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ESD国际新标准企业ESD控制的新变化
作者: 揭丽娜
责任编辑: 发布日期: 2008年07月04日
  深圳华诺丰源科技有限公司 刘斌

ESDAIEC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。

ESDESD标准

ESD已经成为当今电子行业最为关注的技术之一,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)到最终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各环节对于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。作为这一环节上最具代表性的EMSelectronics 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最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,而这是我们最不能接受的;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,最终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;最后,也是最重要的,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标准最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级别,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HBMhuman-body model人体模型)、MMmachine model机器模型)和CDMcharged 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MIL883ESD STM5.1ESD STM5.2ESD 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670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标准最核心、最重要和最具有价值的部分,也是最为普及的标准。内容基本上来源于实践,而且最早形成于各企业,后经一些行业的组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 S20.20IEC61340-5-1最为权威,认可和使用的企业最为广泛。

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。这类标准最为全面是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/JEDECJESD625-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标准最后的版本发布于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 S20.20IEC61340-5-1HBM100V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最为流行的一套体系。

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20072个版本的标准,它也是业界目前唯一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。

1  ESD S20.20标准配套标准一览表

ESD S20.20-1999

ESD S20.20-2007

本组织:

EOS/ESD ADV 1.0ESD S1.1ESD ADV 2.0

ESD STM 2.1ANSI EOS/ESD S 3.1ESD S 4.1 ESD STM 4.2ESD STM 5.1ESD STM 5.2ESD DS 5.3.1ANSI EOS/ESD S 6.1ANSI/ESD S 7.1EOS/ESD S 8.1ESD S 9.1

ESD DSP 10.1ANSI/EOS/ESD S 11.11ESD DS 11.12 ESD ADV 11.2ANSI/ESD S 11.31ESD STM 12.1ESD DS 13.1ESD ADV 53.1 ESD STM 97.1 ESD STM 97.2

其他标准组织:

ANSI C63.16IEC 1000-4-2IEEE STD C62.38MIL-STD-750MIL-STD-883 Method 3015MIL-STD-2073-1MIL-PRF-19500/QML-19500MIL-PRF-38535/QML-38535VZAP

 

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, 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MIL1686ESDA在该标准1996C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顶尖巨头的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,是目前最具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IEC61340-5-1IEC61304-5-1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用的。IEC61340标准族群和IEC61340-5-1引用标准见表2

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199812月发布,由于未或全部成员通过,一直处于TR状态(technical  report,20008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。20078月,TC101发布了全面修改后的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IEC61340-5-1ESD 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 S20.20IEC61340-5-1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现PDCA循环。

2.更加强调管理机制和持续的改进

ESD工作最重要的是让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:第一在技术要求上,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);第二在技术实施上,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。

ESDAIEC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。

 
 
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