靜電放電基礎知識第二部分– 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知識，產生電荷的機制，材料，ESD損壞的類型，ESD事件和ESD敏感性。我們以以下摘要結束了我們的討論：

1、幾乎所有材料，包括導體，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、靜電放電會損壞設備，因此參數會立即失效，或者ESD損壞可能是潛在的缺陷，可能無法進行中間檢測，但可能導致設備過早失效。

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場服務操作過程中發(fā)生。

6、由于設備放電，設備放電或靜電場導致的電荷轉移，均可能導致ESD損壞。器件對ESD的敏感性或敏感性差異很大。

要保護產品免受ESD損害的影響，首先要了解靜電電荷和放電的這些關鍵概念。有效的ESD控制程序需要有效的培訓程序，所有相關人員都應了解關鍵概念。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，如果我們僅關注靜態(tài)控制的六個基本原理，則設計和實施ESD控制程序的任務將變得不那么復雜。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、保護設計

第一個原則是設計產品和組件，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備或在設備，板，組件和設備上提供適當的輸入保護的步驟。對于工程師和設計師來說，矛盾的是，先進的產品技術需要更小，更復雜的幾何形狀，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）技術路線圖”建議，設計人員提供過去可用保護水平的能力將降低。因此，針對人體模型的魯棒性，ESD目標水平降低到1000伏，針對充電設備模型的魯棒性，ESD目標水平降低到250伏，有進一步降低這些值的趨勢。這些目標值被認為是使用國際標準（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今產品的現實和安全水平。當必須使用和處理具有較低ESD目標水平的設備時，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？制造和運輸的產品的耐壓等級是什么？為了了解所需的內容，最好了解將在制造環(huán)境中處理的所有設備的人體模型（HBM）和充電設備模型（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。這些標準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，這兩個標準都可以根據特定情況定制需求。

三、識別并定義靜電保護區(qū)（EPA）。

根據詞匯表ESD ADV1.0，ESD保護區(qū)是“具有必要的材料，工具和設備的限定位置，能夠將靜電控制在一定程度，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、減少靜電電荷的產生

如果對ESD敏感度的預測正確，則產品設計中的ESD保護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生和積累。這是相當基本的：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)結或附著在設備地面上，使導電/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，應使用ESD控制物品代替更常見的工廠產品，例如工作臺墊，地板，工作服等。接地，以減少電荷的產生和積累。人員通過腕帶或地板/鞋類系統(tǒng)接地。盡管應遵循“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擔；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，由于不存在導電性足以在合理時間內減少電荷的路徑，因此非導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。電離過程產生負離子和正離子。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、保護產品

我們最終的ESD控制原則是防止確實發(fā)生的放電到達易受影響的零件和組件。在EPA內部和外部都可以使用多種ESD控制包裝和材料處理產品。一種方法是通過適當的接地或旁路保護ESD敏感產品和組件，以“消散”產品上的所有放電。第二種方法是在低電荷，導電/耗散的包裝中包裝，存儲或運輸ESD敏感產品，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之外的包裝還應具有“放電屏蔽”的ESD控制特性。這些材料應有效地保護產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，但它們可以指導我們選擇合適的材料和程序來有效地控制ESD。在大多數情況下，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。

我們如何開發(fā)和維護將這些基本原理付諸實踐的程序？我們如何開始？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)現大多數答案都集中在相似的關鍵要素上。您還將發(fā)現啟動和維護ESD控制程序與許多其他業(yè)務活動和項目相似。盡管每個公司在ESD控制需求方面都是獨特的，但至少有6個關鍵要素才能成功開發(fā)，實施和維護有效的ESD控制程序（請參見圖2）。

一、建立一個ESD協(xié)調員和ESD團隊

團隊方法尤其適用于ESD，因為問題和解決方案跨越大多數公司的各個職能，部門，部門和供應商。ESD團隊的組成包括直屬員工以及部門負責人或其他管理人員。ESD團隊可能還會涉及各種功能，例如進貨檢驗，質量，培訓，自動化，包裝和測試。ESD團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團隊有助于統(tǒng)一正在進行的工作。

負責此ESD團隊工作的是ESD程序協(xié)調員（“ ESD協(xié)調員”）。理想情況下，此職責應為全職工作。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任。ESD協(xié)調員負責制定，預算和管理程序。ESD協(xié)調員還擔任公司所有ESD控制計劃領域的內部ESD顧問。

二、評估您的組織，設施，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。有了產品質量損失和ESD敏感性數據，您就可以評估您的設備，尋找可能引起ESD問題的區(qū)域和程序。注意諸如靜電產生材料，ESD敏感物品的人員處理程序以及ESD敏感設備與導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。然后進行徹底的設施調查或審核。測量人員，設備和材料，以識別適當的電阻范圍以及環(huán)境中是否存在靜電場。

在尋求解決方案之前，您需要確定產品質量受到ESD損害的程度。這些損失可能會反映在接收報告，質量保證和質量控制記錄，客戶退貨，廠內產量，故障分析報告以及您可能已經擁有或需要收集的其他數據中。這些信息不僅可以確定問題的嚴重性，還可以幫助您確定需要關注的區(qū)域并確定其優(yōu)先級。在可能的情況下，應考慮由于技術路線圖和內部產品演進而導致的潛在未來問題。

根據組件缺陷，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據或您的試點計劃的結果獲得其他支持。制定可通過實施ESD控制計劃實現的節(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ESD敏感項所需的任務，活動和程序。準備并分發(fā)書面程序和規(guī)范，以使所有部門都清楚要做什么。完整記錄的程序將幫助您滿足ANSI / ESD S20.20或IEC 61340-5-1的管理和技術要素，并幫助您獲得ISO 9000認證

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。您將需要強調質量和可靠性，ESD損害的成本，ESD對客戶服務和產品性能的影響。如果其他公司的經驗不足，并且您希望可以在試驗中顯示出有意義的結果，那么進行試驗計劃可能會很有用。

準備一份有關ESD控制的簡短公司政策聲明。讓高層管理人員與ESD協(xié)調員共同簽名。定期重申政策聲明和管理層對其的承諾。應將已發(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行培訓和再培訓。培訓應包括測試或其他驗證理解的方法。對生產線人員進行適當的培訓尤為重要。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防護是每個人的寶貴，持續(xù)的努力，是培訓的主要目標之一。請注意，可能有必要針對受訓者的教育量身定制ESD培訓。

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

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。可能不那么顯而易見的是，需要不斷地審查，審核，分析，獲取反饋和改進。審核對于確保ESD控制程序成功至關重要。您將被要求不斷確定該計劃的投資回報率，并證明所實現的節(jié)省是合理的。技術變化將決定改進和修改。對員工和高層管理人員的反饋至關重要。管理承諾將需要加強。

作為計劃的一部分，包括向管理層，ESD團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量，可靠性和利潤方面正在產生回報。ESD團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。將過程改進過程集成到整個質量體系中并使用諸如根源分析和糾正措施報告之類的現有質量工具??，將很有幫助。當您發(fā)現需要工作的區(qū)域時，請確保進行必要的調整以使程序保持正常運行。

對程序進行定期評估，并對設施進行審核。您將了解您的程序是否成功并且正在為您帶來預期的回報。您將發(fā)現程序中的弱點并加以彌補。您將發(fā)現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計計劃。ESD TR53-01-06 ESD防護設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所處理的那些ESD敏感物品的關鍵性質以及ESD防護設備和材料的故障風險來制定自己的測試頻率集。

結論

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、保護設計

2、定義環(huán)境中所需的控制級別

3、識別并定義靜電保護區(qū)（EPA）

4、減少靜電電荷的產生

5、消散并中和

6、保護產品

ESD控制程序開發(fā)和實施的六個關鍵要素是：

1、建立一個ESD協(xié)調員和ESD團隊

2、評估您的組織，設施，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，我們將仔細研究成為ESD控制程序一部分的特定過程和材料。

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