ESD Mat點對點電阻測試電壓穿透現象解析

靜電及靜電防護是一門由來已久的學科，對這門學科要達到精通，或者說所謂“專家”的程度，不能單純的只懂它的體系運行、標準規范、測試方法、管控流程等就滿足，更需要廣大ESD同行在日常ESD防護工作中，通過搜集數據、發現問題、分析問題、實驗驗證等一系列深入的基礎技術研究，來達到對這門學科更深層次的理解。

以下是ESD HOME通過對ESD Mat（也叫臺墊、工作桌面、桌墊、Worksurface等，叫法不一，個人習慣而已）點對點電阻測試過程中遇到的疑問進行簡單分析，以此拋磚引玉，呼吁廣大同行，針對ESD相關的課題進行分析研究與分享。

眾所周知，ESD Mat的認可測試，根據標準ANSI/ESDS4.1要求測試點對點電阻、點對地電阻；ANSI/ESD S4.2 還要求產生電壓測試。本文僅針對點對點電阻測試過程中碰到的電壓穿透現象進行簡單分析。

根據標準，ESD Mat的點對點電阻測試時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 點對點測試時兩電極間距要求>=250mm，SJ/T 10694點對點測試時兩電極間距要求300mm，不同的標準文件對測試電極間距要求有些微差別。我們在做測試的時候發現同一塊ESDMat根據不同標準規定距離下測試結果差別很小，

同時發散思維做了實驗，發現在不同距離下（兩重錘間距遞增，125px一個step）點對點電阻測試兩者并沒有呈現明顯相關性，也就是說并未按我們預期的方向變化（阻值越來越大），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，然而實際情況與預期結果相悖（相信大家或多或少都會有碰到過相關情況）。

下面針對這一現象做簡要分析：

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/承載產品及員工操作，測試時兆歐表電壓為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數量級。在上面一層耗散層的點對點電阻測試過程中，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直流電通過正電極→通過桌墊綠色表皮內→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直流電通過正電極→穿過綠色耗散層→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，沒有導電層），按ESDMat相同距離設置，測試點對點電阻，對比情況如下圖3&圖4

圖3 ESD Mat點對點電阻與電極距離關系圖

圖4 膠簾點對點電阻與電極距離關系圖

不難得出結論，實驗對比驗證得出ESD Mat的點對點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電壓測試材料時要關注測試對象是否為薄層，太薄了需要考慮電壓穿透問題，可能會左右測試結果判斷（當然這也許是標準要求測試材料的表面電阻、點對點電阻、兩點間電阻時要求支撐面為絕緣的原因，但是實際測試過程中，特別是車間內測試時，可能會隨便找一個支撐物進行測試，甚至直接放在地板上測試的同行業不在少數，這個時候要重點關注這類問題）。