Xây dựng Chương trình Kiểm soát ESD theo tiêu chuẩn ANSI/ESD S20.20

21/08/2025

Xây dựng Chương trình Kiểm soát ESD

Tác giả: Ryne C. Allen và Gene Felder, Desco Industries

Hiện tượng ESD và tác hại

Các sự kiện phóng tĩnh điện (ESD) thường gây ra lỗi sản phẩm ngắt quãng, khó tái hiện và tiêu tốn nhiều thời gian xử lý. Lợi ích lớn nhất của chương trình kiểm soát ESD đến từ việc giảm thiểu các khuyết tật tiềm ẩn, vốn rất khó phát hiện khi linh kiện đã được lắp ráp vào sản phẩm hoàn chỉnh.

ESD có thể sinh ra khi tiếp xúc và tách rời vật liệu, hoặc do dòng chất rắn, lỏng, khí mang hạt. Nguồn phổ biến gồm: nhân sự, vật liệu polymer, thiết bị xử lý. ESD có thể gây hỏng hóc do tiếp xúc trực tiếp hoặc do điện trường từ vật tích điện cảm ứng lên linh kiện chưa được nối đất.

Mặc dù thời gian phóng điện <1 ns, dòng điện có thể đạt vài ampe – giống như một tia sét thu nhỏ – đủ để phá hủy cấu trúc vi điện tử. Con người chỉ cảm nhận được từ 3.000 V, nhưng nhiều linh kiện có mức chịu đựng <50 V. Khi linh kiện ngày càng thu nhỏ (xuống đến 0,10 µm), độ nhạy ESD càng cao → chương trình kiểm soát ESD trở thành bắt buộc.

Bắt đầu từ đâu?

Một chương trình ESD chỉ mạnh bằng mắt xích yếu nhất. Các nguyên tắc cơ bản:

Nhận diện rõ ràng linh kiện và sản phẩm nhạy ESD.
Nối đất tất cả vật dẫn (kể cả nhân sự).
Loại bỏ cách điện không cần thiết, hoặc trung hòa chúng bằng ion hóa.
Bao gói linh kiện bằng vật liệu che chắn khi rời khu vực bảo vệ ESD.

Tiêu chuẩn ANSI/ESD S20.20

Là nền tảng thiết kế, triển khai và duy trì chương trình kiểm soát ESD.
Áp dụng cho các hoạt động sản xuất, lắp ráp, kiểm tra, vận chuyển, bảo trì… với các thiết bị nhạy ESD ≥100 V (HBM).
Với linh kiện <100 V, cần biện pháp nghiêm ngặt hơn.
Hiệp hội ESD triển khai chứng nhận S20.20, có thể trở thành điều kiện bắt buộc khi hợp tác kinh doanh.
Lợi ích: nâng cao chất lượng, năng suất, sự hài lòng khách hàng, thậm chí ROI tới 1.000%/năm.

Yêu cầu quản lý & hành chính

Cần sự ủng hộ của ban lãnh đạo và tất cả phòng ban.
Có ủy ban ESD đại diện nhiều bộ phận.
Chương trình phải dựa trên điện áp chịu đựng thấp nhất của linh kiện.
Tham khảo dữ liệu độ nhạy ESD (ví dụ: V-ZAP databook).

Viết chương trình kiểm soát ESD

Theo S20.20 §6.0.1, chương trình phải bao gồm:

Yêu cầu hành chính (đào tạo, giám sát tuân thủ, ghi nhận hồ sơ).
Yêu cầu kỹ thuật (các tiêu chuẩn điện trở, thiết bị bảo vệ).
Chương trình phải được tài liệu hóa – triển khai – duy trì – kiểm chứng.

An toàn nhân sự

Luôn ưu tiên an toàn con người.
Không nối đất cá nhân khi làm việc gần điện áp >250 VAC.
Thiết bị nối đất cá nhân phải có điện trở 1 MΩ để hạn chế dòng <0,25 mA.
Dùng thiết bị chống rò (GFCI) để tăng an toàn.

Nội dung điển hình của một chương trình kiểm soát ESD

Đánh dấu rõ ràng khu vực bảo vệ ESD.
Chỉ mở bao bì ESD trong khu vực bảo vệ.
Nhân sự phải ở thế nối đất khi thao tác.
- Ngồi: đeo vòng cổ tay nối đất.
- Đi/đứng: dùng sàn chống tĩnh điện + dây tiếp đất giày/giày ESD.
Loại bỏ vật liệu sinh tĩnh điện không cần thiết (nhựa, bao bì thường…).
Vệ sinh thảm, bề mặt dẫn điện bằng dung dịch không để lại cặn cách điện.
Phủ bề mặt làm việc bằng vật liệu tán tĩnh điện, cấm nối đất kiểu xâu chuỗi.
Dán nhãn nhận diện tất cả linh kiện nhạy ESD, lưu trữ/vận chuyển bằng bao che chắn.
Trung hòa vật liệu cách điện cần thiết bằng ionizer.
Kiểm tra định kỳ dây đeo, giày, bề mặt, ionizer… và lưu hồ sơ.
Đào tạo & kiểm tra nhân sự về nguyên tắc và cách dùng thiết bị ESD.
Kiểm toán định kỳ các khu vực bảo vệ ESD.
Chỉ định thiết bị kiểm tra và các sản phẩm bảo vệ ESD được phép sử dụng.

Yêu cầu kỹ thuật (theo S20.20)

Bề mặt làm việc: 10⁶–10⁹ Ω.
Sàn ESD: <10⁹ Ω; nếu là phương pháp nối đất chính thì <3,5×10⁷ Ω và sinh điện <100 V.
Vòng cổ tay: <3,5×10⁷ Ω (hoặc dùng hệ thống giám sát liên tục).
Giày/dây nối đất: <10⁹ Ω.
Trang phục ESD (áo choàng): 10⁵–10¹¹ Ω, phải che phủ quần áo phía trên cổ tay, và được nối đất.
Nguồn sinh điện tĩnh: không được >±2.000 V trong phạm vi 30 cm quanh linh kiện chưa bảo vệ.
Ionizer: cân bằng điện áp ±50 V.

Tùy chỉnh (Tailoring)

Chương trình cần hiệu quả về chi phí, không phải mọi yêu cầu S20.20 đều áp dụng.
Có thể nới lỏng hoặc siết chặt tùy mức chịu đựng linh kiện.
Tất cả quyết định tùy chỉnh phải tài liệu hóa và có lý do rõ ràng.

Kết luận

Một chương trình kiểm soát ESD hiệu quả phải:

Bao trùm quy trình, con người, thiết bị nhạy ESD.
Được tài liệu hóa, triển khai, duy trì, kiểm chứng.
Có sự hỗ trợ từ quản lý, đào tạo nhân sự và kiểm toán định kỳ.
Khi làm đúng, chương trình không chỉ bảo vệ sản phẩm mà còn trở thành lợi thế cạnh tranh, nâng cao chất lượng, năng suất và sự hài lòng khách hàng.

Danh sách các thiết bị đo tĩnh điện phổ biến:

List thiết bị sử dụng để đo và kiểm tra tĩnh điện

Hạng mục	Tên thiết bị
Đo điện áp tĩnh điện	DESCO 19442
Thiết bị đo điện trở	DESCO 19290
Đo điện áp tĩnh điện trên người khi di chuyển	DESCO 19431
Phát hiện lỗi tĩnh điện ( ESD Event)	SCS 770066
Kiểm tra nhiễu EMI/EOS, điện trở hệ thống nối đất	SCS CTM051
Thiết bị đo Ionizer	DESCO 19494