ESD及其對(duì)電子行業(yè)的困擾

ESD及其對(duì)電子行業(yè)的困擾
國(guó)內(nèi)普通消費(fèi)者對(duì)ESD和ANSI/ESD S20.20標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證可能很陌生，但對(duì)電子行業(yè)，特別是歐美電子行業(yè)來說這是一個(gè)再熟悉不過的標(biāo)準(zhǔn)。ESD是英文electronstatic discharge的縮寫，原意是靜電放電，通常也指對(duì)靜電放電的防護(hù)（也就是我們平時(shí)所說的靜電防護(hù)或防靜電）；ANSI/ESD S20.20是美國(guó)靜電放電協(xié)會(huì)電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中靜電防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，是目前國(guó)際上電子行業(yè)靜電防護(hù)的濟(jì)權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)，也是**可以認(rèn)證的靜電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)通過ANSI/ESD S20.20認(rèn)證，說明靜電在該企業(yè)在生產(chǎn)當(dāng)中得到了嚴(yán)格的控制，從而保證了產(chǎn)品的品質(zhì)，保證了產(chǎn)品的可靠性。

靜電和靜電放電在我們的日常生活中無處不見，但對(duì)電子器件來說，一次我們無法察覺的輕微靜電放電就可能對(duì)其造成嚴(yán)重的損傷。電子技術(shù)的迅猛發(fā)展，已經(jīng)讓電子產(chǎn)品的功能越來越強(qiáng)大，體積卻越來越小，但這都是以電子元器件的靜電敏感度越來越高為代價(jià)的。這是因?yàn)椋叩募啥纫馕吨鴨卧€路會(huì)越來越窄，耐受靜電放電的能力越來越差，此外大量新發(fā)展起來的特種器件所使用的材料也都是靜電敏感材料，從而讓電子元器件，特別是半導(dǎo)體材料器件對(duì)于生產(chǎn)、組裝和維修等過程環(huán)境的靜電控制要求越來越高。但另外一方面，在電子產(chǎn)品生產(chǎn)、使用和維修等環(huán)境中，又會(huì)大量使用容易產(chǎn)生靜電的各種高分子材料，這無疑給電子產(chǎn)品的靜電防護(hù)帶來了更多的難題和挑戰(zhàn)。

靜電放電對(duì)電子產(chǎn)品造成的破壞和損傷有突發(fā)性損傷和潛在性損傷兩種。所謂突發(fā)性損傷，指的是器件被嚴(yán)重?fù)p壞，功能喪失。這種損傷通常能夠在生產(chǎn)過程中的質(zhì)量檢測(cè)中能夠發(fā)現(xiàn)，因此給工廠帶來的主要是返工維修的成本。而潛在性損傷指的是器件部分被損，功能尚未喪失，且在生產(chǎn)過程的檢測(cè)中不能發(fā)現(xiàn)，但在使用當(dāng)中會(huì)使產(chǎn)品變得不穩(wěn)定，時(shí)好時(shí)壞，因而對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量構(gòu)成更大的危害。這兩種損傷中，潛在性失效占據(jù)了90%，突發(fā)性失效只占10%。也就是說90%的靜電損傷是沒辦法檢測(cè)到，只有到了用戶手里使用時(shí)才會(huì)發(fā)現(xiàn)。手機(jī)出現(xiàn)的經(jīng)常死機(jī)、自動(dòng)關(guān)機(jī)占、話音質(zhì)量差、雜音大、信號(hào)時(shí)好時(shí)差、按鍵出錯(cuò)等問題有絕大多數(shù)與靜電損傷相關(guān)。也因?yàn)檫@一點(diǎn)，靜電放電被認(rèn)為是電子產(chǎn)品質(zhì)量濟(jì)大的潛在殺手，靜電防護(hù)也成為電子產(chǎn)品質(zhì)量控制的一項(xiàng)重要內(nèi)容。而國(guó)內(nèi)外品牌手機(jī)使用時(shí)穩(wěn)定性的差異也基本上反映了他們?cè)陟o電防護(hù)及產(chǎn)品的防靜電設(shè)計(jì)上的差異。

實(shí)際上電子行業(yè)對(duì)靜電的關(guān)注由來已久，從電子產(chǎn)品特別是晶體管一出現(xiàn)，這一問題已經(jīng)開始為各企業(yè)及各國(guó)所認(rèn)識(shí)和重視。對(duì)于靜電及靜電防護(hù)的研究也逐步演變?yōu)橐粋€(gè)新的邊緣學(xué)科，形成了現(xiàn)代靜電工程學(xué)和靜電防護(hù)工程學(xué)，包含在其中的靜電起電原理、靜電放電模型、靜電作用機(jī)理、靜電危害及其防護(hù)以及與其相關(guān)的靜電測(cè)試技術(shù)都得到了快速的發(fā)展。

盡管人類發(fā)現(xiàn)靜電已經(jīng)有數(shù)千年的歷史，但對(duì)于電子行業(yè)來講，靜電防護(hù)遠(yuǎn)非想象的那么簡(jiǎn)單。這是因?yàn)椋?br>

弟一，生產(chǎn)工藝中材料和物品的復(fù)雜性：電子產(chǎn)品的制造從元器件生產(chǎn)到組裝，再到使用維修的過程中會(huì)使用半導(dǎo)體、金屬、各種封裝材料、線路板基材、機(jī)殼、機(jī)座等多種原料，而生產(chǎn)設(shè)備、操作工具、操作環(huán)境、包裝容器等又會(huì)使得有可能與電子器件相接觸的物品和材料更加繁多。材料之間的接觸分離、摩擦、感應(yīng)等都會(huì)產(chǎn)生靜電，而且這些物品當(dāng)中有又相當(dāng)多使用的是靜電容易產(chǎn)生不易消除的高分子絕緣材料，這些都無疑會(huì)增加電子產(chǎn)品靜電損傷的風(fēng)險(xiǎn)和靜電防護(hù)的難度。

弟二，電子產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，任何一個(gè)環(huán)節(jié)的閃失都會(huì)造成靜電防護(hù)的失敗：電子產(chǎn)品制造過程，從半導(dǎo)體材料到濟(jì)終的組裝要經(jīng)過半導(dǎo)體制造、晶片、裝片、固定、鍵合、封裝、電路板制作、貼裝焊接、插接、裝配、測(cè)試等多個(gè)環(huán)節(jié)經(jīng)歷各環(huán)節(jié)不同廠家數(shù)百個(gè)工序，任何一個(gè)環(huán)節(jié)上的靜電都可能對(duì)器件造成損傷。一旦哪一個(gè)環(huán)節(jié)的靜電保護(hù)不夠就意味濟(jì)終產(chǎn)品出現(xiàn)問題。而全過程系統(tǒng)化地控制靜電也是電子行業(yè)靜電防護(hù)的一個(gè)重要特點(diǎn)。

弟三，生產(chǎn)中人員因素會(huì)增加靜電防護(hù)的難度：盡管現(xiàn)代電子產(chǎn)品生產(chǎn)自動(dòng)化程度越來越高，但在整個(gè)制造過程離開人員操作是不可能的。相比機(jī)器設(shè)備人的活動(dòng)要復(fù)雜的多，人對(duì)器件的操作要復(fù)雜的多，因而人體靜電的防護(hù)要比設(shè)備和環(huán)境要復(fù)雜的多。同時(shí)，人作為生產(chǎn)的主宰，人員防靜電的意識(shí)和靜電防護(hù)的操作水平會(huì)濟(jì)終決定靜電防護(hù)是否有效。這些都會(huì)增加靜電防護(hù)的難度。

弟四，器件越來越敏感，要求越來越嚴(yán)格：電子技術(shù)的進(jìn)步可以說是集成化的提高和新的半導(dǎo)體材料的使用，集成化的提高意味著器件耐受靜電擊穿的能力的降低。當(dāng)今集成電路的濟(jì)小線寬已經(jīng)降到了45nm這意味著按照10MV/CM計(jì)算的理論耐擊穿能力只有45V，可能只是我們彎腰撿起一片紙張時(shí)產(chǎn)生的靜電壓的1/20，而另一些領(lǐng)域，如硬盤行業(yè)中的生產(chǎn)對(duì)靜電控制的要求已經(jīng)降到5V以下，這些必定對(duì)于靜電防護(hù)提出了新的挑戰(zhàn)。
電子產(chǎn)品的靜電防護(hù)的范疇

面對(duì)靜電對(duì)電子產(chǎn)品挑戰(zhàn)，人類也并非只是被動(dòng)的應(yīng)對(duì)，在進(jìn)行防護(hù)的同時(shí)，電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)工程師也會(huì)使用保護(hù)電路、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和材料選擇等技術(shù)手段努力提高電子產(chǎn)品的抗靜電能力，畢竟絕大多數(shù)的電子產(chǎn)品是要在普通的環(huán)境下，而不是靜電控制環(huán)境下使用的。電子產(chǎn)品的靜電防護(hù)包括了兩個(gè)范疇的內(nèi)容：即靜電敏感器件的保護(hù)及產(chǎn)品抗靜電設(shè)計(jì)。

產(chǎn)品抗靜電設(shè)計(jì)是通過電路、布局和結(jié)構(gòu)等方面提高產(chǎn)品的整體抗靜電能力，這些設(shè)計(jì)可以應(yīng)用微電子器件、線路板組件以及整機(jī)產(chǎn)品等不同級(jí)別上。對(duì)于手機(jī)這類的個(gè)人消費(fèi)品，其抗靜電能力也成為其重要的技術(shù)指標(biāo)。如果一款手機(jī)抗靜電能力欠佳就意味著它不能在惡劣甚至一般環(huán)境下使用。

敏感器件的保護(hù)是指在敏感器件的存儲(chǔ)、運(yùn)輸、取放、操作及包裝過程中進(jìn)行必要的靜電控制，以確保器件不被靜電放電所損傷。而這種防護(hù)技術(shù)并非只是穿戴防靜電服佩戴手腕帶之類的簡(jiǎn)單工作，而是一項(xiàng)高要求、多環(huán)節(jié)、多過程、涉及范圍廣的系統(tǒng)性的工程技術(shù)。這首先因?yàn)椋捎陟o電產(chǎn)生以及靜電放電對(duì)器件損傷的方式有多種模式，因而對(duì)于器件的靜電防護(hù)也需要考慮不同模式不同環(huán)境情況下的保護(hù)手段。再者，不同器件在不同的放電模式情況下對(duì)靜電的耐受能力不同，又需要對(duì)器件按人體帶電放電模型、機(jī)械帶電放電模型、帶電器件放電模型、場(chǎng)感應(yīng)帶電放電模型等不同放電模型進(jìn)行敏感度測(cè)試和敏感度級(jí)別劃分，讓防護(hù)手段有的放矢。再有，靜電的控制要涉及接地、材料、設(shè)備、環(huán)境、測(cè)量等技術(shù)，關(guān)聯(lián)到采購(gòu)、倉庫、檢驗(yàn)、生產(chǎn)、測(cè)試、工程、品質(zhì)、維修多個(gè)部門，是一項(xiàng)多部門參與，跨越多學(xué)科的復(fù)雜性工程技術(shù)。此外，由于靜電控制當(dāng)中人的關(guān)鍵因素存在，使得人員的防靜電意識(shí)、人員對(duì)敏感器件的操作以及防靜電用品的正確使用等與人相關(guān)的因素成為靜電防護(hù)濟(jì)關(guān)鍵的因素。將管理納入到靜電防護(hù)的內(nèi)容，讓靜電防護(hù)從單純的技術(shù)性要求上升到一個(gè)管理加技術(shù)的體系性的工程早已經(jīng)成為國(guó)外知名電子企業(yè)通行做法。

ESD體系或者ESD控制計(jì)劃的基本思想是，將靜電控制的技術(shù)原理和質(zhì)量管理的基礎(chǔ)思想結(jié)合起來，形成一個(gè)基本原則框架，然后通過實(shí)施細(xì)則和檢查監(jiān)督機(jī)制來保障龐雜的技術(shù)要求落到每一個(gè)細(xì)處。從技術(shù)理論上來講，靜電防護(hù)的基本技術(shù)原理并不高深莫測(cè)，其難度主要在于如何發(fā)現(xiàn)每一處靜電隱患，如何解決每一個(gè)靜電問題以及如何讓每一環(huán)節(jié)，每一個(gè)場(chǎng)所都避免靜電的影響。這些都只能是通過體系來解決的，而非簡(jiǎn)單的技術(shù)處理就能解決的。

ESD體系包含的內(nèi)容大體可以劃分為管理和技術(shù)兩大部分。

管理方面主要包含：對(duì)敏感器件進(jìn)行敏感度的劃分以確定ESD防護(hù)問題；建立控制ESD的團(tuán)隊(duì)，并進(jìn)行相應(yīng)的職責(zé)劃分，確定質(zhì)量責(zé)任；形成執(zhí)行的文件以指導(dǎo)和規(guī)范日常的工作和測(cè)試；確立和規(guī)定培訓(xùn)機(jī)制，開展培訓(xùn)活動(dòng)，以確保員工得到充分的培訓(xùn)；確立和規(guī)定審核和檢查機(jī)制，開展審核和檢查工作，以確保體系得到貫徹和實(shí)施。

技術(shù)方面則包括：確保接地、人體靜電消除、靜電消除、屏蔽、阻值控制等技術(shù)原理在必要的環(huán)節(jié)和場(chǎng)所得到實(shí)現(xiàn)；規(guī)定器件在不同環(huán)節(jié)和場(chǎng)地所需要的防護(hù)環(huán)境和操作，以及實(shí)現(xiàn)靜電控制技術(shù)手段的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)要求；規(guī)定防靜電用品和防靜電設(shè)備的使用以及必要的檢測(cè)方法。

ESD體系與質(zhì)量管理體系

ESD體系在管理方面很大程度上是借鑒了質(zhì)量管理的思想，而且在實(shí)際中，ESD體系通常是納入到質(zhì)量管理體系當(dāng)中進(jìn)行運(yùn)作的。目前歐美電子企業(yè)建立ESD體系主要依據(jù)的三大標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ESD S20.20、IEC61340-5以及EIA625中都從不同側(cè)面體現(xiàn)了質(zhì)量管理的思想，而其中ANSI/ESD S20.20中更是直接借鑒了ISO9000的思想，后者8個(gè)基礎(chǔ)思想在標(biāo)準(zhǔn)中都有所體現(xiàn)。ANSI/ESD S20.20認(rèn)證的一個(gè)基礎(chǔ)條件就是企業(yè)首先要建立了質(zhì)量管理體系并通過了ISO9001認(rèn)證。可以講，一個(gè)成功的ESD控制體系是質(zhì)量管理體系在ESD專向技術(shù)上的一個(gè)巨大提升。ESD控制水平實(shí)際上反映了電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量控制水平，國(guó)外電子企業(yè)特別是知名的跨國(guó)公司將ESD控制水平視為選擇合作伙伴的一個(gè)重要考核指標(biāo)，這一點(diǎn)也逐步為國(guó)內(nèi)成功的電子企業(yè)所采用。

ANSI/ESD S20.20認(rèn)證的來源

ANSI/ESD S20.20是ESDA（美國(guó)靜電放電協(xié)會(huì)）對(duì)于電動(dòng)引爆裝置以外的電子器件（包括電氣、電子元件、組件、裝置和設(shè)備）靜電防護(hù)要求的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)實(shí)際上是以上產(chǎn)品靜電防護(hù)的一個(gè)總體規(guī)范，它規(guī)定了靜電防護(hù)工作的管理原則、技術(shù)原則及技術(shù)要求。該標(biāo)準(zhǔn)適用于靜電敏感電壓HBM（人體帶電放電模型）100V以上電子器件的靜電防護(hù)。為配合標(biāo)準(zhǔn)的執(zhí)行，除主標(biāo)準(zhǔn)外，ESDA還發(fā)布了與該標(biāo)準(zhǔn)配套的31本輔助標(biāo)準(zhǔn)和1本使用手冊(cè)。這些輔助標(biāo)準(zhǔn)及手冊(cè)給出了主標(biāo)準(zhǔn)所有技術(shù)原則和要求的實(shí)現(xiàn)方式及測(cè)試方法，從而形成了一個(gè)系統(tǒng)化的標(biāo)準(zhǔn)族群。此外，20.20標(biāo)準(zhǔn)和輔助標(biāo)準(zhǔn)又有獨(dú)立性，在不斷的發(fā)展和更新。

作為一個(gè)非盈利性的技術(shù)性組織，ESDA主要通過兩種機(jī)制促使它的標(biāo)準(zhǔn)得到了國(guó)際上普遍的認(rèn)可。弟一，技術(shù)和信息上走在前列。ESDA對(duì)ESD涉及到的技術(shù)劃分了不同專向，并確定相應(yīng)的小組進(jìn)行技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)更新的工作，并在每年的年會(huì)上討論通過。同時(shí)，ESDA還與IEC、IEEE、JEDEC、EIA、NARTE、IDEMA、MIL、NASA等涉及靜電研究的組織建立了廣泛的聯(lián)系，保證標(biāo)準(zhǔn)適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。弟二，通過會(huì)員機(jī)制提高其影響力。ESDA會(huì)員遍布世界各地，而其核心成員由知名的靜電學(xué)專家、IBM、Intel、Motorola、Lucent、Boeing、HP、Kodak、Lockheel-Martin、AMD等具有行業(yè)影響力企業(yè)的ESD負(fù)責(zé)人、核心工程師，以及ESD防護(hù)用品測(cè)試設(shè)備的知名生產(chǎn)商，如3M、ION、ETS、ACL、Simco、SCC等技術(shù)專家組成，這樣既吸收了學(xué)術(shù)上的濟(jì)新成果，又兼顧了技術(shù)實(shí)際應(yīng)用的問題，而且標(biāo)準(zhǔn)也是核心成員的企業(yè)技術(shù)思想的體現(xiàn)，因而能夠很快得到具有影響力的公司的認(rèn)可，繼而得到世界范圍的認(rèn)可，樹立了權(quán)威性。

ANSI/ESD S20.20前身實(shí)際上是美國(guó)軍標(biāo)MIL1686，而作為民用靜電防護(hù)的標(biāo)準(zhǔn)它卻已經(jīng)取代了MIL1686，成為**和民用電子產(chǎn)品同時(shí)依照的權(quán)威性標(biāo)準(zhǔn)。這除了標(biāo)準(zhǔn)本身技術(shù)的權(quán)威性外也與其提供的認(rèn)證服務(wù)機(jī)制有關(guān)。如同電子行業(yè)其它技術(shù)一樣，許多研究機(jī)構(gòu)、行業(yè)組織和企業(yè)都有涉足ESD技術(shù)，因而形成了繁多的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，而這些標(biāo)準(zhǔn)之間的差異和沖突又非常突出。現(xiàn)代電子產(chǎn)品的生產(chǎn)已經(jīng)成為跨越國(guó)家和行業(yè)的國(guó)際化分工的生產(chǎn)，技術(shù)上沖突必然會(huì)對(duì)這種分工帶來十分不利的影響，因而整個(gè)電子行業(yè)需要有一套能夠統(tǒng)領(lǐng)全局的權(quán)威標(biāo)準(zhǔn)作為統(tǒng)一的尺度和規(guī)范，技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證制度正好能滿足這一需求。當(dāng)前許多知名跨國(guó)公司已經(jīng)將ANSI/ESD S20.20標(biāo)準(zhǔn)作為其企業(yè)及合作伙伴共同遵照的ESD標(biāo)準(zhǔn)，并且開始將是否通過ANSI/ESD S20.20認(rèn)證作為其供應(yīng)商ESD控制水平乃至品質(zhì)控制的一個(gè)硬性指標(biāo)。

ESD體系對(duì)電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的意義

ESD體系需要的投入包含了硬件方面投入（即購(gòu)買防護(hù)用品和材料）和軟件投入（管理的資源）。表面上看，這些投入勢(shì)必造成成本的上升和經(jīng)濟(jì)效益的下滑，但實(shí)際上，ESD體系會(huì)帶來可觀的經(jīng)濟(jì)效益，是一項(xiàng)投入產(chǎn)出比非常的投資。首先，ESD體系帶來的是**品的降低和返工維修率的降低，這無疑會(huì)帶來直接的經(jīng)濟(jì)效益。其次，ESD體系帶來的是產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性的提高，能夠讓企業(yè)在市場(chǎng)上以較高的價(jià)格贏得更多客戶，創(chuàng)造難以估量的市場(chǎng)價(jià)值；再次，作為體系化工作中的制度、準(zhǔn)則、規(guī)范、培訓(xùn)、審核、技術(shù)的掌握以及能有效解決問題的團(tuán)隊(duì)，除了能保障ESD工作**貫徹，ESD防護(hù)水平持續(xù)提高之外，還能避免因?yàn)檫^度投入、重復(fù)投入和錯(cuò)誤投入所造成的損失。

ESD體系的投入讓國(guó)內(nèi)很多電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)望而卻步，ESD工作成為應(yīng)付客戶檢查的表面工作，或者根本沒有ESD方面的考慮，但濟(jì)終這樣的想法讓導(dǎo)致的是客戶的不滿、市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)的落敗以及返工維修成本的損失。相反，國(guó)外成功企業(yè)在ESD上的大力投入收到的卻是可觀的經(jīng)濟(jì)效益。

中國(guó)已經(jīng)成為世界電子產(chǎn)品的生產(chǎn)基地，提供世界1/4以上的電子產(chǎn)品，我們要鞏固和提高在世界電子行業(yè)的地位就不能不認(rèn)真對(duì)待ESD問題。聯(lián)想移動(dòng)獲得ANSI/ESD S20.20認(rèn)證是其產(chǎn)品品質(zhì)和可靠性信心的標(biāo)志，也是其建立與國(guó)際同步的ESD體系的標(biāo)志。我們今天看到聯(lián)想移動(dòng)所邁出的這一步應(yīng)該成為國(guó)內(nèi)手機(jī)行業(yè)乃至國(guó)內(nèi)整個(gè)電子行業(yè)所將要邁出的一步。

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ESD及其對(duì)電子行業(yè)的困擾

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