一、概述

定义：配备各种防静电装备（用品）和设置接地系统（或等电位连接），能限定静电电位，具有确定边界和专门标记的场所。  

在国际电工委员会制定的标准IEC 61340-5-1对静电放电保护区(EPA)的描述为“在区域中操作静电敏感器件(ESDs),静电放电或静电场损害的风险控制到可接受的程度”。而美国国家标准协会所制定的标准ANSI/ESD S20.20中对ESD保护区(EPAs)的定义为“操作没有ESD防护罩或包装的ESDS项目、部件、组件、装置的行为应在EPA进行。EPA应有可识别边界”。我们国家对于防静电工作区的定义基本参照S20.20，如国家军用标准GJB 3007A《防电工作区技术要求》。

在实际的操作应用中，国内外各电子企业基本是依据各自的对标文件 ANSI/ESD S20.20、IEC61340-5-1、GJB3007等来进行EPA的配置, 针对的主要是电子产品的制造、加工、使用、维护、存储和运输等工序场所。

EPA环境工程的设计、施工、质量检测和验收通常是依据国家标准GB 50611《电子工程防静电设计规范》。此外，静电带电与放电是电子洁净厂房的一个严重问题，这里考虑的静电影响包括：

• 带静电物体和人员对污染物的吸附，以及随后的污染物向关键器件表面转移造成污染和降低产品品质。

• 静电吸附尘埃对产品造成的直接损坏。

• 静电直接接触或非接触放电造成SSD损害。

所以，在GB 50472《电子工业洁净厂房设计规范》中制定了专门的章节，予以规范。

① EPA设计原则：

应根据工艺配置的技术要求，预估工作区静电控制的期望目标，确定静电电位控制的目标值；应根据防静电工作区构成因素和不同的防静电工作区使用要求，选择经济和有效的设计方案；应根据防静电工作区质量控制要素，采取对应的预防措施进行系统综合设计。

② EPA设计分级
  防静电工作区设计选用静电耗散型或导静电型材料，并建立可靠的静电接地系统，控制环境温湿度。同时应符合国家现行有关标准的规定。

防静电工作区设计标准分为三级：

一级标准为室内控制静电电位绝对值不大于100V；

二级标准应为室内控制静电电位绝对值不大于200V；

三级标准应为室内控制静电电位绝对值不大于1000V。

电子制造领域其室内环境控制静电的场所主要有以下两类：

• 静电放电敏感的基础材料、元器件、组件、仪器和设备的制造和操作场所。这里指的“操作”包括静电敏感元器件的包装、运输、打开包装、测试、安装、保养和维修以及与这些操作相关联的活动。

• 配置静电放电敏感的电子仪器、设备和设施的应用场所，诸如各类电子信息机房，各类静电放电敏感的电子仪器实验室、监控室等。

③  EPA边界

防静电工作区的确定边界，可以是建筑的实体介质(如墙、柱、门窗、地面、顶棚等），也可以是空间的界定范围。

二、防静电工作区的构建

1、 EPA构建的策划

EPA设计识别：在构建EPA之前，要对本单位静电防护需求进行摸底调查或识别，弄清楚需求的部门和现状。要对静电防护体系所涉及的所有工艺过程和部门进行初步评估。本着投入资金合理,取得较好效果来建立EPA。

随着科研生产任务和静电防护需求的变化，根据持续识别的结果，防静电工作区的设置也应相应跟着变化。

防静电工作区设计分级标准适用场所见表一。

表一    防静电工作区设计分级标准适用场所举例

EPA控制目标设定：EPA各级标准规定的控制室内静电电位绝对值是各级标准的最大限值，设计选择室内静电电位控制目标应区别不同的环境使用要求和环境构成，具体情况具体分析，不应简单套用100V、200V和1000V三个限值作为设计期望目标。

特别是防静电环境建设三级质量标准，控制室内静电电位从201～1000V都是允许的,设计选择控制室内静电电位期望目标应镇重确定。

案例：芯片制造的某项关键工序，工艺要求控制室内静电电压50～60V，设计通常选择EPA环境建设一级质量标准，但选定控制室内静电电位期望目标应为50V。

EPA内静电电位控制目标不能用简易的对号入座方式盲目选择，必须结合环境使用的实际情况，在科学预测和分析的基础上策划制定，应突出三性：

• 针对性：指选择室内静电电位控制目标必须针对给定场所系统工艺布局和设备配置的具体情况，满足环境使用的具体要求。

• 前瞻性：指选择室内静电电位控制目标必须科学预测和分析环境中导致静电放电事件及其控制防范的途径。

• 合理性：合理性是指不同的环境使用要求和不同的环境构成因素,选择室内静电电位控制目标应有区别，标准选择偏低或过高都是不可取的。

2、材料及制品的基本要求和设计选择

① 防静电材料及制品的基本要求
   防静电工作区采用的防静电工程材料应符合规定；由几部分材料组合的防静电制品,其内部构造应具有导静电泄放的功能，其防静电性能应由制品的表面电阻、对地电阻和摩擦起电电位等参数确定；防静电材料应有长效型和短效型的区别，长效型防静电材料其防静电性能应与材料寿命同步,在使用期限内防静电性能应保持稳定；防静电材料及制品的其他各项性能尚应符合国家和行业现行有关标准的规定。

②  防静电材料及制品的设计选择

室内EPA应根据设计分级,选用不同性能的防静电材料及制品,并应符合下列规定:
一级EPA

• 地面、墙面、柱面应选用导静电材料;
  

• 表面电阻、对地电阻应为2.5×10⁴～1.0×10⁶Ω； 
  

• 摩擦起电电压绝对值不应大于100V；

• 静电半衰期不应大于0.1s。
  

二级EPA

• 地面、墙面、柱面、顶棚和门表面、软帘应选用静电耗散材料;

• 表面电阻、对地电阻应为1.0×10⁶～1.0×10⁹Ω；

• 摩擦起电电压绝对值不应大于200V；但软帘的摩擦起电电压绝对值可不大于300V；
  

• 静电半衰期不应大于1s。

三级EPA

• 地面、墙面、柱面视工艺技术要求可选用静电耗散材料或低起电材料。顶棚和门表面等可选用低起电材料。

• 地面、墙面和柱面选用静电耗散材料,应满足1.0×10⁶～1.0×10⁹Ω的技术指标；

• 选用低起电材料的地面、墙面、柱面、顶棚和门表面等，应满足摩擦起电电压绝对值不大于1000V的要求；
  

• EPA室内设计不得选用短效型防静电材料及制品。  

3、EPA室内装饰设计

① 地面设计
  通常将防静电地面分为五大类:贴面地面、活动地板、涂覆自流平地面、水磨石地面及移动式地垫。要求具有长效和稳定的导静电性能；并具有可靠的静电泄放接地系统；通常设置绝缘隔离层。

具体设计按GB 50209《建筑地面工程施工质量验收规范》、SI/T31469《防静电地面施工及验收规范》及DG/TJ08-83《防静电工程技术规程》。

表二 防静电地板应用场合

地面类型	场所
	一级	二级	三级
导静电型活动地板	☆	√	√
静电耗散型活动地板	√	☆	√
贴面地板	√	√	☆
树脂涂层地面	√	√	☆
水磨石地面	√	√	√
移动式地垫	√	√	√

注：表中☆为推荐使用，√为可以使用

②  顶棚和墙面设计

金属骨架有利于整体电气连接和接地，静电泄放和等电位连接是EPA环境抗干扰的必要于段。顶棚和墙、柱面的防静电装饰的作用，可以抑制尘埃的带电吸附,改善环境的清洁度；抑制静电噪声的空间传导及其与电噪声的耦合,净化EPA的电场环境。
   一级EPA的墙、柱面应设置导电层，这有利于静电的可靠泄导。当表层使用金属面板时，金属导体会与靠近的带电人体产生电离与放电，所以面层金属不宜裸露。

③ 门窗和其他装修设计
  在EPA构建中明确规范强调禁用高分子绝缘材料。强吸湿性材料在高湿环境条件下容易造成尘埃的悬浮吸附，在EPA构建中也不宜使用。
  由于裝修饰面的平整光滑对于抑制静电的产生和积聚有积极作用，所以，EPA作为工作场所不宜将饰面设计得过于复杂。

4、EPA电气设计

① EPA电源质量问题

电源与静电的产生并无直接关系，但当环境中的静电噪声与电源噪声产生感应耦合时，将会诱发对电子设备的干扰。因此基于抑制静电噪声的考虑，在防静电工程设计中应规定供电电源的质量要求。供电电源质量分级可参照现行国家标准《电子信息系统机房设规范》GB 50174的规定执行。

② 电源配电与技术电源

各种电源设施应尽量靠近电子设备和设施,是为了减少线路电压下降和线路干扰 在EPA的供配电和照明设计上必须解决防电源线干扰的途径。

根据IBM公司、AT&T公司及美国海军所发布的数据,影响电子设备工作的问题主要起因于长时间的电压跌落和短时间的瞬变。所以，电气设计应为EPA的电子设备和设施的安全运行与可靠性工作提供保证。技术电源和设施电源的配电可参照GJB 1696建设。

③ 防雷

防止雷击及操作过电压对EPA中的电子设备和设施造成的危害。设计可按GB50057《建筑物防雷设计规范》。
④ 电源分配

国家标准《电子信息系统机房设计规范》GB 50174规定的三相负荷不平衡度应小于20%。并根据负荷实际运行情况，选择放大中性线的导线截面，以防止谐波电流通过时，造成中性线过热现象。

⑤ 布线

对电源布线方式的做出规定, 防止相邻导线之间电磁骚扰能量的感应耦合，抑制电源噪声的传播。

⑥ 设备接地 

对EPA中的电气设备外壳接地做出规定。

5、EPA接地系统设计

① 接地系统

将静电泄放至大地是消除静电的一种主要方法，为了保证静电迅速、安全、有效地泄放，应设置防静电接地系统。

② 接地方式

EPA有较多的电子设备是单相负荷，存在着不平衡电流，而且由于环境中有荧光灯、晶闸管以及其他非线性负荷的存在，在线路中产生高次谐波，使中性线带有较大的电流，而TN-S或TN-C-S供电接地系统中有专用不带电的保护接地PE线，因此安全性好。

③ 等电位

EPA内有多种电子设备和装置,除了一般建筑物共有的防雷接地、工作(交流工作)接地、保护(故障保护)接地外,还有直流工作(信号参考接地、逻辑接地)接地、屏蔽接地、功率接地和防静电接地系统等。由于各自的功能不同,为了抑制相互干扰,不同功能的接地系统不应混接,而且必须遵循总等电位、局部等电位连接的原则。

④ 防雷接地与其他接地系统关系  

为了解决好各个接地系统之间的相互关系,在接地系统设计时,应以防雷接地系统设计为基础。由于在大多数情况下各种功能接地系统最终采用联合接地方式,因此应首先考虑防雷接地系统设计,使其他功能接地系统都包含在防雷接地系统的保护范围之内。

特定行业、特定地面及设施的防雷接地尚应符合现行国家标准《电子信息系统机房设计规范》GB50174和其他现行行业标准。

⑤ 接地端口的处理

防静电接地系统接地端口之间应做等电位连接。防静电接地系统应设计低阻抗的静电泄放电气通路,接地导线的横截面除了满足低电阻的要求以外,还必须有足够的机械强度及其他电磁兼容性要求。

防静电接地主干线通常应从总等电位接地端子板引接,当EPA设置在高层建筑内,总等电位接地端子板与EPA楼层垂直距离较远时,为保证防静电接地端子板与楼层其他接地设备的等电位,防静电接地主干线宜从楼层等电位接地端子板引接。
  现行国家标准《建筑物电子信息系统防雷技术规范》GB 50343-2004第5.2.2条条文说明中提到,当建筑物采用总等电位连接措施后,各等电位连接网络均与共用接地系统有直通大地的可靠连接,每个电子信息系统的等电位连接网络,不宜再设单独的接地引下线接至总等电位接地端子板,而宜将各个等电位连接网络用接地线引至本楼层或电气竖井的等电位接地端子板。

图2 防静电接地系统典型布置

注：图中TEB为等电位接地端子板

⑥ 接地电缆的处理 

为了保证整个设施接地系统获得良好的接地连接和低阻抗的电气通路。为了减少电磁干扰的耦合,接地电缆的屏蔽金属层应两端接地。
⑦ 间接接地

当接地对象是非金属导体时,应在接地对象上设置金属连接件,采取间接接地。

⑧ 孤立导体的处理

为了避免金属物体没有可靠接地时,受到EPA内电气设备的电场作用而表面积聚静电，对孤立导体的进行处理。

6、EPA空气调节系统和工业管道设计

① 环境温湿度控制

防静电材料的静电耗散性能与环境的温度、湿度条件密切相关,可以利用空气调节系统通过对环境温度、湿度的控制,抑制静电的产生,而且大量电子设施的应用对环境条件都有温度、湿度的控制要求,因此一般EPA都需要设置空气调节系统。反之,防静电材料及制品的性能参数,又必须根据环境温度、湿度控制的实际情况确定。

对于一级标准的EPA,宜采用温度、湿度自动控制的空气调节系统,以利于环境的静电控制。

② 管道和材料的要求  

由于空调系统的送、回风口和风管管壁及工业管道输出、输入口装置是易产生静电的部位,因此，对送、回风口和风管及工业管道输出、输入口装置制作用材和接地的要求。

③ 安装接地

对风管和工业管道安装接地的规定。

④  对配管系统中非金属管道采取间接接地的规定。

7、防静电安全工作台的设计选择

当防静电工作区选择定位为一张防静电工作台时，需要对这种特定的区域内，配置防静电设施设备，以满足控制静电电压，耗散累积的静电荷，完成静电敏感器件的操作，同时，可以确保人身安全。

① 设计要求 

防静电安全工作台是EPA配设的一种专用工作台,具有特殊的防静电功能,在这种工作台上可以安全操作各类静电敏感元器件和电子仪器设备,可以防止因静电放电、静电感应或静电吸附造成的危害。

• 一级的微电子制造和测试场所，应使用硬质台垫及无表面涂覆的难氧化金属台架；

• 其它的电子产品或整机产品的生产或调试场所，防静电工作台其台面可采用软质台垫，台架可采用木质或金属。

② 结构与配置

五个必备部分:工作台、防静电台面或台垫、腕带连接装置、限流电阻和接地引线。

台面一般由防静电三聚氰胺高压装饰层压板为表面材料与木质材料复合制成。木质材料一般为刨花板，通过嵌入导电体如钢柱，再通过接地线接地，这样桌面上产生的静电荷通过接地线泄放到大地。

③ 台面基材确定

• 普通型防静电工作台台面基材由上述材料，即木质或其他无机材料制作,台面贴有防静电饰面板；

• 专用型防静电工作台台面基材由无表面涂覆的难氧化金属或导电无机材料复合面板制作,使用时再在台面上铺设防静电台垫。有洁净环境要求的防静电工作台采用专用型，主要是为了满足对发尘量及防静电性能稳定的控制目标。

④  腕带连接装置  

提供人体佩戴的防静电腕带接地的必要设施。从人体工程的角度提出安装位置的要求。限流电阻应视为防静电安全工作台的必要构成。

8、防静电工作区的设施设备的配置

表三 防静电工作区的设施设备的配置

参考文献：

① GB50611《电子工程防静电设计规范》

② GB 50472《电子工业洁净厂房设计规范》

③ DG/TJ08-83《防静电工程技术规程》

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