ESD 及其對電子行業(yè)的困擾

ESD 及其對電子行業(yè)的困擾
國內(nèi)普通消費者對ESD和ANSI/ESD S20.20標(biāo)準(zhǔn)認(rèn)證可能很陌生，但對電子行業(yè)，特別是
歐美電子行業(yè)來說這是一個再熟悉不過的標(biāo)準(zhǔn)。ESD是英文electronstatic discharge的縮寫，
原意是靜電放電，通常也指對靜電放電的防護（也就是我們平時所說的靜電防護或防靜電）；
ANSI/ESD S20.20是美國靜電放電協(xié)會電子產(chǎn)品生產(chǎn)過程中靜電防護的標(biāo)準(zhǔn)，是目前國際上
電子行業(yè)靜電防護的濟權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)，也是**可以認(rèn)證的靜電防護標(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)品的質(zhì)量，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的。這
是因為，高的集成度意味著單元線路會越來越窄，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)品的靜電防護帶來了更多的難題和挑戰(zhàn)。
靜電放電對電子產(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)過程的檢測中不能發(fā)現(xiàn)，但在使用當(dāng)中會使產(chǎn)品變得不穩(wěn)定，時好時壞，
因而對產(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到，只有到了用戶手里使用時才會發(fā)現(xiàn)。手機出
現(xiàn)的經(jīng)常死機、自動關(guān)機占、話音質(zhì)量差、雜音大、信號時好時差、按鍵出錯等問題有絕大
多數(shù)與靜電損傷相關(guān)。也因為這一點，靜電放電被認(rèn)為是電子產(chǎn)品質(zhì)量濟大的潛在殺手，靜
電防護也成為電子產(chǎn)品質(zhì)量控制的一項重要內(nèi)容。而國內(nèi)外品牌手機使用時穩(wěn)定性的差異也
基本上反映了他們在靜電防護及產(chǎn)品的防靜電設(shè)計上的差異。
實際上電子行業(yè)對靜電的關(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)及各國所認(rèn)識和重視。對于靜電及靜電防護的研究也逐步演變?yōu)橐粋€新的邊
緣學(xué)科，形成了現(xiàn)代靜電工程學(xué)和靜電防護工程學(xué)，包含在其中的靜電起電原理、靜電放電
模型、靜電作用機理、靜電危害及其防護以及與其相關(guān)的靜電測試技術(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，但對于電子行業(yè)來講，靜電防護遠(yuǎn)非想象的那
么簡單。這是因為：
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
用維修的過程中會使用半導(dǎo)體、金屬、各種封裝材料、線路板基材、機殼、機座等多種原料，
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，這些都無疑會增加電子產(chǎn)品靜電
損傷的風(fēng)險和靜電防護的難度。
弟二，電子產(chǎn)品生產(chǎn)環(huán)節(jié)多，任何一個環(huán)節(jié)的閃失都會造成靜電防護的失敗：電子產(chǎn)品
制造過程，從半導(dǎo)體材料到濟終的組裝要經(jīng)過半導(dǎo)體制造、芯片、裝片、固定、鍵合、封裝、
電路板制作、貼裝焊接、插接、裝配、測試等多個環(huán)節(jié)經(jīng)歷各環(huán)節(jié)不同廠家數(shù)百個工序，任
何一個環(huán)節(jié)上的靜電都可能對器件造成損傷。一旦哪一個環(huán)節(jié)的靜電保護不夠就意味濟終產(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)靜電防護的一個重要特點。
弟三，生產(chǎn)中人員因素會增加靜電防護的難度：盡管現(xiàn)代電子產(chǎn)品生產(chǎn)自動化程度越來
越高，但在整個制造過程離開人員操作是不可能的。相比機器設(shè)備人的活動要復(fù)雜的多，人
對器件的操作要復(fù)雜的多，因而人體靜電的防護要比設(shè)備和環(huán)境要復(fù)雜的多。同時，人作為
生產(chǎn)的主宰，人員防靜電的意識和靜電防護的操作水平會濟終決定靜電防護是否有效。這些
都會增加靜電防護的難度。
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
的濟小線寬已經(jīng)降到了45nm 這意味著按照10MV/CM 計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)
對靜電控制的要求已經(jīng)降到5V 以下，這些必定對于靜電防護提出了新的挑戰(zhàn)。
電子產(chǎn)品的靜電防護的范疇
面對靜電對電子產(chǎn)品挑戰(zhàn)，人類也并非只是被動的應(yīng)對，在進行防護的同時，電子產(chǎn)品
設(shè)計工程師也會使用保護電路、結(jié)構(gòu)設(shè)計和材料選擇等技術(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)品的靜電防護包括了兩個范疇的內(nèi)容：即靜電敏感器件的保護及產(chǎn)品抗靜電設(shè)計。
產(chǎn)品抗靜電設(shè)計是通過電路、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
可以應(yīng)用微電子器件、線路板組件以及整機產(chǎn)品等不同級別上。對于手機這類的個人消費品，
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。
敏感器件的保護是指在敏感器件的存儲、運輸、取放、操作及包裝過程中進行必要的靜
電控制，以確保器件不被靜電放電所損傷。而這種防護技術(shù)并非只是穿戴防靜電服佩戴手腕
帶之類的簡單工作，而是一項高要求、多環(huán)節(jié)、多過程、涉及范圍廣的系統(tǒng)性的工程技術(shù)。
這首先因為，由于靜電產(chǎn)生以及靜電放電對器件損傷的方式有多種模式，因而對于器件的靜
電防護也需要考慮不同模式不同環(huán)境情況下的保護手段。再者，不同器件在不同的放電模式
情況下對靜電的耐受能力不同，又需要對器件按人體帶電放電模型、機械帶電放電模型、帶
電器件放電模型、場感應(yīng)帶電放電模型等不同放電模型進行敏感度測試和敏感度級別劃分，
讓防護手段有的放矢。再有，靜電的控制要涉及接地、材料、設(shè)備、環(huán)境、測量等技術(shù)，關(guān)
聯(lián)到采購、倉庫、檢驗、生產(chǎn)、測試、工程、質(zhì)量、維修多個部門，是一項多部門參與，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、人員對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
濟關(guān)鍵的因素。將管理納入到靜電防護的內(nèi)容，讓靜電防護從單純的技術(shù)性要求上升到一個
管理加技術(shù)的體系性的工程早已經(jīng)成為國外知名電子企業(yè)通行做法。
ESD 體系或者ESD 控制計劃的基本思想是，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，形成一個基本原則框架，然后通過實施細(xì)則和檢查監(jiān)督機制來保障龐雜的技術(shù)
要求落到每一個細(xì)處。從技術(shù)理論上來講，靜電防護的基本技術(shù)原理并不高深莫測，其難度
主要在于如何發(fā)現(xiàn)每一處靜電隱患，如何解決每一個靜電問題以及如何讓每一環(huán)節(jié)，每一個
場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：對敏感器件進行敏感度的劃分以確定ESD 防護問題；建立控制ESD
的團隊，并進行相應(yīng)的職責(zé)劃分，確定質(zhì)量責(zé)任；形成執(zhí)行的檔以指導(dǎo)和規(guī)范日常的工作和
測試；確立和規(guī)定培訓(xùn)機制，開展培訓(xùn)活動，以確保員工得到充分的培訓(xùn)；確立和規(guī)定審核
和檢查機制，開展審核和檢查工作，以確保體系得到貫徹和實施。
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)和場所得到實現(xiàn)；規(guī)定器件在不同環(huán)節(jié)和場地所需要的防護環(huán)境和操作，以及實
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
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，而且在實際中，ESD 體系通
常是納入到質(zhì)量管理體系當(dāng)中進行運作的。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)
上的一個巨大提升。ESD 控制水平實際上反映了電子產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量控制水平，國外
電子企業(yè)特別是知名的跨國公司將ESD 控制水平視為選擇合作伙伴的一個重要考核指標(biāo)，
這一點也逐步為國內(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（美國靜電放電協(xié)會）對于電動引爆裝置以外的電子器件（包
括電氣、電子組件、組件、裝置和設(shè)備）靜電防護要求的標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)實際上是以上產(chǎn)品靜
電防護的一個總體規(guī)范，它規(guī)定了靜電防護工作的管理原則、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。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。這
些輔助標(biāo)準(zhǔn)及手冊給出了主標(biāo)準(zhǔn)所有技術(shù)原則和要求的實現(xiàn)方式及測試方法，從而形成了一
個系統(tǒng)化的標(biāo)準(zhǔn)族群。此外，20.20標(biāo)準(zhǔn)和輔助標(biāo)準(zhǔn)又有獨立性，在不斷的發(fā)展和更新。
作為一個非盈利性的技術(shù)性組織，ESDA主要通過兩種機制促使它的標(biāo)準(zhǔn)得到了國際上
普遍的認(rèn)可。弟一，技術(shù)和信息上走在前列。ESDA對ESD涉及到的技術(shù)劃分了不同專向，
并確定相應(yīng)的小組進行技術(shù)研究和標(biāo)準(zhǔn)更新的工作，并在每年的年會上討論通過。同時，
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，通過會員機制提高其影響力。
ESDA會員遍布世界各地，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防護用品測試設(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)上的濟新成果，又兼顧了技術(shù)實際應(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 前身實際上是美國軍標(biāo)MIL1686，而作為民用靜電防護的標(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)機制有關(guān)。如同電子行業(yè)其它技術(shù)一樣，許多研究機構(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?，F(xiàn)代電子產(chǎn)品的生產(chǎn)已經(jīng)成為跨越國家和行業(yè)的國際化分工的生產(chǎn)，技術(shù)
上沖突必然會對這種分工帶來十分不利的影響，因而整個電子行業(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)證作為其供貨商ESD 控制水平乃至質(zhì)量控制的一個硬
性指標(biāo)。
ESD 體系對電子產(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（即購買防護用品和材料）和軟件投入（管理
的資源）。表面上看，這些投入勢必造成成本的上升和經(jīng)濟效益的下滑，但實際上，ESD 體
系會帶來可觀的經(jīng)濟效益，是一項投入產(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，這無疑會帶來直接的經(jīng)濟效益。其次，ESD 體系帶來的是
產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的提高，能夠讓企業(yè)在市場上以較高的價格贏得更多客戶，創(chuàng)造難以估量
的市場價值；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隊，除了能保障ESD 工作**貫徹，ESD 防護水平持續(xù)提高之外，還
能避免因為過度投入、重復(fù)投入和錯誤投入所造成的損失。
ESD 體系的投入讓國內(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，但濟終這樣的想法讓導(dǎo)致的是客戶的不滿、市
場競爭的落敗以及返工維修成本的損失。相反，國外成功企業(yè)在ESD 上的大力投入收到的
卻是可觀的經(jīng)濟效益。
中國已經(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)真對待ESD 問題。聯(lián)想移動獲得ANSI/ESD S20.20
認(rèn)證是其產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性信心的標(biāo)志，也是其建立與國際同步的ESD 體系的標(biāo)志。我們
今天看到聯(lián)想移動所邁出的這一步應(yīng)該成為國內(nèi)手機行業(yè)乃至國內(nèi)整個電子行業(yè)所將要邁
出的一步。

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ESD 及其對電子行業(yè)的困擾

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