静电放电esd)最常用的三种模型及其防护设计
ESD测试、防护简介
ESD 放电曲线模型
• ESD：静电放电，考察设
备在接收外界静电源（如 带电人体、带电设备等） 所产生的直接放电或静电 场干扰时的抵抗能力。 测试标准：IEC 1000-4-2 （国际电工委员会标准）。 静电波形及参数 Tr约为0.7至1ns，因上升 时间非常短，根据傅利叶 变换，其产生干扰的频率 可以延伸至500标准 标准：YD 1032 2000
三、测试 参考标准：GB!T 17626.2-2006 公司标准：《静电测试作业规范》
四、 ESD防护
ESD设计防护贯穿项目设计的整个过程
• ID设计评审 • 器件选型 • 器件布局 • 结构设计 • PCB LAYOUT • 试产验证
ESD防护系统架构
ESD三要素：干扰源、耦合路径、敏感器件，缺少任
何一个都不构成ESD问题。干扰源敏感设备耦合途径
耦合途径 干扰源 敏感设备
ESD设计防护的几种思维
1、隔离，即“堵”： 主要是通过绝缘材料或结构设计成凹凸 效应将需要保护的器件与能带来的ESD干扰 源相隔离，从而起到保护的作用。验证通 过结构的“堵”，空气放电8KV经过4mm 的隔离，基本上将能量减少为零。
ESD测试、防护简介
内容 1、什么是ESD 2、国家标准 3、ESD怎么测试 4、ESD防护
一、什么是ESD
ESD:Electro-Static Discharge
静电放电（ESD）是一个上升时间可以小于1ns（10 亿分之一秒）甚至几百ps（1ps=10000亿分之一秒）的 非常快的过程。ESD对电子器件和现代高速电子设备 不但有破坏作用，也有非常强的电磁干扰（EMI），所 以，ESD也是EMI、EMC中近年重视的内容之一。
案例：
2、引导，即“疏”： 通过导电方式将ESD最快速度引导到大 面积的地。有一个先决条件就是：PCB的 GND要足够好，能将吸收的静电迅速导掉。 判断这个先决条件是否好的方法：直接用 静电枪在PCB的GND上测试。这个在EVT阶 段就需要测试； 案例：
5种ESD防护方法
5种ESD防护方法静电放电（ESD）理论研究的已经相当成熟，为了模拟分析静电事件，前人设计了很多静电放电模型。
常见的静电模型有：人体模型（HBM），带电器件模型，场感应模型，场增强模型，机器模型和电容耦合模型等。
芯片级一般用HBM做测试，而电子产品则用IEC 6 100042的放电模型做测试。
为对 ESD 的测试进行统一规范，在工业标准方面，欧共体的 IEC 6100042 已建立起严格的瞬变冲击抑制标准；电子产品必须符合这一标准之后方能销往欧共体的各个成员国。
因此，大多数生产厂家都把 IEC 6100042看作是 ESD 测试的事实标准。
我国的国家标准（GB/T 17626.21998）等同于I EC 6 100042。
大多是实验室用的静电发生器就是按 IEC 6 100042的标准，分为接触放电和空气放电。
静电发生器的模型如图 1。
放电头按接触放电和空气放电分尖头和圆头两种。
IEC 6100042的 静电放电的波形如图2，可以看到静电放电主要电流是一个上升沿在1nS左右的一个上升沿，要消除这个上升沿要求ESD保护器件响应时间要小于这个时间。
静电放电的能量主要集中在几十MHz到500MHz，很多时候我们能从频谱上考虑，如滤波器滤除相应频带的能量来实现静电防护。
IEC 6100042规定了几个试验等级，目前手机CTA测试执行得是3级，即接触放电6KV，空气放电8KV。
很多手机厂家内部执行更高的静电防护等级。
当集成电路（ IC ）经受静电放电（ ESD）时，放电回路的电阻通常都很小，无法限制放电电流。
例如将带静电的电缆插到电路接口上时，放电回路的电阻几乎为零，造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流，流入相应的 IC 管脚。
瞬间大电流会严重损伤 IC ，局部发热的热量甚至会融化硅片管芯。
关于静电放电（ESD）原理以及其保护方法的详细分析
关于静电放电（ESD）原理以及其保护方法的详细分析一直想给大家讲讲ESD的理论，很经典。
但是由于理论性太强，任何理论都是一环套一环的，如果你不会画鸡蛋，注定了你就不会画大卫。
先来谈静电放电(ESD: Electrostatic Discharge)是什么？这应该是造成所有电子元器件或集成电路系统造成过度电应力破坏的主要元凶。
因为静电通常瞬间电压非常高(>几千伏)，所以这种损伤是毁灭性和永久性的，会造成电路直接烧毁。
所以预防静电损伤是所有IC设计和制造的头号难题。
静电，通常都是人为产生的，如生产、组装、测试、存放、搬运等过程中都有可能使得静电累积在人体、仪器或设备中，甚至元器件本身也会累积静电，当人们在不知情的情况下使这些带电的物体接触就会形成放电路径，瞬间使得电子元件或系统遭到静电放电的损坏(这就是为什么以前修电脑都必须要配戴静电环托在工作桌上，防止人体的静电损伤芯片)，如同云层中储存的电荷瞬间击穿云层产生剧烈的闪电，会把大地劈开一样，而且通常都是在雨天来临之际，因为空气湿度大易形成导电通到。
那么，如何防止静电放电损伤呢？首先当然改变坏境从源头减少静电(比如减少摩擦、少穿羊毛类毛衣、控制空气温湿度等)，当然这不是我们今天讨论的重点。
我们今天要讨论的时候如何在电路里面涉及保护电路，当外界有静电的时候我们的电子元器件或系统能够自我保护避免被静电损坏(其实就是安装一个避雷针)。
这也是很多IC设计和制造业者的头号难题，很多公司有专门设计ESD的团队，今天我就和大家从最基本的理论讲起逐步讲解ESD保护的原理及注意点，你会发现前面讲的PN结/二极管、三极管、MOS管、snap-back全都用上了。
以前的专题讲解PN结二极管理论的时候，就讲过二极管有一个特性：正向导通反向截止，而且反偏电压继续增加会发生雪崩击穿而导通，我们称之为钳位二极管(Clamp)。
这正是我们设计静电保护所需要的理论基础，我们就是利用这个反向截止特性让这个旁路在正常工作时处于断开状态，而外界有静电的时候这个旁路二极管发生雪崩击穿而形成旁路通路保护了内部电路或者栅极(是不是类似家里水槽有个溢水口，防止水龙头忘关了导致整个卫生间水灾)。
ESD(静电放电)原理、模型及防护
料、防静电涂料等，以降低设备表面静电电荷的积累。
设备接地
Байду номын сангаас
02
将设备与大地连接，使设备上积累的静电电荷能够迅速泄放到
大地，避免静电放电对设备造成损害。
静电消除器
03
在关键部位安装静电消除器，通过产生相反电荷来中和设备表
面的静电电荷，达到消除静电的目的。
系统级防护策略
系统接地
将整个系统与大地连接，确保系统内各部分电位一致，减少静电放 电的可能性。
ESD(静电放电)原理、模型及防护
目录
• 静电放电（ESD）基本概念与原理 • ESD模型与特性分析 • ESD防护措施与方法 • ESD测试与评估方法 • ESD在工业生产中应用案例分享 • 总结与展望
01
静电放电（ESD）基本概念与原 理
静电产生及危害
静电产生原因
物质接触、摩擦、分离等过程导 致电荷不平衡，形成静电。
规范操作培训
制定详细的设备操作规范，对操作人员进行培训，确保其在操作 过程中能够遵循规范，减少静电放电的风险。
静电防护装备使用
要求操作人员佩戴防静电手环、防静电鞋等静电防护装备，降低 人体静电对设备的影响。
04
ESD测试与评估方法
测试标准介绍
这是国际电工委员会制定的静电放电抗扰度测试标准，它规定了 测试等级、测试方法、测试环境和设备要求等。
特性
HBM放电电流具有较快的上升时间和较短的持 续时间，通常持续几百纳秒。放电能量较低，但 足以对敏感器件造成损坏。
应用场景
HBM模型常用于评估手持设备、可穿戴设备等 便携式电子产品的ESD防护能力。
机器模型（MM）
描述
应用场景
静电放电ESD最常用的三种模型及其防护设计
静电放电（E S D）最常用的三种模型及其防护设计ESD：Electrostatic Discharge，即是静电放电，每个从事硬件设计和生产的工程师都必须掌握?ESD?的相关知识。
为了定量表征 ESD 特性，一般将 ESD 转化成模型表达方式，ESD 的模型有很多种，下面介绍最常用的三种。
1.HBM：Human Body?Model，人体模型：该模型表征人体带电接触器件放电，Rb 为等效人体电阻，Cb 为等效人体电容。
等效电路如下图。
图中同时给出了器件 HBM 模型的 ESD 等级。
ESD人体模型等效电路图及其ESD等级2.MM：Machine Model，机器模型：机器模型的等效电路与人体模型相似，但等效电容(Cb)是?200pF，等效电阻为0，机器模型与人体模型的差异较大，实际上机器的储电电容变化较大，但为了描述的统一，取 200pF。
由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。
ESD机器模型等效电路图及其ESD等级3.CDM：Charged?Device?Model，充电器件模型：半导体器件主要采用三种封装型式(金属、陶瓷、塑料)。
它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料(如包装用的塑料袋、传递用的塑料容器等)相互磨擦，就会使管壳带电。
器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。
CDM 模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的，器件带电模型如下：ESD充电器件模型等效电路图及其ESD等级器件的 ESD 等级一般按以上三种模型测试，大部分 ESD 敏感器件手册上都有器件的 ESD数据，一般给出的是 HBM 和 MM。
通过器件的 ESD 数据可以了解器件的 ESD 特性，但要注意，器件的每个管脚的 ESD 特性差异较大，某些管脚的 ESD 电压会特别低，一般来说，高速端口，高阻输入端口，模拟端口 ESD电压会比较低。
ESD模型
三种ESD模型及其防护设计ESD：Electrostatic Discharge，即是静电放电，每个从事硬件设计和生产的工程师都必须掌握ESD的相关知识。
为了定量表征ESD特性，一般将ESD转化成模型表达方式，ESD的模型有很多种，下面介绍最常用的三种：1．HBM：Human Body Model，人体模型：该模型表征人体带电接触器件放电，Rb为等效人体电阻，Cb为等效人体电容。
等效电路如下图。
图中同时给出了器件HBM模型的ESD等级。
ESD人体模型等效电路图及其ESD等级2．MM：Machine Model，机器模型：机器模型的等效电路与人体模型相似，但等效电容（Cb）是200pF，等效电阻为0，机器模型与人体模型的差异较大，实际上机器的储电电容变化较大，但为了描述的统一，取200pF。
由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。
ESD机器模型等效电路图及其ESD等级3．CDM：Charged Device Model，充电器件模型：半导体器件主要采用三种封装型式（金属、陶瓷、塑料）。
它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料（如包装用的塑料袋、传递用的塑料容器等）相互磨擦，就会使管壳带电。
器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。
CDM模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的，器件带电模型如下：ESD充电器件模型等效电路图及其ESD等级器件的ESD等级一般按以上三种模型测试，大部分ESD敏感器件手册上都有器件的ESD数据，一般给出的是HBM和MM。
通过器件的ESD数据可以了解器件的ESD特性，但要注意，器件的每个管脚的ESD特性差异较大，某些管脚的ESD电压会特别低，一般来说，高速端口，高阻输入端口，模拟端口ESD 电压会比较低。
ESD防护是一项系统工程，需要各个环节实施全面的控制。
常用资料-ESD等级
三种ESD模型及其防护设计作者：来源：时间：2008-02-29 08:02浏览量：2173ESD：Electrostatic Discharge，即是静电放电，每个从事硬件设计和生产的工程师都必须掌握ESD的相关知识。
为了定量表征ESD特性，一般将ESD转化成模型表达方式，ESD的模型有很多种，下面介绍最常用的三种：1．HBM：Human Body Model，人体模型：该模型表征人体带电接触器件放电，Rb为等效人体电阻，Cb为等效人体电容。
等效电路如下图。
图中同时给出了器件HBM模型的ESD等级。
ESD人体模型等效电路图及其ESD等级2．MM：Machine Model，机器模型：机器模型的等效电路与人体模型相似，但等效电容（Cb）是200pF，等效电阻为0，机器模型与人体模型的差异较大，实际上机器的储电电容变化较大，但为了描述的统一，取200pF。
由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。
ESD机器模型等效电路图及其ESD等级3．CDM：Charged Device Model，充电器件模型：半导体器件主要采用三种封装型式（金属、陶瓷、塑料）。
它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料（如包装用的塑料袋、传递用的塑料容器等）相互磨擦，就会使管壳带电。
器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。
CDM模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的，器件带电模型如下：ESD充电器件模型等效电路图及其ESD等级器件的ESD等级一般按以上三种模型测试，大部分ESD敏感器件手册上都有器件的ESD 数据，一般给出的是HBM和MM。
通过器件的ESD数据可以了解器件的ESD特性，但要注意，器件的每个管脚的ESD特性差异较大，某些管脚的ESD电压会特别低，一般来说，高速端口，高阻输入端口，模拟端口ESD电压会比较低。
静电放电最常用的三种放电模型是什么？
静电放电最常用的三种放电模型是什么？1、ESD简介ESD：ESD是当具有累积正负电荷的物体（电介质）接触或接近时发生的放电现象，通常为高达几KV的纳秒级短脉冲。
目前根据ESD 产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，常见的ESD 被分类为下列三类（还有一些模式并不常用），分别是：人体放电模式(HBM, Human Body Model), 机器放电模式(MM, Machine Model)以及充电设备模式(CDM, Charge Device Model)。
1.1 HBM-人体模型HBM(Human Body Model)，人体模型。
静电放电损害最常见的原因是，人体或带电材料将静电荷直接移转至静电放电敏感物体（ESDS）上。
在地板上行走时，身体便开始累积静电荷。
手指轻触（或靠近）ESDS 或组件的导电引线时，身体便会放电，且可能使器件受损。
这种放电模式称为「人体模型」（HBM）。
在各种ESD器件敏感度分级模型中，人体模型是最早也最普遍使用的。
HBM测试模型是指当个体站立时，其指尖的放电传递至器件上。
该模型通过一个开关组件，以电阻器（通常为兆欧级）将100pF电容器充电后，在待测器件和与之相串联的一个1500电阻器上放电，器件最后接地或到达低电位。
1.2 MM-机器模型MM(Machine Model)，机器模型；是指带电的导电物体也会发生放电，如金属工具或自动化设备、夹具等。
「机器模型」最初是为了尝试建立HBM事件的最坏情况。
这个ESD模型是一个200 pF电容直接对组件放电，输出电路中没有直流串联电阻。
放电波形可以振荡，上升时间和脉冲宽度与HBM类似。
机器模型通常会有与人体模型同样的物理性故障模式，但在明显较低的水平。
MM主要模拟可能从带电机器（如制造系统）释放的静电。
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静电放电（ESD）最常用的三种模型及其防护设
计
ESD：Electrostatic Discharge，即是静电放电，每个从事硬件设计和生产的工程师都必须掌握?ESD?的相关知识。
为了定量表征 ESD 特性，一般将 ESD 转化成模型表达方式，ESD 的模型有很多种，下面介绍最常用的三种。
1.HBM：Human Body?Model，人体模型：
该模型表征人体带电接触器件放电，Rb 为等效人体电阻，Cb 为等效人体电容。
等效电路如下图。
图中同时给出了器件 HBM 模型的 ESD 等级。
ESD人体模型等效电路图及其ESD等级
2.MM：Machine Model，机器模型：
机器模型的等效电路与人体模型相似，但等效电容(Cb)是?200pF，等效电阻为 0，机器模型与人体模型的差异较大，实际上机器的储电电容变化较大，但为了描述的统一，取 200pF。
由于机器模型放电时没有电阻，且储电电容大于人体模式，同等电压对器件的损害，机器模式远大于人体模型。
ESD机器模型等效电路图及其ESD等级
3.CDM：Charged?Device?Model，充电器件模型：
半导体器件主要采用三种封装型式(金属、陶瓷、塑料)。
它们在装配、传递、试验、测试、运输及存贮过程中，由于管壳与其它绝缘材料(如包装用的塑料袋、传递用的塑料容器等)相互磨擦，就会使管壳带电。
器件本身作为电容器的一个极板而存贮电荷。
CDM 模型就是基于已带电的器件通过管脚与地接触时，发生对地放电引起器件失效而建立的，器件带电模型如下：
ESD充电器件模型等效电路图及其ESD等级
器件的 ESD 等级一般按以上三种模型测试，大部分 ESD 敏感器件手册上都有器件的 ESD数据，一般给出的是 HBM 和 MM。
通过器件的 ESD 数据可以了解器件的 ESD 特性，但要注意，器件的每个管脚的 ESD 特性差异较大，某些管脚的 ESD 电压会特别低，一般来说，高速端口，高阻输入端口，模拟端口 ESD电压会比较低。
ESD 防护是一项系统工程，需要各个环节实施全面的控制。
下图是一个 ESD 防护的流程图：
ESD 防护设计流程图
ESD 防护设计可分为单板防护设计、系统防护设计、加工环境设计和应用环境防护设计，单板防护设计可以提高单板 ESD 水平，降低系统设计难度和系统组装的静电防护要求。
当系统设计还不能满足要求时，需要进行应用环境设计防护设计。
ESD 敏感器件在装联和整机组装时，环境的 ESD 直接加载到器件，所以加工环境的 ESD 防护是至关重要的。
一般整机、单板、接口的接触放电应达到±2000V(HBM)以上的防护要求。
器件的 ESD 防护设计是在器件不能满足 ESD 环境要求的情况下，通过衰减加到器件上的 ESD 能量达到保护器件的目的。
ESD 是电荷放电，具有电压高，持续时间短的特点，根据这些特点，ESD 能量衰减可通过电压限制、电流限制、高通滤波、带通滤波等方式实现，所以防护电路的形式多种多样，这里就不一一列举。