静电放电和静电放电模型
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。
esd接受准则
esd接受准则
ESD（静电放电）接受准则通常基于产品的静电敏感性和相关的行业标准或规范。
以下是一些通用的ESD接受准则：
1. ESD敏感度等级：根据产品的静电敏感性等级，确定相应的ESD 控制要求和接受准则。
例如，对于静电敏感器件（ESDS），需要采取更严格的ESD控制措施，如使用防静电系统和防静电工作区等。
2. 静电放电模型：根据产品的实际应用场景和静电放电模型（如人体放电模型HBM、机器放电模型MM等），确定相应的ESD接受准则。
例如，对于需要直接接触放电的产品，需要确保在接触放电过程中不会产生超过产品所能承受的静电放电电压。
3. 测试方法和标准：使用标准的ESD测试方法（如接触放电、空气放电等）对产品进行测试，并根据相关标准（如IEC 61000-4-2等）确定接受准则。
测试过程中需要确保测试环境的温湿度、测试电压等参数符合标准要求。
4. 产品无损坏和性能无下降：经过ESD测试后，产品应无明显的物理损坏，且性能不应出现明显的下降。
对于某些关键性能指标，可能需要进行详细的测试和评估，以确保产品在ESD事件下的可靠性和稳定性。
需要注意的是，ESD接受准则可能因产品类型、应用场景和行业标准的不同而有所差异。
因此，在实际应用中，需要根据具体情况制定相应的ESD接受准则，并进行充分的测试和验证。
手机ESD静电放电模型和分析
情况 1： 孤立的金属片容易导致 ESD 问题，是因为金属片的等效导体面积大（特别是那种尖端多的金 属片），容易积聚电荷。当积聚足够多后就容易击穿空气转嫁到附近的敏感信号线或者元器 件上。所以金属片最好能够接地；条件不允许的，附件的电路和元器件要尽量用参考地平面 保护好（包围，覆盖，弄多一些尖端结构（如过孔），面积尽量大一些），以让金属片放电时， 能够把尽量多的电荷吸附过来。
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1
（下面，以图 1 中红色层为信号线为例子进行分析）
放电路径 1：即信号线与大地之间的通路，假设是由空气、手机外壳、其他不重要、人体、 ESD 实验室中的耦合板、桌子椅子等等等等的物体构成的。
放电路径 2：即参考地与大地之间的通路，假设是由空气、手机外壳、其他不重要、人体、 ESD 实验室中的耦合板、桌子椅子等等等等的物体构成的。
假设初始手机为电中性，现在使用静电枪分别促使 地平面/信号线 积累大量电荷 情况 1：静电枪打在地平面上 电荷直接从放电路径 2 跑掉，没有经过内部器件，必然不会造成影响。
情况 2：静电枪打在信号线上 电荷先通过放电路径 3，从信号线到达参考地平面，然后再从放电路径 2，到达大地。 由于由电路之间的各种电子元件、部分 PCB 构成的，如果这个放电路径 2 上有一些敏感的 元器件、信号线，就会对电路造成影响。 所以，如下图 2，在一些敏感的元器件和信号线上加 TVS 管，其实就是提供另外一条低阻抗 的放电路径 4，分走大部分通过放电路径 3 的电流，从而保护电路，并且同时钳住电压，防 止电压过高打坏器件。
静电放电(ESD)防护
静电放电（ESD）防护简述2015.9.30一、静电的产生静电放电是一种客观的自然现象，产生的方式有：摩擦起电、离子溅射（单一极性）、接触充电、感应或极化，及其他如：剥离，破裂，点解，压电，热电等。
人体自身的动作或其他物体的接触，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。
静电在多个领域造成严重危害，摩擦起电和人体静电是电子工业中的两大危害。
1、摩擦起电哪里有移动，哪里就有静电。
人的走动，物料周转，甚至是空气、水流动，都会产生摩擦静电。
当液体、固体和气体颗粒接触又分离，起电量受“接触紧密度”，“分离速度”，“摩擦运2、接触充电带电物体通过接触将电荷传导给未带电物体。
带电绝缘体仅能从较小面积释放电荷，而带电导体能释放大量电荷给另一导体。
二、静电放电模型因ESD产生的原因及其对集成电路放电的方式不同，经过统计，ESD放电模型分四类：人体放电模式、机器放电模式、组件充电模式、电场感应模式。
1、人体放电模式（Human-Body Model,HBM）人体放电模式（HBM）的ESD是指因人体在地上走动摩擦或其它因素在人体上已累积了静电，当此人去触碰到IC时，人体上的静电便会经由IC的脚（pin）而进入IC内，再经由IC放电到地去。
此放电的过程会在短到几百毫秒（ns）的时间内产生数安培的瞬间放电电流。
此电流会把IC内的组件给烧毁，对于一般商用IC的2-KV ESD放电电压而言，其瞬间放电电流的尖峰值大约是1.33A。
有关于HBM的ESD已有工业测试的标准，表是国际电子工业标准（EIA/JEDEC STANDARD）2、机器放电模式（Machine Model,MM）机器放电模式（MM）的ESD是指机器（例如机械手臂）本身累积了静电，当此机器去触碰到IC时，该静电便经由IC的pin放电。
因为机器是金属，其等效电阻为0欧姆，其等效电容为200pF。
由于机器放电模式的等效电阻为0，故其放电的过程更短，在几毫微秒到几十毫微秒之内会有数安培的瞬间放电电流产生。
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(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：。
emc静电测试标准
emc静电测试标准EMC（电磁兼容性）静电测试标准是评估电子产品或系统在静电放电（ESD）环境中的性能和可靠性的重要标准。
静电放电是指两个不同电位的物体相互接触或摩擦时，瞬间产生大量电荷的现象。
这些电荷可能会对电子设备产生干扰或损坏，因此进行静电测试是确保设备在真实环境中的稳定性和可靠性必不可少的环节。
一、静电放电模型在EMC静电测试中，通常采用人体模型（HBM）、机器模型（MM）和地模型（GM）三种静电放电模型来模拟不同情况下的静电放电。
1.人体模型（HBM）：模拟人类带电体与电子设备之间的放电。
在测试中，使用人体模型来模拟操作员、维修人员或其他与设备交互的人可能引起的静电放电。
2.机器模型（MM）：模拟机器或设备之间的放电。
例如，两个不同电位的电路板或电子部件之间的摩擦会产生静电放电。
机器模型用于评估设备在生产线或机器之间的静电放电风险。
3.地模型（GM）：模拟设备内部不同电路或组件之间的放电。
地模型主要用于评估设备内部不同部分之间的静电放电风险。
二、静电放电测试标准1.国际电工委员会（IEC）：IEC 61000-4-2是最常用的静电放电测试标准之一。
该标准规定了电子产品或系统在进行电磁兼容性测试时应遵循的静电放电抗扰度要求。
它包括三个等级的测试：Level 1、Level 2和Level 3，分别对应不同的电荷量等级。
2.美国联邦航空管理局（FAA）：FAA对航空设备的电磁兼容性有特殊要求，其中涉及静电放电测试。
FAA要求设备必须能够承受特定的静电放电等级，以确保其在飞机和其他航空器上的正常运行。
3.其他国家和地区标准：除了IEC和FAA，许多国家和地区都有自己的静电放电测试标准和要求。
例如，中国、欧洲电信标准协会（ETSI）和日本电信标准协会（JTS）等都制定了相应的静电放电测试标准。
三、静电放电测试方法在进行静电放电测试时，通常采用以下步骤：1.确定测试设备和条件：选择适当的测试设备，如静电发生器、示波器、电压表等，并设定适当的测试条件，如测试环境湿度、温度、气压等。
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。
静电放电建模与模拟课件.ppt
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。
2024/10/9
依 离那地与面肖的经高过 度计超算过可一得定当值一人时为电体，d压人的体V绝，缘之平后台分上别测的的让试人人人结体充体果参电也数和不相到电同差，很所 大以 。不同的研究者得到 电容趋于最小值50pF 容2器0通0过V，一经个过1K5欧秒的的电稳阻定对后地，放用继 1模电9型 容80之器年后串5月，联，发1.美5布千国了欧海D的军O电D司电放电1阻令6电 经 度，电容8作部6过 超器并 电 器标为在计 过把用 流 的准人广带算 一电 波 放，体泛电可 定流 形 电规E地得 值人探 ， 电S定D研当 时体头 通 流模了究人 ，对和 过 的型标，体 人电示 比 峰。准考容离 体波 较 值的美查器地 电器 人 来人国了面 容放采 体 确体E电的 趋电集 和 定SE子D高于，S协D行模会业型标中，准各用E种S1D人00体pFE的SD STM5.1-1999以及国际电人工最体委小放员值电会5参0标数p准F 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
双RLC
完整的ESD
放电电 容与人 体模型 的一样
仍取150pF， 而放电电阻比 人体的要小，
取500欧
标准中规定 模型为单RC 结构，放电 参数R和C分 别为150欧和
150pF
标准中的 参数为
C B=150pF 10% R B=330 10% L B = 0 .0 4 ～ 0 .2 H C HA = 3～ 10pF R HA = 20~200 L H A = 0 .0 5 ~ 0 .2 H
静电放电的损伤模式
静电放电（ESD）的损伤模型1．静电放电的损伤模型：ESD引起半导体器件损伤，使器件立即失效的几率约10％（短路、开路、无功能、参数不符合要求），而90％的器件则是引入潜在性损伤，损伤后电参数仍符合要求，但减弱了器件抗过电应力的能力，在使用现场容易出现早期失效。
根据ESD引起器件失效的三种途径，建立了三种等效的ESD模型，其中人体带电模型应用最广。
1．1人体带电模型（HBM）：HBM是根据带有静电的操作者在工作过程中与器件的管脚接触，将存储于人体的静电荷通过器件对地放电致使器件损坏而建立的，因此称为人体带电模型。
其等效电路如图：E．高压直流电源（0～5KV）Array R b。
人体等效电阻（1500Ω±1%）C b。
人体等效电容（100pF±10%）R s。
充电限流电阻（1～10MΩ）DUT.被试器件K．高压继电器若取Cb＝100pF，Rb＝1500Ω，如果人体所带静电电压为2KV，则储存的电能为：E＝1×2CbV2＝1×2×10e-12×10002（J）＝0.2mJ。
在放电过程中，这些能量约以十分只一微秒的时间通过人体和器件释放，并耗散在人体和器件电阻上。
在这样短的时间内，平均脉冲功率可达几千瓦。
人体带电模型可分为两种情况：1〕过电流的热效应模型（使用于双极型器件）：当带静电的人体接触器件并通过器件对地放电时，静电电流在PN结上必然产生焦耳热并引起结温升，结温升超过材料的本征温度，形成不稳定的热斑甚至产生热击穿，其平均温度约650～700℃。
核心温度可达到硅的熔点1415℃。
对PN结而言，正向放电时的耐击穿能量比反向放电时要大。
这是因为结与体电阻上能量消耗比例不同引起的。
在正向放电时，在体电阻上的能量消耗大，但它与结消耗相比功率密度要小，因此温度上升小。
在反向放电时，电流集中在结的边界部位，其功率密度大，温度上升也大。
2〕过电压的场击穿模型：当人体将静电荷传递给器件时，若器件对地无放电回路，器件上就会出现高压。
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。
ESD基础知识培训教材职员员工
5
课 第一章 什么是ESD?
第二章 常见的静电和静电放电现象。
程
第三章 静电放电对电子产品的破坏。
内
第四章 静电产生的途径和静电放电模型。
容
第五章 静电防护区域要求和防护设施检测 。
第六章 静电防护区域的职责和控制流程。
6
3.1 ESD对产品破坏的类型:
1.完全破坏:
元器件功能完全失效,介质层被击穿.引脚电阻呈现短路或 开路,电磁质性能反转.
2.上班时不要戴手饰,如介指,手镯,手链。 3.每天上班前测试静电手腕带和鞋(定期检查),开拉生产前检查自
己工位设备接地 ,操作时遵守静电防护操作要求规范。
30
Sea Star Corporation
公司使用的静电防护设施:
Sea Star
实益达
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9.个人防护设施的检测:
>>人体综合测试仪器界面介绍:
8
3.3 静电敏感器件的敏感电压．
项次
器件种类
ESD敏感电压 (HBM)
1 读写磁头(TMR);离散型场效应晶体管(V MOS) 30-1200V
2
晶体闸流管(SCR)
68-1000V
3
微波器件(肖特基二极管,点触二极管等)
100-300V
4 集成电路(ICs);结型场效应晶体管(JEETs) 140-700V
ESD包装适合性 外层结构 外层结构
适合紧密接触层
不适合
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- 不同区域对包装材料要求:
防静电特性
参数
低带电
<±100V
表面
≥1X103 ohms
导电性耗散性 <1X1011 ohms
ESD基础知识
静电放电模式和模型:
(1)人体模型（HBM）:
人体由于活动而带有静电.这电荷通过手指或其它部位向接地的器件放电.
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静电放电模式和模型:
(2) 机器模型（MM）:许多金属设备或夹具，当带上静电并靠近组件时，会 发生设备与组件之间的快速放电，机械模型表现出来的特征为低压高流，会 直接烧坏组件本身.
防静电包装材料的种类： １）静电屏蔽材料
可防止元件遭受外界的静电场破坏的一种防护屏障． 表面电阻率小于１x104 Ω/□的材料.
２）抗静电材料
用于预防/阻止静电荷产生的材料。
３）静电消散性材料
材料具备一定的导电率以便使静电荷被耗散掉， 但导电率又没大到产生危害性电冲击的程度. 表面电阻率1x105-1x1011Ω/□的材料
4. 将所有桌皮接地点安装在操作人员对面边
上角或右上角.
图2 图3
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静电放电控制的方法---接地
人员接地
对于坐着操作人员必须带手链，而站立操作人员可以通过手链系 统接地，也可以通过静电鞋-静电地板接地系统接地。两者都符合标准 ，只是实施时的具体要求有差异。 系统建立的要求和检验标准如下表所示：
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5
什么是静电放电?(Electrostatic Discharge, ESD)
定义： 处于不同静电电位的两个物体间的静电电荷的转移.
6
静电及静电的产生
静电产生的根本：质子和电子的不平衡。 当两个不同的物体相互接触时就会使得一个物体失去一些电荷如电子 转移到另一个物体使其带正电，而另一个物体得到一些剩余电子而带 负电。若在分离的过程中电荷难以中和，电荷就会积累使物体带上静 电。
44
Thank you
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静电放电的基本模型
静电放电1.静电放电模型要完全理解静电放电（E电弧D）事件，必须首先了解静电放电产生的原因。
本章对静电放电进行详细的论述。
为了使解说更具体，以在地毯上行走的人打仗电气设备为实例。
本例中的设备是盘算机的键盘（因为键盘是操纵员最频繁打仗的）。
但一定要记取，这里介绍的静电放电历程适合于其它任何场合。
首先我们假设人体是不带电的，然后讨论人体充电的历程。
当人在地毯上行走时，鞋跟会与地毯碰撞打仗。
这时，电荷会在地毯和鞋之间移动，具体移动偏向取决于鞋子和地毯质料的分子结构。
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。
实际上，很难确定一个能够用实验重复的精确序列。
有时人造织物会从橡胶吸引电子，而有时相反。
这通常用物质外貌不纯来解释。
因此，在实际中很难预见鞋子是带正电照旧负电。
但有一点是肯定的，就是鞋子上会带电，而地毯上的脚迹上会带相反的电荷。
当人在地毯上行走时，鞋子上的电荷越来越多，直到鞋子存不下为止。
与充电历程相反的历程是回放电流。
大部分回放电流流过鞋子和地毯，一小部分流过空气。
较高的湿度会低落介质的电阻，增加回放电流。
这意味着鞋子的充电会到达一个平衡点，在平衡点，充电电流便是回放电流。
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。
不要忘记，另有人体这样一个导体存在。
鞋跟上的静电荷会产生一个静电场，在这个静电场的作用下，脚跟处会感到出极性相反的电荷，于是人体上的电荷要重新漫衍。
人体组织，除了皮肤以外，是十分良好的导体，因此在人体的其它部分会产生与脚上电荷极性相反的电荷。
例如，假设鞋追随地毯吸引电子，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，甚至产生辉光放电。
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，气体中的自由电子或离子将得到足够的能量，撞击其它原子和分子，产生更多的自由电子和离子，形成导电气体。
ESD培训教材(新)
软接地(SOFT GROUND)
藉由一电阻(一般为1MΩ)来限制从可评估的电压源
而来的电流在5mA以下,来隔离一硬接地的任何点
等位结合,分路 (EQUIPOTENTIAL BONDING,SHUNTING):
一零件或装配品的零件脚和端子连接在一起后,
通过一低阻抗, 可大大地降低静电放电的损害
高传导材料(BULK CONDUCTIVE MATERIAL):
元件带电模型(Charaged Device Model,CDM) Discharge from the Device ＜125V
(Human Body Model,HBM)
模拟由站立人体之手指尖端放 电至元件的现象
(Machine Model,MM)
70年代,日本人认为HBM不足以代 表worst-case而提出,适用于自 动组装环境 MM的电容值较HBM大,因此MM储存 的电荷较多 R很小因此电流较大,速度较快
例
A. 剥离塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起 电 B. 脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。 C. 摩擦起电是一种接触又分离的造成正负电荷不平 衡的过程。实质上是接触分离起电。
2. 感应起电
当带电物体接近不带电物体时会在不带电的导体的两 端分别感应出负电和正电
A
B
C
3. 热电和压电起电、喷射起电等
ESD知识介绍
培训讲师——雷治泽
温州长江汽车电子有限公司
静电防护方针：可靠接地 、有效屏蔽、安全中和， 定期监测和维护是静电释 放永久的保障。
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序 言
(ELECTROSTATIC DISCHARGE)
静电：对于我们来说是一种常见的现象，然而 对电子产品而言，ESD往往是致命的——它可能 导致元器件内部线路受损，直接影响产品的正 常使用寿命，甚至造成产品的损坏。因此，ESD 防护一直以来都是电子产品的重点工作
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静电放电和静电放电模型♦静电放电的特点♦静电放电的类型♦静电放电模型♦静电放电模拟器♦静电放电产生的辐射场静电放电的特点♦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。
♦静电放电是高电位，强电场，瞬时大电流的过程。
♦静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲（EMP）。
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，当静电电位足够高时可引发电晕放电，形成的电磁干扰会对飞机、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。
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。
♦在发生静电火花放电时，静电能量瞬时集中释放，其引燃、引爆能力较强。
另外静电火花放电产生的放电电流及电磁脉冲具有较大的破坏力，它可对一些敏感的电子器件和设备造成危害。
刷形放电（brush discharge）♦刷形放电电往往发生在导体与带电绝缘体之间，带电绝缘体可以是固体、气体或低电导率的液体。
♦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。
♦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。
刷形放电♦当绝缘体相对导体为正电位时，在绝缘体上产生的放电区域为均匀的圆状，放电面积比较小，释放的能量也比较少。
而当绝缘体相对于导体为负电位时，在绝缘体上产生的放电区域是不规则的星状区域，区域面积比较大，释放的能量也较多。
♦刷形放电还与参与放电的导体的线度及绝缘体的表面积的大小有关，在一定范围内，导体线度越大，绝缘体的带电面积越大，刷形放电释放的能量也就越大。
♦刷形放电释放的能量可高达4mJ，因此它可引燃、引爆大多数的可燃气体。
但它一般不会引起粉体的爆炸。
沿面放电♦沿面放电又称传播型刷形放电，旧称利登彼格(Lichtenberg)放电。
♦只有当绝缘体的表面电荷密度大于2.7×10-4 C/m2时才可能发生。
但在常温、常压下，如此高的面电荷密度较难出现，因为在空气中单极性绝缘体表面电荷密度的极限值约为2.7×10-5C/m2，超过时就会使空气电离，只有当绝缘体两侧带有不同极性的电荷且其厚度小于8mm 时，才有可能出现这样高的表面电荷密度，此时绝缘体内部电场很强，而在空气中则较弱。
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。
静电放电模型静电放电是一个复杂多变的过程，常常使得研究者难以捉摸。
再加上静电放电有许多不同的放电形式，能产生静电放电的静电源多种多样，而且同一静电源对不同的物体放电时产生的结果也是不一样的，即使同一静电源对同一物体放电，也会受气候、环境等条件的影响，难以得到具有重复性的放电结果。
由于静电放电的这种多变性，使得难以有效地对ESD的危害及其效应进行正确的评估。
针对这一问题，人们对实际中各种可能产生具有危害的静电放电的静电源进行了深入的研究，根据其主要特点建立了相应的静电放电模型。
人体静电参数的计算♦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Cg很容易被计算出：Cg=εrε0A/t=0.0885εr A/t (pF)其中εr为鞋底的相对电容率。
A为两个鞋底的总面积，单位取cm2,t为鞋底的厚度，单位为cm。
人体静电参数的计算♦计算C s 时需把人体等效为形状较为规则的导体，如柱形、十字形或球形等等，其中取常用的是球形，球的半径一般取人体身高的一半。
这样可得到：C S =4πε0r =0.55H (pF)♦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360cm 2，鞋底厚度t 为1cm ，鞋底的相对电容率εr =5，则C g =158pF 。
C B =C s +C g =253pF人体静电参数的测量♦1962年，美国国家矿务局在其公告520中报导，通过对22个不同的人进行测试，电容值在90～398pF之间，而100个不同的人两手之间的电阻的平均值为4000Ω。
♦1976年Kirk 等人分别用高压电源通过10M Ω的电阻把被测人体和C=270pF 的电容器充电到某一电压V ，之后分别让人体和电容器通过一个1k Ω的电阻对地放电，并用电流探头和示波器采集放电电流波形，通过比较人体和电容器的放电电流的峰值来确定人体放电参数。
人体静电参数的测量P p B I I I )(1000R 0−=1000C +=B B R τ结果：R B =87~190ΩC B =132~190pF人体静电电容和放电电阻测量（Kirk）人体静电参数的测量♦Enoch-Shaw通过测试得到的人体电容随人体脚底离铺有地毯的水泥地面的高度d变化的曲线。
♦测量方法：①把赤脚站在地面上高度为d的绝缘平台上的人充电到200V;②经过5秒钟的稳定后，用继电器把带电人体对电容为500pF的电容器放电；③经过1秒钟后测出500 pF的电容器上的电压，再经过计算可得到人体电容。
101001000405060708090100110120130H u m a n b o d y c a p a c i t a n c e s / p F distance above concrete floor / mm人体电容与离地高度关系测量结果（Enoch-Shaw)ESD 标准组织♦ESDA (Electrostatic Discharge Association),♦AEC(Automotive Electronics Council),♦EIA/JEDEC (Electronic Industries Alliance / Joint Electron Device Engineering Council) ♦MIL-STD (US Military Standard).♦IEC (International Electrotechnical Commission)ESD 标准♦HBM (Human Body Model)♦BMM(Body-Metal Model）♦MM (Machine Model)♦CDM(non-socketedCharged-Device Model, Field Induced Model, or Direct Charge Model)♦SDM (Socket Device Model, or Socketed Discharge Model).人体模型（HBM）♦主要模拟带电人体对电子器件、火工品等放电时，人体作为危险静电源的参数。
♦不同行业规定的参数不同。
例如电子行业中，通常用C=100pF, R＝1500Ω来模拟人体静电参数。
A real case of human-body-model (HBM)ESD stress on a packaged IC.A real case of human-body-model (HBM)ESD stress on a packaged IC.人体模型（HBM ）电子器件1502~10ns 1500100IEC61340-3-1电子器件分立器件集成电路150<10ns 1500100MIL-STD-883EGJB128A-97GJB548A-96火工品适用范围25005000500MIL-STD-1512GJB736.11-90时间常数/ns 上升沿/ns 电阻/ Ω电容/pF 标准The equivalent circuit of the HBM ESD event with R1= 1500ohm and C1= 100pF.MIL-STD-883E GBJ128A-97 GBJ548A-96短路电流波形MIL-STD-883E GBJ128A-97IEC61340-3-1Methods for simulation of electrostatic effectHuman body model (HBM)Component testingTypical current waveform through a shorting wire ( t r)IEC61340-3-1Typical current waveform through a shorting wire ( t d )IEC61340-3-1Typical current waveform through a 500ΩresistorIEC61340-3-1Typical current waveform through a 500ΩresistorIEC61340-3-1HBM ESDS 元器件敏感度分类敏感类别电压范围(V)0<2501A250~<5001B500~<10001C1000~<200022000~<40003A4000~<80003B≥8000机器模型（MM）机器模型的基本电路模型是，200pF的电容不经过电阻直接对器件进行静电放电。
机器模型模拟导体带电后对器件的作用，如在自动装配线上的元器件遭受带电金属构件对器件的静电放电，也可模拟带电的工具和测试夹具等对器件的作用。