國內外電子工業(yè)防靜電標準綜述與發(fā)展-中國電子技術(shù)標準化研究所副總工程師 張寶銘
本文簡(jiǎn)要介紹了國內外有關(guān)電子工業(yè)防靜電標準制定的情況、特點(diǎn)和動(dòng)態(tài)，并就此提出了進(jìn)一步加強電子工業(yè)防靜電標準化工作的思路。
一、關(guān)于電子產(chǎn)品靜電防護
    由于物體間的接觸分離（如摩擦、剝離、撕裂和搬運中的碰撞等）或電場(chǎng)感應，都會(huì )因物體之間或物體內部帶電粒子的擴散、轉移或遷移而形成物體表面電荷的積聚，即呈現帶電現象。這種現象的存在，有可能導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、結構腐蝕或破壞。當外界條件適宜時(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，嚴重時(shí)，還會(huì )引起火災、爆炸等。曾報道某廠(chǎng)在修理程控交換機上的半導體集成電路時(shí)因靜電引起爆炸事故的文章。應當指出，靜電引起電子元器件局部結構破損和性能降低，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(guò)之。因為它難于檢查，故造成事故的隨機性更大，并且易于與其他失效原因混淆而被掩蓋。
    當前，電子產(chǎn)品技術(shù)的發(fā)展一方面隨著(zhù)高分子材料的廣泛使用，致使產(chǎn)品靜電現象的產(chǎn)生變得日益嚴重；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(lái)越大?，F國外微電路的制造已普通采用了0.8～1.0μm技術(shù)，國內也已達到2～3μm水平，這種微細加工技術(shù)和產(chǎn)品細微結構，使其對靜電的敏感性越來(lái)越高，并且已達到不可忽視的程度。
    電子產(chǎn)品的靜電防護工作，具有下述明顯特點(diǎn)：
    1．超細、超薄的加工工藝和產(chǎn)品細微結構，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，它們可謂是電子設備的“心臟”。有鑒于此，對靜電危害的防護問(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備更是如此。
    3．靜電防護工作是一項系統工程，它涉及敏感電子產(chǎn)品的制造、裝配、處理、檢查、試驗、維修、包裝、運輸、貯存、使用等各個(gè)環(huán)節，而且是一種串聯(lián)模式，任一環(huán)節上的失誤，都將導致整個(gè)防護工作的失??；同時(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、椅、加工設備、工具等)和操作人員著(zhù)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，都將導致靜電防護工作的失敗。
    針對上述電子產(chǎn)品靜電防護工作的特點(diǎn)，好能制定出與之相適應的一系列標準。比較好的選擇是采用綜合標準化方法，從靜電防護的系統要求著(zhù)眼，全面地考慮相關(guān)標準的制訂與協(xié)調工作，只有這樣，才能把各環(huán)節的方方面面的防靜電工作，全盤(pán)納入標準的規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(kāi)始實(shí)施靜電防護控制，大致經(jīng)過(guò)10年后，才正式頒發(fā)相應的標準。國際電工委員會(huì )（IEC）自八十年代初以來(lái)，陸續頒發(fā)防靜電標準。相比之下，國內防靜電標準的制訂與發(fā)布還僅僅是開(kāi)始，雖具備了一定的工作基礎和條件，但與相關(guān)標準的齊套和全面實(shí)施尚有不小的差距。
二、IEC關(guān)于防靜電標準制訂簡(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準或標準草案?，F將這五個(gè)技術(shù)委員會(huì )標準制訂簡(jiǎn)況介紹如下：
1．    IEC／TC65工業(yè)過(guò)程測量和控制技術(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》（已同名等效轉化為我國標準GB／T13926.2—92），1991年4月該標準進(jìn)行了全面修訂，現行有效版本為第2版。該標準規定了工業(yè)過(guò)程測量和控制裝置對因操作者觸摸這類(lèi)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的嚴酷等級和試驗方法，以此評價(jià)工業(yè)過(guò)程和測量裝置對靜電放電的敏感性。該標準第l版中將試驗嚴酷等級劃分為1、2、3、4共四個(gè)等級，對應的試驗電壓分別為2、4、8、15kV；而第2版則修改為五個(gè)嚴酷度等級，并按放電方式分別給出二個(gè)系列試驗電壓值，其中接觸放電的電壓相應為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，由供需雙方協(xié)商確定后寫(xiě)入產(chǎn)品規范。IEC801—2標準還對試驗所用的靜電放電發(fā)生器（包括構成及特性）、試驗裝置配置、試驗程序和判據等做了規定（第二版較第一版有若干部分作了修改）。此標準有較強的可實(shí)施性。中電總公司于1992年11月發(fā)布了行業(yè)軍標SJ—20154—92《信息技術(shù)設備靜電放電敏感度試驗》，系參照IEC801—2（1991年修訂版的草案）和歐洲計算機制造商協(xié)會(huì )標準ECMA TR—40《信息技術(shù)設備靜電敏感度試驗》制訂的，標準中除嚴酷度等級和對水平擂臺板間接放電次數不同外，其他技術(shù)內容與IEC801—2（第2版）大體一致，但不等效。
2．IEC／TC77／SCB電氣設備（包括網(wǎng)絡(luò )）之間的電磁兼容性技術(shù)委員會(huì )／工業(yè)和其他非公用系統及其設備分技術(shù)委員會(huì )。
按照IEC導則107《起草電磁兼容性標準出版物的指南》規定，TC77的主要任務(wù)是制訂關(guān)于發(fā)射、抗擾度及試驗方法等有廣泛使用意義的通用性基礎文件。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(zhuān)門(mén)負責的課題，但由這些TC制訂的文件均以適當的方式匯入TC77的工作領(lǐng)域中來(lái)。
    鑒于此，由TC65制訂的IEC801—2標準將由TC77的B分技術(shù)委員會(huì )，即SC77B統一接管、組織修訂并將其轉換為新的標準IEC—2000—4—2《電磁兼容性  第4部分：試驗和測量程序  第2節：靜電放電和抗抗度試驗》。此標準雖早已給定編號，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國際無(wú)線(xiàn)電干擾特別委員會(huì )／信息技術(shù)設備干擾特性分技術(shù)委員會(huì )。
該SC于1992年12月以CISPR／G(C．O)20號文件形式提出標準草案IEC24—2《信息技術(shù)設備(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)。該標準適用于信息技術(shù)設備，包括模擬傳輸、終端設備和數字設備，旨在為評估信息設技術(shù)備在受到靜電放電影響時(shí)的工作能力。建立此標準是為模擬因操作人員直接接觸設備或因靜電場(chǎng)感應引起與鄰近物體（或設備）之間的靜電放電。標準規定，一臺受試設備至少設6個(gè)試驗點(diǎn)，這意味著(zhù)要經(jīng)受200次放電（正負極各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150次）直接接觸放電。當然，不管是前者還是后者都屬于接觸放電。對有些不可能進(jìn)行接觸放電的設備。應對用戶(hù)使用時(shí)可能觸到的部位選用空間放電。該標準給出的試驗電平為：接觸放電3kV，空間放電8kV。
    此標準草案與IEC801—2基本思路相同，但在具體要求方面存在許多細節性差異（這點(diǎn)很重要）。在該標準的前言中說(shuō)，它是在基礎標準IEC1000—4—2（目前是IEC801—2）的基礎上起草的，考慮了二者的差別，標準中給出的極限值試驗電壓是經(jīng)過(guò)仔細斟酌后選出來(lái)的，并且與IEC801—2的X級相符。應當說(shuō)，該標準是針對信息技術(shù)設備制訂的，對這些設備中的不同類(lèi)別，規定了不同的試驗細節，所以其可實(shí)施性很強，一旦表決通過(guò)，將正式發(fā)布，并引導各國會(huì )執行。通常，國際標準的出臺周期都很長(cháng)，平均90個(gè)月左右，加上本標準草案中還有某些問(wèn)題尚待解決，例如對于地面設備進(jìn)行非直接接觸放電試驗時(shí)垂直擂臺板的使用尚在考慮之中，另外，本標準需引用的IEc1000—4—2也尚未出臺，故預計本標準的發(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(zhuān)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”的基礎上，于1990年成立的，主席為Dr．K．Davis（英國人），秘書(shū)處設在法國，秘書(shū)由Mr．c．Mengug擔任。該SC的任務(wù)是：
    (1) 鑒別并說(shuō)明靜電現象在電氣工業(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(lèi)、方法和手段的指南，以增加工業(yè)效益相減少危害；
    (2) 規定試驗方法和相關(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(huì )密切協(xié)作，提供關(guān)于產(chǎn)品的指南；
    (3) 根據與IEC／TC31爆炸性環(huán)境用電氣設備技術(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) 提供模擬靜電現象和靜電放電方法的指南，不包括對靜電放電的電氣設備的功能抗擾度的試驗方法。
    由于SCl5D成立不久，至今尚未制訂出正式標準。下列標準目前正在積極制訂中：
    1) 秘書(shū)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，決定調整WGl（第1工作組），并在15D（sec．）3號文件基礎上起草標準《測定材料與表面耗散靜電荷能力的試驗方法》。
    2) 秘書(shū)處文件15D（sec．）4《摩擦靜電效應的評定》。1994年3月，又發(fā)出15D（sec．）32號文件，決定調整WG2，并在15D（sec．）4號文件基礎上起草標準《摩擦靜電特性的評定》。
    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特性化的試驗方法》。1994年3月，