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。
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.
ESD放电模型
♦
--
♦
♦
♦
♦
--
BMM)
“
”
ESD
, --
IEC801-2(1984) IEC801-2(1991)
IEC1000-4-2 1995
GB17626.2 EN61000-2-4 ECMA
ISO10605E ISO10605E IEC61000-4-2 2001
/pF / Ω
/ns
150 150 5ns±30
r
铺
CB=Cs+Cg=253pF
♦ 1962 22
398pF
100 4000Ω
520 90
♦ 1976 Kirk V
C=270pF
10MΩ 1kΩ
RB
=
1000(I0 IP
−
Ip)
RB=87~190Ω
CB
=
RB
τ
+ 1000
CB=132~190pF
♦ Enoch-Shaw
♦
200V; 5 500pF 1
IC DUT
CDM ESDS
C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7
(V) <125 125~< 250 250<=500 500~<=1000 1000~<=1500 1500~<=2000 =>2000
“
”
环脱状
静电放电模拟器
环脱状 环脱状 环脱状
必电的z
静电放电模拟器
环脱状 环脱状
IEC61340-3-1
HBM ESDS
0 1A 1B 1C 2 3A 3B
(V) <250 250~<500 500~<1000 1000~<2000 2000~<4000 4000~<8000 ≥8000
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
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。
静电放电和静电放电模型
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。
静电放电(ESD)
静电放电（ESD）1. 静电放电模型为了定量地研究静电放电问题，必须建立ＥＳＤ模型。
人体静电是引起静电危害如火炸药和电火工品发生意外爆炸或静电损坏的最主要和最经常的因素，因此国内外对防静电放电控制要求都是以防人体静电为主，并建立了人体模型（Human Body Model - HBM），HMB是ESD模型中建立最早和最主要的模型之一。
除人体模型外，还有很多其它静电放电模型。
人体模型(HBM)家具ESD模型机器模型(MM)人体金属ＥＳＤ模型带电器件CDM模型其它静电放电模型2. 静电放电模拟器(ESD Simulator)或静电放电发生器(ESD Generator)静电放电发生器的基本要求静电放电发生器的选用静电放电发生器的研制过程EST802静电放电发生器我人体模型(HBM)人体静电是引起火炸药和电火工品发生意外爆炸的最主要和最经常的因素，因此国内外对电火工品的防静电危害要求都是以防人体静电为主，并建立了人体模型（Human Body Model - HBM），HMB是ESD模型中建立最早和最主要的模型之一。
人体能贮存一定的电荷，所以人体明显地存在电容。
人体也有电阻，这电阻依赖于人体肌肉的弹性、水份、接触电阻等因素。
大部分研究人员认为电容器串一电阻是较为合理的电气模型,见图3－1。
过去有许多研究试图确定典型人体的这些参数的适当取值。
通常把电容器串联一电阻作为人体模型。
早在1962年，美国国家矿务局[ ]测得22人次人体电容范围为95～398PF，平均电容值为240，100次试验测得手与手之间的平均电阻为4000Ω。
这些数据为建立了人体模型起了一个好的开端，做过一些修改之后，用在电子工业中建立早期的模拟电路。
Kirk等[ ]人测得人体电容值的范围为132－190PF。
人体电阻值为87－190Ω。
为了求得一致，美国海军[ ]1980年提出了一个电容值为100PF，电阻为1.5ｋΩ的所谓“标准人体模型”。
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。
静电放电类型和静电放电模型 ppt课件
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15
电晕放电
从电晕放电产生的电晕的形状来看，负电晕 是包围着放电尖端的均匀光晕圈，而正电晕则呈 现出非均匀的丝状。一般来讲，正电晕的起晕电 压要比负电晕的起晕电压高。
第2讲 静电放电和静电放电模型
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
PPT课件
1
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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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
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二、静电放电的特点
会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲
在ESD过程中会产生上升时间极快、持 续时间极短的初始大电流脉冲，并产生强烈 的 电 磁 辐 射 形 成 静 电 放 电 电 磁 脉 冲 （ ESD EMP），它的电磁能量往往会引起电子系统 中敏感部件的损坏、翻转，使某些装置中的 电火工品误爆，造成事故。目前ESD EMP已 受到人们的普遍重视，作为近场危害源，许
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。
静电放电的几种模式
静电放电的几种模式静电对电子产品的损害有多种形式，其中最常见、危害最大的是静电放电（ESD）。
带静电的物体与元器件有电接触时，静电会转移到元器件上或通过元器件放电；或者元器件本身带电，通过其它物体放电。
这两种过程都可能损伤元器件，损伤的程度与静电放电的模式有关。
实际过程中静电的来源有很多，放电的形式也有多种。
但通过对静电的主要来源以及实际发生的静电放电过程的研究认为，对元器件造成损伤的主要是三种模式，即带电人体的静电放电模式、带电机器的放电模式和充电器件的放电模式。
图1.3和1.4分别是人体放电和充电器件放电的实例图。
1.带电的人体的放电模式（HBM）由于人体会与各种物体间发生接触和磨擦，又与元器件接触，所以人体易带静电，也容易对元器件造成静电损伤。
普遍认为大部分元器件静电损伤是由人体静电造成的。
带静电的人体可以等效为图 1.5的等效电路，这个等效电路又称人体静电放电模型（Human Body Model）。
其中，Vp带静电的人体与地的电位差，Cp带静电的人体与地之间的电容量，一般为50-250pF；Rp人体与被放电体之间的电阻值，一般为102-105Ω人体与被放电体之间的放电有两种。
即接触放电和电弧放电。
接触放电时人体与被放电之间的电阻值是个恒定值。
电弧放电是在人体与被放电体之间有一定距离时，它们之间空间的电场强度大于其介质（如空气）的介电强度，介质电离产生电弧放电，暗场中可见弧光。
电弧放电的特点是在放电的初始阶段，因为空气是不良导体，放电通道的阻抗较高，放电电流较小；随着放电的进行，通道温度升高，引起局部电离，通道阻抗逐渐降低，电流增大，直至达到一个峰值；然后，随着人体静电能量的释放，电流逐渐减少，直至电弧消失.2.带电机器的放电模式机器因为摩擦或感应也会带电。
带电机器通过电子元器件放电也会造成损伤。
机器放电的模型（Machine Model）如图1.6所示。
与人体模式相比，机器没有电阻，电容则相对要大。
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击穿前 击穿后
二次击穿前后的TLP输出电压波形
击穿后 击穿前
二次击穿前后的TLP输出电流波形
电流IDUT/A
泄漏电流 雪崩阈值
保持 点
二次击穿点 触发点
泄漏电流
电压VDUT/V
NMOS ESD结构的TLP数据曲线实例
TLP测试是无破坏性的准确测试，这是由于TLP 测试具有易于控制而且短暂的持续时间。设计者在 调试和优化设计过程中，瞬态I-V曲线和泄漏电流信 息是很重要的。通过设置TLP参数，例如脉冲持续 时间和上升时间，可以保证测试模型结果的相关性。 例如持续时间为100ns，上升时间为10ns的TLP脉 冲与HBM模型相关。
面的电流波形有所区别，区别来源是由于小金属器件对空间
有3-10pF无感电容导致的，由此形成了双RLC人体静电放电
模型。电路如图所示：
பைடு நூலகம்RB
LB
RHA
LHA
放电端
CB
CHA
其中CB、RB、LB分别为人体电容、电阻及电感，CHA、RHA、 LHA分别为手、前臂及手持的小金属物件的电容、等效电阻及 电感。
IEC-1000-4-2和IEC61000-4-2人体-金属模型规定模型的电 网络为双RLC结构，模型参数为：CB =150pF±10%，RB =330Ω±10%，LB =0.04～0.2μH，CHA =3～10pF，RHA =20～200Ω,LHA =0.05～0.2μH。除此之外，标准也对模型 的放电电流波形作出了新的要求，即放电电压分别为2kV、 4kV、6kV、8kV时，用带宽不小于1GHz的测量系统测，放 电网络的放电电流波形应与标准中给出的参考波形相吻合。 标准中给出的波形如图所示。 我国在IEC61000-4-2基础上制定了GB/T17626.2-1998标准。
电容器的放电电流的峰值为I0 =V/1000，而人体放电电流的峰值 为IP =V/(1000+RB )，其中，RB 为人体等效电阻。
由此得到RB =(V-1000Ip )/Ip =1000(I0 -Ip )/Ip，测出I0与Ip 之 后，可通过上式得到RB 。通过计算人体放电电流波形的时间常数 τ，由τ/RB 可得到人体电容CB。根据这种测试方法，科克等得 到的人体参数：
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。
9.2 机器模型
9.2.1 模型概述 机器模型(Machine Model)，简称MM。用来模拟带电导体对电
一种固定阻抗TLP测试系统装置
TLP测试仪的等效电路
例子：电压方波脉冲的高度VTLP =VC/2，VC为充电 电压；电流值I=(VTLP -VDUT )/R；脉冲持续时间取决 于传输长度，t=2(L/c)，c为电缆中传播的相速度； 脉冲上升时间保持不变，取决于50Ω固定阻抗。逐 步增加TLP脉冲高度，获得受试器件过压时的I-V曲 线，通过查看第二个击穿点和直流泄漏雪崩阈值来 判定可能的ESD失效水平，TLP测试曲线如图所示。
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。
9.1.3 人体静电参数测定 1976年，科克(Kirk)等人提出代表性的测量方法。分别用高压
电流通过10MΩ的电阻，把被测人体和C=2700pF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1kΩ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。
IP2
20ns/div
MM ESD典型短路电流波形
IPR
I100
20ns/div
通过500Ω电阻放电的MM ESD典型电流波形
9.3 传输线脉冲(TLP)模型
HBM和MM的ESD测试模型具有相同特点，是模型测试方法 对器件都具有破坏性，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，而传输线脉冲 (TLP)技术能获得这方面的信息。
机器模型静电放电模拟器研制开发过程中，由于电 路很难做到足够低的电感，所以各种机器模型静电放 电模拟器的差别很大。比对元器件MM模型和HBM模 型测试结果表明，元器件对MM模型静电放电比HBM 模型静电放电更敏感。
9.2.2 国际电工委员会IEC标准（包括美ESD协会）： IEC61340-3-2规定了标准人体模型的电路参数，MM模型放电
其中电流上升时间应在5ns左右，两50%峰值电流的间隔时间 为30ns。另外，在放电电压为2kV时，放电峰值电流应达到 9A，在15kV时，应达到70A。
I×100
t/ns
IEC-801-2 （1984年版，带宽100MHz示波器）规定的放电电流波形
9.4.3 IEC的61000-4-2标准
随着测试仪器精度的提高，采用1GHz示波器测得波形和前
主要人体模型、机器模型、传输线模型和人体金属 模型的ESD测试模型，以及静电放电模拟器。
9.1 人体模型
9.1.1 人体模型概述 人体模型 (Human Body Model)，简称HBM，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，人们对人体静电及其放电过程研究的比较早，也比 较深入，人体模型也比其他模型建立的更早。
子器件发生的静电放电事件。机器模型也称日本模型。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。原理如图所示：
机器模型(MM)的电路配置与人体模型(HBM)相同， 不同的是MM包括200pF的放电电容以及阻值尽可能 低的放电电阻。MM模型可以看作是“最严酷”的人体 模型。
CB =132～190pF，RB =87～190Ω。
9.1.4 标准人体模型 （1）美军标：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的电容器串联1.5kΩ的电阻 作为标准人体ESD模型。1988年和1989年分别发布的美军标MILSTD-1686A和MIL-STD-883C中仍使用这一人体电气模型。
9.4.2 IEC的801-2标准 在1984年发布的静电放电测试标准IEC801-2中给出了人体-金
属模型。标准中规定模型的基本电网络为单RC结构，放电参数 R和C分别取150Ω和150pF。
除此之外，该标准还对放电网络的放电电流波形提出了要求， 当放电电压分别为2kV、4kV、8kV、15kV时，用带宽不低于 100MHz的测量系统，测得它对特定的低阻抗接地靶放电的电流 波形，应具有标准中所给出的典型波形的主要特点。
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，
Cg = ε0ε r A / t = 0.0885ε r A / t( pF )
I/Ip×100
t/ns
IEC61000-4-2 （1995年版，带宽1GHz示波器）规定的放电电流波形
总之，人体-金属放电过程包含高速、低速两种放电模式。 高速放电模式与手、前臂及手持小金属物件的“自由电容”相联 系，它产生的初始放电电流尖脉冲的上升速度很高，峰值很大， 可产生强烈的电磁脉冲。而且它速度高，持继时间短，往往使得 许多电子设备的ESD保护装置还没有来得及有动作便已侵入设 备，造成设备的损伤。因而也较难防护，不过由于与之相联系的 放电电容容量较小，其放电中释放的能量也较小，它造成的损伤 往往是软损伤或形成随机干扰。 低速放电模式则与人体电容相联系，在放电时释放的能量较 大，引起意外爆炸及电子器件、系统的硬损伤等等。 这两种放电模式各具特点，人体-金属放电模型应能全面地反映 出这两种不同的放电模式。人体-金属模型主要用于对系统的人体 静电敏感度的测试。
人体能储存一定的静电电量，因此人体明显地存在电容。人体 也有电阻，人体电阻依赖于人体肌肉的弹性、水份、接触电阻等 因素。其实人体也有电感，不过这一电感的量值仅为零点几个微 亨，在多数情况下可以不加考虑。
电容器串联电阻的人体电气模型，如何选取典型的人体电容和 电阻值却产生了很大的分歧。许多研究机构和研究人员为了确定 这些参数的量值进行了许多测试和计算。
在MIL-STD-883C中对ESD模拟器输出的放电电流波形作了规 定，模拟器通过另一阻值为1.5kΩ的无感电阻对地放电时，用带 宽为100MHz的示波器和特定的电流探头得到的放电电流波形应 与规定的波形相类似。
（2）国际电工委员会IEC标准（包括美ESD协会）： IEC61340-3-1规定了标准人体模型的电路参数，还规定了放电
TLP技术大量应用于ESD防护设计领域。TLP测试原理是用 一段传输线来产生易于控制的稳定方波，利用此方波对ESDS 受试设备进行过压试验。如图所示为一种固定阻抗TLP测试。
将传输线电缆预充电至特定电位，然后通过固定匹配电阻对 ESDS受试设备放电，固定匹配电阻由另一50Ω传输线电缆组成。 用示波器同时测量受试设备的瞬时电流和电压波形。每次ESD作 用后都测器件的直流泄漏电流。在TLP系统的等效电路中，用方 波源代替充电电容。衰减器用来吸收受试设备的反射信号。