静电防护接地系统实施

赵 明

（中国电子科技集团公司 第二十研究所，陕西 西安 710068）

0 前言

静电是一种客观存在的自然现象，一种自然存在的物质，没有办法阻止它产生。所谓防静电，并不是防止静电的产生，而是避免电荷的聚集，使静电通过理想的方式、安全的速度泄放掉。

1 静电的物理特征

静电——由于接触、摩擦，在物体（包括人体）表面产生过剩或不足的相对静止不动的电荷，是一种电能，它留存于物体表面，是正负电荷在局部范围内失去平衡的结果。其特点是高电位、低电量，极小的电流以及作用时间短，受环境条件特别是湿度的影响较大。静电测量时复现性差，瞬态现象多等。因此，人们只能从一些特殊效果中才能感觉到静电的存在。

2 静电危害

静电所带来的危害是通过静电释放（ESD）所产生的。两个具有不同静电电位的物体，由于直接接触或静电场感应引起的两物体间的静电电荷快速转移的现象即为。

产生静电的方式很多，无论哪种起电方式，产生的静电电压都在几千伏乃至上万伏，是ESD 的重要来源且不易察觉。这几千伏乃至上万伏的静电在瞬间放电时释放的能量可达几十瓦，足以将芯片微区烧毁或击穿SO2膜。

3 静电防护措施

由于ESD 复现性差，瞬态现象多，所表现出来的破坏并无明显证据，人们往往忽视ESD 所带来的危害，但从经验上，可从采取静电防护措施前后的合格率来显示效果，或把产品解剖，观察其破坏形式来认识ESD 的危害性。防静电工作区（EPA）内选用各种防静电材料，通过接地系统将静电泄放掉，从而达到防静电目的。

3.1 墙壁、天花板

EPA内墙壁、天花板应选用静电耗散材料制作、施工，并采取接地措施。如选用石膏、石灰等材料，只要其摩擦起电电压不大于该级EPA允许的对地静电电位值既可使用，但不允许使用普通塑料或壁纸。门、窗也应按国家标准选用防静电材料。

3.2 防静电工作台

防静电工作台是EPA基本组成部分，它由工作台、防静电桌垫、腕带电缆插孔和接地系统组成。防静电桌垫结构分为两层，上层为约0.5mm 厚的耐高温、防火的三聚氰胺高压装饰层压板，属静电耗散型材料；里层为约1.5mm 厚的刨花板或石墨型复合板，属导静电型材料，一般要求静电泄放至100V 以下的时间小于1s，桌垫应良好接地。

图2 防静电工作台及接地系统

ESDS 器件安装调试工作台一般组成见图1。

为保证人体安全，防静电操作系统泄漏电流不超过5mA，为此，防静电桌垫、防静电腕带（一般串接1MR 的电阻）、防静电地垫应软接地。通过选用导静电材料或静电耗散材料，使得图2 中各部分的接地电阻R 在1×106Ω～1×109Ω 范围内。

3.3 防静电腕带

防静电腕带对地电阻由腕带内表面对电缆扣电阻和腕带连接电缆两端电阻组成，总的对地电阻为1×106Ω～1×109Ω，静电泄放至100V以下的时间小于0.1s。防静电工作台每个工位应有不少于两个腕带插孔，一个供操作人员使用，另一个供技术人员、检验人员或其他人员使用。腕带插孔附近应有EPA内接地连接点标记，标记颜色应为黄底黑图案，见图2 中的E 向视图所示。

3.4 防静电地板（垫）

图3 防静电地板结构及接地系统

地面是产生静电的主要来源之一，是EPA内防静电系统的重要环节。一般防静电地坪宜采用静电耗散材料，地板内应设置接地网络并良好接地。每一个独立的工作区地坪接地点不应少于两个。对于A级EPA，地坪应使用导静电型材料，此时电气设备的设置应符合人身安全有关规定。

地面静电防护方法有：1）铺防静电PVC贴面地板；2）铺防静电环氧自流坪；3）铺防静电高架地板。防静电地坪也可用含有导电成分（如渗碳）的瓷砖或水磨石，只要对地电阻满足1×106Ω～1×109Ω 即可使用。

现代电子企业防静电地板（垫）主流方法是采用永久PVC贴面地板。此种地板导静电或静电耗散性能良好，耐酸碱、耐磨、防火，易清洁维护。安装方法为：在地面基础找平后涂导电胶，导电胶上用厚度0.05mm～00.1mm、宽30mm～40mm 的紫铜箔铺设成正方形接地网络，其上再铺设永久PVC贴面地板。接地网络尺寸是地板尺寸的二分之一，如地板尺寸900mm×900mm时，铜箔网络中心尺寸450mm×450mm，即地板接缝处铺一条铜箔，地板边尺寸中间位置铺一条铜箔。

防静电地板（垫）铺设结构及接地系统见图3。

铺防静电环氧自流坪的前期处理方法与防静电地板方法一样，然后在铜箔上铺2mm～3mm 厚的含有导电物质的环氧自流坪，其上涂防静电漆。

铺防静电高架地板的方法是：地面基础找平后布设金属框架网络，高度可调，以替代铜箔网络，其上铺PVC地板。金属框架中可布设线缆，防静电高架地板主要用于计算机房或通信机房。

3.5 接地系统

接地是指电气连接到能提供或接受大量电荷的物体。

EPA应具备满足其使用功能要求的防静电接地系统，通过大地电极接到大地。EPA内每个防静电装备的接地线应独立与接地系统连接，不允许多个防静电装备串联接地。EPA防静电接地系统包括人体的、地坪的、操作装置及仪器的防静电接地，地线不许接在电源零线上，不许和避雷接地系统共用一个接地极，且相距避雷接地极的距离大于20m。

TN-S 系统（俗称三相五线制）中的保护地线可作为防静电地线，但对EPA，最好设置独立、可靠的接地系统，一般接地电阻不大于10Ω。EPA内的锡锅、成型机、插装机、波峰焊、贴片机、再流焊、清洗机及返修设备要求硬接地，用截面不小于22mm 的黄/绿导线接到接地母线上，到接地母线接点电阻不大于0.1Ω，方法参考图3 的I向视图，图中金属板换成连接片，连接片与导线压接。烙铁为硬接地，烙铁头对地电阻不大于2Ω。

3.5.1 防静电工作台接地

如图2 所示。桌垫打孔，按下纽扣接头，在桌垫背面用紧固件将导线所带的连接片锁紧。22mm 的接地导线按图示布设，与全部工位的腕带插孔线相连。

如是普通防静电工作台，接地导线另一端与连接片压接，再用紧固件固定在工作台金属桌腿上。这种地线接法工作台面的点对点电阻是满足要求的，但桌面对地电阻不能满足工程要求。因EPA内不宜将防静电地坪表面作为防静电工作台（桌）接地连接线，应有独立接地线，因此，22mm 的接地导线的另一端从地面基础中预埋的管子穿入，从图3 所示接地母线附近穿出，导线端压接连接片，母线上打孔，用蝶形螺母及紧固件将连接片固定在母线上，参见图3 的I 向视图。

3.5.2 防静电地板接地

图4 中方案1 的接地电阻经摇表测试，测试值为17Ω～23Ω，达不到要求。采用图4 中的方案2，作人工接地井，紫铜板与紫铜带铜钎焊。1、3、5、7 层为30%海盐和70%木炭（需捣碎）的混合物，2、4、6 层为含5%海盐的细粘土（均重量比），每层均按填充300mm，夯实到200mm 施工，最上面用回填土填平，用水浇透。此方案的接地电阻值为3Ω 左右，以后每隔几年复测一次。

图4

图5

现在防静电材料制作水平及工艺有很大提升，如防静电服、鞋、手套、指套、帽、座椅和转运车等，均能满足EPA指标，并按SJ/T 10694标准测试，本文不再论述。

表1 为EPA内主要计算指标。

表1 测试计算指标

4 结束语

EPA厂房一般都建在平原地区，土壤多为较好的粘土，土壤电阻率ρ 一般在80～100，按图4 中的方案1，接地电阻基本都能满足要求，并不严格要求小于10Ω。如果接地电阻测试值较大（大于20Ω），此时图4 中方案1 的接地极由1 根改为由2 根或3 根组成，接地极相距大于5M，根据工程经验，接地电阻在7Ω～9Ω，在江南地区接地电阻可小于4Ω。

［1］GJB 3007A-2006[S].

［2］SJ/T 1069-2006[S].

［3］QJ 2711-1995[S].

［4］现代表面贴装资讯[J].2009，8（4）.

［5］导航[J].2004，12（4）.