物质表面的静电荷通过摩擦和感应等过程称为静电荷，静电放电是指静电荷在不同电位的物体之间转移。静电放电损伤是人为因素造成的，但很难避免。在电子产品的制造、组装、测试、储存和运输过程中，静电会积聚在人体仪器甚至产品本身中，容易形成放电路径，导致产品被静电放电轰击损坏。静电放电对电子产品的危害一直是一个难以解决的问题。与其他过电压现象相比，静电放电是一种非常快速的瞬态脉冲。电子产品一旦受到静电放电的轰击，往往会出现一些不稳定的现象，如功能突然失效，只要稍微重启机器就可以消除，严重时还会因静电电压或电流造成永久性损坏。

元件层级静电放电(Component-Level ESD)

通常，根据放电模式的不同，元件级静电放电可分为三种模式：人体放电模式(Human Body Model)、机器放电模式(Machine Model)和元件充电模式(Charged Device Model)。

上述三种静电放电模式对半导体制造和电子产品组装非常重要，其中人体放电模式产生的放电电压对电子产品(半导体元件)危害最大。人体放电模式由于人体摩擦产生静电。例如，当我们穿着胶鞋走在地毯上时，由于摩擦，地毯带正电，胶鞋带负电。这时，人的脚底将被诱导带正电，同时上半身将带负电

关于保护电子产品免受人体放电模式影响的国际法律法规越来越严格。因此，工业中的大多数半导体电子元件在出厂时已经通过了器件级静电放电测试(标准2000V)。该放电波形的上升时间约为5~10纳秒，8000V的放电电压将产生约5.5A的电流峰值。然而，在系统级，电子设备正面临更差的静电放电条件。尽管半导体电子元件在出厂前已经通过了部件标准和法规的静电测试，但是在安装到产品中之后，它们经常不能通过系统级的法规。

系统层级静电放电(System-Level ESD)

今天，国际公认的系统级静电放电标准是IEC 61000-4-2。IEC 61000-4-2将其上升时间定义为700ps至1ns，其脉冲持续时间为60ns。与人体放电模式相比，系统级电容为150pF，器件级为100pF，放电电阻为330Ω和1500Ω。在较大的存储容量和较小的放电电阻条件下，系统级静电放电试验状态下静电放电产生的能量较多，即当放电电压也为8000V时，系统级静电放电产生的峰值电流将达到30A，是元件级静电放电的5倍，这表明系统级静电放电试验的破坏力明显更强。这是集成电路产品在通过组件级静电放电测试后，有时无法通过系统级静电放电测试的主要原因。

为了保证电子产品的功能，国际知名制造商要求OEM生产的产品必须符合国际标准IEC 61000-4-2才能被接受。除了通过组件级测试外，最终的电子产品还将按照系统级静电放电测试规范进行持续测试。确保产品的可靠性不仅非常重要，而且通常情况下，如果产品想进入国际市场，就必须满足这个标准。

测试工具：静电枪

测试方法：

1. 接触放电(Contact Discharge) 测试

该测试方法模拟金属工具与电子产品接触时的静电放电现象。在这种测试方法下，静电放电枪的放电头使用尖头金属。在测试过程中，首先将静电枪的金属头压在待测点上，通过尖端金属对待测产品的接触放电来测试静电放电，尖端金属通常为正负4kV。本试验规定保留了允许高于正负4kV的试验条件。

接触放电可分为直接放电和间接放电。该设备由一个木桌和一个地面参考平面组成。该表有一个绝缘垫，用于将待测产品与金属水平耦合板隔离，该耦合板将两个电阻值为470kΩ的电阻连接到接地参考层。当静电枪轰击水平耦合板时，静电放电会产生电磁干扰耦合，进入待测电子产品。

静电放电枪在很短的距离内启动，不接触测试点，静电放电枪的放电头通过空气对电子产品进行无接触放电测试。静电放电枪的接触放电接头和空气放电接头的试验电压范围从低电压到高电压，通常为正负8kV，但规定中保留了允许高于正负15kV的试验条件。

2. 空气放电(Air Discharge) 测试

这种测试方法是模拟人的手指接触电子产品时的静电放电现象。在这种空气放电测试方法下，静电放电枪使用8毫米放电头(圆头)。

在测试过程中，静电枪在很短的距离内开始放电，不接触测试点，静电枪的放电头通过空气对电子产品进行非接触放电测试。静电放电枪的接触放电接头和空气放电接头的试验电压范围从低电压到高电压，通常为正负8kV，但规定中保留了允许高于正负15kV的试验条件。

正负极性的放电次数至少为10次，每次间隔一秒钟。静电放电的测试结果应根据电子产品的受影响程度来判断。目前，受影响程度可分为四级，包括甲级、乙级、丙级和丁级。产品的可靠性可通过按照国际标准对系统进行测试来保证。然而，随着芯片制造工艺的发展，IEC 61000-4-2将静电放电电压细分为4个危险等级，即通过330Ω电阻释放2kV、4kV、6kV和8kV。如今，大多数电子系统要求至少能抵抗3级或4级静电放电电压。以第四级为例，最大静电放电电流可达30A，是晶圆级静电放电电流的20倍以上。如果按照上述静电放电保护标准计算，很明显，即使下一代集成电路上只发生一次放电，它也将面临灾难性损坏的风险。可以预测，芯片本身通过系统级静电放电测试将更加困难，并且出于成本考虑，保护电子设备免受损坏的任务将非常艰巨。

综上所述，近年来，在系统产品的输入/输出端口安装静电放电保护装置已经成为最佳方案，外部静电放电保护装置起到了非常重要的第一道防线。因为电子产品的输入/输出端口将为静电进入集成电路提供放电路径，所以在耦合到电路板之前抑制静电放电是最有效的方法。选择静电放电保护元件时，箝位电压低，响应时间短，如瞬态抑制二极管，可以在静电脉冲瞬间达到良好的保护能力，保护系统免受静电放电的破坏。