上市公司,为什么由于ESD而损失惨重

这是个真实的案例。我们暂且隐去公司的名字,姑且称之为HW公司吧。由于工作原因,笔者亲身经历了这一事件,参与并解决了这一棘手问题。且听我慢慢道来。

HW公司在探测器产品中大量用了F公司的一款单片机。在研发和测试阶段一切顺利,于是进入了量产阶段。一年几十万,甚至上百万件的量产,才是对一件产品的真正考验啊!首先我们要认识到,批量做到零不良率是不可能的。很多同学可能不服气,说我设计的产品从来没出过问题啊。这可以说明两个问题:1. 产品设计的确实不错。2. 产品的产量不够大。要知道当年NB的摩托罗拉苦苦追求的六西格玛,不良率还有3.4PPM呢。

言归正传,HW公司这种产品量产后,在产线上劈劈啪啪坏了一堆。一统计有7%左右出问题。查来查去,怀疑到了F公司的产品,说你家单片机,换个新的就好了,怎么这么容易坏啊?F公司一看是大客户啊,赶紧飞过去。客户一通抱怨,F公司一通查。失效分析啦,改电路做保护啦,折腾大半年。产品继续在劈劈啪啪生产线上坏。产线不能停啊!损失自然由代理商出了,这年头代理商越来越不好干了。

最后查来查去,诸位看官,料得是怎么回事?F公司还是被冤枉了。原来问题出在静电上。这事儿还真有点没想到。HW公司好歹也是一家上市公司,而且生产线看起来也蛮正规的呢。

我们先来看看,静电是如何产生的吧。

一个主要的原因:摩擦。
我们初中物理学的,玻璃棒和毛皮摩擦。
脱衣服时,衣服之间的摩擦。
走路时,脚和地板,身体和空气之间的摩擦。
云彩和空气之间的摩擦。

很神奇,摩擦完不同物体就带上静电,可能带的正电荷,也可能是负电荷。注意,这个时候不管这个物体上带了多少电荷,它并没有产生破坏作用。那么我们为什么常听说或体验到静电的破坏呢?

这时候需要第2个条件:就是一个放电的快速通道。

想象一朵云,带了满满的正电荷。这时一朵带负电荷的云,慢慢地靠近。当近到一定距离时,正负电荷之间形成的强大电场,把空气电离形成一个通道。正负电荷通过这个通道快速中和,并释放出巨大的能量。云和大地之间,过程类似。大地之于电荷,正如大海之于百川,它似乎能容下无穷无尽的电荷。

一般的物体,包括我们自己的身体都可以存储一定量的电荷。当带不同电荷的物体,或一个带电,一个不带电,接触到一起,或者接近到一定距离引起空气电离就会形成放电。在放电通道上的东西,就可能被烧掉!带电的物体对大地之间如果有导电通道也会形成放电现象。

好了,我们总结一下。ESD破坏,需要两个条件。
1. 物体上积聚了大量静电荷。
2. 该物体对其他物体或大地之间的快速放电通道。

所以防静电破坏,就是:
1. 防止静电的积聚。
2. 对于已经积聚的静电荷,要以一定的速度泄放掉。

想象一个山洪暴发时的水库,太快和太慢的速度泄洪,都会带来危险,这也是为什么接地电阻,大多数用1MΩ的原因。1MΩ电阻的另一个作用,是万一发生漏电,限制流过的电流,对人体起到保护作用。

我们来看一下HW公司犯了哪些错误:
1. 生产线工人看似都带静电手环,但工作台接地线存在断开现象,没有接到厂房的公共接地点。形式主义害死人啊。如下图所示,我们要保证整个静电泄放通路是完整有效的,从防静电手环,防静电工作台,连接到专用防静电线,一直连接到建筑厂房外埋在地下的防静电接地桩。(防静电接地线最后一定要接到防静电接地桩上,并且要定期检查接地桩对地的电阻。如果天气特别干燥需要浇一些水让土壤保持一定湿度。设施完备的大楼一般都会有防静电接地桩保护地接地桩,还有防雷击接地桩。有时前两者可以共用,但是千万不要接到防雷击接地桩上。)

2. 无线静电手环的使用。据说可以通过电晕放电把静电荷释放掉空气中。但我们知道产生电晕首先需要很高的电压,而且和空气的湿度关系很大。一般情况下作为绝缘体的空气是不可能安全快速的把静电释放干净的。(据说一碗水不倒掉,通过空气迟早也能蒸发掉。)以下是借用热心网友实测效果的对比:

3. 烧录芯片时存在工人用手直接接触芯片引脚的情况。这是要尽量避免的,即使在戴了防静电手环的情况下。最好使用防静电手套。用针床烧录,也是个好办法。

4. 是属于管理问题了。有不少工人嫌麻烦,经常不带防静电手环就操作。

采取了纠正措施后,产品终于可以全部通过生产测试了。

是的,一些很严重的问题,往往是由于我们的麻痹大意而产生。希望对大家有些借鉴。有疏漏之处,还望指正。

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