从ESDA的新标准看ESD接地
摘 要:
美国静电放电协会（ESDA）新的接地标准揭示了一些建立EPA接地系统时的问题。标准的这次修订将会简化ESD控制计划实施时的一些工作。希望本文有助于工程人员对更新后的ANSI/ESD S6.1的熟悉和理解，消除ESD控制中的接地的疑问。
在一个既定的区域内将所有的静电导电材料和静电耗散材料的物品进行电气连接并接入大地，就可以让这个区域内保持相同电位；同时，静电导电材料和静电耗散材料等势接地应保证对地电位为0V，这些是建立ESD保护区域，降低区域中的静电敏感器件在取放和操作中电位差导致放电风险的基本原则，而这种保护区就是我们所说的静电保护区（EPA）。
此外，由于处于接地的静电导电材料和静电耗散材料不会聚集静电荷，只要进行了接地，即便是这些材料原来所带了静电荷，也会得到泄放。
ESDA关于接地的最新标准ANSI /ESD S6.1-2005对原标准相关内容进行了重大的调整。新S6.1标准为ESD技术设计人员和其他相关技术人员在对EPA的接地和电气连接时给出了一个明确的指导。标准修订前，标准编写专家仔细研究了美国防火协会NFPA70标准和其他国家有关电线连接的内容。
希望本文能够对国内的电子产品生产企业依据标准建立ESD接地系统提供有用的信息。
新术语
更新后的S6.1标准定义和使用了几个新术语，其中有一些在本文中也会提及，因为还尚未广为人知的缘故，在这里我们先作一个介绍。
连接导体bonding conductor：一种用于连接两个独立的静电导电材料或静电耗散材料物体的导电装置，这种装置可以是导线、母线、法兰或其他的导电装置。
共同连接点common connec-tion point：自身电阻小于1欧姆的一个装置或位置，用于连接2个或2个以上的ESD技术物品（如台垫、手挽带等），让它们在没有接地的情况下通过等电位的连接确保处于相同电位。
ESD接地/连接参考点The ESD grounding/bonding reference point：最适用于设备或场地ESD接地的接地系统，它可以是AC接地、辅助接地或等电位连接。
ESD技术物品ESD technical element：EPA中用于静电控制的材料、物品、装置、工具和设备，如手腕带、鞋接地带、防静电工作台以及防静电地板等
2级技术物品A Level 2 techni-cal element：连接到已经连接共同接地点(common-point ground)或共同连接点(common connection point）的ESD技术物品(ESD technical ele- ment)，如站立在防静电地板上穿戴鞋接地带的人。
接地系统的选择
我们在设立EPA时首先考虑的可能是选择最适合的接地系统。在标准中给出了几个ESD接地/连接参考点的选择。其中设备接地是绝大多数工厂的首选，其次是辅助接地和等电位连接。
交流接地。多数情况下这是北美120V标准交流插座中第三根线，使用绿色或有黄色条纹的绿色导线，也有一些国家使用其他颜色的线。这根线是设备接地导体，它从插座连接到接地线盘上，而后者又连接到总配电柜的中性线盘上（如配电柜进线的电源线盘）。
在多数工厂，接线导管与设备接地体电位相同，因此可以用于设备交流接地。当然，这是以正确的接线为前提的，即便是接线没有问题，也应该先由持证的电器工程师进行检验。这在新标准中进行了示意。
辅助接地。某些时候，需要考虑使用辅助接地系统是EPA最好的接地途径，因为设备不接地可以去除任何的ESD和电磁波引起的信号干扰，但是这样做须经过认真地研究和讨论。最初，静电接地标准起草工作小组认为，这样做会让两个接地有不同的电位，成为一个非常棘手的问题。工作小组成员发现设备交流接地和单独的辅助接地之间的电位差有时会超过500V。如果这在工作站出现，就不能提供ESD敏感器件取放所需的OV操作环境。
这个问题在S6.1后面的陈述中给予了解决说明：无论何种情况下，辅助接地和设备接地应当进行连接。在某些情况下，辅助接地对于一些特别的活动是必要的，这时必须牢记的是，辅助接地和设备交流接地的电位是不同的。
等电位连接。这种选择多数情况下适用于远离生产车间不易设立EPA的区域和设备。将所有的ESD技术物品，区域内的人员以及工作设备通过电气连接接到一起，使它们具有相同的电位。事实上，在这个系统内与接地连接的电位有可能会升高，但所有物品仍会处于相同的电位。
这个方法可将系统内各物件的不同的电位或静电势变为等势位，这样，在其中进行敏感器件操作就是安全的；在拿取器件时就没有电位差，不会发生放电。等电位连接方式及原理在标准中也给予了示意。
建立共同连接点
对于EPA的设立来说，一旦ESD 接地/连接参考点建立起来，下一步就是设立共同接地点或共同连接点。共同接地点是一个接地装置或位置，它连接到ESD接地/连接参考点，一个或多个ESD技术物品通过导体连接到这上面。这个共同接地点装置可以是用于等电位连接，含有导体的任何机械装置。接线条、母线、铜电缆以及导体装置都可以构建成共同接地点或共同连接点。所有的ESD技术物品手腕带、桌面垫、地板等用接地导线连接到这个共同接地点。
最简单的系统在标准中给出了示意。手腕带和工作台面通过它们的接地线连接到共同接地点，共同接地点连接到交流设备地。
当EPA比较复杂时，就会出现2级技术物品。这时，后者通过一个已经接地的初始ESD技术物品进行接地。一个技术人员站立在防静电地垫或防静电地板上，这时该人体就是处于2级技术物品的状态，因为用于连接人体接地的脚接地或防静电鞋是通过地板或地垫接地的，同样通过地面接地的防静电椅和带有导电轮的防静电推车也是2级技术物品。其描述示意参见标准。
技术物品的配置
建立EPA的第三步是确定需要什么样的ESD技术物品，以确保去除保护包装的静电敏感器件暴露在静电场下进行取放时的操作风险最小。当工作站要设立为有效的EPA时，应当明确技术物品的种类和技术指标范围。
其基本的原则是，如果是坐姿操作，员工必须使用手腕带作为人体接地的装置，即便是有可靠的防静电地板情况下。这时因为他/她的脚会有可能不放在地板上，或接触地板的力度过小不能达到接地的效果。
站立或移动操作人体是通过防静电地板-防静电鞋来实现人体接地系统的。如果地板-鞋系统是人体主要的接地途径，则应当与手腕带接地系统一样，要设定必须的操作要求。能够提供敏感电压HBM100V以上保护的EPA建立的参考标准ESD S20.20中规定，人体的对地电阻应小于35MΩ。
EPA中的另一个技术物品是防静电工作台面。实际应用时一般只是一种特别形式，但事实上，其理想状态是创造一个没有静电产生，或静电可以迅速消散的区域，以供无保护的静电敏感器件可以在其中进行操作。这种区域另一个目标是将工作站内的电场和电位差降到最小。
用于ESD保护的其他物品包括工衣、椅子、推车、货架及其他物品等，它们同样要连接到接地系统。每一个辅助的技术物品必须可以直接或通过2级技术物品方式连接到共同接地点。理解如何将一个ESD基础物品通过电气连接方式接入大地是决定该物品是否能够实现防静电目的的关键。
接地测量
ESDA关于接地的标准中特别明确了EPA中ESD控制的测试方法。测量的程序总结如下：
交流设备接地。用于建立交流设备接地的插座到配电柜进线的中性线母线的阻抗不应超过1Ω.这个测量是用一个交流阻抗测量仪在插座中进行测量的。但所用的仪器通常非ESD协管员所配备，而是一个通用仪器，使用者应具备电工操作证。这种仪器不仅测量设备接地（第三根线）阻抗，而且很多时候用于检验电流方向。这里有几点非常重要：1、火线和中性线不能接反；2、必须要有中性线和设备接地线，并且在插座中没有接到一起；3、火线和设备接地线没有接反。
虽然这种测量不需要经常测试，但是在EPA设立后以及电路维护时的线路检验时，这却是非常重要的。
交流设备地到共同接地点。交流设备地到共同接地点的电阻不应大于1Ω。其测量是使用标准的欧姆表，表的测量范围为0.1Ω到1 MΩ。欧姆表的电极应分别放在交流设备地和共同接地点上。这样导线及接点等所有连接装置的附加电阻都包含在内了。
共同接地点到技术物品接地点。共同接地点到每一个技术物品接地点的电阻不应大于1Ω与该技术物品接地连接线上的内置电阻的电阻值之和。欧姆表的两个电极应该分别放在包含附加电阻的两端。技术物品接地线通常包含了一个1MΩ的电阻。附加电阻在标准中并未作要求，但是ESD技术物品的生产商可能作为限制电流的目的而在导线上接入了电阻。
辅助地到交流设备地。这个测量可以直接使用欧姆表连接交流设备地和车间内任何在用的辅助接地。测量电极应分别置于包含所有相互连接和安全装置上，测量电阻应小于25Ω。NFPA70标准中推荐了一些辅助接地作为补充接地的方法：建筑物的钢结构，埋入的金属框架或其他连接到大地的结构都可以作为补充接地或辅助接地。
25Ω电阻值在某些情况下可能太高，因此在车间建设时应仔细考虑。对于静电接地来说，25Ω以下的电阻是可以接受的，但对于电磁兼容（EMC）这个值就太高了。
现场服务。现场服务时可能不能使用设备接地线，因此，欧姆表直接连接到ESD技术物品和服务对象上，测量电极放置位置应包含所有内部连接和安全设施的电阻，阻值总合不应大于1Ω。如果ESD技术物品连接导线使用了电阻，则测量值包含该电阻的阻值。
如果服务操作时需要使用1个以上的ESD技术物品时，应使用共同连接点。例如，一个工程师可以使用一条手腕带和一块便携式的耗散垫子，站在垫子上面维修部件或将部件插入设备当中。这时的共同连接点可以是一个单独的设施，设备的金属框架，或设备接地母线。只要所有物品包括人体相互连接在一起，ESD敏感器件就不会暴露在有电位差的环境里。
参考文献:
1.ANSI/ESD S6.1:2005, “Groun-ding” (Rome, NY: ESD Asso-ciation, 2005).
2. NFPA 70,“2005 National Electrical Code” (Quincy, MA: National Fire Protection Association, 2005).
3. ANSI/ESD S20.20:1999, “Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment (Excluding Electrically Initiated Explosive Devices)” (Rome, NY: ESD Association, 1999).
4. ANSI/ESD S20.20:2007, “Protection of Electrical and Electronic Parts, Assemblies and Equipment (Excluding Electrically Initiated Explosive Devices) |
闽公网安备 35020602000072号
