正是因为ESD技术存在于从微电子到纳米电子，所以ESD会影响半导体制造，半导体器件，电子系统等电子产业链的整个链条上任意一个环节。本书的内容涉及到ESD的基础，EOS，EMI，EMC以及Latchup等内容，为读者提供了一个ESD技术的全景视角——从半导体制造一直到电子系统的集成。通过一些特定技术，电路和芯片的案例启发读者对于ESD相关技术的脉络有一个整体的认识。
这本书特别覆盖了半导体芯片制造的话题，主要是因为ESD在芯片设计和系统故障中相互作用已经非常明显，而且也会是技术发展的趋势中不得不探讨的话题。
本书覆盖的内容有：
1、 静电学基础，包括摩擦起电，以及它们是如何和日常的微电子设置纳米级半导体制造环境相关的。
2、 如何处理和检查半导体制造中工艺中的静电防护问题，避免由此带来的问题。
3、 ESD, EOS, EMI, EMC, and latchup半导体器件和系统级测试，确保产品在各种模式下符合国际标准化组织的规范要求。
4、 片上和制造中解决ESD问题的一些方案，同时也包含一些系统级的静电防护方案，使得系统更加健壮。
5、 系统级的静电防护中的关键问题，包括服务器，笔记本，磁盘，摄像头，以及手持设备，汽车，甚至航空航天等。
6、 ESD设计中顶尖技术的案例，包括CMOS，BiCMOS,SOI等等。
本书是作者ESD防护专题著作之一，针对这些新的领域，这是一个基础入门指南，它为读者打开了进入纳米级电子ESD技术的一扇大门。

从事电子产品硬件研发，ESD防护入门必读的一本书。
深入解读ESD、EOS、EMI、EMC以及闩锁效应等常见概念及其产生机理。
系统阐释系统级ESD在服务器、笔记本电脑、手机、汽车等产品中产生的危害及其解决方案。

ESD Basics
From Semiconductor Manufacturing to Product Use
ESD揭秘
静电防护原理和典型应用
［美］ Steven H. Voldman　著　来萍 恩云飞 肖庆中 等译

ESD防护入门必读的一本书

本书是Steven H. Voldman博士在半导体器件静电放电（ESD）领域20多年研究和工作经验的结晶，对ESD的基本原理、现实中的ESD环境、半导体器件制造、处理和组装过程的ESD现象、半导体器件片上和片外保护技术，以及对未来纳米结构中的ESD问题展望等，进行了系统而全面的阐述，是帮助了解半导体器件ESD及其所有相关问题的一本非常好的基础性书籍。
本书在介绍当今所面临的半导体芯片制造问题、ESD半导体芯片设计和系统问题，以及描述未来纳米技术的ESD现象方面是独一无二的。
本书是作者在ESD保护方面系列书籍的补充。对刚进入这个领域的人员来说，本书是一个重要的参考，也可以帮助了解进入纳米电子时代后现代技术所面临的问题。

本书主要内容
深入阐释静电和摩擦起电的基础，以及与当今微纳电子技术制造环境的关系；
防止ESD失效的半导体制造操作及监测工艺；
ESD、EOS、EMI、EMC及闩锁效应的半导体器件级及系统级测试，以确定产品对人体模型（HBM）、传输线模型（TLP）、放电器件模型（CDM）、人体金属模型（HMM）、电路放电事件（CDE）到系统级IEC61000-4-2测试的抵抗力；
服务器、笔记本电脑、磁盘驱动器、手机、数码相机、手持设备、汽车和空间应用的系统级问题；
最新技术的ESD设计案例，包括CMOS、BiCMOS、SOI、双极工艺、高压CMOS（HVCMOS）、RF CMOS、智能电源、磁记录技术、微电机械（MEM）和纳米结构。

作者简介
Steven H. Voldman 1979年获得巴法罗大学工学学士学位，1981年获得麻省理工学院电气工程硕士学位，1986年在IBM实习项目的帮助下，获得佛蒙特州大学工程物理学硕士学位，1991年获得博士学位。他是麻省理工学院等离子体聚变中心和高电压研究实验室（HVRL）的成员。

前：
随着半导体技术尺寸从微米向纳米电子减小，静电放电（ESD）持续影响半导体制造、半导体器件及系统。本书介绍了静电放电（ESD）、过电应力（EOS）、电磁干扰（EMI）、电磁兼容（EMC）和闩锁效应的基础，接着对从半导体制造环境到最终系统组装进行了概述。还直观介绍了ESD保护网络集成，并给出了特定技术、电路及芯片等案例。

译者简介
来 萍　毕业于南京电子器件研究所，是工业和信息化部电子第五研究所研究员，电子学会会员，IEEE会员，广东省信息技术标准化技术委员会委员。承担过十几项国家级电子元件可靠性科研项目，在电子产品可靠性领域拥有丰富的经验。主要技术研究方向包括电子元器件失效分析、微波器件可靠技术及应用、集成电路静电放电检测与评价、电子产品制造过程中的静电防护技术等。

本书的创作源于从制造过程到产品的静电放电基本原理的阅读需求。随着制造技术的发展，半导体器件规模与系统都在发生变化，对可靠性与ESD防护的需求和要求也随之发生改变。本书旨在构建实际环境与基本的ESD现象之间的联系。
尽管目前已经出版了有关片上ESD设计的大量书籍，但它们主要针对相关领域的专业技术人员。而对于非相关领域的技术人员，理解现实中的各种静电问题仍然是十分必要的。如今，静电放电与电磁干扰问题在我们身边比比皆是：从油箱爆炸、汽车中的静电放电、电缆引起的计算机服务器闩锁到与汽车噪声相关的问题。因此，对于非专业人士来说，仍然有必要理解我们身边的静电问题以及如何对它们实施有效防护。
本书的目的如下：
让读者了解静电学和摩擦生电的基础知识，并将它们与半导体制造、处理和组装过程中的静电放电现象联系在一起。在讲述基本原理的同时，也介绍部分静电学发展史的内容。
分别对静电放电（ESD）、摩擦生电、过电应力（EOS）和闩锁进行专题讲解，引发读者对电磁干扰（EMI）和电磁兼容（EMC）等问题的思考。
探讨如今的芯片和系统中所存在的上述问题，书中所列实例将尽量与主题相关并且具有趣味性。
说明如何利用片上保护网络来对半导体芯片进行ESD保护。
向读者介绍半导体芯片与系统的ESD测试方法。
探讨未来静电放电、相关标准、测试技术以及产品设计的发展方向。
展望未来新型纳米结构和纳米系统可能出现的静电和电磁问题。
本书内容安排如下：
第1章综述静电学概念、术语和基本原理。前半部分以静电学发展史上各个时期的主要历史人物作为主线，简要介绍了静电学和摩擦起电现象，包括了泰勒斯、格雷、达菲、富兰克林、托普勒、法拉第、卡文迪许、库仑、麦克斯韦等人的故事。后半部分则主要介绍目前电子元件和系统中所存在的静电放电（ESD）、过电应力（EOS）、闩锁、电磁干扰（EMI）和电磁兼容（EMC）等问题。
第2章讨论了如何对制造环境中的静电放电进行控制。旨在让读者了解在制造中，建立静电放电防护区所涉及的问题以及为此而采用的测试方法、标准和控制程序。
第3章深入阐述静电放电、过电应力、电磁干扰和电磁兼容。以上每个领域均有大量的出版物。在前言部分，已列举了部分基本概念、专业术语和测试标准。
第4章探讨了目前及未来应用中系统级的静电放电、过电应力、闩锁、电磁干扰和电磁兼容等问题。讨论了服务器、笔记本电脑、便携设备、手机、磁盘驱动器、数码相机、汽车和空间应用中的静电问题，让读者充分认识到现代电子环境中存在着大量的静电问题，并讨论了系统级的静电放电测试，如IEC 61000-4-2标准、HMM、CDE和CBM等。
第5章主要介绍半导体器件的防护方案，重点介绍片上ESD防护网络的构建、数字、模拟和射频应用中的ESD防护、ESD电路原理图、版图设计以及半导体芯片的版图规划。
第6章介绍系统级防护解决方案，包括目前正在应用的系统级静电放电、电磁干扰和电磁兼容防护方案，以及系统级电磁兼容扫描等新技术。
第7章讨论了当前及未来纳米结构中的ESD防护问题。随着器件尺寸达到纳米尺度，所有器件都必须解决静电、静电放电、电磁干扰和过电应力等问题。这种情况将在光刻掩模、磁记录器件、半导体器件、纳米线和纳米管中切实存在。作为结束章节，该章还介绍微型马达、微镜、射频MEMS开关和其他新型器件中的情况。
但愿本序能激发读者对于静电放电、过电应力、电磁干扰和电磁兼容等问题的兴趣，并了解它们如何与现实生活中的现象相联系。若读者想进一步了解静电放电防护，可参阅以下书籍：《ESD物理与器件》、《ESD电路与技术》、《ESD射频电路与技术》、《ESD失效机理与模型》、《ESD设计与综合》和《闩锁效应》。
愿大家喜欢这本书，享受学习静电放电、过电应力、闩锁、电磁干扰和电磁兼容现象的乐趣！

Baruch HaShem (B”H)
Steven H. Voldman博士
IEEE 会士

电子与电气工程

ESD防护入门必读的一本书
本书作者Steven H. Voldman博士在总结其在半导体器件静电放电（ESD）领域二十多年研究和工作经验的基础上撰写了这本书，对ESD的基本原理，现实中的ESD环境，半导体器件制造、处理和组装过程的ESD现象，半导体器件片上和片外保护技术，以及对未来纳米结构中的ESD问题展望等，进行了系统而全面的阐述，是一本非常好的帮助了解半导体器件ESD及其所有相关问题的基础性书籍。

本书在介绍当今所面临的半导体芯片制造问题、ESD半导体芯片设计和系统问题，以及描述未来纳米技术的ESD现象方面是独一无二的。

本书是作者ESD保护方面系列书籍的补充。对刚进入这个领域的人员来说，本书是一个重要的参考，也可以帮助了解进入纳米电子时代后现代技术所面临的问题。


内容提要

 静电和摩擦起电的基础，以及与当今微纳电子技术制造环境的关系；
 防止ESD失效的半导体制造操作及监测工艺；
 ESD、EOS、EMI、EMC及闩锁的半导体器件级及系统级测试，以确定产品对人体模型（HBM）、传输线模型（TLP）、放电器件模型（CDM）、人体金属模型（HMM）、电路放电事件（CDE）到系统级IEC61000-4-2测试的抵抗力；
 服务器、笔记本电脑、磁盘驱动器、手机、数码相机、手持设备、汽车、和空间应用的系统级问题;
 最新技术的ESD设计案例，包括CMOS、BiCMOS、SOI、双极工艺、高压CMOS（HVCMOS）、RF CMOS，智能电源、磁记录技术、微电机械（MEMs）和纳米结构。

作者简介

史蒂文•H，沃尔德曼博士1979年在巴法罗大学获得工学学士学位；1981年在麻省理工学院获得电气工程硕士学位；在IBM实习项目的帮助下，1986年在佛蒙特州大学获得工程物理学硕士，1991年获得博士学位。在麻省理工学院他是等离子体聚变 中心和高电压研究实验室(HVRL)的成员。

（美）Steven H. Voldman　著：暂无简介

来萍 恩云飞 肖庆中　等译：暂无简介

半导体器件从诞生之日起就面临着静电放电（ESD）带来的可靠性问题。随着器件尺寸减小、集成度提高，静电问题不仅不消除反而有可能愈加严重。因此，对于半导体器件，静电放电是一个需要关注的永恒问题。
半导体器件的静电问题涉及范围很广，覆盖产品从研发设计到生产制造乃至使用维修等全寿命过程。目前已有大量的关于半导体器件ESD 方面的书籍和标准，主要集中在半导体器件片上ESD保护设计、生产制造过程的防ESD控制以及ESD测试等几个方面，为专业技术人员提供指导。但是，对非专业以及刚刚入门的技术人员，理解我们身边的静电问题及如何对半导体器件或系统实施有效的防护也是非常必要的。
本书作者Steven H. Voldman博士总结其在半导体器件静电放电（ESD）领域20多年的研究和工作经验，撰写了本书，系统而全面地阐述了ESD的基本原理、现实中的ESD环境、半导体器件制造、处理和组装过程的ESD现象、半导体器件片上和片外保护技术，以及对未来纳米结构中的ESD问题展望等，这是一本可以帮助读者了解半导体器件ESD及其所有相关问题的优秀基础性书籍。
电子元器件可靠性物理及其应用技术重点实验室从20世纪90年代初开始，就开展了半导体器件ESD设计、检测和防护方面的技术研究及工程应用，译者在这方面有比较丰富的知识和经验，因此，非常高兴能将此书介绍给国内的相关技术人员。
本书由来萍和恩云飞研究员组织翻译和审校，其中作者介绍、前言、致谢、第1章由刘宏志、恩云飞翻译，第2章和第3章由来萍翻译，第4章由肖庆中翻译，第5章由何玉娟翻译，第6章由王力纬翻译，第7章由师谦翻译，并由恩云飞、来萍、肖庆中、师谦、刘虹志、王力纬、何玉娟、陈义强进行了审校。
为了给读者提供一本具有专业水平的科技书籍，译者对书稿进行了多次审校，还针对术语表、标准中的专业术语进行了集体讨论，以求尽量减少技术和编辑错误。但由于译者水平所限，难免会有不妥之处，恳请读者批评指正。

译者序
前言
致谢
作者简介
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IEC 61000-4-2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