ESD的產生原理及防護措施

ESD產生原理與預防當前1頁，總共32頁。ESD的產生原因幾種常見的ESD模型ESD的危害ESD的防護ESD防護器件的擺放ESD與EOS的區(qū)別ESD器件類型比較主要內容當前2頁，總共32頁。ESD：ElectrostaticDischarge，即是靜電放電。靜電是一種客觀存在的自然現象，是一種電能,它存在于物體表面,是正負電荷在局部失衡時產生的一種現象。靜電現象是指電荷在產生與消失過程中所表現出的現象的總稱。靜電產生的方式有多種，如接觸、摩擦、電器間感應等。靜電的特點是長時間積聚、高電壓、低電量、大電流和作用時間短（ns級別）的特點。為什么會產生靜電呢？任何物質都是由原子組合而成，而原子的基本結構為質子、中子及電子?？茖W家們將質子定義為正電，中子不帶電，電子帶負電。在正常狀況下，一個原子的質子數與電子數量相同，正負電平衡，所以對外表現出不帶電的現象。但是電子環(huán)繞于原子核周圍，一經外力即脫離軌道，離開原來的原子A而侵入其他的原子B，A原子因缺少電子數而帶有正電現象，稱為陽離子、B原子因增加電子數而呈帶負電現象，稱為陰離子。由于外界作用如摩擦或以各種能量（如動能、位能、熱能、化學能等）的形式作用會使原子的正負電不平衡。人體自身的動作或與其他物體的接觸，分離，摩擦或感應等因素，可以產生幾千伏甚至上萬伏的靜電。比如人在化纖地毯上行走大約會有35KV的靜電，翻閱塑料說明書會有7KV靜電產生。ESD的產生原因當前3頁，總共32頁。ESD的產生原因當前4頁，總共32頁。人體放電模型(Human-BodyModel,HBM)機器放電模型(MachineModel,MM)元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)電場感應模型(Field-InducedModel,FIM)幾種常見的ESD模型當前5頁，總共32頁。

人體放電模型(HBM)的ESD是指人體在地上走動摩擦或其他因素在人體上累積了靜電，當此人去觸碰IC時，人體上的靜電便經由IC的pin腳進入IC內部，再經由IC內部放電到地。

放電過程會在幾百ns的時間內產生數安培的瞬間放電電流，此電流可能會把IC內的元件給燒毀。幾種常見的ESD模型

人體放電模型(Human-BodyModel,HBM)當前6頁，總共32頁。幾種常見的ESD模型

人體放電模型(Human-BodyModel,HBM)當前7頁，總共32頁。幾種常見的ESD模型

人體放電模型(Human-BodyModel,HBM)工業(yè)標準MIL-STD-883Cmethod3015.7中HBM的等效線路圖，其中人體的等效電容定義為100pF,人體的等效放電電阻定義為1.5kohm當前8頁，總共32頁。機器放電模型的ESD是指機器本身也積累了靜電，當此機器去觸碰IC時，靜電便經由IC的pin腳放電。機器放電的放電過程時間更短，在幾十ns的時間內會有數安培的瞬間放電電流產生。幾種常見的ESD模型

機器放電模型(MachineModel,MM)工業(yè)標準EIAJ-IC-121method20中MM的等效電路圖，其中機器的等效電容定義為200pF，機器的等效放電電阻為0ohm當前9頁，總共32頁。幾種常見的ESD模型

機器放電模型(MachineModel,MM)人體放電模型2kV和機器放電模型200V的放電電流比較圖當前10頁，總共32頁。幾種常見的ESD模型

機器放電模型(MachineModel,MM)當前11頁，總共32頁。元件充電模型是指IC本身先因摩擦或其它因素而在IC內部累積了靜電，但在靜電累積的過程中IC并未損傷。在處理此IC的過程中，IC的pin腳觸碰到了地，IC內部的靜電便經由IC內部的pin腳流出來，而造成了放電現象。此種模式的放電時間更短，僅約為幾ns，而且放電現象更難以被真實的模擬。因為IC內部積累的靜電會因IC內部的等效電容的不同而改變。幾種常見的ESD模型

元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)當前12頁，總共32頁。幾種常見的ESD模型

元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)兩種常見的CDM的放電情況當前13頁，總共32頁。幾種常見的ESD模型

元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)CDM測試標準當前14頁，總共32頁。幾種常見的ESD模型

元件充電模型(Charged-DeviceModel,CDM)HBM2kV,MM200V,CDM1kV三種模型的放電電流比較圖CDM更容易造成IC的損傷當前15頁，總共32頁。FIM的靜電放電是因電場感應而引起的。當IC因傳輸帶或其它因素，經過一個電場時，其相對極性的電荷可能會從IC的pin腳排放掉，這樣當IC通過電場以后，IC便累積了靜電。此靜電再以類似CDM放電模型的情況放電出來。幾種常見的ESD模型

電場感應模型(Field-InducedModel,FIM)當前16頁，總共32頁。ESD（靜電放電）對電子產品造成的破壞和損傷有突發(fā)性損傷和潛在性損傷兩種。所謂突發(fā)性損傷，指的是器件被嚴重損壞，功能喪失。這種損傷通常能夠在生產過程中的質量檢測中能夠發(fā)現，因此給工廠帶來的主要是返工維修的成本。而潛在性損傷指的是器件部分被損，功能尚未喪失，且在生產過程的檢測中不能發(fā)現，但在使用當中會使產品變得不穩(wěn)定，時好時壞，因而對產品質量構成更大的危害。

這兩種損傷中，潛在性失效占據了90%，突發(fā)性失效只占10%。也就是說90%的靜電損傷是沒辦法檢測到，只有到了用戶手里使用時才會發(fā)現。比如手機屏幕、攝像頭、揚聲器、聽筒、耳機插口、鍵區(qū)、MIC、USB接口、音量鍵、T-Flash卡、SIM卡等都可能成為ESD的進入點。手機出現的經常死機、自動關機、話音質量差、雜音大、信號時好時差、按鍵出錯等問題有絕大多數與靜電損傷相關。也因為這一點，靜電放電被認為是電子產品質量最大的潛在殺手，靜電防護也成為電子產品質量控制的一項重要內容。而國內外品牌手機使用時穩(wěn)定性的差異也基本上反映了他們在靜電防護及產品的防靜電設計上的差異。ESD的危害

當前17頁，總共32頁?；痉椒?、接地，接地就是將靜電通過一條線的連接放入大地，這是防靜電措施中最直接最有效的。導體常用的接地方法有：帶防靜電手腕及工作表面接地等。

2、靜電屏蔽，靜電敏感元件在儲存或運輸過程中會暴露于有靜電的區(qū)域中，用靜電屏蔽的方法可削弱外界靜電對電子元件的影響。最通常的方法是用靜電屏蔽袋作為保護。3、離子中和，絕緣體往往是易產生靜電的，對絕緣體靜電的消除，用接地方法是無效的，通常采用的方法是離子中和，即在工作環(huán)境中使用離子風機，離子氣槍。

電路設計中需注意一下幾點1）器件選型時必須認證ESD等級2）IO接口線路上擺放ESD防護器件（ESD防護器件可以有效的抑制由ESD放電產生的直接電荷注入）3）做好EMI防護（PCB設計中更重要的是克服放電電流產生的電磁干擾效應）ESD的防護---基本方法當前18頁，總共32頁。(1)控制靜電的生成環(huán)境

①濕度控制，在不致導致器材或產品腐蝕生銹或其他危害前提下,盡量加大濕度。

②溫度控制，在可能條件下盡量降低溫度,包括環(huán)境溫度和物體接觸溫度。

③塵?？刂?，此為防止附著(吸附)帶電的重要措施。

④地板、桌椅面料和工作臺墊應由防靜電材料制成,并正確接地。

⑤靜電敏感產品的運送傳遞和存儲及包裝應采取靜電防護措施。

⑥噴射、流動、運送、纏繞和分離速度應予控制,在液體、粉體等材料的輸送管道中使用緩和器。(2)防止人體帶電①操作者應該佩戴防靜電腕帶，應該穿著防靜電服裝，鞋，圍巾，椅子應該套防靜電套。（一端與人體接觸，另一端與地線相連）

ESD的防護---工廠操作防護當前19頁，總共32頁。常用的ESD防護器件：IO口二極管陣列ESD的防護---常用器件當前20頁，總共32頁。ESD防護器件的一般連接方式ESD的防護---常用器件當前21頁，總共32頁。ESD電流路徑上寄生自感的影響ESD防護器件的擺放被保護IC所承受的電壓Vx其中VF1為D1的正向導通電壓當前22頁，總共32頁。常用的ESD防護器件：電源或接口保護器件TVS當前23頁，總共32頁。常用的ESD防護器件：電源或接口保護器件TVS當前24頁，總共32頁。在PCB布線時，遵循幾個簡單的規(guī)則就可以使這些寄生自感最?。?）盡可能地，用Vcc和地平面充當電源和地分散能量。2）ESD器件盡量靠近接口放置，確保印刷電路上的走線從ESD保護二極管陣列的Vp和Vn到Vcc和地平面間走線盡量地短、寬。理想情況是，將Vp和Vn直接通過多個口連到Vcc和地平面。3）在Vp和地平面間連入一個高頻旁路電容---用最短的走線使自感最小。

在ESD保護器件選擇時注意以下幾個參數：1）Vc即鉗位電壓不能大于被保護回路的可承受極限電壓。2）選型時應使Vrwm（維持電壓-在此階段TVS為不導通之狀態(tài)）應等于或略高于電路的正常工作電壓，不能低于被保護器件或線路的正常工作電壓。3）VBR不能小于電路的最大允許工作電壓。4）Cd為ESD/TVS器件的引腳寄生電容，通信速率越高，線路上使用的ESD保護器件的結電容要越低。5）

最大峰值脈沖功率（PN=VC·IPP）：確定電路的干擾脈沖情況，根據干擾脈沖的波形、脈沖持續(xù)時間，確定能夠有效抑制該干擾的TVS峰值脈沖功率。ESD防護器件的擺放及選擇當前25頁，總共32頁。ESD與EOS的區(qū)別EOS:ElectricalOverStress指所有的過度電性應力，超過其最大指定極限后，器件功能會減弱或損壞。ESD:ElectricalstaticDischarge靜電放電，電荷從一個物體轉移到另一個物體。當前26頁，總共32頁。ESD與EOS的區(qū)別

當前27頁，總共32頁。瞬態(tài)電壓抑制器(TVS)、壓敏電阻、玻璃陶瓷的GcDiode靜電抑制器和聚合物是近幾年發(fā)展起來的幾種專用ESD保護元件。其中前三種元件均采用電壓鉗位的方式進行保護，帶導電粒子的聚合物則是采用消弧(crowbar)保護策略。壓敏電阻、玻璃陶瓷的GcDiode靜電抑制器和聚合物支持雙向保護，但TVS可支持單向或雙向保護。

傳統(tǒng)的壓敏電阻雖然在成本上具有一定優(yōu)勢，但它存在的一個最大問題是體積太大，無法滿足手持設備的封裝要求。事實上，與壓敏電阻相比，基于硅材料的TVS具有更好的鉗制性能、更低的泄漏和更長的使用壽命。高分子聚合物和TVS在多重應力下仍然可保持強大的性能，而壓敏電阻則會隨著使用次數的增多性能下降。TVS技術利用的是半導體的鉗位原理，在經受瞬時高壓時，會立即將能量釋放出去，而壓敏電阻采用的是物理吸收原理，因此每經過一次ESD事件，材料就會受到一定的物理損傷，形成無法恢復的漏電通道。“TVS技術的原理就好像傳統(tǒng)的打太極，可以輕松釋放掉能量而不是直接與之對抗”。這樣做的好處是器件不會受到損害，基本上沒有壽命限制。從現場展示的TVS與壓敏電阻的鉗制電壓曲線來看，TVS器件可以在極短時間內將輸入的大電壓鉗制到5至6伏的水平，而壓敏電阻的曲線則下降得非常緩慢，并且無法達到TVS器件的效果。這表明TVS器件在響應時間和鉗制性能方面均優(yōu)于壓敏電阻。ESD器件類型比較當前28頁，總共32頁。ESD器件類型比較當前29頁，總共32頁。ESD器件類型比較雙向消弧保護器件(黑色)和單向鉗位保護器件(紅