ESD控制
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-04
ESD控制的實例教程
三、在加工維護過程中保證不引入對器件的損傷
在生產加工過程中，影響可靠性的最主要的因素是ESD、MSD和焊點可靠性，這三方面的控制技術目前發展得較為成熟，也有對應得國際標準，但是國內很多廠家還做得不夠完善，如產品線的ESD控制水平是多少，MSD控制可以達到幾級潮濕敏感器件，影響焊點可靠性的主要因素是怎樣控制的？象MSD控制不好引發的可靠性問題，往往是在產品到用戶手里半年以上才會大量暴發，ESD損傷對器件的長期可靠性的影響也很大，因此怎樣控制加工過程，保證對不引入對器件的損傷需要引起重視。在產品維護保養過程中同樣要考慮可靠性問題，避免引入對產品的損傷。
四、失效分析
通過對開發、測試、小批量試產，量產階段、用戶現場的器件失效分析，找到失效的根本原因和改進措施，及時糾正和預防失效的發生。發現問題越早，解決問題的成本也就越低，因此即使是開發調試過程中出現的個別器件失效，也要進行徹底的失效分析，明確失效機理，進而采取對應的解決措施。0
五、流程保障
電子產品可靠性工程是非常嚴謹的系統工程，需要高效、明確的流程來保證。最主要的可靠性流程主要有三個：
選用可靠物料流程，包括物料選型，物料認證，供應商認證，供應商質量控制等方面；
產品開發中的可靠性設計流程，在產品開發過程中保證上文提到的14種方法的使用以及明確評審要求，通過可靠性設計來保證產品的可靠性。
FRACAS流程，通過對故障數據的分析處理，找出異常問題，啟動根本原因分析，找到解決措施和預防措施，使所有問題都能夠閉環，以保證產品的可靠性。
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ESD是問題嗎？
如前所述，在處理少量MOSFET時，ESD可能不是一個問題。此時也可能產生極少數無法解釋的故障。當處理大量的MOSFET時，尤其質量是第一要素時，ESD就成為一個問題。
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ESD控制的材料和方法
直接保護法
保護功率MOSFET不受ESD或其它任何過度的柵極電壓損傷，首要目標是保持柵源電壓不超出最大規定值（HEXFET為±20）。這一點同時適用于電路內部和外部。
直接保護MOSFET的方法包括縮短柵極和源極間的距離，或者是在柵源之間施加一個齊納保護。直接保護法在內部電路和少數器件的應用中有效，但在生產環節由于涉及了大量的MOSFET就不是很實際。
圖 2a. 典型ESD故障
圖 2b. 剝離前，ESD損傷的器件在低放大倍數下的效果圖
功率MOSFET靜電保護的基本概念是盡可能防止靜電積聚，并快速有效地去除已有電荷。
環境中的材料可以幫助或阻礙靜電控制。這些材料可根據表面電阻率劃分成4類：絕緣(>1014 ohms/Sq.*)，防靜電(109-1014 ohms/Sq.*)，靜電耗散(105-109 ohms/Sq.*)，和導電（理想狀態下，為了保護HEXFET，在設施中應該只有接地的導電體。）此外，所有參與生產的人員都應硬接地。不幸的是，參與生產的這些人員極易受到故障電氣設備的電擊。同樣，長距離移動時，也很難保持接地。因此，應根據現實情況選擇保護材料和方法。
絕緣材料
由于這類材料易于儲存靜電電荷并難以放電，如果可能的話，功率MOSFET及其整體環境需遠離該類材料。
展開 （2）開關型多回轉電動執行機構（AC380V電源）：每臺執行機構閥位反饋4-20mA計算AI輸入1點（如無反饋信號則不計算該AI點數），閥門正轉/反轉控制計算DO輸出2個點，閥門開到位/閥門關到位（限位開關）計算DI輸入2個點，執行器開過力矩/關過力矩故障信號計算DI輸入2點。
（3）調節型電動執行機構：每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點，閥門控制信號計算AO輸出1個點，執行器故障報警信號計算AI輸入1個點（故障報警常見于智能型電動執行機構，如無故障報警信號則不計算AI點數）
（4）調節型多回轉電動執行機構：每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點，執行器4-20mA控制信號計算AO輸出1個點，ESD緊急控制信號計算DO輸出1個點（ESD緊急控制信號常見于智能型多回轉電動執行機構，如無此功能則不計算該DO點數）,開過力矩/關過力矩報警信號計算DI輸入點數2點。
（5）變頻器：每臺變頻器頻率反饋計算AI輸入點數1點，頻率給定信號計算AO輸出1個點，運行/停止給定指令計算DO輸出1個點，變頻器故障報警計算DI輸入1個點，故障復位計算1個DO輸出1個點，變頻器運行狀態計算DI輸入1個點。
如果變頻器與通訊方式與DCS系統連接，則只需要計算1個通訊點，不需要計算其他點數。
（6）如系統外接電磁閥、指示燈、接觸器等設備，每個設備計算DO輸出1點（如多個設備共用一個控制信號，通常通過增加中間繼電器觸點方式完成，只需要計算1個DO輸出）。
5、電氣專業如何計算控制系統點數
（1）常規電氣控制的系統點數
最簡單的電機控制回路需要2個點DI輸入，1個點DO輸出。
展開 （2）開關型多回轉電動執行機構（AC380V電源）：每臺執行機構閥位反饋4-20mA計算AI輸入1點（如無反饋信號則不計算該AI點數），閥門正轉/反轉控制計算DO輸出2個點，閥門開到位/閥門關到位（限位開關）計算DI輸入2個點，執行器開過力矩/關過力矩故障信號計算DI輸入2點。
（3）調節型電動執行機構：每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點，閥門控制信號計算AO輸出1個點，執行器故障報警信號計算AI輸入1個點（故障報警常見于智能型電動執行機構，如無故障報警信號則不計算AI點數）
（4）調節型多回轉電動執行機構：每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點，執行器4-20mA控制信號計算AO輸出1個點，ESD緊急控制信號計算DO輸出1個點（ESD緊急控制信號常見于智能型多回轉電動執行機構，如無此功能則不計算該DO點數）,開過力矩/關過力矩報警信號計算DI輸入點數2點。
（5）變頻器：每臺變頻器頻率反饋計算AI輸入點數1點，頻率給定信號計算AO輸出1個點，運行/停止給定指令計算DO輸出1個點，變頻器故障報警計算DI輸入1個點，故障復位計算1個DO輸出1個點，變頻器運行狀態計算DI輸入1個點。
如果變頻器與通訊方式與DCS系統連接，則只需要計算1個通訊點，不需要計算其他點數。
（6）如系統外接電磁閥、指示燈、接觸器等設備，每個設備計算DO輸出1點（如多個設備共用一個控制信號，通常通過增加中間繼電器觸點方式完成，只需要計算1個DO輸出）。
5、電氣專業如何計算控制系統點數
（1）常規電氣控制的系統點數
最簡單的電機控制回路需要2個點DI輸入，1個點DO輸出。
展開 【案例】常壓塔事故工況泄壓分析
某工廠對常壓塔進行改造，由于改造設計設備變化，因而需要對塔的設計條件進行重新核算并且實施了高可靠性的緊急停車系統（ESD）。廠方要求對現有火炬系統進行核算，驗證其能否滿足改造后的需求。利用Dynsim對該常壓塔在非正常操作工況下的塔壓和泄放量進行嚴格計算。圖一是該常壓塔的示意圖。除了對圖示所有的設備進行建模外，還包括了常規控制和ESD邏輯控制。總共分析了5種事故工況，如：全部斷電、回流泵停機、石腦油冷凝器風扇故障、進料泵故障、提供塔頂燃料氣以控制壓力的閥門不能開啟等。
以全部裝置斷電的工況為例，圖17 表示了該工況下的主要參數的動態變化。所有的進料、產品、回流和中段循環的泵全部同時停機。蒸汽供應受ESD系統控制，在持續兩秒鐘后ESD系統關閉了流向主塔和側提塔的蒸汽，但加熱爐的蒸汽供應照常。由于進料中斷和加熱爐的熱慣性，加熱爐出口溫度急劇升高，而后在15分鐘內又逐漸下降至蒸汽的溫度（如圖17暗紅色）。由于停電進入預閃蒸塔和加熱爐的原料被切斷，塔頂回流冷凝器、中段回流和石腦油冷凝器的冷量中斷，使得塔的熱量不能被及時移除。回流換熱器的出口溫度急劇升高并逐漸解決蒸汽的溫度（圖17綠色）。整個塔的壓力穩步升高約2分鐘直到第一組安全閥PSV1/2開啟，這一組安全閥僅是簡單開啟，在10秒鐘內泄放2Kg氣體后壓力降至其設定壓力后關閉，隨后在1分半鐘后壓力再次升高到設定壓力，導致其開啟。如此反復約40分鐘，直到比較輕的基本泄放完畢后結束（圖17藍色和紅色）。此后由于足夠的物料排放到了火炬系統而且設備也已經逐漸冷卻，從而使塔壓始終低于安全閥的設定壓力。由于塔壓始終沒有超過PSV3/4的設定壓力，這組安全閥沒有打開。整個過程中塔壓沒有超過16％的允許過壓值。泄放量的峰值和安全閥PSV1/2的大小有關。
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ESD控制的材料和方法
直接保護法
保護功率MOSFET不受ESD或其它任何過度的柵極電壓損傷，首要目標是保持柵源電壓不超出最大規定值（HEXFET為±20）。這一點同時適用于電路內部和外部。
直接保護MOSFET的方法包括縮短柵極和源極間的距離，或者是在柵源之間施加一個齊納保護。
4 整改總結及意義
本文結合大量失效品分析與電路設計分析，對IGBT失效原因及失效機理分析的結果表明：經過對IGBT失效分析及IGBT工作電路失效分析及整機相關波形檢測、熱設計分析、IGBT極限參數檢測對比發現IGBT失效由多種原因導致，IGBT在器件選型、器件可靠性、閂鎖效應、驅動控制、ESD能力等方面存在不足，逐一分析論證后，從IGBT
（3）調節型電動執行機構：每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點，閥門控制信號計算AO輸出1個點，執行器故障報警信號計算AI輸入1個點（故障報警常見于智能型電動執行機構，如無故障報警信號則不計算AI點數）
（4）調節型多回轉電動執行機構：每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點，執行器4-20mA控制信號計算AO輸出1個點，ESD緊急控制信號計算DO輸出1個點（ESD緊急控制信號常見于智能型多回轉電動執行機構
（3）調節型電動執行機構：每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點，閥門控制信號計算AO輸出1個點，執行器故障報警信號計算AI輸入1個點（故障報警常見于智能型電動執行機構，如無故障報警信號則不計算AI點數）
（4）調節型多回轉電動執行機構：每臺執行機構閥位反饋計算AI輸入1點，執行器4-20mA控制信號計算AO輸出1個點，ESD緊急控制信號計算DO輸出1個點（ESD緊急控制信號常見于智能型多回轉電動執行機構
SIS safety instrument system 安全儀表控制系統ESD Emergency shutdown 在石化一般叫ESD。在高壓管線上叫HIPPS，在鍋爐上叫FSSS，在汽機上叫ETS。
ESD 是SIS的一部分，算是比較重要的組成部分 SIS=ESD+ 中間連線+現場儀表或者執行機構。
保護I/O端口免受ESD影響
ESD也是飛行控制器上的I/O端口和飛行控制電機的電子速度控制器（ESC）所關心的一個問題。
保護該信號端口的主要考慮因素是信號的數據速率。
除了對圖示所有的設備進行建模外，還包括了常規控制和ESD邏輯控制。總共分析了5種事故工況，如：全部斷電、回流泵停機、石腦油冷凝器風扇故障、進料泵故障、提供塔頂燃料氣以控制壓力的閥門不能開啟等。
以全部裝置斷電的工況為例，圖17 表示了該工況下的主要參數的動態變化。所有的進料、產品、回流和中段循環的泵全部同時停機。
除了對圖示所有的設備進行建模外，還包括了常規控制和ESD邏輯控制。總共分析了5種事故工況，如：全部斷電、回流泵停機、石腦油冷凝器風扇故障、進料泵故障、提供塔頂燃料氣以控制壓力的閥門不能開啟等。
以全部裝置斷電的工況為例，圖17 表示了該工況下的主要參數的動態變化。所有的進料、產品、回流和中段循環的泵全部同時停機。
三、在加工維護過程中保證不引入對器件的損傷
在生產加工過程中，影響可靠性的最主要的因素是ESD、MSD和焊點可靠性，這三方面的控制技術目前發展得較為成熟，也有對應得國際標準，但是國內很多廠家還做得不夠完善，如產品線的ESD控制水平是多少，MSD控制可以達到幾級潮濕敏感器件，影響焊點可靠性的主要因素是怎樣控制的？
