ESD Mat點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻測(cè)試電壓穿透現(xiàn)象解析

靜電及靜電防護(hù)是一門(mén)由來(lái)已久的學(xué)科，對(duì)這門(mén)學(xué)科要達(dá)到精通，或者說(shuō)所謂“專(zhuān)家”的程度，不能單純的只懂它的體系運(yùn)行、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范、測(cè)試方法、管控流程等就滿(mǎn)足，更需要廣大ESD同行在日常ESD防護(hù)工作中，通過(guò)搜集數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、分析問(wèn)題、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證等一系列深入的基礎(chǔ)技術(shù)研究，來(lái)達(dá)到對(duì)這門(mén)學(xué)科更深層次的理解。

以下是ESD HOME通過(guò)對(duì)ESD Mat（也叫臺(tái)墊、工作桌面、桌墊、Worksurface等，叫法不一，個(gè)人習(xí)慣而已）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻測(cè)試過(guò)程中遇到的疑問(wèn)進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，以此拋磚引玉，呼吁廣大同行，針對(duì)ESD相關(guān)的課題進(jìn)行分析研究與分享。

眾所周知，ESD Mat的認(rèn)可測(cè)試，根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ESDS4.1要求測(cè)試點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻、點(diǎn)對(duì)地電阻；ANSI/ESD S4.2 還要求產(chǎn)生電壓測(cè)試。本文僅針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻測(cè)試過(guò)程中碰到的電壓穿透現(xiàn)象進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。

根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)，ESD Mat的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻測(cè)試時(shí)電極間距離是有要求的，ANSI標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定中心位置測(cè)試電極間距為254mm，對(duì)角位置只規(guī)定了電極距樣品邊緣距離；IEC 61340-2-3 點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試時(shí)兩電極間距要求>=250mm，SJ/T 10694點(diǎn)對(duì)點(diǎn)測(cè)試時(shí)兩電極間距要求300mm，不同的標(biāo)準(zhǔn)文件對(duì)測(cè)試電極間距要求有些微差別。我們?cè)谧鰷y(cè)試的時(shí)候發(fā)現(xiàn)同一塊ESDMat根據(jù)不同標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定距離下測(cè)試結(jié)果差別很小，

同時(shí)發(fā)散思維做了實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)在不同距離下（兩重錘間距遞增，125px一個(gè)step）點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻測(cè)試兩者并沒(méi)有呈現(xiàn)明顯相關(guān)性，也就是說(shuō)并未按我們預(yù)期的方向變化（阻值越來(lái)越大），理論上假設(shè)材料均勻的情況下，距離越大，其電阻應(yīng)該越大才對(duì)，然而實(shí)際情況與預(yù)期結(jié)果相悖（相信大家或多或少都會(huì)有碰到過(guò)相關(guān)情況）。

下面針對(duì)這一現(xiàn)象做簡(jiǎn)要分析：

大家都知道ESD Mat分兩層，上面一層是耗散層（藍(lán)色、綠色、深綠色各種顏色都有），電阻一般大于1.0E+06 Ohms，用以直接接觸/承載產(chǎn)品及員工操作，測(cè)試時(shí)兆歐表電壓為100V；下面一層為導(dǎo)電層（黑色），電阻小于1.0E+04 Ohms；上下兩層電阻值至少相差兩個(gè)數(shù)量級(jí)。在上面一層耗散層的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻測(cè)試過(guò)程中，電流回路可能出現(xiàn)以下兩種情形。

情形一：正常思維情況--電壓未穿透（如圖1所示）

圖1 回路情形一

回路描述：100V直流電通過(guò)正電極→通過(guò)桌墊綠色表皮內(nèi)→回到負(fù)電極形成回路；

理論上電阻測(cè)量結(jié)果與電極間距關(guān)系：此回路電阻總值大致計(jì)算應(yīng)為：R_總 = R_綠 * 2 + R’_綠 * d（R_綠為綠色耗散層單層體電阻，R’_綠為綠色耗散層單位距離電阻值，d為兩重錘電極中心距離），該情形下，電阻總值R_總隨電極間距離d的增大而增大。

情形二：反常情況--電壓穿透（如圖2所示）

圖2 回路情形二

回路描述：100V直流電通過(guò)正電極→穿過(guò)綠色耗散層→黑色導(dǎo)電層內(nèi)一段距離→再反穿綠色耗散層→回到負(fù)電極形成回路；

理論上電阻測(cè)量結(jié)果與電極間距關(guān)系：此回路電阻總值大致計(jì)算應(yīng)為：R_總=R_綠 * 2 + R_黑* d，由于R_綠>>R_黑，所以在ESD Mat有限尺寸大小內(nèi)，電阻總值R_總隨電極間距離d變化不明顯。

由以上電流回路情形對(duì)比結(jié)合實(shí)際測(cè)試結(jié)果，我們有理由大膽猜測(cè)，100V的直流電穿透了那薄薄的一層耗散層（0.2mm~1mm不等，實(shí)驗(yàn)對(duì)象厚度為0.5mm），測(cè)試的結(jié)果近似為兩層綠色層體電阻之和。為了驗(yàn)證以上猜想，我們同樣找了一片純耗散材料（ESD膠簾，只有一層材料，材料也相對(duì)較均勻，正反兩面阻值差別非常小，沒(méi)有導(dǎo)電層），按ESDMat相同距離設(shè)置，測(cè)試點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻，對(duì)比情況如下圖3&圖4

圖3 ESD Mat點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻與電極距離關(guān)系圖

圖4 膠簾點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻與電極距離關(guān)系圖

不難得出結(jié)論，實(shí)驗(yàn)對(duì)比驗(yàn)證得出ESD Mat的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻測(cè)試回路為情形二，100V的直流電穿透了耗散層。

由這一結(jié)論我們可以引申出，以后我們使用100V電壓測(cè)試材料時(shí)要關(guān)注測(cè)試對(duì)象是否為薄層，太薄了需要考慮電壓穿透問(wèn)題，可能會(huì)左右測(cè)試結(jié)果判斷（當(dāng)然這也許是標(biāo)準(zhǔn)要求測(cè)試材料的表面電阻、點(diǎn)對(duì)點(diǎn)電阻、兩點(diǎn)間電阻時(shí)要求支撐面為絕緣的原因，但是實(shí)際測(cè)試過(guò)程中，特別是車(chē)間內(nèi)測(cè)試時(shí)，可能會(huì)隨便找一個(gè)支撐物進(jìn)行測(cè)試，甚至直接放在地板上測(cè)試的同行業(yè)不在少數(shù)，這個(gè)時(shí)候要重點(diǎn)關(guān)注這類(lèi)問(wèn)題）。