ESD体系及ESD体系认证

  Aaron ·  2008-04-06 20:17  ·  18128 次点击
电子行业的发展对ESD(静电放电)防护提出了越来越高的要求。从技术层面上讲,随着电子元器件技术的发展,静电对元器件应用造成的危害越来越明显:一方面,电子元器件不断向轻、薄、短、小、高密度、多功能等方向发展,因而元器件的尺寸越来越小,尤其是微电子器件,COMSIC中亚微米栅已进入实用化,栅条宽度达到0.18um,栅氧厚度为几个nm或几十个Å,栅氧的击穿电压小于20V。尺寸的减小,就使电子元器件对静电变得更加敏感。而大量新发展起来的特种器件如GaAs单片集成电路(MMIC)、新型的纳米器件以及高频声表面波器件(SAW)等多数也都是静电敏感元器件;另一方面,在电子元器件制造和应用环境中,作为静电主要来源的各种高分子材料被广泛采用,使得静电的产生更加容易和广泛。如此明显和强烈的反差让静电防护不能不成为电子产品生产技术中的一个重要技术,同时也为静电防护技术本身提出更高的要求。
就拿器件的敏感度来说,早期的ESD标准仅将器件的敏感度简单地划分为2000V以下、2000——3999V、4000——15999V三个级别,而98年以后无论是欧洲还美国的标准都已经将敏感器件按照HBM、MM、CDM、SDM等不同的放电模型划分为4—7个等级的敏感度,而新的静电放电模型的研究也不断推出,静电防护日趋严密、细致和规范可见一斑。
从行业发展的宏观态势看,系统化、标准化、规范化的ESD防护体系已经成为欧美发达国家电子行业普遍要求。IBM、HP、Lucent、Siemens、Philips等所有的国际知名企业除了自己的生产车间建有严密的ESD防护体系,而且,无一例外都建立了自己的ESD防护标准,要求分支机构和合作厂商也严格按其标准要求实施。
另一方面,静电防护与控制的已经不单单是一个防静电用品配备的问题,而是一个系统化的工作,它涉及敏感电子产品的制造、装配、处理、检查、试验、维修、包装、运输、贮存、使用等各个环节,而且是一种串联模式,任一环节上的失误,都将导致整个防护工作的失败,同时,它又与敏感产品所处的环境(接触的物品、空气气氛、湿度、地面、工作台、椅、加工设备、工具等)和操作人员着装(包括穿戴的服装、帽子、鞋抹、手套、腕带等)有直接关系,任一方面的疏漏或失误,都将导致静电防护工作的失败,它需要在严格的标准规范下建立起包括设计、操作、检验、内审、培训等完整的防护体系,工作可能涉及到相关的各个部门。现代的工业对技术和管理的双重要求在静电防护领域表现的最为突出,而且静电防护深入到技术和品质管理体系已经开始成为电子工业的一大趋势,可以讲,一个工厂的ESD防护水平基本上代表了其对产品质量的控制水平。另外,从技术的角度讲,ESD防护的问题所导致的品质问题往往带有隐蔽性和潜在性,工厂常规的检测手段难以发现和判断,而所引发的客户在使用产品过程中的功能失效或不稳定等质量投诉问题往往是致命的。也是因为这些原因,不少企业,特别是国际知名的公司将ESD水平视为选择合作伙伴重要考察内容。
不幸的是,如同其它技术一样,自从静电防护在电子行业被提出来,它的研究和应用首先在各个企业和军工等特殊行业中得到发展,因而形成了各种流派的技术,而且对于ESD问题的关注和解决也大多是零散的。而后在各国及技术行业组织逐步发展和形成的标准由于吸收了不同门类的技术,且缺乏相互间的交融和统一,所以在内容上既有补充又有冲突和出入。有时甚至对同一问题的解决方式和技术要求会有相当大的差异。目前ESDA、IEC、EN、ANSI、ASTM、BSI、IEEE、JESD/EIA、IPC、JISC的标准都有自己的使用用户。我国的国标、国军标、航天部标准以及电子工业部的标准中也都有ESD相关标准。初步统计一下,各类与ESD相关的标准不下200个。这些标准对于ESD现象和防护的基本原理是相通的,但在标准体系的架构和技术指标却有较大的差异。在这些标准组织之外还有大量的企业标准和规范,它们的差异和冲突更加突出。
随着产业化的国际分工日益细化,产品生产制造过程在不同地区、不同厂家协作进行已经成为电子行业的特点之一。而这种标准上的差异和冲突给国际分工过程中的ESD工作带来了诸多不便。目前国内的许多EMS厂家经常碰到的问题就是,客户来审核ESD时,总说ESD有问题,而且不同的客户所提的问题不同,甚至对同样问题的解决方式会有不同的做法和要求,厂家往往无所适从。此外,许多ESD防护产品生产厂家也要应对不同的标准,在自己的产品上增加复杂的调节和选择功能。ESD领域迫切需要一套能够统领全局的权威性标准来改变这一局面,而在这个权威标准基础上的认证制度是解决这些矛盾的最佳出路。在这方面,质量管理体系、环保、安全的标准以及与它们相适应的ISO9001、ISO14000、OHSAS18001认证制度和推广方式应当值得ESD领域借鉴。也正是因为这些原因,ESD体系认证应运而生。
就标准而言,目前欧美流行的ESD体系有IEC、EIA、ESDA以及IPC四大类,其中IPC的ESD标准实际上是ESDA和EIA标准的引用,所以严格意义上流行的体系是三类。而前些年引用较多的美国军标(MIL标准)系列自1996起逐步为ESDA的标准所取代,目前得到沿用和延续的只有ESD包装的个别标准。亚洲国家,如日本和我国的ESD标准也是由欧美标准(主要是IEC和MIL标准)转化而来,但相比而言,日本标准在引进欧美标准的基础上进行了较多研究,并根据自身的特点发展了自己的标准体系,而我国的ESD标准主要依据的是上世纪80年末90年初的IEC和MIL标准,而且近些年一直处于停顿状态,因而已经远远落后于国际水平,这也就成为国内很多电子产品生产企业经常因为ESD问题被国外客户拒之门外的一个重要原因。
在众多体系当中,目前能够进行认证只有美国静电放电协会(ESDA)体系,这其中主要的原因有三:一是ESDA的标准发展的最为全面系统,已经推出28个标准涵盖了ESD的各个环节,此外还有大量的技术报告(ADV)作为补充,能够为ESD体系建立提供全面的支持;二是它的标准在编制时就有了认证方面的考虑,标准间也可相互支持,适合建立认证制度;第三,也是最重要的原因是它的标准得到了众多企业认可,而同时美国静电放电协会(ESDA)也吸收了IBM、Lucent、HP、Motorola、Intel这些重量级公司成为他们的核心成员,某种意义上讲,ESDA标准是这些公司ESD标准的一个综合体现。
ESD标准按照内容大致可以分为指导性标准、产品和方法标准和测试标准三大类别。其中指导性标准及其应用指南是ESD标准的核心,它规定了ESD体系的架构和技术要求以及实现的手段,是ESD体系建立的关键所在。这些指导性标准也就成为ESD标准统一和认证的基础。而实际上,ESDA体系中的核心标准ESDS20.20也正是美国静电放电协会受美国军方所托编写制订而成,其目的之一就是形成一种审核认证的机制,因而标准的形式和内容上就融入了质量管理体系的成分。只是与ISO9001、ISO14000、OHSAS18001以及纯技术性的标准不同,ESD标准不但有技术要求又有管理的要求,是综合性的系统。
ESDS20.20标准推出虽然已经有5年多的时间,但认证机制的建立也只有三年多的时间,还是一项崭新的认证体系,即便如此,它已经受到了越来越多的关注和欢迎。据国内最大的ESD咨询公司华诺丰源的统计,自03年认证的公司只有9家,到05年11月这数字已经达到70余家,今年总的数量可能会超过150家。就国内情况看,从03年起,已经有少数拿到了S20.20的认证,不过这些公司是清一色的外资企业。已经拿到认证的企业主要有以下三种类型:著名跨国公司的下属企业,ESD要求高领域,如晶片、硬盘、通讯等行业的制造企业,以及承接OEM、ODM业务的EMS企业。下图是华诺丰源公司05年11月做的一个统计分析:
从饼图分析可以看出,EMS行业成为了认证企业的最大的组成部分,这和ESD认证原因和初衷正好相符。实际上也可以说,通过认证是建立与全球性ESD体系对接一条最佳捷径。
目前在中国大陆,ESDS20.20还不为广大电子产品生产企业所了解,能够通过认证拿到证书的工厂也基本上是极少数外资企业。而我国已经成为电子产品的加工基地,在珠三角、长三角集中了众多的电子产品加工企业。目前这些企业的ESD防护工作绝大多数还停留在表面化的初级阶段,不少工厂的ESD防护工作无非是购买防静电工作服和手腕带这些简单的ESD用品,还谈不上建立系统化的防护体系,距离ESDS20.20标准有很大的差距,因为ESD问题被客户拒绝的例子屡见不鲜,ESD技术水平的提高是整个电子行业的当务之急,ESD体系标准的推广和普及任务艰巨。所幸的是,国内已经有不少有识之士看到了这一点,正在为这项事业做出各个方面的努力。深圳市华诺丰源科技有限公司在04年已经推出了体系建立和认证辅导的服务,几家大的认证机构也培养出了中国本土化的ESD体系审核员,极大地推动这项事业的发展。

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