第六章 静电放电建模与模拟

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1.3 带电器件模型
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1.4 传输脉冲模型
上述所有ESD测试模型都具有相同的缺点，就是采用这 些模型的测试方法对器件都具有破坏性。这些测试模型提 供的是静电放电敏感元器件的失效阈值，不提供元器件可 能的失效机理方面的信息，而这些信息对ESD防护电路设 计很重要，传输线脉冲（TLP）技术能获得这方面的信息。 TLP测试系统容易控制 。
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电感
电容
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1.1.2 人体电容的计算
人体电容 CB =Cg +Cs
人体的脚通过鞋底与地面构成 的平行板电容器的电容 Cg
把人体看成孤立导体，对 自由空间的电容 C
S
Cg
容易计算得 Cg = r 0 A/t = 0.0885 r A/t (pF) 其中 为鞋底的相对电 r 容率A为鞋底的相对电 C =56 pF 容率t为鞋底的相对电 容率
Fra Baidu bibliotek
容器通过一个 1K 200V，经过 5欧的电阻对地放 秒的稳定后，用继 电，并用电流探头和示波器采集 电器把带电人体对电容器放电， 1980年5月，美国海军司令部在广泛地研究，考查了电子行业中各种人体 ESD 放电电流波形，通过比较人体和 经过计算可得当人体离地面的高 模型之后，发布了DOD1686 标准，规定了标准的人体ESD模型，用100pF的 电容器的放电电流的峰值来确定 度超过一定值时，人体电容趋于 电容器串联1.5千欧的电阻作为人体 ESD模型。 美国ESD协会标准ESD 人体放电参数 STM5.1-1999以及国际电工委员会标准 最小值50pF IEC61340-3-1不仅规定了标准人体模型 的电路参数，而且还规定了放电电流波形及电流参数。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。
者在测试中选取的人数不多，采用的测试 和依那与肖将赤脚站在离地面高度 C=2700PF的电容充电到某 方法也不同，特别是人体对绝缘程度不同， 测试结果也不同，所以不同的研究者得到 依那与肖经过计算可得当人体 一电压 V ，之后分别让人体和电 为d的绝缘平台上的人充电到 的人体参数相差很大。 离地面的高度超过一定值时，人体 由于人体个体差异较大，在加上许多研究 CB =132~190pF , R流通过 欧的电阻把被测人体 10M B =87~190
受气候，环境等条件的影响
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1.1.1人体模型
人体模型（Human Body Model），简称HBM。主要用 来模拟人体静电放电对敏感电子器件的作用。人体是产生 静电危害的最主要的静电源之一。
电阻
人体电阻依赖于人体肌肉的 弹性和，水份，接触电阻等因素 电感的量值仅为零点几个 微亨，通常不考虑 与人体的身高，体重，衣着，鞋袜及 地面和附近墙壁材料等因素有关， 也与测试方法有关
引言
静电放电是一个复杂多变 的随机过程 不利于得到具有重 复性的放电结果， 难以有效地对 ESD的效应和危 害进行正确的评估。 但是根据不同场合 静电放电的主要特 点可以建立相应的 静电放电模型，来 模拟静电放电的主 要特征。
产生静电放电的静 电源多种多样 同一种静电源对不同的物体放电 时产生的 结果不一样
主要内容
静电放电的几种模型
静电放电模拟器
静电放电辐射场的理论建模
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（一）静电放电的几种模型
LOGO
静电放电的几种模型
人体模型 机械模型 带电器件模型 静电放电的模型 传输脉冲模型 场感应模型
人体金属模型
ESD家具模型 其他模型
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m
图6-7 MM ESD典型短路电流波形
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1.2 机械模型
最大峰值 电流 100ns 时的电流 值
IIPR是最大峰值电 流， I100 是100ns 时的电流值。
PR
图6-8通过500欧电阻放电的MM ESD典型短路电流波形
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s
Cs = 4 0 r = 0.55H (pF)
其中H为人体的高度 一般在计算C 时不管人 体的高度如何通常取等 C 效球的半径r=50cm, 这样得到 Cs =56pF
s
g
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1.1.3 标准人体模型
1976年科克等人分别用高圧电 科克等人确定人体放电参数为
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Ir为最大的振 图6-1人体静电放电模型荡电流峰-峰 值
tr为脉冲 上升时间
td为脉冲 衰减时间
图6－3 人体静电放电模型的短路电流波形
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1.2 机械模型
机械模型（Machine Model）也称日本模型，简称MM。 主要用来模拟带电导体对电子器件发生的静电放电事件。 在研制开发过程中，由于电路很难做到足够低的电感，因 此各种机器模型静电放电模拟器的差别很大，元器件对 MM模型静电放电比HBM模型静电放电更敏感。
1.3 带电器件模型
带电器件模型（Changed Device Model），简称CDM。 是假定对一个器件在其引线框架上或其它导电路上充电， 然后通过一管脚迅速对地放电的情况。通常用来描述带电 器件发生的静电放电现象。由于带电器件模型描述的放电 过程是器件本身带电而引起的，所以带电器件模型失效是 造成电子器件损坏，失效的主要原因之一。
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1.2 机械模型
最大峰值 电流 主脉冲 周期
二次峰值 电流
Im 是最大峰值电 Ip2是二次峰 流， I 值电流，其值应 为对应 Ip1 绝对值 的67%～90% t pm是主脉冲周 ， 期，应为 63ns~91ns,测 量取值为第一个 零点与第三个零 点的时间差。
电容趋于最小值50pF
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1.1.3 标准人体模型
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 。