【参考版】静电放电(ESD)保护的详解
静电放电（ESD）保护的详解
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。
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)。
那么问题来了，这个击穿了这个保护电路是不是就彻底死了？难道是一次性的？答案当然不是。
PN结的击穿分两种，分别是电击穿和热击穿，电击穿指的是雪崩击穿(低浓度)和齐纳击穿(高浓度)，而这个电击穿主要是载流子碰撞电离产生新的电子-空穴对(electron-hole)，所以它是可恢复的。
但是热击穿是不可恢复的，因为热量聚集导致硅(Si)被熔融烧毁了。
所以我们需要控制在导通的瞬间控制电流，一般会在保护二极管再串联一个高电阻，
另外，大家是不是可以举一反三理解为什么ESD的区域是不能form Silicide的？还有给大家一个理论，ESD通常都是在芯片输入端的Pad旁边，不能在芯片里面，因为我们总是希望外界
的静电需要第一时间泄放掉吧，放在里面会有延迟的(关注我前面解剖的那个芯片PAD旁边都有二极管。
甚至有放两级ESD的，达到双重保护的目的。
在讲ESD的原理和Process之前，我们先讲下ESD的标准以及测试方法，根据静电的产生方式以及对电路的损伤模式不同通常分为四种测试方式：人体放电模式(HBM: Human-Body Model)、机器放电模式(Machine Model)、元件充电模式(CDM:
Charge-Device Model)、电场感应模式(FIM: Field-Induced Model)，但是业界通常使用前两种模式来测试(HBM, MM)。
1、人体放电模式(HBM)：当然就是人体摩擦产生了电荷突然碰到芯片释放的电荷导致芯片烧毁击穿，秋天和别人触碰经常触电就是这个原因。
业界对HBM的ESD标准也有迹可循(MIL-STD-883C method 3015.7，等效人体电容为100pF，等效人体电阻为
1.5Kohm)，或者国际电子工业标准(EIA/JESD22-A114-A)也有规定，看你要follow哪一份了。
如果是MIL-STD-883C method
3015.7，它规定小于<2kV的则为Class-1，在2kV~4kV的为class-2，4kV~16kV的为class-3。
2、机器放电模式(MM)：当然就是机器(如robot)移动产生的静电触碰芯片时由pin脚释放，次标准为EIAJ-IC-121 method 20(或者标准EIA/JESD22-A115-A)，等效机器电阻为0 (因为金属)，电容依旧为100pF。
由于机器是金属且电阻为0，所以放电时间很短，几乎是ms或者us之间。
但是更重要的问题是，由于等效电阻为0，所以电流很大，所以即使是200V的MM放电也比2kV的HBM放电的危害大。
而且机器本身由于有很多导线互相会产生耦合作用，所以电流会随时间变化而干扰变化。
ESD静电防护
穿防静电服
为避免人体产生静电，工 作人员应穿着防静电服， 其材质应为导电纤维，以 降低摩擦起电的可能性。
使用防静电手环
防静电手环是通过非接触 方式消除人体静电，有效 防止静电对工作人员和设 备造成影响。
定期检查
定期检查防静电服和防静 电手环的完好性，确保其 性能正常。
设备设施接地
接地系统
为确保设备安全，应建立完善的接地系统，将设备与大地相连，以释放静电 。
• ESD静电防护标识是一种用于标识电子设备是否符合ESD静 电防护要求的标识。它通常是一个“三叶草”形状的图案， 下面标有“ESD SENSITIVE”字样。如果一个电子设备上贴 有这种标识，说明它已经通过了ESD静电防护测试，符合相 关标准的要求。
03
esd静电防护措施
人体静电防护
01
02
03
esd静电防护
2023-11-03
目录
• 静电产生与危害 • esd静电防护概念与标准 • esd静电防护措施 • esd静电防护培训与教育 • esd静电防护管理与实践 • esd静电防护新技术与发展趋势
01
静电产生与危害
静电产生原理
摩擦起电
当两种不同的材料相互摩擦时 ，由于它们对电子的亲和力不 同，会导致电子的转移和分离
esd静电防护教育形式及方法
理论教学
采用图文并茂、案例分析等方式，使学员更好地 理解静电防护知识护技能。
在线学习
提供视频教程、PPT等资料，让学员随时随地学 习ESD防护知识。
esd静电防护培训效果评估与改进
考试评估
01
对学员进行考试，评估学员掌握情况。
性。
根据评估结果，及时发 现存在的问题和不足， 采取相应的改进措施。
ESD静电防护
4. 静电的累积破坏（ 负伤而行Walking Wounded）-----潜在性故障 负伤而行（Walking Wounded） – 许多实验证实静电能使半导体负伤 但可能不会立即完全破坏其功能，而且有多数这些『负伤而行』的元
17
静电防护
(B) 中和法(Neutralization) 利用离子发生器(Ionizer)来产生正、负离子以中和消除静电效应。 目前常用的静电消除器有下列几种： a. 放射性静电消除器 – 使用放射性物质或元素之辐射能来撞击 空气使之分裂成等量的正、负离子。 b.高压静电效应消除器 – 利用针点高压(5KV左右)尖端放电来电 离空气分子。此种装置具有高效率及高安全性之特点，所产 生之电流仅几微安培(μA)，不会产生电击。 c. 感应静电效应消除器 – 这是利用带电物质之高电压(对接地点) 来电离空气分子 .
共地点:
2.5.3 ESD标签样品
14
静电防护
主要内容： 1 : 静电防护的原理和方法 2 : 静电防护的设施和材料 3 : 静电防护的要求
15
3.1 静电防护基本原理
3.1.1.免疫设计 (治本方法) 本方法乃是静电防护最好的办法，但在设计半导体的抗静电电路 时，必须考虑到电路产生热的影响、反应时间、 最大电压、 能 量传导、 寄生电容等等因素，故并非随心所欲可以办到。因此静 电防护仍必须靠一些治标的方法。
E
E
B
ESD保护策略解析
要点三
保障操作人员安全
ESD保护不仅对电子设备本身重要， 还可以减少操作人员遭受静电危害的 风险，保障生产过程的安全性。
ESD保护的基本原理
抑制静电产生
01
通过在地线和信号线等部位增加抑制元件，如TVS二极管等，
以抑制静电的产生和传播。
提前泄放静电
02
通过在器件的某个部位设置导电通路，让静电提前从泄放口泄
05
ESD保护实例分析
基于二极管的ESD保护实例
总结词
简单、成熟、可靠性高、成本低
详细描述
基于二极管的ESD保护器件是最常见的保护方案，其结构简单，成本低，可靠 性高，适用于各种电路和系统。当ESD冲击来临时，二极管能够迅速响应并泄 放电流，从而保护电路不受损坏。
基于MOSFET的ESD保护实例
衬底触发不仅需要能够启动ESD保护机制，还需要能够控制ESD保 护机制的运行。
04
ESD保护策略优化
工艺优化
总结词
降低成本、提高性能
详细描述
工艺优化包括改进制造过程和采用更先进的工艺技术，以降低生产成本和提高性 能。例如，使用更先进的纳米工艺技术可以提高芯片的集成度和性能，同时降低 功耗和成本。此外，优化工艺参数也可以提高芯片的稳定性和可靠性。
钳位电路的响应速度
钳位电路需要在ESD冲击到来时，迅速、准确地启动保 护机制，以避免ESD损害。
衬底触发设计
衬底触发的敏感度
衬底触发需要能够在ESD冲击到来时，迅速、准确地启动ESD保 护机制。
衬底触发的稳定性
衬底触发在设备生命周期内应始终保持稳定，不能出现误触发或 漏触发的情况。
衬底触发的控制能力
其他ESD保护器件
放电管（GDT）
esd保护原理
esd保护原理ESD保护原理。
ESD（静电放电）是指在两个物体接触或分离时，由于静电作用而产生的放电现象。
在现代电子设备中，ESD对芯片和其他电子元件造成的损害是一个严重的问题。
因此，为了保护电子设备免受ESD损害，需要对其进行ESD保护。
本文将介绍ESD保护的原理及其相关知识。
1. ESD的危害。
ESD对电子设备的危害主要表现在两个方面，一是对设备本身的损害，二是对设备周围环境的干扰。
在设备本身方面，ESD可能导致芯片内部结构的损坏，甚至完全失效；在周围环境方面，ESD 可能引起设备的干扰，影响设备的正常工作。
2. ESD保护原理。
ESD保护的原理是通过合理设计电路和使用特定的元件来吸收或抑制ESD的能量，从而保护电子设备免受ESD损害。
常见的ESD保护元件包括TVS二极管、ESD二极管、ESD阵列等。
这些元件可以在设备输入/输出端口或芯片引脚处起到保护作用。
3. ESD保护元件的选择。
在选择ESD保护元件时，需要考虑其工作电压、响应时间、ESD能量吸收能力等参数。
不同的电子设备在面对ESD时可能有不同的要求，因此需要根据具体的应用场景选择合适的ESD保护元件。
4. ESD保护电路的设计。
在实际应用中，ESD保护电路的设计需要考虑到整个系统的特点，包括信号线路的布局、地线的设计、电源线的连接等。
合理的电路设计可以有效地提高ESD保护的效果，降低ESD对设备的危害。
5. ESD保护的重要性。
ESD保护在现代电子设备中具有非常重要的意义。
随着电子设备的集成度越来越高，对ESD的抵抗能力要求也越来越高。
因此，加强对ESD保护原理的研究和实践，对于保障电子设备的正常运行具有重要意义。
总之，ESD保护是保护电子设备免受ESD损害的重要手段，需要合理选择ESD保护元件，设计合理的ESD保护电路，并加强对ESD保护原理的研究，以提高电子设备的抗ESD能力。
希望本文能够对读者对ESD保护原理有所了解，并在实际应用中发挥作用。
《ESD知识介绍》PPT课件
整理ppt
人体电容 29
静电控制原理
一、静电泄漏和耗散 1、防静电材料 2、泄漏與接地----軟接地 硬接地
二、静电中和 將正負離子與静电源上的正負电荷中和, 從而消
除静电源上積累的静电
离子风机, 静电毛刷, 抗静电剂
三、静电屏蔽与接地
四、增湿
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30
整理ppt
31
对ESD敏感的符号,用来表示该物 体对ESD引起的伤害十分敏感
整理ppt
43
2-3.生产场地防静电设施
h. 进入工作区的人员必段穿防静电工作鞋,防静电工作鞋 应符合国家标准,穿普通鞋者应使用导电鞋束或脚跟带;
i. 生产线上用的传送带和传动轴,应装有防静电接地的电 刷和支杆;
大地线等组成;
b. 防静电桌垫上应有两个以上的腕带接头;
c. 静电安全工作台上不允许堆放塑料盒等易产生静电的杂
物,图纸资料应放入防静电文件袋内;
d. 防静电腕带:直接接触静电敏感器件的人员均须带防静
电腕带,腕带与人体皮肤有良好接触,腕带系统对电阻值
应在106-108Ω范围内;
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42
2-2.生产场地防静电设施
識
1 0 1 0
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电子产品生产中的典型静电源
身體 衣服 程序
原材料 生产輔助物 包裝材料
地板 工作面 主要设备 清潔室
牆壁 天花板 光源固定器 通風架
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25
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26
电子廠典型静电源 电子裝配生产中的静电源(1)
电
静 知
識
工作服: 同外物摩擦可产生6000V以上的静电电压並使人体电,
從而通過人體放电使器件电介质擊穿.
静电防护技术ESDppt
静电防护应用
在生产、运输、储存和使用电 子设备的各个环节中，都需要 采取相应的静电防护措施，以 确保电子设备和产品的可靠性
以及人员的安全。
静电防护措施
例如使用防静电包装、防静电 工作台、防静电手环等防静电 设备和器材，以及采取防静电
工艺和操作规范等。
02
静电防护技术分类及措施
静电防护的重要性和必要性
电子设备可靠性
静电放电可能会引起电子设备 的故障，降低设备的可靠性和
稳定性。
产品品质
静电放电会影响产品的品质，导 致产品不良率上升，降低生产效 率。
人员安全
静电放电产生的电场和电流可能对 操作人员造成电击，甚至危及生命 安全。
静电防护技术的原理和应用
静电防护原理
通过在电子设备或产品上添加 防静电材料和结构，以抑制静 电的产生和积累，并降低静电
提高静电防护效果的建议
01
加强静电放电测试
02
完善防静电设计
静电放电测试是检验静电防护效果的 重要手段，需要加强测试和评估。
防静电设计是静电防护的关键，需要 完善设计理念和方法，以提高防静电 效果。
03
选用高质量静电防护 产品
静电防护产品是静电防护的重要保障 ，需要选用高质量的产品来提高防护 效果。
04
静电防护技术发展趋势与挑战
静电防护技术发展趋势
技术创新
静电防护技术将不断进行创新和 改进，以提高防静电效果和可靠 性。
多重防护
静电防护技术将更加注重多重防 护，包括电路板、连接器、电缆 等各个部分的防护。
智能控制
静电防护技术将与智能控制结合 ，实现静电防护的智能化和自动 化。
静电防护技术面临的挑战
ESD保护策略解析
04
ESD保护电路设计实例
输入端ESD保护电路设计
信号输入端ESD保护电路设计
在电路设计中，信号输入端需要考虑到ESD电流的泄放，通过设计合理的泄放路 径和元件参数，保证在ESD事件发生时，电流能够通过低阻抗的泄放路径迅速泄 放掉，从而保护电路不受ESD冲击的影响。
差分信号输入端ESD保护电路设计
对于差分信号输入端，需要同时考虑共模和差模ESD电流的泄放。通过设计共模 和差模保护元件，实现对差分信号的全面保护。
输出端ESD保护电路设计
信号输出端ESD保护电路设计
在电路设计中，信号输出端同样需要考虑到ESD电流的泄放。通过设计合理的泄放路径和元件参数，保证在 ESD事件发生时，电流能够通过低阻抗的泄放路径迅速泄放掉，从而保护电路不受ESD冲击的影响。
要点一
总结词
要点二
解决方案
ESD保护效果不达标常常导致静电放电过程中能量的泄 放不完全，进而导致静电敏感器件的损坏或设备性能的 降低。
根据相关标准和规范，对静电放电过程中能量的泄放效 果进行严格要求和测试。对于不满足要求的ESD保护器 件或电路，应进行改进或更换，以使其达到标准要求。 此外，可在电路板中添加防静电结构，提高设备的抗静 电放电能力。
电源地端ESD保护电路设计
电源地端是电路中的低阻抗点，因此在ESD事件发生时，电流容易集中在地线 上。所以需要对地线进行适当的保护，防止过大的ESD电流对电路造成损害。
05
ESD保护策略实施流程
产品功能与ESD防护需求分析
总结词
了解和分析产品功能以及其在静电放电(ESD)环境中的需求是实施ESD保护策略的 首要步骤。
THANK YOU.
产件的选型和布局是实施ESD保 护策略的重要环节。
ESD静电放电知识培训
01
原理：利用静电 屏蔽材料将静电 场限制在屏蔽体 内部，防止静电 场对内部敏感器 件的影响。
02
材料选择：常 用的静电屏蔽 材料包括金属、 导电塑料、导 电橡胶等。
03
应用：静电屏 蔽技术广泛应 用于电子设备、 通信设备、医 疗设备等领域。
04
注意事项：静电 屏蔽技术的应用 需要根据具体应 用场景和设备要 求进行设计和优 化。
害
防静电地板：防止人体 静电对电子元件的损害
防静电包装材料：防止电 子元件在运输和储存过程
中受到静电损害
防静电离子风机：消除 静电，保护电子元件
4
生产过程中的静电防护
穿戴防静电工作服、鞋、手 套等防护用品
使用防静电工具和设备，如 防静电镊子、防静电手套等
保持生产环境湿度，避免过 于干燥
定期检查和维护防静电设备， 确保其正常工作
演讲人
目录
ESD ESD ESD ESD
壹
静 电 放 电 基 本 概 念
贰
静 电 放 电 测 试 方 法
叁
静 电 放 电 防 护 技 术
肆
的 注 意静 事电原理
D
静电危害：对电子设备、人体健康等造成影响
C 静电释放：通过放电过程释放能量
B 静电积累：在绝缘材料上积累
加强员工培训，提高静电防 护意识
制定静电防护规章制度，确 保生产安全
电子产品的静电防护
使用防静电材料包装电 子产品
保持工作环境的湿度和 清洁度
使用防静电手套和防静 电鞋
定期检查和维护防静电 设备
避免在静电敏感区域使 用非防静电工具
遵守静电防护操作规程， 提高静电防护意识
静电防护的持续改进
ESD保护策略解析
芯片内置ESD保护设计
总结词
芯片内置ESD保护设计可以降低成本和电 路复杂度，但受限于芯片制造工艺和设计 规则。
VS
详细描述
现代集成电路设计中，芯片制造商会考虑 将ESD保护电路内置在芯片内部。这种设 计方法可以减少外部器件的数量，降低成 本，并提高系统的可靠性。然而，由于芯 片制造工艺和设计规则的限制，内置ESD 保护电路的设计和实现可能会面临一些挑 战。
等。
根据不同的应用场景和设备需求，可 以选择适当的ESD保护元件和电路，
以实现最优的ESD保护效果。
02
ESD保护策略
人体放电模型(HBM)
01
人体放电模型是最常用的ESD 模型之一，它模拟人体对ESD 的响应和行为。
02
HBM模型通过模拟人体接触带 电物体时，电流在人体内的流 动情况，评估ESD对人体的危 害。
04
ESD保护电路设计
独立器件设计
总结词
使用独立的ESD保护器件可以有效地提高系统的ESD保护能力，但会增加成本和电路复杂度。
详细描述
独立器件设计通常采用气体放电管、半导体二极管、瞬态二极管等元件，为电路提供额外的保护路径 ，降低系统损坏的风险。这些器件需要与被保护的电路元件进行良好的匹配和布局，以实现最佳的保 护效果。
ESD保护与系统可靠性关系研究
总结词
ESD保护与系统可靠性的关系是一个重要的研究领域。 ESD保护失效可能导致系统可靠性下降，甚至引发灾难 性事故。
详细描述
ESD保护失效会导致系统可靠性下降，因为ESD事件可 能损坏系统中的关键元件或电路，从而影响系统的正常 运行。此外，如果ESD保护失效，可能会引发更严重的 灾难性事故，如电击、火灾等。因此，对ESD保护与系 统可靠性的关系进行深入研究，对于提高系统可靠性具 有重要意义。
ESD与静电防护
要点三
生产线ESD防护管理 评估
对生产线的ESD防护管理制度、员工 培训、检测记录等方面进行评估。
05
ESD与静电防护案例分析
电子厂ESD事故分析
事故原因
未按照规定进行ESD防护，导致静电放电对电子元器件造成损害，引起产品故障。
个人防静电装备比较
比较一
普通橡胶手套和防静电手套的差异 。
比较二
普通鞋子和防静电鞋子的差异。
比较三
防静电腕带与普通腕带的差异。
比较四
不同品牌的防静电产品和性价比。
06
ESD与静电防护总结与展望
ESD防护经验总结
01
人体静电放电(ESD)对电子设备造成的损坏依然不容忽视。
02
通过对ESD事件的回顾和梳理，可以发现ESD防护设计需要考
2023
《esd与静电防护》
目录
• ESD概述 • ESD原理 • ESD防护措施 • ESD检测与评估 • ESD与静电防护案例分析 • ESD与静电防护总结与展望
01
ESD概述
ESD定义
静电放电（ESD）是指静止或运动电荷在电场中获得足够能 量时，导致电子从原子或分子中脱离出来，形成正负电荷的 过程。
生产线ESD防护
制定合理的生产流程
合理安排生产流程，避免不同材料和工艺之间的摩擦和静电积累 。
使用防静电设备和工具
使用防静电设备和工具，如防静电工作台、防静电手套等，以减 少静电的产生和危害。
定期检查生产线
定期对生产线进行检查和测试，及时发现并解决存在的ESD隐患 。
04
ESD检测与评估