ESD 及其對電子行業(yè)的困擾
國內(nèi)普通消費(fèi)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(hù)（也就是我們平時所說的靜電防護(hù)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(hù)的標(biāo)準(zhǔn)，是目前國際上電子行業(yè)靜電防護(hù)的最權(quán)威的標(biāo)準(zhǔn)，也是唯一可以認(rèn)證的靜電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。企業(yè)通過ANSI/ESDS20.20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(qiáng)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(hù)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(jī)出現(xiàn)的經(jīng)常死機(jī)、自動關(guān)機(jī)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)量最大的潛在殺手，靜電防護(hù)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(jī)使用時穩(wěn)定性的差異也基本上反映了他們在靜電防護(hù)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(hù)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(hù)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(jī)理、靜電危害及其防護(hù)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(hù)遠(yuǎn)非想象的那
么簡單。這是因為：
第一，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(jī)殼、機(jī)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(hù)的難度。
第二，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(hù)的失?。弘娮赢a(chǎn)品
制造過程，從半導(dǎo)體材料到最終的組裝要經(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(hù)不夠就意味最終產(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(hù)的一個重要特點。
第三，生產(chǎn)中人員因素會增加靜電防護(hù)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(jī)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(hù)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(hù)的操作水平會最終決定靜電防護(hù)是否有效。這些
都會增加靜電防護(hù)的難度。
第四，器件越來越敏感，要求越來越嚴(yán)格：電子技術(shù)的進(jìn)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
的最小線寬已經(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(hù)提出了新的挑戰(zhàn)。
電子產(chǎn)品的靜電防護(hù)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(jìn)行防護(hù)的同時，電子產(chǎn)品
設(shè)計工程師也會使用保護(hù)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(hù)包括了兩個范疇的內(nèi)容：即靜電敏感器件的保護(hù)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(jī)產(chǎn)品等不同級別上。對于手機(jī)這類的個人消費(fèi)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(jī)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(hù)是指在敏感器件的存儲、運(yùn)輸、取放、操作及包裝過程中進(jìn)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(hù)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(hù)也需要考慮不同模式不同環(huán)境情況下的保護(hù)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(jī)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(jìn)行敏感度測試和敏感度級別劃分，讓防護(hù)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(hù)最關(guān)鍵的因素。將管理納入到靜電防護(hù)的內(nèi)容，讓靜電防護(hù)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(jī)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(hù)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(jìn)行敏感度的劃分以確定ESD 防護(hù)問題；建立控制ESD
的團(tuán)隊，并進(jìn)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(jī)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(jī)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(hù)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。
