ESD Mat點對點電阻測試電壓穿透現(xiàn)象解析

靜電及靜電防護是一門由來已久的學科，對這門學科要達到精通，或者說所謂“專家”的程度，不能單純的只懂它的體系運行、標準規(guī)范、測試方法、管控流程等就滿足，更需要廣大ESD同行在日常ESD防護工作中，通過搜集數(shù)據(jù)、發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、實驗驗證等一系列深入的基礎技術(shù)研究，來達到對這門學科更深層次的理解。

以下是ESD HOME通過對ESD Mat（也叫臺墊、工作桌面、桌墊、Worksurface等，叫法不一，個人習慣而已）點對點電阻測試過程中遇到的疑問進行簡單分析，以此拋磚引玉，呼吁廣大同行，針對ESD相關的課題進行分析研究與分享。

眾所周知，ESD Mat的認可測試，根據(jù)標準ANSI/ESDS4.1要求測試點對點電阻、點對地電阻；ANSI/ESD S4.2 還要求產(chǎn)生電壓測試。本文僅針對點對點電阻測試過程中碰到的電壓穿透現(xiàn)象進行簡單分析。

根據(jù)標準，ESD Mat的點對點電阻測試時電極間距離是有要求的，ANSI標準規(guī)定中心位置測試電極間距為254mm，對角位置只規(guī)定了電極距樣品邊緣距離；IEC 61340-2-3 點對點測試時兩電極間距要求>=250mm，SJ/T 10694點對點測試時兩電極間距要求300mm，不同的標準文件對測試電極間距要求有些微差別。我們在做測試的時候發(fā)現(xiàn)同一塊ESDMat根據(jù)不同標準規(guī)定距離下測試結(jié)果差別很小，

同時發(fā)散思維做了實驗，發(fā)現(xiàn)在不同距離下（兩重錘間距遞增，125px一個step）點對點電阻測試兩者并沒有呈現(xiàn)明顯相關性，也就是說并未按我們預期的方向變化（阻值越來越大），理論上假設材料均勻的情況下，距離越大，其電阻應該越大才對，然而實際情況與預期結(jié)果相悖（相信大家或多或少都會有碰到過相關情況）。

下面針對這一現(xiàn)象做簡要分析：

大家都知道ESD Mat分兩層，上面一層是耗散層（藍色、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，測試時兆歐表電壓為100V；下面一層為導電層（黑色），電阻小于1.0E+04 Ohms；上下兩層電阻值至少相差兩個數(shù)量級。在上面一層耗散層的點對點電阻測試過程中，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直流電通過正電極→通過桌墊綠色表皮內(nèi)→回到負電極形成回路；

理論上電阻測量結(jié)果與電極間距關系：此回路電阻總值大致計算應為：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直流電通過正電極→穿過綠色耗散層→黑色導電層內(nèi)一段距離→再反穿綠色耗散層→回到負電極形成回路；

理論上電阻測量結(jié)果與電極間距關系：此回路電阻總值大致計算應為：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比結(jié)合實際測試結(jié)果，我們有理由大膽猜測，100V的直流電穿透了那薄薄的一層耗散層（0.2mm~1mm不等，實驗對象厚度為0.5mm），測試的結(jié)果近似為兩層綠色層體電阻之和。為了驗證以上猜想，我們同樣找了一片純耗散材料（ESD膠簾，只有一層材料，材料也相對較均勻，正反兩面阻值差別非常小，沒有導電層），按ESDMat相同距離設置，測試點對點電阻，對比情況如下圖3&圖4

圖3 ESD Mat點對點電阻與電極距離關系圖

圖4 膠簾點對點電阻與電極距離關系圖

不難得出結(jié)論，實驗對比驗證得出ESD Mat的點對點電阻測試回路為情形二，100V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電壓測試材料時要關注測試對象是否為薄層，太薄了需要考慮電壓穿透問題，可能會左右測試結(jié)果判斷（當然這也許是標準要求測試材料的表面電阻、點對點電阻、兩點間電阻時要求支撐面為絕緣的原因，但是實際測試過程中，特別是車間內(nèi)測試時，可能會隨便找一個支撐物進行測試，甚至直接放在地板上測試的同行業(yè)不在少數(shù)，這個時候要重點關注這類問題）。