靜電放電基礎(chǔ)知識第二部分– ESD控制原理– ESD控制程序

在本系列的第1部分“ ESD簡介”中，我們討論了靜電充電和放電的基礎(chǔ)知識，產(chǎn)生電荷的機(jī)制，材料，ESD損壞的類型，ESD事件和ESD敏感性。我們以以下摘要結(jié)束了我們的討論：

1、幾乎所有材料，包括導(dǎo)體，都可以帶電摩擦。

2、電荷量受材料類型，接觸和分離速度，濕度以及其他幾個因素的影響。

3、帶電物體具有靜電場。

4、靜電放電會損壞設(shè)備，因此參數(shù)會立即失效，或者ESD損壞可能是潛在的缺陷，可能無法進(jìn)行中間檢測，但可能導(dǎo)致設(shè)備過早失效。

5、靜電放電可能會在整個制造，測試，運輸，處理或操作過程中以及現(xiàn)場服務(wù)操作過程中發(fā)生。

6、由于設(shè)備放電，設(shè)備放電或靜電場導(dǎo)致的電荷轉(zhuǎn)移，均可能導(dǎo)致ESD損壞。器件對ESD的敏感性或敏感性差異很大。

要保護(hù)產(chǎn)品免受ESD損害的影響，首先要了解靜電電荷和放電的這些關(guān)鍵概念。有效的ESD控制程序需要有效的培訓(xùn)程序，所有相關(guān)人員都應(yīng)了解關(guān)鍵概念。有了這些信息，您就可以開始制定有效的ESD控制程序。在第二部分中，我們將重點介紹ESD控制和ESD控制程序開發(fā)的一些基本原理。靜態(tài)控制的基本原理

在電子制造環(huán)境中控制靜電放電（ESD）是一個巨大的挑戰(zhàn)。但是，如果我們僅關(guān)注靜態(tài)控制的六個基本原理，則設(shè)計和實施ESD控制程序的任務(wù)將變得不那么復(fù)雜。在這樣做時，我們還需要牢記墨菲定律的ESD推論：“無論我們做什么，靜電荷都將試圖找到一種放電方法。”

一、保護(hù)設(shè)計

第一個原則是設(shè)計產(chǎn)品和組件，使其盡可能不受ESD的影響。這涉及諸如使用對靜電不太敏感的設(shè)備或在設(shè)備，板，組件和設(shè)備上提供適當(dāng)?shù)妮斎氡Ｗo(hù)的步驟。對于工程師和設(shè)計師來說，矛盾的是，先進(jìn)的產(chǎn)品技術(shù)需要更小，更復(fù)雜的幾何形狀，這些幾何形狀通常更容易受到ESD的影響。ESD目標(biāo)水平行業(yè)委員會和ESD協(xié)會于2010年4月修訂的“靜電放電（ESD）技術(shù)路線圖”建議，設(shè)計人員提供過去可用保護(hù)水平的能力將降低。因此，針對人體模型的魯棒性，ESD目標(biāo)水平降低到1000伏，針對充電設(shè)備模型的魯棒性，ESD目標(biāo)水平降低到250伏，有進(jìn)一步降低這些值的趨勢。這些目標(biāo)值被認(rèn)為是使用國際標(biāo)準(zhǔn)（例如ANSI / ESD S20.20或IEC 61340-5-1）中所述的基本ESD控制方法制造和處理當(dāng)今產(chǎn)品的現(xiàn)實和安全水平。當(dāng)必須使用和處理具有較低ESD目標(biāo)水平的設(shè)備時，可能需要超出此處所述原理的專用控制。

二、定義環(huán)境中所需的控制級別。

您正在使用的最敏感或最容易受到ESD影響的ESDS？制造和運輸?shù)漠a(chǎn)品的耐壓等級是什么？為了了解所需的內(nèi)容，最好了解將在制造環(huán)境中處理的所有設(shè)備的人體模型（HBM）和充電設(shè)備模型（CDM）的敏感度級別。均于2007年發(fā)布的ANSI / ESD S20.20和IEC 61350-5-1定義了對100伏HBM敏感的物品的控制程序要求。這些標(biāo)準(zhǔn)的未來版本很可能還將解決對200伏CDM敏感的項目。有了文檔，這兩個標(biāo)準(zhǔn)都可以根據(jù)特定情況定制需求。

三、識別并定義靜電保護(hù)區(qū)（EPA）。

根據(jù)詞匯表ESD ADV1.0，ESD保護(hù)區(qū)是“具有必要的材料，工具和設(shè)備的限定位置，能夠?qū)㈧o電控制在一定程度，以最大程度地減少對ESD敏感物品的損壞”。在這些區(qū)域中，您將要處理ESD敏感項目，在這些區(qū)域中，您將需要執(zhí)行基本的ESD控制程序，包括將所有導(dǎo)電和耗散材料（包括人員）粘合或電氣連接到已知的公共接地。

四、減少靜電電荷的產(chǎn)生

如果對ESD敏感度的預(yù)測正確，則產(chǎn)品設(shè)計中的ESD保護(hù)措施將無法最大程度地降低ESD損失?？刂频牡谒膫€原則是首先減少靜電電荷的產(chǎn)生和積累。這是相當(dāng)基本的：不收費-不放電。我們首先要從EPA工作環(huán)境中消除盡可能多的靜電荷產(chǎn)生過程或材料，尤其是高電荷絕緣體，例如普通塑料。我們使用等電位聯(lián)結(jié)或附著在設(shè)備地面上，使導(dǎo)電/耗散材料保持相同的靜電勢。保持相同電位的材料之間不會發(fā)生靜電放電。在EPA中，應(yīng)使用ESD控制物品代替更常見的工廠產(chǎn)品，例如工作臺墊，地板，工作服等。接地，以減少電荷的產(chǎn)生和積累。人員通過腕帶或地板/鞋類系統(tǒng)接地。盡管應(yīng)遵循“將靜電控制在最小程度的損害水平”的基本原則，但無法完全消除電荷的產(chǎn)生。

五、消散和中和

由于我們根本無法消除EPA中所有的靜電荷，因此我們的第五個原則是安全地消散或中和那些確實發(fā)生的靜電荷。正確接地和使用導(dǎo)電或耗散材料起著重要作用。例如，開始工作的人員身上可能有負(fù)擔(dān)；他們可以通過系上腕帶或穿著ESD控制鞋踩在ESD地板上來清除電荷。電荷會接地，而不是放電到敏感部分。為防止損壞帶電設(shè)備，可用靜電耗散材料控制放電電流的大小。

對于某些物體，例如普通的塑料和其他絕緣體，由于不存在導(dǎo)電性足以在合理時間內(nèi)減少電荷的路徑，因此非導(dǎo)體接地不能消除靜電荷。如果無法從EPA中清除物體，則可以使用電離中和這些絕緣子上的電荷。電離過程產(chǎn)生負(fù)離子和正離子。相同的帶電離子被帶電物體排斥，而相反的帶電離子被吸引到帶電物體的表面，因此中和了物體（見圖1）。如果電離器處于平衡狀態(tài)，則凈電荷為零。

六、保護(hù)產(chǎn)品

我們最終的ESD控制原則是防止確實發(fā)生的放電到達(dá)易受影響的零件和組件。在EPA內(nèi)部和外部都可以使用多種ESD控制包裝和材料處理產(chǎn)品。一種方法是通過適當(dāng)?shù)慕拥鼗蚺月繁Ｗo(hù)ESD敏感產(chǎn)品和組件，以“消散”產(chǎn)品上的所有放電。第二種方法是在低電荷，導(dǎo)電/耗散的包裝中包裝，存儲或運輸ESD敏感產(chǎn)品，以便在接地時可以去除電荷。除這些特性外，用于將ESD敏感物品移至EPA之外的包裝還應(yīng)具有“放電屏蔽”的ESD控制特性。這些材料應(yīng)有效地保護(hù)產(chǎn)品免受充放電的影響，

有效的ESD控制計劃的要素

盡管這六個原則似乎很基礎(chǔ)，但它們可以指導(dǎo)我們選擇合適的材料和程序來有效地控制ESD。在大多數(shù)情況下，有效的計劃將涉及所有這些原則。沒有單一的過程或產(chǎn)品可以完成全部工作；有效的靜電控制需要完整的ESD控制程序。

我們?nèi)绾伍_發(fā)和維護(hù)將這些基本原理付諸實踐的程序？我們?nèi)绾伍_始？什么過程？我們首先要做什么？詢問十幾位專家，您可能會得到十二個不同的答案。但是，如果您深入研究，您會發(fā)現(xiàn)大多數(shù)答案都集中在相似的關(guān)鍵要素上。您還將發(fā)現(xiàn)啟動和維護(hù)ESD控制程序與許多其他業(yè)務(wù)活動和項目相似。盡管每個公司在ESD控制需求方面都是獨特的，但至少有6個關(guān)鍵要素才能成功開發(fā)，實施和維護(hù)有效的ESD控制程序（請參見圖2）。

一、建立一個ESD協(xié)調(diào)員和ESD團(tuán)隊

團(tuán)隊方法尤其適用于ESD，因為問題和解決方案跨越大多數(shù)公司的各個職能，部門，部門和供應(yīng)商。ESD團(tuán)隊的組成包括直屬員工以及部門負(fù)責(zé)人或其他管理人員。ESD團(tuán)隊可能還會涉及各種功能，例如進(jìn)貨檢驗，質(zhì)量，培訓(xùn)，自動化，包裝和測試。ESD團(tuán)隊或委員會可幫助確保各種觀點，所需專業(yè)知識的可用性以及對成功的承諾。積極的ESD團(tuán)隊有助于統(tǒng)一正在進(jìn)行的工作。

負(fù)責(zé)此ESD團(tuán)隊工作的是ESD程序協(xié)調(diào)員（“ ESD協(xié)調(diào)員”）。理想情況下，此職責(zé)應(yīng)為全職工作。但是，我們很少在理想的環(huán)境中運行，您可能必須滿足于將功能作為個人的主要責(zé)任。ESD協(xié)調(diào)員負(fù)責(zé)制定，預(yù)算和管理程序。ESD協(xié)調(diào)員還擔(dān)任公司所有ESD控制計劃領(lǐng)域的內(nèi)部ESD顧問。

二、評估您的組織，設(shè)施，流程和損失

下一步是全面了解您的環(huán)境及其對ESD的影響。有了產(chǎn)品質(zhì)量損失和ESD敏感性數(shù)據(jù)，您就可以評估您的設(shè)備，尋找可能引起ESD問題的區(qū)域和程序。注意諸如靜電產(chǎn)生材料，ESD敏感物品的人員處理程序以及ESD敏感設(shè)備與導(dǎo)體的接觸之類的事物

記錄您的流程或工作說明。觀察人員和物資在區(qū)域內(nèi)的流動。注意那些似乎最有可能引起ESD問題的區(qū)域。請記住，ESD可能會在倉庫中發(fā)生，就像在組裝區(qū)域中一樣。然后進(jìn)行徹底的設(shè)施調(diào)查或?qū)徍恕y量人員，設(shè)備和材料，以識別適當(dāng)?shù)碾娮璺秶约碍h(huán)境中是否存在靜電場。

在尋求解決方案之前，您需要確定產(chǎn)品質(zhì)量受到ESD損害的程度。這些損失可能會反映在接收報告，質(zhì)量保證和質(zhì)量控制記錄，客戶退貨，廠內(nèi)產(chǎn)量，故障分析報告以及您可能已經(jīng)擁有或需要收集的其他數(shù)據(jù)中。這些信息不僅可以確定問題的嚴(yán)重性，還可以幫助您確定需要關(guān)注的區(qū)域并確定其優(yōu)先級。在可能的情況下，應(yīng)考慮由于技術(shù)路線圖和內(nèi)部產(chǎn)品演進(jìn)而導(dǎo)致的潛在未來問題。

根據(jù)組件缺陷，返工，客戶退貨以及最終測試和檢查中的故障記錄實際和潛在的ESD損失。使用來自外部來源的數(shù)據(jù)或您的試點計劃的結(jié)果獲得其他支持。制定可通過實施ESD控制計劃實現(xiàn)的節(jié)省的估算。

您還需要識別那些對ESD最敏感的項目（組件，組件和成品），并注意其分類或耐電壓。請注意，來自兩個不同供應(yīng)商的兩個功能相同的物品可能沒有相似的ESD額定值。

三、建立并記錄您的ESD控制計劃計劃

完成評估后，您可以開始制定和記錄ESD控制計劃計劃。該計劃應(yīng)涵蓋該計劃的范圍，并包括在計劃中所選的ESD敏感度水平或以上保護(hù)ESD敏感項所需的任務(wù)，活動和程序。準(zhǔn)備并分發(fā)書面程序和規(guī)范，以使所有部門都清楚要做什么。完整記錄的程序?qū)椭鷿M足ANSI / ESD S20.20或IEC 61340-5-1的管理和技術(shù)要素，并幫助您獲得ISO 9000認(rèn)證

四、建立理由以獲得最高管理層的支持

要取得成功，ESD計劃需要最高管理層的支持，并盡可能做到最高水平。需要什么級別的承諾？為了獲得承諾，您將需要為計劃建立理由。您將需要強(qiáng)調(diào)質(zhì)量和可靠性，ESD損害的成本，ESD對客戶服務(wù)和產(chǎn)品性能的影響。如果其他公司的經(jīng)驗不足，并且您希望可以在試驗中顯示出有意義的結(jié)果，那么進(jìn)行試驗計劃可能會很有用。

準(zhǔn)備一份有關(guān)ESD控制的簡短公司政策聲明。讓高層管理人員與ESD協(xié)調(diào)員共同簽名。定期重申政策聲明和管理層對其的承諾。應(yīng)將已發(fā)布的文章（例如Terry Welsher的ESD損害的“實際”成本）提供給最高管理層。

五、制定并實施培訓(xùn)計劃

在ESD控制以及公司的ESD控制程序和程序方面對人員進(jìn)行培訓(xùn)和再培訓(xùn)。培訓(xùn)應(yīng)包括測試或其他驗證理解的方法。對生產(chǎn)線人員進(jìn)行適當(dāng)?shù)呐嘤?xùn)尤為重要。他們通常是每天必須遵守這些程序的人。全體員工的持續(xù)承諾和心態(tài)是，ESD防護(hù)是每個人的寶貴，持續(xù)的努力，是培訓(xùn)的主要目標(biāo)之一。請注意，可能有必要針對受訓(xùn)者的教育量身定制ESD培訓(xùn)。

ANSI / ESD S20.20需要書面培訓(xùn)計劃，但是，您的公司可以靈活地確定如何最好地設(shè)計計劃。

六、制定并實施合規(guī)性驗證計劃

開發(fā)和實施程序本身是顯而易見的?？赡懿荒敲达@而易見的是，需要不斷地審查，審核，分析，獲取反饋和改進(jìn)。審核對于確保ESD控制程序成功至關(guān)重要。您將被要求不斷確定該計劃的投資回報率，并證明所實現(xiàn)的節(jié)省是合理的。技術(shù)變化將決定改進(jìn)和修改。對員工和高層管理人員的反饋至關(guān)重要。管理承諾將需要加強(qiáng)。

作為計劃的一部分，包括向管理層，ESD團(tuán)隊和其他員工的報告和反饋。管理層將想知道，他們在時間和金錢上的投資在質(zhì)量，可靠性和利潤方面正在產(chǎn)生回報。ESD團(tuán)隊成員需要拍拍背部才能做好工作。其他員工可能想知道，您要求他們遵循的程序確實值得。將過程改進(jìn)過程集成到整個質(zhì)量體系中并使用諸如根源分析和糾正措施報告之類的現(xiàn)有質(zhì)量工具??，將很有幫助。當(dāng)您發(fā)現(xiàn)需要工作的區(qū)域時，請確保進(jìn)行必要的調(diào)整以使程序保持正常運行。

對程序進(jìn)行定期評估，并對設(shè)施進(jìn)行審核。您將了解您的程序是否成功并且正在為您帶來預(yù)期的回報。您將發(fā)現(xiàn)程序中的弱點并加以彌補。您將發(fā)現(xiàn)是否正在遵循該程序。

ANSI / ESD S20.20和IEC 61340-5-1需要書面的符合性驗證計劃，但是，您的公司可以靈活地確定如何最好地設(shè)計計劃。ESD TR53-01-06 ESD防護(hù)設(shè)備和材料的符合性驗證中描述了測試程序。目的是確定隨著時間的流逝，ESD設(shè)備和材料性能是否發(fā)生了重大變化。每個用戶都需要根據(jù)所處理的那些ESD敏感物品的關(guān)鍵性質(zhì)以及ESD防護(hù)設(shè)備和材料的故障風(fēng)險來制定自己的測試頻率集。

結(jié)論

ESD控制的六項原則以及ESD控制程序的制定和實施的六個關(guān)鍵要素是有效ESD控制程序的指南。

靜態(tài)控制的六項基本原則是：

1、保護(hù)設(shè)計

2、定義環(huán)境中所需的控制級別

3、識別并定義靜電保護(hù)區(qū)（EPA）

4、減少靜電電荷的產(chǎn)生

5、消散并中和

6、保護(hù)產(chǎn)品

ESD控制程序開發(fā)和實施的六個關(guān)鍵要素是：

1、建立一個ESD協(xié)調(diào)員和ESD團(tuán)隊

2、評估您的組織，設(shè)施，流程和損失

3、建立并記錄您的ESD控制計劃計劃

4、建立理由以獲得最高管理層的支持

5、制定并實施培訓(xùn)計劃

6、制定并實施合規(guī)性驗證計劃

在第三部分中，我們將仔細(xì)研究成為ESD控制程序一部分的特定過程和材料。

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