邢 樂

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家電工廠的防靜電體系搭建

邢 樂

（海信（山東）空調(diào)有限公司 青島 266736）

隨著半導(dǎo)體器件或者說靜電敏感器件在家電產(chǎn)品的廣泛應(yīng)用，產(chǎn)品生產(chǎn)過程中所產(chǎn)生的靜電損傷逐步被關(guān)注。實施有效的靜電控制或消除措施可以降低因靜電造成的質(zhì)量損失。然而，防靜電是一項系統(tǒng)性工程，涉及到生產(chǎn)流程中的靜電數(shù)據(jù)收集及統(tǒng)計分析、體系策劃、文件、方案、實施、檢測等一系列工作。而每個工廠又會因不同的產(chǎn)品，不用的生產(chǎn)工藝存在較大的差異，可復(fù)制性較差，所以防靜電體系的搭建也存在著千差萬別。防靜電體系的搭建最重要的是以實測數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，根據(jù)實際情況設(shè)計不同的靜電防護方案。以靜電敏感器件及靜電源的數(shù)據(jù)采集及分析開始，設(shè)定靜電防護的目標及控制方案，到體系文件的搭建，方案的設(shè)計及實施這幾個方面闡述了家電工廠防靜電體系的搭建方法。提及的靜電壓平衡、以鋼板作為接地載體的人體接地系統(tǒng)具有一定的創(chuàng)新性。希望可以給讀者在防靜電體系搭建上帶來幫助。

防靜電；體系策劃；離子化；接地系統(tǒng)

0 引言

隨著家電產(chǎn)品的變頻化、智能化的演進，半導(dǎo)體控制部件日益增多；然而隨著半導(dǎo)體發(fā)展，晶元工藝已邁向納米級，隨之而來的是其靜電耐受能力的降低。由靜電導(dǎo)致的半導(dǎo)體失效已成為電控部件失效的主要原因。所以，需要從生產(chǎn)源頭對靜電進行控制，實施有效的靜電控制或消除措施以保證產(chǎn)品的長期可靠性。

防靜電體系是一項系統(tǒng)工程，需要在體系策劃、文件、方案、實施、檢測這五個方面進行立體化的搭建，以下將分步對以上五個方面進行闡述。

1 體系策劃

1.1 防靜電體系參照標準

ESD20.20[1]& IEC61340-5-1[2]為基礎(chǔ)標準。

1.2 防靜電目標的確立

根據(jù)不同的產(chǎn)品，不同的生產(chǎn)工廠可以制定不同的防靜電目標，簡單有效的控制目標是對HBM、CDM、MM三種放電模式進行靜電壓值的指標量化，前期的靜電控制目標很多只對HBM進行了要求，而忽略了對CDM、MM的靜電值要求，因此就造成了在CDM、MM情況下靜電源對靜電敏感器件的損傷。所以，需要對HBM、CDM、MM三種放電模式進行靜電壓值的目標量化，具體數(shù)值可根據(jù)工廠的實際情況確定。

1.3 防靜電體系的組織架構(gòu)

防靜電工作是涉及到工廠中每一個部門的系統(tǒng)工作，因此必須作為公司級的項目進行推進及管控，所以在組織架構(gòu)中通常會以工廠的總經(jīng)理作為整個項目的牽頭人，各部門的部長或主管作為主要的推進人；然而，防靜電又是一項全員性質(zhì)的工作，所以每一個直屬部門都應(yīng)配置一名專職的防靜電管理員進行推進。當然，由于防靜電項目是一個專業(yè)化的系統(tǒng)性項目，一般需要有一名靜電方面的專家進行指導(dǎo)?？傊?，防靜電的組織架構(gòu)需要自上而下、全員參與以及專業(yè)指導(dǎo)。

1.4 靜電控制項目的確定

靜電控制項目的確定實際上就是確定哪些部品需要進行保護，哪些部品或因素需要進行控制，也就是靜電敏感器件以及靜電源的控制。靜電敏感器件可以通過部品的規(guī)格書對靜電的防護等級進行排查和篩選，確定具體的靜電敏感器件清單，并根據(jù)清單中部品在生產(chǎn)流程中的出現(xiàn)位置而確定其保護區(qū)域并制定防護措施，也就是EPA區(qū)域的劃定及管控。靜電源的控制往往會被忽略，或者說被片面忽略；通常的防靜電體系只對靜電源中的人進行了管控也就是前面講的HBM的管控，而忽略了對元器件放電模式CDM及孤立導(dǎo)體MM這兩種模式的靜電源管控。然而在家電工廠的生產(chǎn)過程中大量的塑料部件成為了CDM模式下的靜電源，而使用的電動工具或其他類別的工具成為了MM模式下的靜電源或者稱之為EOS干擾源。

因此，家電工廠的防靜電控制項目就是對靜電敏感器件的保護以及HBM、CDM、MM三種模式下的靜電源控制。

1.5 靜電控制區(qū)域的劃定

靜電控制區(qū)域也就是EPA區(qū)域的劃定需要根據(jù)靜電敏感器件的生產(chǎn)流向進行確定，根據(jù)靜電敏感器件的等級確定其防護措施。通常靜電敏感器件的生產(chǎn)流向一般為：倉庫-來料檢驗-產(chǎn)線-抽檢這幾個過程；當然，這個區(qū)域通常還包括靜電敏感器件所通過的物流通道。根據(jù)靜電敏感器件的生產(chǎn)流向可確定工廠中的靜電控制區(qū)域。區(qū)域確定后應(yīng)對整個區(qū)域進行標識標注以明確區(qū)域范圍，然后根據(jù)區(qū)域以及靜電敏感器件的防護等級要求設(shè)計控制措施。

1.6 其他

體系策劃中還包括文件、方案、實施檢測的部分，由后文詳述。

2 防靜電體系文件的建立

防靜電體系文件的組成一般由基準標準、體系文件、關(guān)聯(lián)文件、內(nèi)部審核文件，培訓(xùn)文件，靜電敏感器件清單、靜電源控制清單、過程點檢、入廠檢驗報告、作業(yè)指導(dǎo)書、設(shè)備儀器的校驗報告組成。

2.1 基準標準

基準標準通常會采用ESD20.20[1]和IEC61340-5-1[2]，這兩個標準是被廣泛認可的防靜電體系標準，兩個標準中存在部分差異，在實際的使用中可以根據(jù)實際情況進行選擇或優(yōu)化。

2.2 體系文件

體系文件是整個防靜電管理的重要依據(jù)和載體，通常包含以下四個文件：（1）《防靜電管理辦法》，作為整個體系的總綱；（2）《EPA區(qū)域管理標準》，包含組織架構(gòu)、EPA區(qū)域劃定、管控方法、檢測方法及依據(jù)、過程點檢；（3）《防靜電配置使用標準》，包含防靜電設(shè)施、設(shè)備使用方法及防靜電配置的操作指導(dǎo)書；（4）《防靜電用品的檢驗標準》，包含涉及到工廠使用的防靜電設(shè)施、設(shè)備、部品的來料檢驗方法。

2.3 關(guān)聯(lián)文件

在體系文件中通常會引用其他企業(yè)文件的部分稱之為關(guān)聯(lián)標準，這部分標準主要涉及到《監(jiān)視和測量裝置控制程序》、《不合格品控制程序》、《內(nèi)部審核控制程序》、《人力資源管理程序》等支持文件，由于文件之間的關(guān)聯(lián)性，在對文件進行變更時應(yīng)注意文件的同步變更。

2.4 內(nèi)部審核文件

防靜電體系運營需要建立其對應(yīng)的內(nèi)部審核機制，內(nèi)審文件可以參照質(zhì)量體系的內(nèi)審文件體系建立，但需要注意的是防靜電體系中包含大量的實際測量和點檢的部分，應(yīng)按此建立詳細的審核清單。

2.5 培訓(xùn)文件

防靜電體系是一個全員參與的項目，不是公司中某個部門或某個人的項目，所以需要針對不同的層級建立不同的培訓(xùn)計劃，所培訓(xùn)的內(nèi)容及周期也存在差異。培訓(xùn)計劃應(yīng)體現(xiàn)在體系文件中的《防靜電管理辦法》中，但相應(yīng)的教材及考試試題應(yīng)獨立設(shè)置。

2.6 其他

靜電敏感器件清單、靜電源控制清單、過程點檢、入廠檢驗報告、作業(yè)指導(dǎo)書、設(shè)備儀器的校驗報告應(yīng)體現(xiàn)在防靜電的體系文件中，由于以上文件可能會根據(jù)生產(chǎn)過程的差異造成頻繁的變更，所以可以作為體系文件的關(guān)聯(lián)文件進行獨立管理。

3 靜電防護方案

靜電防護首先要明確保護什么和控制什么，換言之，需要保護的是靜電敏感器件；而需要控制的是靜電源，也就是前文所述的HBM、CDM、MM。靜電的損害是由于靜電形成了釋放通路，形成了靜電釋放電流而對靜電敏感器件所造成的靜電傷害；往往還有另一種靜電釋放或者說靜電壓的平衡會被忽略，通常處于絕緣狀態(tài)的部品組裝會使具有不同靜電壓的部品組裝到一起，組裝到一起而具備不同靜電壓值的部品會平衡部品之間的靜電壓差，而形成靜電平衡電流，這個平衡電流有可能會比靜電對地釋放更加嚴重，所以靜電的防護實際上是靜電釋放或靜電平衡的控制。靜電壓的控制基點選擇為零電位。

EPA區(qū)域中的靜電管控措施通常包含以下幾個方面：（1）屏蔽防護；（2）濕度控制；（3）接地系統(tǒng)；（4）離子化系統(tǒng)。但需要注意的是以上的四種方法是建立在靜電敏感器件以及靜電源的排查與控制上的，切不可忽略其中對靜電源的管控。

3.1 屏蔽防護

屏蔽防護多數(shù)應(yīng)用在靜電敏感器件的包裝上，在家電產(chǎn)品使用的部品中部分半導(dǎo)體使用了這種防護措施。在產(chǎn)品成產(chǎn)流程中也存在其他的屏蔽防護形式，例如：防靜電工作服的使用，防靜電工作服具有的導(dǎo)電線實際上也是一種屏蔽的手段，可以有效將防靜電工作服內(nèi)部的衣物摩擦所產(chǎn)生的靜電有效釋放和屏蔽；再如：線體上使用的靜電源工具可以使用鋁箔紙進行包裹，同樣也是一種屏蔽方式。

3.2 濕度控制

濕度控制可以有效的降低靜電壓值，但需要在密閉的空間內(nèi)實施。濕度控制應(yīng)配備加濕器和抽濕機，在不影響其他產(chǎn)品生產(chǎn)工序的情況下55%-70%的濕度為最優(yōu)。

3.3 接地系統(tǒng)

接地系統(tǒng)在整個控制體系中較為復(fù)雜：其中包含了人體接地、設(shè)備接地、工具、工裝接地四個方面。在闡述以上四個接地方式前，應(yīng)對電源地、設(shè)備地、防靜電地進行等電位的設(shè)置，而接地主線及接地體的設(shè)置應(yīng)符合相關(guān)國家標準要求。

人體接地可使用腕帶、防靜電鞋、腳跟帶的方式，部分防靜電工作服可以通過導(dǎo)電線與接地系統(tǒng)連接。腕帶的使用因配備接地報警器以確保接地的可靠性；防靜電鞋或腳跟帶應(yīng)配套防靜電地板或防靜電地墊使用，但是防靜電地板造價相對較高，而防靜電地墊的使用壽命較短且一致性不好，所以可以使用不銹鋼鋼板作為有效的接地載體，其優(yōu)點在于一致性好、維護簡單且不易損壞。但使用不銹鋼鋼板作為接地載其接地電阻接近于零，所以務(wù)必保證在人體到鋼板件使用帶有1兆歐以上組織的防靜電鞋或腳跟帶，以減緩靜電的釋放速度并保證人體接地安全。

設(shè)備接地主要是對于生產(chǎn)線體以及測試設(shè)備進行有效接地，其相對規(guī)范本文就不再贅述。

工具、工裝的接地是容易被忽略的地方，例如使用的交流電動螺刀如果不進行接地，其漏電壓可以高達70伏。所以使用的電動工具必須進行接地并需要進行日常點檢。工裝車或者存放靜電敏感器件的容器在運輸過程中可以形成2千伏以上的靜電電壓，可以將其視為MM孤立導(dǎo)體放電模式，其有效的控制方法就是使用靜電釋放材料并進行有效接地，這里還需注意的是工裝車接地必須是實時的，也就是說工裝車在運動的過程中需要實時釋放由運動造成的靜電，由于工裝車運動的不確定性所產(chǎn)生的靜電壓值也是在不停變化的，如果不能有效的進行實時釋放，靜電壓值將不斷的發(fā)生變化而形成電流，就有可能對靜電敏感器件造成傷害。

3.4 離子化系統(tǒng)

離子化體統(tǒng)的優(yōu)勢在于較大體積靜電源的靜電壓消除，離子風可以覆蓋的地方可以有效降低靜電源電壓值，對于一些無法使用屏蔽、濕度控制、接地的工位非常適用。推薦在整個EPA區(qū)域內(nèi)進行必要的離子化布局，尤其是靜電源部件在上線前的離子化以及生產(chǎn)過程中的離子化，原因在于靜電源部件在裝配后會有一個靜電平衡的過程，降低部品間靜電壓差可有效降低靜電釋放的能量，其次在整個生產(chǎn)過程中產(chǎn)品是在運動的，這勢必會不斷產(chǎn)生靜電，而這部分靜電又會不斷的釋放或平衡。所以有效全面的離子化可以全面的消除生產(chǎn)過程中的靜電傷害。

離子化設(shè)備同樣需要日常的點檢及維護，確保其消散能力及偏執(zhí)電壓的處于正常范圍，如果以上兩個關(guān)鍵參數(shù)超標，離子化設(shè)備就變成了一個靜電源。

4 防靜電體系的實施

文章本節(jié)以上的部分介紹了防靜電體系的構(gòu)建、文件的構(gòu)成以及防靜電方案的策劃，整個防靜電體系的設(shè)計已具備雛形，方案的實施需根據(jù)工廠的實際情況有計劃有進度的實施，本文對此不再贅述。

5 檢測

檢測應(yīng)分為事前、事中、事后三個階段進行：事前應(yīng)使用靜電壓測試工具對整個生產(chǎn)過程的靜電源電壓進行測試分析；事中應(yīng)在整個生產(chǎn)過程中對使用的接地、離子化、濕度、屏蔽進行過程監(jiān)控確保其有效；事后應(yīng)對靜電控制點所出現(xiàn)的差異進行校準或改善。

檢測通常會用到相應(yīng)的測試設(shè)備，在防靜電的體系中必要的測試設(shè)備有以下幾項：手持式靜電壓測試儀、CPM、絕緣電阻測試儀、萬用表、人體接地綜合測試儀，如果有條件的話換可以配置無線靜電場測試儀和干燥箱。所使用的測試設(shè)備應(yīng)具備校準報告，以確保測試數(shù)據(jù)的準確。

6 結(jié)論

文章對家電工廠的防靜電體系搭建從體系策劃、文件、方案、實施、檢測五個方面進行了闡述，其中的原則應(yīng)建立在安全第一的前提下，這也是新版ESD20.20的要求。另外文章對靜電源的控制進行了著重關(guān)注，提及了除靜電釋放外靜電壓平衡所形成的ESD傷害；接地系統(tǒng)中的等電位以及不銹鋼鋼板作為接地載體也是一項創(chuàng)新?？傊?，防靜電體系是一項立體工程，涉及到整個人機料法環(huán)過程，隨著防靜電水平的不斷提升，靜電數(shù)據(jù)的收集分析、實時監(jiān)控也將逐步納入到靜電防護體系中；不斷提升的防靜電需求也將不斷促進防靜電體系的升級。

[1] ISBN:1-58537-121-1, ANSI ESD S20.20 2014[S]. Electrostatic Discharge Association, 2014.

[2] ISBN:2-8318-9259-7, IEC61340-5-1[S]. International Electrotechnical Commission, 2007.

Anti Electrostatic System for Air Conditioning Plant

Xing Le

( Hisense(Shandong) Air Conditioning Co., Ltd, Qingdao, 266736 )

With the widespread use of semiconductor devices or electrostatic sensitive devices in household electrical appliances, the electrostatic damage produced in the process of production has been gradually paid attention to. Effective electrostatic control or elimination measures can reduce quality losses due to static electricity. However, anti-static is a systematic project, involving static data collection and statistical analysis in the production process, system planning, documentation, programs, implementation, testing, a series of work. And each factory will be different products, and different production process, replication can be poor, so anti-static system also exist in different ways. The most important thing is to build the anti-static system, based on the measured data, according to the actual situation, different electrostatic protection schemes are designed. The data acquisition and analysis based on the electrostatic sensitive devices and static power to set goals for electrostatic protection and control scheme, to build the system files, aspects of program design and implementation of the elaborated method of building appliance factory anti-static system. The static voltage balance mentioned in this paper and the human body grounding system with steel plate as grounding carrier are innovative. I hope this article can help readers build antistatic system.

ESD; System planning; Ionization; Grounding system

1671-6612（2017）06-598-04

TB497

A

）簡介：邢 樂（1981.07-），男，本科，中級職稱，E-mail：xingle918@163.com

2017-07-19