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ESD基础知识第2部分:ESD控制原理
发布时间:2020-08-24 09:25浏览次数:

静电放电基础知识第二部分– ESD控制原理– ESD控制程序

静电控制

在本系列的第1部分“ ESD简介”中,我们讨论了静电充电和放电的基础知识,产生电荷的机制,材料,ESD损坏的类型,ESD事件和ESD敏感性。我们以以下摘要结束了我们的讨论:

1、几乎所有材料,包括导体,都可以带电摩擦。

2、电荷量受材料类型,接触和分离速度,湿度以及其他几个因素的影响。

3、带电物体具有静电场。

4、静电放电会损坏设备,因此参数会立即失效,或者ESD损坏可能是潜在的缺陷,可能无法进行中间检测,但可能导致设备过早失效。

5、静电放电可能会在整个制造,测试,运输,处理或操作过程中以及现场服务操作过程中发生。

6、由于设备放电,设备放电或静电场导致的电荷转移,均可能导致ESD损坏。器件对ESD的敏感性或敏感性差异很大。

要保护产品免受ESD损害的影响,首先要了解静电电荷和放电的这些关键概念。有效的ESD控制程序需要有效的培训程序,所有相关人员都应了解关键概念。有了这些信息,您就可以开始制定有效的ESD控制程序。在第二部分中,我们将重点介绍ESD控制和ESD控制程序开发的一些基本原理。静态控制的基本原理

在电子制造环境中控制静电放电(ESD)是一个巨大的挑战。但是,如果我们仅关注静态控制的六个基本原理,则设计和实施ESD控制程序的任务将变得不那么复杂。在这样做时,我们还需要牢记墨菲定律的ESD推论:“无论我们做什么,静电荷都将试图找到一种放电方法。”

一、保护设计

第一个原则是设计产品和组件,使其尽可能不受ESD的影响。这涉及诸如使用对静电不太敏感的设备或在设备,板,组件和设备上提供适当的输入保护的步骤。对于工程师和设计师来说,矛盾的是,先进的产品技术需要更小,更复杂的几何形状,这些几何形状通常更容易受到ESD的影响。ESD目标水平行业委员会和ESD协会于2010年4月修订的“静电放电(ESD)技术路线图”建议,设计人员提供过去可用保护水平的能力将降低。因此,针对人体模型的鲁棒性,ESD目标水平降低到1000伏,针对充电设备模型的鲁棒性,ESD目标水平降低到250伏,有进一步降低这些值的趋势。这些目标值被认为是使用国际标准(例如ANSI / ESD S20.20或IEC 61340-5-1)中所述的基本ESD控制方法制造和处理当今产品的现实和安全水平。当必须使用和处理具有较低ESD目标水平的设备时,可能需要超出此处所述原理的专用控制。

二、定义环境中所需的控制级别。

您正在使用的最敏感或最容易受到ESD影响的ESDS?制造和运输的产品的耐压等级是什么?为了了解所需的内容,最好了解将在制造环境中处理的所有设备的人体模型(HBM)和充电设备模型(CDM)的敏感度级别。均于2007年发布的ANSI / ESD S20.20和IEC 61350-5-1定义了对100伏HBM敏感的物品的控制程序要求。这些标准的未来版本很可能还将解决对200伏CDM敏感的项目。有了文档,这两个标准都可以根据特定情况定制需求。

三、识别并定义静电保护区(EPA)。

根据词汇表ESD ADV1.0,ESD保护区是“具有必要的材料,工具和设备的限定位置,能够将静电控制在一定程度,以最大程度地减少对ESD敏感物品的损坏”。在这些区域中,您将要处理ESD敏感项目,在这些区域中,您将需要执行基本的ESD控制程序,包括将所有导电和耗散材料(包括人员)粘合或电气连接到已知的公共接地。

四、减少静电电荷的产生

如果对ESD敏感度的预测正确,则产品设计中的ESD保护措施将无法最大程度地降低ESD损失。控制的第四个原则是首先减少静电电荷的产生和积累。这是相当基本的:不收费-不放电。我们首先要从EPA工作环境中消除尽可能多的静电荷产生过程或材料,尤其是高电荷绝缘体,例如普通塑料。我们使用等电位联结或附着在设备地面上,使导电/耗散材料保持相同的静电势。保持相同电位的材料之间不会发生静电放电。在EPA中,应使用ESD控制物品代替更常见的工厂产品,例如工作台垫,地板,工作服等。接地,以减少电荷的产生和积累。人员通过腕带或地板/鞋类系统接地。尽管应遵循“将静电控制在最小程度的损害水平”的基本原则,但无法完全消除电荷的产生。

五、消散和中和

由于我们根本无法消除EPA中所有的静电荷,因此我们的第五个原则是安全地消散或中和那些确实发生的静电荷。正确接地和使用导电或耗散材料起着重要作用。例如,开始工作的人员身上可能有负担;他们可以通过系上腕带或穿着ESD控制鞋踩在ESD地板上来清除电荷。电荷会接地,而不是放电到敏感部分。为防止损坏带电设备,可用静电耗散材料控制放电电流的大小。

对于某些物体,例如普通的塑料和其他绝缘体,由于不存在导电性足以在合理时间内减少电荷的路径,因此非导体接地不能消除静电荷。如果无法从EPA中清除物体,则可以使用电离中和这些绝缘子上的电荷。电离过程产生负离子和正离子。相同的带电离子被带电物体排斥,而相反的带电离子被吸引到带电物体的表面,因此中和了物体(见图1)。如果电离器处于平衡状态,则净电荷为零。

六、保护产品

我们最终的ESD控制原则是防止确实发生的放电到达易受影响的零件和组件。在EPA内部和外部都可以使用多种ESD控制包装和材料处理产品。一种方法是通过适当的接地或旁路保护ESD敏感产品和组件,以“消散”产品上的所有放电。第二种方法是在低电荷,导电/耗散的包装中包装,存储或运输ESD敏感产品,以便在接地时可以去除电荷。除这些特性外,用于将ESD敏感物品移至EPA之外的包装还应具有“放电屏蔽”的ESD控制特性。这些材料应有效地保护产品免受充放电的影响,

有效的ESD控制计划的要素

尽管这六个原则似乎很基础,但它们可以指导我们选择合适的材料和程序来有效地控制ESD。在大多数情况下,有效的计划将涉及所有这些原则。没有单一的过程或产品可以完成全部工作;有效的静电控制需要完整的ESD控制程序。

我们如何开发和维护将这些基本原理付诸实践的程序?我们如何开始?什么过程?我们首先要做什么?询问十几位专家,您可能会得到十二个不同的答案。但是,如果您深入研究,您会发现大多数答案都集中在相似的关键要素上。您还将发现启动和维护ESD控制程序与许多其他业务活动和项目相似。尽管每个公司在ESD控制需求方面都是独特的,但至少有6个关键要素才能成功开发,实施和维护有效的ESD控制程序(请参见图2)。

一、建立一个ESD协调员和ESD团队

团队方法尤其适用于ESD,因为问题和解决方案跨越大多数公司的各个职能,部门,部门和供应商。ESD团队的组成包括直属员工以及部门负责人或其他管理人员。ESD团队可能还会涉及各种功能,例如进货检验,质量,培训,自动化,包装和测试。ESD团队或委员会可帮助确保各种观点,所需专业知识的可用性以及对成功的承诺。积极的ESD团队有助于统一正在进行的工作。

负责此ESD团队工作的是ESD程序协调员(“ ESD协调员”)。理想情况下,此职责应为全职工作。但是,我们很少在理想的环境中运行,您可能必须满足于将功能作为个人的主要责任。ESD协调员负责制定,预算和管理程序。ESD协调员还担任公司所有ESD控制计划领域的内部ESD顾问。

二、评估您的组织,设施,流程和损失

下一步是全面了解您的环境及其对ESD的影响。有了产品质量损失和ESD敏感性数据,您就可以评估您的设备,寻找可能引起ESD问题的区域和程序。注意诸如静电产生材料,ESD敏感物品的人员处理程序以及ESD敏感设备与导体的接触之类的事物

记录您的流程或工作说明。观察人员和物资在区域内的流动。注意那些似乎最有可能引起ESD问题的区域。请记住,ESD可能会在仓库中发生,就像在组装区域中一样。然后进行彻底的设施调查或审核。测量人员,设备和材料,以识别适当的电阻范围以及环境中是否存在静电场。

在寻求解决方案之前,您需要确定产品质量受到ESD损害的程度。这些损失可能会反映在接收报告,质量保证和质量控制记录,客户退货,厂内产量,故障分析报告以及您可能已经拥有或需要收集的其他数据中。这些信息不仅可以确定问题的严重性,还可以帮助您确定需要关注的区域并确定其优先级。在可能的情况下,应考虑由于技术路线图和内部产品演进而导致的潜在未来问题。

根据组件缺陷,返工,客户退货以及最终测试和检查中的故障记录实际和潜在的ESD损失。使用来自外部来源的数据或您的试点计划的结果获得其他支持。制定可通过实施ESD控制计划实现的节省的估算。

您还需要识别那些对ESD最敏感的项目(组件,组件和成品),并注意其分类或耐电压。请注意,来自两个不同供应商的两个功能相同的物品可能没有相似的ESD额定值。

三、建立并记录您的ESD控制计划计划

完成评估后,您可以开始制定和记录ESD控制计划计划。该计划应涵盖该计划的范围,并包括在计划中所选的ESD敏感度水平或以上保护ESD敏感项所需的任务,活动和程序。准备并分发书面程序和规范,以使所有部门都清楚要做什么。完整记录的程序将帮助您满足ANSI / ESD S20.20或IEC 61340-5-1的管理和技术要素,并帮助您获得ISO 9000认证

四、建立理由以获得最高管理层的支持

要取得成功,ESD计划需要最高管理层的支持,并尽可能做到最高水平。需要什么级别的承诺?为了获得承诺,您将需要为计划建立理由。您将需要强调质量和可靠性,ESD损害的成本,ESD对客户服务和产品性能的影响。如果其他公司的经验不足,并且您希望可以在试验中显示出有意义的结果,那么进行试验计划可能会很有用。

准备一份有关ESD控制的简短公司政策声明。让高层管理人员与ESD协调员共同签名。定期重申政策声明和管理层对其的承诺。应将已发布的文章(例如Terry Welsher的ESD损害的“实际”成本)提供给最高管理层。

五、制定并实施培训计划

在ESD控制以及公司的ESD控制程序和程序方面对人员进行培训和再培训。培训应包括测试或其他验证理解的方法。对生产线人员进行适当的培训尤为重要。他们通常是每天必须遵守这些程序的人。全体员工的持续承诺和心态是,ESD防护是每个人的宝贵,持续的努力,是培训的主要目标之一。请注意,可能有必要针对受训者的教育量身定制ESD培训。

ANSI / ESD S20.20需要书面培训计划,但是,您的公司可以灵活地确定如何最好地设计计划。

六、制定并实施合规性验证计划

开发和实施程序本身是显而易见的。可能不那么显而易见的是,需要不断地审查,审核,分析,获取反馈和改进。审核对于确保ESD控制程序成功至关重要。您将被要求不断确定该计划的投资回报率,并证明所实现的节省是合理的。技术变化将决定改进和修改。对员工和高层管理人员的反馈至关重要。管理承诺将需要加强。

作为计划的一部分,包括向管理层,ESD团队和其他员工的报告和反馈。管理层将想知道,他们在时间和金钱上的投资在质量,可靠性和利润方面正在产生回报。ESD团队成员需要拍拍背部才能做好工作。其他员工可能想知道,您要求他们遵循的程序确实值得。将过程改进过程集成到整个质量体系中并使用诸如根源分析和纠正措施报告之类的现有质量工具​​,将很有帮助。当您发现需要工作的区域时,请确保进行必要的调整以使程序保持正常运行。

对程序进行定期评估,并对设施进行审核。您将了解您的程序是否成功并且正在为您带来预期的回报。您将发现程序中的弱点并加以弥补。您将发现是否正在遵循该程序。

ANSI / ESD S20.20和IEC 61340-5-1需要书面的符合性验证计划,但是,您的公司可以灵活地确定如何最好地设计计划。ESD TR53-01-06 ESD防护设备和材料的符合性验证中描述了测试程序。目的是确定随着时间的流逝,ESD设备和材料性能是否发生了重大变化。每个用户都需要根据所处理的那些ESD敏感物品的关键性质以及ESD防护设备和材料的故障风险来制定自己的测试频率集。

结论

ESD控制的六项原则以及ESD控制程序的制定和实施的六个关键要素是有效ESD控制程序的指南。

静态控制的六项基本原则是:

1、保护设计

2、定义环境中所需的控制级别

3、识别并定义静电保护区(EPA)

4、减少静电电荷的产生

5、消散并中和

6、保护产品

ESD控制程序开发和实施的六个关键要素是:

1、建立一个ESD协调员和ESD团队

2、评估您的组织,设施,流程和损失

3、建立并记录您的ESD控制计划计划

4、建立理由以获得最高管理层的支持

5、制定并实施培训计划

6、制定并实施合规性验证计划

在第三部分中,我们将仔细研究成为ESD控制程序一部分的特定过程和材料。

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