esd结构防护设计

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。

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。 ESD 防护是一项系统工程，需要各个环节实施全面的控制。下图是一个 ESD 防护的流程图： ESD 防护设计流程图 ESD 防护设计可分为单板防护设计、系统防护设计、加工环境设计和应用环境防护设计，单板防护设计可以提高单板 ESD 水平，降低系统设计难度和系统组装的静电防护要求。当系统设计还不能满足要求时，需要进行应用环境设计防护设计。ESD 敏感器件在装联和整机组装时，环境的 ESD 直接加载到器件，所以加工环境的 ESD 防护是至关重要的。 一般整机、单板、接口的接触放电应达到±2000V(HBM)以上的防护要求。器件的 ESD 防护设计是在器件不能满足 ESD 环境要求的情况下，通过衰减加到器件上的 ESD 能量达到保护器件的目的。ESD 是电荷放电，具有电压高，持续时间短的特点，根据这些特点，ESD 能量衰减可通过电压限制、电流限制、高通滤波、带通滤波等方式实现，所以防护电路的形式多种多样，这里就不一一列举。

ESD防护设计

ESD防护设计 PCB布线是ESD防护的一个关键要素，合理的PCB设计可以减少故障检查及返工所带来的不必要成本。在PCB设计中，由于采用了瞬态电压抑止器(TVS)二极管来抑止因ESD放电产生的直接电荷注入，因此PCB设计中更重要的是克服放电电流产生的电磁干扰(EMI)电磁场效应。本文将提供可以优化ESD防护的PCB设计准则。 电路环路 电流通过感应进入到电路环路，这些环路是封闭的，并具有变化的磁通量。电流的幅度与环的面积成正比。较大的环路包含有较多的磁通量，因而在电路中感应出较强的电流。因此，必须减少环路面积。 最常见的环路如图1所示，由电源和地线所形成。在可能的条件下，可以采用具有电源及接地层的多层PCB设计。多层电路板不仅将电源和接地间的回路面积减到最小，而且也减小了ESD脉冲产生的高频EMI电磁场。 如果不能采用多层电路板，那么用于电源线和接地的线必须连接成如图2所示的网格状。网格连接可以起到电源和接地层的作用，用过孔连接各层的印制线，在每个方向上过孔连接间隔应该在6厘米内。另外，在布线时，将电源和接地印制线尽可能靠近也可以降低环路面积，如图3所示。 减少环路面积及感应电流的另一个方法是减小互连器件间的平行通路，见图4。 当必须采用长于30厘米的信号连接线时，可以采用保护线，如图5所示。一个更好的办法是在信号线附近放置地层。信号线应该距保护线或接地线层13毫米以内。 如图6所示，将每个敏感元件的长信号线(>30厘米)或电源线与其接地线进行交叉布置。交叉的连线必须从上到下或从左到右的规则间隔布置。

电路连线长度 长的信号线也可成为接收ESD脉冲能量的天线，尽量使用较短信号线可以降低信号线作为接收ESD电磁场天线的效率。 尽量将互连的器件放在相邻位置，以减少互连的印制线长度。 地电荷注入 ESD对地线层的直接放电可能损坏敏感电路。在使用TVS二极管的同时还要使用一个或多个高频旁路电容器，这些电容器放置在易损元件的电源和地之间。旁路电容减少了电荷注入，保持了电源与接地端口的电压差。 TVS使感应电流分流，保持TVS钳位电压的电位差。TVS及电容器应放在距被保护的IC 尽可能近的位置(见图7)，要确保TVS到地通路以及电容器管脚长度为最短，以减少寄生电感效应。 连接器必须安装到PCB上的铜铂层。理想情况下，铜铂层必须与PCB的接地层隔离，通过短线与焊盘连接。 PCB设计的其它准则 1. 避免在PCB边缘安排重要的信号线，如时钟和复位信号等； 2. 将PCB上未使用的部分设置为接地面； 3. 机壳地线与信号线间隔至少为4毫米； 4. 保持机壳地线的长宽比小于5:1，以减少电感效应； 5. 用TVS二极管来保护所有的外部连接； 保护电路中的寄生电感 TVS二极管通路中的寄生电感在发生ESD事件时会产生严重的电压过冲。尽管使用了TVS 二极管，由于在电感负载两端的感应电压VL=L×di/dt，过高的过冲电压仍然可能超过被保护IC的损坏电压阈值。 保护电路承受的总电压是TVS二极管钳位电压与寄生电感产生的电压之和，VT=VC+VL。一个ESD瞬态感应电流在小于1ns的时间内就能达到峰值(依据IEC 61000-4-2标准)，假定引线电感为每英寸20nH，线长为四分之一英寸，过冲电压将是50V/10A的脉冲。经验设计准则是将分流通路设计得尽可能短，以此减少寄生电感效应。 所有的电感性通路必须考虑采用接地回路，TVS与被保护信号线之间的通路，以及连接器

电路级静电防护设计技巧与ESD防护方法

电路级静电防护设计技巧与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 1000-4-2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 61000-4-2 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 61000-4-2看作是ESD 测试的事实标准。我国的国家标准（GB/T 17626.2-1998）等同于I EC 6 1000-4-2。大多是实验室用的静电发生器就是按IEC 6 1000-4-2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 61000-4-2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。其放电频谱如下，这个图是我自己画的，只能定性的看，不能定量。 IEC 61000-4-2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

产品 ESD设计及生产防护体系

课程背景： 1. ESD 无处不在 在科学技术不断提高、经济全球化步伐日趋加快的今天，静电 已成为人类的大敌！近期美国公布了涉及 1 0 多个行业的因静电造成 的损失调查结果，平均每年的直接经济损失高达 200 多亿美元，仅电子 工业部门每年因静电危害损坏电子元件的损失高达 100 多亿美元。在 美国的历史纪录当中，2001 年 9.11 恐怖袭击事件给美国所造成的经济 损失是最为惨重的，总共造成的经济损失达到了 207 亿美元，也就是说 静电相当于使美国每年发生一次“9.11”事件或每年发生一次洛杉矶大 地震！静电是人们看不见摸不着但又无处不在、无时不有。在空气干燥 的季节，当你开门时偶尔会有电击的感觉，这就是静电放电（ESD）。当你 感觉电击时，你身上的静电电压已超过 2000 伏！当你看到放电火花时你 身上的静电已高达 5000 伏！当你听到放电声音时，你身上的静电已高达 8000 伏！但是现代许多高速超大规模集成电路碰到仅几十伏或更低的 静电就会遭到损坏。也就是说当你接触这些电路时，你既没有感觉到又 没有看到更没有听到静电放电时，这块电路就已部分损伤或完全损坏， 而你可能还在找其硬件或软件的原因。你可能还没有意识到是静电这 个“幽灵”。 现在，静电已成为高科技现代化工业的恐怖主义者。静电不仅损害 社会财产、降低产品可靠性,而且威胁人身安全、阻碍科学进步和经济发 展。若对静电采取科学合理的防护措施，可以大大减小静电造成的损失， 美国Ryne C. Allen研究表明在静电防护中每投入 1 元，其回报达到 95 元,即回 报率(ROI) 为 95:1。让我们必须行动起来，向静电宣战！努力控制和防止静 电危害，最大限度地减少静电造成的损失，促进世界经济的发展。194196 2. 电子产品设计需要考虑 ESD 有些电子设备在正常使用时莫名其妙地发生故障，在排除了其它原 因后，就要考虑因静电放电 (ESD)造成的损坏。现代半导体器件的规模越来 越大，布线工艺已达到亚微米阶段，导致了半导体器件对外界应力敏感程 度的提高。ESD 对于电路引起的干扰及其对元器件特别是对 CMOS 电路造成的 破坏等问题越来越引起人们的重视。电路及其构成的电子设备的 E S D 电敏 感度测试也开始作为电磁容性测试的一项重要内容。如何在电子产品设计时充分考虑 ESD 的防护，成为电子产品可靠性设计的重要环节。 3. 生产制造中需要考虑 ESD 如何在电子产品的生产中防护 ESD，随着中国成为世界电子产品的生产中心，越来越多的企业要面对国际型的客户和国际性的技术要求，作为 ESD 业内最权威的标准，ANSI/ESD S20.20标准已经逐步为国内电子行业认识和接受，而且成为衡量和认定工厂 ESD 水平乃至生产质量技术水平的标准。通过本课程，电子企业如何按照 ANSI/ESD S20.20 标准建立规范化、系统化的 ESD 防护体系，同时帮助您掌握 EPA 设立技巧、接地技术、ESD 防护用品的原理、使用和检测等 ESD 防护体系中的关键技术问题。 4. ESD 培训可以使你了解更多 ESD 培训是顺利实施电子产品和生产场地静电防护的前提和基础, 它对于静电的防护起着相当重要的作用,是防静电防护的软件。对人员进行周期性的 ESD 培训是静电防护的重要组成部分。国内外大多数防静电控制大纲标准都对 ESD 培训有一定的要求。ESD 培训适用于各职能部门和要素，培训涉及新发展的概念和新的标准，以及新的防护措施和测量仪器设备等 通过本课程的学习，学员能够了解：

关于电子设备静电放电(ESD)防护的设计原则

关于电子设备静电放电(ESD)防护的设计原则 静电是物体表面的静止电荷。物体在接触、摩擦、分离、电解等过程中，发生电子或离子的转移，正电荷和负电荷在局部范围内失去平衡，就形成了静电。当物体表面的静电场梯度达到一定的程度，正电荷和负电荷发生中和，就出现了静电放电(ESD)。静电放电可以出现在两个物体之间，也可由物体表面经电荷直接向空气放电。 l 静电放电的危害 静电作为一种普遍物理现象，近十多年来伴随着集成电路的飞速发展和高分子材料的广泛应用，静电的作用力、放电和感应现象引起的危害十分严重，美国统计，美国电子行业部门每年因静电危害造成损失高达100亿美元，英国电子产品每年因静电造成的损失为20亿英镑，日本电子元器件的不合格品中不少于45％的危害是因为静电放电(ESD)造成的。 问题严重性还在于很多人对静电危害的认识不足和防静电知识的无知，常把一些因ESD造成的设备性能下降或故障，误认为是元器件早期老化失效。所造成的误区有以下几点。 (1)首先由于许多人对静电的产生不太了解，因为l~2kV以下的静电放电感觉不到的，但却能使器件因电击而受到损伤。(须知一般MOS电路和场效应管击穿电压约为300V)所以说静电的损伤是在人们不知不觉的过程中发生的。 (2)器件的失效分析比较困难，因为静电的损伤与其他瞬变过程的过电压造成的器件损伤有时是很难区分开来。 (3)有的器件在受静电损伤以后，并不是不能用，而是特性有所下降，人们并不是当时就能发现，但已经造成了潜在的失效隐患，在将来某种特定的条件下，最终会导致器件失效，如器件氧化层出现一个孔，设备长时间工作后，金属化电迁移引起短路烧毁，从而导致设备故障。这种类型的静电损伤，将会大大的缩短元器件的使用寿命。 (4)有人错误地认为现在的集成电路，如MOS电路，不少的生产厂家在设计上已采用了抗静电的保护电路，认为防静电并不一定需要。但是，人们在生产活动中，工作人员穿的化纤衣服，各种塑料制品包装，上述材料的滑动、摩擦、或分离，特别是在空气干燥的季节里，将会产生600~15000V的静电电压，如果湿度为20％以下时，静电电压可高达30kV。即使有保护对于静电放电的敏感器件也是非常危险的。静电主要是对半导体器件产生损伤，其失效模式如表1所列。

CMOS电路中ESD保护结构的设计

CMOS电路中ESD保护结构的设计 1 引言 静电放电(ESD，Electrostatic Discharge)给电子器件环境会带来破坏性的后果。它是造成集成电路失效的主要原因之一。随着集成电路工艺不断发展，互补金属氧化物半导体(CMOS，ComplementaryMetal-Oxide Semiconductor)的特征尺寸不断缩小，金属氧化物半导体(MOS，Metal-Oxide Semiconductor)的栅氧厚度越来越薄，MOS管能承受的电流和电压也越来越小，因此要进一步优化电路的抗ESD性能，需要从全芯片ESD保护结构的设计来进行考虑。 2 ESD的测试方法 ESD模型常见的有三种，人体模型(HBM，Hu-man Body Model)、充电器件模型(CDM，Charge DeviceModel)和机器模型(MM，Machine Mode)，其中以人体模型最为通行。一般的商用芯片，要求能够通过2kV静电电压的HBM检测。对于HBM放电，其电流可在几百纳秒内达到几安培，足以损坏芯片内部的电路。 进入芯片的静电可以通过任意一个引脚放电，测试时，任意两个引脚之间都应该进行放电测试，每次放电检测都有正负两种极性，所以对I／O引脚会进行以下六种测试： 1) PS模式：VSS接地，引脚施加正的ESD电压，对VSS放电，其余引脚悬空； 2) NS模式：VSS接地，引脚施加负的ESD电压，对VSS放电，其余引脚悬空； 3) PD模式：VDD接地，引脚施加正的ESD电压，对VDD放电，其余引脚悬空； 4) ND模式：VDD接地，引脚施加负的ESD电压，对VDD放电，其余引脚悬空；

esd静电防护方法esd静电防护技术

esd静电防护方法esd静电防护技术 1.一般esd静电防护的基本思路 (1)从元器件设计方面,把静电保护设计到LED器件内,例如大功率LED,设计者在承载GaN基LED芯片倒装的硅片上,设计静电保护二极管,这时硅片不但作为GaN的承载基体,还起到ESD保护作用,使采用这种芯片封装的器件ESDS达到几千伏。它的优点是直接提高器件抗ESD能力,简化封装生产和器件安装等过程的静电防护措施;缺点是增加成本,增大体积,芯片生产工艺复杂并且需要专业生产设各,它适用于高价值的LED器件。 (2)从生产工艺方面,有两种静电防护途径;①消除产生静电的材料与过程。通过材料的选用,使静电产生的途径不存在了或者减少了,从源头消除了静电放电的产生与积累,是静电防护的有效的基本方法之一。②泄放或中和防止静电放电。因为产生静电的所有途径是不可能完全消除的,所以我们需要安全地泄放或中和那些要发生的静电,防止静电放电的发生。 2,esd静电防护接地技术 接地就是直接将静电通过一条导线的连接泄放到大地,这是防静电措施中|最直接、最有效的方法。多数静电防护 系统的效果,都依赖于接地地线的质量,静电接地技术是静电泄放工艺中的主要环节,系统接地的质量将直接影响电荷的释放能力。地线必须是能够接受或提供大量电荷的,理想的地线应该是一个优良的导体,即电流流过地线时不产生电位降,地线上各点电位相同。在工作区的静电地线应为静电专用地线,不得与其他地线共用。防静电接地是厂房基建工程中重要的指标之一。 3.esd静电防护操作系统

在进行静电敏感器件的操作时,工作台上应铺设具有静电导电和静电耗散功能的材料制成的防静电台垫。使所有与器件接触的端子、工具、仪器仪表、人体达到一致的电位,并通过接地使静电能迅速泄放。 4.人体防静电系统 人体防静电系统主要由防静电手腕带、防静电工作服、鞋袜等组成,必要时还需要辅以防静电工作帽、手套、脚套等物品。这种整体的防静电系统兼各静电泄放、中和和屏蔽的作用。防静电手腕带由静电导电材料制成,通过与皮肤直接接触,把人体静电直接导走,所以手腕带使用时必须与皮肤接触良好,使皮肤上的瞬时静电电压、于100V.防静电工作椅以静电导电织物为面料,它们在与人的接触中不产生静电,并能将人体本身所带静电很快泄放,导人大地,起到 静电防护作用。 5.生产过程的esd静电防护 LED从芯片到封装应用的生产过程较复杂,就防静电而言,是一个综合治理的过程,应渗透到生产的各个环节,并根据各生产环节的工艺要求,提出不同的对策,以达到对器件的有效静电防护。对固定单个设备(如固晶机、键合台、测试设各、波峰焊设各等)的工艺要求: (1)设各应良好接地; (2)有必要的设各周围要铺设防静电地垫; (3)操作者穿戴防静电衣、帽、腕带等; (4)必要时,在静电防护关键部位设置离子风机。 6.离子风机

ESD防护及设计

ESD防护及设计 一、ESD产生 静电的产生无处不在，可分类为： 1.摩擦、剥离起电 2.感应起电 感应起电是物体在静电场的作用下，发生了的电荷上再分布的现象。 比如：一个设备加电工作的过程中，产生了一定的电磁场，外围的物体受场的作 用会感应出部分电荷，如显示器的屏幕带电现象。而容性起电就比较复杂了，它 是由于已经具有一定电荷的带电体在与另一物体靠近、分离时。 根据平行板电容公式c= εS/4πkd（S为金属片的正对面积，d为两金属片间的 距离）。系统电容发生改变，由Q=CV（C为电容，V为电压）可知，携带一定电 量的物体或人体上的静电电位将发生变化，这就会导致集成块等微电子器件的损 坏。 利用静电感应原理，使导体带电的过程。A球原不带电，带电的B球使A球电荷 发生转移，在接地情况下，经c、e、f等过程使A球带上电荷，谓之感应起电。 lV=Q/C; lC=εA/d 二、ESD的特点 1.干燥环境更易产生静电：

2.人体对静电的感知: 在3kV时，你能通过皮肤感知； 在5kV时，你能听见； 在10kV时，你能看见； 3.静电放电的特点 高电位：数百至数千伏，甚至高达数万至数十万伏；（人体对3kV以下的静电不 易感觉到） 低电量：静电多为微安级；（尖端瞬间放电除外） 放电时间短：一般为微秒级；一个ESD瞬态感应电流在小于1ns的时间内就能 达到峰值(依据IEC 61000-4-2标准) 受环境影响大：特别是湿度；湿度上升则静电积累减少，静电压下降； 三、ESD的危害 ESD失效：仿真人体带8kV静电放电，放电3次；放大3000倍；

硬损伤和软损伤 人体静电可以摧毁任何一个常用半导体器件。（以前实验室发现有人裸手拿板，就发一块坏板，让他维修。） 四、ESD控制 静电不能被消除，只能被控制 控制ESD的方法： 1.堵： 从机构上做好静电的防护，用绝缘的材料把PCB板密封在外壳内，不论有多少静 电都不能到释放到PCB上。 2.导： 有了ESD，迅速让静电导到PCB板的主GND上，可以消除一定能力的静电。 3.整机级的堵和导 1)外壳和装饰件：金属以及可导电的电镀材料等，属于容易吸引和聚集静电的材 料；ESD要求很高的项目要尽可能避免使用这些材料； 2)必须使用导体材料时：结构上要事先预留有效而布局均匀的接地点；一般来说，

静电防护(ESD)设计

静电防护（ESD）设计 ESD(Electrostatic Discharge)是静电放电的简称。 非导电体由于摩擦，加热或与其它带静电体接触而产生静电荷，当静电荷累积到一定的电场梯度时（Gradient of Field）时，便会发生弧光(Arc), 或产生吸力（Mechanical Attraction）. 此种因非导电体静电累积而以电弧释放出能量的现象就称为ESD。 8-1影响物体带静电的因素 材料因素 电导体---电荷易中和，故不致于累积静电荷。 非电导体---电阻大，电荷不宜中和（Recombination）,故造成电荷累积. 两接触材料（非导电体）之间的相对电介常数（Dielectric Constant）越大，越容易带静电。 Triboelectric Table 当材料的表面电阻大于109 ohms/square时，较容易带静电. 0 ohms/square~106 ohms/square 导体 106 ohms/square~109 ohms/square 非静电材质 109 ohms/square~ ∞易引起静电材质 防静电材料之表面电阻值 导电PE FOAM 104~106 ohms/square 抗静电袋108~1012 ohms/square

抗静电材质10~108 ohms-cm ∙空气中的相对湿度越低，物体越容易带静电 ESD的参数特性 ∙电容 ESD的基本关系式：V=Q/C Q为物体所带的静电量，当Q固定时，带静电物体的电容越低，所释放的ESD电压越高。 通常女人的电容比男人高，一般人体的电容介于80pfd~500pfd之间. ∙电压 ESD所释放的电压，时造成IC组件故障的主要原因之一。人体通常因摩擦所造成的静电放电电压介于10~15kV, 所能产生的ESD电压最高不超过35~40kV的上限。人体所能感应的ESD电压下限为3~4kV ∙能量 W=1/2 *CV2 典型的ESD能量约在17 milijoules, 即当C=150 pfd, V=15kV时 W=1/2 * 150 *1012 * (15 * 103)2 =17 * 103 joules (焦耳) ∙极性 物体所带的静电有正负之分，当某极性促使该组件趋向Reverse Bias时，则该组件较易被破坏. 5. RISE TIME ( tr ) RISE TIME---ESD起始脉冲(PULSE)10%到90%ESD电流的尖峰值所须的时间. Duration--- ESD起始脉冲50%到落下脉冲50%之间所经过的的时间 使用尖锐的工具放电，产生的ESD Rise time最短，而电流最大. ESD产生可分为五个阶段进行:

电子产品之ESD防制设计

电子产品之ESD 防制设计 在讨论如何设计产品避免遭受ESD损坏之前, 先要了解ESD破坏电子产品的原因, 方便后续讨论与技术的了解. ESD能量是经由传导性能量转移方式引入产品的电子组件内, 主要破坏力是瞬间峰值电流, 电压是引导放电作用的诱发位能. ESD开始时是经由直接(电流)或间接辐射方式以快速的瞬时突波冲击到电路组件上, 这当中有电流热效应也有电磁场的干扰效应. 故ESD 对造成电子组件失效情况可概分三种情形, (1) 硬件失效(Hard failure) (2) 潜在性失效(Latent failure) (3) 场强感应失效 (Field induction failure) 1.硬件失效问题: ESD电弧电压(Spark voltage)窜入半导体内部使绝缘部位损坏. 如 在P-N接合点短路或开路,内部绝缘的氧化层贯穿(punch-through)-金属氧化处理部位产生熔蚀(melting)等, 这都是属于永久性失效. 2.潜在性失效问题: 当ESD发生时系统虽暂时受到影响,仍然可继续动作, 但功能会随 时间逐渐变差, 隔数日或数周后系统出现异常, 最后成为硬件失效. 这是因为半导体组件已经受到部分不可回复的损伤, 随着使用时间日增,异常功能自会逐渐显现. 这种失效是最难捉模,无法以失效模式分析确认. 若用户若遇这类产品, 应该要能意识到该产品的质量状况,尚不成熟. 3.感应场强失效问题: 当 ESD的高压放电火花跟电流会对产生电场辐射效应, 这种宽 带的辐射, 经常使临近的电路受干扰而失常, 如Latch-Up, 或暂时性程序错乱,及 数据流失等, 严重时更会损伤硬件成为永久行硬件失效. 一、ESD的防护设计由PCB 阶段开始做起 谈到系统产品的静电防制设计, 必须从印刷电路板(PCB)开始做ESD的保护. 在印刷电路板上也有三种容易造成ESD失误状态如下: 1.ESD电流直接流经受害电路组件的接脚造成永久性损坏: 此类模式系由外部组件(如 键盘, 或I/O界面的连接器)直接联机带入ESD突波电流. 要预防这种直接伤害, 即使用一颗串联电阻或并联电容在这些电路上就可以限制流经IC的ESD电流. 2.ESD电流流经地回路造成重置或损坏: 大部份的设计者都假设其电路接地为低阻抗, 经ESD脉充电流通过, IC接地的阻抗极容易产生地电位跳动(Ground Bounce), 这种地弹跳会使IC重置或锁定, IC如被锁定时非常容易被供应的电源摧毁.

CMOS电路ESD保护结构的设计

ESD(静电放电)是CMOS电路中最为严重的失效机理之一，严重的会造成电路自我烧毁。论述了CMOSESD保护的必要性，研究了在CMOS电路中ESD 保护结构的设计原理，分析了该结构对版图的相关要求，重点讨论了在I/O电路中ESD保护结构的设计要求。 1 引言 静电放电会给电子器件带来破坏性的后果，它是造成集成电路失效的主要原因之一。随着集成电路工艺不断发展，CMOS电路的特征尺寸不断缩小，管子的栅氧厚度越来越薄，芯片的面积规模越来越大，MOS管能承受的电流和电压也越来越小，而外围的使用环境并未改变，因此要进一步优化电路的抗ESD性能，如何使全芯片有效面积尽可能小、ESD性能可靠性满足要求且不需要增加额外的工艺步骤成为者主要考虑的问题。 2 ESD保护原理 ESD保护电路的设计目的就是要避免工作电路成为ESD的放电通路而遭到损害，保证在任意两芯片引脚之间发生的ESD，都有适合的低阻旁路将ESD电流引入电源线。这个低阻旁路不但要能吸收ESD电流，还要能箝位工作电路的电压，防止工作电路由于电压过载而受损。在电路正常工作时，抗静电结构是不工作的，这使ESD保护电路还需要有很好的工作稳定性，能在ESD发生时快速响应，在保护电路的同时，抗静电结构自身不能被损坏，抗静电结构的负作用(例如输入延迟)必须在可以接受的范围内，并防止抗静电结构发生闩锁。 3 CMOS电路ESD保护结构的设计

大部分的ESD电流来自电路外部，因此ESD保护电路一般设计在PAD旁，I/O电路内部。典型的I/O电路由输出驱动和输入接收器两部分组成。ESD 通过PAD导入芯片内部，因此I/O里所有与PAD直接相连的器件都需要建立与之平行的ESD低阻旁路，将ESD电流引入电压线，再由电压线分布到芯片各个管脚，降低ESD的影响。具体到I/O电路，就是与PAD相连的输出驱动和输入接收器，必须保证在ESD发生时，形成与保护电路并行的低阻通路，旁路ESD 电流，且能立即有效地箝位保护电路电压。而在这两部分正常工作时，不影响电路的正常工作。 常用的ESD保护器件有电阻、二极管、双极性晶体管、MOS管、可控硅等。由于MOS管与CMOS工艺兼容性好，因此常采用MOS管构造保护电路。CMOS工艺条件下的NMOS管有一个横向寄生n-p-n(源极-p型衬底-漏极)晶体管，这个寄生的晶体管开启时能吸收大量的电流。利用这一现象可在较小面积内设计出较高ESD耐压值的保护电路，其中最典型的器件结构就是栅极接地NMOS(GGNMOS，GateGroundedNMOS)。 在正常工作情况下，NMOS横向晶体管不会导通。当ESD发生时，漏极和衬底的耗尽区将发生雪崩，并伴随着电子空穴对的产生。一部分产生的空穴被源极吸收，其余的流过衬底。由于衬底电阻Rsub的存在，使衬底电压提高。当衬底和源之间的PN结正偏时，电子就从源发射进入衬底。这些电子在源漏之间电场的作用下，被加速，产生电子、空穴的碰撞电离，从而形成更多的电子空穴对，使流过n-p-n晶体管的电流不断增加，最终使NMOS晶体管发生二次击穿，此时的击穿不再可逆，则NMOS管损坏。

静电防护电路设计

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静电防护电路设计 产品的静电防护是多方面的，必须从产品的立项开始全面考虑结构设计、PCB 设计、零件的选择、组装及使用环境等。其中，PCB的设计对产品ESD的防护可以说是至关重要的。 PCB设计 在PCB板的设计当中，可以通过分层、恰当的布局布线和安装，实现PCB的抗ESD设计。在设计过程中，通过预测可以将绝大多数设计修改仅限于增减元器件。通过调整PCB布局布线，能够很好地防范ESD。以下是一些常见的防范措施。 1．电路板布局布线 电路板布局布线方面抗ESD设计，需要遵循以下原则： 1)尽可能使用多层PCB，相对于双面PCB而言，地平面和电源平面，以及排列紧密的信号线，地线间距能够减小共模阻抗和感性耦合，使之达到双面PCB的171()全I/100 0尽量地将每一个信号层都紧靠一个电源层或地线层。对于顶层和底层表面都有元器件、具有很短连接线及许多填充地的高密度PCB，可以考虑使用内层线。 2)对于双面PCB来说，要采用紧密交织的电源和地栅格。电源线紧靠地线，在垂直和水平线或填充区之间，要尽可能多地连接。一面的栅格尺寸小于等于60 mm，如果可能，栅格尺寸应小于13 mm. 3)确保每一个电路尽可能紧凑。尽可能将所有连接器都放在一边。 4)在引向机箱外的连接器（容易直接被ESD击中）下方的所有PCB层上，要放置宽的机箱地或者多边形填充地，并每隔大约13 mm的距离用过孔将它们连按在一起。 5)在卡的边缘上放置安装孔，安装孑L周围用无阻焊剂的顶层和底层焊盘连接到机箱地上。 6)PCB装配时，不要在顶层或者底层的焊盘上涂覆任何焊料。使用具有内嵌垫圈的螺钉来实现PCB与金属机箱／屏蔽层或接地面上支架的紧密接触。在每一层的机箱地和电路地之间，要设置相同的“隔离区”；如果可能，保持间隔距离为0. 64 mm。 7)在卡的顶层和底层靠近安装孔的位置，每隔100 mm沿机箱地线将机箱地和电路地用1. 27 mm宽的线连接在一起。与这些连接点的相邻处，在机箱地和电路地之间放置用于安装的焊盘或安装孔。这些地线连接可以用刀片划开，以保持开路，或用磁珠／高频电容的跳接。如果电路板不会放入金属机箱或者屏蔽装置中，在电路板的顶层和底层机箱地线上不能涂阻焊剂，这样它们可以作为ESD电弧的放电极。 8)要以下列方式在电路周围设置一个环形地。 ·除边缘连接器及机箱地以外，在整个外围四周放上环形地。 ·确保所有层的环形地宽度大于 mmo ·每隔13 mm用过孔将环形地连接起来。 ·将环形地与多层电路的公共地连接到一起。

防电磁波干扰(EMI)和静电防护(ESD)设计

防电磁波干扰（EMI）和静电防护（ESD）设计 一防电磁波干扰设计 1.EMI (Electro Magnetic Interference) 即电磁干扰。传播方式有辐射和传导. 2.重要的规章： 美国的FCC (Federal Communication Commission) 西德的VDE (Verband Deutscher Electrotechniker) IEC(国际电子技术委员会)的CISPR（Committee International Spe Ciai Des Perturbations Dadioelectriques） 3.管制程度 商业用的产品要符合Class A. 一般家庭用要符合Class B 4.防止电磁干扰的对策 零件选择适当电子零件可减少2~3dB 电路Layout 电路板Pattern设计改变 噪声FILTER 电源的噪声可采取1 OW PASS FILTER 接地高频回路采取多点接地之原则 CABLE 采用屏蔽之CABL E Connector 采用屏蔽之Connector 外壳金属壳，塑料壳表面导电材料处理：无电解电镀，ZINC SPRAY， 铝蒸镀，导电漆喷涂，以及用金属箔贴附或直接以导电性塑料料 成型. 5.导电性须考虑因素 温度，湿度，老化及Impact试验，黏着试验须合乎UL746C的规定，结果在程度4以上（剥离在5%以内） 6.表面电阻的定义 比电阻Rr=△V/I * S/ l 电阻Rs=Rr/t (Ω) 7.屏蔽效应(Shielding Effectiveness) 电场之屏蔽效应SdB=20 log E1/E2磁场之屏蔽效应SdB=20 log H1/H2其中E1, H1是入射波长强度，E2，H2是穿透波长强度SE=R+A+B R: 反射衰减：R=168+10log(c/p * 1/f) A: 吸收衰减: A=1.38 * t√f*c*p B: 多次反射衰减: 通常可忽略 其中, c是相对导电系数，f是频率, p是相对导磁系数，t是遮蔽之厚度. 材料相对导电系数(C) 相对导磁系数（P） C * P C/P 银 1.05 1 1.05 1.05 铜 1.00 1 1.00 1.00 8.防电磁干扰设计 屏蔽层如有孔洞等之开口会使屏蔽电流收到影响，为了使电流顺畅，可把长孔改成多个小圆孔. 含排列孔的屏蔽有以下几个因素影响 孔的最大直径d , 孔数n, 孔间距c, 屏蔽厚度t, 噪声源和孔之距离r, 电磁波频率f, 其中d, n, f 越小越好，c, t, r 越大越好.外壳间接缝对屏蔽效应的关系 1.必须保持导电性接触，故不可喷不导电漆。

静电放电防护设计规范和指南

第一章概述 (2) 1.1静电和静电放电 (2) 1.2 静电放电的特点 (2) 1.3静电放电的类型 (2) 第二章静电放电模型 (3) 2.1人体带电模型 (3) 2.2 场增强模型（人体-金属模型） (3) 2.3 带电器件模型 (4) 第三章静电放电的危害 (5) 3.1 ESD造成元器件失效 (5) 3.2 ESD引起信息出错，导致设备故障 (5) 3.3 高压静电吸附尘埃微粒 (5) 第四章ESD防护设计指南 (5) 4.1 设备的ESD防护设计要求 (6) 4.2 PCB的ESD防护设计要求 (6) 4.3 通讯端口的ESD防护设计要求 (10) 第五章典型案例 (13) 5.1 某宽带园区接入产品防静电设计 (13) 5.2 某小容量带宽接入产品的防静电设计 (14) 5.3 某产品与结构工艺有关的防静电案例 (15) 5.4 ESD试验使某单板程序“跑飞” (15) 5.5 试验使单板复位 (17)

第一章概述 1.1静电和静电放电 静电式物体表面的静止电荷。物体在接触、摩擦、分离、感应、电解等过程中，发生电子或离子的转移，整电荷和负电荷在局部范围内失去平衡，就形成了静电。带有静电的物体称为带电体。当带电体表面附近的静电场梯度大到一定的程度，超过周围介质的绝缘击穿场强时，介质将会发生电离，从而导致带电体的点和部分的电荷部分或全部中和。这种现象我们称之为静电放电(ESD)。静电放电可以出现在两个物体之间，也可由物体表面静电荷直接向空气放电。 人体由于自身的动作以及与其它物体的接触、分离。摩擦或感应等因素，可以带上几千伏甚至上万伏的静电。在干燥的季节，人们在黑暗中托化纤衣服时，常常会听到“啪啪”的声音，同时还会看到火花，这就是人体的静电放电现象。在工业生产中，人是主要的静电干扰源之一。 1.2 静电放电的特点 1、静电放电时高电位，强电场，瞬时大电流的过程 大多数情况下静电放电过程往往会产生瞬时脉冲大电流，尤其是带电导体或手持小金属物体的带电人体对接地体产生火花放电时，产生的瞬时电流的强度可达到几十安培甚至上百安培。 2、静电放电会产生强烈的电磁辐射形成电磁脉冲 在静电放电过程中，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，它的电磁能量往往会引发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。 1.3静电放电的类型 静电放电类型主要有下面三种： 1、电晕放电

ESD保护版图设计

摘要 静电放电(简写为ESD)是集成电路(简写为IC)在制造、运输、以及使用过程中经常发生并导致IC芯片损坏或失效的重要原因之一。工业调查表明大约有40％的IC失效与ESD/EOS(过强的电应力)有关。因此，为了获得性能更好更可靠的IC芯片，对ESD开展专门研究并找到控制方法是十分必要的。随着芯片尺寸的持续缩小，ESD问题表现得更加突出，已成为新一代集成电路芯片在制造和应用过程中需要重视并着力解决的一个重要问题。 论文论述了CMOS集成电路ESD 保护的必要性，研究了在CMOS电路中ESD 保护结构的设计原理，分析了该结构对版图的相关要求，重点讨论了在I/O电路中ESD 保护结构的设计要求。 论文所做的研究工作和取得的结果完全基于GGNMOS的器件物理分析，是在器件物理层次上研究ESD问题的有益尝试；相对于电路层次上的分析结果，这里的结果更加准确和可靠，可望为GGNMOS ESD保护器件的设计和制造提供重要参考。 关键词：静电放电(ESD)；接地栅NMOS；保护器件；电源和地

Abstract The electrostatic discharge (ESD) is integrated circuit (IC) in manufacturing, transportation, and use process occurs frequently and cause IC chips damage or failure of one of the important reasons. Industrial survey shows that about 40 percent of IC failure and ESD/EOS (overpowered electrical stress) relevant. Therefore, in order to obtain better performance more reliable IC chips, to carry out special research and find the ESD control method is very necessary. Along with the continuous narrowing, chip size behaved more prominent ESD problems, has become a new generation of integrated circuit chip in the manufacture and application process needed to pay attention to and addressing an important question. This paper discusses the CMOS integrated circuit, the necessity of ESD protection in CMOS circuit was studied in the structure of ESD protection design principle, analyzes the structure on the map the relevant requirements, especially discussed in the I/O circuit ESD protection structure design requirements. Keywords:Electrostatic Discharge, GND gate NMOS, Protected Device, Power and Ground