静电放电(ESD)
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ESD是什么意思?ESD是代表英文ElectroStatic Discharge即"静电放电"的意思。
ESD是本世纪中期以来形成的以研究静电的产生与衰减、静电放电模型、静电放电效应如电流热(火花)效应(如静电引起的着火与爆炸)及和电磁效应(如电磁干扰)等的学科。
近年来随着科学技术的飞速发展、微电子技术的广泛应用及电磁环境越来越复杂,对静电放电的电磁场效应如电磁干扰(EMI)及电磁兼容性(EMC)问题越来越重视。
静电是怎样产生的?答:物质都是由分子组成,分子是由原子组成,原子中有带负电的电子和带正电荷的质子组成。
在正常状况下,一个原子的质子数与电子数量相同,正负平衡,所以对外表现出不带电的现象。
但是电子环绕于原子核周围,一经外力即脱离轨道,离开原来的原子儿而侵入其他的原子B,A原子因缺少电子数而带有正电现象,称为阳离子、B原子因增加电子数而呈带负电现象,称为阴离子。
(如图所示) 造成不平衡电子分布的原因即是电子受外力而脱离轨道,这个外力包含各种能量(如动能、位能、热能、化学能……等)在日常生活中,任何两个不同材质的物体接触后再分离,即可产生静电。
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,而另一个体得到一些剩余电子的物体而带负电。
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。
所以物体与其它物体接触后分离就会带上静电。
通常在从一个物体上剥离一张塑料薄膜时就是一种典型的“接触分离”起电,在日常生活中脱衣服产生的静电也是“接触分离”起电。
固体、液体甚至气体都会因接触分离而带上静电。
为什么气体也会产生静电呢?因为气体也是由分子、原子组成,当空气流动时分子、原子也会发生“接触分离”而起电。
所以在我们的周围环境甚至我们的身上都会带有不同程度的静电,当静电积累到一定程度时就会发生放电。
我们都知道摩擦起电而很少听说接触起电。
实质上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。
ESD培训ESD培训是为了提高员工对静电的认识和理解,从而避免静电带来的危害和损失。
ESD(Electrostatic Discharge)即静电放电,是由于物体的静电积累引起的短暂放电现象。
静电放电不仅对设备和产品造成损害,还可能损害人体健康。
在进行ESD培训之前,首先需要了解静电的基本原理和形成原因。
静电是指物质表面或体积存在的正负电荷不平衡现象,当物体与其他物体或人接触时,容易引起电荷的转移和放电。
在工作环境中,静电容易通过人体或其他导电材料传递,引发静电放电现象。
静电放电可能导致的危害和损失主要有以下几个方面:1. 产品损坏:静电放电可能对电子设备、集成电路等敏感器件造成永久性损坏或减少使用寿命。
2. 数据丢失:静电放电可能导致存储介质(如磁盘、芯片等)的数据丢失或损坏。
3. 火灾和爆炸:在一些高粉尘、易燃气体的环境中,静电放电可能引发火灾和爆炸。
4. 人身伤害:静电放电可能对人体带来不适感,甚至引起危险的触电事故。
为了避免这些危害和损失,需要进行ESD培训,使员工掌握以下几点:1. 静电的形成和传递原理:员工需要了解静电是如何形成的,以及在工作环境中如何传递和放电。
2. 静电防护措施:员工需要学习如何正确使用防静电设备和工具,如防静电手套、防静电地垫等,以保护产品和设备。
3. 防止静电积累:员工需要了解如何避免静电积累,如避免使用衣物和地板产生静电、定期清洁工作环境等。
4. 防静电工作流程:员工应该掌握防静电工作流程,如在进行特定操作前进行地面和人体的静电放电、使用防静电包装材料等。
5. 静电放电事件处理:员工需要学习如何处理静电放电事件,如及时报告和记录、进行设备检查和维护等。
除了以上知识点,ESD培训还应包括实际操作演练和现场观摩。
通过模拟真实工作场景,让员工亲身体验和感受静电的危害和影响,提高他们的警觉性和应对能力。
在ESD培训中,培训师应该采用多种教学方法,如讲解、示范、案例分析、小组讨论等,以增强员工的学习兴趣和参与度。
ESD控制的原理和方法ESD(Electrostatic Discharge,静电放电)控制是一种防止静电放电对电子设备产生损害的技术措施。
静电放电是指由于静电的积累导致的短暂电流的释放,它可以对电子设备的敏感元件和集成电路产生损坏。
ESD控制的原理和方法主要包括三个方面:静电的生成和积累的控制、静电放电路径的控制和人体静电的控制。
首先,静电的生成和积累的控制是ESD控制的基础。
静电的生成和积累主要是因为电荷的不平衡。
为了控制静电的产生和积累,可以采取以下措施:1.使用抗静电材料:选择具有良好导电性或抗静电性的材料,以减少或消除静电的积累。
2.控制湿度:适当的湿度可以减少静电的生成和积累。
维持适宜的湿度水平可以通过空气加湿以及使用抗静电处理的地板和工作台面等。
3.控制温度:控制室内的温度在适宜的范围内,避免过高或过低的温度,减少静电的生成和积累。
4.接地:对工作区域和设备进行良好的接地,这有助于将静电释放到地面,从而减少静电的积累。
其次,静电放电路径的控制也是ESD控制的重要方面。
静电放电路径可以通过以下措施来控制:1.使用良好的接地和防静电设备:拥有良好的接地和使用防静电设备,可以将静电放电路径导向地面,从而减少对敏感元件和集成电路的损害。
2.使用静电垫和静电脚垫:将静电垫和静电脚垫放置在工作台面和地面上,可以提供良好的接地路径,避免静电放电对设备的损坏。
3.控制设备的连接:确保设备的连接良好,并使用屏蔽线缆和连接器,以减少静电放电的可能性。
最后,人体静电的控制也是ESD控制的重要部分。
人体静电是由于人体带电而引起的静电放电,主要通过以下方式来控制:1.使用防静电服装:穿戴防静电服装可以减少人体带电的可能性,减少静电放电的风险。
2.使用防静电鞋:使用防静电鞋可以使人体和地面之间保持良好的接地,减少人体静电的产生和放电。
3.手部防静电措施:使用防静电手套、手腕带等措施来减少手部带电和静电放电。
综上所述,ESD控制的原理和方法主要包括控制静电的生成和积累、控制静电放电路径以及人体静电的控制。
esd放电方式
ESD(Electrostatic Discharge,静电放电)是一种常见的现象,指的是当两个物体之间存在电荷差异时,电荷会从一个物体传递到另一个物体,引发突然放电。
这种放电现象不仅会对电子设备、电路板等产生损害,还可能对人体造成危害。
ESD放电方式多种多样,其中一种常见的方式是通过接触放电。
当人体或其他物体与带有电荷的物体接触时,电荷会通过接触面的微小间隙传递,产生放电现象。
这种接触放电可能是由于人体与带有静电的物体接触,也可能是由于物体之间的接触引起的。
除了接触放电外,还有空气放电这种方式。
当两个带有电荷的物体之间的电场强度达到一定程度时,空气会发生击穿现象,产生电弧放电。
这种放电方式常见于雷电等大气电荷之间的放电,而在日常生活中,也可能发生类似的现象,比如在干燥的天气中,人们脱衣服时可能会听到轻微的电火花声。
还有电感耦合放电和电容耦合放电等方式。
这些方式是由于电感或电容等元件的特性引起的放电现象。
在电子设备中,这种放电方式可能会对敏感的电子元件产生破坏性的影响,因此需要采取相应的防护措施。
为了避免ESD对电子设备和人体造成的危害,人们通常会采取一些防护措施。
比如在电子生产线上,使用防静电地板、防静电手套等
防护设备;在日常生活中,避免穿着带有静电的衣物,定期清洁电子设备等。
ESD放电方式多样,每种方式都有其特点和危害性。
了解不同的放电方式,并采取相应的防护措施,可以有效减少ESD对电子设备和人体的损害。
希望通过对ESD的了解,人们能更加重视静电现象,提高防护意识,保护好自己和周围的电子设备。
ESD测试原理什么是ESD?ESD(Electrostatic Discharge,静电放电)是指由于静电的积累而产生的瞬时放电现象。
静电放电可以造成电子元器件和设备的破坏,导致设备的故障甚至损坏。
为了确保电子设备的可靠性和稳定性,需要对设备进行ESD测试。
ESD测试的目的ESD测试的目的是评估电子设备的抗静电能力,判断设备在实际使用中是否能够抵御静电放电的影响,以保证设备的可靠性和稳定性。
ESD测试的基本原理ESD测试的基本原理是模拟人体静电放电,通过将电荷从模拟人体传递到被测试设备上,观察设备的反应和损坏情况,以评估设备的抗静电能力。
1. ESD测试的标准ESD测试通常按照国际电工委员会(IEC)和美国国家标准与技术研究院(NIST)等制定的标准进行。
常用的ESD测试标准有IEC 61000-4-2、MIL-STD-883和ANSI/ESD S20.20等。
2. ESD测试的测试方法ESD测试可以使用不同的测试方法,常见的测试方法包括人体模型(HBM)测试、机器模型(MM)测试和直接接触(CD)测试。
•人体模型(HBM)测试:模拟人体静电放电,将电荷通过一个标准的电阻放电到被测试设备上。
该测试方法适用于评估设备在实际使用中受到人体静电放电影响时的抗静电能力。
•机器模型(MM)测试:模拟机器设备静电放电,将电荷通过一个电容放电到被测试设备上。
该测试方法适用于评估设备在实际使用中受到机器设备静电放电影响时的抗静电能力。
•直接接触(CD)测试:模拟设备之间的直接接触静电放电,将电荷通过一个电容放电到被测试设备上。
该测试方法适用于评估设备在实际使用中受到其他设备直接接触静电放电影响时的抗静电能力。
3. ESD测试的测试参数ESD测试中常用的测试参数包括放电电压、放电能量和放电波形。
•放电电压:表示静电放电时电压的峰值。
根据不同的测试标准和测试方法,放电电压可以设置为不同的值,常见的放电电压有±2kV、±4kV和±8kV等。
esd的名词解释意思是静电放电
ESD 是 Electrostatic Discharge 的缩写,中文名称为“静电放电”。
它是指两个物体之间由于静电场的存在而产生的电荷转移现象。
当两个物体之间的静电势差足够大时,会发生放电现象,即电荷从一个物体转移到另一个物体,这种放电可能会导致电路中的元器件损坏、数据丢失或系统故障等问题。
ESD 是电子行业中常见的问题,因为电子元器件对静电非常敏感。
为了减少 ESD 对电子设备的影响,通常采取以下措施:
1. 使用防静电材料:例如使用防静电地板、防静电工作台、防静电手套等。
2. 接地:将设备接地可以将静电荷引入地面,从而减少 ESD 的风险。
3. 控制环境湿度:干燥的环境容易产生静电,因此适当增加环境湿度可以减少 ESD 的风险。
4. 员工培训:对员工进行 ESD 知识培训,让他们了解如何避免 ESD 的产生和如何处理 ESD 问题。
总之,ESD 是电子行业中需要重视的问题,采取适当的措施可以减少 ESD 对电子设备的影响。
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”。
这一标准得到广泛采用,但在后来也遇到一些问题。
国电压最高电压(120kV)的静电放电模拟器研制成功 2001-06-30家具ESD模型在人们的生活和生产过程中,除人体ESD模型外,家具ESD模型也是最为常见的ESD模型。
最早研究家具模型的是IBM公司的Calcayecchio[[i]]。
Maas[[ii]]等人还把家具模型与人体/手指模型和手/金属模型进行了比较。
家具模型是代表与地绝缘的金属椅子、手推车、工具箱等家具ESD的放电模型。
早期的主要研究是测量典型家具的电容和放电电流。
其电容大约在几十至135PF 左右。
家具放电的主要特点是低的阻抗(15-75Ω),串联电感大约在0.2-0.4μH, 因此这导致欠阻尼振荡。
对于2000V的放电,其电流波形上升时间大约在1-8nS之间,半周期(第一个峰值电流与第一个反相峰值电流之间)在10-18nS。
放电能产生非常大的电流。
图3-20给出了当家具电容C=80pF, 放电电阻R=50Ω,电感 L=0.3μH,放电电压 V0=2kV时数值计算的家具模型ESD电流波形。
从图3-20可见,家具模型ESD波形为欠阻尼振荡波形,持续时间约为50nS。
H, V0=2kV C=80pF, R=50Ω, L=0.3数值计算家具模型ESD电流波形(LRC-14)机器模型(MM)机器模型因在日本得到广泛应用,也叫日本模型。
与家具模型不同的是它主要由200pf电容串非常低的电阻(<10Ω)代替通常串联的电阻构成。
机器模型的典型代表如带电绝缘的机器人手臂、车辆、绝缘导体等。
机器模型放电的波形与预料的家具模型波形相似,不同的是带电电容较大。
典型的机器模型对小电阻(<10Ω)放电的波形, 峰值电流可达几百安培,持续时间(决定于放电通路的电感)为几百纳秒。
图3-21 C=200pF, R=5Ω, L=0.3 H, V0=4kV时数值计算机器模型ESD电流波形(LRC-15)机器ESD模型电流波形见图3-21。
图3-21是电容为200PF, 电压为4kV,回路电感为300nH时机器ESD模型放电电流波形,其峰值电流达近百安培,持续时间为400nS。
图3-22是电感为30nH,其它条件与图3-21相同时数值计算的机器ESD模型放电电流波形,其电流峰值近240安培,持续时间约为40nS。
比较这两数值计算的结果可知,当电感从300nH减为30nH,而电容、电压、电阻不变时,电流峰值从近百安增加到约250安。
持续时间由400nS减为40ns左右。
对于机器模型,电感越小,电流峰值越大,持续时间越短。
人体金属ESD模型(场增强ESD模型)场增强模型或人体金属模型是用来描述人体通过手握金属工具如镊子等的放电模型。
由于静电场集中在工具的最尖处,所以有效放电电阻减小。
Hyatt[[i]]等人描述的这种模型电阻为350Ω~500Ω,电容与人体模型的电容相等。
由于时间常数正比于电阻,其主要的区别在于这种模型的低电阻引起的放电电流上升和下降时间较快。
场增强ESD模型电流波形见图3-23。
带电器件CDM模型1974年Speakman[[i]]提出了因器件本身积累静电而迅速放电造成元件,如一个集成电路损坏的可能性。
这类失效从此称为带电器件失效模型。
例如从非防静电的包装袋内取出集成电路并把它放在导电平面时发生的ESD。
由于带电器件模型在装配与测试中成为主要的失效模型,所以这种模型在1980年进行了许多论述。
试验结果表明,通过模拟双列式封装(DIP)管的处理产生的摩擦起电导致大部分静电积累在引线上。
管脚上电荷的典型值为3nC,塑料包装上的电荷小于0.2nC 。
这表明大部分电荷就象在导体上一样可以移动。
通常情况下,器件为集成电路、混合器件或其它对地有电容的组件。
带电器件模型如图3-24(a)所示。
CD 是器件对地电容,RD是芯片消耗瞬时能量呈显的电阻。
LD是引线的电感。
对地放电通路也包含相似的元件,如图3-24 (b)所示。
RP是通路对地的电阻,CP 是对地电容,LP是对地的任何电感。
在许多实际条件下,很小可忽略。
由于RP 很小或者足够大的CP使得通路对地阻抗很低。
其放电上升时间小于1nS, 持续时间小于10纳秒场感应ESD模型器件、组件或绝缘导体上因静电场感应会造成ESD损坏。
放电后留在敏感部件上极性相反的电荷在离开外电场后又有可能存在放电的双重危险。
即当这部件在以后接地时存在着第二次ESD事件的可能性。
要注意的是所谓的场感应模型除电场的作用之外,还必须有放电才能造成危害。
所以“场感应/放电”这个术语更能准确地描述这种模型。
电容耦合ESD模型McAteer[[i]]描述了几个与前述所有模型不同的失效模型—电容耦合模型(CCM)。
这种模型以电容耦合的带电源到敏感器件节点的ESD失效。
这种模型的电路有几种形式:(a)人体电容耦合模型,(b)人体金属电容耦合模型,(c)带电器件电容耦合模型(与场感应电容耦合模型相同)。
(d)机器模型电容耦模型。
这几种CCM的重要性是当通过器件的通路不明显时就能使器件失效的微妙方式。
应该注意的是CCM放电不是简单地由于分布电容的存在而发生。
只有当通路包含敏感元件时,放电才发生。
事实上,电容在直流时呈现出无限的阻抗而随着频率升高时阻抗减小。
悬浮器件ESD模型有时人们会在参考文献中遇到悬浮器件模型。
这种模型已用在含器件处在不接地(即悬浮)中研究ESD试验方法。
通常这模型简单地描述为悬浮器件受到人体模型冲击。
理论上,这器件对地有无限的阻抗。
实际上,悬浮器件对地有分布电容,分布电容的大小决定于模型中许多未定的参数。
悬浮器件模型认为是ESD模型的CCM附属模型中微不足道的例子。
仅在分布电容确定后才值得考虑。
瞬时感应ESD模型瞬态如火花放电或其它带电体放电能引起如计算机的数字系统短暂干扰。
特别是微处理器易受干扰。
这种模型实验上与静电电磁辐射模型类似,代表了一种严重的问题。
在后面要专们讨论有关静电电磁辐射模型。
其它ESD模型在一些其它文献中还会见到一些其它的ESD模型,如ESD对半导体器件的潜在影响(Latent danage)基本的电荷注入/捕获模型、人体指尖模型(human body finger tip model)金属车模型(the metallic cart model)、金属车减幅振荡模型(metallic cart, ringing wave form model)等等,这些ESD模型与以上分析讨论的ESD模型有许多相似之处,在此不另专门讨论。
上述讨论的ESD模型有重要的差异。
尽管有重要差异这些模型间存在重叠和相似之处。
理解这些差别和相同之处为分析、模拟试验、设计实验方法和防护ESD制定规范、标准等都具有重要的意义。
静电放电(ESD)模拟器(Simulator)或叫静电放电发生器(ESD Generator)因为ESD的偶然性较大,为了便于研究,需要能较好地重复ESD的装置。
通常采用ESD模拟器进行实验。
1984年的IEC801-2使用简单的RC模型,150PF电容串一个150欧姆电阻,其放电电流波形上升时间约为5ns。
从前面的数值计算的结果可以推测,回路电感大约为L=Rt=150×5nH=0.75μH。
所以作者认为更准确地说, 这种模型是RLC电路模型, 因为RC电路的上升时间为零。
50%幅度的持续时间为30ns, 峰值电流从2kV(电容器电压)的9A到15kV(电容器电压)的70A。
其它的一些机构也提出了类似的模型,电容从60-300pF, 放电电阻10-10,000Ω。
国内外一些主要标准的ESD模拟器目前只规定了人体模型的RC参数。
其典型电路参数如表3-1所示。
这些标准规定的RC参数相差较大,主要是起草标准时各机构对人体参数测量方法或标准的目的不相同所致。
由于以前测量仪器的性能低以及人们对ESD研究不够深入, 较早期的一些标准对人体电容或人体放电电阻, 规定得较粗糙, 相差较大。
近年来由于带宽大于1GHz的数字存储示波器的应用,大部分研究结果认为,通常人体静电电容为100PF—300PF, 放电电阻约为几百欧姆,放电时间常数为几十纳秒。
较新的标准或一些商业静电模拟器大部分采用电容为150PF串330Ω电阻作为人体ESD模型。
表3-1 国内外典型ESD模型器参数机构电容(pF)电阻(Ω)时间常数参考文献RC(ns)IEC 801-2 (第一次)15015022.5[[i]]IEC 801-2(第二次)15033049.5[[ii]] IEC 1000-4-215033049.5EN61000-2-415033049.5ECMA15033049.5[[iii]]EIA10050050[[iv]]NEMA1001500150[[v]]MIL-STD 883B1001500150[[vi]]DOD-HD BK2631001500150EIA6010000600[ 104]SAE30050001500[[vii]]MIL-STD-151250050002500GJB73650050002500[[viii]]注: EIA (Electronics Industries Association)NEMA (National Electrical Manufacturer’s Association)IEC (International Electrotechnical Commission)ECMA (European Computer Manufactur’s Association)SAE ( Society of Automotive Engineers)静电放电发生器的基本要求ESD Generator Specifications一、标准静电放电试验是电子产品重要试验之一,国个在80年代就制定了相应的标准。