静电放电 ESD 最常用的三种模型及其防护设计
静电放电esd)最常用的三种模型及其防护设计
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。
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。
各种静电防护措施,ESD的含义及三种型式
各种静电防护措施,ESD的含义及三种型式仪表元器件按其种类不同，受静电破坏的程度也不一样，最低的100V的静电压也会对其造成破坏。
近年来随着仪表元件发展趋于集成化，因此要求相应的静电电压也在不断减弱。
人体平常所感应的静电电压在2-4KV以上，通常是由于人体的轻微动作或与绝缘物的磨擦而引起的。
也就是说，倘若我们日常生活中所带的静电电位与IC接触，那么几乎所有的IC都将被破坏，这种危险存在于任何没有采取静电防护措施的工作环境中。
静电对IC的破坏不仅体现在仪表元器件的制造工序当中，而且在IC的组装、远输等过程中都会对IC产生破坏。
要解决以上问题，可以采取以下各种静电防护措施：1、操作现场静电防护。
对静电敏感器件应在防静电的工作区域内操作;2、人体静电防护。
操作人员穿戴防静电工作服、手套、工鞋、工帽、手腕带;3、储存运输过程中静电防护。
静电敏感器件的储存和运输不能在有电荷的状态下进行。
要实现上述功能，基本做法是设法减少带电物的电压，达到设计要求的安全值以内。
即要求下式中的电荷(Q)与电阻(R)要小，表电容量(C)要大。
V=I.R Q=C.V 式中V：电压，Q：电荷量I：电流C：静电容量R：电阻当然电阻值也不是越低越好，特别是在大面积场所的防静电区域内必须考虑漏电等安全措施之后再进行材料的选取。
静电的防护一、接地接地就是直接将静电过一条线的连接泄放到大地，这是防静电措施中最直接最有效的，对于导体通常用接地的方法，如人工带防静电手腕带及工作台面接地等。
接地通过以下方法实施：①人体通过手腕带接地。
②人体通过防静电鞋(或鞋带)和防静电地板接地。
③工作台面接地。
静电放电(ESD)防护
静电放电（ESD）防护简述2015.9.30一、静电的产生静电放电是一种客观的自然现象，产生的方式有：摩擦起电、离子溅射（单一极性）、接触充电、感应或极化，及其他如：剥离，破裂，点解，压电，热电等。
人体自身的动作或其他物体的接触，分离，摩擦或感应等因素，可以产生几千伏甚至上万伏的静电。
静电在多个领域造成严重危害，摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害。
1、摩擦起电哪里有移动，哪里就有静电。
人的走动，物料周转，甚至是空气、水流动，都会产生摩擦静电。
当液体、固体和气体颗粒接触又分离，起电量受“接触紧密度”，“分离速度”，“摩擦运2、接触充电带电物体通过接触将电荷传导给未带电物体。
带电绝缘体仅能从较小面积释放电荷，而带电导体能释放大量电荷给另一导体。
二、静电放电模型因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，经过统计，ESD放电模型分四类：人体放电模式、机器放电模式、组件充电模式、电场感应模式。
1、人体放电模式（Human-Body Model,HBM）人体放电模式（HBM）的ESD是指因人体在地上走动摩擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去触碰到IC时，人体上的静电便会经由IC的脚（pin）而进入IC内，再经由IC放电到地去。
此放电的过程会在短到几百毫秒（ns）的时间内产生数安培的瞬间放电电流。
此电流会把IC内的组件给烧毁，对于一般商用IC的2-KV ESD放电电压而言，其瞬间放电电流的尖峰值大约是1.33A。
有关于HBM的ESD已有工业测试的标准，表是国际电子工业标准（EIA/JEDEC STANDARD）2、机器放电模式（Machine Model,MM）机器放电模式（MM）的ESD是指机器（例如机械手臂）本身累积了静电，当此机器去触碰到IC时，该静电便经由IC的pin放电。
因为机器是金属，其等效电阻为0欧姆，其等效电容为200pF。
由于机器放电模式的等效电阻为0，故其放电的过程更短，在几毫微秒到几十毫微秒之内会有数安培的瞬间放电电流产生。
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。
ESD分析
1.ESD模型ESD测试模型有很多种，目前比较常见的模型就有以下这些：人体模型人体金属模型机器模型带电器件模型家具模型人体静电是引起火炸药和电火工品发生意外爆炸的最主要和最经常的因素，国内外对电火工品的防静电危害要求都是以防人体静电为主，并建立了人体模型（Human Body Model -HBM），HMB是ESD模型中建立最早和最主要的模型之一。
2，人体模型目前与我们公司产品相关的ESD模型，也只有人体模型，人体模型分为两种，他们的电路构造是相同的，不同的只是他们的载荷电容和放电电阻不同，他们是用于MIL-STD-883标准的人体模型，如下图：另外一种人体模型是用于IEC-61000-4-2的人体模型，如下图：3，MIL-STD-883的放电波形MIL-STD-883的测试包含从小于250V到大于8000V的许多等级，当然目前主要使用的是2000V和4000V。
他的电流波形如下：4，IEC-61000-4-2放电波形IEC-61000-4-2的测试分为Contact discharge和Air-gap discharge两种，他们的放电波形如下：6,IEC-61000-4-2和MIL-STD-883的主要不同MIL-STD-883是应用多年的美军标，目前许多的仪器设备仍在使用此标准进行静电测试。
而IEC-61000-4-2是IEC根据MIL-STD-883的应用情况和人体静电的发展情况而于最近颁发的静电测试标准；从其放电波形和参数上，我们能够看出：1）IEC-61000-4-2减小了放电模型的充电电阻和放电电阻，因此它的峰值放电电流远高于MIL-STD-883。
2）由于放电电阻的减小，其放电电流的上升时间常数大为减小，导致其放电瞬间电流上升速率加大了几十倍，这将对仪器造成更大的破坏。
由以上我们可以看出，IEC-61000-4-2相对与MIL-STD-883更为严苛，而大部分的IC对静电的防护等级为MIL-STD-883 2000V, 而我们的仪器和测试板往往要通过IEC-61000-4-2 8000V的测试，因此必须对输入输出端口进行良好的ESD防护，才可使内部的IC不被毁坏或损伤。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
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。
：Human Body?，人体模型：
该模型表征人体带电件放电，Rb 为等效人体，Cb 为等效人体。
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
：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?，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
：Charged??Model，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(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±(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。