靜電保護(hù)區(qū)（EPA）的接地設(shè)計(jì)
美國(guó)靜電放電協(xié)會(huì)（ESDA）對(duì)接地標(biāo)準(zhǔn)的修訂將消除ESD 控制中的接地疑問(wèn)
在一個(gè)既定的區(qū)域內(nèi)將所有的靜電導(dǎo)電材料和靜電耗散材料的物品進(jìn)行電氣連接并接入大地，就可以讓這個(gè)區(qū)域內(nèi)保持相同電位。同時(shí)，靜電導(dǎo)電材料和靜電耗散材料等勢(shì)接地應(yīng)保證對(duì)地電位為0V。這些是建立ESD保護(hù)區(qū)域，以降低區(qū)域中的靜電敏感器件在取放和操作中電位差導(dǎo)致放電風(fēng)險(xiǎn)的基本原則，而這種保護(hù)區(qū)就是我們所說(shuō)的靜電保護(hù)區(qū)（EPA）此外，由于處于接地的靜電導(dǎo)電材料和靜電耗散材料不會(huì)聚集靜電荷，只要進(jìn)行了接地，即便是這些材料原來(lái)所帶了靜電荷，也會(huì)得到泄放。
ESDA 關(guān)于接地的標(biāo)準(zhǔn)ANSI/ESD S6.1-2005 對(duì)原標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行了重大的調(diào)整。
新S6.1 標(biāo)準(zhǔn)為ESD技術(shù)設(shè)計(jì)人員和其他相關(guān)技術(shù)人員在對(duì)EPA的接地和電氣連接時(shí)給出了一個(gè)明確的指導(dǎo)。標(biāo)準(zhǔn)修訂前，標(biāo)準(zhǔn)編寫專家仔細(xì)研究了美國(guó)防火協(xié)會(huì)NFPA70標(biāo)準(zhǔn)和其他國(guó)家有關(guān)電線連接的內(nèi)容。
本文不能夠取代S6.1 的相關(guān)內(nèi)容，但有助于讀者理解和使用新S6.1 標(biāo)準(zhǔn)。新術(shù)語(yǔ)
更新后的S6.1標(biāo)準(zhǔn)介紹了幾個(gè)新術(shù)語(yǔ)，其中有一些在本文中也會(huì)提及，因?yàn)檫€尚未廣為人知的緣故，在這里我們先作一個(gè)介紹。連接導(dǎo)體bondingconductor：一種用于連接兩個(gè)獨(dú)立的靜電導(dǎo)電材料或靜電耗散材料物體的導(dǎo)電裝置，這種裝置可以是導(dǎo)線、母線、法蘭或其他的導(dǎo)電裝置。共同連接點(diǎn)commonconnectionpoint：自身電阻小于1 歐姆的一個(gè)裝置或位置，用于連接2 個(gè)或2個(gè)以上的ESD技術(shù)物品（如臺(tái)墊、手挽帶等），讓它們?cè)跊](méi)有接地的情況下通過(guò)等電位的連接確保處于相同電位。
ESD 接地/連接參考點(diǎn)The ESD grounding/bonding referencepoint：zui適用于設(shè)備或場(chǎng)地ESD接地的接地系統(tǒng)，它可以是AC 接地、輔助接地或等電位連接。ESD 技術(shù)物品ESDtechnicalelement：EPA中用于靜電控制的材料、物品、裝置、工具和設(shè)備，如手腕帶、鞋接地帶、防靜電工作臺(tái)以及防靜電地板等2 級(jí)技術(shù)物品ALevel 2technicalelement：連接到已經(jīng)連接共同接地點(diǎn)（common-pointground）或共同連接點(diǎn)（commonconnectionpoint）的ESD技術(shù)物品（ESDtechnicalelement），如站立在防靜電地板上穿戴鞋接地帶的人。接地系統(tǒng)的選擇我們?cè)谠O(shè)立EPA時(shí)首先考慮的可能是選擇的接地系統(tǒng)。在標(biāo)準(zhǔn)中給出了幾個(gè)ESD接地/連接參考點(diǎn)的擇。其中設(shè)備接地是絕大多數(shù)工廠的，其次是輔助接地或等電位連接。
交流接地。多數(shù)情況下這是北美120V標(biāo)準(zhǔn)交流插座中第三根線，使用綠色或有黃色條紋的綠色導(dǎo)線，也有一些國(guó)家使用其他顏色的線。這根線是設(shè)備接地導(dǎo)體，它從插座連接到接地線盤上，而后者又連接到總配電柜的中性線盤上（如配電柜進(jìn)線的電源線盤）。在多數(shù)工廠，接線導(dǎo)管與設(shè)備接地體電位相同，因此可以用于設(shè)備交流接地。當(dāng)然，這是以正確的接線為前提的，即便是接線沒(méi)有問(wèn)題，也應(yīng)該先由持證的電器工程師進(jìn)行檢驗(yàn)。
這在新標(biāo)準(zhǔn)的圖5 中進(jìn)行了示意。
輔助接地。某些時(shí)候，需要考慮使用輔助接地系統(tǒng)是EPA的接地途徑，因?yàn)樵O(shè)備不接地可以去除任何的ESD和電磁波引起的信號(hào)干擾，但是這樣做須經(jīng)過(guò)認(rèn)真地研究和討論。zui初，靜電接地標(biāo)準(zhǔn)起草工作小組認(rèn)為，這樣做會(huì)讓兩個(gè)接地有不同的電位，成為一個(gè)非常棘手的問(wèn)題。工作小組成員發(fā)現(xiàn)設(shè)備交流接地和單獨(dú)的輔助接地之間的電位差有時(shí)會(huì)超過(guò)500V。如果這在工作站出現(xiàn)，就不能提供ESD敏感器件取放所需的OV操作環(huán)境。這個(gè)問(wèn)題在S6.1后面的陳述中給予了解決說(shuō)明：無(wú)論何種情況下，輔助接地和設(shè)備接地應(yīng)當(dāng)進(jìn)行連接。在某些情況下，輔助接地對(duì)于一些特別的活動(dòng)是必要的，這時(shí)必須牢記的是，輔助接地和設(shè)備交流接地的電位是不同的。
等電位連接。這種選擇多數(shù)情況下適用于遠(yuǎn)離生產(chǎn)車間不易設(shè)立EPA的區(qū)域和設(shè)備。將所有的ESD技術(shù)物品，區(qū)域內(nèi)的人員以及工作設(shè)備通過(guò)電氣連接接到一起，使它們具有相同的電位。事實(shí)上，在這個(gè)系統(tǒng)內(nèi)與接地連接的電位有可能會(huì)升高，但所有物品仍會(huì)處于相同的電位。這個(gè)方法可將系統(tǒng)內(nèi)各物件的不同的電位或靜電勢(shì)變?yōu)榈葎?shì)位，這樣，在其中進(jìn)行敏感器件操作就是安全的；在拿取器件時(shí)就沒(méi)有電位差，不會(huì)發(fā)生放電。等電位連接方式及原理在標(biāo)準(zhǔn)的圖3中給予了示意。
建立共同連接點(diǎn)對(duì)于EPA的設(shè)立來(lái)說(shuō)，一旦ESD接地/連接參考點(diǎn)建立起來(lái)，下一步就是設(shè)立共同接地點(diǎn)或共同連接點(diǎn)。共同接地點(diǎn)是一個(gè)接地裝置或位置，它連接到ESD接地/連接參考點(diǎn)，一個(gè)或多個(gè)ESD技術(shù)物品通過(guò)導(dǎo)體連接到這上面。這個(gè)共同接地點(diǎn)裝置可以是用于等電位連接，含有導(dǎo)體的任何機(jī)械裝置。接線條、母線、銅電纜以及導(dǎo)體裝置都可以構(gòu)建成共同接地點(diǎn)或共同連接點(diǎn)。所有的ESD技術(shù)物品——手腕帶、桌面墊、地板等用接地導(dǎo)線連接到這個(gè)共同接地點(diǎn)。zui簡(jiǎn)單的系統(tǒng)在標(biāo)準(zhǔn)的圖1中給予了示意。手腕帶和工作臺(tái)面通過(guò)它們的接地線連接到共同接地點(diǎn)，共同接地點(diǎn)連接到交流設(shè)備地。當(dāng)EPA比較復(fù)雜時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)2級(jí)技術(shù)物品。這時(shí)，后者通過(guò)一個(gè)已經(jīng)接地的初始ESD技術(shù)物品進(jìn)行接地。一個(gè)技術(shù)人員站立在防靜電地墊或防靜電地板上，這時(shí)該人體就是處于2級(jí)技術(shù)物品的狀態(tài)，因?yàn)橛糜谶B接人體接地的腳接地或防靜電鞋是通過(guò)地板或地墊接地的，同樣通過(guò)地面接地的防靜電椅和帶有導(dǎo)電輪的防靜電推車也是2級(jí)技術(shù)物品。其描述示意參見(jiàn)標(biāo)準(zhǔn)圖1A。技術(shù)物品的配置建立EPA的第三步是確定需要什么樣的ESD技術(shù)物品，以確保去除保護(hù)包裝的靜電敏感
器件暴露在靜電場(chǎng)下進(jìn)行取放時(shí)的操作風(fēng)險(xiǎn)zui小。當(dāng)工作站要設(shè)立為有效的EPA時(shí)，應(yīng)當(dāng)明確技術(shù)物品的種類和技術(shù)指標(biāo)范圍。其基本的原則是，如果是坐姿操作，員工必須使用手腕帶作為人體接地的裝置，即便是有可靠的防靜電地板情況下。這時(shí)因?yàn)樗?她的腳會(huì)有可能不放在地板上，或接觸地板的力度過(guò)小不能達(dá)到接地的效果。
站立或移動(dòng)操作人體是通過(guò)防靜電地板-防靜電鞋來(lái)實(shí)現(xiàn)人體接地系統(tǒng)的。如果地板-
鞋系統(tǒng)是人體主要的接地途徑，則應(yīng)當(dāng)與手腕帶接地系統(tǒng)一樣，要設(shè)定必須的操作要求。能夠提供敏感電壓HBM100V以上保護(hù)的EPA建立的參考標(biāo)準(zhǔn)ESD S20.20 中規(guī)定，人體的對(duì)地電阻應(yīng)小于35MΩ。EPA中的另一個(gè)技術(shù)物品是防靜電工作臺(tái)面。實(shí)際應(yīng)用時(shí)一般只是一種特別形式，但事實(shí)上，其理想狀態(tài)是創(chuàng)造一個(gè)沒(méi)有靜電產(chǎn)生，或靜電可以迅速消散的區(qū)域，以供無(wú)保護(hù)的靜電敏感器件可以在其中進(jìn)行操作。這種區(qū)域另一個(gè)目標(biāo)是將工作站內(nèi)的電場(chǎng)和電位差降到zui小。
用于ESD保護(hù)的其他物品包括工衣、椅子、推車、貨架及其他物品等，它們同樣要連接到接地系統(tǒng)。每一個(gè)輔助的技術(shù)物品必須可以直接或通過(guò)2級(jí)技術(shù)物品方式連接到共同接地點(diǎn)。理解如何將一個(gè)ESD基礎(chǔ)物品通過(guò)電氣連接方式接入大地是決定該物品是否能夠?qū)崿F(xiàn)防靜電目的的關(guān)鍵。
接地測(cè)量ESDA 關(guān)于接地的標(biāo)準(zhǔn)中特別明確了EPA中ESD控制的測(cè)試方法。測(cè)量的程序總結(jié)如下：交流設(shè)備接地。用于建立交流設(shè)備接地的插座到配電柜進(jìn)線的中性線母線的阻抗不應(yīng)超過(guò)1Ω.這個(gè)測(cè)量是用一個(gè)交流阻抗測(cè)量?jī)x在插座中進(jìn)行測(cè)量的。但所用的儀器通常非ESD協(xié)管員所配備，而是一個(gè)通用儀器，使用者應(yīng)具備電工操作證。這種儀器不僅測(cè)量設(shè)備接地（第三根線）阻抗，而且很多時(shí)候用于檢驗(yàn)電流方向。這里有幾點(diǎn)非常重要：1、火線和中性線不能接反；2、必須要有中性線和設(shè)備接地線，并且在插座中沒(méi)有接到一起；3、火線和設(shè)備接地線沒(méi)有接反。
雖然這種測(cè)量不需要經(jīng)常測(cè)試，但是在EPA設(shè)立后以及電路維護(hù)時(shí)的線路檢驗(yàn)時(shí)，這卻是非常重要的。交流設(shè)備地到共同接地點(diǎn)。交流設(shè)備地到共同接地點(diǎn)的電阻不應(yīng)大于1Ω。其測(cè)量是使用標(biāo)準(zhǔn)的歐姆表，表的測(cè)量范圍為0.1Ω到1MΩ。歐姆表的電極應(yīng)分別放在交流設(shè)備地和共同接地點(diǎn)上。這樣導(dǎo)線及接點(diǎn)等所有連接裝置的附加電阻都包含在內(nèi)了。共同接地點(diǎn)到技術(shù)物品接地點(diǎn)。共同接地點(diǎn)到每一個(gè)技術(shù)物品接地點(diǎn)的電阻不應(yīng)大于1Ω與該技術(shù)物品接地連接線上的內(nèi)置電阻的電阻值之和。歐姆表的兩個(gè)電極應(yīng)該分別放在包含附加電阻的兩端。技術(shù)物品接地線通常包含了一個(gè)1MΩ的電阻。附加電阻在標(biāo)準(zhǔn)中并未作要求，但是ESD技術(shù)物品的生產(chǎn)商可能作為限制電流的目的而在導(dǎo)線上接入了電阻。輔助地到交流設(shè)備地。這個(gè)測(cè)量可以直接使用歐姆表連接交流設(shè)備地和車間內(nèi)任何在用的輔助接地。測(cè)量電極應(yīng)分別置于包含所有相互連接和安全裝置上，測(cè)量電阻應(yīng)小于25Ω。NFPA70 標(biāo)準(zhǔn)中推薦了一些輔助接地作為補(bǔ)充接地的方法：建筑物的鋼結(jié)構(gòu)，埋入的金屬框
架或其他連接到大地的結(jié)構(gòu)都可以作為補(bǔ)充接地或輔助接地。25Ω電阻值在某些情況下可能太高，因此在車間建設(shè)時(shí)應(yīng)仔細(xì)考慮。對(duì)于靜電接地來(lái)說(shuō)，25Ω以下的電阻是可以接受的，但對(duì)于電磁兼容（EMC）這個(gè)值就太高了?，F(xiàn)場(chǎng)服務(wù)。現(xiàn)場(chǎng)服務(wù)時(shí)不可能使用設(shè)備接地線，因此，歐姆表直接連接到ESD技術(shù)物品和服務(wù)對(duì)象上，測(cè)量電極放置位置應(yīng)包含所有內(nèi)部連接和安全設(shè)施的電阻，阻值總合不應(yīng)大于1Ω。如果ESD技術(shù)物品連接導(dǎo)線使用了電阻，則測(cè)量值包含該電阻的阻值。
如果服務(wù)操作時(shí)需要使用1 個(gè)以上的ESD 技術(shù)物品時(shí)，應(yīng)使用共同連接點(diǎn)。例如，個(gè)
工程師可以使用一條手腕帶和一塊便攜式的耗散墊子，站在墊子上面維修部件或?qū)⒉考迦朐O(shè)備當(dāng)中。這時(shí)的共同連接點(diǎn)可以是一個(gè)單獨(dú)的設(shè)施，設(shè)備的金屬框架，或設(shè)備接地母線。只要所有物品包括人體相互連接在一起，ESD敏感器件就不會(huì)暴露在有電位差的環(huán)境里。
結(jié)論
ESDA 新的接地標(biāo)準(zhǔn)揭示了一些建立EPA接地系統(tǒng)時(shí)的問(wèn)題。標(biāo)準(zhǔn)的這次修訂將會(huì)簡(jiǎn)化ESD控制計(jì)劃實(shí)施時(shí)的一些工作。希望本文有助于工程人員對(duì)更新后的ANSI/ESD S6.1的熟悉和理解。
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