家电工厂的防静电体系搭建

邢 乐



家电工厂的防静电体系搭建

邢 乐

（海信（山东）空调有限公司 青岛 266736）

随着半导体器件或者说静电敏感器件在家电产品的广泛应用，产品生产过程中所产生的静电损伤逐步被关注。实施有效的静电控制或消除措施可以降低因静电造成的质量损失。然而，防静电是一项系统性工程，涉及到生产流程中的静电数据收集及统计分析、体系策划、文件、方案、实施、检测等一系列工作。而每个工厂又会因不同的产品，不用的生产工艺存在较大的差异，可复制性较差，所以防静电体系的搭建也存在着千差万别。防静电体系的搭建最重要的是以实测数据为基础，根据实际情况设计不同的静电防护方案。以静电敏感器件及静电源的数据采集及分析开始，设定静电防护的目标及控制方案，到体系文件的搭建，方案的设计及实施这几个方面阐述了家电工厂防静电体系的搭建方法。提及的静电压平衡、以钢板作为接地载体的人体接地系统具有一定的创新性。希望可以给读者在防静电体系搭建上带来帮助。

防静电；体系策划；离子化；接地系统

0 引言

随着家电产品的变频化、智能化的演进，半导体控制部件日益增多；然而随着半导体发展，晶元工艺已迈向纳米级，随之而来的是其静电耐受能力的降低。由静电导致的半导体失效已成为电控部件失效的主要原因。所以，需要从生产源头对静电进行控制，实施有效的静电控制或消除措施以保证产品的长期可靠性。

防静电体系是一项系统工程，需要在体系策划、文件、方案、实施、检测这五个方面进行立体化的搭建，以下将分步对以上五个方面进行阐述。

1 体系策划

1.1 防静电体系参照标准

ESD20.20[1]& IEC61340-5-1[2]为基础标准。

1.2 防静电目标的确立

根据不同的产品，不同的生产工厂可以制定不同的防静电目标，简单有效的控制目标是对HBM、CDM、MM三种放电模式进行静电压值的指标量化，前期的静电控制目标很多只对HBM进行了要求，而忽略了对CDM、MM的静电值要求，因此就造成了在CDM、MM情况下静电源对静电敏感器件的损伤。所以，需要对HBM、CDM、MM三种放电模式进行静电压值的目标量化，具体数值可根据工厂的实际情况确定。

1.3 防静电体系的组织架构

防静电工作是涉及到工厂中每一个部门的系统工作，因此必须作为公司级的项目进行推进及管控，所以在组织架构中通常会以工厂的总经理作为整个项目的牵头人，各部门的部长或主管作为主要的推进人；然而，防静电又是一项全员性质的工作，所以每一个直属部门都应配置一名专职的防静电管理员进行推进。当然，由于防静电项目是一个专业化的系统性项目，一般需要有一名静电方面的专家进行指导。总之，防静电的组织架构需要自上而下、全员参与以及专业指导。

1.4 静电控制项目的确定

静电控制项目的确定实际上就是确定哪些部品需要进行保护，哪些部品或因素需要进行控制，也就是静电敏感器件以及静电源的控制。静电敏感器件可以通过部品的规格书对静电的防护等级进行排查和筛选，确定具体的静电敏感器件清单，并根据清单中部品在生产流程中的出现位置而确定其保护区域并制定防护措施，也就是EPA区域的划定及管控。静电源的控制往往会被忽略，或者说被片面忽略；通常的防静电体系只对静电源中的人进行了管控也就是前面讲的HBM的管控，而忽略了对元器件放电模式CDM及孤立导体MM这两种模式的静电源管控。然而在家电工厂的生产过程中大量的塑料部件成为了CDM模式下的静电源，而使用的电动工具或其他类别的工具成为了MM模式下的静电源或者称之为EOS干扰源。

因此，家电工厂的防静电控制项目就是对静电敏感器件的保护以及HBM、CDM、MM三种模式下的静电源控制。

1.5 静电控制区域的划定

静电控制区域也就是EPA区域的划定需要根据静电敏感器件的生产流向进行确定，根据静电敏感器件的等级确定其防护措施。通常静电敏感器件的生产流向一般为：仓库-来料检验-产线-抽检这几个过程；当然，这个区域通常还包括静电敏感器件所通过的物流通道。根据静电敏感器件的生产流向可确定工厂中的静电控制区域。区域确定后应对整个区域进行标识标注以明确区域范围，然后根据区域以及静电敏感器件的防护等级要求设计控制措施。

1.6 其他

体系策划中还包括文件、方案、实施检测的部分，由后文详述。

2 防静电体系文件的建立

防静电体系文件的组成一般由基准标准、体系文件、关联文件、内部审核文件，培训文件，静电敏感器件清单、静电源控制清单、过程点检、入厂检验报告、作业指导书、设备仪器的校验报告组成。

2.1 基准标准

基准标准通常会采用ESD20.20[1]和IEC61340-5-1[2]，这两个标准是被广泛认可的防静电体系标准，两个标准中存在部分差异，在实际的使用中可以根据实际情况进行选择或优化。

2.2 体系文件

体系文件是整个防静电管理的重要依据和载体，通常包含以下四个文件：（1）《防静电管理办法》，作为整个体系的总纲；（2）《EPA区域管理标准》，包含组织架构、EPA区域划定、管控方法、检测方法及依据、过程点检；（3）《防静电配置使用标准》，包含防静电设施、设备使用方法及防静电配置的操作指导书；（4）《防静电用品的检验标准》，包含涉及到工厂使用的防静电设施、设备、部品的来料检验方法。

2.3 关联文件

在体系文件中通常会引用其他企业文件的部分称之为关联标准，这部分标准主要涉及到《监视和测量装置控制程序》、《不合格品控制程序》、《内部审核控制程序》、《人力资源管理程序》等支持文件，由于文件之间的关联性，在对文件进行变更时应注意文件的同步变更。

2.4 内部审核文件

防静电体系运营需要建立其对应的内部审核机制，内审文件可以参照质量体系的内审文件体系建立，但需要注意的是防静电体系中包含大量的实际测量和点检的部分，应按此建立详细的审核清单。

2.5 培训文件

防静电体系是一个全员参与的项目，不是公司中某个部门或某个人的项目，所以需要针对不同的层级建立不同的培训计划，所培训的内容及周期也存在差异。培训计划应体现在体系文件中的《防静电管理办法》中，但相应的教材及考试试题应独立设置。

2.6 其他

静电敏感器件清单、静电源控制清单、过程点检、入厂检验报告、作业指导书、设备仪器的校验报告应体现在防静电的体系文件中，由于以上文件可能会根据生产过程的差异造成频繁的变更，所以可以作为体系文件的关联文件进行独立管理。

3 静电防护方案

静电防护首先要明确保护什么和控制什么，换言之，需要保护的是静电敏感器件；而需要控制的是静电源，也就是前文所述的HBM、CDM、MM。静电的损害是由于静电形成了释放通路，形成了静电释放电流而对静电敏感器件所造成的静电伤害；往往还有另一种静电释放或者说静电压的平衡会被忽略，通常处于绝缘状态的部品组装会使具有不同静电压的部品组装到一起，组装到一起而具备不同静电压值的部品会平衡部品之间的静电压差，而形成静电平衡电流，这个平衡电流有可能会比静电对地释放更加严重，所以静电的防护实际上是静电释放或静电平衡的控制。静电压的控制基点选择为零电位。

EPA区域中的静电管控措施通常包含以下几个方面：（1）屏蔽防护；（2）湿度控制；（3）接地系统；（4）离子化系统。但需要注意的是以上的四种方法是建立在静电敏感器件以及静电源的排查与控制上的，切不可忽略其中对静电源的管控。

3.1 屏蔽防护

屏蔽防护多数应用在静电敏感器件的包装上，在家电产品使用的部品中部分半导体使用了这种防护措施。在产品成产流程中也存在其他的屏蔽防护形式，例如：防静电工作服的使用，防静电工作服具有的导电线实际上也是一种屏蔽的手段，可以有效将防静电工作服内部的衣物摩擦所产生的静电有效释放和屏蔽；再如：线体上使用的静电源工具可以使用铝箔纸进行包裹，同样也是一种屏蔽方式。

3.2 湿度控制

湿度控制可以有效的降低静电压值，但需要在密闭的空间内实施。湿度控制应配备加湿器和抽湿机，在不影响其他产品生产工序的情况下55%-70%的湿度为最优。

3.3 接地系统

接地系统在整个控制体系中较为复杂：其中包含了人体接地、设备接地、工具、工装接地四个方面。在阐述以上四个接地方式前，应对电源地、设备地、防静电地进行等电位的设置，而接地主线及接地体的设置应符合相关国家标准要求。

人体接地可使用腕带、防静电鞋、脚跟带的方式，部分防静电工作服可以通过导电线与接地系统连接。腕带的使用因配备接地报警器以确保接地的可靠性；防静电鞋或脚跟带应配套防静电地板或防静电地垫使用，但是防静电地板造价相对较高，而防静电地垫的使用寿命较短且一致性不好，所以可以使用不锈钢钢板作为有效的接地载体，其优点在于一致性好、维护简单且不易损坏。但使用不锈钢钢板作为接地载其接地电阻接近于零，所以务必保证在人体到钢板件使用带有1兆欧以上组织的防静电鞋或脚跟带，以减缓静电的释放速度并保证人体接地安全。

设备接地主要是对于生产线体以及测试设备进行有效接地，其相对规范本文就不再赘述。

工具、工装的接地是容易被忽略的地方，例如使用的交流电动螺刀如果不进行接地，其漏电压可以高达70伏。所以使用的电动工具必须进行接地并需要进行日常点检。工装车或者存放静电敏感器件的容器在运输过程中可以形成2千伏以上的静电电压，可以将其视为MM孤立导体放电模式，其有效的控制方法就是使用静电释放材料并进行有效接地，这里还需注意的是工装车接地必须是实时的，也就是说工装车在运动的过程中需要实时释放由运动造成的静电，由于工装车运动的不确定性所产生的静电压值也是在不停变化的，如果不能有效的进行实时释放，静电压值将不断的发生变化而形成电流，就有可能对静电敏感器件造成伤害。

3.4 离子化系统

离子化体统的优势在于较大体积静电源的静电压消除，离子风可以覆盖的地方可以有效降低静电源电压值，对于一些无法使用屏蔽、湿度控制、接地的工位非常适用。推荐在整个EPA区域内进行必要的离子化布局，尤其是静电源部件在上线前的离子化以及生产过程中的离子化，原因在于静电源部件在装配后会有一个静电平衡的过程，降低部品间静电压差可有效降低静电释放的能量，其次在整个生产过程中产品是在运动的，这势必会不断产生静电，而这部分静电又会不断的释放或平衡。所以有效全面的离子化可以全面的消除生产过程中的静电伤害。

离子化设备同样需要日常的点检及维护，确保其消散能力及偏执电压的处于正常范围，如果以上两个关键参数超标，离子化设备就变成了一个静电源。

4 防静电体系的实施

文章本节以上的部分介绍了防静电体系的构建、文件的构成以及防静电方案的策划，整个防静电体系的设计已具备雏形，方案的实施需根据工厂的实际情况有计划有进度的实施，本文对此不再赘述。

5 检测

检测应分为事前、事中、事后三个阶段进行：事前应使用静电压测试工具对整个生产过程的静电源电压进行测试分析；事中应在整个生产过程中对使用的接地、离子化、湿度、屏蔽进行过程监控确保其有效；事后应对静电控制点所出现的差异进行校准或改善。

检测通常会用到相应的测试设备，在防静电的体系中必要的测试设备有以下几项：手持式静电压测试仪、CPM、绝缘电阻测试仪、万用表、人体接地综合测试仪，如果有条件的话换可以配置无线静电场测试仪和干燥箱。所使用的测试设备应具备校准报告，以确保测试数据的准确。

6 结论

文章对家电工厂的防静电体系搭建从体系策划、文件、方案、实施、检测五个方面进行了阐述，其中的原则应建立在安全第一的前提下，这也是新版ESD20.20的要求。另外文章对静电源的控制进行了着重关注，提及了除静电释放外静电压平衡所形成的ESD伤害；接地系统中的等电位以及不锈钢钢板作为接地载体也是一项创新。总之，防静电体系是一项立体工程，涉及到整个人机料法环过程，随着防静电水平的不断提升，静电数据的收集分析、实时监控也将逐步纳入到静电防护体系中；不断提升的防静电需求也将不断促进防静电体系的升级。

[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

）简介：邢 乐（1981.07-），男，本科，中级职称，E-mail：xingle918@163.com

2017-07-19