航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系要求系列標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用實踐

高志良 王若玨 何積浩 袁亞飛 馬姍姍 落震宇

（北京東方計量測試研究所， 北京， 100094）

引言

隨著先進電子制造工藝在航天用元器件生產(chǎn)中的普遍應(yīng)用， 元器件、 集成電路、 單機產(chǎn)品的靜電放電敏感度等級越來越高， 極易受靜電放電產(chǎn)生的電場、 能量、 熱量等影響， 造成靜電損傷或潛在失效， 對于宇航型號產(chǎn)品研制、 生產(chǎn)及在軌運行可靠性、 安全性造成嚴重影響， 甚至引發(fā)宇航型號產(chǎn)品靜電安全事故。 而靜電損傷的90%屬于隱形損傷， 很難通過檢測手段發(fā)現(xiàn)， 受到隱形損傷的產(chǎn)品可能對宇航型號產(chǎn)品帶來重大的事故隱患[1]。

1 國內(nèi)外靜電防護相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)概述

為解決靜電放電導(dǎo)致的產(chǎn)品質(zhì)量問題， 國際電工委員會 （IEC） 和美國靜電放電協(xié)會（ESDA） 制定了多項靜電防護標(biāo)準(zhǔn)。 ESDA 組織制定了國際上最為通用的電子產(chǎn)品靜電防護標(biāo)準(zhǔn)ANSI／ESD S20.20 《靜電放電控制方案》， 該標(biāo)準(zhǔn)首次提出靜電防護管理體系的概念， 基于軍方和商業(yè)組織的實踐經(jīng)驗， 建立了一套靜電放電控制方案， 采取系統(tǒng)化的防護措施， 保護靜電敏感電子電氣零件、 裝置和設(shè)備（不包括電動引爆裝置）， 減少靜電放電對靜電敏感件的損害。 IEC 61340-5-1 《電子器件的靜電防護—基本要求》由靜電學(xué)標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會 （IEC／TC 101） 組織制定， 吸納了ANSI／ESD S20.20 標(biāo)準(zhǔn)的主要內(nèi)容， 在結(jié)構(gòu)、 內(nèi)容、 技術(shù)要求上基本與同期S20.20 協(xié)調(diào)一致[2-3]。

國際先進靜電防護標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)展為我國航天靜電防護標(biāo)準(zhǔn)的制修訂提供了積極引導(dǎo)。 中國航天科技集團有限公司 （簡稱集團公司） 結(jié)合航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)實際情況， 借鑒了ANSI／ESD S20.20、 IEC 61340-5-1 等國際靜電防護標(biāo)準(zhǔn)要求， 在2013 年發(fā)布實施了航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系要求系列標(biāo)準(zhǔn) （以下簡稱系列標(biāo)準(zhǔn)）。該系列標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了航天電子產(chǎn)品靜電防護的一般要求以及策劃、 培訓(xùn)、 防靜電工作區(qū)、 包裝、 標(biāo)識、 采購和外包、 監(jiān)視和測量、 審核、 管理評審和改進等詳細技術(shù)和管理要求， 適用于處置靜電放電敏感電壓不低于人體模型 （HBM） 100V 的航天靜電放電敏感產(chǎn)品的采購、 制造、 加工、 組裝、 裝聯(lián)、 包裝、 標(biāo)識、 維修、 失效分析、 測試、 檢驗、 環(huán)境試驗、 貯存、 分發(fā)和運輸?shù)瓤蒲小?生產(chǎn)活動， 可作為對相關(guān)靜電防護管理體系進行評價或?qū)徍说囊罁?jù)。

本文對系列標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用與實施情況進行分析和說明， 明確體系化的靜電防護管理方法與措施，為進一步加強標(biāo)準(zhǔn)實施應(yīng)用、 推動航天電子產(chǎn)品靜電防護水平的持續(xù)提高提供可行的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用實施建議。

2 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用分析

2.1 基于 “PDCA” 模型的體系化航天電子產(chǎn)品靜電防護管理方法

體系化航天電子產(chǎn)品靜電防護管理方法主要借鑒采用了ISO 9000 質(zhì)量管理體系“PDCA” 循環(huán)模型的思想， 如圖1 所示。 該方法是質(zhì)量管理體系在航天電子產(chǎn)品靜電防護管理上的提升和突破， 是對質(zhì)量管理體系在靜電防護領(lǐng)域的強化和延伸應(yīng)用。

圖1 “PDCA” 循環(huán)模型在航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系中的應(yīng)用

體系化管理實施的基礎(chǔ)是系列標(biāo)準(zhǔn)， 基于此形成了較為統(tǒng)一規(guī)范的靜電防護做法和評價方法，構(gòu)建了航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系架構(gòu)， 如圖2 所示。 覆蓋了策劃、 實施、 檢查、 改進等環(huán)節(jié)， 將靜電防護技術(shù)與管理要求落實到靜電敏感產(chǎn)品的采購、 研制、 生產(chǎn)、 試驗、 運輸、 維修以及使用等全壽命周期和全流程， 實現(xiàn)靜電放電問題的防護與控制[4]。

圖2 航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系架構(gòu)

航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系架構(gòu)主要包含了組織要求、 文件要求、 策劃要求、 人員培訓(xùn)、靜電防護工作區(qū) （EPA） 要求、 包裝要求、 標(biāo)識要求、 采購與外包、 檢測與測量、 改進要求、 內(nèi)部審核以及管理評審等12 個管理要素。 基本能夠規(guī)范、 指導(dǎo)、 控制、 管理航天電子產(chǎn)品元器件、單機、 部組件等全壽命周期和全流程靜電防護各主要關(guān)鍵過程。

系列標(biāo)準(zhǔn)的實施流程主要分為策劃和計劃、需求識別、 EPA 劃分與配置、 文件編制、 運行與測量、 內(nèi)部審核、 管理評審和持續(xù)改進等8 個步驟， 如圖3 所示。 應(yīng)用企業(yè)結(jié)合自身航天電子產(chǎn)品科研、 生產(chǎn)、 試驗、 使用等實際特點， 制定切實可行的靜電防護工作目標(biāo)和方針， 并結(jié)合航天電子產(chǎn)品靜電敏感度等級、 靜電放電敏感作業(yè)與活動、 靜電防護相關(guān)人員和靜電防護控制薄弱點， 明確識別出采取靜電防護與控制措施的重點。 同時， 應(yīng)用企業(yè)結(jié)合接觸航天電子產(chǎn)品科研生產(chǎn)活動的需求， 劃分操作航天電子產(chǎn)品的EPA， 并在EPA 中配置用于絕緣物控制、 產(chǎn)品靜電放電控制、 人員靜電放電控制、 區(qū)域靜電防護效果監(jiān)測的設(shè)備、 實施并制定指導(dǎo)和規(guī)范人員控制、 EPA 控制、 產(chǎn)品標(biāo)識、 采購與外包等管理要素的過程管理手冊與程序文件。

圖3 航天電子產(chǎn)品靜電防護體系標(biāo)準(zhǔn)的實施流程

航天電子產(chǎn)品靜電防護體系在運行條件基本具備后， 通過運行以及定期開展涉及航天電子產(chǎn)品靜電防護與控制的 “人、 機、 料、 法、 環(huán)” 等要素的監(jiān)視測量和內(nèi)部審核與管理評審工作， 實現(xiàn)對航天電子產(chǎn)品靜電防護與控制工作的支撐以及持續(xù)改進。

2.2 基于 “TSIV” 模型的系統(tǒng)化航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)措施

基于 “TSIV” 模型的系統(tǒng)化航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)措施主要依據(jù)《航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)要求》 《航天電子產(chǎn)品防靜電測試要求》 《航天電子產(chǎn)品防靜電離子風(fēng)機檢測方法》 《航天電子產(chǎn)品防靜電屏蔽包裝袋檢測方法》 《人體防靜電測試儀校準(zhǔn)規(guī)范》 等技術(shù)與測試標(biāo)準(zhǔn)方法。

該措施借助 “合格評定” 的思維和理念， 即通過檢測、 分析、 檢查、 驗證等手段， 評價涉及航天電子產(chǎn)品靜電防護與控制的 “人、 機、 料、法、 環(huán)” 等要素是否滿足航天電子產(chǎn)品靜電防護與控制工作的需要和要求， 并根據(jù)評價結(jié)果， 指導(dǎo)應(yīng)用企業(yè)有針對性地開展技術(shù)改進措施， 如圖4所示。

圖4 基于 “TSIV” 模型的系統(tǒng)化航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)措施

基于 “TSIV” 模型的系統(tǒng)化航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)措施主要包含： 航天電子產(chǎn)品形成過程全流程中靜電防護設(shè)備設(shè)施檢測、 EPA 環(huán)境的檢測； 元器件抗靜電能力與電子產(chǎn)品損傷機理的分析； 人員靜電防護能力與關(guān)鍵過程靜電防護控制工藝的檢查； 靜電防護措施完整性和適用性驗證等， 如圖5 所示。 通過對上述8 個要素的單一評價及綜合評估， 對航天電子產(chǎn)品形成過程全流程靜電防護與控制能力進行全面診斷。

圖5 基于 “TSIV” 模型的系統(tǒng)化航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)措施主要架構(gòu)

開展航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造區(qū)域使用前檢測和使用過程中的周期性第三方檢測， 能夠?qū)o電防護技術(shù)指標(biāo)符合性情況進行持續(xù)性驗證和評價。 應(yīng)用企業(yè)可以根據(jù)檢測結(jié)果更換、 維護、 維修、 調(diào)整應(yīng)用于航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造的靜電防護設(shè)備設(shè)施，同時對EPA 環(huán)境條件進行改進、 完善和提升。

委托第三方專業(yè)技術(shù)機構(gòu)開展元器件抗靜電能力分析與電子產(chǎn)品靜電損傷機理分析， 能夠直觀評價用于航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)、 制造、 試驗的“原料產(chǎn)品” 的靜電放電敏感等級和抗靜電能力。企業(yè)可以根據(jù)上述分析結(jié)果， 選擇適合的元器件、 單機產(chǎn)品等 “原料產(chǎn)品”， 或?qū)Τ袚?dān) “原料產(chǎn)品” 生產(chǎn)、 制造、 試驗的供應(yīng)方企業(yè)提出更有針對性的產(chǎn)品抗靜電能力要求， 確保接收并使用的 “原料產(chǎn)品” 的靜電防護能力。

開展人員靜電防護能力的檢查和航天電子產(chǎn)品 “全流程” 中關(guān)鍵過程靜電防護控制工藝的檢查， 能夠有針對性地對從事航天電子產(chǎn)品操作的人員與生產(chǎn)、 制造、 試驗方法進行評價， 企業(yè)可以根據(jù)評價結(jié)果， 對相關(guān)人員開展相應(yīng)培訓(xùn)， 以提升人員的靜電防護意識和能力， 并改進靜電防護控制工藝措施。

開展靜電防護與控制措施完整性驗證， 能夠全面評價航天電子產(chǎn)品靜電防護與控制技術(shù)措施的應(yīng)用情況； 同時對航天電子產(chǎn)品科研生產(chǎn)環(huán)境高阻、 低阻、 靜電電位、 電荷量、 離子平衡度、氣體壓差、 噪聲、 照度、 潔凈度、 溫濕度、 電網(wǎng)干擾等關(guān)鍵環(huán)境控制參數(shù)進行持續(xù)監(jiān)測， 使電子產(chǎn)品制造環(huán)境實時滿足靜電防護工作的要求， 提高靜電防護工作的先進性和實效性， 保障電子產(chǎn)品科研生產(chǎn)工作的全過程質(zhì)量與安全。

2.3 基于 “AAGI” 模型的航天電子產(chǎn)品靜電防護與控制聯(lián)動應(yīng)用

基于 “AAGI” 模型的航天電子產(chǎn)品靜電防護與控制二元聯(lián)動應(yīng)用， 是在引入第三方認證監(jiān)督機制的基礎(chǔ)上， 綜合應(yīng)用體系化航天電子產(chǎn)品靜電防護管理方法和系統(tǒng)化航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)措施， 如圖6 所示。

圖6 “AAGI” 模型內(nèi)涵

依據(jù)系列標(biāo)準(zhǔn)開展航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系認證是對航天電子產(chǎn)品生產(chǎn)制造全流程和全壽命周期靜電防護控制符合性、 文件合規(guī)性、 運行有效性開展的第三方認證監(jiān)督， 是基于技術(shù)測評、 文件審核、 現(xiàn)場審核三級聯(lián)動的審核評價。 技術(shù)測評是應(yīng)用單位通過委托第三方計量測試機構(gòu)對生產(chǎn)現(xiàn)場靜電防護技術(shù)指標(biāo)進行符合性測試和評價。 文件審核和現(xiàn)場審核是第三方認證機構(gòu)對宇航電子產(chǎn)品靜電防護管理體系運行記錄及技術(shù)測評結(jié)果等進行內(nèi)容符合性審查， 以及對生產(chǎn)作業(yè)活動和場所進行現(xiàn)場審核確認。 技術(shù)測評、 文件審核和現(xiàn)場審核互為依據(jù)、 相互支撐， 評價方式系統(tǒng)、 全面， 如圖7所示。 應(yīng)用單位通過接受第三方認證， 能夠完善和改進航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系運行效果， 持續(xù)保障管理方法的有效實施。

圖7 航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系認證三級聯(lián)動審核評價模式

依據(jù)《航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)要求》 《航天電子產(chǎn)品防靜電測試要求》 《航天電子產(chǎn)品防靜電離子風(fēng)機檢測方法》 《航天電子產(chǎn)品防靜電屏蔽包裝袋檢測方法》 等標(biāo)準(zhǔn)實施航天電子產(chǎn)品科研生產(chǎn)場所用靜電防護產(chǎn)品和靜電防護設(shè)施認證， 由第三方機構(gòu)評定靜電防護產(chǎn)品和靜電防護設(shè)施生產(chǎn)企業(yè)的質(zhì)量管理體系和樣品型式試驗， 確認生產(chǎn)企業(yè)持續(xù)具備按照規(guī)定標(biāo)準(zhǔn)要求生產(chǎn)產(chǎn)品的能力， 可以作為基于 “TSIV” 模型的系統(tǒng)化航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)措施的提升方式和補充手段。

航天電子產(chǎn)品靜電防護管理體系認證以及航天電子產(chǎn)品科研生產(chǎn)場所用靜電防護產(chǎn)品和靜電防護設(shè)施認證的聯(lián)動應(yīng)用， 能夠從技術(shù)和管理兩個維度， 有效提升航天電子產(chǎn)品靜電防護與控制效果，保證航天電子產(chǎn)品全壽命周期和全生產(chǎn)流程避免靜電危害， 提升航天電子產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性水平。

3 標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用實施效果

系列標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布實施以來， 我國航天工業(yè)領(lǐng)域近200 余家宇航產(chǎn)品生產(chǎn)制造企業(yè)開展了圍繞航天電子產(chǎn)品全壽命周期和全流程的 “人、 機、 料、法、 環(huán)” 全要素靜電防護與控制。 其中近40 家單位通過了由中國航天科技集團有限公司靜電防護技術(shù)中心組織的第三方認證， 覆蓋航天科技集團、 航天科工集團、 電子科技集團、 中科院、 高校及軍工電子產(chǎn)品配套企業(yè)等 多個應(yīng)用行業(yè)或企業(yè)。 人員靜電防護意識明顯增強， 硬件設(shè)備設(shè)施配置越發(fā)完善， 人員操作作業(yè)日益規(guī)范， 航天電子產(chǎn)品上下游之間靜電防護要求逐步統(tǒng)一， 防護方法和評價方式趨于一致， 初步實現(xiàn)了航天電子產(chǎn)品研制生產(chǎn)全流程的靜電防護管理控制， 各單位因靜電發(fā)生的質(zhì)量問題逐年下降[2]。

該系列標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用實踐推動了相關(guān)集團級及以上靜電防護領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)的制修訂工作。 近年來， 集團內(nèi)相關(guān)單位綜合考慮集團實際需求以及集團靜電防護領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系建設(shè)情況， 組織開展了多項關(guān)鍵靜電放電技術(shù)和管理方法研究工作， 立項申報了多項航天行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。 不斷豐富完善靜電防護領(lǐng)域標(biāo)準(zhǔn)體系架構(gòu)， 持續(xù)推進型號精細化質(zhì)量管理標(biāo)準(zhǔn)制定與實施， 豐富認證配套技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)力量， 夯實支撐靜電防護管理體系認證的專業(yè)能力與標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)水平。

4 結(jié)束語

系列標(biāo)準(zhǔn)基于系統(tǒng)化靜電防護與控制理念，將靜電防護與控制的管理方法與技術(shù)措施有機融合， 針對采購、 制造、 加工、 組裝、 裝聯(lián)、 包裝、 標(biāo)識、 維修、 失效分析、 測試、 檢驗、 環(huán)境試驗、 貯存、 分發(fā)和運輸?shù)瓤蒲猩a(chǎn)環(huán)節(jié)， 覆蓋“管理全要素、 研制全過程、 產(chǎn)品全級次和產(chǎn)業(yè)全鏈條”。 筆者從體系化航天電子產(chǎn)品靜電防護管理方法、 系統(tǒng)化航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)措施以及航天電子產(chǎn)品靜電防護與控制聯(lián)動等3 個方面對該系列標(biāo)準(zhǔn)的應(yīng)用情況進行解讀， 旨在說明系列標(biāo)準(zhǔn)對促進型號產(chǎn)品質(zhì)量管理全級次傳遞和末端落實的顯著效果。 該系列標(biāo)準(zhǔn)能夠提高全過程航天電子產(chǎn)品靜電防護技術(shù)和管理能力， 為保障航天重點型號任務(wù)成功奠定更為堅實的靜電防護與控制技術(shù)基礎(chǔ)， 具有廣泛的推廣應(yīng)用價值。