ESD电阻需求再评估,解锁新可能!
Toni Viheriäkoski和Pasi Seppälä的新研究挑战了长期以来存在的静电阻阻极限,表明更低的电阻值可以安全地控制类带电器件模型(CDM)放电。
在2025年加利福尼亚河滨举行的EOS/ESD研讨会上,Cascade Metrology的Toni Viheriäkoski和我们的产品开发经理Pasi Seppälä提出了挑战ESD控制长期以来假设的新研究。他们及其他合著者的研究《Reassessing Material Resistance Requirements for the Control of Charged Device Model-Like Discharges》(《重新评估CDM带电器件模型的材料电阻要求》)提供了数据驱动的洞见,可能重塑国际标准。
为什么这项研究是必要的?
Toni Viheriäkoski:
当前静电阻断标准——如ANSI/ESD S20.20-2021和IEC 61340-5-1:2024——建议对可能接触静电敏感设备的表面施加最高1×10⁶欧姆的电阻限制。然而,目前几乎没有数据表明如此高的电阻水平能降低类CDM带电器件模型放电的风险。我们希望通过对用于静电放电控制的常用聚合物材料的实际测量来验证这一假设。
Pasi Seppälä:
我们的动机很简单:过于保守的电阻限制了材料选择,增加了生产成本,却不提升安全性。我们希望提供实验证据,以支持更平衡、基于数据的标准化指导。
在ESD保护环境中允许使用导电材料吗?
Toni Viheriäkoski:
是的。IEC 61340-5-1:2024 和 ANSI/ESD S20.20-2021 均允许在处理对静电敏感设备时使用导电材料。关键是确保物体和接触ESD敏感物体的表面之间没有电位差。金属在洁净室中尤为常见。
为什么有些组织设定较低的电阻限制?
Toni Viheriäkoski:
如果担心带电器件模型(CDM)放电,一些公司会提高表面电阻以减少放电电流。然而,我们的测量和电路仿真表明,即使只有几百欧姆,峰值电流也足以使峰值电流衰减十倍。 电阻提升安全性,但提高到数十万甚至数百万欧姆可能会导致超载。
目前的标准到底是什么?
Pasi Seppälä:
相关标准中存在不同的推荐等级。
ANSI/ESD S20.20-2021:“如果担心带电器件模型(CDM)失效,则应考虑点对点和可接地点的下限为1.0 x 106 Ω。”
IEC 61340-5-1:2024:“在涉及带电器件模型(CDM)损坏的情况下,建议点对点电阻最小限制为1×104 Ω。 ”
你们的主要发现是什么?
Toni Viheriäkoski:
我们比较了十个聚合物样品中直流电阻与实际静电阻抗;如PP、PE、PA和TPU等材料,填充碳黑或碳纤维。
主要成果:
- 直流电阻和静电阻阻之间没有线性相关。
- ESD电阻随着电压升高而降低。
- 在低电压(250 – 1000 V)下,即使是几百欧姆也能有效限制放电电流。
- 将下限设为10 kΩ可以提供足够的安全裕度,同时避免过度限制材料选择。
那么,当CDM风险是个问题时,1 MΩ的限制作为一般推荐是否过高?
Toni Viheriäkoski:
在ESD保护区(EPA)中,理想情况下不应存在超过1000伏的电压。当电阻低于10 kΩ或更高时,很难触发类似带电器件模型(CDM)的放电。1 MΩ限制阻挡了许多成本效益高且环保的材料,且不提升安全性。我们建议重新审视,并基于衡量的行为而非遗留假设来制定未来标准。
你会对那些怀疑降低限制的人说些什么?
Pasi & Toni:
我们尊重组织内部的需求。安全始终是首要考虑的,我们邀请ESD专业人士和标准化机构审视数据并加入讨论。如果有人不同意,我们欢迎同行评审结果证明相反观点。基于证据的讨论是标准不断演变并保持相关性的方式。
这项研究如何与Premix更广泛的工作相关联?
Pasi Seppälä:
在Premix,我们不断探索导电塑料如何使静电放电控制更加可预测且更具成本效益。本研究与我们基于科学和数据做出决策的使命相契合。通过了解真正的静电行为,我们可以设计出既安全又可持续的下一代导电材料,支持处理静电控制的客户。
接下来会发生什么?
Toni Viheriäkoski:
这些发现正在与国际ESD标准化委员会分享。我们希望能为更现实的较低阻力极限做出贡献,这种极限既既保证安全,又允许材料选择的创新和灵活性。
要点总结
即使是数百欧姆,也能有效衰减碳黑导电材料中不受控制的静电电流。过于保守的限制增加了成本,却不提升安全性,因为大于1兆欧姆范围内的材料通常价格昂贵。数据驱动的静电防电标准更新可使材料选择更高效,同时保持强健的防护。
Toni Viheriäkoski
Cascade Metrology Oy的创始人兼首席执行官,这是一家总部位于芬兰、专注于静电阻测(ESD)计量和咨询的公司。托尼拥有超过25年的静电静电控制经验,是国际标准化委员会工作组的活跃成员 ,并发表了多篇关于静电效应、材料测试和测量方法的论文。
Pasi Seppälä
Premix Group 的产品开发经理,专注于用于静电放电、EMI 屏蔽和电缆应用的导电塑料。他在电子和汽车行业的高分子复合和静电保护领域拥有丰富专业知识。
ESD电阻需求再评估,解锁新可能!
2025 年 EOS/ESD 研讨会上,Toni Viheriäkoski 和 Pasi Seppälä 提出挑战 ESD 控制传统假设的研究。当前标准对静电敏感设备表面电阻限制缺乏数据支撑且过于保守,增加成本却未提升安全性。他们通过测量常用聚合物材料,发现直流电阻与静电阻抗无线性相关,低电压下几百欧姆电阻可有效限制放电电流,建议将下限设为 10 kΩ。该研究正与国际 ESD 标准化委员会分享,有望推动更合理标准制定,使材料选择更高效。
了解更多Premix导电PE解决方案:更安全的加油站燃油管道系统
针对加油站多层燃料管道系统中静电积累引发的重大安全挑战,Premix推出了PRE-ELEC® TP 11820高性能导电HDPE复合物解决方案。该材料专为满足全球最严格的ATEX、UL及GB防爆标准而设计,通过特殊导电碳黑技术,确保管道具备永久且稳定的低表面电阻率(<10⁴ Ω/sq),能快速、安全地耗散静电,从根本上杜绝火灾与爆炸风险。它不仅拥有卓越的静电防护性能,还具备优异的机械强度、耐久性以及与多层结构的兼容性,保障了共挤出工艺的稳定和管道长期在恶劣环境下的可靠性。该方案已成功应用于全球众多项目,成为提升加油站管道系统本质安全等级、赢得市场竞争优势的关键材料。
了解更多导电TPU替换PVC:医疗软管的解决方案
Toppi Oy(1953年成立)作为医疗软管领域领先制造商,携手Premix推出PRE-ELEC®导电TPU解决方案,替代传统PVC材料。该材料具备抗静电、超柔韧、低温稳定及EN ISO 5359合规等核心优势,显著提升患者舒适度与医疗气体处理安全性,支持单层/多层定制设计,且环保可回收。市场反馈良好,成为医疗软管材料革新的标杆选择。
了解更多