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。

5种ESD防护方法静电放电（ESD）理论研究的已经相当成熟，为了模拟分析静电事件，前人设计了很多静电放电模型。

常见的静电模型有：人体模型（HBM），带电器件模型，场感应模型，场增强模型，机器模型和电容耦合模型等。

芯片级一般用HBM做测试，而电子产品则用IEC 6 1000­4­2的放电模型做测试。

为对 ESD 的测试进行统一规范，在工业标准方面，欧共体的 IEC 61000­4­2 已建立起严格的瞬变冲击抑制标准；电子产品必须符合这一标准之后方能销往欧共体的各个成员国。

因此，大多数生产厂家都把 IEC 61000­4­2看作是 ESD 测试的事实标准。

我国的国家标准（GB/T 17626.2­1998）等同于I EC 6 1000­4­2。

大多是实验室用的静电发生器就是按 IEC 6 1000­4­2的标准，分为接触放电和空气放电。

静电发生器的模型如图 1。

放电头按接触放电和空气放电分尖头和圆头两种。

IEC 61000­4­2的 静电放电的波形如图2，可以看到静电放电主要电流是一个上升沿在1nS左右的一个上升沿，要消除这个上升沿要求ESD保护器件响应时间要小于这个时间。

静电放电的能量主要集中在几十MHz到500MHz，很多时候我们能从频谱上考虑，如滤波器滤除相应频带的能量来实现静电防护。

IEC 61000­4­2规定了几个试验等级，目前手机CTA测试执行得是3级，即接触放电6KV，空气放电8KV。

很多手机厂家内部执行更高的静电防护等级。

当集成电路（ IC ）经受静电放电（ ESD）时，放电回路的电阻通常都很小，无法限制放电电流。

例如将带静电的电缆插到电路接口上时，放电回路的电阻几乎为零，造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流，流入相应的 IC 管脚。

瞬间大电流会严重损伤 IC ，局部发热的热量甚至会融化硅片管芯。

各种静电防护措施,ESD的含义及三种型式仪表元器件按其种类不同，受静电破坏的程度也不一样，最低的100V的静电压也会对其造成破坏。

近年来随着仪表元件发展趋于集成化，因此要求相应的静电电压也在不断减弱。

人体平常所感应的静电电压在2-4KV以上，通常是由于人体的轻微动作或与绝缘物的磨擦而引起的。

也就是说，倘若我们日常生活中所带的静电电位与IC接触，那么几乎所有的IC都将被破坏，这种危险存在于任何没有采取静电防护措施的工作环境中。

静电对IC的破坏不仅体现在仪表元器件的制造工序当中，而且在IC的组装、远输等过程中都会对IC产生破坏。

要解决以上问题，可以采取以下各种静电防护措施：1、操作现场静电防护。

对静电敏感器件应在防静电的工作区域内操作;2、人体静电防护。

操作人员穿戴防静电工作服、手套、工鞋、工帽、手腕带;3、储存运输过程中静电防护。

静电敏感器件的储存和运输不能在有电荷的状态下进行。

要实现上述功能，基本做法是设法减少带电物的电压，达到设计要求的安全值以内。

即要求下式中的电荷(Q)与电阻(R)要小，表电容量(C)要大。

V=I.R Q=C.V 式中V：电压，Q：电荷量I：电流C：静电容量R：电阻当然电阻值也不是越低越好，特别是在大面积场所的防静电区域内必须考虑漏电等安全措施之后再进行材料的选取。

静电的防护一、接地接地就是直接将静电过一条线的连接泄放到大地，这是防静电措施中最直接最有效的，对于导体通常用接地的方法，如人工带防静电手腕带及工作台面接地等。

接地通过以下方法实施：①人体通过手腕带接地。

②人体通过防静电鞋(或鞋带)和防静电地板接地。

③工作台面接地。

ESD ：ESD 的相关种，下面介 1.HBM 该模型等效电路如2.MM 机器模型与人体模于机器模型于人体模型静Electrostat 关知识。

为介绍最常用M ：Human 型表征人体如下图。

图M ：Machine 模型的等效模型的差异型放电时没型。

电放电(tic Discharg 为了定量表征用的三种。

Body Mode 体带电接触器图中同时给出ES e Model ，机效电路与人体异较大，实际没有电阻，且ES ESD)最常ge ，即是静征ESD 特性el ，人体模器件放电，出了器件 H SD 人体模型机器模型：体模型相似际上机器的且储电电容SD机器模型常用的三静电放电，每性，一般将模型：Rb 为等效HBM 模型型等效电路似，但等效的储电电容变容大于人体模型等效电路三种模型每个从事硬ESD 转化成效人体电阻的ESD 等级路图及其ESD 电容(Cb)是变化较大，模式，同等路图及其ESD 及其防护硬件设计和生成模型表达方1.5k Ω，Cb 级。

D 等级200pF ，等但为了描述等电压对器件D 等级护设计生产的工程方式，ESD b 为等效人等效电阻为(述的统一，件的损害，程师都必须掌的模型有很人体电容100(Rb) 0，机器取 200pF 机器模式远掌握很多0pF 。

器模。

由远大3.CDM 半导体运输及存贮擦，就会使的器件通过器件的一般给出的 通过器较大，某些会比较低。

ESD 防ESD 防板防护设计还不能满足的ESD 直接 一般整计是在器件的。

ESD 是压限制、电M ：Charged 体器件主要贮过程中，使管壳带电过管脚与地的ESD 等级的是HBM 器件的ESD 些管脚的E 。

防护是一项防护设计可计可以提高足要求时，接加载到器整机、单板件不能满足是电荷放电电流限制、d Device Mo 要采用三种封由于管壳与电。

器件本身地接触时，发ESD 级一般按以上和MM 。

D 数据可以了SD 电压会特项系统工程，可分为单板防高单板ESD 水需要进行应器件，所以加板、接口的接足ESD 环境要电，具有电压高通滤波、odel ，充电封装型式(金与其它绝缘身作为电容发生对地放充电器件模上三种模型了解器件的特别低，一需要各个ESD 防护设计、水平，降低应用环境设加工环境的接触放电应要求的情况压高，持续、带通滤波电器件模型：金属、陶瓷缘材料(如包容器的一个极放电引起器件模型等效电型测试，大部的ESD 特性一般来说，高个环节实施全D 防护设计系统防护设低系统设计难设计防护设计的ESD 防护应达到±2000况下，通过衰续时间短的特波等方式实现：瓷、塑料)。

关于静电放电（ESD）原理以及其保护方法的详细分析一直想给大家讲讲ESD的理论，很经典。

但是由于理论性太强，任何理论都是一环套一环的，如果你不会画鸡蛋，注定了你就不会画大卫。

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。

我们今天要讨论的时候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)。

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（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。

三种ESD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防护是一项系统工程，需要各个环节实施全面的控制。

1.ESD模型ESD测试模型有很多种，目前比较常见的模型就有以下这些：人体模型人体金属模型机器模型带电器件模型家具模型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，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。

2，人体模型目前与我们公司产品相关的ESD模型，也只有人体模型，人体模型分为两种，他们的电路构造是相同的，不同的只是他们的载荷电容和放电电阻不同，他们是用于MIL-STD-883标准的人体模型，如下图：另外一种人体模型是用于IEC-61000-4-2的人体模型，如下图：3，MIL-STD-883的放电波形MIL-STD-883的测试包含从小于250V到大于8000V的许多等级，当然目前主要使用的是2000V和4000V。

他的电流波形如下：4，IEC-61000-4-2放电波形IEC-61000-4-2的测试分为Contact discharge和Air-gap discharge两种，他们的放电波形如下：6,IEC-61000-4-2和MIL-STD-883的主要不同MIL-STD-883是应用多年的美军标，目前许多的仪器设备仍在使用此标准进行静电测试。

而IEC-61000-4-2是IEC根据MIL-STD-883的应用情况和人体静电的发展情况而于最近颁发的静电测试标准；从其放电波形和参数上，我们能够看出：1）IEC-61000-4-2减小了放电模型的充电电阻和放电电阻，因此它的峰值放电电流远高于MIL-STD-883。

2）由于放电电阻的减小，其放电电流的上升时间常数大为减小，导致其放电瞬间电流上升速率加大了几十倍，这将对仪器造成更大的破坏。

由以上我们可以看出，IEC-61000-4-2相对与MIL-STD-883更为严苛，而大部分的IC对静电的防护等级为MIL-STD-883 2000V, 而我们的仪器和测试板往往要通过IEC-61000-4-2 8000V的测试，因此必须对输入输出端口进行良好的ESD防护，才可使内部的IC不被毁坏或损伤。

三种ESD模型及其防护设计作者：来源：时间：2008-02-29 08:02浏览量：2173ESD：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及PAD设计简介SUN Tong, 2006-4-9一、静电放电效应的模型1、人体模型（Human-Body Model，HBM）当带有静电的人体与集成电路管腿接触，储存于人体的电荷将转移到集成电路上，使其带电，或通过集成电路对地放电，这种ESD用人体放电模型（HBM）来描述。

该放电过程会在几百ns时间内产生数安培的瞬间放电电流，将集成电路内的器件烧毁。

对于一般集成电路，HBM放电电流的尖峰值通常在1.5 A左右。

2、机器模型（Machine Model，MM）集成电路在制造和使用过程中，机器（例如机械手臂）本身累积了静电，当此机器去接触到集成电路时，静电便经由管脚放电，这种ESD用机器模型（MM）来描述。

该放电过程会在几十ns时间内产生数安培的瞬间放电电流。

3、器件充电模型（Charged-Device Model，CDM）器件因磨擦或其他因素而在器件内部累积了静电，但在静电累积的过程中器件并未被损伤，当带有静电的器件管脚接触到地面时，器件内部的静电通过管腿对地放电，这种ESD 用器件充电模型（CDM）来描述。

该放电过程会在几ns时间内产生数安培的瞬间放电电流。

4、电场感应模型（Field-Induced Model，FIM）当器件处于静电场中，其内部将感应出电势差，此时，当某一管脚与地相碰时，器件就会对地放电，这称为电场感应模型（FIM）。

当将一个CMOS器件置于静电场中，其栅介质两侧就会感应出电势差。

如果电势差足够大，就可能使栅氧化层击穿。

这种模型的放电类似于CDM。

差别仅仅在于CDM的电荷是摩擦而来，而FIM的电荷是电场感应而来。

二、P AD设计注意事项一个好的片内保护电路应该能够抵抗多次ESD应力；还应该具有足够快的开启速度以及低的开启电阻，以保证在ESD事件发生时，能够快速将电压钳位，使相应被保护电路不受损伤。

此外，保护电路还应该具有独立性，在被保护电路工作时，保护电路应该是高阻状态，不影响内部被保护电路的正常工作。

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。

三种ESD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（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。

5种ESD防护方法静电放电（ESD）理论研究的已经相当成熟，为了模拟分析静电事件，前人设计了很多静电放电模型。

常见的静电模型有：人体模型（HBM），带电器件模型，场感应模型，场增强模型，机器模型和电容耦合模型等。

芯片级一般用HBM做测试，而电子产品则用IEC 6 1000­4­2的放电模型做测试。

为对 ESD 的测试进行统一规范，在工业标准方面，欧共体的 IEC 61000­4­2 已建立起严格的瞬变冲击抑制标准；电子产品必须符合这一标准之后方能销往欧共体的各个成员国。

因此，大多数生产厂家都把 IEC 61000­4­2看作是 ESD 测试的事实标准。

我国的国家标准（GB/T 17626.2­1998）等同于I EC 6 1000­4­2。

大多是实验室用的静电发生器就是按 IEC 6 1000­4­2的标准，分为接触放电和空气放电。

静电发生器的模型如图 1。

放电头按接触放电和空气放电分尖头和圆头两种。

IEC 61000­4­2的 静电放电的波形如图2，可以看到静电放电主要电流是一个上升沿在1nS左右的一个上升沿，要消除这个上升沿要求ESD保护器件响应时间要小于这个时间。

静电放电的能量主要集中在几十MHz到500MHz，很多时候我们能从频谱上考虑，如滤波器滤除相应频带的能量来实现静电防护。

IEC 61000­4­2规定了几个试验等级，目前手机CTA测试执行得是3级，即接触放电6KV，空气放电8KV。

很多手机厂家内部执行更高的静电防护等级。

当集成电路（ IC ）经受静电放电（ ESD）时，放电回路的电阻通常都很小，无法限制放电电流。

例如将带静电的电缆插到电路接口上时，放电回路的电阻几乎为零，造成高达数十安培的瞬间放电尖峰电流，流入相应的 IC 管脚。

瞬间大电流会严重损伤 IC ，局部发热的热量甚至会融化硅片管芯。

各种静电防护措施,ESD的含义及三种型式仪表元器件按其种类不同，受静电破坏的程度也不一样，最低的100V的静电压也会对其造成破坏。

近年来随着仪表元件发展趋于集成化，因此要求相应的静电电压也在不断减弱。

人体平常所感应的静电电压在2-4KV以上，通常是由于人体的轻微动作或与绝缘物的磨擦而引起的。

也就是说，倘若我们日常生活中所带的静电电位与IC接触，那么几乎所有的IC都将被破坏，这种危险存在于任何没有采取静电防护措施的工作环境中。

静电对IC的破坏不仅体现在仪表元器件的制造工序当中，而且在IC的组装、远输等过程中都会对IC产生破坏。

要解决以上问题，可以采取以下各种静电防护措施：1、操作现场静电防护。

对静电敏感器件应在防静电的工作区域内操作;2、人体静电防护。

操作人员穿戴防静电工作服、手套、工鞋、工帽、手腕带;3、储存运输过程中静电防护。

静电敏感器件的储存和运输不能在有电荷的状态下进行。

要实现上述功能，基本做法是设法减少带电物的电压，达到设计要求的安全值以内。

即要求下式中的电荷(Q)与电阻(R)要小，表电容量(C)要大。

V=I.R Q=C.V 式中V：电压，Q：电荷量I：电流C：静电容量R：电阻当然电阻值也不是越低越好，特别是在大面积场所的防静电区域内必须考虑漏电等安全措施之后再进行材料的选取。

静电的防护一、接地接地就是直接将静电过一条线的连接泄放到大地，这是防静电措施中最直接最有效的，对于导体通常用接地的方法，如人工带防静电手腕带及工作台面接地等。

接地通过以下方法实施：①人体通过手腕带接地。

②人体通过防静电鞋(或鞋带)和防静电地板接地。

③工作台面接地。

④测试仪器，工具夹，烙铁接地。

⑤防静电地板，地垫接地。

⑥防静电周转车，箱，架尽可能接地。

⑦防静电椅接地。

二、静电屏蔽静电敏感元件在储存或运输过程中会暴露于有静电的区域中，用静电屏蔽的方法可削弱外界静电对电子元件的影响，最通常的方法是用静电屏蔽袋和防静电周转箱作为保护。

常用的ESD保护方案引言ESD（Electrostatic Discharge，静电放电）是在两个物体之间发生电荷平衡的过程中，产生突发电流的现象。

ESD不仅会对电子设备产生瞬时的电压冲击，还可能引起电子设备的破坏、故障或降低其可靠性。

为了保护电子设备免受ESD的影响，需要采取适当的ESD保护方案。

本文将介绍几种常用的ESD保护方案，以帮助开发者选择适合自己产品的保护措施。

1. ESD保护器件ESD保护器件是最常见和最简单的ESD保护方案之一。

其工作原理是通过引入具有高电阻的元件来快速放电，从而使ESD电流得以释放，保护电子设备不受损坏。

常见的ESD保护器件包括二极管、MOSFET和TVS二极管。

•二极管：二极管是一种常见的ESD保护器件，其工作原理是在一定的电压范围内使电流流过。

具有良好的电流导通特性，并能承受ESD事件产生的高电压。

•MOSFET：MOSFET是一种半导体器件，具有良好的电压和电流控制能力。

在ESD事件发生时，MOSFET可以快速响应，引导电流流向接地，从而保护后端电路。

•TVS二极管：TVS（Transient Voltage Suppressor）二极管是一种专门用于抑制瞬变电压的保护器件。

TVS二极管具有快速响应和高耐压能力，可以有效地限制ESD电流和过电压。

选择合适的ESD保护器件需要根据设备的特点和应用环境来确定。

2. PCB布局设计PCB（Printed Circuit Board）布局设计是另一个重要的ESD保护方案。

通过合理的布局设计，可以减少ESD电流对电子设备的影响。

以下是一些常见的PCB布局设计技巧：•地线和电源线布局分离：将地线和电源线布局分开，避免ESD电流通过电源线传导到其他电路。

•引入电流传输阻隔：在PCB布局中引入电流传输阻隔，限制ESD电流的传播范围，减少对其他电路的影响。

•增加电压隔离区域：在PCB布局中增加电压隔离区域，将高压区域与低压区域分开，有效降低ESD事件对其他电路的干扰。