抗靜電包裝袋-甚麼原理? 開車門不用怕靜電

買主機板或硬碟時通常會裝在抗靜電包裝袋裡面，但這些袋子真的能抗靜電嗎? 有甚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就可以做簡單的測試，讓你馬上知道那些材料可以抗靜電。

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，它們各有各的用途與目的。

導電材料 Conductive Material
- \(R_{s}<100K \Omega/sq\)
- 保護IC電子元件為主
靜電消散材料 Static Dissipative Material
- \(100K \Omega/sq < R_{s}<100G \Omega/sq\)
- 保護電路板半成品為主
抗靜電材料 Anti-Static Material
- \(100G \Omega/sq < R_{s}<1T \Omega/sq\)
- 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扛出來用，但表面電阻率可能就很少聽過了，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\(\Omega \cdot cm\)或者 \(\Omega \cdot m\) 。

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 \(\Omega \)或是 \(\Omega/sq\)，你可能會發現單位裡面有個sq那到底是甚麼鬼? 它其實不是一個具有物理意義的單位，那只是個標註而已。請注意看我剛剛寫的定義，sq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，為了識別才加了一個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這裡 Surface Resistivity and Surface Resistance Measurements 。

通常表面電阻率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，還是有體積的。

通常平面呈現的材料會以表面電阻率來討論，例如塑膠布、紙張這些東西；若以立體呈現的材料，則會以電阻率來討論，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去敲下來測試，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，隨時找機會要做電荷平衡，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。

但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，這部分請看這篇靜電會電死人嗎? 電光石火的破壞王，但對於這次的主題來說，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，在國中的基礎理化就有教，它可以輕易地觀察到靜電的現象。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。

若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? 首先把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，於是負電荷便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。接著把手指移開，再把塑膠捲移開，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了，很簡單吧!

接著我們就開始做實驗，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。因此當我們把導電泡棉觸碰金屬時，電荷很快就排掉，當然鋁箔也很快就合起來了。

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了一層很薄的金屬成分，薄到表面阻抗大約是\(M\Omega\)甚至\(G\Omega\)級，因此無法拿來當作導線。但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則綽綽有餘。

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。它們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，應該不會慢超過1秒鐘，所以它還是有排除靜電效果的。

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，因為氣候乾燥之下開車門經常被電到，每當開車門的時候都戒慎恐懼。後來發現用紙張可以有抗靜電的效果，各位也可以試看看，它可以讓鋁箔合起來，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，手指就不會覺得刺痛，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。

木頭也抗靜電

之前有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。

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! 它就是這麼像。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，它是以長期的眼光來看待，才有所謂的抗靜電箱、桌墊、地墊、管材等等材料。

表面電阻率測量

我先說這是個實驗失敗的經驗分享，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110V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，而且我還另外再上方蓋了抗靜電材料當作電阻並聯，看能否通過多一點電流，這樣電表才能sense到，將來計算時再把電阻乘以2就行。