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第1章 静电学基本原理 1

1.1 引言 1

1.2 静电学 1

1.2.1 泰勒斯和静电引力 1

1.2.2 静电学和摩擦生电序列 2

1.2.3 摩擦生电序列和吉尔伯特 3

1.2.4 摩擦生电序列和格雷 4

1.2.5 摩擦生电序列和达菲 4

1.2.6 摩擦生电序列和富兰克林 4

1.2.7 静电学——西莫和人体模型 4

1.2.8 静电学——库仑和卡文迪许 5

1.2.9 静电学——法拉第和冰桶实验 5

1.2.10 静电学——法拉第和麦克斯韦 5

1.2.11 静电学——帕邢 5

1.2.12 静电学——斯托尼与“电子” 5

1.3 摩擦生电——它是怎么发生的 6

1.4 导体、半导体和绝缘体 7

1.5 静电耗散材料 7

1.6 静电放电和材料 7

1.7 充电和库仑定律 8

1.7.1 摩擦生电 8

1.7.2 感应生电 8

1.7.3 传导生电 9

1.8 电磁学和电动力学 9

1.9 电击穿 9

1.9.1 静电放电与击穿 9

1.9.2 击穿与帕邢定律 10

1.9.3 击穿和汤森德 10

1.9.4 击穿与托普勒定律 11

1.9.5 雪崩击穿 11

1.10 电准静态和磁准静态 12

1.11 电动力学与麦克斯韦方程 13

1.12 静电放电 13

1.13 电磁兼容 13

1.14 电磁干扰 13

1.15 本章小结 14

参考文献 14

第2章 生产和静电的基本原理 18

2.1 材料、工具、人为因素和静电放电 19

2.2 制造环境和工具 19

2.3 生产设备和ESD生产问题 19

2.4 生产材料 20

2.5 测量和测试设备 20

2.6 接地及连接系统 22

2.7 工作台面 22

2.8 防静电腕带 22

2.9 在线监测仪 23

2.10 鞋类 23

2.11 地板 23

2.12 人员服装接地 23

2.13 空气离子化 24

2.14 座椅 25

2.15 推车 25

2.16 包装和运输 25

2.16.1 运输包装管 25

2.16.2 托盘 26

2.17 ESD识别 26

2.18 ESD程序管理——12步构建ESD战略 26

2.19 ESD程序审核 27

2.20 防静电片上保护 27

2.21 本章小结 28

参考文献 28

第3章 ESD、EOS、EMI、EMC和闩锁效应 32

3.1 ESD、EOS、EMI、EMC和闩锁效应 32

3.1.1 ESD 32

3.1.2 过电应力 33

3.1.3 电磁干扰 33

3.1.4 电磁兼容 33

3.1.5 闩锁效应 33

3.2 ESD模型 33

3.2.1 人体模型 34

3.2.2 机器模型 35

3.2.3 盒式模型 36

3.2.4 充电器件模型 36

3.2.5 传输线脉冲 37

3.2.6 超快传输线脉冲 39

3.3 过电应力 39

3.3.1 EOS来源——雷击 40

3.3.2 EOS来源——电磁脉冲 40

3.3.3 EOS来源——机械装置 41

3.3.4 EOS来源——配电装置 41

3.3.5 EOS来源——开关、继电器和线圈 41

3.3.6 EOS设计流程和产品定义 41

3.3.7 EOS来源——设计问题 42

3.3.8 EOS失效机理 43

3.4 电磁干扰 45

3.5 电磁兼容 45

3.6 闩锁 45

3.7 本章小结 46

参考文献 47

第4章 系统级ESD 52

4.1 系统级测试 52

4.1.1 系统级测试目标 52

4.1.2 系统级与元器件级测试失效判据的区别 53

4.2 系统与芯片何时相互影响 54

4.3 ESD和系统级失效 54

4.3.1 ESD电流和系统级失效 55

4.3.2 ESD感应电场／感应磁场和系统级失效 55

4.4 电子系统 56

4.4.1 卡和板 56

4.4.2 系统机架和屏蔽 56

4.5 当前的系统级问题 57

4.5.1 便携系统 57

4.5.2 移动电话 57

4.5.3 服务器和电缆 58

4.5.4 笔记本电脑和电缆 59

4.5.5 磁盘驱动器 59

4.5.6 数码相机 60

4.6 汽车、ESD、EOS和EMI 61

4.6.1 汽车和ESD——点火系统 61

4.6.2 汽车和EMI——电子脚踏装置 61

4.6.3 汽车和油箱起火 61

4.6.4 混合动力汽车和电动汽车 62

4.6.5 未来的汽车 62

4.7 航空航天应用 63

4.7.1 飞机、局部放电和闪电 63

4.7.2 卫星、飞船充电和单粒子翻转 63

4.7.3 太空登陆任务 64

4.8 ESD和系统级测试模型 65

4.9 IEC 61000-4-2 65

4.10 人体金属模型 66

4.11 带电板模型 68

4.12 电缆放电事件 69

4.12.1 电缆放电事件和范围 70

4.12.2 电缆放电事件——电缆测量设备 71

4.12.3 电缆构形——测试放置 72

4.12.4 电缆构形——移动电缆 72

4.12.5 电缆构形——手持电缆 72

4.12.6 电缆放电事件——峰值电流和充电电压的关系 72

4.12.7 电缆放电事件——电流幅度和充电电压的关系 72

4.13 本章小结 72

参考文献 73

第5章 元器件级问题——问题与解决方法 76

5.1 ESD芯片保护——问题与解决方法 76

5.2 ESD芯片级设计方案——设计综合的基本要素 76

5.2.1 ESD电路 79

5.2.2 ESD信号引脚保护网络 79

5.2.3 ESD电源钳位保护网络 80

5.2.4 ESD电源域——域电路 81

5.2.5 ESD内部信号线域——域保护电路 81

5.3 ESD芯片平面设计——设计布局和综合基础 82

5.3.1 ESD信号引脚HBM电路的布置 83

5.3.2 ESD信号引脚CDM电路布置 83

5.3.3 ESD电源钳位电路的放置 84

5.3.4 ESD Vss-Vss电路布置 85

5.4 ESD模拟电路设计 86

5.4.1 ESD模拟电路对称和共质心设计 86

5.4.2 模拟信号引脚到电源线的ESD网络 87

5.4.3 共质心模拟信号引脚到电源线的ESD网络 87

5.4.4 共质心模拟电路和ESD网络的协同综合 88

5.4.5 信号引脚到信号引脚的差分对ESD网络 89

5.4.6 共质心信号引脚差分ESD保护 89

5.5 射频ESD设计 91

5.5.1 射频ESD设计原则 91

5.5.2 ESD射频电路——信号引脚ESD网络 96

5.5.3 ESD射频电路——ESD电源钳位 97

5.5.4 ESD射频电路——ESD射频Vss-Vss网络 99

5.6 本章小结 100

参考文献 100

第6章 系统中的ESD问题及解决方案 101

6.1 ESD系统解决方案——从最大到最小 101

6.2 航空航天解决方案 101

6.3 油轮解决方案 101

6.4 汽车解决方案 102

6.5 计算机和服务器 102

6.6 主板和板卡 103

6.6.1 系统板卡插入的触点 103

6.6.2 系统级的电路板设计——接地设计 103

6.7 系统级“板上”ESD防护 104

6.7.1 火花隙 105

6.7.2 场发射器件 107

6.8 系统级瞬态解决方案 110

6.8.1 瞬态电压抑制器件 111

6.8.2 聚合物电压抑制器件 112

6.9 封装级机械ESD解决方案——机械撬棒 113

6.10 硬盘ESD解决方案 114

6.10.1 内嵌“ESD短路” 114

6.10.2 电枢—机械“短路”——一种内建的电气“撬棒” 114

6.11 半导体芯片级解决方案——版图布局、版图及结构 115

6.11.1 混合信号模拟和数字的版图布局 116

6.11.2 BCD版图布局 116

6.11.3 片上系统设计的版图布局 117

6.12 半导体芯片解决方案——电源栅格设计 118

6.12.1 HMM和IEC规范的电源栅格及互连设计上的考虑 118

6.12.2 ESD电源钳位设计综合—响应IEC61000-4-2的ESD电源钳位网络 119

6.13 ESD和EMC——当芯片影响了系统 120

6.14 系统级和器件级ESD测试与系统级响应 120

6.14.1 ESD测试中的时域反射和阻抗方法学 120

6.14.2 时域反射ESD测试系统评估 121

6.14.3 ESD退化系统级方法——眼图测试 125

6.15 EMC和ESD扫描 127

6.16 本章小结 129

参考文献 130

第7章 静电放电的未来 133

7.1 ESD未来如何 133

7.2 工厂与制造 133

7.3 光刻掩膜与十字线 134

7.3.1 光刻掩膜中的ESD问题 134

7.3.2 光刻掩膜的雪崩击穿 135

7.3.3 光刻掩膜的电模型 136

7.3.4 光刻掩膜中的失效缺陷 137

7.4 磁记录技术 138

7.5 微机电器件 140

7.6 微马达 142

7.7 微机电射频开关 143

7.8 微机电反射镜 145

7.9 晶体管 146

7.9.1 晶体管—体硅和SOI技术 146

7.9.2 晶体管和FinFET 147

7.9.3 FinFET中的ESD问题 148

7.10 硅纳米线 149

7.11 碳纳米管 149

7.12 未来的系统和系统设计 150

7.13 本章小结 150

参考文献 151

术语表 155

ESD标准 157