防静电工作表面的发展和历史

     摘要：静电放电工作台由支撑结构和被设计成经由接地导体使静电电荷消散的一个专门的薄层的工作表面组成。防静电工作表面已成为防止静电损坏的第一道防线。这篇文章描述的工作表面发展历史与ESD市场和技术总的增长是并行发展的。当代工作台材料的历史开始于20世纪80年代早期薄板制品铝层的引入。之后不久，具有特殊表面电导率的高压三聚氰胺薄片投入使用。覆盖低湿度条件的新的测试要求的引入(ESD STM 4.11-1999和计划标准ANSI/ESD S20.20-1999) 产生了对在低湿度下可以使用的薄板的需要。变化着的标准和应用环境不断刺激创新的和高性能的工作表面系统的发展。

     关键词：防静电，工作表面

     引言

    一个物体变成带有静电电荷的过程称为充电。电荷可通过两种方式被转移到或者离开这个物体：传导或辐射。如果电荷很快地转移，电荷的能量转化为从0频率(DC)到大至数百兆赫的频率。这样，能量现在可以耦合到在这个频段内敏感的任何设备上。在这些频率，无论辐射还是传导都能导致能量耦合。这种可能性提供了ESD对不直接在或者连接到ESD路径的设备造成损坏的解释。防ESD的产品被设计成通过很慢地转移电荷到参考地面来移除电荷。这样的转移保持频率为或接近直流，保证了对任何非电连接到静电放电物体或者任何具有直流阻塞保护的设备的保护。ESD工作台放置在一群防静电放电设备中间。一般地，通过辐射消散（电荷）不被用在工作台工作表面产品上，而是广泛地被使用在象空气离子枪等的其他应用领域。为了抑制充电和防止静电放电，工作表面被设计成具有特殊表面电导率，范围在106到108方块的点到点电阻系数（per square point-to-point resistivity）。工作表面因而仅是部分导电的，保留了一些绝缘属性。结果，接地点必须位于特定的距离贯穿整个工作表面的长度。

    发展历史

    早在公元前600年，希腊人观察琥珀棒与羊毛一起摩擦时的不寻常现象时，就认识了静电。很久之后，保护设施如避雷针由富兰克林在1700年代后期发明。英国科学家Wilcke在1775年设计出了第一个摩擦生电的装置。后来，更深入的进展由Helmholtz和Shaw在19世纪完成[1]。Shaw在绝缘体的充电和放电方面做了重要的工作，这个工作对现在仍有重要的意义，因为大多数塑料是绝缘体，它们的静电特性由其基本绝缘属性和材料特性共同决定。

    当今的世界很难想象生活中没有塑料以及用它们做成的衣服、地板、墙纸和电子元件。这些物体构建了我们在其中制造、使用和维修电子设备的环境。塑料具有很高的绝缘性，不会把电荷导到地上使之消失。然而塑料会产生和积累电荷，这种特性导致了两个技术领域之间有趣的关联：塑料和微电子。

    直到20世纪50年代，电子设备和元件还是相当粗糙的系统，需要很少的静电防护。它们能吸收相当大的电荷而没有严重的电压提升，这种情况随着20世纪60年代初集成电路的发展而发生了根本的改变。紧随这些早期的集成电路之后不久的是各种薄膜设备和更密集更小的集成电路。薄膜电路和集成电路对静电放电敏感，原因是由于它们小的物理和电质量和其固有不能承受低至100V过压的缺陷。据报道，一些较新的芯片能被小到10V的电压毁坏。另一个根本的改变也同时出现－－合成塑料的广泛使用，可以维持1000V或更高的静电电荷集结。确实，这样的值现在在塑料包装和工作表面上经常观测到。对付静电和抑制其对电子元件损坏能力需要电子设备制造商和用户长期的警惕。

表1 两个典型的摩擦起电序列

    早期阻止静电形成的努力很快证明这种途径是不切实际的，因而控制静电荷，而不是阻止，变成了业界的基本目标。20世纪50年代纺织品领域为了控制大布匹的静电吸引问题的工作导致了抗静电方法的发展。最初，焦点集中在湿度的保持和从石油燃料工业改变过来的加入平直高离子表面活性材料。从那时起与依赖于各种有机盐和长链脂肪及羟基族的当今技术一起出现了抗静电方法持续不断的发展。特别地，四个碳原子相连的胺盐和脂肪酸被发现是有效的。然而，抗静电方法不适合在当今工作台市场用于长期防护，因为它们依赖于潮湿起作用，且是非永久的流体表面处理。另一类的抗静电方法通过作为表面活性媒介起作用。水蒸气是离子和表面活性抗静电都需要的，以维持界面活性和电离。