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静电放电ESD的认知与管理

不同电位接触容易发生静电放电

在一般情况下,静电只不过是一种烦恼。然而,在一个日益技术化和集成化的时代,我们在走过地毯时所受到的熟悉的静电电击可能是代价高昂,甚至是危险的。这种相同的静电电击,称为静电放电(ESD),会点燃易燃混合物并损坏电子元件。静电还可以在清洁环境中吸附污染物或导致产品粘在一起。

随着技术变得更加复杂和重要,静电和静电损伤在当今的许多行业中都会带来严重的影响。仅静电损坏的电子设备的成本就从简单二极管的几毛钱到复杂的混合二极管的几百元不等。由于静电引力,卷筒纸加工行业的生产时间也大大的增加了。当包括维修和返工、运输、人工和间接费用的相关成本日益增加时,改善减少静电和静电损失的需求就变得更加紧迫。

据行业专家称,“ESD控制,除了销售额的大幅增长外,是当今经济条件下行业最有可能增加企业利润的机会。专业顾问发现,静电损害造成的成本平均占电子制造商年度企业总收入的4%到8%。”。

什么是#静电放电#?

静电被定义为由材料表面上的电子不平衡引起的电荷,这种电子的不平衡会产生一个可以测量的电场,甚至可以影响远处的其他物体。静电放电被定义为处于不同电位的物体之间的电荷转移。静电荷通常是由两种材料的接触和分离产生的:例如,一个人在地板上行走时会在鞋底接触然后与地板表面分离时产生静电。同样,放入或取出袋子、弹匣或管子的电子设备会在设备外壳和金属引线与容器表面多次接触和分离时产生静电荷。虽然在这两个示例中静电荷的大小可能不同,但在这两种情况下都会产生静电。

正如上述例子中的环境和对象不同,结果也不同。第一个例子可能以当人到达门并触摸金属门把手时经历轻微电击而告终。然而,在第二种情况下,结果可能要持久得多。静电放电可以改变半导体器件的电气特性,使其性能退化或破坏。静电放电还可能扰乱电子系统的正常运行,导致设备故障或错误操作。

另一个由静电引起的问题出现在洁净室中:带电表面可以吸附和积聚污染物,从而难以从环境中去除。当硅晶片或设备电路中吸附了灰尘时,这些微粒会导致随机性的晶片缺陷并降低产品良品率。

静电损害

从制造到现场服务的任何一个环节都可能对电子设备造成静电损害。在不受控制的环境中或静电控制措施不佳的情况下处理设备可能会受到损坏。

静电损害可以作为灾难性故障或潜在缺陷出现:灾难性故障被定义为设备的电路受到永久性破坏导致设备发生故障。ESD事件可能导致金属熔化、结击穿或氧化物失效。当设备在发货前进行测试时,通常可以检测到灾难性故障。但是,如果ESD事件在测试后发生,则损坏将无法检测到,直到设备运行失败。

潜在缺陷更难识别,暴露于静电放电事件中的设备可能会发生部分性能退化,但仍会继续执行其预期功能,但是,设备的使用寿命可能会大大缩短。包含具有潜在缺陷的设备的产品或系统在用户投入使用后可能会过早出现故障,此类故障的维修成本通常很高,并且在某些应用中,可能会造成人员危险。

静电的影响

早在年代,欧洲和加勒比要塞就在使用静电控制程序和设备来防止黑色火药店的静电带来的火灾和爆炸。到年代,美国各地的造纸厂也都采用了ESD控制措施,例如设备和蒸汽桶的基本接地、电离技术和其他创造性的方法来消散静电。

电子时代带来了与静电和静电放电相关的新问题。电子设备变得更小运行速度更快,并且它们对ESD的敏感性增加。如今,静电几乎影响着电子环境各个方面包括生产力和产品可靠性。电子行业静电控制的许多方法也适用于其他行业,例如洁净室应用、印刷、纺织、塑料和石油化工行业。

如何控制ESD

在电子环境中控制静电似乎是一项艰巨的挑战。然而,设计和实施静电控制程序的任务可以通过学习实践来实现。从根本上,必须评估现有工艺和静电所带来的威胁,然后评估和选择适当的静电控制措施。

以下步骤对于有效的ESD控制计划至关重要:

l彻底了解具体制造工艺

l雇用或培训了解流程并具有静电防控专业知识的人员

l选择特定的静电控制措施并实施以满足过程和被处理设备的静电防控需求。

EOS/ESD协会如何提供帮助

作为静电标准和规范制定的先行者,EOS/ESD协会提供企业建立静电控制计划所需的指导。EOS/ESD协会是国际公认的、美国国家标准协会(ANSI)认可的标准开发组织,已发布了上百份文件,涵盖电子环境中的静电放电。标准涵盖了用于评估静电控制材料和电子元件静电敏感性的测试方法。测试方法被整合到完整的静电控制程序中。通过协调静电控制的要求和测试方法,EOS/ESD协会正在为工业和军事用户创建一种通用方法。许许多多的志愿者致力于标准项目,包括与美国军事机构和政府单位的合作,和欧洲标准制定机构。这些志愿者致力于定义适用于电子行业的有效标准和指南。EOS/ESD协会通过以下方式帮助实现上述建立有效静电控制计划的目标:

教育——通过提供广泛的国际教育来增加合格的ESD专业人员的数量,从最初的ESD培训到通过最新研究保持技能。

认证——为人员提供教育机会,使他们能够精通与ESD相关的问题和解决方案。合格的认证有助于必要的ESD控制技能的标准化。

标准——与不同的工作组一起制定处理ESD问题各个方面的标准,这些工作组作为EOS/ESD协会标准委员会的一部分,全年致力于更新和创建包括工作站、服装等领域的新标准和技术文档、瞬态闭锁、地板材料、包装、电离和人体模型。

研究——提供技术报告和咨询文件等支持文件,以帮助确保理解和有效使用协会标准。

标准

标准提供指导,帮助消除混淆,并促进有效ESD控制计划的制定。标准有助于程序开发

帮助开发、实施、审核和认证ESD控制计划

定义制造和使用的产品的敏感性

定义各种ESD控制材料、仪器和工具的性能要求

提供一种客观评估和比较竞争ESD控制产品的方法

减少ESD控制产品和程序的制造、评估和选择中的市场混乱

减少ESD控制产品的用户和供应商之间的冲突并增进了解。

S20.20:静电放电控制程序标准

标准ANSI/ESDS20.20-用于保护电气和电子零件、组件和设备(不包括电引发爆炸装置)的静电放电控制程序包含ESD控制的基本原则。3ANSI/ESDS20.20-被证明是一种有效的标准,被美国国防部采用,并已成为开发和实施ESD控制计划的全球首选标准。ANSI/ESDS20.20-涵盖了设计、建立、实施和维护ESD控制程序所必需的要求,以保护电气或电子零件、组件和设备容易受到人体模型(HBM)放电超过或等于V。

EOS/ESD研讨会

EOS/ESD协会每年都会举办EOS/ESD研讨会,这是一个国际技术论坛,展示来自全球行业专业人士的最新研究和技术。Symposium是全球首屈一指的ESD教育活动,提供基础、中级和高级教程。为了进一步促进教育和思想交流,研讨会提供了作为互动环节的研讨会,以进行深入讨论。ESD控制产品和服务的研讨会展品汇集了多种ESD技术和解决方案。

教育和认证

成功的ESD控制计划的关键支持者是合格且知识渊博的人员。为了有效控制ESD损伤,员工必须了解特定的生产过程和ESD。通过EOS/ESD协会提供的教育和认证,雇主可以对其员工的资格更有信心。正如标准有助于减少混淆一样,认证也有助于确保合格的ESD专业人员。

设施认证

EOS/ESDAssociation,Inc.以ANSI/ESDS20.20-为基础,对合格的认证机构进行培训和认证,以执行详细的设施审核并确认ESD控制计划的有效性。可接受的程序从EOS/ESD协会批准的认证机构获得ANSI/ESDS20.20-认证。ESD设施认证审核侧重于ESD计划的关键要素:文档、培训、ESD控制元素选择和功能、采购(ESD相关合同)、校准、不合格产品和文档控制。经认证符合ANSI/ESDS20.20-的ESD计划可提供传递给客户的保证。

ESD控制优势

静电是一个非常现实且代价高昂的问题,为了产品和工艺质量以及客户和工作场所的安全和满意度,需要将其作为优先事项处理。静电控制措施可以提供数百至可能数千倍于原始投资的回报。据行业专家称,ESD损失通常是预算内的。“如果这些预算中的ESD相关成本降低80%,则平均组织可以增加大约5%的利润。”

起初,与静电相关的问题似乎势不可挡,制定静电控制措施似乎是一项艰巨的任务。然而,EOS/ESD协会的存在是为了定义静电的危险和解决方案。通过标准研究和教育机会,EOS/ESD已经为指导在几乎所有工业领域成功实施静电控制措施奠定了基础。




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