann ausfällt oder sporadische Fehler aufweist. Das ist nicht nur kostspieliger in Bezug auf Garantiereparaturen, sondern kann auch zu einer frustrierten Kundschaft und einer erheblichen Rufschädigung führen.

Produktionsausfälle

Durch elektrostatische Entladungen bedingte Schäden führen oft zu einer langwierigen und schwierigen Untersuchung der Ursache und ihrer Behebung. Dadurch können Fertigungslinien lahm gelegt werden, um bestehende Probleme zu diagnostizieren und zu behoben, was wiederum verpasste Termine und eine geringere Produktivität nach sich zieht.

Einhaltung von Vorschriften

Die Nichteinhaltung von ESD-Normen wie der ANSI/ESD S20.20 kann zu Geschäftseinbußen führen, da ein großer Teil der bestehenden oder potenziellen Kundschaft ein Mindestmaß an Übereinstimmung mit der Norm verlangt.

ESD-Kontrolle in automatisierten Fertigungsstraßen

In der Vergangenheit ging es in erster Linie um die Kontrolle von ESD an Arbeitsplätzen, wo das Hauptaugenmerk auf dem Schutz vor Entladungen nach dem Human Body Model (HBM) lag. In der heutigen Zeit, in der die meisten elektronischen Produkte maschinell hergestellt werden, kämpft die Industrie mit den erforderlichen Maßnahmen für den Schutz ESD-empfindlicher Geräte während dieser Prozesse.

Die beste Lösung

Was ist also die beste Lösung, um mit dem Druck in der heutigen Fertigungslandschaft Schritt zu halten? Ein System, das auf folgenden Elementen beruht:

Ununterbrochene Überwachung

Das Static Management Program (SMP) von SCS stützt sich auf eine Kombination aus drei verschiedenen Arten von Dauerüberwachungsgeräten, Ionisatoren und der SMP-Webanwendung. Bevor wir uns mit der Datenerfassung befassen, sollten wir die Grundlagen der Dauerüberwachung bei der ESD-Kontrolle erörtern.

Dauerüberwachungsgeräte bieten eine sofortige Rückmeldung zum Status und zur Wirksamkeit verschiedener Parameter, die bei der ESD-Kontrolle zum Einsatz kommen:

• Erdung einer Person über Armband
• Erdung einer Arbeitsfläche
• Spannung des menschlichen Körpers
• Die Erdung und elektromagnetische Integrität von Werkzeugen aus Metall wie Halbleitern, Laufwerken, Flachbildschirmen und der Umgebung in der Elektronikgerätefertigung
• Statische Spannung
• Elektrostatische Entladungen
• Ausgleich und Entladungszeit von Ionisatoren

Die Dauerüberwachungsgeräte von Arbeitsplätzen bieten erhebliche Vorteile gegenüber der täglichen Prüfung von Armbändern und stellen eine effizientere und zuverlässigere Lösung zur Erfüllung der ESD-Kontrollnorm S20.20 dar. Diese Vorteile sind u. a.:

• Sofortige Erkennung eines Ausfalls des Armbandsystems, so dass das Personal sofort über etwaige Probleme informiert ist
• Ununterbrochene Überwachung, um extrem kurze Ausfälle zu erkennen, wie sie z. B. zeitweise in der Anfangsphase einer Materialermüdung aufgrund der Biegebelastung auftreten können
• Automatisierte Prüfungen und Ergebnisprotokollierung, wodurch manuelle Prüfungen überflüssig werden und das Fehlerpotenzial sinkt

Dieser proaktive Ansatz hilft, elektrostatische Entladungen zu verhindern, bevor sie empfindliche Komponenten beschädigen. Die ständige Überwachung verringert das Risiko von ESD-bedingten Schäden, macht manuelle Kontrollen überflüssig und ermöglicht es dem Personal, sich auf seine Aufgaben zu konzentrieren, wodurch die Effizienz des Arbeitsablaufs und die Produktivität verbessert werden.

Gleiche Aufmerksamkeit in allen Fertigungsphasen

Eine wirksame ESD-Kontrolle erfordert die Überwachung jeder Stufe des Fertigungsprozesses. Das SMP stellt sicher, dass alle relevanten Parameter konsequent überprüft werden, einschließlich Maschinen, Werkbänke und Personal. Durch die Wachsamkeit in allen Phasen beugt das Programm Schäden vor und bewahrt die Integrität der Produkte.

Benutzerfreundliches Tool

Für die ESD-Koordination mit mehreren Zuständigkeiten bietet das SMP leicht zu benutzende Tools, die Aufgaben rationalisieren und ein effektives Management der ESD-Protokolle ermöglichen. Diese einfache Benutzung erhöht die Effizienz und gewährleistet eine konsistente Anwendung von Maßnahmen zur ESD-Kontrolle, wodurch das Risiko von elektrostatischen Entladungen verringert wird.

Ein proaktiver Ansatz

Das SMP legt den Schwerpunkt auf einen proaktiven Ansatz für das ESD-Management. Mithilfe von Echtzeitdaten und -analysen werden Elektrostatik-Probleme gelöst, bevor sie Schaden anrichten. Diese Verlagerung von der reaktiven Problembekämpfung zum proaktiven Management steigert die Leistung, erhöht die Produktzuverlässigkeit und sorgt für eine messbare Rentabilität.

Fernüberwachung

Der Übergang zur Fernarbeit hat die Komplexität der elektrostatischen Kontrolle erhöht, aber das SMP begegnet diesem Problem mit hochentwickelter Konnektivität und Fernmanagementfunktionen. Die lokal gehostete Software, die eine Weboberfläche nutzt, ermöglicht es technischen Fachkräften, statische Aufladung zu überwachen und Equipment von jedem Ort aus zu kontrollieren, um effektive ESD-Kontrollmaßnahmen unabhängig vom Standort zu gewährleisten.

Intelligente Überwachung und Analyse

Das Static Management Program (SMP) von SCS nutzt modernste Technologien von Industrie 4.0 und IoT-fähige Geräte, um ESD-Kontrollparameter kontinuierlich zu überwachen. Dieses hochentwickelte System sammelt Echtzeitdaten, um Trends und potenzielle Probleme zu erkennen, und ermöglicht so proaktive Maßnahmen, die das Risiko von Schäden und Betriebsunterbrechungen mindern.

Die ausgefeilte Analytik von SMP ermöglicht die sofortige Erkennung von elektrostatischen Entladungen und potenziellen Komponentenausfällen, was eine schnelle Behebung ermöglicht. Das System ist so ausgestattet, dass es sofortige Warnungen und E-Mail-Benachrichtigungen ausgibt und so eine unmittelbare Reaktion und einen ununterbrochenen Betrieb gewährleistet. Mit seiner API-basierten Struktur lässt sich das SMP nahtlos in bestehende Fertigungssysteme integrieren, wodurch die Effizienz von Arbeitsabläufen ohne zusätzliche Komplexität optimiert wird.

Durch die effektives Kontrolle von ESD-, EMI- und EOS-Risiken befähigt das SMP Hersteller, sich einen Wettbewerbsvorteil zu verschaffen. Seine Möglichkeiten zur Datenerfassung und -analyse in Echtzeit verbessern nicht nur die Produktqualität, sondern tragen auch zu einer höheren Kundenzufriedenheit und potenziellen Kosteneinsparungen bei.

Woraus besteht das SMP?

Das SMP kann so umfassend oder so flexibel sein, wie Sie es brauchen, da es aus einzelnen Komponenten besteht, die verschiedene Parameter überwachen. Ein Überblick über die verschiedenen Komponenten:

Überwachungsgerät EM Aware

• Erkennt und misst elektrostatische Entladungen (ESD), statische Spannungen und Ionisierungsparameter
• Umfassendes Diagnose-Tool, das problematische Umgebungen identifiziert und Werkzeuge in einer SMT-Linie und für das manuelle Löten für die Handhabung ESD-empfindlicher Geräte qualifiziert

Abbildung 1: SMP-Überwachungsgerät EM Aware. (Bildquelle: SCS)

Überwachungsgerät Ground Master

• Überwacht die Impedanz und elektromagnetische Integrität (EMI) von acht metallischen Erdungsverbindungen an Prozesswerkzeugen in verschiedenen Arbeitsbereichen. Aufgrund der Anzahl der zu überwachenden Erdungsverbindungen ist er ideal für die Erdung von SMT-Linien geeignet.

Abbildung 2: SMP-Überwachungsgerät Ground Master. (Bildquelle: SCS)

Überwachungsgerät WS Aware

• Überwacht kontinuierlich der Integrität des Erdungspfades von Personal, leitfähigen oder ladungsableitenden Arbeitsflächen und Metallwerkzeugen
• Mit den optionalen Big Brother-Remote-Terminals kann das Überwachungssystem einen Alarm auslösen, wenn sich eine Bedienperson elektrostatisch empfindlichen Komponenten nähert, ohne ihr Armband ordnungsgemäß anzuschließen.
• Das Tool mit dem Leistungsrelais von SCS kombiniert werden, das das Einschalten von Arbeitstischen, Handwerkzeugen und anderen elektronischen Geräten im Arbeitsbereich verhindert, wenn die Bedienperson nicht ordnungsgemäß geerdet ist.

Abbildung 3: SMP-Überwachungsgerät WS Aware. (Bildquelle: SCS)

Tischionisator Ion Pro™

• Der erste Ionisator, der die patentierte Ion Gauge™-Technologie nutzt und dessen Ausgleich und Entladungszeit durch das Static Management Program (SMP) überwacht wird.
• Erzielt einen optimalen Wirkungsgrad durch Verwendung einer Ionensammelplatte zum Ausgleich und zur Entladung von Werkstücken. Warnt, wenn der Ionisator aufgrund ineffizienter Neutralisierung gewartet werden muss

Abbildung 4: SMP-Tischionisator Ion Pro. (Bildquelle: SCS)

Diagnosekit

Die SMP-Diagnosekits bieten eine tragbare Möglichkeit zur Validierung von ESD-Prozessen. Mit der enthaltenen Software können die Ergebnisse von einem beliebigen PC im Netzwerk fernüberwacht werden. Der Pelican-Koffer mit maßgefertigten Einsätzen und Fächern mit Reißverschluss ermöglicht es, das System wieder zu verpacken und in den nächsten ESD-Bereich zu verlagern. Es gibt drei Kits mit jeweils unterschiedlichen Überwachungsgerätekonfigurationen:

• SMP-Diagnosekit
• ESD-Diagnosekit
• Arbeitsplatz-Diagnosekit

Abbildung 5: Der Pelikan-Koffer kann zur Aufbewahrung und zum Transport der SMP-Diagnosekits an den jeweiligen ESD-Diagnoseort verwendet werden. (Bildquelle: SCS)

Fazit

In der Elektronikbranche, in der Präzision und Zuverlässigkeit an erster Stelle stehen, bietet das Static Management Program von SCS eine zentrale Lösung für die Herausforderungen, die durch statische Elektrizität entstehen. Durch die Integration von Innovationen der Industrie 4.0 und die Anpassung an die Fernarbeitswelt verbessert dieses Programm die Sicherheit, Effizienz und Qualität von Produkten und schützt so letztlich die Rentabilität eines Unternehmens.

Für Elektronikhersteller, die ihren Betrieb sichern und höchste Qualitätsstandards in einer dynamischen, digitalen Umwelt gewährleisten wollen, ist das Static Management Program von SCS eine wichtige Investition in eine Zukunft ohne elektrostatische Entladungen.