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國(guó)內(nèi)外電子工業(yè)防靜電標(biāo)準(zhǔn)綜述與發(fā)展-中國(guó)電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所副總工程師 張寶銘
本文簡(jiǎn)要介紹了國(guó)內(nèi)外有關(guān)電子工業(yè)防靜電標(biāo)準(zhǔn)制定的情況、特點(diǎn)和動(dòng)態(tài)，并就此提出了進(jìn)一步加強(qiáng)電子工業(yè)防靜電標(biāo)準(zhǔn)化工作的思路。
一、關(guān)于電子產(chǎn)品靜電防護(hù)
    由于物體間的接觸分離（如摩擦、剝離、撕裂和搬運(yùn)中的碰撞等）或電場(chǎng)感應(yīng)，都會(huì)因物體之間或物體內(nèi)部帶電粒子的擴(kuò)散、轉(zhuǎn)移或遷移而形成物體表面電荷的積聚，即呈現(xiàn)帶電現(xiàn)象。這種現(xiàn)象的存在，有可能導(dǎo)致物體表面電荷對(duì)空氣中帶異性電荷的微粒子塵埃的吸引，造成電子敏感元器件絕緣性能的降低、結(jié)構(gòu)腐蝕或破壞。當(dāng)外界條件適宜時(shí)，這種積聚電荷還會(huì)產(chǎn)生靜電放電，使元器件局部破損或擊穿，嚴(yán)重時(shí)，還會(huì)引起火災(zāi)、爆炸等。曾報(bào)道某廠在修理程控交換機(jī)上的半導(dǎo)體集成電路時(shí)因靜電引起爆炸事故的文章。應(yīng)當(dāng)指出，靜電引起電子元器件局部結(jié)構(gòu)破損和性能降低，是對(duì)元器件使用壽命的一種潛在威脅，它可能比爆炸和燃燒造成的危害更有過(guò)之。因?yàn)樗y于檢查，故造成事故的隨機(jī)性更大，并且易于與其他失效原因混淆而被掩蓋。
    當(dāng)前，電子產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展一方面隨著高分子材料的廣泛使用，致使產(chǎn)品靜電現(xiàn)象的產(chǎn)生變得日益嚴(yán)重；另一方面，電子元器件日趨微小型化，使得靜電的危險(xiǎn)性越來(lái)越大?，F(xiàn)國(guó)外微電路的制造已普通采用了0.8～1.0μm技術(shù)，國(guó)內(nèi)也已達(dá)到2～3μm水平，這種微細(xì)加工技術(shù)和產(chǎn)品細(xì)微結(jié)構(gòu)，使其對(duì)靜電的敏感性越來(lái)越高，并且已達(dá)到不可忽視的程度。
    電子產(chǎn)品的靜電防護(hù)工作，具有下述明顯特點(diǎn)：
    1．超細(xì)、超薄的加工工藝和產(chǎn)品細(xì)微結(jié)構(gòu)，使其對(duì)于靜電放電的敏感性明顯高于其他行業(yè)和產(chǎn)品，即便20V以下的靜電放電電壓也可能造成電子元器件的損害或破壞。
    2．對(duì)靜電敏感的產(chǎn)品，如半導(dǎo)體分立器件、集成電路、厚薄膜電路及電阻器、電容器、壓電晶體等，尤其是前三種電子敏感器件，它們可謂是電子設(shè)備的“心臟”。有鑒于此，對(duì)靜電危害的防護(hù)問(wèn)題，幾乎涉及電子產(chǎn)品的各個(gè)技術(shù)領(lǐng)域，特別是那些要求體積小、工作頻率高、安裝密度大的電子設(shè)備更是如此。
    3．靜電防護(hù)工作是一項(xiàng)系統(tǒng)工程，它涉及敏感電子產(chǎn)品的制造、裝配、處理、檢查、試驗(yàn)、維修、包裝、運(yùn)輸、貯存、使用等各個(gè)環(huán)節(jié)，而且是一種串聯(lián)模式，任一環(huán)節(jié)上的失誤，都將導(dǎo)致整個(gè)防護(hù)工作的失?。煌瑫r(shí)，它又與敏感產(chǎn)品所處的環(huán)境(接觸的物品、空氣氣氛、濕度、地面、工作臺(tái)、椅、加工設(shè)備、工具等)和操作人員著裝（包括穿戴的服裝、帽子、鞋抹、手套、腕帶等）有直接關(guān)系，任一方面的疏漏或失誤，都將導(dǎo)致靜電防護(hù)工作的失敗。
    針對(duì)上述電子產(chǎn)品靜電防護(hù)工作的特點(diǎn)，好能制定出與之相適應(yīng)的一系列標(biāo)準(zhǔn)。比較好的選擇是采用綜合標(biāo)準(zhǔn)化方法，從靜電防護(hù)的系統(tǒng)要求著眼，全面地考慮相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂與協(xié)調(diào)工作，只有這樣，才能把各環(huán)節(jié)的方方面面的防靜電工作，全盤(pán)納入標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范之下成為一種有序狀態(tài)。
    美國(guó)對(duì)軍用電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，自七十年代起就開(kāi)始實(shí)施靜電防護(hù)控制，大致經(jīng)過(guò)10年后，才正式頒發(fā)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。國(guó)際電工委員會(huì)（IEC）自八十年代初以來(lái)，陸續(xù)頒發(fā)防靜電標(biāo)準(zhǔn)。相比之下，國(guó)內(nèi)防靜電標(biāo)準(zhǔn)的制訂與發(fā)布還僅僅是開(kāi)始，雖具備了一定的工作基礎(chǔ)和條件，但與相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的齊套和全面實(shí)施尚有不小的差距。
二、IEC關(guān)于防靜電標(biāo)準(zhǔn)制訂簡(jiǎn)況
在IEC組織中，至少有五個(gè)技術(shù)委員會(huì)（或分技術(shù)委員會(huì)）是與防靜電技術(shù)工作有關(guān)的并制訂了部分防靜電標(biāo)準(zhǔn)或標(biāo)準(zhǔn)草案?，F(xiàn)將這五個(gè)技術(shù)委員會(huì)標(biāo)準(zhǔn)制訂簡(jiǎn)況介紹如下：
1．    IEC／TC65工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制技術(shù)委員會(huì)。
該技術(shù)委員會(huì)（TC）于1984年首次制訂發(fā)布了IEC801—2《工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制裝置的電磁兼容性  第2部分：靜電放電要求》（已同名等效轉(zhuǎn)化為我國(guó)標(biāo)準(zhǔn)GB／T13926.2—92），1991年4月該標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了全面修訂，現(xiàn)行有效版本為第2版。該標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了工業(yè)過(guò)程測(cè)量和控制裝置對(duì)因操作者觸摸這類裝置而產(chǎn)生靜電放電或與裝置附近的物體間產(chǎn)生的靜電放電的敏感性試驗(yàn)的嚴(yán)酷等級(jí)和試驗(yàn)方法，以此評(píng)價(jià)工業(yè)過(guò)程和測(cè)量裝置對(duì)靜電放電的敏感性。該標(biāo)準(zhǔn)第l版中將試驗(yàn)嚴(yán)酷等級(jí)劃分為1、2、3、4共四個(gè)等級(jí)，對(duì)應(yīng)的試驗(yàn)電壓分別為2、4、8、15kV；而第2版則修改為五個(gè)嚴(yán)酷度等級(jí)，并按放電方式分別給出二個(gè)系列試驗(yàn)電壓值，其中接觸放電的電壓相應(yīng)為2、4、6、8、XkV?？臻g放電的電壓系列為2、4、8、15和XkV。這里的X為一開(kāi)放等級(jí)，由供需雙方協(xié)商確定后寫(xiě)入產(chǎn)品規(guī)范。IEC801—2標(biāo)準(zhǔn)還對(duì)試驗(yàn)所用的靜電放電發(fā)生器（包括構(gòu)成及特性）、試驗(yàn)裝置配置、試驗(yàn)程序和判據(jù)等做了規(guī)定（第二版較第一版有若干部分作了修改）。此標(biāo)準(zhǔn)有較強(qiáng)的可實(shí)施性。中電總公司于1992年11月發(fā)布了行業(yè)軍標(biāo)SJ—20154—92《信息技術(shù)設(shè)備靜電放電敏感度試驗(yàn)》，系參照IEC801—2（1991年修訂版的草案）和歐洲計(jì)算機(jī)制造商協(xié)會(huì)標(biāo)準(zhǔn)ECMA TR—40《信息技術(shù)設(shè)備靜電敏感度試驗(yàn)》制訂的，標(biāo)準(zhǔn)中除嚴(yán)酷度等級(jí)和對(duì)水平擂臺(tái)板間接放電次數(shù)不同外，其他技術(shù)內(nèi)容與IEC801—2（第2版）大體一致，但不等效。
2．IEC／TC77／SCB電氣設(shè)備（包括網(wǎng)絡(luò)）之間的電磁兼容性技術(shù)委員會(huì)／工業(yè)和其他非公用系統(tǒng)及其設(shè)備分技術(shù)委員會(huì)。
按照IEC導(dǎo)則107《起草電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)出版物的指南》規(guī)定，TC77的主要任務(wù)是制訂關(guān)于發(fā)射、抗擾度及試驗(yàn)方法等有廣泛使用意義的通用性基礎(chǔ)文件。為了提高效率，TC77不介入其他TC已成功地開(kāi)展工作，或由其他TC專門(mén)負(fù)責(zé)的課題，但由這些TC制訂的文件均以適當(dāng)?shù)姆绞絽R入TC77的工作領(lǐng)域中來(lái)。
    鑒于此，由TC65制訂的IEC801—2標(biāo)準(zhǔn)將由TC77的B分技術(shù)委員會(huì)，即SC77B統(tǒng)一接管、組織修訂并將其轉(zhuǎn)換為新的標(biāo)準(zhǔn)IEC—2000—4—2《電磁兼容性  第4部分：試驗(yàn)和測(cè)量程序  第2節(jié)：靜電放電和抗抗度試驗(yàn)》。此標(biāo)準(zhǔn)雖早已給定編號(hào)，但目前仍為秘書(shū)處文件《77B（sec．）89》，尚在修訂之中。一旦修訂完成，IEC801—2將被廢止，由IEC1000—4—2所替代。
3．CISPR／SCG國(guó)際無(wú)線電干擾特別委員會(huì)／信息技術(shù)設(shè)備干擾特性分技術(shù)委員會(huì)。
該SC于1992年12月以CISPR／G(C．O)20號(hào)文件形式提出標(biāo)準(zhǔn)草案IEC24—2《信息技術(shù)設(shè)備(ITE)抗擾度  第2部分：靜電放電要求》，送各委員會(huì)征求意見(jiàn)。該標(biāo)準(zhǔn)適用于信息技術(shù)設(shè)備，包括模擬傳輸、終端設(shè)備和數(shù)字設(shè)備，旨在為評(píng)估信息設(shè)技術(shù)備在受到靜電放電影響時(shí)的工作能力。建立此標(biāo)準(zhǔn)是為模擬因操作人員直接接觸設(shè)備或因靜電場(chǎng)感應(yīng)引起與鄰近物體（或設(shè)備）之間的靜電放電。標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，一臺(tái)受試設(shè)備至少設(shè)6個(gè)試驗(yàn)點(diǎn)，這意味著要經(jīng)受200次放電（正負(fù)極各100次）。其中1個(gè)點(diǎn)要受到50次非直接接觸放電，其余3個(gè)點(diǎn)各經(jīng)受50次（合計(jì)150次）直接接觸放電。當(dāng)然，不管是前者還是后者都屬于接觸放電。對(duì)有些不可能進(jìn)行接觸放電的設(shè)備。應(yīng)對(duì)用戶使用時(shí)可能觸到的部位選用空間放電。該標(biāo)準(zhǔn)給出的試驗(yàn)電平為：接觸放電3kV，空間放電8kV。
    此標(biāo)準(zhǔn)草案與IEC801—2基本思路相同，但在具體要求方面存在許多細(xì)節(jié)性差異（這點(diǎn)很重要）。在該標(biāo)準(zhǔn)的前言中說(shuō)，它是在基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn)IEC1000—4—2（目前是IEC801—2）的基礎(chǔ)上起草的，考慮了二者的差別，標(biāo)準(zhǔn)中給出的極限值試驗(yàn)電壓是經(jīng)過(guò)仔細(xì)斟酌后選出來(lái)的，并且與IEC801—2的X級(jí)相符。應(yīng)當(dāng)說(shuō)，該標(biāo)準(zhǔn)是針對(duì)信息技術(shù)設(shè)備制訂的，對(duì)這些設(shè)備中的不同類別，規(guī)定了不同的試驗(yàn)細(xì)節(jié)，所以其可實(shí)施性很強(qiáng)，一旦表決通過(guò)，將正式發(fā)布，并引導(dǎo)各國(guó)會(huì)執(zhí)行。通常，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的出臺(tái)周期都很長(zhǎng)，平均90個(gè)月左右，加上本標(biāo)準(zhǔn)草案中還有某些問(wèn)題尚待解決，例如對(duì)于地面設(shè)備進(jìn)行非直接接觸放電試驗(yàn)時(shí)垂直擂臺(tái)板的使用尚在考慮之中，另外，本標(biāo)準(zhǔn)需引用的IEc1000—4—2也尚未出臺(tái)，故預(yù)計(jì)本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布尚需時(shí)日。
4．IEC／TCl5／SC15D絕緣材料技術(shù)委員會(huì)／靜電學(xué)分技術(shù)委員會(huì)。
顧名思義，該分技術(shù)委員會(huì)是專門(mén)從事絕緣材料靜電學(xué)研究的委員會(huì)。它是在1986年成立的TCl5／WG2“工業(yè)靜電學(xué)問(wèn)題研究工作組”的基礎(chǔ)上，于1990年成立的，主席為Dr．K．Davis（英國(guó)人），秘書(shū)處設(shè)在法國(guó)，秘書(shū)由Mr．c．Mengug擔(dān)任。該SC的任務(wù)是：
    (1) 鑒別并說(shuō)明靜電現(xiàn)象在電氣工業(yè)和非電氣工業(yè)中的利與弊，提供有關(guān)的術(shù)語(yǔ)，分類、方法和手段的指南，以增加工業(yè)效益相減少危害；
    (2) 規(guī)定試驗(yàn)方法和相關(guān)要求，用以評(píng)定材料表面靜電荷的產(chǎn)生、存留和耗散，并與ISE／ISO中有關(guān)的技術(shù)委員會(huì)密切協(xié)作，提供關(guān)于產(chǎn)品的指南；
    (3) 根據(jù)與IEC／TC31爆炸性環(huán)境用電氣設(shè)備技術(shù)委員會(huì)協(xié)議的課題，確定在危害環(huán)境下靜電放電的后果；
    (4) 提供模擬靜電現(xiàn)象和靜電放電方法的指南，不包括對(duì)靜電放電的電氣設(shè)備的功能抗擾度的試驗(yàn)方法。
    由于SCl5D成立不久，至今尚未制訂出正式標(biāo)準(zhǔn)。下列標(biāo)準(zhǔn)目前正在積極制訂中：
    1) 秘書(shū)處文件15D（sec．）3《利用直接測(cè)量靜電荷耗散率的方法測(cè)試絕緣和靜電耗散材料及其表面》。1994年3月，又發(fā)出15D（sec．）31號(hào)文件，決定調(diào)整WGl（第1工作組），并在15D（sec．）3號(hào)文件基礎(chǔ)上起草標(biāo)準(zhǔn)《測(cè)定材料與表面耗散靜電荷能力的試驗(yàn)方法》。
    2) 秘書(shū)處文件15D（sec．）4《摩擦靜電效應(yīng)的評(píng)定》。1994年3月，又發(fā)出15D（sec．）32號(hào)文件，決定調(diào)整WG2，并在15D（sec．）4號(hào)文件基礎(chǔ)上起草標(biāo)準(zhǔn)《摩擦靜電特性的評(píng)定》。
    3) 秘書(shū)處文件15D（sec．）3《裝配地板和地板覆蓋層的靜電效應(yīng)特性化的試驗(yàn)方法》。1994年3月，