ESD Mat點(diǎn)對點(diǎn)電阻測試電壓穿透現象解析
靜電及靜電防護是一門(mén)由來(lái)已久的學(xué)科，對這門(mén)學(xué)科要達到精通，或者說(shuō)所謂“專(zhuān)家”的程度，不能單純的只懂它的體系運行、標準規范、測試方法、管控流程等就滿(mǎn)足，更需要廣大ESD同行在日常ESD防護工作中，通過(guò)搜集數據、發(fā)現問(wèn)題、分析問(wèn)題、實(shí)驗驗證等一系列深入的基礎技術(shù)研究，來(lái)達到對這門(mén)學(xué)科更深層次的理解。
以下是ESD HOME通過(guò)對ESD Mat（也叫臺墊、工作桌面、桌墊、Worksurface等，叫法不一，個(gè)人習慣而已）點(diǎn)對點(diǎn)電阻測試過(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的認可測試，根據標準ANSI/ESDS4.1要求測試點(diǎn)對點(diǎn)電阻、點(diǎn)對地電阻；ANSI/ESD S4.2 還要求產(chǎn)生電壓測試。本文僅針對點(diǎn)對點(diǎn)電阻測試過(guò)程中碰到的電壓穿透現象進(jìn)行簡(jiǎn)單分析。
根據標準，ESD Mat的點(diǎn)對點(diǎn)電阻測試時(shí)電極間距離是有要求的，ANSI標準規定中心位置測試電極間距為254mm，對角位置只規定了電極距樣品邊緣距離；IEC 61340-2-3 點(diǎn)對點(diǎn)測試時(shí)兩電極間距要求>=250mm，SJ/T 10694點(diǎn)對點(diǎn)測試時(shí)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(shí)候發(fā)現同一塊ESDMat根據不同標準規定距離下測試結果差別很小，
同時(shí)發(fā)散思維做了實(shí)驗，發(fā)現在不同距離下（兩重錘間距遞增，125px一個(gè)step）點(diǎn)對點(diǎn)電阻測試兩者并沒(méi)有呈現明顯相關(guān)性，也就是說(shuō)并未按我們預期的方向變化（阻值越來(lái)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(shí)際情況與預期結果相悖（相信大家或多或少都會(huì )有碰到過(guò)相關(guān)情況）。
下面針對這一現象做簡(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(shí)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(gè)數量級。在上面一層耗散層的點(diǎn)對點(diǎn)電阻測試過(guò)程中，電流回路可能出現以下兩種情形。
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→回到負電極形成回路；
理論上電阻測量結果與電極間距關(guān)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(guò)正電極→穿過(guò)綠色耗散層→黑色導電層內一段距離→再反穿綠色耗散層→回到負電極形成回路；
理論上電阻測量結果與電極間距關(guān)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，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合實(shí)際測試結果，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(shí)驗對象厚度為0.5mm），測試的結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(méi)有導電層），按ESDMat相同距離設置，測試點(diǎn)對點(diǎn)電阻，對比情況如下圖3&圖4
圖3 ESD Mat點(diǎn)對點(diǎn)電阻與電極距離關(guān)系圖
圖4 膠簾點(diǎn)對點(diǎn)電阻與電極距離關(guān)系圖
不難得出結論，實(shí)驗對比驗證得出ESD Mat的點(diǎn)對點(diǎn)電阻測試回路為情形二，100V的直流電穿透了耗散層。
由這一結論我們可以引申出，以后我們使用100V電壓測試材料時(shí)要關(guān)注測試對象是否為薄層，太薄了需要考慮電壓穿透問(wèn)題，可能會(huì )左右測試結果判斷（當然這也許是標準要求測試材料的表面電阻、點(diǎn)對點(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)際測試過(guò)程中，特別是車(chē)間內測試時(shí)，可能會(huì )隨便找一個(gè)支撐物進(jìn)行測試，甚至直接放在地板上測試的同行業(yè)不在少數，這個(gè)時(shí)候要重點(diǎn)關(guān)注這類(lèi)問(wèn)題）。