ESD控制的新变化
ESDA和IEC新的ESD体系标准今年全 面推行,相比老标准新标准有了重大的变化,对业界的影响也将是重大的。
ESD及ESD标准
ESD已经成为当今电子行业较为关注的技术之一,尽管从技术特点上讲,
ESD防护的要求应该产业的源头(半导体、设计等)到产品的安装和维护都应涵盖在内,但因为产业分工的特点以及整个产业链中环节对于ESD技术掌握的程度不同,让这一关注更集中于电子产品的生产组装环节。作为这一环节上具代表性的EMS(electronics manufacture service)产业可能同时会面对上游器件供应商和下游客户的两重的技术ESD的要求,后者还又有可能将其作为重要的技术要求之一。
ESD之所以受到重视与其特点也密不可分:首先,ESD损伤的发生具有隐蔽性。ESD是广义的EOS损伤的一种,尽管放电的电压可能高达数千伏,但由于电量有限,放电时间在瞬间完成,因此造成的损伤往往是半导体介质层击穿和金属层的半熔化,损伤难以在后段的检测当中直接发现,但造成的损伤往往让产品到了终端用户手中才显现出来,而这是我们不能接受的;其次,ESD造成的经济损失会随着产业链逐级放大。ESD直接损伤的是元器件,但随着产品的组装和集成,影响的是产品和系统,损失会逐级放大,而上游企业因此而招致的下游客户的索赔会远远超出其产品的价值;也是重要的,ESD
控制要解决的不是一个单纯的技术问题而是系统性的工程,它涉及到了材料工艺、品质管理、可靠性分析、员工培训、检测审核等各个方面的工作,ESD控制水平的高低实际反映的是其可靠性和品质管理水平的高低,因此,它也就成为了EMS客户在选择供应商时关注的核心条件之一。
ESD标准早源于各国的军标和企业标准,后为电子行业各标准组织所关注,并逐步建立和形成了标准。当前ESD标准技术涉及和涵盖的范畴包括了以下几个方面:
器件ESD测试标准:
主要规定测试器件ESD失效测试的模型和方法,并对器件耐受ESD
的能力进行级别的定义。目前此类的标准划分了整机和元器件两个别,前者通常列为EMC测试的一种,主要用于测试产品在使用和维修当中耐受静电放电的能力,典型的标准是IEC61000-4-2;后者主要用于测试元器件耐受静电的能力,划分为HBM(human-body model人体模型)、MM(machine model机器模型)和CDM(charged device model带电器件模型)三种模型,标准规定测试电路和方法。典型的标准
MIL883、ESD STM5.1、ESD STM5.2、ESD STM5.3.1 、JESD D22-114等。主要的标准组织包括美国军标(MIL)、美国静电放电协会(ESDA)、国际电工委员会(IEC)、美国电子工业联合会(EIA/JEDEC)、汽车电子工业协会(AEC)和国际电子工程师组织(IEEE)等。早期的标准在上世纪6、70年代就已形成,主要的标准基本一致,2000年后无太大变化,目前新标准的发展以ESDA的居多。
ESD体系及ESD控制方法标准:
主要推荐和规定ESD控制和防护所需要采取的技术措施和基本工作这类标准是ESD标准核心、重要和具有价值的部分,也是普及的标准。内容基本上来源于实践,而且早形成于各企业,后经一些行业的织和机构推动逐步发展起来。不幸的是,由于各企业以及各组织机构的差异,标准之间的差异十分明显,这限制了这些标准的普及和推广。目前较具影响力的标准有EIA/JEDEC625 IEC61340-5-1 ESD S20.20 MIL1686
以及与它们相配套的技术手册或用户指南。这当中以ESD S20.20和IEC61340-5-1权威,认可和使用的企业广泛。
ESD
防护措施应用及测试标准:
主要规定了手腕带、防静电服、鞋装、地板、包装、离子化设备、工具等防静电用品、材料的功能、技术标准以及测量方法。由于ESD措施当中有相当多的要求 是系统性技术指标,这类标准还包含了系统电阻和系统电压的测试方法。应用性标准不单可以作为防静电用品和防静电材料的技术标准使用,更大意义上也是体系标准的配套标准。而事实上,业界所使用的ESD仪器也正是按照这些标准而设计的。这类标准全 面是ESDA的标准和IEC的标准,标准2000年后的更新较多。
国际三大ESD体系EIA/JEDEC:JESD625-A体系:
此标准发布者为美国电子工业联合会(Electronic Industries Alliance),该组织是一个创建于1924年,是电子行业非常具有影响力的行业技术组织。JESD625标准版本发布于1999年,其所针对JESD22-A114
标准下测试HBM200V以上敏感器件。尽管此数值比ESD S20.20和IEC61340-5-1的HBM100V要高,但标准的某些技术要求,如静电源控制、离子化设备的技术指标、工作台的阻值并不比这两个标准宽松。此外,EIA在检测方面的要求为广大厂家所遵从,成为防静电产品和仪器的供应商产品设计的基本依据之一,同时这也是该标准的特点之一。 在基本的技术思路和框架上,JESD625-A与其他两个标准基本是一致的,对于工厂实际的ESD工作做了管理方面和技术方面的基本要求,特别在在检测和审核上标准具体的一些细节要求,如人体接地静电场、材料阻值以及离子风机的检测要求和测试频率,在过去受到了广泛的关注和应用。
ANSI/ ESD S20.20标准体系:
尽管标准发布者美国静电放电协会(ESD Association, ESDA)成立时间较晚,机构规模与其他两个标准组织相比也要小得多,但是由于其专注于ESD的技术和标准的发展,因此形成了不可替代的优势,发布的标准广为接受,以至于其他的体系标准的引用实施性标准也在使用其标准, ANSI/ESD S20.20也就成为了目前业界流行的一套体系。
体系的核心标准是ANSI/ESD S20.20标准,内容相对JESD625-A,该标准内容简洁,篇幅较小,但是标准在设计时考虑了使用对象的实际情况差异性,去掉了细节性的具体做法和要求,因此让标准更具有生命力。
ESD S20.20一共发布了1999版和2007版2个版本的标准,它也是业界目前**可以提供认证的标准。其中2007版为去年3月发布,2008年开始用于认证审核,2009年全 面取代1999版。
虽然主标准内容简单,但其配套的引用标准(参见表1)多达16个(2007版,1999版为35个),标准体系的建立和实施也要全 面理解和遵照引用标准,因而从总体上看,该标准并不简单,而且相对其他标准来说更为严谨。
表1 ESD S20.20标准配套标准一览表
ESD S20.20-1999版 ESD S20.20-2007版
本组织:
EOS/ESD ADV 1.0,
ESD S1.1,
ESD ADV 2.0
ESD STM 2.1,
ANSI EOS/ESD S 3.1,
ESD S 4.1 ,
ESD STM 4.2,
ESD STM 5.1,
ESD STM 5.2,
ESD DS 5.3.1,
ANSI EOS/ESD S 6.1,
ANSI/ESD S 7.1,
EOS/ESD S 8.1,
ESD S 9.1
ESD ADV1.0, ANSI/ESD S1.1, ANSI/ESD
STM2.1, ANSI/ESD STM3.1, ANSI/ESD
SP3.3, ANSI/ESD S4.1, ANSI/ESD STM4.2,
ANSI/ESD S6.1, ANSI/ESD S7.1, ANSI/ESD
STM9.1, ESD SP9.2, ANSI/ESD STM97.1
ESD DSP 10.1,
ANSI/EOS/ESD S 11.11,
ESD DS 11.12 ,
ESD ADV 11.2,
ANSI/ESD
S 11.31,
ESD STM 12.1,
ESD DS 13.1,
ESD ADV 53.1 ,
ESD STM 97.1 ,
ESD STM 97.2 其他标准组织:
ANSI C63.16,
IEC 1000-4-2,
IEEE STD C62.38,
MIL-STD-750,
MIL-STD-883 Method 3015,
MIL-STD-2073-1,
MIL-PRF-19500/QML-19500,
MIL-PRF-38535/QML-38535,
VZAP
ANSI/ESD STM97.2, ESD TR53, ANSI/ESD
STM12.1, ANSI/ESD S541,
ESD S20.20的前身实际上是美国军标的MIL1686,
ESDA在该标准1996年C版的基础上,融合了新的要素制订了
ESD S20.20。而且标准在内容和实施机制当中添加了认证的方式,为标准推行奠定
了良好的基础。
此外,ESD S20.20标准也吸取了业界的巨头的ESD思想和要求,这让它一开始就得到了他们的认可,同时也确定了其在整个产业链中的地位和影响。
IEC61340-5-1标准体系:
为国际电工委员会(international electrotechnical commission)的ESD体系。作为国际权威标准组织,IEC成员来自于各个国家,发布了3000多本标准,为广大成员国家,特别是欧洲国家的企业所遵从和使用,是目前影响力的标准组织之一。IEC负责ESD标准的主要是TC101技术组,目前发布的ESD标准和技术报告有11本,另有4本标准在拟定和讨论当中,基本的编号是以61340,其核心标准为IEC61340-5-1。IEC61304-5-1规定了ESD体系的管理和技术要求,其余的标准绝大多数是作为该标准的配套标准来使的。IEC61340标准族群和IEC61340-5-1引用标准见表2
。
表2 IEC组织ESD标准一览表
IEC61340标准族群
IEC61340-5-1引用标准
已发布标准
IEC61340-1总论,
IEC61340-2-1静电消散测量,
IEC61340-2-2静电起电测量,
IEC61340-2-3材料导电测量,
IEC61340-3-1器件HBM测试,
IEC61340-3-2器件MM测试:
IEC61340-4-1实施应用:地板,
IEC61340-4-3实施应用:鞋,
IEC61340-4-4实施应用:柔性容器,
IEC61340-4-5实施应用:地板-鞋装,
IEC61340-5-1总体要求,
IEC61340-5-2用户指南计划中标准
I EC61340-1-2术语,
IEC61340-3-3器件CDM测试,
I EC61340-4-2实施应用:服装,
IEC61340-5-3包装要求
本组织:
IEC 60364 (all parts), IEC/TS 60479-1,
IEC/TS 60479-2, IEC 60749-26, IEC 61010-1,
IEC 61140, IEC 61340-2-3, IEC 61340-4-1,
IEC 61340-4-3, IEC 61340-4-5, IEC/TR
61340-5-2,
其他标准组织
ANSI/ESD S1.1, ANSI/ESD STM2.1,
ANSI/ESD STM3.1, ANSI/ESD STM11.31,
IEC61340-5-1一共发布了两个版本的标准,首版为1998年12月发布,由于未或全部成员通过,一直处于TR状态(technical report),但2000年8月该标准获得欧洲电工技术标准委员会(CENELEC)认可和批准,在其成员国推行和使用,因而欧洲国家的企业使用较为广泛。2007年8月,TC101发布了全 面修改IEC61340-5-1标准,且获得了全体成员的通过,成为正式的标准。首版的IEC61340-5-1的内容来源于各企业实践的总结,对于ESD体系有非常详细和严格的描述和定义,非常强调细节和严谨,因此对于工厂的ESD的实际工作有非常好指导意义,但灵活性难免不足,一些复杂、特殊和变化的情况下,全 面推行较为困难。新版的IEC61340-5-1标准制定吸取了ESD S20.20标准的特点和做法,仅从框架和技术指标对ESD体系作要求和推荐,而实际的做法则通过标准实施指南IEC61340-5-2来为用户提供指导,认证标准的特性已经呈现出来。 尽管三套体系的存在着许多不一致的地方,但它们基本思想是相同,而实际上这些标准也是业界
的技术专家和主流企业的思想和实践的碰撞而形成,随着实践中的交流和交融,它们也必将逐步靠拢。2007
版的IEC61340-5-1与ESD S20.20,除个别技术指标外,已经基本一致。
体系新标准呈现的特点
从去年发布的ESD S20.20和IEC61340-5-1标准来看,新的体系标准呈现出以下几个特点:
1.基本框架已经得到普遍的认可。
新标准确定了ESD体系至少要包含的培训、符合性验证、接地/连接、人体接地、EPA的要求、包装和标识等七个部分,并形成正式的文件,而且强调体系应当与企业的质量管理体系相兼容,保持目标一致。整个体系的实施应体系PDCA循环。
2.更加强调管理机制和持续的改进ESD工作重要的是让ESD的技术要求在必要的环节和场所得到全 面贯彻和落实,而这依赖于企业的管理工作,新标准对于ESD工作当中的管理予以了更多的关注和要求。管理性的要求主要体现在组织职责、控制计划(文件体系)、培训和符合验证(审核)等方面,其目的是在提高全员ESD防护意识的基础上,帮助企业建立一套能够自我发展,持续改进的机制。新标准对于这些工作在计划、实施、文件和记录方面有了明确的要求。
3.除技术原理外,技术处理手段给予了灵活性。不同于过去的标准,新标准的技术性要具有一定的灵活性,这体现在两个方面:弟 一在技术要求上,除基本的框架外,具体技术选择根据实际情况来选择确定。如在接地方面,可选择保护地(protective earth)、功能地(functional ground)和单纯的等电位连接(equipotential bonding);弟 二在技术实施上,只有指标的要求,实施的方法不做限定。这让企业在实施当中可以根据自己的情况选择适合的手段,更具有可操作性。
4.测试方法的得到了明确相比过去的标准,新标准的技术指标和技术指标的测试方法更加明确。
对于重要的防护措施增加了技术要求,如腕带系统,对腕带增加了内外侧阻值的阻值要求。测试的方法则则通过辅助的引用标准来定义。
5.检测方法更加严谨新标准通过产品技术指标要求(product qualification)和使用当中验证性的技术指标要求(compliance verification)两个环节来保证ESD防护措施满足技术要去系统性技术指标要求,相比过去的标准,更加严谨。在测试方法上,验证性的检测强调防护用品系统性的指标的测量,让检测的更能够反映实际情况。
新标准的认证
2006年以来,ESD标准的认证已经成为电子行业,特别是EMS产业中的一个热点:ESD S20.20认证的证书的发证量年增长速度超过5倍,据悉,一些业界巨头已经开始将ESD认证作为其供应商选择的基本条件之一。之所以形成这样的趋势,与前文所述的ESD技术特点分不开,也因为ESD标准的形成会有业界的巨头的参与,标准本身就会带有他们的技术思想和要求。
ESDA与IEC新标准的趋同化会让这两套标准得到更广泛的认可,这种联手所打造出来的权威性能够更好地解决上下游企业ESD技术衔接的问题,也同时也会让ESD认证的需求变得更为广泛和强烈。