neue Norm IEC 61340-5-1:2016

​Neue Norm IEC 61340-5-1:2016 

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​​Norm mit neuen Anforderungen im ESD-Schutz 

Seit 2016 ist die IEC 61340-5-1 - "Elektrostatik - Teil 5-1: Schutz von elektronischen Bauelementen gegen elektrostatische Phänomene - Allgemeine Anforderungen" offiziell veröffentlicht und gültig. Die Vorgängerversion ​aus dem Jahre 2007 ​verliert somit im Jahr 2019 die Gültigkeit. Die Anforderungen gemäss ​aktueller Norm gilt es somit jetzt umzusetzen!

Viele Anpassungen in technischer Hinsicht gibt es nicht. Aber ​die Krux liegt wie so oft auch hier im Detail. Nach wie vor ist eine Organisation, welche gemäss IEC 61340-5-1 einen ESD-Schutz betreiben möchte, verpflichtet, ein den eigenen Prozessen angepasstes ESD-Konzept zu erstellen, umzusetzen und weiterzuentwickeln. In der Norm wird dieses Konzept als ESD-Kontrollprogramm-Plan bezeichnet und beinhaltet verschiedene Aspekte des ESD-Schutzes wie die administrative Organisation:

  • Verantwortlichkeiten
  • Schulung / Training
  • Verifikation der Einhaltung
  • Qualifikation der ESD-Produkte

und auch technische Massnahmen müssen definiert werden:

  • ESD-Personenerdungs-Systeme (PE)
  • ESD-Arbeitsplatz-Einrichtungen (AP)
  • Verpackung und Logistik (V/L)
ESD-Kontrollprogramm-Plan

Komponenten eines ESD-Kontrollprogramm-Plans

Neben den administrativen und technischen Anforderungen, welche gemäss Norm zu erfüllen sind, sollten auch Geltungsbereiche und Zielsetzungen, welche mit dem ESD-Kontrollprogramm-Plan erreicht werden sollen, definiert werden.

Veränderte Ziele

In der alten Version der IEC 61340-5-1 wurde nur definiert, dass sich in einer normgerechten ESD-Schutzzone eine Person nicht höher aufladen sollte, als 100 V und demnach keine Entladungen von über 100 V entstehen können. Dabei spricht man von Entladungen gemäss Human Body Model (HBM). Neu gilt es auch zu verhindern, dass sich die Bauteile und isolierten Leiter, welche mit Bauteilen in Kontakt kommen, nicht bzw. nur bis zu einer gewissen Grenze aufladen werden. Somit sind nun alle drei Risiken, welche zu Schädigung oder Zerstörung von ESD-sensiblen Bauteilen führen könnten, in der Zielsetzung integriert:

  • keine Aufladungen von Personen von über +/-100 V (HBM)
  • keine Aufladungen von Bauteilen von über +/-200 V (CDM)
  • keine Aufladungen von isolierten Leitern über +/-35 V (MM)

Diese drei Zielsetzungen gilt es mit geeigneten Massnahmen umzusetzen und zu überwachen.

Angepasste Grenzwerte

Zum Teil wurden technische Grenzwerte für die Überwachung von ESD-Schutzobjekten eingeführt oder angepasst.

  • ESD-Schuhe haben einen höheren Grenzwert
  • bei ESD-Stühlen und Arbeitskleidung wurde der Grenzwert gesenkt
  • Ionisatoren müssen eine kleinere Offset-Spannung erreichen
  • Anschlusspunkte für Personenerdung sind zu überwachen

Dabei besteht zum Teil ein Zusammenhang mit den Zielsetzungen, welche definiert wurden (siehe oben). So ist z.B. die Offset-Spannung für Ionisatoren dem Ziel der "isolierten Leiter" anzugleichen, da ansonsten ein isolierter Leiter im Wirkungskreis eines Ionisators auf +/- 50 V aufgeladen werden könnte. Somit sind Ionisatoren bei einer Offset-Spannung von +/-35 V zu betreiben und zu überwachen. Die Grenzwerte bestehender Konzepte und Prüfpläne sind also zu überprüfen, anzupassen und/oder zu ergänzen.

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Einführung Produkt-Qualifikation

​Es tönt eigentlich einfach: Alle ESD-Schutzobjekte, welche in einer ESD-Schutzzone, zur Personenerdung oder als ESD-Verpackung angewendet werden, haben qualifiziert zu sein. Grundsätzlich ist der ESD-Koordinator dafür verantwortlich, dass nur qualifizierte Produkte eingesetzt werden.

Leider ist es auch in der ESD-Branche üblich, dass nicht alles so funktioniert, wie es der Lieferant ​verspricht. Oder anders gesagt: nicht alles ist als ableitfähige Verpackung einzustufen, nur weil ​sie rosa eingefärbt ist. Die Liste von Produkten, welche die gemäss Normen geforderten Definitionen nicht wirklich erfüllen, ist sehr lang. Das hat dazu geführt, dass die Produkt-Qualifikation in die Norm aufgenommen wurde.

Nun, was bedeutet es, nur qualifizierte ESD-Schutz-Produkte und -Systeme einzusetzen? Es gibt verschiedene Möglichkeiten, diese Qualifikation zu erreichen:

  • ​Zusammenarbeit mit einem Lieferanten des Vertrauens, der nur qualifizierte Produkte im Sortiment führt. Der Lieferant stellt ​die technischen Datenblätter zur Verfügung.
  • Es besteht die Möglichkeit, die Produkte selber zu qualifizieren. Dies bedingt, dass Produkte nachweislich in definierter Umgebung (12%Rh und 23°C) konditioniert werden können, bevor diese gemessen werden.
  • ​​Produkte bei einem neutralen Labor gemäss Normen testen lassen.
  • Solange keine neuen Produkte eingeführt werden, gelten auch die vorhandenen Verifikations-Berichte (Messberichte der letzten Jahre) als Qualifikation. Es kann davon ausgegangen werden, dass die bereits eingesetzten Produkte bei regelmässiger positiver Überprüfung funktionsfähig sind.

In den meisten Fällen wird vermutlich die erste Variante gewählt und mit einem Lieferanten des Vertrauens zusammengearbeitet. Es gibt genügend Hersteller und Lieferanten, welche dieses Vorhaben unterstützen und auch wirklich qualifizierte Produkte herstellen und damit handeln.

Knackpunkt ist aber wohl, dass vielerorts nicht wirklich kontrolliert werden kann, wer was und wo einkauft. Es kommt vor, dass der eine Abteilungsleiter die Tischmatten Y bei Lieferant A einkauft und ein anderer die Tischmatte Z bei Lieferant B einkauft - der ESD-Koordinator hat aber die Tischmatte Typ C freigegeben. Die Organisation sollte die Prozesse so anpassen, dass wirklich nur freigegebene Produkte eingekauft werden können - egal ob vom Einkauf oder von Abteilungsleitern!

Es zahlt sich gemäss der oben genannten Punkte aus, wenn ​die Verifikation der Einhaltung in den letzten Jahren ​gewissenhaft gemacht ​wurde. So entfällt das nachträgliche Qualifizieren und Suchen, welche Produkte wo gekauft wurden, um Datenblätter zu erhalten.

Qualifikation von Systemen

Es gibt für die Qualifikation von ESD-Produkten eine Reihe von Normen (IEC 61340-2-3 / -4-1 / -4-3 / -4-8 usw.), welche beschreiben, wie ein einzelnes Objekt zu qualifizieren ist. Dabei ist zu beachten, dass der Schuhhersteller normalerweise nur seine Schuhe qualifiziert (IEC 61340-4-3) und der Bodenhersteller nur die Eigenschaften ​seines Bodens (IEC 61340-4-1). Aber beide werden nicht jede auf dem Markt vorhandene Kombination testen können. Somit weiss prinzipiell der Anwender - Sie als Kunde von Boden und Schuhen - nicht, ob das von Ihnen angewendete Personenerdungs-System "Person / Schuhe / Boden" auch wirklich funktioniert. Es gilt also, dieses System zu qualifizieren - und das in jeder möglichen Kombination, welche vorkommen kann. ​Es ist daher empfehlenswert, einzuschränken, wie viele Sorten ESD-Bodensysteme bzw. Sorten ESD-Schuhe eingesetzt werden.

Tailoring

Faktisch kann jedes in der Norm beschriebene Element begründet weggelassen oder substituiert werden. Somit zeigt sich, dass bei richtiger Anwendung der technischen ESD-Massnahmen schon mit geringen Mitteln von einem normgerechten ESD-Schutz gesprochen werden kann. Es benötigt:

  • eine abschirmende Verpackung, so lange ESD-sensible Bauteile intern oder auch extern gelagert und/oder transportiert werden
  • eine Personenerdung und eine ESD-Arbeitsoberfläche, sobald die ESD-sensiblen Komponenten für eine weitere Verarbeitung ausgepackt werden

Dazu ist auch die oben eingefügte Skizze zu beachten. Solange ein Produkt durch die Verpackung geschützt ist, braucht es keine EPA und keine Personenerdung. Sobald ausgepackt wird, benötigt es eine EPA und eine Personenerdung. Es ist aber ausreichend, z.B. ein Handgelenkband und Spiralkabel als Personenerdung zu verwenden. Ein ESD-Boden gilt dabei als Option und ist nicht unbedingt notwendig.

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About the Author Alain Kessler

Inhaber und Berater / Über 25 Jahre Erfahrung im Bereich ESD-Schutz / Vorsitzender im technischen Komitee TK 101, Elektrostatik / Mitglied der ESDA (ESD Association in USA) / Grundausbildung im elektrotechnischen Bereich / Ingenieur FH in Betrieb und Produktion / Quality System Manager / Master of Advanced Studies (MAS) Quality Leadership / ESDA Certified Professional Program Manager

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