静电放电最常用的三种模型及其防护设计
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。
静电放电与防护基础知识
静电放电与防护基础知识CATALOGUE 目录•静电放电概述•静电放电的物理机制•静电放电的防护措施•静电放电的监测与测量•静电放电的危害及案例分析CHAPTER静电放电概述静电放电（Electrostatic Discharge, ESD）是指不同静电电位物体之间由于存在静电力作用而产生的静电电荷转移现象。
静电放电通常发生在两个具有不同静电电位的物体之间，如带电体与接地体之间、带电体与带异种电荷的带电体之间。
静电放电过程中，静电电荷的转移会导致静电电位差消失，从而消除或减少物体之间的静电力。
静电放电定义静电放电可能会对电子设备、电器、人体等造成危害，如电击、火灾、过电压等。
在电子设备中，静电放电可能会导致器件损坏、电路板故障等问题，从而降低设备性能或使其失效。
静电放电现象包括火花放电、电晕放电、表面放电等。
静电放电现象及危害静电放电模型CHAPTER静电放电的物理机制电介质材料的电阻率大于10^12 Ω·m时，可视为绝缘体。
绝缘体的电导率极低，在静电场作用下，其内部的电流极小。
绝缘体的电介质在静电场作用下不易极化，即电介质在静电场中的电导率几乎为零。
电介质绝缘性能123电介质在静电放电下的绝缘性能变化静电放电产生的电磁场具有较高的频率和较短的持续时间。
在静电放电过程中，电流主要集中在电介质材料的表面。
静电放电的电流波形具有脉冲形式，其上升时间和持续时间取决于电介质材料的性质和静电场的强度。
静电放电的电磁场和电流特性CHAPTER静电放电的防护措施防静电设施和装备01020304防静电工作台防静电椅手腕带脚腕带静电屏蔽接地离子化防静电涂料静电放电防护原理及技术0102静电放电敏感度等级和防护措施选择CHAPTER静电放电的监测与测量静电监测器静电接地是一种将静电荷导入地面的方法，通过将设备或部件连接到接地网络，以确保其电位与地面相同。
静电接地静电消除器静电电荷测量仪静电电荷测量仪是一种用于测量静电电荷的仪器，它可以通过测量物体携带的电荷量来评估静电电荷。
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)。
静电放电类型和静电放电模型
特点及引燃引爆性
有时有声光,气体介质在物体尖端附近局部电离,形成放电 通道.感应电晕单次脉冲放电能量小于20J,有源电晕单次 脉冲放电能量则较此大若干倍,引燃能力甚小
刷形 放电
在带电电位较高的静电非导体与导 体间较易发生
有声光,放电通道在静电非导体表面附近形成许多分叉,在 单位空间内释放的能量较小,一般每次放电能量不超过4mJ, 引燃引爆能力中等
电晕放电机制
当两极间的电压小于某 一 特 定 值 Vc 时 , 极 间 任 何 部 分的场强均未超过空气的击 穿场强,两极间任何地方都 不会产生显著的空气电离现 象.但是两极间却有一定的 电流流过,这一电流随外加 电压的升高而增加,最终达 到一饱和值,饱和电流的量 级为10-14A.这一电流是由宇 宙射线和自然界中其它放射 性射线在空气中产生的电子、 离子对形成的.
电晕放电的利用
静电除尘 脱硫脱硝 静电喷涂
静电火花放电 （spark discharge ）
当静电电位比较高的带电导体或人体靠近其它导体、人 体或接地导体时,便会引发静电火花放电.
静电火花放电是一个瞬变的过程,放电时两放电体之间的 空气被击穿,形成快如闪电的火花通道,与此同时还伴随 着噼啪的爆裂声,爆裂声是由火花通道内空气温度的急骤 上升形成的气压冲击波造成的.
+ --
+
A
电晕放电机制
当极间电压升 高到某一特定值Vc 时,尖端附近的场强 开始超过空气的击 穿场强,在尖端附近 形成了电子雪崩,极 间电流迅速增大.但 是这一过程仅在尖 端附近才能维持,而 极间其它地方由于 场强较小不能维持 这一过程.
+ --
+
A
电晕放电机制
在空气被电离的同 时,也会产生空气分子 或原子的激发,处于激 发状态的分子或原子回 到基态时会放出光,因 此,在产生电晕放电时 尖端附近有时可以看到 淡蓝色的光晕,这一放 电过程由此被称为电晕 放电.
静电放电类型及其引燃能力和防护措施
静电放电类型及其引燃能力和防护措施
放电与引燃，不同放电形式具有不同的引燃能力，典型静电放电的特点及其引燃能力见表，作业场所应避免高引燃能力静电放电类型的产生。
应注意在相同带电电位条件下，液体或固体表面带负电荷时发生的放电比带正电荷时发生的放电，对可燃气体的引燃能力可大一个数量级。
在可燃物的温度比常温高，局部环境氧含量（或其他助燃气含量）比正常空气中高，爆炸性气体的压力比常压高，相对湿度较低，更易发生引燃、引爆等静电危害。
减少静电荷产生基本防护措施
对接触起电的物料，应尽量选用在带电序列中位置较邻近的，或对产生正负电荷的物料加以适当组合，使最终达到起电最小。
静电起电极性序列。
在生产工艺的设计上，应尽量避免冲击、摩擦与分离过程，对有关物料应尽量做到接触面积和压力较小，接触次数较少，运动和分离速度较慢。
加快静电耗散，在静电危险场所，所有孤立的静电导体的物体应接地。
对金属物体应采用金属导体与大地做导通性连接，必要时应设多点接地。
对金属以外的静电导体及亚导体则应作间接接地。
esd结构防护设计
ESD结构防护设计的主要目标是确保电子系统的功能可靠性，避免ESD（静电放电）对系统产生干扰或损坏。
以下是一些常见的ESD防护设计方法：
1. 隔离和接地：将ESD敏感器件隔离并接地可以有效地防止ESD 对系统的影响。
这可以通过在电路板上的敏感区域设置ESD防护器件，如TVS二极管、齐纳二极管等来实现。
2. 滤波器：在电源和信号线路上设置滤波器可以有效地减少ESD 产生的噪声干扰。
这可以通过使用LC滤波器、RC滤波器或者铁氧体磁珠等来实现。
3. 屏蔽：使用金属屏蔽材料将ESD敏感器件或电路板包裹起来，可以有效地防止ESD电磁场对系统的影响。
这可以通过在PCB上设置金属罩或者使用金属盒等方式来实现。
4. 限流：在ESD防护器件上设置限流电阻可以有效地限制ESD 电流的幅度，从而保护敏感器件或电路。
这可以通过在TVS二极管或齐纳二极管上串联限流电阻来实现。
5. 保护电路：在电路中添加保护电路可以防止ESD对电路的影响。
这可以通过在电路中添加电压钳位器件、过压保护器件等来实现。
6. 人体放电：在人体放电模型（HBM）下，通过设置放电电阻、电容等元件，可以有效地将人体静电放电引入到地线中，从而避免对系统的影响。
以上是一些常见的ESD防护设计方法，但具体的防护方案需要根据具体的系统和应用场景来确定。
(完整版)ESD的产生原理及防护措施
人体自身的动作或与其他物体的接触，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。比如人在化纤地毯上行走大约会有35KV的静电，翻阅塑料说明书 会有7KV静电产生。
人体放电模型(Human-Body Model, HBM) 机器放电模型(Machine Model, MM) 元件充电模型(Charged-Device Model, CDM) 电场感应模型(Field-Induced Model, FIM)
机器放电模型的ESD是指机器本身也积累了静电，当此机器去触碰IC时，静电便经 由IC的pin脚放电。机器放电的放电过程时间更短，在几十ns的时间内会有数安培的瞬 间放电电流产生。
工业标准 EIAJ-IC-121 method 20 中MM的等 效电路图，其中机器的等效电容定义为 200pF，机器的等效放电电阻为0ohm
基本方法
1、接地，接地就是将静电通过一条线的连接放入大地，这是防静电措施中最直接最有 效的。导体常用的接地方法有：带防静电手腕及工作表面接地等。
2、静电屏蔽，静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏 蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响。最通常的方法是用静电屏蔽袋作为保护。 3、离子中和，绝缘体往往是易产生静电的，对绝缘体静电的消除，用接地方法是无效 的，通常采用的方法是离子中和， 即在工作环境中使用离子风机，离子气枪。
常见的esd防护措施
常见的esd防护措施
ESD（静电放电）是指在两个物体之间发生的电荷转移，通常是由于摩擦、接触或分离等原因引起的。
ESD可能会对电子设备造成损害，因此需要采取一些防护措施来保护设备。
常见的ESD防护措施包括以下几种：
1.接地
接地是最基本的防护措施之一。
通过将设备和人员接地，可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。
接地可以通过接地线、接地垫、接地手环等方式实现。
2.静电消除器
静电消除器是一种专门用于消除静电的设备。
它可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。
静电消除器通常采用电离器、放电管等技术实现。
3.静电屏蔽
静电屏蔽是一种将设备包裹在金属屏蔽内部的防护措施。
金属屏蔽可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。
静电屏蔽通常采用金属盒、金属网等材料实现。
4.防静电地毯
防静电地毯是一种专门用于防止静电的地毯。
它可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。
防静电地毯通常采用导电材料制成。
5.防静电服装
防静电服装是一种专门用于防止静电的服装。
它可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。
防静电服装通常采用导电材料制成。
总之，ESD防护措施是非常重要的，可以保护设备免受静电损害。
在实际应用中，应根据具体情况选择合适的防护措施。
同时，还应注意定期检查和维护防护措施，确保其有效性。
静电放电与防护基础知识
简介电子设备抗ESD保护基本方法
1. 2. 3. 4. 5. 6. 介质隔离技术 屏蔽技术 电气隔离技术 使用ESD泄放电路 外接ESD保护器件 合理的PCB板布局布线
外接ESD保护电路和器件 （TVS的特性和使用）
•
1. TVS二极管在线路板上是与被保护线路并联 2. 当瞬时电压超过电路正常工作电压后，TVS 管便发生雪崩，提供给瞬时电流一个超低电 组通路，使瞬时电流通过二极管被引开，避 开被保护器件，并且在电压恢复正常值之前 被保护回路一直保持截止电压 3. 当瞬时脉冲结束以后，TVS二极管自动回复 高阻抗状态，整个回路进入正常电压 --- TVS管的特点：反应迅速、截止电压比较低， 另外对TVS管设计的改进使其更低的漏电流 和结电容
抗esd电磁脉冲干扰得设计规则其他设计规则避免在pcb边缘安排重复的信号线如时钟和复位信号等将pcb上未使用的部分设置为接地面尽量将接口安排在同一个边上避免被保护回路和未实施保护的回路并联将接口信号线接地线路直接接到保护器件上然后再进入回路的其他部分用tvs二极管来保护所有的外部连接采用高集成度器件可节约线路板上空间而且减少由于回路复杂诱发的寄生性线路自感的影响混凝土衬砌渠道具有防渗抗冲效果好输水能力大经久耐用便于管理等特点
静电放电失效
2. 潜在性失效：是指静电放电能量较低， 仅在元器件内部造成轻微损伤，放电 后器件电参数仍然合格或略有变化 对器件使用可靠性的影响 ---器件的抗过电应力能力减弱 ---使用寿命明显缩短 在受到工作应力或经过一段时间工作 后将进一步退化，直至造成彻底失效
TVS二极管的工作原理
抗ESD电磁脉冲干扰得设计规则
1. 减小环路 ---电流通过感应进入电路环路，这些环 路是封闭的，具有变化的磁通量，电 流的幅度与环的面积成正比，环路大 磁通量多，因而在电路中感应出较强 的电流，必须减小环路面积
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。
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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。
：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。
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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。
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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：
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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。