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國內(nèi)外電子工業(yè)防靜電標(biāo)準(zhǔn)綜述與發(fā)展-中國電子技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)化研究所副總工程師 張寶銘
本文簡要介紹了國內(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）或電場感應(yīng)，都會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，這種積聚電荷還會產(chǎn)生靜電放電，使元器件局部破損或擊穿，嚴(yán)重時，還會引起火災(zāi)、爆炸等。曾報道某廠在修理程控交換機(jī)上的半導(dǎo)體集成電路時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，使得靜電的危險性越來越大?，F(xiàn)國外微電路的制造已普通采用了0.8～1.0μm技術(shù)，國內(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)，使其對靜電的敏感性越來越高，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，對靜電危害的防護(hù)問題，幾乎涉及電子產(chǎn)品的各個技術(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)致整個防護(hù)工作的失敗；同時，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、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，全盤納入標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)范之下成為一種有序狀態(tài)。
    美國對軍用電子產(chǎn)品的生產(chǎn)，自七十年代起就開始實(shí)施靜電防護(hù)控制，大致經(jīng)過10年后，才正式頒發(fā)相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)。國際電工委員會（IEC）自八十年代初以來，陸續(xù)頒發(fā)防靜電標(biāo)準(zhǔn)。相比之下，國內(nèi)防靜電標(biāo)準(zhǔn)的制訂與發(fā)布還僅僅是開始，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)制訂簡況
在IEC組織中，至少有五個技術(shù)委員會（或分技術(shù)委員會）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)將這五個技術(shù)委員會標(biāo)準(zhǔn)制訂簡況介紹如下：
1．    IEC／TC65工業(yè)過程測量和控制技術(shù)委員會。
該技術(shù)委員會（TC）于1984年首次制訂發(fā)布了IEC801—2《工業(yè)過程測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)過程測量和控制裝置對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)酷等級和試驗(yàn)方法，以此評價工業(yè)過程和測量裝置對靜電放電的敏感性。該標(biāo)準(zhǔn)第l版中將試驗(yàn)嚴(yán)酷等級劃分為1、2、3、4共四個等級，對應(yīng)的試驗(yàn)電壓分別為2、4、8、15kV；而第2版則修改為五個嚴(yán)酷度等級，并按放電方式分別給出二個系列試驗(yàn)電壓值，其中接觸放電的電壓相應(yīng)為2、4、6、8、XkV。空間放電的電壓系列為2、4、8、15和XkV。這里的X為一開放等級，由供需雙方協(xié)商確定后寫入產(chǎn)品規(guī)范。IEC801—2標(biāo)準(zhǔn)還對試驗(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)酷度等級和對水平擂臺板間接放電次數(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／工業(yè)和其他非公用系統(tǒng)及其設(shè)備分技術(shù)委員會。
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已成功地開展工作，或由其他TC專門負(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。
    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，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，但目前仍為秘書處文件《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國際無線電干擾特別委員會／信息技術(shù)設(shè)備干擾特性分技術(shù)委員會。
該SC于1992年12月以CISPR／G(C．O)20號文件形式提出標(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》，送各委員會征求意見。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，旨在為評估信息設(shè)技術(shù)備在受到靜電放電影響時的工作能力。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，一臺受試設(shè)備至少設(shè)6個試驗(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個點(diǎn)要受到50次非直接接觸放電，其余3個點(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。對有些不可能進(jìn)行接觸放電的設(shè)備。應(yīng)對用戶使用時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，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)過仔細(xì)斟酌后選出來的，并且與IEC801—2的X級相符。應(yīng)當(dāng)說，該標(biāo)準(zhǔn)是針對信息技術(shù)設(shè)備制訂的，對這些設(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，將正式發(fā)布，并引導(dǎo)各國會執(zhí)行。通常，國際標(biāo)準(zhǔn)的出臺周期都很長，平均90個月左右，加上本標(biāo)準(zhǔn)草案中還有某些問題尚待解決，例如對于地面設(shè)備進(jìn)行非直接接觸放電試驗(yàn)時垂直擂臺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，故預(yù)計(jì)本標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布尚需時日。
4．IEC／TCl5／SC15D絕緣材料技術(shù)委員會／靜電學(xué)分技術(shù)委員會。
顧名思義，該分技術(shù)委員會是專門從事絕緣材料靜電學(xué)研究的委員會。它是在1986年成立的TCl5／WG2“工業(yè)靜電學(xué)問題研究工作組”的基礎(chǔ)上，于1990年成立的，主席為Dr．K．Davis（英國人），秘書處設(shè)在法國，秘書由Mr．c．Mengug擔(dān)任。該SC的任務(wù)是：
    (1) 鑒別并說明靜電現(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，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) 秘書處文件15D（sec．）3《利用直接測量靜電荷耗散率的方法測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號文件，決定調(diào)整WGl（第1工作組），并在15D（sec．）3號文件基礎(chǔ)上起草標(biāo)準(zhǔn)《測定材料與表面耗散靜電荷能力的試驗(yàn)方法》。
    2) 秘書處文件15D（sec．）4《摩擦靜電效應(yīng)的評定》。1994年3月，又發(fā)出15D（sec．）32號文件，決定調(diào)整WG2，并在15D（sec．）4號文件基礎(chǔ)上起草標(biāo)準(zhǔn)《摩擦靜電特性的評定》。
    3) 秘書處文件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，