1. 定義
靜電放電（Electrostatic Discharge，ESD）:是指具有不同靜電電位的物體互相靠近或直接接觸引起的電荷轉(zhuǎn)移。當(dāng)帶了靜電荷的物體（也就是靜電源）跟其它物體接觸時(shí)，這兩個(gè)具有不同靜電電位的物體依據(jù)電荷中和的原則，存在著電荷流動(dòng)，傳送足夠的電量以抵消電壓。這個(gè)電量在傳送過程中，將產(chǎn)生具有潛在破壞作用的電壓、電流以及電磁場(chǎng)，嚴(yán)重時(shí)會(huì)將物體擊毀。
2. 特點(diǎn)
2.1 ESD 可形成高電位、強(qiáng)電場(chǎng)、瞬時(shí)大電流
大多數(shù)情況下 ESD 過程往往會(huì)產(chǎn)生瞬時(shí)脈沖大電流，尤其是帶電導(dǎo)體或手持小金屬物體的帶電人體對(duì)接地導(dǎo)體產(chǎn)生火花放電時(shí)，產(chǎn)生的瞬時(shí)脈沖電流的強(qiáng)度可達(dá)到幾十安培甚至上百安培。
ESD 電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)可以直接穿透設(shè)備外殼，或通過孔洞、縫隙、輸入輸出等耦合到敏感電路，如圖 所示：
2.2 ESD 過程會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁脈沖輻射
在 ESD 過程中會(huì)產(chǎn)生上升時(shí)間極快、持續(xù)時(shí)間極短的初始大電流脈沖，并產(chǎn)生強(qiáng)烈的電磁輻射形成靜電放電電磁脈沖（ESD Electromagnetic Pulse－ESD EMP），它的電磁能量往往會(huì)引起電子系統(tǒng)中敏感部件的損壞、翻轉(zhuǎn)，使某些裝置中的易爆品誤爆，造成事故。
3. 危害
ESD 對(duì)電子設(shè)備的危害主要有兩種機(jī)理，其一是 ESD 電流直接流過電路造成破壞，另一種是 ESD 電流產(chǎn)生的電磁場(chǎng)通過近場(chǎng)的電容耦合、電感耦合或遠(yuǎn)場(chǎng)的空間輻射耦合等途徑對(duì)電路造成干擾。
ESD 可能引起易燃易爆物的起火或爆炸，也可能導(dǎo)致半導(dǎo)體器件和集成電路的擊穿或失效。隨著微電子技術(shù)的快速發(fā)展，特別是隨著集成電路結(jié)構(gòu)尺寸的減小以及 MOS 集成電路的廣泛使用，靜電危害已成為微電子器件的重要破壞源。靜電防護(hù)問題越來越被關(guān)注，而 ESD 的防護(hù)領(lǐng)域也日漸廣泛。
4. 三種模型
3.1 HBM：Human Body Model，人體模型：
該模型表征人體帶電接觸器件放電（人體摩擦產(chǎn)生了電荷突然碰到芯片釋放的電荷導(dǎo)致芯片燒毀擊穿），Rb 為等效人體電阻，Cb 為等效人體電容。等效電路如下圖，同時(shí)給出了器件 HBM 模型的 ESD 等級(jí)。
下圖為人體 ESD 的等效電路。人體能儲(chǔ)存一定的靜電電量，因此人體明顯地存在電容效應(yīng)。人體也有電阻，其值依賴于人體肌肉的彈性、水分和接觸電阻等因數(shù)。電荷轉(zhuǎn)移路徑中還存在電感。目前廣泛使用的人體模型測(cè)試電路中人體等效電阻和電容分別為1500? 和 100pF。
從電磁兼容的角度來看，ESD 最重要的指標(biāo)是電流波形特性。來自人體的 ESD 的典型波形如下圖所示。測(cè)量結(jié)果表明，ESD 波形具有很短的上升時(shí)間（<1ns）和很高的起始尖峰。起始尖峰是從手/前臂組合體經(jīng)由低電感通路放電的結(jié)果，電流峰值越大，且人體接近速度越快，脈沖上升斜率越陡。另一方面，人體放電會(huì)產(chǎn)生時(shí)間長(zhǎng)得多的脈沖（其它部位放電結(jié)果），持續(xù)時(shí)間可到數(shù)十微秒。因此，這兩種波形組合就反映了包含人體在內(nèi)的 ESD 特性。
3.2 帶電器件模型
由于器件本身積累靜電而迅速放電造成對(duì)電子元器件的損壞，帶電器件模型是基于已帶靜電的器件通過管腳對(duì)地放電引起器件失效而建立的。
該模型電路對(duì)地放電時(shí)，得到的放電電流波形為迅速衰減的正弦波。帶電器件有幾個(gè)管腳同時(shí)與地接觸時(shí)，就有幾個(gè)放電通路，圖中分別用不同的 Ri 、Li 、Ci 表示。器件放電時(shí)的脈沖峰值功率較高，可達(dá)幾百瓦到幾兆瓦，這么大的功率也會(huì)改變器件的參數(shù)，或使硅熔化造成器件的失效。對(duì)于多器件并聯(lián)的放電通道模型，當(dāng)有一個(gè)管腳接地時(shí)，器件的每條路徑都有自己的放電特性，從而在路徑之間產(chǎn)生電位差，嚴(yán)重時(shí)可以導(dǎo)致路徑之間的絕緣擊穿。
3.3 電場(chǎng)感應(yīng)模型
所有的帶電體周圍總是存在電場(chǎng)，當(dāng)一個(gè)器件處于靜電場(chǎng)中時(shí)，其內(nèi)部將感應(yīng)出電位差。此時(shí)，當(dāng)某一管腳與地相碰時(shí)，器件就會(huì)對(duì)地放電，這種放電模型稱為電場(chǎng)感應(yīng)模型。將一個(gè) CMOS 器件置于靜電場(chǎng)中時(shí)，其柵介質(zhì)層兩側(cè)就會(huì)感應(yīng)出電位差。如果電位差足夠大，就可能使柵氧化層擊穿。
典型的電場(chǎng)感應(yīng)模型為：當(dāng)集成電路等器件裝在印制板上緊挨帶電體的表面處時(shí)，由于靜電感應(yīng)使導(dǎo)電材料充電。由于集成電路通過某種方式接地，當(dāng)電場(chǎng)強(qiáng)度較高時(shí)，器件上積累的電荷就會(huì)沿此接地路徑放電，造成對(duì) ESD 敏感的集成電路失效。集成電路等器件的 ESD 敏感度不僅取決于電路板和器件的感應(yīng)電壓，而且還取決于器件對(duì)地電容和放電路徑上的電阻。同樣，當(dāng)設(shè)備感應(yīng)的電壓超過對(duì)地?fù)舸╇妷海烹娝沧冞^程將導(dǎo)致設(shè)備受到干擾甚至失效。
一般情況下，靜電場(chǎng)感應(yīng)出來的電位差不會(huì)使器件立刻失效，但由于器件管腳相當(dāng)于接收天線，引起與管腳相連導(dǎo)電部分的電場(chǎng)發(fā)生畸變，導(dǎo)致二氧化硅內(nèi)部場(chǎng)強(qiáng)增加，此時(shí)就有可能引起 MOS 器件的柵極氧化膜被擊穿。
5. 防護(hù)
靜電及其危害的機(jī)理主要包括靜電產(chǎn)生的強(qiáng)電場(chǎng)，ESD 產(chǎn)生的電弧電流所引起的電位不均，以及電弧電流感應(yīng)的瞬態(tài)電磁場(chǎng)的影響等。
防護(hù)措施：
（1）阻止靜電的產(chǎn)生和積累，消除 ESD 源；
（2）隔離導(dǎo)體，阻止放電；
（3）為 ESD 電流提供替換通路，使其旁路；
（4）屏蔽電路，阻止 ESD 產(chǎn)生的電磁干擾耦合到電路或設(shè)備；
（5）通過選擇抗靜電級(jí)別較高的器件，設(shè)計(jì)合理的工藝和電路來增強(qiáng)系統(tǒng)的抗干擾性
6. 常見電路應(yīng)用
串聯(lián)電阻：
電路加齊納二極管：（穩(wěn)壓二極管）
加TVS管：
加濾波網(wǎng)絡(luò)：
天線放電：
