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Ionisation
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Negativauswirkungen elektrostatischer Ladungen
Verschmutzung reiner Produkte
In zunehmendem Maße werden Produkte in technisch reinen Räumen gefertigt. Gut etablierte Normenwerke (ISO 14644) definieren Reinheit und zulässige Restverschmutzung dieser Reinraumumgebungen. Jedem Reinraumkonzept liegt die Luftversorgung mit feinstgefilterter Luft zugrunde. Allerdings senkt die Luftaufbereitung in Raumlufttechnischen Anlagen den natürlichen Ionengehalt der zugeführten Luft. Dadurch – und durch die Absenkung der Luftfeuchtigkeit – verliert die Reinraumluft ihre Eigenschaft, elektrostatisch ausgleichend zu wirken.
Verstärkt wird die Problematik dadurch, dass in Reinräumen verwendete Stoffe (typisch: Kunststoffe, Quarz, Keramik, Glas und Silizium) häufig leicht aufgeladen werden können. Deshalb sind moderne Reinraumbedingungen die ideale Umgebung zum Studium elektrostatischer Ladungseffekte. Niedrige Luftfeuchtigkeit und Mangel an Erdungsmöglichkeiten sorgen dafür, dass Ladungen an Materialien und Maschinen lange erhalten bleiben. Aufgeladene Produkt- oder Arbeitsflächen ziehen Partikel der Restverunreinigungen aus der Reinraumluft an.
Haftet ein Partikel erst einmal einer aufgeladenen Oberfläche an, kann sich die Entfernung als sehr schwierig erweisen. Partikelniederschlag auf Produktoberflächen mit hohen Sauberkeitsanforderungen führt zu hohen Ausfallkosten. Studien (www.esd-management.com) belegen eindeutig, dass elektrostatische Ladungen im Reinraum ein wesentlicher Grund für Verschmutzungen von Waferoberflächen sind. Die Partikelbelastung an der Oberfläche kann die eigentlich spezifizierte ISO Reinraumklasse lokal um bis zu zwei Reinraumklassen verschlechtern.
Elektrostatische Entladungen (ESD)
Elektrostatische Entladungen sind in zunehmendem Maße verantwortlich für die Beschädigung/Zerstörung von integrierten Schaltungen und kleinstrukturigen Bauelementen. Dies geschieht in den Prozessstufen Produktion, Verpackung und Prüfung. Da die Strukturgrößen von Bauteilen und die Betriebsspannungen integrierter Schaltungen stetig kleiner werden, steigt auch die Anfälligkeit für elektrostatische Entladungen.
Kurzschlüsse oder (teil-)verdampfte Leiterbahnen sind drastische Belege für die zerstörerische Wirkung von ESD-Ereignissen.
Studien (www.esd-management.com) zeigen, dass elektrostatische Entladungen nicht nur eine direkte Verringerung des Produktionsertrages verursachen. Viel kritischer ist ein Szenario, in dem ESD-induzierte Teilschädigungen mit üblichen Komponententests nicht entdeckt werden. Spätere Ausfälle im Produkteinsatz treiben die Kosten durch Reparatur und Austausch leicht auf das 100-fache gegenüber produktionsnah entdeckten Defekten. Nach industriellen Schätzungen kommen auf jeden in der Produktion gefundenen Defekt zwei bis fünf Defekte nach Auslieferung.
Fehler/Stillstand
Der zunehmend höhere Automatisierungsgrad moderner Produktionsmaschinen bedingt eine steigende Anfälligkeit für elektrostatische Entladungen. Kernstücke jeglicher Automatisierungstechnik sind komplexe Mikroprozessoren und Mikrocontroller. Elektrostatische Entladungen, die bis vor Kurzem vielleicht „nur“ Schaltkreise auf einem Wafer zerstörten, sind zunehmend in der Lage, die Ablaufsteuerung in Mikrocontrollern zu stören. Dabei genügt die elektrostatische Störentladung an einer Stelle der robotergesteuerten Montagestraße, um den gesamten Prozessablauf der Fertigungsstrecke zu stoppen.
