趙 明

（中國電子科技集團(tuán)公司 第二十研究所，陜西 西安 710068）

0 前言

靜電是一種客觀存在的自然現(xiàn)象，一種自然存在的物質(zhì)，沒有辦法阻止它產(chǎn)生。所謂防靜電，并不是防止靜電的產(chǎn)生，而是避免電荷的聚集，使靜電通過理想的方式、安全的速度泄放掉。

1 靜電的物理特征

靜電——由于接觸、摩擦，在物體（包括人體）表面產(chǎn)生過剩或不足的相對靜止不動的電荷，是一種電能，它留存于物體表面，是正負(fù)電荷在局部范圍內(nèi)失去平衡的結(jié)果。其特點(diǎn)是高電位、低電量，極小的電流以及作用時間短，受環(huán)境條件特別是濕度的影響較大。靜電測量時復(fù)現(xiàn)性差，瞬態(tài)現(xiàn)象多等。因此，人們只能從一些特殊效果中才能感覺到靜電的存在。

2 靜電危害

靜電所帶來的危害是通過靜電釋放（ESD）所產(chǎn)生的。兩個具有不同靜電電位的物體，由于直接接觸或靜電場感應(yīng)引起的兩物體間的靜電電荷快速轉(zhuǎn)移的現(xiàn)象即為。

產(chǎn)生靜電的方式很多，無論哪種起電方式，產(chǎn)生的靜電電壓都在幾千伏乃至上萬伏，是ESD 的重要來源且不易察覺。這幾千伏乃至上萬伏的靜電在瞬間放電時釋放的能量可達(dá)幾十瓦，足以將芯片微區(qū)燒毀或擊穿SO2膜。

3 靜電防護(hù)措施

由于ESD 復(fù)現(xiàn)性差，瞬態(tài)現(xiàn)象多，所表現(xiàn)出來的破壞并無明顯證據(jù)，人們往往忽視ESD 所帶來的危害，但從經(jīng)驗(yàn)上，可從采取靜電防護(hù)措施前后的合格率來顯示效果，或把產(chǎn)品解剖，觀察其破壞形式來認(rèn)識ESD 的危害性。防靜電工作區(qū)（EPA）內(nèi)選用各種防靜電材料，通過接地系統(tǒng)將靜電泄放掉，從而達(dá)到防靜電目的。

3.1 墻壁、天花板

EPA內(nèi)墻壁、天花板應(yīng)選用靜電耗散材料制作、施工，并采取接地措施。如選用石膏、石灰等材料，只要其摩擦起電電壓不大于該級EPA允許的對地靜電電位值既可使用，但不允許使用普通塑料或壁紙。門、窗也應(yīng)按國家標(biāo)準(zhǔn)選用防靜電材料。

3.2 防靜電工作臺

防靜電工作臺是EPA基本組成部分，它由工作臺、防靜電桌墊、腕帶電纜插孔和接地系統(tǒng)組成。防靜電桌墊結(jié)構(gòu)分為兩層，上層為約0.5mm 厚的耐高溫、防火的三聚氰胺高壓裝飾層壓板，屬靜電耗散型材料；里層為約1.5mm 厚的刨花板或石墨型復(fù)合板，屬導(dǎo)靜電型材料，一般要求靜電泄放至100V 以下的時間小于1s，桌墊應(yīng)良好接地。

圖2 防靜電工作臺及接地系統(tǒng)

ESDS 器件安裝調(diào)試工作臺一般組成見圖1。

為保證人體安全，防靜電操作系統(tǒng)泄漏電流不超過5mA，為此，防靜電桌墊、防靜電腕帶（一般串接1MR 的電阻）、防靜電地墊應(yīng)軟接地。通過選用導(dǎo)靜電材料或靜電耗散材料，使得圖2 中各部分的接地電阻R 在1×106Ω～1×109Ω 范圍內(nèi)。

3.3 防靜電腕帶

防靜電腕帶對地電阻由腕帶內(nèi)表面對電纜扣電阻和腕帶連接電纜兩端電阻組成，總的對地電阻為1×106Ω～1×109Ω，靜電泄放至100V以下的時間小于0.1s。防靜電工作臺每個工位應(yīng)有不少于兩個腕帶插孔，一個供操作人員使用，另一個供技術(shù)人員、檢驗(yàn)人員或其他人員使用。腕帶插孔附近應(yīng)有EPA內(nèi)接地連接點(diǎn)標(biāo)記，標(biāo)記顏色應(yīng)為黃底黑圖案，見圖2 中的E 向視圖所示。

3.4 防靜電地板（墊）

圖3 防靜電地板結(jié)構(gòu)及接地系統(tǒng)

地面是產(chǎn)生靜電的主要來源之一，是EPA內(nèi)防靜電系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)。一般防靜電地坪宜采用靜電耗散材料，地板內(nèi)應(yīng)設(shè)置接地網(wǎng)絡(luò)并良好接地。每一個獨(dú)立的工作區(qū)地坪接地點(diǎn)不應(yīng)少于兩個。對于A級EPA，地坪應(yīng)使用導(dǎo)靜電型材料，此時電氣設(shè)備的設(shè)置應(yīng)符合人身安全有關(guān)規(guī)定。

地面靜電防護(hù)方法有：1）鋪防靜電PVC貼面地板；2）鋪防靜電環(huán)氧自流坪；3）鋪防靜電高架地板。防靜電地坪也可用含有導(dǎo)電成分（如滲碳）的瓷磚或水磨石，只要對地電阻滿足1×106Ω～1×109Ω 即可使用。

現(xiàn)代電子企業(yè)防靜電地板（墊）主流方法是采用永久PVC貼面地板。此種地板導(dǎo)靜電或靜電耗散性能良好，耐酸堿、耐磨、防火，易清潔維護(hù)。安裝方法為：在地面基礎(chǔ)找平后涂導(dǎo)電膠，導(dǎo)電膠上用厚度0.05mm～00.1mm、寬30mm～40mm 的紫銅箔鋪設(shè)成正方形接地網(wǎng)絡(luò)，其上再鋪設(shè)永久PVC貼面地板。接地網(wǎng)絡(luò)尺寸是地板尺寸的二分之一，如地板尺寸900mm×900mm時，銅箔網(wǎng)絡(luò)中心尺寸450mm×450mm，即地板接縫處鋪一條銅箔，地板邊尺寸中間位置鋪一條銅箔。

防靜電地板（墊）鋪設(shè)結(jié)構(gòu)及接地系統(tǒng)見圖3。

鋪防靜電環(huán)氧自流坪的前期處理方法與防靜電地板方法一樣，然后在銅箔上鋪2mm～3mm 厚的含有導(dǎo)電物質(zhì)的環(huán)氧自流坪，其上涂防靜電漆。

鋪防靜電高架地板的方法是：地面基礎(chǔ)找平后布設(shè)金屬框架網(wǎng)絡(luò)，高度可調(diào)，以替代銅箔網(wǎng)絡(luò)，其上鋪PVC地板。金屬框架中可布設(shè)線纜，防靜電高架地板主要用于計(jì)算機(jī)房或通信機(jī)房。

3.5 接地系統(tǒng)

接地是指電氣連接到能提供或接受大量電荷的物體。

EPA應(yīng)具備滿足其使用功能要求的防靜電接地系統(tǒng)，通過大地電極接到大地。EPA內(nèi)每個防靜電裝備的接地線應(yīng)獨(dú)立與接地系統(tǒng)連接，不允許多個防靜電裝備串聯(lián)接地。EPA防靜電接地系統(tǒng)包括人體的、地坪的、操作裝置及儀器的防靜電接地，地線不許接在電源零線上，不許和避雷接地系統(tǒng)共用一個接地極，且相距避雷接地極的距離大于20m。

TN-S 系統(tǒng)（俗稱三相五線制）中的保護(hù)地線可作為防靜電地線，但對EPA，最好設(shè)置獨(dú)立、可靠的接地系統(tǒng)，一般接地電阻不大于10Ω。EPA內(nèi)的錫鍋、成型機(jī)、插裝機(jī)、波峰焊、貼片機(jī)、再流焊、清洗機(jī)及返修設(shè)備要求硬接地，用截面不小于22mm 的黃/綠導(dǎo)線接到接地母線上，到接地母線接點(diǎn)電阻不大于0.1Ω，方法參考圖3 的I向視圖，圖中金屬板換成連接片，連接片與導(dǎo)線壓接。烙鐵為硬接地，烙鐵頭對地電阻不大于2Ω。

3.5.1 防靜電工作臺接地

如圖2 所示。桌墊打孔，按下紐扣接頭，在桌墊背面用緊固件將導(dǎo)線所帶的連接片鎖緊。22mm 的接地導(dǎo)線按圖示布設(shè)，與全部工位的腕帶插孔線相連。

如是普通防靜電工作臺，接地導(dǎo)線另一端與連接片壓接，再用緊固件固定在工作臺金屬桌腿上。這種地線接法工作臺面的點(diǎn)對點(diǎn)電阻是滿足要求的，但桌面對地電阻不能滿足工程要求。因EPA內(nèi)不宜將防靜電地坪表面作為防靜電工作臺（桌）接地連接線，應(yīng)有獨(dú)立接地線，因此，22mm 的接地導(dǎo)線的另一端從地面基礎(chǔ)中預(yù)埋的管子穿入，從圖3 所示接地母線附近穿出，導(dǎo)線端壓接連接片，母線上打孔，用蝶形螺母及緊固件將連接片固定在母線上，參見圖3 的I 向視圖。

3.5.2 防靜電地板接地

圖4 中方案1 的接地電阻經(jīng)搖表測試，測試值為17Ω～23Ω，達(dá)不到要求。采用圖4 中的方案2，作人工接地井，紫銅板與紫銅帶銅釬焊。1、3、5、7 層為30%海鹽和70%木炭（需搗碎）的混合物，2、4、6 層為含5%海鹽的細(xì)粘土（均重量比），每層均按填充300mm，夯實(shí)到200mm 施工，最上面用回填土填平，用水澆透。此方案的接地電阻值為3Ω 左右，以后每隔幾年復(fù)測一次。

圖4

圖5

現(xiàn)在防靜電材料制作水平及工藝有很大提升，如防靜電服、鞋、手套、指套、帽、座椅和轉(zhuǎn)運(yùn)車等，均能滿足EPA指標(biāo)，并按SJ/T 10694標(biāo)準(zhǔn)測試，本文不再論述。

表1 為EPA內(nèi)主要計(jì)算指標(biāo)。

表1 測試計(jì)算指標(biāo)

4 結(jié)束語

EPA廠房一般都建在平原地區(qū)，土壤多為較好的粘土，土壤電阻率ρ 一般在80～100，按圖4 中的方案1，接地電阻基本都能滿足要求，并不嚴(yán)格要求小于10Ω。如果接地電阻測試值較大（大于20Ω），此時圖4 中方案1 的接地極由1 根改為由2 根或3 根組成，接地極相距大于5M，根據(jù)工程經(jīng)驗(yàn)，接地電阻在7Ω～9Ω，在江南地區(qū)接地電阻可小于4Ω。

［1］GJB 3007A-2006[S].

［2］SJ/T 1069-2006[S].

［3］QJ 2711-1995[S].

［4］現(xiàn)代表面貼裝資訊[J].2009，8（4）.

［5］導(dǎo)航[J].2004，12（4）.