电路级静电防护设计技巧与ESD防护方法
ESD静电防护知识介绍
静电对人体也会产生危害。例如，在生产过程中，工人可能会因为接触带静电的设备而受 到电击；在日常生活中，人们可能会因为接触带静电的物体而受到电击或产生不适。
esd静电防护的重要性
保障生产和人身安全
企业和个人应该采取有效的静电防护措施，以减少火灾和爆炸事 故的发生，保障生产和人身安全。
提高产品质量
03
esd静电防护措施
人员防护
使用腕带或脚带等设备，将静电荷导入大地 。
避免在ESD敏感区域内梳理头发或使用化纤 材质的抹布擦拭身体。
穿戴防静电工作服和鞋子，避免产生静电。 禁止在ESD敏感区域内脱衣服或鞋子。
区域防护
将ESD敏感区域与非敏感区域进 行隔离，并设置警示标识。
在ESD敏感区域内的入口处设置 静电释放柱或脚踏板。
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ESD静电防护的必要性
在制造业、医疗、电子等领域，静电放电（ ESD）对产品可靠性和功能性带来了严重威胁 ，因此静电防护至关重要。
ESD静电防护的基本原理
通过减少静电荷的产生和扩散，以及提高设备 对静电放电的抵抗能力，来减少静电对设备的 影响。
ESD静电防护的主要措施
包括使用防静电材料、设计防护电路、实施人 员培训等措施，以及根据不同行业和设备特点 制定针对性的防护方案。
当人们穿着合成纤维制成的衣服或在合成纤维制成的地毯上走动时，
衣服和地毯之间会发生摩擦，导致电荷的转移。
02
感应起电
当一个带有静电的物体接近一个不带静电的物体时，不带静电的物体
也会感应出与带静电物体相反的电荷。例如，当人们走进一个充满静
电的房间时，他们的头发可能会因为感应而带上电荷。
03
充电设备
各种电子设备在使用过程中可能会产生静电，例如打印机、复印机、
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。
ESD静电防护基础技术
ESD静电防护的重要性
保障人体安全
防止静电对人体造成电击或电损伤。
提高设备可靠性
避免静电对敏感电子设备造成干扰或损坏。
ESD静电防护的历史与发展
历史
ESD静电防护始于20世纪初，随着电子工业的发展，ESD静电防护越来越受到重视。
发展
ESD静电防护技术不断发展，从基本的防静电手腕带、防静电工作台到复杂的防静电系统，为电子制 造、存储和运输提供了可靠的保障。
03
详细描述
航空航天制造企业需要从产品设计、材料选择、生产工艺和设备等方
面采取全面的静电防护措施，以确保产品的安全性和可靠性。
ESD静电防护应用案例分析 案例一
总结词
汽车制造企业的生产过程中，静电防护是确保产 品质量和安全性的重要环节。
总结词
化工企业的生产过程中，静电防护是确保安全生 产的重要环节。
详细描述
汽车制造企业需要建立严格的防静电管理体系， 包括制定防静电工作规范、使用防静电设备和工 具、培训员工等，以确保汽车生产过程中的静电 得到有效控制。
详细描述
化工企业需要采取一系列的静电防护措施，包括 建立防静电工作区、使用防静电设备和工具、培 训员工等，以确保生产过程中的静电得到有效控 制，防止因静电引发的事故。
接触放电法
通过接触测试对象并对其进行静电放电，以评估其接触放电的敏感 性和耐受性。
ESD静电防护标准与评估指标
ESD防护等级标准
根据国际标准，将静电防护等级分为1至10级，其中1级为最低 ，10级为最高。
ESD敏感度等级标准
根据国际标准，将静电敏感度等级分为A、B、C三个等级，其中 A级为最高，C级为最低。
esd静电防护基础 技术
2023-11-07
ESD静电防护ppt
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电子产品制造中的ESD静电防护
电子元件的ESD静电防护
电子元件是电子产品制造中的核心部分，但由于材料和结构的敏感性，很容易受 到静电放电的损害。因此，需要采取有效的ESD静电防护措施，以保护电子元件 免受静电放电的损害。
生产线上的ESD静电防护
在电子产品生产线上，由于人员和设备的移动和摩擦，很容易产生静电。因此， 需要采取有效的ESD静电防护措施，以保护生产设备和产品免受静电放电的损害 。
ESD是电子设备中常见的自然现象，主要由于不同材料之间 相互摩擦、接触和分离而产生。
ESD的危害
损坏电子元件和电路板
干扰和破坏电子信号
ESD会对电子设备造成多方面的危 害，包括但不限于
引发瞬态电流和电压波动
降低电子设备的可靠性和稳定性
ESD防护的重要性
ESD防护是保证电子设备正常 运行和可靠性的重要措施
05
ESD静电防护的未来发展
ESD静电防护技术的未来发展趋势
静电防护材料创新
随着科技的发展，新型静电防 护材料不断涌现，具有更优异 的性能和更广泛的应用范围。
技术融合
静电防护技术与其他相关技术的 融合，如纳米技术、生物技术等 ，将为静电防护技术的发展带来 新的机遇。
绿色环保
静电防护技术将越来越注重环保和 可持续发展，减少对环境的影响。
充电过程
当两个物体之间存在压力、温度、 湿度等差异时，会产生电荷转移， 导致物体带电。
静电的传播
静电感应
带电体通过空间电场感应使附 近的导体产生电荷，形成感应
电荷。
静电传导
带电体通过接触或摩擦将电荷 从一个物体传导到另一个物体
。
静电复合
ESD静电防护知识介绍
了解产品及周边环境
了解产品性质
包括材料、结构、功能等，以便分析其静电敏感程度。
了解周边环境
包括空气湿度、温度、洁净度等，以便评估静电放电的风险。
选择合适的ESD防护材料
导电材料
选用具有良好导电性能的材料，如金属、碳纤维等，可有效引 导静电荷的释放。
耗散材料
选用高耗散系数的材料，如导电泡棉、导电布等，可吸收静电 荷并延缓其释放。
完善接地措施
增加滤波器和电磁屏蔽措施，防止静电放电 信号进入产品。
采用可靠的接地方式，将静电荷引导至大地 ，降低产品受静电放电的风险。
06
ESD静电防护日常管理与维护
人员培训与操作规范
静电防护意识培训
提高员工对ESD静电防护重要性的认识，了解静电防护基本知识和技能。
操作规范制定
针对企业的实际情况，制定ESD静电防护操作规范，包括人员操作流程、设备使 用注意事项等。
屏蔽材料
选用具有电磁屏蔽性能的材料，如金属网、导电涂料等，可防 止静电放电对产品产生干扰。
制定全面的ESD防护方案
优化产品结构
合理安排产品的布局和接口，降低静电放电 的风险。
选择正确的接口和连接 方式
采用防静电接口和连接方式，如ESD插头、 ESD插座等，以避免静电放电对产品的影响 。
加强滤波和屏蔽
制造业生产线上的设备和产品，如汽车零部件、机械设备等，对静电荷较为敏感 ，静电放电可能导致设备故障或产品损坏。
仓库和运输过程中的静电防护
仓库和运输过程中产生的静电荷容易引发火灾和爆炸事故，因此需要在仓库和运 输过程中采取防静电措施。
04
ESD静电防护法规与标准
我国ESD相关法规与标准
国家标准GB 17625.1-2012
PCB板“ESD保护电路设计”
PCB板“ESD保护电路设计”来自人体、环境甚至电子设备内部的静电对于精密的半导体芯片会造成各种损伤,例如穿透元器件内部薄的绝缘层;损毁MOSFET和CMOS元器件的栅极;CMOS器件中的触发器锁死;短路反偏的PN结;短路正向偏置的PN结;熔化有源器件内部的焊接线或铝线。
为了消除静电释放(ESD)对电子设备的干扰和破坏,需要采取多种技术手段进行防范。
在PCB板的设计当中,可以通过分层、恰当的布局布线和安装实现PCB的抗ESD设计。
在设计过程中,通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。
通过调整PCB布局布线,能够很好地防范ESD。
以下是一些常见的防范措施。
几种典型的通用ESD保护电路分享个人的ESD保护9大措施最近在做电子产品的ESD测试，从不同的产品的测试结果发现，这个ESD是一项很重要的测试：如果电路板设计的不好，当引入静电后，会引起产品的死机甚至是元器件的损坏。
以前只注意到ESD会损坏元器件，没有想到，对于电子产品也要引起足够的重视。
ESD，也就是我们常说的静电释放(Electro-Static discharge)。
从学习过的知识中可以知道，静电是一种自然现象，通常通过接触、摩擦、电器间感应等方式产生，其特点是长时间积聚、高电压(可以产生几千伏甚至上万伏的静电)、低电量、小电流和作用时间短的特点。
对于电子产品来说，如果ESD设计没有设计好，常常造成电子电器产品运行不稳定，甚至损坏。
在做ESD放电测试时通常采用两种方法：接触放电和空气放电。
接触放电就是直接对待测设备进行放电;空气放电也称为间接放电，是强磁场对邻近电流环路耦合产生。
这两种测试的测试电压一般为2KV-8KV，同地区要求不一样，因此在设计之前，先要弄清楚产品针对的市场。
以上两种情况是针对人体在接触到电子产品时，因人体带电或其他原因引起电子产品不能工作而进行的基本测试。
全球各地的湿度情况不一样，但是同时在一个地区，若空气湿度不一样，产生的静电也不相同。
关于ESD原理及防护知识
回顾本次课程重点内容
01
ESD（静电放电）原 理及危害
讲解了ESD的产生、传导和放电 过程，以及静电对电子产品的潜 在危害。
02
ESD防护措施
03
ESD测试与评估
介绍了接地、静电屏蔽、离子中 和等ESD防护方法，以及防静电 工作区（EPA）的设立和管理。
控制温度和湿度
保持运输环境温度和湿度的稳定，避免极端温度和湿度变化对器 件造成不良影响。
存储环境控制和管理
防静电存储环境
建立防静电存储区域，使用防静 电地板、防静电工作台等设施， 确保存储环境无静电干扰。
温湿度控制
严格控制存储环境的温度和湿度， 避免过高或过低的温湿度对器件 造成损害。
定期检查和维护
03
培训员工正确使用静电消除器材，避免因操作不当而产
生静电危害。
04
CATALOGUE
运输和存储环节ESD防护策略
包装材料选择及要求
1 2 3
防静电包装材料 选择具有防静电功能的包装材料，如防静电泡沫、 防静电气泡袋等，以有效防止静电的产生和积累。
导电性包装材料 使用具有导电性能的包装材料，如金属箔、导电 塑料等，可以将静电荷导入大地，避免静电放电 对器件造成损害。
不断引进先进的检测技术和设备，提高ESD检测的准确性和 效率。
完善风险评估体系
持续优化风险评估模型，提高风险评估的全面性和准确性。
加强人员培训和管理
定期开展ESD防护知识培训，提高人员的ESD防护意识和技 能水平。同时，加强对人员的管理，确保各项ESD防护措施 得到有效执行。
06
CATALOGUE
避免静电积累。
定期对设备进行维护保养，保证 设备处于良好状态，减少静电产
静电防护技术ESD
对静电防护技术的建议
加强研发
加大对静电防护技术的研发力度，鼓 励企业、高校和科研机构开展合作， 推动技术创新。
制定标准
建立完善的静电防护技术标准体系， 规范市场秩序，提高产品质量。
培训宣传
加强对企业和员工的静电防护技术培 训，提高对静电危害的认识和防范意 识。
政策支持
政府应加大对静电防护技术的政策支 持力度，推动产业发展，提高我国在 全球静电防护领域的竞争力。
静电屏蔽原理的应用
在电子设备制造中，利用静电屏蔽材料制成的包装袋、外壳等可 以有效地防止静电对内部电子元件的影响。
03
静电防护技术分类与特点
静电防护技术分类
防静电地板
采用导静电材料制作的地板，通 过地板表面与地面之间的摩擦作 用快速导出静电，降低静电对产
品的影响。
防静电工作服
由导静电纤维或导电材料制成的服 装，能够将人体产生的静电迅速导 出，防止静电对产品的影响。
静电的危害
静电放电可能导致电子设备损坏、产品质 量下降、生产效率降低等问题。
感应起电
当一个带电体靠近一个不带电的导体时， 导体中的自由电子会受到电场力的作用而 产生定向移动，形成感应电荷。
设备操作
设备在运行过程中，由于摩擦、接触等也 会产生静电。
人体活动
人体在行走、跑动等过程中，衣物、鞋底 等与地面摩擦也会产生静电。
医药行业
医药行业中，静电防护技术主要 用于防止药品生产过程中的静电
积累和放电。
静电放电可能会对药品产生污染 ，影响药品的质量和安全性。
医药行业中的静电防护措施包括 使用防静电材料、设计合理的生
产流程、实施员工培训等。
化工行业
化工行业中，静电防护技术主要用于防止生产过程中产生的静电积累和放电。
静电防护(ESD)设计
静电防护（ESD）设计ESD(Electrostatic Discharge)是静电放电的简称。
非导电体由于摩擦，加热或与其它带静电体接触而产生静电荷，当静电荷累积到一定的电场梯度时（Gradient of Field）时，便会发生弧光(Arc), 或产生吸力（Mechanical Attraction）. 此种因非导电体静电累积而以电弧释放出能量的现象就称为ESD。
8-1影响物体带静电的因素材料因素电导体---电荷易中和，故不致于累积静电荷。
非电导体---电阻大，电荷不宜中和（Recombination）,故造成电荷累积.两接触材料（非导电体）之间的相对电介常数（Dielectric Constant）越大，越容易带静电。
Triboelectric Table当材料的表面电阻大于109 ohms/square时，较容易带静电.0 ohms/square~106 ohms/square 导体106 ohms/square~109 ohms/square 非静电材质109 ohms/square~ ∞易引起静电材质防静电材料之表面电阻值导电PE FOAM 104~106 ohms/square抗静电袋108~1012 ohms/square抗静电材质10~108 ohms-cm∙空气中的相对湿度越低，物体越容易带静电ESD的参数特性∙电容ESD的基本关系式：V=Q/CQ为物体所带的静电量，当Q固定时，带静电物体的电容越低，所释放的ESD电压越高。
通常女人的电容比男人高，一般人体的电容介于80pfd~500pfd之间.∙电压ESD所释放的电压，时造成IC组件故障的主要原因之一。
人体通常因摩擦所造成的静电放电电压介于10~15kV, 所能产生的ESD电压最高不超过35~40kV的上限。
人体所能感应的ESD电压下限为3~4kV∙能量W=1/2 *CV2典型的ESD能量约在17 milijoules, 即当C=150 pfd, V=15kV时W=1/2 * 150 *1012 * (15 * 103)2 =17 * 103 joules (焦耳)∙极性物体所带的静电有正负之分，当某极性促使该组件趋向Reverse Bias时，则该组件较易被破坏.5. RISE TIME ( tr )RISE TIME---ESD起始脉冲(PULSE)10%到90%ESD电流的尖峰值所须的时间.Duration--- ESD起始脉冲50%到落下脉冲50%之间所经过的的时间使用尖锐的工具放电，产生的ESD Rise time最短，而电流最大.ESD产生可分为五个阶段进行:1. 先期电晕放电（Corona Discharge）, 产生RF辐射波.2. 先期电场放电（Pre-discahrge E-Field）3. 电场放电崩溃（Collapse）4. 磁场放电(Discharge H-Field)5. 电流释出，并产生瞬时电压（Transient Voltage）8-2 电子装备之ESD问题1. 直接放电到电子组件由电压导致的破坏o以MOS（Metal Oxide Semiconductar）DEVICE为主o当ESD电压超过氧化层（如SiO2）的Breakdown Voltage时，即造成组件破坏.o由电场引起由电流导致的破坏o以BIPOLAR ( Schottky , TTL) DEVICE 为主o当ESD电流达到2~5A时，因焦耳效应产生的高热（I2t）, 将IC JUNCTION烧坏.o由磁场引起1. 直接放电到电子设备外壳当带静电的人体接触电子装备的金属外壳时，若该装备有接地，则ESD电流会直接流至地线，否则有可能流经电子组件再流至GROUND, 造成组件的破坏。
如何设计静电防护电路-
如何设计静电防护电路?对于大部分工程师来说，ESD是一种挑战，不仅要保护昂贵的电子元件不被ESD损毁，还要保证万一出现ESD事件后系统仍能继续运行。
这就需要对ESD冲击时发生了什么做深入的了解，才能设计出正确的ESD保护电路。
我们的手都曾有过静电放电（ESD）的体验，即使只是从地毯上走过然后触摸某些金属部件也会在瞬间释放积累起来的静电。
我们许多人都曾抱怨在实验室中使用导电毯、ESD 静电腕带和其它要求来满足工业ESD标准。
我们中也有不少人曾经因为粗心大意使用未受保护的电路而损毁昂贵的电子元件。
对某些人来说ESD是一种挑战，因为需要在处理和组装未受保护的电子元件时不能造成任何损坏。
这是一种电路设计挑战，因为需要保证系统承受住ESD的冲击，之后仍能正常工作，更好的情况是经过ESD事件后不发生用户可觉察的故障。
与人们的常识相反，设计人员完全可以让系统在经过ESD事件后不发生故障并仍能继续运行。
将这个目标谨记在心，下面让我们更好地理解ESD冲击时到底发生了什么，然后介绍如何设计正确的系统架构来应对ESD。
简单的ESD模型将一个电容充电到高电压（一般是2kV至8kV），然后通过闭合开关将电荷释放进准备承受ESD冲击的受损器件（图1）。
电荷的极性可以是正也可以是负，因此必须同时处理好正负ESD两种情况。
图1：板级ESD通常涉及机器模型（MM）和人体模型（HBM）破坏受损电路的高瞬态电压一般具有几个纳秒的上升时间和大约100纳秒的放电时间。
受损电路不同，对正负冲击的敏感性可能也有很大的不同，因此你需要同时处理好正负冲击。
人体模型（HMB）和机器模型（MM）这两种最常见模型之间的区别主要在于串联电。
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电路级静电防护设计技巧与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 1000-4-2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 61000-4-2 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 61000-4-2看作是ESD 测试的事实标准。
我国的国家标准（GB/T 17626.2-1998）等同于I EC 6 1000-4-2。
大多是实验室用的静电发生器就是按IEC 6 1000-4-2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 61000-4-2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。
其放电频谱如下，这个图是我自己画的，只能定性的看，不能定量。
IEC 61000-4-2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。