作者：實作派
買主機板或硬碟時，會發現這些東西常會裝在抗靜電包裝袋裡面，但這些袋子真的能抗靜電嗎？有什麼方法可以測試他們的功能呢？阿信助教就來教各位利用居家材料做簡單的測試，讓你馬上知道哪些材料可以抗靜電。
下面列出一般常見的三種抗靜電材料，我依照它們的表面電阻率 Surface Resistivity 由小到大列在下方，它們有各自的用途與目的。
- 導電材料 Conductive Material
(1) Rs<100 KΩ/sq
(2) 保護 IC 電子元件為主
- 靜電消散材料 Static Dissipative Material
(1) 100 KΩ/sq<Rs<100 GΩ/sq
(2) 保護電路板半成品為主
- 抗靜電材料 Anti-Static Material
(1) 100 GΩ/sq<Rs<1 TΩ/sq
(2) 避免成品存放區累積靜電
表面電阻率 Surface Resistivity
大部分電子科系的朋友們應該都聽過電阻率，一般我們討論電阻公式時都會把電阻率拿出來用，但可能比較少聽到「表面電阻率」，基本上它們的概念是一樣的。
- 電阻率 Volume Resistivity
也稱為體積電阻率，可視為 1 單位立方體材料所形成的電阻，通常用來敘述電流通過某立體材料的電阻特性，例如液體、土壤或是水泥，常見的電阻率單位為 Ω⋅cm 或者 Ω⋅m 。
- 表面電阻率 Surface Resistivity
可視為任意正方形表面所形成的電阻，常見的表面電阻率單位為 Ω 或是 Ω/sq。你可能會發現單位裡面有個 sq 那到底是什麼意思，它其實一個不具有物理意義的單位，只是個標註而已，指的就是「任意正方形」面積，也就是 Square 的意思，而且只要是正方形，無論面積大小，表面電阻一定會相同（由於表面電阻率的單位與一般電阻一樣，為了識別才加一個 sq，這樣看的人才知道這是表面電阻率。關於表面電阻率詳細的介紹可以看 Surface Resistivity and Surface Resistance Measurements） 。
通常表面電阻率是用來描述電流通過材料表面的特性，雖然電流也會流到材料內部，但它只敘述表面，所以它是討論材料表面特性的學問，也就是材料的同一面，如果要討論的是材料正反面之間的阻抗，那就要觀察電阻率了，雖然它很薄但畢竟還是有厚度和體積的。
通常平面呈現的材料會以「表面電阻率」來討論，例如塑膠布和紙張；若以立體呈現的材料會以「電阻率」討論，如土壤、水泥，但水泥有時也會以表面電阻率來呈現，因為一般完成的建築不太可能敲下來測試，只能測表面。
觀察靜電的利器——驗電器
靜電顧名思義是有固定一票電荷停在某個地方，隨時找機會做電荷平衡，平衡的瞬間就是所謂的「靜電放電」ElectroStatic Discharge（ESD），兩個物體彼此的電荷落差如果越大，放電程度越劇烈，落差小放電程度就小。
通常靜電放電的時間很短，除非有示波器才能看到放電的瞬間電壓，這部分請看靜電會電死人嗎？電光石火的破壞王。不過對於這次的主題，用示波器的成本較高，也不直覺，所以這次我找了一個便宜好用的方式來觀察抗靜電的效果——驗電器。
如下圖，驗電器是一個歷史悠久的裝置，國中的基礎理化有教，它可以輕易觀察到靜電的現象。它的構造是金屬棒下面掛著兩片鋁箔，只要有電荷在上面，鋁箔就會因同性相斥而分開，我真心覺得這是個很聰明的裝置，上面長得像天線的金屬只是我為了增加感應面積用的。
驗電器 Electroscope（圖片來源：實作派提供）
如果要使用驗電器來觀察抗靜電材料，就必須要先把電荷放進驗電器。怎麼做呢？
首先將塑膠捲和手摩擦產生靜電，讓塑膠靠近上方金屬的左邊，於是金屬上的正電荷（先假設吸引的是正電）會往左方靠，負電荷會因為排斥而跑到右邊，接著用手指輕輕碰一下金屬的右邊（這動作等同於接地），於是負電荷會透過手指瞬間流到大地，但正電荷仍然被塑膠捲的負電吸引著。
接著移開手指，再移開塑膠捲，如此一來金屬裝置就全部是正電荷了，此時你會發現鋁箔是張開的，這樣就完成了放入電荷的工作，很簡單吧！
接著我們開始做實驗，看看這些靜電材料是不是如它們所號稱的可以排掉靜電荷。
靜電導電泡棉
下圖中黑色的東西稱為導電泡棉 Static Conductive Foam，用來把 IC 插在上頭當作寄送的載具。為了避免 IC 被靜電打壞，導電泡棉的表面電阻率會設計得比較低，因此當我們將導電泡棉觸碰金屬時，電荷會很快排掉，當然鋁箔也很快就會合起來。
導電泡棉一眨眼就讓鋁箔合起來（圖片來源：實作派提供）
金屬化的抗靜電包裝袋
買硬碟的時候通常會用一種銀色的包裝袋，稱為「金屬化的抗靜電包裝袋」 Anti-Static Metalized Bag，它是在普通的塑膠材料上加上一層很薄的金屬成分，薄到表面阻抗大約是 MΩ 甚至 GΩ 級，因此無法拿來作為導線，不過由於靜電的電壓動輒上千甚至上萬伏特，用來緩和的排除靜電算是綽綽有餘。
金屬化的抗靜電包裝袋（圖片來源：實作派提供）
一般的抗靜電包裝袋
平常購買一些較低價的電子產品，通常它們會裝在有顏色的泡泡袋內，或是有黑色網格的塑膠袋，這些都是抗靜電包裝袋，它們正確的材料名稱是「靜電消散材料」Static Dissipative Material。這些袋子是在普通的泡泡袋上面，塗上一層抗靜電漆，所以如果用久了表面出現掉漆的現象，抗靜電的效果就會打折扣。下圖看到的粉紅色只是為了識別用，顏色並非來自抗靜電漆。
經過實驗，這種普通的抗靜電包裝袋確實能讓鋁箔合起來，雖然比前面幾種材料要慢一些，但不會慢超過 1 秒鐘，所以它還是有排除靜電效果的。
普通的抗靜電包裝袋（圖片來源：實作派提供）
紙張也能抗靜電
阿信助教以往在國外活動的時候最怕搭車，因為氣候乾燥時開車門很容易被電到，每次開車門都戒慎恐懼，後來發現紙張有抗靜電的效果，各位也可以試看看，它讓鋁箔合起來，大概也是一秒鐘以內的事情。
只要電荷平衡時不要讓電荷衝太快，手指就不會感到刺痛，所以抗靜電材料才會需要利用很大的電阻來對抗靜電高壓。
紙張也能抗靜電（圖片來源：實作派提供）
木頭也抗靜電
之前看到網路文章說木頭可以抗靜電，開車門不用怕被電，也不知道真假，所以就拿鉛筆來試看看，因為它外面是木頭做的，經過測試木頭真的可以讓鋁箔合起來，表示它有抗靜電效果。
木頭也能抗靜電（圖片來源：實作派提供）
陶瓷不會累積靜電
基本上我想得到的材料應該都試得差不多了，剛好看到手邊有以前捏陶土的成品，順手也拿來試看看，發現鋁箔合起來的速度非常慢，大約十幾秒才合起來。
這種電荷消散速度很慢的材料，我們會給它另一種名稱，叫做「抗靜電材料」Anti-Static Material，你是不是覺得這哪招？名字怎麼都很像，對！就是這麼像。
這種材料通常用於電子成品的存放，例如工廠的倉庫，它的目的在於讓靜電無法累積，所以不講求一秒消散，而以長期的眼光來看待，因此才有所謂的抗靜電箱、桌墊、地墊、管材等等材料。
陶瓷不會累積靜電（圖片來源：實作派提供）
表面電阻率測量
我先說這是個失敗實驗的經驗分享。
我確實很想測量 Anti-Static Material 的表面電阻率，但是動輒幾十 Mega 歐姆的電阻，需要很高的電壓才能產生些微的電流，於是我只能拿家裡的最高電壓 110 V 來實驗，下圖就是我想做的實驗環境，由於阻抗實在太高，我盡量把 L 縮短，另外我在上方蓋了抗靜電材料作為電阻並聯，想試試看這樣是不是能通過多一點電流，好讓電表 sense 到，將來計算時再把電阻乘以 2 就行。
（圖片來源：實作派提供）
我拿工業包裝用的抗靜電泡棉來試，它通常是粉紅色，如前面所說粉紅色只是辨識用，真正的抗靜電效果來自於表面的塗層，我用泡棉夾了兩個金屬絞鍊當做電極，間距大約 3.69 mm，再靠近的話我怕不小心短路，就先使用這個距離了。
（圖片來源：實作派提供）
把電表打到交流電流檔位，插上 110 V 交流電後，我看到電表上出現 1.2 uA，心想這真是太好了，真的有讀值出現！馬上就可以著手計算表面電阻了。
（圖片來源：實作派提供）
但身為工程師有專業的直覺，由於這個電表的最小測量範圍是 400 uA，誤差 0.1 uA，這個讀值幾乎是貼在此電表的下限，我總覺得要有對照組才是，因為我懷疑這 1.2 uA 可能是雜訊，於是我把電表探棒移開，讓它兩端都 Open，照理說應該是要 0 A，結果發現讀值依舊是 1.2 uA，這下我確定這個讀值來自空間中的電磁感應，也就是說探棒的長度形成了天線，感應到屋子內的 60 Hz 電源訊號。這部分的理解請看【實作實驗室】手摸示波器探棒為何有弦波？ ，原理是一樣的。
所以用家裡的 110 V 其實很難測量抗靜電材料的表面電阻，需要使用高阻計才能測量；高阻計提供上千伏的電壓讓材料產生電流，還有隔離箱環境能避免雜訊干擾，特別的參數還是得交給專業的儀器測量！
（本文經同意轉載自實作派電子實驗室、原文連結；責任編輯：賴佩萱）
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