什么是ESD 
ESD(Electro-Static discharge)的意思是"靜電放電"。

靜電是一種自然現象，它可以通過接觸、摩擦、電器間感應等方式產生。由于多種因素的影響，靜電電荷會不斷積累，直到與一個導電體接觸，電荷會突然釋放出來，或者積累到一個臨界值，甚至擊穿周圍的電介質，從而迅速恢復電荷平衡。這個電荷的快速釋放與中和的過程，就是靜電放電。靜電的特點是長時間積聚、高電壓、低電量、小電流和作用時間短的特點。


ESD的危害
靜電在多個領域造成嚴重危害。特別是半導體行業，靜電已經成為集成電路產品的“質量殺手”。在集成電路失效案例中，靜電導致失效的原因占比達40%左右。電子電器產品運行不穩定，甚至損壞，最大的可能原因就是靜電對產品電子元件造成的損害。


隨著集成電路產業高速發展和生產工藝的逐漸完善，元件集成度越來越高，特征尺寸也越來越小，但電子元件ESD防護能力大大降低。元件中極薄的導電路徑往往不能承受參與其中的高ESD電壓作用，靜電放電過程可持續數納秒至數百納秒，放電電壓可能高達幾百伏甚至上千伏，放電電流可能高達數安培甚至數十安培，電子元件在這樣高壓、大電流的作用下會發生不可逆的破壞，導致產品明顯損壞或功能受損。

ESD的測試方法

ESD產生的原因較多，對于集成電路電子元件產品，常見的ESD 被分類為下列三類，分別是：人體放電模式(HBM, Human Body Model), 機器放電模式(MM, Machine Model)以及元件充電模式(CDM, Charge Device Model)。

人體放電模式
指人體通過磨擦或其他原因積累了靜電，而靜電沒有釋放時，當人碰觸到電子元件時，人體積累的靜電便會經由電子元件的管腳進入電子元件內，再經由電子元件放電到地。該模型表征人體帶電接觸元件放電，人體等效電阻定為1.5kΩ，人體等效電容定為100pF。等效電路如下圖。





HBM的電流波形如下圖中所示，對于消費類電子產品一般要通過2kV的 HBM ESD電壓，通常電流峰值在1.2A-1.48A左右，電流上升時間在2-10ns，電流持續時間在130ns-170ns之間，放電速度非常快。





HBM ESD敏感元器件靜電敏感度等級，參考JS-001標準共分為九個等級。




機器放電模式
用于模擬帶電導體在電子元件上產生靜電放電。是指機器（例如機械手臂）本身積累了靜電，當此機器碰觸IC時，該靜電便經由IC的PIN腳放電。該放電過程持續時間較短、電流較大。由于機器多為金屬，金屬的阻抗可以認為是0Ω，所以機器放電模式中的等效電阻為0Ω，等效電容定為200pF，并且相比于HBM, 等效電路中多出了一個電感。



機器模式下電流波形見下圖，因為機器在放電模式下不存在電阻，所以放電過程較短，儲電電容比人體模式大，從幾個ns至幾十個ns之間，會出現幾安放電電流。相同電壓下，機器模式產生的放電電流比人體模式更大，對元器件的破壞性遠大于人體模式。



MM ESD敏感元器件靜電敏感度等級，參考JEDEC標準共分為三個等級。

不過MM ESD測試方法已經基本不再使用了，例如AECQ質量認證要求中已經刪除了MM模式ESD測試的要求。只有部分企業做產品研發時可能還會沿用這種方法。

元件充電模式
由于摩擦或其他原因，電子元件在生產運輸過程中積累了靜電，但由于沒有快速釋放電荷，因此沒有受到損傷。這種帶有靜電的元件的管腳接近或者觸碰到導體或人體時，元件內部的靜電便會瞬間放電，此種模式的放電時間可能只在幾ns內。



CDM ESD放電時間更短、電流峰值更高，導致器件承受的ESD應力更大，相比于前兩種模式，CDM更容易導致IC損壞。



CDM ESD敏感元器件靜電敏感度等級，參考JS-002標準共分為五個等級。



AECQ認證的ESD測試要求
AECQ車載電子認證對集成電路芯片，分立器件，被動元器件及其他組件均提出了相應ESD測試需求。
AEC-Q100、AEC-Q101、AEC-Q102、AEC-Q103、AEC-Q104等標準都是依據JS-001及JS-002進行HBM模式和CDM模式的ESD測試。與其他系列的標準不同，AEC-Q200測試方法依據標準ISO 10605，分為接觸放電和空氣放電兩種模式。
接觸放電是針對可以接觸到的半成品電子產品或金屬外殼的電子產品，采用接觸式放電，模擬在生產、運輸和使用過程中可能出現的人體放電對電子產品造成損壞的情況。
空氣放電以絕緣外殼或在外殼表面涂覆絕緣防護層為放電目標，該放電不與試樣表面直接接觸，而是由高壓靜電脈撞擊穿空氣并傳送到產品內造成電子產品或元器件破壞的一種方式。

被動元器件HBM ESD靜電敏感度等級，參考AEC-Q200-002標準等級如下表。







ISO 10605規范的ESD測試方法同IEC 61000-4-2，僅在儲能電容及放電電阻方面存在差異。針對AEC-Q200的被動元器件測試要求，等效電阻定為2000Ω，等效電容定為150pF，相比之下，IEC 61000-4-2規定的330Ω、150pF/330pF更加嚴酷。