航天电子产品静电防护管理体系要求系列标准应用实践

高志良 王若珏 何积浩 袁亚飞 马姗姗 落震宇

（北京东方计量测试研究所， 北京， 100094）

引言

随着先进电子制造工艺在航天用元器件生产中的普遍应用， 元器件、 集成电路、 单机产品的静电放电敏感度等级越来越高， 极易受静电放电产生的电场、 能量、 热量等影响， 造成静电损伤或潜在失效， 对于宇航型号产品研制、 生产及在轨运行可靠性、 安全性造成严重影响， 甚至引发宇航型号产品静电安全事故。 而静电损伤的90%属于隐形损伤， 很难通过检测手段发现， 受到隐形损伤的产品可能对宇航型号产品带来重大的事故隐患[1]。

1 国内外静电防护相关标准概述

为解决静电放电导致的产品质量问题， 国际电工委员会 （IEC） 和美国静电放电协会（ESDA） 制定了多项静电防护标准。 ESDA 组织制定了国际上最为通用的电子产品静电防护标准ANSI／ESD S20.20 《静电放电控制方案》， 该标准首次提出静电防护管理体系的概念， 基于军方和商业组织的实践经验， 建立了一套静电放电控制方案， 采取系统化的防护措施， 保护静电敏感电子电气零件、 装置和设备（不包括电动引爆装置）， 减少静电放电对静电敏感件的损害。 IEC 61340-5-1 《电子器件的静电防护—基本要求》由静电学标准化技术委员会 （IEC／TC 101） 组织制定， 吸纳了ANSI／ESD S20.20 标准的主要内容， 在结构、 内容、 技术要求上基本与同期S20.20 协调一致[2-3]。

国际先进静电防护标准的发展为我国航天静电防护标准的制修订提供了积极引导。 中国航天科技集团有限公司 （简称集团公司） 结合航天电子产品生产实际情况， 借鉴了ANSI／ESD S20.20、 IEC 61340-5-1 等国际静电防护标准要求， 在2013 年发布实施了航天电子产品静电防护管理体系要求系列标准 （以下简称系列标准）。该系列标准规定了航天电子产品静电防护的一般要求以及策划、 培训、 防静电工作区、 包装、 标识、 采购和外包、 监视和测量、 审核、 管理评审和改进等详细技术和管理要求， 适用于处置静电放电敏感电压不低于人体模型 （HBM） 100V 的航天静电放电敏感产品的采购、 制造、 加工、 组装、 装联、 包装、 标识、 维修、 失效分析、 测试、 检验、 环境试验、 贮存、 分发和运输等科研、 生产活动， 可作为对相关静电防护管理体系进行评价或审核的依据。

本文对系列标准应用与实施情况进行分析和说明， 明确体系化的静电防护管理方法与措施，为进一步加强标准实施应用、 推动航天电子产品静电防护水平的持续提高提供可行的标准应用实施建议。

2 标准应用分析

2.1 基于 “PDCA” 模型的体系化航天电子产品静电防护管理方法

体系化航天电子产品静电防护管理方法主要借鉴采用了ISO 9000 质量管理体系“PDCA” 循环模型的思想， 如图1 所示。 该方法是质量管理体系在航天电子产品静电防护管理上的提升和突破， 是对质量管理体系在静电防护领域的强化和延伸应用。

图1 “PDCA” 循环模型在航天电子产品静电防护管理体系中的应用

体系化管理实施的基础是系列标准， 基于此形成了较为统一规范的静电防护做法和评价方法，构建了航天电子产品静电防护管理体系架构， 如图2 所示。 覆盖了策划、 实施、 检查、 改进等环节， 将静电防护技术与管理要求落实到静电敏感产品的采购、 研制、 生产、 试验、 运输、 维修以及使用等全寿命周期和全流程， 实现静电放电问题的防护与控制[4]。

图2 航天电子产品静电防护管理体系架构

航天电子产品静电防护管理体系架构主要包含了组织要求、 文件要求、 策划要求、 人员培训、静电防护工作区 （EPA） 要求、 包装要求、 标识要求、 采购与外包、 检测与测量、 改进要求、 内部审核以及管理评审等12 个管理要素。 基本能够规范、 指导、 控制、 管理航天电子产品元器件、单机、 部组件等全寿命周期和全流程静电防护各主要关键过程。

系列标准的实施流程主要分为策划和计划、需求识别、 EPA 划分与配置、 文件编制、 运行与测量、 内部审核、 管理评审和持续改进等8 个步骤， 如图3 所示。 应用企业结合自身航天电子产品科研、 生产、 试验、 使用等实际特点， 制定切实可行的静电防护工作目标和方针， 并结合航天电子产品静电敏感度等级、 静电放电敏感作业与活动、 静电防护相关人员和静电防护控制薄弱点， 明确识别出采取静电防护与控制措施的重点。 同时， 应用企业结合接触航天电子产品科研生产活动的需求， 划分操作航天电子产品的EPA， 并在EPA 中配置用于绝缘物控制、 产品静电放电控制、 人员静电放电控制、 区域静电防护效果监测的设备、 实施并制定指导和规范人员控制、 EPA 控制、 产品标识、 采购与外包等管理要素的过程管理手册与程序文件。

图3 航天电子产品静电防护体系标准的实施流程

航天电子产品静电防护体系在运行条件基本具备后， 通过运行以及定期开展涉及航天电子产品静电防护与控制的 “人、 机、 料、 法、 环” 等要素的监视测量和内部审核与管理评审工作， 实现对航天电子产品静电防护与控制工作的支撑以及持续改进。

2.2 基于 “TSIV” 模型的系统化航天电子产品静电防护技术措施

基于 “TSIV” 模型的系统化航天电子产品静电防护技术措施主要依据《航天电子产品静电防护技术要求》 《航天电子产品防静电测试要求》 《航天电子产品防静电离子风机检测方法》 《航天电子产品防静电屏蔽包装袋检测方法》 《人体防静电测试仪校准规范》 等技术与测试标准方法。

该措施借助 “合格评定” 的思维和理念， 即通过检测、 分析、 检查、 验证等手段， 评价涉及航天电子产品静电防护与控制的 “人、 机、 料、法、 环” 等要素是否满足航天电子产品静电防护与控制工作的需要和要求， 并根据评价结果， 指导应用企业有针对性地开展技术改进措施， 如图4所示。

图4 基于 “TSIV” 模型的系统化航天电子产品静电防护技术措施

基于 “TSIV” 模型的系统化航天电子产品静电防护技术措施主要包含： 航天电子产品形成过程全流程中静电防护设备设施检测、 EPA 环境的检测； 元器件抗静电能力与电子产品损伤机理的分析； 人员静电防护能力与关键过程静电防护控制工艺的检查； 静电防护措施完整性和适用性验证等， 如图5 所示。 通过对上述8 个要素的单一评价及综合评估， 对航天电子产品形成过程全流程静电防护与控制能力进行全面诊断。

图5 基于 “TSIV” 模型的系统化航天电子产品静电防护技术措施主要架构

开展航天电子产品生产制造区域使用前检测和使用过程中的周期性第三方检测， 能够对静电防护技术指标符合性情况进行持续性验证和评价。 应用企业可以根据检测结果更换、 维护、 维修、 调整应用于航天电子产品生产制造的静电防护设备设施，同时对EPA 环境条件进行改进、 完善和提升。

委托第三方专业技术机构开展元器件抗静电能力分析与电子产品静电损伤机理分析， 能够直观评价用于航天电子产品生产、 制造、 试验的“原料产品” 的静电放电敏感等级和抗静电能力。企业可以根据上述分析结果， 选择适合的元器件、 单机产品等 “原料产品”， 或对承担 “原料产品” 生产、 制造、 试验的供应方企业提出更有针对性的产品抗静电能力要求， 确保接收并使用的 “原料产品” 的静电防护能力。

开展人员静电防护能力的检查和航天电子产品 “全流程” 中关键过程静电防护控制工艺的检查， 能够有针对性地对从事航天电子产品操作的人员与生产、 制造、 试验方法进行评价， 企业可以根据评价结果， 对相关人员开展相应培训， 以提升人员的静电防护意识和能力， 并改进静电防护控制工艺措施。

开展静电防护与控制措施完整性验证， 能够全面评价航天电子产品静电防护与控制技术措施的应用情况； 同时对航天电子产品科研生产环境高阻、 低阻、 静电电位、 电荷量、 离子平衡度、气体压差、 噪声、 照度、 洁净度、 温湿度、 电网干扰等关键环境控制参数进行持续监测， 使电子产品制造环境实时满足静电防护工作的要求， 提高静电防护工作的先进性和实效性， 保障电子产品科研生产工作的全过程质量与安全。

2.3 基于 “AAGI” 模型的航天电子产品静电防护与控制联动应用

基于 “AAGI” 模型的航天电子产品静电防护与控制二元联动应用， 是在引入第三方认证监督机制的基础上， 综合应用体系化航天电子产品静电防护管理方法和系统化航天电子产品静电防护技术措施， 如图6 所示。

图6 “AAGI” 模型内涵

依据系列标准开展航天电子产品静电防护管理体系认证是对航天电子产品生产制造全流程和全寿命周期静电防护控制符合性、 文件合规性、 运行有效性开展的第三方认证监督， 是基于技术测评、 文件审核、 现场审核三级联动的审核评价。 技术测评是应用单位通过委托第三方计量测试机构对生产现场静电防护技术指标进行符合性测试和评价。 文件审核和现场审核是第三方认证机构对宇航电子产品静电防护管理体系运行记录及技术测评结果等进行内容符合性审查， 以及对生产作业活动和场所进行现场审核确认。 技术测评、 文件审核和现场审核互为依据、 相互支撑， 评价方式系统、 全面， 如图7所示。 应用单位通过接受第三方认证， 能够完善和改进航天电子产品静电防护管理体系运行效果， 持续保障管理方法的有效实施。

图7 航天电子产品静电防护管理体系认证三级联动审核评价模式

依据《航天电子产品静电防护技术要求》 《航天电子产品防静电测试要求》 《航天电子产品防静电离子风机检测方法》 《航天电子产品防静电屏蔽包装袋检测方法》 等标准实施航天电子产品科研生产场所用静电防护产品和静电防护设施认证， 由第三方机构评定静电防护产品和静电防护设施生产企业的质量管理体系和样品型式试验， 确认生产企业持续具备按照规定标准要求生产产品的能力， 可以作为基于 “TSIV” 模型的系统化航天电子产品静电防护技术措施的提升方式和补充手段。

航天电子产品静电防护管理体系认证以及航天电子产品科研生产场所用静电防护产品和静电防护设施认证的联动应用， 能够从技术和管理两个维度， 有效提升航天电子产品静电防护与控制效果，保证航天电子产品全寿命周期和全生产流程避免静电危害， 提升航天电子产品质量与可靠性水平。

3 标准应用实施效果

系列标准发布实施以来， 我国航天工业领域近200 余家宇航产品生产制造企业开展了围绕航天电子产品全寿命周期和全流程的 “人、 机、 料、法、 环” 全要素静电防护与控制。 其中近40 家单位通过了由中国航天科技集团有限公司静电防护技术中心组织的第三方认证， 覆盖航天科技集团、 航天科工集团、 电子科技集团、 中科院、 高校及军工电子产品配套企业等 多个应用行业或企业。 人员静电防护意识明显增强， 硬件设备设施配置越发完善， 人员操作作业日益规范， 航天电子产品上下游之间静电防护要求逐步统一， 防护方法和评价方式趋于一致， 初步实现了航天电子产品研制生产全流程的静电防护管理控制， 各单位因静电发生的质量问题逐年下降[2]。

该系列标准的应用实践推动了相关集团级及以上静电防护领域标准的制修订工作。 近年来， 集团内相关单位综合考虑集团实际需求以及集团静电防护领域标准体系建设情况， 组织开展了多项关键静电放电技术和管理方法研究工作， 立项申报了多项航天行业标准。 不断丰富完善静电防护领域标准体系架构， 持续推进型号精细化质量管理标准制定与实施， 丰富认证配套技术标准力量， 夯实支撑静电防护管理体系认证的专业能力与标准技术水平。

4 结束语

系列标准基于系统化静电防护与控制理念，将静电防护与控制的管理方法与技术措施有机融合， 针对采购、 制造、 加工、 组装、 装联、 包装、 标识、 维修、 失效分析、 测试、 检验、 环境试验、 贮存、 分发和运输等科研生产环节， 覆盖“管理全要素、 研制全过程、 产品全级次和产业全链条”。 笔者从体系化航天电子产品静电防护管理方法、 系统化航天电子产品静电防护技术措施以及航天电子产品静电防护与控制联动等3 个方面对该系列标准的应用情况进行解读， 旨在说明系列标准对促进型号产品质量管理全级次传递和末端落实的显著效果。 该系列标准能够提高全过程航天电子产品静电防护技术和管理能力， 为保障航天重点型号任务成功奠定更为坚实的静电防护与控制技术基础， 具有广泛的推广应用价值。