国外静电安全标准进展.pdf

68标 准 科 学2012年第7期国外静电安全标准进展马胜男 郭德华（中国标准化研究院,北京,100088）摘要：本文从静电安全管理的视角梳理了ESD标准领域的类型及拓扑关系，以期为中国静电安全标准的发展提供借鉴。关键词：静电放电 静电安全 管理体系标准Research on Overseas Electrostatic Discharge Safety StandardsMA Sheng-nan,GUO De-hua（China National Institute of Standardization,Beijing 100088,China）Abstract:This paper analyzes classes and topological relations between ESD standard domains,which is expected to provide reference to China.Keywords:electrostatic discharge(ESD),electrostatic safety,management system standard(MSS)投稿日期：2012-04-13作者简介：马胜男（1980-）女，博士，副研究员，研究方向：标准知识研究。1 引言静电是指物体所带电荷处于静止或缓慢变化的相对稳定状态。静电可由物质的接触和分离、静电感应、介质极化和带电微粒的附着等物理过程而产生。传统的静电安全问题研究多集中于电子电气领域，研究者认为工业设备中约有80的事故是由于电子元器件的静电放电(Electrostatic Discharge,ESD)损坏引起的。在电子元器件普遍应用的今天，静电危害的防护几乎涉及各个技术领域。ESD标准最早源于各国的军标和企业标准，后为电子行业各标准组织所关注，并逐步建立和形成了标准。主要的标准组织包括：国际电工委员会（International Electrotechnical Commission,IEC）、美国静电放电协会（Electrostatic Discharge Association,ESDA）、美国电子工业联合会（Electronic Industries Alliance,EIA/JEDEC）、汽车电子工业协会（Automotive Electronics Council,AEC）和美国电气电子工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE）等。早期的标准在19601970年就已形成，主要标准基本一致。2000年后，ESD体系及ESD控制方法标准及其认证工作逐步推广，目前新标准的发展以ESDA的居多。本文分析了各标准组织ESD标准集的结构关系，并进一步从企业静电安全管理的视角梳理了ESD标准领域的类型及拓扑关系，以期对我国静电安全标准的发展有所裨益。2 IEC ESD标准IEC自1980年以来陆续有防静电标准发布，负责国际交流69STANDARD SCIENCE2012,No.7ESD标准的主要是TC 101。IEC/TC 101成立于1996年1月，致力于静电学领域标准化。IEC/TC 101工作范围包括：评估静电放电的发生、保留和耗散的测量方法；确认静电放电作用；以测试为目的的静电现象模拟方法；规范用于降低或消除静电危害或负面作用的程序、设备和材料，或控制区域内的设计和操作。不包括：TC 77负责的带电电子电气设备、系统和装置的静电放电模拟。此外，IEC/TC 101的工作还包括评估材料上静电放电的发生、保留和耗散，指定测试方法和设备。IEC静电相关标准结构关系如图1所示。其中，TC101标准基本编号是61340，核心标准为IEC 61340-5-1，规定了ESD体系的管理和技术要求。IEC 61340-5-1共发布了两个版本。首版1998年发布，一直处于TR（Technical Report）状态，2000年获得欧洲电工技术标准委员会（CENELEC）认可和批准，在其成员国推行和使用。2007年，TC101发布了全面修改后的IEC 61340-5-1标准。新版IEC61340-5-1标准制定吸取了ESD S20.20标准的特点和做法，仅从框架和技术指标对ESD体系作要求和推荐，实际做法则通过标准实施指南IEC 61340-5-2提供指导，认证标准的特性已经呈现出来。目前欧洲和日本企业更倾向于IEC 61340-5-1标准的认证。3 美国ESD标准体系3.1 美国军用标准（MIL）ESD相关标准美国军用电子产品自1970年开始实行静电防护控制，约10年后正式颁发相应的美国军用标准（American military standard,MIL），共制定了13项MIL标准（如图2所示）。美军ESD防护性能指标标准共发布了3个版本：DOD-STD-1686（1980）、MIL-STD-1686A（1988）、MIL-STD-1686C（1995）。随后，EIA和ESDA的标准进一步完善了美国军用标准。3.2 ANSI和ESDA的ESD标准体系（ANSI/ESD）ESDA是国际权威的静电放电理论和实践研究组织，成立于1982年，是一个专业的自愿组织。ESDA成员从成立初期不到100名，发展到遍布全球、总数超过2,000名。其领域从仅限于电子元器件的ESD影响，拓宽到纺织品、塑料、居室清洁和形象艺术等图1 IEC静电相关标准结构关系International Communication 70标 准 科 学2012年第7期领域。该协会授权通过标准开发、教育节目、专业书籍、出版物、指南、认证工作和座谈会宣传ESD知识。ESDA的职责是在国际电工委员会（IEC）静电学领域代表美国利益。ESDA标准项目分为4种类型，其缩写表示分别为S-标准（Standard），STM-标准测试方法（Standard Test Method），SP-标准实践（Standard Practice），TR-技术报告（Technical Report）。ESDA目前已发布35项标准和22项技术报告，其结构关系如图3所示。根据标准规范的对象，可将这些标准项目分为ESD控制程序、工作环境静电防护、人员用静电防护装备、电子产品防静电包装、设备测试模型及方法等5大类，基本覆盖了静电安全的标准化需求。作为ESD业内最权威的标准，ANSI/ESD S20.20标准体系是在MIL-STD-1686C基础上建立的目前业界最流行的一套体系，体系的核心标准是ANSI/ESD S20.20。它规范了电子元器件及电子设备行业在制造、处理、装配、安装、包装、服务、测试、检验等过程中建立、实施和维护静电放电的控制方案，已成为国际通行的建立ESD防护体系的规范性指导标准。ESD S20.20一共发布了1999版和2007版2个版本，其中2007版于2007年3月发布，2008年开始用于认证审核，2009年全面取代1999版。对ESDS20.20:2007标准认证的企业，其静电防护体系也可以按IEC61340-5-1:2007标准方便地进行转换。3.3 美国电子工业协会（EIA）、固态技术协会 （JEDEC）ESD相关标准EIA由美国电子元器件协会（Electronic Components Association,ECA）、JEDEC固态技术协会（JEDEC Solid State Technology Association,JEDEC）等5个协会共同组成。其中，JEDEC是微电子领域非常活跃的一个开放性技术与标准组织，其标准的维护与更新活动十分频繁，具有较好的时效性。EIA标准已部分转由JEDEC负责维护与更新。JEDEC研制静电相关标准的技术委员会主要包括JC-14固态产品质量和可靠性委员会下的JC-14.1封装器件可靠性测试分委会、JC-14.3硅器件可靠性鉴定与监测分委会和JC-13政府联络委员会等。EIA/JEDEC发布的ESD相关标准共12项（如图4所示）。其中，EIA-625标准是EIA和JEDEC联合制定的ESD标准，1999年修订为JESD625-A，2012年进一步修订为JESD625-B，成为集技术、培训和质量认证的基础标准，绝大部分内容与ANSI/ESD接轨。3.4 汽车电子工业协会（Automotive Electronics Council,AEC）ESD相关标准AEC（汽车电子协会）是由主要汽车制造商与美国部件制造商共同组成的、以车载电子部件的可靠性以及性能指标标准化为目的的团体，是为汽车电子工业元器件提供质量标准和质量认证的组织。AEC制定的电子元器件质量要求的主要标准有：AEC-Q100（13项）、Q101（8项）、Q200（9项）和其他标准共35项，其中ESD相关标准共10项（如图5所示）。3.5 美国其他组织ESD相关标准 ASTM国际标准组织制定的ESD标准主要包括材料性能试验方法（绝缘材料ASTM D257-07、橡胶ASTM D991-89:2010、地板ASTM F150-06、薄膜开关ASTM F1812-09）、包装材料（ASTM D5077-图2 MIL静电相关标准结构关系国际交流71STANDARD SCIENCE2012,No.7图3 ANSI/ESD静电相关标准结构关系90:2009）、服装（ASTM E1549-95:2000）、静电起电试验方法（ASTM D4470-97:2010）等7项。美国电气电子工程师学会（Institute of Electrical and Electronics Engineers,IEEE）研制的ESD相关标准主要针对电子设备静电放电ESD试验方法（IEEE C63.16-1993、ANSI/IEEE C37.90.3-2001）、环境特征（IEEE C62.47-1992）、评价方法（IEEE C62.38:1994（R1999）等方面。2001年以后，IEEE基本没有开展ESD领域的标准化活动。美国防火协会（National Fire Protection Association,NFPA）设有静电(Static Electricity)技术委员会，负责International Communication 72标 准 科 学2012年第7期图4 EIA/JEDEC静电相关标准结构关系维护NFPA77 静电 推荐做法，历史版本包括1966、1972、1977、1983、1988、1993、2000、2007等。4 其他国际组织和国家ESD标准发展情况国际标准化组织（International Organization for Standardization,ISO）在静电相关领域的标准化上侧重于橡胶（ISO 1853:2011、ISO 2878-2007）、地毯（ISO 6356-2000、）、汽车（ISO 10605-2008）、航天（ISO 11221-2011）、传动带（ISO 284-2003、ISO 9563-1990、ISO/DIS 1813）等领域的抗静电特性及试验方法，共研制相关标准8项。其中，ISO 10605:2008是汽车电子产品测试中的重要抗扰度标准，该标准的发布在技术内容上作了重要的修改和充实，在形式上体现了ISO和IEC两大标准化组织的合作和交流。5 结语综合前述研究，当前国外ESD相关标准发展趋势可以总结为三方面。一是在电子电器领域，ESD标准已渐趋成熟，发展重心正逐步从标准研制转向标准应用、航空航天、医疗设备、汽车等电子元器件应用普遍的多个产业均开展了大量ESD相关标准的认证工作。二是除电子产业以外，ESD的危害与防控已受到石油化工、汽车、国防和航空航天等众多领域的普遍重视，以ESDA为代表的组织已将静电安全提升为跨行业的共性问题，开展了一系列标准研制工作。三是当前国际上已形成三大主流ESD体系标准：ANSI/ESD S20.20、IEC61340-5-1、JESD625-B。三者均对ESD工业实践做出了管理和技术的基本要求，一方面强调企业ESD防控体系应与质量管理体系兼容，建立企业自图5 AEC静电相关标准结构关系国际交流73STANDARD SCIENCE2012,No.7我发展、持续改进的机制；另一方面体系的技术要求更加灵活，可以针对实际情况确定应符合的具体技术指标，并对重要防护措施增加了技术要求。综合国际三大主流ESD体系标准，从企业静电安全管理的视角对ESD标准规范的发展空间进行分类，可以建立如图6所示的ESD体系标准拓扑关系。ESD体系标准包括管理要求和技术要求两部分。管理要求主要包括：控制程序（控制大纲、控制手册）、符合性验证、安全规程（企业、项目、工程）等三类标准规范。技术要求包括基础要求、环境要求、人员防护装备、产品防护、产品性能等五大类标准规范。其中，基础要求类包括：术语、测试模型（人体模型、机器模型、带电设备模型、套接设备模型、瞬时闭锁设备模型、传输线脉冲设备模型、人体金属设备模型等）等标准规范，环境要求类包括：接地及连接系统、EPA防护区、地板、工作面、座椅、标识等标准规范，人员防护装备类包括：腕带、外衣、鞋类和鞋类系统、手套和指套等标准规范，产品防护类包括产品包装要求及取放操作要求等标准规范，产品性能类包括纺织、橡胶、塑料等各类产品的ESD测试方法和防静电性能要求等标准规范。图6 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