1 前言
人类社会发展到二十一世纪，已经无可争议地进入到电子时代。电子产品以其智能和信息传输特性，无孔不入地渗透到人类活动的各个领域。随着电子产品高端技术——芯片制造高密集、超精细集成技术的应用，其制造过程的静电危害问题也突现出来，这给电子工业作业场所的静电防护带来许多新课题。据此，电子工程领域的静电防护技术有必要进行全面总结、梳理、归纳和提升。《电子工程防静电设计规范》（以下简称《规范》）就是这种背景下，力图较系统地总结并规范电子工业中防静电技术措施的阶段性成果。
2 电子工业防静电技术发展概况
由于高新技术、先进制造业工艺核心的静电防护需求，以及众多高新技术产业（如电子通信、石油化工、飞机船舶、航天兵器、生物医药等）特殊环境的静电防护需求，防静电技术的研究、开发、产品制造、服务等整个产业链作为高新技术的衍生物，在各种高新技术的交叉结合部迅速成长，异常活跃地成为朝阳产业。
近二十年来，防静电产业得到迅猛发展。据不完全统计，内地防静电器材设备制造和销售的企业约有１０００家，承揽防静电工程的企业约有７００家。上海长三角地区是目前内地最大最集中的生产基地，也是最大的销售市场，生产和销售近１００类２０００余种产品，年产值１８０亿～２００亿元，市场竞争十分激烈。
就电子工程的静电防护需求来说，两极化趋势十分明显：制造过程的静电防护要求越来越高，而成品使用场所的静电防护要求越来越宽松。
电子工业静电防护技术发展趋势大体表现在以下几个方面。
2.1 要求防静电工作区的静电电位（极限值）越来越低
表1是按芯片制造线宽需要控制的静电电位要求。
随着集成电路芯片的ＩＣ线宽越来越密，装置允许承受的静电电位要求也越来越低。这种需求迫使防静电技术深入进行接近零电位状态的放电机理的研究；相应工程措施、材料的开发及应用的研究；相应测量及检验仪表的研发及适用的测量手段的制定；实用而有效的控制标准的探索、确立和推广。
2.2 防静电新产品层出不穷
在芯片制造、高精度印刷电路及表面贴装技术和某些维修场合，提出了近乎苛求的严格工艺生产条件。为了将静电危害降低到最低限度，制造者追求精细操作，无缝衔接，确保工艺流程所有环节的静电危害得到控制。于是，适用于特定场合（包括工艺的和工程的）的防静电新产品应运而生，层出不穷。
2.3 防静电技术措施的多元化
（1）元器件的静电保护。从元器件自身的结构着眼，增强抵御静电危害的能力，从而提高元器件的可靠性，降低对工艺环境的防静电要求。
过去采用输入端串联电阻、并联二极管方法，现在多半采用以下几种：
1）改进元器件结构，如增大发射极；
2）电极垫片的铝线整体做在Ｐ型扩散层上，使绝缘用的ＳｉＯ２氧化膜改为ＰＮ结；
3）改进内部引线结构；
4）改变基材掺杂浓度等。
（2）防静电工作区内由过去比较单一的防护措施，发展成为双保护或更完善的综合保护措施，现在防静电工作区内多半采用以下五项综合保护原则：
1）尽量采用导静电型或静电耗散型材料，以减少静电荷的产生和静电带电。
2）设备和工艺上尽量减少动态磨擦，以减少静电电荷的发生量。
3）所有操作人员、设备和孤立导电物尽可能接地（硬接地或软接地、跨接接地），组织可靠的静电泄放通道。
4）印刷电路板类组件上由于存在绝缘物而造成带电的，广泛采用离子化静电消除器中和静电电荷。
5）控制环境的温湿度，从而降低对工作环境的防静电要求。
3 电子工业静电防护存在的薄弱环节
具体表现为研究薄弱、开发滞后、管理无力、执行混乱。中国大陆ＥＳＤ基础研究主要在相关大学内，与需求联系不紧密；缺乏以高端ＥＭＳ企业为支撑的专业实验室，以至于相关依据只能引用国外研究资料。与迅猛增长的高端芯片制造产业相比，ＥＳＤ防护产业相对弱势；器材产品技术含量低，品质不高；装备和工程达标率较低；检验标准不完善，检测手段落后。管理和技术互相分离；几乎没有执行体系为框架的防护机制。
电子工业由于静电危害造成的损失是巨大的。美国电子工业因静电危害发生的损失每年高达１００亿美元。我国目前没有统计数据，但提供了世界四分之一以上的电子产品，静电防护的总体水平相对较低，由此造成的损失可想而知。为巩固和提高“中国制造”在世界电子产业的地位，ＥＳＤ防护亟待引起业界高度重视。
4 《规范》编制中核心问题
4．１ 分级
《规范》的核心内容之一，是对防静电工作区进行了分级。
（1）防静电需求呈两极化趋势：一方面由于电子元器件的高集成、超精细，其制造过程的静电防护要求越来越高，静电电位控制在１００Ｖ以下，有的甚至要求控制在５０Ｖ以下；另一方面由于在电子元器件设计中注入了静电防护技术，对其成品使用场所的静电防护要求越来越宽松，静电电位控制在１０００Ｖ以下即可。
（2）分级符合国情，便于制定对应的措施，规范设计行为；更加体现节约、均衡、可持续发展的理念。
国外研究对电子元器件敏感度分析是分级的。防静电领域先进国家和地区对放电模式及电子元器件敏感度的基础研究，虽然在分级上略有不同，但趋势是一致的，对电子工程领域防静电工作区的分级有参照作用。
国军标《防静电工作区技术要求》ＧＪＢ３００７将防静电工作区的允许对地静电电位值按１００Ｖ为界分为Ａ、Ｂ二级，《规范》以这一“分级”标准为参考，《规范》将防静电工作区设计标准规定为静电电位绝对值一级不大于１００Ｖ、二级不大于２００Ｖ、三级不大于１０００Ｖ.
编制组注意到：主要的集成电路芯片生产供应企业及相关的国际标准化制定机构普遍认为，有必要建立控制静电电位在５０Ｖ以下工作区的控制大纲，执行无缺陷防静电程序，采用先进技术和相配套的材料、器材，制定符合低电位条件下的测试方法。但是，从需求到成熟的规范控制措施，需要有一个过程，需要基础理论、科学研究、工程实践、新材料、新技术的开发应用等相当程度的积累，过分追求高指标，不切实际。
因此，《规范》规定的防静电工作区一级标准，即室内静电电位绝对值不大于１００Ｖ，仅是本级标准的最低要求。对于５０Ｖ以下（即所谓０级）要求的防静电工程，按个案进行研究设计，暂不设规定，待条件成熟时再及时修订。
4．２ 防静电工作区
（1）静电防护作业范围的称谓和定义
静电防护作业范围的称谓提法很多，如静电保护区、静电防护区等等。各种提法各自侧重不同，但没有本质的差别。编者组引用了业界普遍认同、影响最大的国军标《防静电工作区技术要求》ＧＪＢ３００７的称谓和定义。
称谓——防静电工作区（ＥＰＡ）。
定义——配备各种防静电设备和器材、能限制静电电位、具有确定边界、适于从事静电防护操作的特定工作环境。
（2）对“防静电工作区具有确定边界”的理解
一种观点认为，“防静电工作区具有确定边界”是一个完整封闭的六面体，它应当以建筑的墙、柱、门
窗、顶棚、地面为介质载体（见图１）。
另一种观点认为“具有确定边界”可以是一个开放的空间，它可以是建筑实体介质，也可以是空间界定的范围（见图２、３所示）。
两种理解各有侧重，第一种解释可以较好地解决静电屏蔽的问题；后一种解释可以比较灵活处理具体工程设计及施工的工程措施，以满足不同的工艺需要。
现代电子工业工程体量和规模巨大，过分强调建筑载体作为防静电工作区的边界很难实施，既不经济，效能也不好。另外，《规范》中第１．０．３条防静电工作区设计原则规定：“根据防静电工作区质量控制要素，采取对应的预防措施，进行系统综合设计”。显然，防静电工程设计是防静电工作区质量控制要素的重要部分，是嵌入式的，与其它要素如工艺、管理制度等密切关联。单纯依靠工程措施来覆盖静电防护所有问题不现实。
从编制组收集到的防静电工程调查项目统计，绝大多数工厂采取开放的空间形式的防静电工作区。如上海某大型电子工厂，洁净厂房的地板按二级标准施工，周边墙板及顶棚按工艺要求并未划入防静电工作区，该厂的产成品合格率大于９８％。可见，该厂区的防静电工作区的划分是合理的、科学的。
所以，《规范》将防静电工作区“具有确定边界”解释为：它可以是建筑的实体介质，也可以是空间的界定范围。必须“根据防静电工作区构成因素和不同的防静电工作区使用要求，选择经济和有效的设计方案”（《规范》１．０．３条第２款）（见图１~４所示）。
4．３ 工程应用与传统学术概念的处理
在选择静电防护材料的性能参数这个《规范》核心内容时，笔者就材料学概念的表述和工程应用检测的表述，进行了广泛、深入的讨论和研究。
材料学理论及实验室条件对材料电性能采用的经典指标是电阻率。这类指标比较严密，不需要附加条件的约束。但是许多参编单位（尤其是工程应用单位和检测单位）强烈反映：该指标在工程上无法直接验证，要求采用材料的表面电阻值或体积电阻值作为材料分类参数。
笔者就这个问题进行调查，发现不少标准以电阻值作为材料分类参数（见表2）。
可见采用材料的表面电阻值和体积电阻值作为材料分类参数，近年来在工程领域的静电防护标准中应用较普遍，这是静电工程学发展的重要特征。
但电阻值的表述也有明显的局限，测试标准不同会引起数值差异。确定测试标准问题，在《规范》编制的一段时间内没能很好处理，好在２００６年出台的《电子产品制造与应用系统防静电检测通用规范》（ＳＪ/Ｔ １０６９４）解决了这个问题。
最后，《规范》对这个问题做了如下表述处理：在正文中采用电阻值作为分类参数；考虑到制品配制和工程前检测的需要，为减少歧义，在相应的条文说明中补充防静电材料电阻率指标。
4．４ 防静电系统的接地
接地问题几乎是所有工业类工程建设规范棘手的问题。需要防静电的工艺设备供应商一般都要求单独接地，而工程设计人员基本倾向于联合接地。
单独接地貌似简单，仅需考虑设备本身的正常工作，但单独接地忽略了设备场所存在着强大的为建筑避雷设置的法拉第笼，大多数工程几乎无法提供单独接地的空间，存在实施的可行性问题。
编制组注意到，如《电子信息系统机房设计规范》（ＧＢ５０１４７－２００８）、《建筑物防雷设计规范》（ＧＢ５００５７－２０１０）、《计算机信息系统雷电电磁脉冲安全防护规范》（ＧＡ ２６７－２０００）、《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（ＧＢ５０３４３－２００４）、《建筑物的电气设施》ＩＥＣ６０３６４－５－５４、《电子设备供电和接地推荐操作规程》ＩＥＥＥ１１００－１９９９等，都用非常明确的条文规定：必须进行等电位联结并采用共用接地系统，或规定为首要方法。
编制组认为，根据国家规范和ＩＥＣ标准，电子工程防静电系统接地应尽量采用共用接地系统和等电位联结（包括局部等电位联结）。设备供应商一定要单独接地的设备，要处理好雷电“反击”问题。
因此，《规范》采用两种接地并列的“双轨”表述方式：“６．０．５防静电接地宜选择联合接地方式。当选择单独接地方式时，接地电阻值不大于１０Ω，并与防雷接地系统保持２０ｍ以上的间距”。
5 结束语
《规范》属于工程建设范畴电子工业工程国家标准。它既要与建筑设计衔接，又要与装修设计、施工关联，同时还要满足工艺设备特定的需求。《规范》只是电子工业静电防护体系中工程建设部分的重要一环，是设计的依据、施工和管理的指导，但并不能涵盖整个静电防护体系。相信随着电子信息产业、工业制造业和科学研究需求的强力推动，国家各项静电防护规范的相继出台，符合国情、具有国际先进水平的静电防护标准体系和相关产业，一定会得到健康、长足的发展。
全部回复（1 ）
只看楼主 我来说两句 抢板凳回复 举报