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ESD


靜電防護(ESD)項目:

總體來講,靜電防護指為防止因靜電積累所引起的人身電擊、火災和爆炸、電子產品和電子元器件器件失效和損壞,以及對生產的不良影響而采取的防范措施。其防范原則主要有抑制靜電的產生,加速靜電泄漏,進行靜電中和等。

賽寶認證中心現有的靜電防護項目主要針對未防止電子產品、電子元器件的ESD(electrostatic discharge即靜電放電)失效和損傷而建立的ESD控制體系,可向依照IEC61340-5-1標準建立其靜電放電(ESD)控制體系的企業頒發IECQ認可的靜電放電控制體系認證證書。ESD控制體系是組織在其現有的質量管理體系基礎上,依據權威國際標準(如IEC61340-5-1標準)針對制造、加工、裝配、安裝、包裝、貼牌、服務、測試、檢查、運輸或其他處置ESD敏感電子元件和設備的活動,設計、建立、實施和保持的一個文件化的控制體系,其最主要目的就是防止靜電敏感元件(ESDS)和設備的ESD損傷。

一般來講,關注并實施ESD控制體系的企業有3類:一是靜電防護要求極高的企業,如生產晶片、磁頭、光電器件的生產商;二是知名跨國公司的下屬企業,如IBM、Apple、Motorola等;三是承接OEM、ODM的企業。

企業可以通過尋求客觀公正的、具有權威國際標準機構認可資格的第三方認證,來驗證和證明自己的ESD控制體系的適宜性、充分性和有效性,進而提高顧客滿意和市場競爭力。

項目背景:

ESD已經成為當今電子行業最為關注的技術之一。盡管從技術特點上來講,ESD防護的要求應該產業的源頭(半導體、設計等)到最終產品的安裝和維護都應該涵蓋在內,但因為產業分工的特點以及整個產業鏈中各環節對于ESD技術掌握的程度不同,讓這一關注更集中于電子產品的生產組裝環節。作為這一環節上最具代表性的EMS(electronics manufacture service)產業可能同時會面對上游器件供應商和下游客戶的兩重的技術ESD的要求,后者還有可能將其作為最重要的技術要求之一。

ESD之所以受到重視與其特點也密不可分:首先,ESD損傷的發生具有隱蔽性。ESD是廣義的EOS損傷的一種,盡管放電的電壓可能高達數千伏,但由于電量有限,放電時間在瞬間完成,因此造成的損傷往往是半導體介質層擊穿和金屬層的半溶化,損傷難以在后段的檢測當中直接發現,但造成的損傷往往在產品到了終端用戶手中才顯現出來,而這是我們最不能接受的;其次,ESD造成的經濟損失會隨著產業鏈逐級放大。ESD直接損傷的是元器件,但隨著產品的組裝和集成,最終影響的是產品和系統,損失會逐級放大,而上游企業因此而招致的下游客戶的索賠會遠遠超過其產品的價值。最后,也是最重要的,ESD控制要解決的不是一個單純的技術問題,而是系統性的工程,它涉及到了材料工藝、品質管理、可靠性分析、員工培訓、檢測審核等各個方面的工作,ESD控制水平的高低實際反映的是其可靠性和品質管理水平的高低,因此,它也就成為了EMS客戶在選擇供應商時關注的核心條件之一。

ESD管理體系的發展:

人類對靜電最早的認識與控制發生在千百年前,隨著火藥的發明與應用,靜電現象不在神秘,靜電控制和防護的必要性和重要性也逐步得到認識。下表簡單列出了人類對ESD的認識與發展

表1—ESD的認識與發展歷程

 目前,僅僅選用部分ESD控制項目和用品,進行孤立的、簡單的ESD防護已無法滿足IBM、HP、Siemens、Philip及Motorola、DELTA、Celestica等電子、電氣、通訊行業知名企業對于ESD控制的要求。建立兼顧技術和管理,并使之符合權威國際標準的ESD控制體系,已經成為電子產品生產企業急迫任務。

認證收益:

ESD控制已經成為全球電子產業的熱點問題,某種意義上講,ESD控制水平直接反映了電子產品生產企業的技術水準和產品質量控制水平。總體來講,實施ESD控制體系的意義有:

1、戰略上的收益:

ESD控制體系標準(如IEC61340-5-1標準)是由權威的國際標準機構(如IEC)編制的用于電子、電氣、通訊業靜電防護體系實施規范與指南。可以看作是企業潛在客戶的特定要求。那么依照IEC61340-5-1標準建立并實施ESD控制體系,并尋求第三方認證,可使有志于成為知名跨國企業供應商的本地企業,早于競爭對手滿足顧客的要求,使自己立于主動位置。

另外,由具有資質的、客觀公正的第三方認證機構實施現場的體系認證,可以公正、客觀地證明企業在靜電防護與控制體系建立與實施的適宜性、充分性和有效性;可以適當減少第二方認證所需的成本。

2、質量和可靠性的提高

  近期一項對集成電路(IC)供貨商的有關半導體基準技術的研究表明,在未來的五年ESD將會成為最影響產品可靠性的三個主要因素之。

建立并實施符合企業實際情況的ESD控制體系,并接受認證機構現場體系認證和監督,可通過減少甚至產生避免ESD損傷來幫助企業提高產品的實物質量和可靠性,降低內、外部質量成本和質量風險,進而樹立良好的企業形象,提高顧客滿意。

尋求ESD認證應避免的誤區:

1)盲目投入

一個ESD控制領域公認的現象是:“人員通常是ESD風險的主要來源,而通過系統的培訓,他們將變成防止ESD破壞的有效第一線”。相比孤立的選擇ESD防護用品和進行簡單的培訓而言,建立嚴密有效的ESD控制體系并嚴格實施,可以有效的節約質量成本,帶來長期的經濟效益。美國Ryne C. Allen研究表明在靜電防護中每投入1元,其回報達到95元,即回報率(ROI)為95:1

2)對ESD防護技術理解不清晰

相對常規的質量管理體系而言,ESD控制體系更加偏重技術層面的理解和實現,組織應通過不同范圍,不同程度的針對性培訓,使相關人員充分理解ESD的原理,防護的原則,組織所選擇的防護用品的技術實現手段和正確使用方法。

認證標準介紹:

  1)IEC61340標準:IEC61340是由IEC(國際電工委員會)發布的一個國際化標準體系,目前包含5個大類的具體標準,其中已發布標準(含技術報告)17個,計劃中標準若干。至今已發布的標準包括:IEC61340-1總論,IEC61340-2-1靜電消散測量,IEC61340-2-2靜電起電測量,IEC61340-2-3材料導電測量,IEC61340-3-1器件HBM測試,IEC61340-3-2器件MM測試:IEC61340-4-1特定應用的標準試驗方法:地板,IEC61340-4-3特定應用的標準試驗方法:鞋,IEC61340-4-4特定應用的標準試驗方法:柔性容器,IEC61340-4-5特定應用的標準試驗方法:地板-鞋裝,IEC61340-4-6特定應用的標準試驗方法:腕帶,IEC61340-4-7特定應用的標準試驗方法:離子化器,IEC61340-4-8特定應用的標準試驗方法:釋放屏蔽-包裝袋,IEC61340-4-9特定應用的標準試驗方法:服裝,IEC61340-5-1基本要求,IEC61340-5-2用戶指南,IEC61340-5-3包裝要求

計劃中標準包括:IEC61340-1-2術語,IEC61340-3-3器件CDM測試,IEC61340-4-2特定應用的標準試驗方法:服裝等。

其中,用作認證要求的是IEC61340-5-1:2007 《電子器件的靜電防護—基本要求》,該標準是基于ISO9000或TL9000,TS16949等質量管理體系基礎上對靜電放電防護控制體系的特定要求。對組織建立ESD控制體系的管理要求和技術要求做了明確規定,涵蓋了策劃ESD控制體系的總要求,建立ESD控制體系的三大管理計劃要求,實施ESD控制體系的具體技術要求(如對接地系統的、個人接地的、靜電防護區EPA、包裝、標識的限值規定和技術要求)。該標準內容簡介,篇幅較小,但是標準在設計時考慮了適用對象的實際情況差異性,去掉細節性的具體做法和要求,允許組織根據自身情況采取合適有效的控制措施,更強調最終的效果,因此讓標準更具有生命力。同時,該標準與美國靜電放電協會(ESDA )發布的ANSI/ESDS20.20標準協調一致,更加適應ESD標準國際統一化的必然性市場需求。

  2)ANSI/ESDS20.20標準(靜電防護標準):是美國的國家標準,由美國靜電放電協會(ESDA)發布,目前最新版亦為2007版,該版本標準與IEC61340-5-1:2007標準內容格式協調一致,詳細內容可見下表。該標準也是ESDA發布的一系列用于靜電放電檢測、認證的標準體系中的一個,目前具有較高的認可度。


條款

ANSI/ESDS20.20-2007

條款

IECIEC61340-5-1:2007

題名

建立一個靜電放電控制方案——電氣和電子零件、裝置和設備(不包括電動引爆裝置)的保護

題名

靜電學—
第5-1部分: 電子器件的靜電防護—基本要求

序言

ESD控制基本原則:1、環境中所有導體電氣聯結;2、環境中必須絕緣體要評估風險;3、EPA外處置要保護包裝。用于表征電子元器件三模型(HBM、MM、CDM),二者相同。

簡介

基本ESD控制規則:1、環境中所有導體接至已知的地或等效地來實現等電位;2、環境中的必須絕緣體要對其進行風險評估;3、一旦離開EPA需要ESD保護包裝。

1.0

目的

2.0

范圍

1

范圍

3.0

參考出版物

2

引用標準

4.0

定義

3

術語和定義

5.0

工作人員安全

4

人身安全

6.0

靜電放電控制方案

5

ESD控制項目5.1總要求

6.1

靜電放電控制方案要求

5.1.1

ESD控制項目要求

6.2

靜電放電控制方案經理或協調員

5.1.2

ESD協調者

6.3

修正

5.1.3

刪減

7.0

靜電放電控制方案管理要求

5.2

ESD控制項目管理要求

7.1

靜電放電控制方案計劃

5.2.1

ESD控制項目計劃

7.2

培訓計劃

5.2.2

培訓計劃

7.3

驗證檢驗計劃

5.2.3

符合性驗證計劃

8.0

靜電放電控制方案技術要求

5.3

ESD控制項目計劃技術要求

8.1

接地/等電位聯結系統

5.3.1

接地/等電位聯結系統

8.2

人員接地

5.3.2

個人接地

8.3

靜電放電保護區

5.3.3

ESD保護區(EPA)

8.4

包裝

5.3.4

包裝

8.5

標識

5.3.5

標識

表2—ESD20.20標準與IEC61340-5-1標準對照表

從2007發布的ESDS20.20和IEC61340-5-1標準來看,新體系標準呈現出以下幾個特點:

1.基本框架已經得到普遍的認可,體系更加規范

新標準確定了ESD體系至少要包含的培訓計劃、符合性驗證計劃、接地/等電位連接系統、人體接地系統、EPA的要求、包裝和標識等七個部分,并形成正式的文件,強調體系應當與企業現行的質量管理體系相兼容,保持目標一致。整個體系的實施應體現PDCA循環。

2.更加強調管理機制和持續的改進,管理上和技術上不僵化

ESD工作最重要的是讓ESD的技術要求在必要的環節和場所得到全面貫徹和落實,而這依賴于企業的管理工作,新標準對于ESD工作當中的管理予以了更多的關注和要求。管理性的要求主要體現在組織職責、控制計劃(文件體系)、培訓和符合驗證(審核)等方面,其目的是在提高全員ESD防護意識的基礎上,幫助企業建立一套能夠自我發展,持續改進的機制。新標準對于這些工作在計劃、實施、文件和記錄方面有了明確的要求。

3.技術原理確定,技術手段靈活

不同于過去的標準,新標準的技術性要具有一定的靈活性,這體現在兩個方面:第一在技術要求上,除基本的框架外,具體技術選擇根據實際情況來選擇確定。如在接地方面,可選擇保護地(protective earth)、功能地(functional ground)和單純的等電位連接(equipotential bonding);第二在技術實施上,只有指標的要求,實施的方法不做限定。這讓企業在實施當中可以根據自己的情況選擇適合的手段,更具有可操作性。

4.測試方法得到了明確,量化指標便于認證

相比過去的標準,新標準的技術指標和技術指標的測試方法更加明確。對于重要的防護措施增加了技術要求,如腕帶系統,對腕帶增加了內外側阻值的阻值要求。測試的方法則通過輔助的引用標準來定義。

5.檢測方法更加嚴謹

新標準通過產品的技術指標要求(product qualification)和使符合性驗證的技術指標要求(compliance verification)兩個環節來保證ESD防護措施滿足技術要求。系統性技術指標要求,相比過去的標準,更加嚴謹。在測試方法上,驗證性的檢測強調防護用品系統性的指標的測量,讓檢測的更能夠反映實際情況。

注:使得檢測結果更具有權威性和可靠性

新標準的認證

2006年以來,ESD標準的認證已經成為電子行業,特別是EMS(電子制造及服務行業)產業中的一個熱點:認證證書的發證量年增長速度超過5倍,據悉,一些業界巨頭已經開始將ESD認證作為其供應商選擇的基本條件之一。之所以形成這樣的趨勢,與前文所述的ESD技術特點分不開,也因為ESD標準的形成會有業界的巨頭的參與,標準本身就會帶有他們的技術思想和要求。

ESDA與IEC新標準的趨同化會讓這兩套標準得到更廣泛的認可,這種聯手所打造出來的權威性能夠更好地解決上下游企業ESD技術銜接的問題,也同時也會讓ESD認證的需求變得更為廣泛和強烈。