硬件工程师之电子元器件—二极管（13）之静电放电（ESD）

最新推荐文章于 2025-04-12 11:18:45 发布

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本系列文章主要讲解二极管的相关知识，希望能帮助更多的同学认识和了解二极管。

若有相关问题，欢迎评论沟通，共同进步。(*^▽^*)

二极管

39. 静电放电(ESD)

ESD是指带不同极性电荷的物质相互靠近或相互接触时发生的电荷放电。

一切物质都由原子构成，每个原子由带正电的原子核和带负电的电子组成，表现为电中性。例如，当原子因两个物体相互接触失去电子后，变成带正电的离子（称为阳离子）。相反，得到电子的原子变成带负电的离子（称为阴离子）。

电子转移不是随机的，一些材料往往带正电，而有些则往往带负电。图71是摩擦静电序列，表中根据经验按材料容易得到正电荷或负电荷的倾向进行排列。静电放电 (ESD) 是两个带电物体之间由于相互接触而突然产生流动的电流。

图 71 摩擦静电序列

两种不同的材料接触时，电子从一种材料转移到另一种材料。不过，当两种材料彼此接触时，正离子和负离子处于均平衡状态。这种情况下，检测不到静电。当这些带有不同电荷的材料分离时会产生静电。例如，假设羊毛衫外面穿一件聚酯面料的羽绒服。由于摩擦导致电子从羽绒服转移到毛衣上，毛衣带负电。这时，羽绒服带正电。脱下毛衣时，毛衣上的一些电子对羽绒服放电，产生静电火花。

在图71中，如品红色箭头所示，摩擦静电序列中聚氯乙烯和人的毛发相距很远。两种材料彼此距离越远，积累的电荷就越大。这意味着当它们被分离时，释放的ESD能量更多。脱下棉质衬衫时，很少受到静电电击。

静电类似电容充电。为了防止ESD事件，避免电荷积聚是很重要的。

可采用以下几种方法防止静电：

如果是金属，将其接地。
增加湿度降低材料表面阻抗。
使用电离器电离大气，通过产生与带电物体相反极性的电荷来中和物体中的静电。

然而，静电并没法完全消除。由于很容易受到ESD能量的损坏或破坏，因此，IC的I/O引脚通常配置ESD保护电路。

尽管此类ESD保护电路可针对受保护器件中发生的相对较小的ESD瞬变（器件级 ESD）提供保护，但不能承受USB和其他端口给IC带来的ESD瞬变（系统级ESD）。

40. 静电放电(ESD)测试

静电放电（ESD）测试用来检测IC和电子设备的ESD耐受性。ESD测试大致分为器件级测试和系统级测试。

器件级ESD测试：

器件级ESD测试在ESD受到控制的电子制造工厂等处进行。器件级ESD测试的目的是确定少量ESD放电是否造成IC等被测器件（DUT）性能下降或损坏。ESD抗扰度测试传统模型包括人体模型（HBM）、机器模型（MM）和带电器件模型（CDM）。所有DUT引脚均要经过ESD测试，DUT保护电路提供器件级ESD保护。

系统级ESD测试：

系统级ESD测试旨在确保电子器件不会因日常生活中的ESD放电导致性能下降或损坏（例如，电缆插入USB端口时发生的ESD放电）。ESD抗扰测试采用IEC 61000-4-2 标准。在系统级测试中，ESD事件适用于通过连接器、触控传感器和天线暴露在外的I/O引脚。系统级测试使用比器件级测试能量更大的ESD波形。图72对比器件级（HBM）和系统级（IEC 61000-4-2）ESD测试的测试波形。尽管由于测试条件不同（如阻抗），这些波形不能简单比较，但系统级ESD测试施加的电流比器件级ESD测试高得多。由于内部保护电路很难单独保护IC免受系统级ESD电流的影响，因此需要外接ESD保护二极管。