静电放电模型分析
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。
第九章 静电放电模型
Cs = 4πε 0 r = 0.55 H ( pF )
式中，H为人体的身高（cm）
根 据 上 面 的 计 算 方 法 当 一 个 人 身 高 为 173cm 时 ， 其 Cs =95pF。假设此人的鞋底与地面的接触面积约为360cm2，鞋 底厚度t为1cm，鞋底的相对电容率εr=5，则Cg=158pF。此 人的总电容CB =Cs +Cg =253pF。 从这一结果可以看出，由这种计算方法得到的人体电容要 比一些报导中测量的人体电容大，造成这一结果的原因是，总 的说来人体的高度要比其宽度和厚度大的多，在计算时取球体 半径r=H/2往往会过高的估计了人体对自由空间的电容。考虑 到这一因素，一般在计算Cs 时不管人体的高度如何，通常取 等效球的半径r=50cm，这样得到Cs =56pF。
9.1.2 人体电容 一般认为人体电容由两部分组成，一部分是人体的脚通过鞋底 与地面构成的平行板电容器的电容Cg，另一部分则是把人体看成 孤立导体，对自由空间的电容Cs。人体的总电容为这两部分电容 的并联，即： CB =Cg +Cs 。其中，
C g = ε 0ε r A / t = 0.0885ε r A / t ( pF )
IPs
Ir
短路波形的上升沿 和峰值的确定
5ns/div IPs
短路波形的下降 时间的确定
100ns/div
IPr 90%
10% tr 5ns/div
通过500Ω电阻放电的典型电流波形
上述的标准人体ESD模型主要用于对电子器件的 静电敏感度测试。而在一些特殊行业中，根据行业 的特点采用的人体ESD模型应有所不同。 如对电火工品进行静电敏感度测试时，根据美军 标MIL-STD-1512采用的ESD人体模型的参数为电 容500pF，电阻5kΩ。而在汽车制造行业中，人体 模型通常采用的参数为电容330pF，电阻2kΩ。
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
ESD 人体模型等效电路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(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。
5.放电和静电放电模型
机器模型电路原理图
(IEC61340-3-2)
Typical current waveform through a shorting wire IEC61340-3-2
Typical current waveform through a 500 resistor IEC61340-3-2
沿面放电
当绝缘板一侧紧贴有接地金属板时，就可能出现 这种高的表面电荷密度。另外，当电介质板被高 度极化时也可能出现这种情形。若金属导体靠近 带电绝缘体表面时，外部电场得到增强，也可引 发刷形放电。刷形放电导致绝缘板上某一小部分 的电荷被中和，与此同时它周围部分高密度的表 面电荷便在此处形成很强的径向电场，这一电场 会导致进一步的击穿，这样放电沿着整个绝缘板 的表面传播开来，直到所有的电荷全部被中和。 沿面放电释放的能量很大，有时可以达到数焦耳， 因此其引燃引爆能力极强。
Typical current waveform through a shorting wire ( tr )
IEC61340-3-1
Typical current waveform through a shorting wire ( td )
IEC61340-3-1
Typical current waveform through a 500 resistor
静电放电类型
电晕放电 火花放电 刷形放电
沿面放电
静电放电的类型
电晕放电（corona discharge)
电晕放电以电晕为特点的一种放电，当 某气体中的两个电极中有一个的形状导致其 表面的电场明显大于两个电极之间电场的时 候所发生放电现象。
电晕放电危害
射频干扰
飞机、航天器的通讯或导弹在飞行过程中，机 壳或弹体上会因摩擦而产生静电，当飞机、航天器或导弹的制导系统产生干扰， 造成通讯中断或制导失灵，引发事故。 浪费电能 高压输电线上的电晕放电会造成电力浪费。
静电放电的基本模型
静电放电的基本模型静电放电是指发生在两个物体之间的电流放电现象，是一种非常普遍的现象。
在许多日常生活中，比如在干燥的天气中摇动电毯，会发出明亮的闪光;在穿着塑料鞋的人走动一段距离后，再触摸金属物品时，会出现明显的火花现象。
这些现象正是产生了静电放电现象。
静电放电是由于两个物体之间电荷不对称引起的，本文将介绍静电放电的基本模型。
静电放电的基本模型被称为带电物体对相邻物体的影响，这种模型可以协助我们了解为什么一些物体易于积累电荷，并在另一些物体上产生静电现象。
在这种现象中，带电物体和另一个物体（有时称为地面）之间会形成电荷的累积。
当电荷积累到一定程度时，就会产生电弧放电并生成火花。
静电放电是一种由相对比较高电压的放电引起的，两个物体之间的距离和电荷大小对产生静电放电是有影响的。
小的静电放电可以看作是一个电子从一个物体上离开，并在另一个物体上产生一个电子(openai)。
而大量的静电放电则是由于大量的电子跃入和跃出。
这些静电电子通常形成一个电流环，并在带电物体和地面之间形成电弧放电。
静电放电的基本模型是带电物体和相邻物体之间相互作用的结果。
当一个物体携带电荷时，它会带有电场。
离带电物体很近的物体会感受到电场并充分受到其影响。
如果物体的大小和形状是合适的，那么电场会从物体的一个部分向另一个部分移动，并在两个部分之间产生电压梯度。
当电压梯度增加到某个阈值时，就会发生弧形放电，这时由于大量的电子被激发，并形成一个电流环，从而在两个物体之间形成电弧放电。
这种电弧放电产生了大量的热量和光能，并在物体上产生了明亮的火花。
总之，静电放电的基本模型是由带电物体与相邻物体之间的相互作用产生的，它可以用于解释不同形状，大小和材料的物体产生不同的电荷，并在相邻物体上产生静电现象的原因。
当电荷足够大时，静电放电就会发生并产生大量的热量和光能。
了解静电放电的基本原理，将有助于我们更好地预防和管理这种现象。
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。
第六章静电放电建模与模拟
当带电人体手持小金属物件时，由于金属物件的尖端 效应，使得其周围的场强大大增强，再加上金属物件 的电极效应，导致放电时的等效电阻大大减小。因此 大同等条件下，它产生的放电电流峰值比单独人体放 电的要大，放电持续时间短。
2024年1月28日星期日
静电理论与防护
19
1.6 人体金属模型
单RC模型
IEC8012标准
除了考虑源的模 型之外，还必需 考虑受害物的等 效电路模型及其 与源的相互作用。
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静电理论与防护
20
1.6 人体金属模型
当放电电压分别为2KV，4KV ，8KV，15KV时，用带宽不 低于100MHZ的测试系统测得 它对特定的低阻抗接地放电的 电流波形应具有标准中所给出 的典型波形如图6-17的主要特
点 。电流上升时间应在5ns左 右，丙50%峰值电流的间隔时 间为30ns。在放电压为2KV时 ，放电峰值电流应达9A，在 15KV时，应达70A.
图6-17 IEC-801-2规定的放电电流波形
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静电理论与防护
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1.6 人体金属模型
2024年1月28日星期日
其中，CB，RB，LB 分别为人体电 容分，别电为阻手C及，B，RB电前，LB感臂，及C手HA，持RH的A，L小HA 金属物件的电容，等效电阻 及电感。当放电电压分别为 2KV，KV。6KV，8KV时，用带宽 不小于1G的测量系统测出的 放电网络的放电电流波形与 标准中给出的参考波形吻合 。
静电理论与防护
脉冲从峰值的10%上升 到峰值的90%所需要的 时间tr为脉冲上升时间， 一般为2~10ns；脉冲从 峰值下降到峰值的 36.8%所需要的时间td 为脉冲衰减时间，一般为 150±20ns；电流脉冲 波形中第一个波峰与第一 个波谷之间的差值Ir为最 大的振荡电流峰－峰值， 应该小于短路放电峰值电 流Ips的15％，且脉冲开 始100ns后应该观察不到 。
静电放电模式(HBM、MM、IEC)电路及静电等级 及比较(网络软件)
LED静电击穿原理以PN结结构为主的LED，在制造、筛选、测试、包装、储运及安装使用等环节，难免不受静电感应影响而产生感应电荷。
若得不到及时释放，LED的两个电极上形成的较高电压将直接加上led芯片的PN结两端。
当电压超过LED的最大承受值后，静电电荷将以极短的瞬间（纳秒级别）在LED芯片的两个电极之间进行放电，功率焦耳的热量将使得LED芯片内部的导电层、PN发光层的局部形成高温，高温将会把这些层熔融成小孔，从而造成漏电以及短路的现象。
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。
手机ESD静电放电模型和分析
首先说结论：
1.之所以我们在设计手机电路的时候，总是尽量利用参考地来作为静电释放的通路，根本原 因是参考地与外界的“放电阻抗”很小，最容易与外界发生电荷转移（因为参考地平面很 大，覆盖很广，尖端多，和外界的等效接触很多，对比电路中的其他通路和许多元器件，在 无强带电体靠近时容易对外界释放电荷，而有强带电体靠近时则容易吸附电荷） （这里的 外界定义为电中性，即不带电的所有物体的总和，一般可直接等效为大地）。
放电路径 3：即信号线与参考地之间的通路，假设是由电路之间的各种电子元件、部分 PCB 构成的。所以如果大量的电荷通过这条路径的话，会对电路造成不可预计的干扰，使我们设 计时需要规避的。
按目前的设计规范，手机中的 3 条放电路径，放电路径 1 的放电阻抗远远大于放电路径 2 的放电阻抗（因为信号面的“折合等效”面积远远小于地平面），放电路径 3 的放电阻抗数 量级不好说，我想一般会远小于放电路径 2，所以： 放电阻抗： 放电路径 1 ＞＞＞ 放电路径 2 ＞ 放电路径 3
图2
综上所述：
1.电子设备中防 ESD 的本质就是：防止积聚的静电电荷在有电子元器件的路径中通过导致打 坏器件，以及防止静电电荷通过路径时导致的系统误操作（瞬间大电流会造成电位变化和磁 场干扰）。 一般，可用 TVS 管钳住高位，防止电压过高，打坏器件。但是对于防止电位的变化，没有太 可靠的办法，只能加电容来缓解。这也是为什么许多 reset 信号常常要保持低电平几 ms 才 开始操作的原因，因为这个时间越长，抗 ESD 导致的电位误操作的能力就越强。
耦合板其实就是为电荷的“扩散”提供一个良好的通路，估计搞 ESD 的人都知道，将手机孤立 在空气中打静电，手机时不容易出问题的，因为电荷没有“扩散”的通路，大部分电荷只是积 聚在手机上，并没有移动。
静电放电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。
：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。
人体静电放电模型和人体静电消除器参数分析
如 图 ３所 示 ， 开 关 Ｓ闭 合 前 ， 电容 Ｃ已充 电 ， 其 电压 “ ＝Ｖ ｏ 。开 关 闭合 后 ， 电容 储 存 的 能 量 将 通 过 电阻 以热能 形式 释 放 出来 。根 据基 尔 霍 夫 电
压 定律 可得 ：
Ｒ —Ｍｃ＝０
高度 要 比其宽 度 和厚度 大得 多 ， 球体半径 ｒ 取Ｈ Ｉ ２
总 电容 为这 两 部 分 电 容 的 并 联 ， 即： Ｃ ＝Ｃ ＋Ｃ 。 其中 ， Ｃ ： ： （ ｐ ｒ ）
肤 干燥 、 洁净、 无 损伤 时 ， 皮肤 电阻可 高达 ４ Ｏ一１ ０ ０
ｋ Ｑ， 而 当皮肤 处 于潮湿 或受 损状 态 时 ， 则 会下 降到 １ ０ ０ ０ Ｑ 左右 ， 通常情况下一般为 １ ０ Ｑ。 内部 电 阻与表 面 电阻相 比 ， 可忽 略不计 。
见表 １ 。
表 １ 仃 Ｔ时 刻 电 容 电 压 值
上述 计 算 结 果 与 Ｇ Ｂ １ ２ １ ５ ８—２ ０ ０ ６ 《防止 静 电
Ｃ ＝ ４ ｖ ｒ ｓ 人体 静 电模 型 放 电过 程 的 分 析 ， 可 视 为 对 Ｒ Ｃ电路零 输入 响 应 的分 析 （ 图３ ） ， 也 即动 态 电路 在 没 有外 部 激 励 时 由电路 中动态 元 件 的初 始储 能
引起 的响应 。
２ 人体 静 电放 电过程 分析
式 中， Ａ — —两 个鞋 底 的总 面积 ， ｃ ｍ ｔ — — 鞋底 的厚 度 ， ｃ ｍ。
计算 Ｃ 时需 把人 体等 效为 形状 较为 规则 的导 体， 通 常采用 球体 来 等 效 ， 球 的半 径 一 般取 人 体 身 高 的一 半 ， 得：
计 。决定 人 体 电 阻 的 主要 因 素是 皮 肤 电阻 ， 一 般
静电放电发生器模型的研究及应用
图三 中， 、 分 别为 人 体 电容 、 电阻及 电 Ｃ、 感 ， ｈＩ Ｌａ 别为 手 、 Ｃ、 、 ｈ分 前臂 及 手持 的小金 属 物件
ｍｉｒｅ ｃ ｏ ｉ ｅｅ ｎｓ Ｅｅｔ ｓ ｔ ｉ ｈ ｒｅ （ Ｓ ） ｓ ｏｈ ｓ ｃｐｏｅｓ ｉ ｉ ｃ ｌｔ ｅ ｅｔＡｃ ｃｏｌ ｔ ｎｃ ｌ ｅ ｒ ｍｅｔ． ｌｃ ｏｔ ｉ ｄｓ ａｇ Ｅ Ｄ ｉ ａｓ ｃａｔ ｒｃｓ ｗｈｃ ｉ ｄｆ ｕｔ ｏｒｐ ａ． － ｒ ａｃ ｃ ｔ ｉ ｈｓ ｉ
Ｋ ｙ ｒｓ Ｅｅｔ ｓ ｔ ｓｈ ｒｅ Ｅ Ｄ）Ｄｉ ｈ ｒｉｇ ｉ ｕｔＨｕ ａ — ｔｌ ｄｌＳｍｕａ ｏ ｅ ｗｏ ｄ ： ｌｃ ｏｔ ｉ Ｄｉ ａｇ （ Ｓ ； ｓ ａｇｎ ｒ ｉ ｍ ｎＭｅ ｒ ａｃ ｃ ｃ ｃｃ ； ａ Ｍｏ ｅ； ｉ ｌ ｉｎ ｔ
2.静电放电类型和静电放电模型
▪ 静电放电及其特点 ▪ 静电放电的类型 ▪ 静电放电模型 ▪ 静电放电模拟器 ▪ 静电放电电流波形的校验
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一、静电放电的定义
▪ 静电放电（ESD）是指带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强 时，因介质电离而使带电体上的静电荷部分或全部消失的现象。
通常把偶然产生的静电放电称为ESD事件。 在实际情况中，产生ESD事件往往是物体上 积累了一定的静电电荷，对地静电电位较高。 带有静电电荷的物体通常被称为静电源，它 在ESD过程中的作用是至关重要的 。
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二、静电放电的特点
▪高电位，强电场，瞬时大电流的过程。
▪ 产生刷形放电时形成的放电通道在导体一端集中在某一点上，而在绝缘体 一端有较多分叉，分布在一定空间范围内。根据其放电通道的形状，这种 放电被称为刷形放电。
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导体
＋ ＋＋ ＋ ＋ ＋
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刷形放电
▪ 当绝缘体相对于导体的电位的极性不同时，其形成的刷 形放电所释放的能量和在绝缘体上产生的放电区域及形 状是不一样的。
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+
--
-
+
A
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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。
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电场辐射放电
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.
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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.
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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.
静电放电的基本模型
静电放电的基本模型1.静电放电模型要完全了解静电放电〔E电弧D〕事情，必需首先了解静电放电发生的缘由。
本章对静电放电停止详细的论述。
为了使解说更详细，以在地毯下行走的人接触电气设备为实例。
本例中的设备是计算机的键盘〔由于键盘是操作员最频繁接触的〕。
但一定要记住，这里引见的静电放电进程适宜于其它任何场所。
首先我们假定人体是不带电的，然后讨论人体充电的进程。
当人在地毯下行走时，鞋跟会与地毯碰撞接触。
这时，电荷会在地毯和鞋之间移动，详细移动方向取决于鞋子和地毯资料的分子结构。
这通常称为摩擦充电。
许多文献都给出了摩擦生电的排序表，说明什么物质可以从什么物质吸引电子。
实践上，很难确定一个可以用实验重复的准确序列。
有时天然织物会从橡胶吸引电子，而有时相反。
这通常用物质外表不纯来解释。
因此，在实践中很难预见鞋子是带正电还是负电。
但有一点是一定的，就是鞋子上会带电，而地毯上的足迹上会带相反的电荷。
当人在地毯下行走时，鞋子上的电荷越来越多，直到鞋子存不下为止。
与充电进程相反的进程是回放电流。
大局部回放电流流过鞋子和地毯，一小局部流过空气。
较高的湿度会降低介质的电阻，添加回放电流。
这意味着鞋子的充电会到达一个平衡点，在平衡点，充电电流等于回放电流。
温度也会影响介质的电阻，但比湿度的影响小得多。
至此，我们仅讨论了鞋子和地毯这样一些绝缘介质。
不要遗忘，还有人体这样一个导体存在。
鞋跟上的静电荷会发生一个静电场，在这个静电场的作用下，脚跟处会感应出极性相反的电荷，于是人体上的电荷要重新散布。
人体组织，除了皮肤以外，是十分良好的导体，因此在人体的其它局部会发生与脚上电荷极性相反的电荷。
例如，假定鞋跟从地毯吸引电子，地毯上留下了正电荷，鞋子上带负电荷，这些负电荷会将人体上的正电荷吸引到脚上，于是人体的其它部位剩下负电荷。
人体上的电荷量取决于前面所述的回放电流。
电压可以到达很高，甚至发作辉光放电。
辉光放电是空气电离的结果。
空气电离是指当加在气体上的电场强度很高时，气体中的自在电子或离子将取得足够的能量，撞击其它原子和分子，发生更多的自在电子和离子，构成导电气体。
静电放电的型式及测试法规
静电放电的模式通常可以分为机器装置放电模式(Machinery ESD model)、家俱放电模式(Furniture ESD model)、人体放电模式(Personnel ESD model)等三类。
简单说明如下:机器装置放电模式较容易在自动化的控制流程中发生，因在自动化机器中被绝缘之金属组件与绝缘体的摩擦、或是绝缘液体或高压气体等流过摩擦产生的静电，当能量累积到某程度而对邻近形成放电的情形。
家俱放电模式通常发生在金属家俱与绝缘物体的摩擦，如在地毯上或塑料地板拉动家俱，或是人从椅子上站起来瞬间的摩擦产生静电。
人体放电模式是因人体的动作摩擦产生静电，如我们穿胶鞋在地毯行走时，因摩擦使地毯带正电胶鞋带负电，此时人体脚底会感应而带正电，同时使上半身带负电, 若这时候如用手接触半导体电子组件 ,会导致该组件损坏。
上述三种形式的静电放电对半导体制程和电子产品组装都显得很重要，其中以人体放电模式所产生的放电电压，对电子产品(半导体组件)之伤害问题最广，因此国际间对电子产品防护人体放电模式的法规要求日益严谨，即使半导体电子组件在出厂前通过零件标准法规的静电测试，被安装到成品后经常仍未能通过系统产层次的法规要求。
国际间关于耐静电测试的法规，在半导体及电子产业界几乎都已经熟悉美军标准 MIL-STD-883. Method 3015所定义之人体静电放电模式 (ESD Human Body Model) ，且都接受它的测试水平要求。
但近年来由国际电工协会(IEC: International Electro-technical Commission)所制定的电 磁兼容基本规范(EMC Basic standards)中，包含一项静电测试规范 IEC 61000-4-2 受到国际间多数国家的认同， 对系统产品之静电耐受(immunity) 要求及测试方法定义很完整，目前信息与行动通讯之国际大公司多引用这 规范作为成品静电测试的依据。
静电放电模型及其失效特征分析
科技资讯2017 NO.20SCIENCE & TECHNOLOGY INFORMATION动力与电气工程作为近场自然危害源的一种,静电给现代生活已经造成了巨大损失和严重危害。
近年来,随着微型电子领域的飞速发展,电子产品的更新速率越来越快,集成化程度越来越高。
这些高度集成化的电子元器件和集成电路在流通和使用的过程中非常容易受到来自人体和外界环境中的静电源干扰,如不采取静电防护措施,将会损失惨重。
作为随机过程的一种,静电放电过程复杂且多变,静电放电的形式各种各样,同一种静电源对不同的物体发生静电放电时导致的结果也不尽相同。
温度、湿度等环境条件对静电放电影响严重,这就导致很难得到具有重复性的放电结果,难以有效地对ESD静电放电效应和危害进行正确的评估。
因此,根据理论分析和讨论不同场合下静电放电的特点并建立相对应的ESD放电模型很有必要。
1 静电放电模型根据放电源和放电形式的不同,可以建立起多种静电放电模型,用来分析静电放电的主要特征。
在微电子领域,有以下3种静电放电模型经常被用来讨论。
1.1 人体放电模型（HBM）人的身体作为产生静电危害的最主要的根源之一,其接触或摩擦材料（例如人体服装）所产生的静电荷很容易传输到皮肤的导电汗层使人体带电。
人体静电放电模型是根据带静电的人体与电子元器件的外引脚接触,通过电子元器件对地放电,致使元器件失效而建立的。
人体作为一个优良导体,能储存一定量的静电电荷。
目前较广泛使用的人体静电模型等效电路如图1所示。
测试电路是将人体等效成电阻和电容大小分别为1500Ω和100pF。
1.2 机器模型（MM）机器模型是来模拟带电的物体对电子元器件发生静电放电的情形,机器模型又可以称作金属模型。
机器模型的等效电路是采用电容值为200pF的电容直接地对电子元器件进行放电。
机器模型是模拟导体带电后对电子元器件的作用,例如我们常见的自动流水装配线上的电子元器件遭受来自带电金属构件对器件的静电放电,机器模型同样也可以用来模拟带电的工具和测试夹具等对器件的放电[1]。