ESD Mat点对点电阻测试电压穿透现象解析

静电及静电防护是一门由来已久的学科，对这门学科要达到精通，或者说所谓“专家”的程度，不能单纯的只懂它的体系运行、标准规范、测试方法、管控流程等就满足，更需要广大ESD同行在日常ESD防护工作中，通过搜集数据、发现问题、分析问题、实验验证等一系列深入的基础技术研究，来达到对这门学科更深层次的理解。

以下是ESD HOME通过对ESD Mat（也叫台垫、工作桌面、桌垫、Worksurface等，叫法不一，个人习惯而已）点对点电阻测试过程中遇到的疑问进行简单分析，以此抛砖引玉，呼吁广大同行，针对ESD相关的课题进行分析研究与分享。

众所周知，ESD Mat的认可测试，根据标准ANSI/ESDS4.1要求测试点对点电阻、点对地电阻；ANSI/ESD S4.2 还要求产生电压测试。本文仅针对点对点电阻测试过程中碰到的电压穿透现象进行简单分析。

根据标准，ESD Mat的点对点电阻测试时电极间距离是有要求的，ANSI标准规定中心位置测试电极间距为254mm，对角位置只规定了电极距样品边缘距离；IEC 61340-2-3 点对点测试时两电极间距要求>=250mm，SJ/T 10694点对点测试时两电极间距要求300mm，不同的标准文件对测试电极间距要求有些微差别。我们在做测试的时候发现同一块ESDMat根据不同标准规定距离下测试结果差别很小，

同时发散思维做了实验，发现在不同距离下（两重锤间距递增，125px一个step）点对点电阻测试两者并没有呈现明显相关性，也就是说并未按我们预期的方向变化（阻值越来越大），理论上假设材料均匀的情况下，距离越大，其电阻应该越大才对，然而实际情况与预期结果相悖（相信大家或多或少都会有碰到过相关情况）。

下面针对这一现象做简要分析：

大家都知道ESD Mat分两层，上面一层是耗散层（蓝色、绿色、深绿色各种颜色都有），电阻一般大于1.0E+06 Ohms，用以直接接触/承载产品及员工操作，测试时兆欧表电压为100V；下面一层为导电层（黑色），电阻小于1.0E+04 Ohms；上下两层电阻值至少相差两个数量级。在上面一层耗散层的点对点电阻测试过程中，电流回路可能出现以下两种情形。

情形一：正常思维情况--电压未穿透（如图1所示）

图1 回路情形一

回路描述：100V直流电通过正电极→通过桌垫绿色表皮内→回到负电极形成回路；

理论上电阻测量结果与电极间距关系：此回路电阻总值大致计算应为：R_总 = R_绿 * 2 + R’_绿 * d（R_绿为绿色耗散层单层体电阻，R’_绿为绿色耗散层单位距离电阻值，d为两重锤电极中心距离），该情形下，电阻总值R_总随电极间距离d的增大而增大。

情形二：反常情况--电压穿透（如图2所示）

图2 回路情形二

回路描述：100V直流电通过正电极→穿过绿色耗散层→黑色导电层内一段距离→再反穿绿色耗散层→回到负电极形成回路；

理论上电阻测量结果与电极间距关系：此回路电阻总值大致计算应为：R_总=R_绿 * 2 + R_黑* d，由于R_绿>>R_黑，所以在ESD Mat有限尺寸大小内，电阻总值R_总随电极间距离d变化不明显。

由以上电流回路情形对比结合实际测试结果，我们有理由大胆猜测，100V的直流电穿透了那薄薄的一层耗散层（0.2mm~1mm不等，实验对象厚度为0.5mm），测试的结果近似为两层绿色层体电阻之和。为了验证以上猜想，我们同样找了一片纯耗散材料（ESD胶帘，只有一层材料，材料也相对较均匀，正反两面阻值差别非常小，没有导电层），按ESDMat相同距离设置，测试点对点电阻，对比情况如下图3&图4

图3 ESD Mat点对点电阻与电极距离关系图

图4 胶帘点对点电阻与电极距离关系图

不难得出结论，实验对比验证得出ESD Mat的点对点电阻测试回路为情形二，100V的直流电穿透了耗散层。

由这一结论我们可以引申出，以后我们使用100V电压测试材料时要关注测试对象是否为薄层，太薄了需要考虑电压穿透问题，可能会左右测试结果判断（当然这也许是标准要求测试材料的表面电阻、点对点电阻、两点间电阻时要求支撑面为绝缘的原因，但是实际测试过程中，特别是车间内测试时，可能会随便找一个支撑物进行测试，甚至直接放在地板上测试的同行业不在少数，这个时候要重点关注这类问题）。