静电放电最常用的三种模型及其防护设计

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。

静电放电与防护基础知识CATALOGUE 目录•静电放电概述•静电放电的物理机制•静电放电的防护措施•静电放电的监测与测量•静电放电的危害及案例分析CHAPTER静电放电概述静电放电（Electrostatic Discharge, ESD）是指不同静电电位物体之间由于存在静电力作用而产生的静电电荷转移现象。

静电放电通常发生在两个具有不同静电电位的物体之间，如带电体与接地体之间、带电体与带异种电荷的带电体之间。

静电放电过程中，静电电荷的转移会导致静电电位差消失，从而消除或减少物体之间的静电力。

静电放电定义静电放电可能会对电子设备、电器、人体等造成危害，如电击、火灾、过电压等。

在电子设备中，静电放电可能会导致器件损坏、电路板故障等问题，从而降低设备性能或使其失效。

静电放电现象包括火花放电、电晕放电、表面放电等。

静电放电现象及危害静电放电模型CHAPTER静电放电的物理机制电介质材料的电阻率大于10^12 Ω·m时，可视为绝缘体。

绝缘体的电导率极低，在静电场作用下，其内部的电流极小。

绝缘体的电介质在静电场作用下不易极化，即电介质在静电场中的电导率几乎为零。

电介质绝缘性能123电介质在静电放电下的绝缘性能变化静电放电产生的电磁场具有较高的频率和较短的持续时间。

在静电放电过程中，电流主要集中在电介质材料的表面。

静电放电的电流波形具有脉冲形式，其上升时间和持续时间取决于电介质材料的性质和静电场的强度。

静电放电的电磁场和电流特性CHAPTER静电放电的防护措施防静电设施和装备01020304防静电工作台防静电椅手腕带脚腕带静电屏蔽接地离子化防静电涂料静电放电防护原理及技术0102静电放电敏感度等级和防护措施选择CHAPTER静电放电的监测与测量静电监测器静电接地是一种将静电荷导入地面的方法，通过将设备或部件连接到接地网络，以确保其电位与地面相同。

静电接地静电消除器静电电荷测量仪静电电荷测量仪是一种用于测量静电电荷的仪器，它可以通过测量物体携带的电荷量来评估静电电荷。

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)。

静电放电类型及其引燃能力和防护措施
放电与引燃，不同放电形式具有不同的引燃能力，典型静电放电的特点及其引燃能力见表，作业场所应避免高引燃能力静电放电类型的产生。

应注意在相同带电电位条件下，液体或固体表面带负电荷时发生的放电比带正电荷时发生的放电，对可燃气体的引燃能力可大一个数量级。

在可燃物的温度比常温高，局部环境氧含量（或其他助燃气含量）比正常空气中高，爆炸性气体的压力比常压高，相对湿度较低，更易发生引燃、引爆等静电危害。

减少静电荷产生基本防护措施
对接触起电的物料，应尽量选用在带电序列中位置较邻近的，或对产生正负电荷的物料加以适当组合，使最终达到起电最小。

静电起电极性序列。

在生产工艺的设计上，应尽量避免冲击、摩擦与分离过程，对有关物料应尽量做到接触面积和压力较小，接触次数较少，运动和分离速度较慢。

加快静电耗散，在静电危险场所，所有孤立的静电导体的物体应接地。

对金属物体应采用金属导体与大地做导通性连接，必要时应设多点接地。

对金属以外的静电导体及亚导体则应作间接接地。

ESD结构防护设计的主要目标是确保电子系统的功能可靠性，避免ESD（静电放电）对系统产生干扰或损坏。

以下是一些常见的ESD防护设计方法：
1. 隔离和接地：将ESD敏感器件隔离并接地可以有效地防止ESD 对系统的影响。

这可以通过在电路板上的敏感区域设置ESD防护器件，如TVS二极管、齐纳二极管等来实现。

2. 滤波器：在电源和信号线路上设置滤波器可以有效地减少ESD 产生的噪声干扰。

这可以通过使用LC滤波器、RC滤波器或者铁氧体磁珠等来实现。

3. 屏蔽：使用金属屏蔽材料将ESD敏感器件或电路板包裹起来，可以有效地防止ESD电磁场对系统的影响。

这可以通过在PCB上设置金属罩或者使用金属盒等方式来实现。

4. 限流：在ESD防护器件上设置限流电阻可以有效地限制ESD 电流的幅度，从而保护敏感器件或电路。

这可以通过在TVS二极管或齐纳二极管上串联限流电阻来实现。

5. 保护电路：在电路中添加保护电路可以防止ESD对电路的影响。

这可以通过在电路中添加电压钳位器件、过压保护器件等来实现。

6. 人体放电：在人体放电模型（HBM）下，通过设置放电电阻、电容等元件，可以有效地将人体静电放电引入到地线中，从而避免对系统的影响。

以上是一些常见的ESD防护设计方法，但具体的防护方案需要根据具体的系统和应用场景来确定。

常见的esd防护措施
ESD（静电放电）是指在两个物体之间发生的电荷转移，通常是由于摩擦、接触或分离等原因引起的。

ESD可能会对电子设备造成损害，因此需要采取一些防护措施来保护设备。

常见的ESD防护措施包括以下几种：
1.接地
接地是最基本的防护措施之一。

通过将设备和人员接地，可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。

接地可以通过接地线、接地垫、接地手环等方式实现。

2.静电消除器
静电消除器是一种专门用于消除静电的设备。

它可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。

静电消除器通常采用电离器、放电管等技术实现。

3.静电屏蔽
静电屏蔽是一种将设备包裹在金属屏蔽内部的防护措施。

金属屏蔽可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。

静电屏蔽通常采用金属盒、金属网等材料实现。

4.防静电地毯
防静电地毯是一种专门用于防止静电的地毯。

它可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。

防静电地毯通常采用导电材料制成。

5.防静电服装
防静电服装是一种专门用于防止静电的服装。

它可以将静电放电到地面上，从而避免对设备的损害。

防静电服装通常采用导电材料制成。

总之，ESD防护措施是非常重要的，可以保护设备免受静电损害。

在实际应用中，应根据具体情况选择合适的防护措施。

同时，还应注意定期检查和维护防护措施，确保其有效性。

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。

常见的esd防护措施ESD（Electrostatic Discharge）是指静电放电，是一种电子元器件常见的故障原因之一。

为了保护电子设备免受ESD的影响，人们采取了一系列的防护措施。

本文将介绍常见的ESD防护措施，帮助读者了解如何有效地防止静电放电对电子设备造成的损害。

1. 保持干燥：静电放电最容易发生在湿度较低的环境中。

因此，为了减少静电放电的风险，保持工作环境的湿度在30%到60%之间是非常重要的。

2. 使用ESD防护设备：在处理电子元器件时，必须佩戴ESD防护手套、静电防护鞋等专门的防护设备。

这些设备可以将静电放电从人体导向地面，避免对电子设备产生损害。

3. 使用ESD防护工具：在操作电子设备时，必须使用带有ESD防护功能的工具，如ESD防护垫、ESD防护口袋等。

这些工具可以有效降低静电放电的风险。

4. 建立ESD防护区域：在生产线上，应建立专门的ESD防护区域，禁止静电敏感器件进入该区域。

该区域应具备良好的接地系统和防静电设施，以确保电子设备的安全。

5. 定期检测和维护防护设备：ESD防护设备需要定期检测和维护，以确保其正常工作。

如果发现设备存在问题，应及时更换或修理，以保证防护效果。

6. 增加接地措施：良好的接地系统是防止静电放电的关键。

在工作环境中增加接地导线，确保设备和人员都能够良好接地，可以有效减少ESD的风险。

7. 增加静电消除器：静电消除器是一种专门用于消除静电的设备，可以帮助防止静电放电对电子设备的损害。

在工作环境中增加静电消除器，能够有效减少ESD的风险。

8. 增加防护屏蔽：在电子设备设计中，应增加防护屏蔽，以减少外部静电对电子设备的干扰。

这可以通过在电路板上使用屏蔽层、增加屏蔽盒等方式来实现。

9. 加强培训和宣传：为了提高员工对ESD防护的重视程度，应加强培训和宣传工作。

向员工普及ESD的危害和防护知识，提高他们的防护意识和能力。

10. 建立ESD管理体系：在企业内部建立完善的ESD管理体系，制定相关的操作规程和管理制度，加强ESD防护措施的落实和监督。

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。

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。

1静电防护设计技术精品资料静电防护设计技术仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢2精品资料1仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢3精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢4主要内容静电放电（ESD）模型ESD的危害ESD的危害机理分析实用ESD防护设计技术精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢5 案例分析2精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢6 静电物体的静电带电，或称静电起电，是由于处于不同带电序列位置的物质之间接触分离（摩擦）使物体上正负电荷失去平衡而发生的静电现象。

精品资料3仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢7精品资料人体静电电位仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢8精品资料仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢9静袜电位（kV）鞋赤脚尼龙袜薄毛袜导电袜橡胶底运动鞋20.0 19.0 21.0 20.0 新皮鞋 5.0 8.5 7.0 6.0 防静电鞋 2.0 4.0 3.0 3.54精品资料人体静电电位仅供学习与交流，如有侵权请联系网站删除谢谢10精品资料静电产生原因人体静电电位（kV）RH（10‾20）% RH（65‾90）% 在合成纤维地毯上走动35 15在乙烯树脂地板上行走12 0.25在工作台上操作 6 0.1包工作说明书的乙烯树脂封皮7 0.6从工作台上拿起普通聚乙烯袋20 1.2从垫有聚氨基甲酸泡沫的工作椅上站起18 1.55精品资料人体静电电位工作服和裤子激烈磨擦后脱下时人体静电电位精品资料静裤料电位（kV）工作服纯棉布毛料丙烯聚酯尼龙维尼龙纯棉布 1.2 0.9 11.7 14.7 1.5 1.8维尼龙/棉（55/45）0.6 4.5 12.3 12.3 4.8 0.3聚酯/人造丝（65/35）4.2 8.4 19.2 17.1 4.8 1.2聚酯/棉（65/35）14.1 15.3 12.3 7.5 14.7 13.86精品资料静裤料电位（kV ） 工作服 纯棉布 毛料 丙烯 聚酯 尼龙 维尼龙纯棉布 2.2 2.7 21.4 22.3 2.7 3.3 维尼龙/棉 （55/45） 0.9 9.4 18.0 17.5 8.5 0.5 聚酯/人造丝 （65/35） 9.2 29.7 39.9 23.7 13.3 2.3 聚酯/棉23.120.619.511.929.323.4静电电位工作服和裤子激烈磨擦后脱下时工作服的静电电位精品资料静电放电的定义静电放电（ESD-E lectro s tatic D ischarge）带电体周围的场强超过周围介质的绝缘击穿场强时，因介质产生电离而使带电体上的静电荷部分或全部消失的现象。