静电放电（Electrostatic Discharge，简称ESD）是电子制造过程中最常见的可靠性问题之一。从元器件生产、SMT贴装，到运输、储存及现场维修，晶振都有可能因静电放电而受到损伤。对于内部集成IC的晶体振荡器而言，ESD更是影响产品可靠性的关键因素。为了保证产品在生产和应用过程中的稳定性，KOAN晶振建立了完善的ESD防护和测试体系，对产品进行多种静电放电模型验证，提高产品在复杂环境中的可靠性。

什么是静电放电（ESD）？

静电通常来源于不同材料之间的摩擦。当两种材料接触并分离时，会发生电子转移，使其中一方带正电，另一方带负电。例如，人体与化纤衣物摩擦后，人体可能带有数千伏静电；而塑料、橡胶、陶瓷等绝缘材料之间摩擦时，产生的静电甚至可达到数万伏。在晶振的封装、运输、储存及装配过程中，产品外壳与包装材料不断摩擦，也可能积累一定的静电电荷。当带电物体接触接地物体或不同电位的物体时，电荷会瞬间释放，这就是静电放电（ESD）。

静电放电对晶振有哪些危害？

ESD产生的持续时间虽然只有纳秒级，但瞬时电流和电压却非常高。对于晶体振荡器而言，内部包含CMOS电路及其他半导体器件。当静电进入芯片后，可能击穿PN结，造成内部IC永久损坏，使振荡器无法正常输出时钟信号。对于石英晶体谐振器，过高的静电同样可能损伤内部电极、导电胶甚至石英晶片，导致产品立即失效，或者形成潜在损伤。此类器件在出厂检测时可能仍能正常工作，但经过一段时间后容易出现停振、频率漂移或可靠性下降等问题，因此ESD也是电子产品早期失效的重要原因之一。由于静电损伤通常没有明显外观特征，因此在失效分析过程中也较难与其他损坏原因进行区分。

如何有效防止静电损伤？

ESD防护贯穿晶振生产、运输、储存及使用的整个生命周期，目前业内普遍采用以下几种措施。

- 应建立完善的接地系统。操作人员佩戴防静电手环、防静电鞋，并定期接触接地点释放人体静电，这是最有效的防护方式之一。

- 在生产现场应采用符合ESD标准的工作台、防静电地垫、防静电工具以及防静电周转箱，并控制环境湿度，减少静电积累。

- 在运输及储存过程中，应使用防静电包装材料，将产品与外部静电环境隔离，降低静电放电风险。

目前行业广泛采用ANSI/ESD S20.20、IEC 61340等国际标准建立ESD控制体系，以保证电子元器件在整个制造流程中的安全性。

晶振ESD测试的三种模型

为了模拟实际应用中的不同静电来源，行业通常采用HBM、CDM和MM三种标准模型进行ESD可靠性测试。

HBM（Human Body Model，人体放电模型）

HBM用于模拟人体携带静电接触电子器件时产生的放电过程，也是应用最广泛的ESD测试模型。测试过程中，人体所积累的静电通过晶振释放到地面，放电路径为：人体 → 晶振 → 地。KOAN晶振经过HBM测试验证，大多数产品的人体静电耐受能力可达到2000V以上，能够满足多数工业电子设备的使用要求。

CDM（Charged Device Model，器件带电模型）

CDM模拟的是晶振本身在运输、搬运、贴装或储存过程中，由于与包装材料摩擦而自身带电。当器件接触接地设备时，会迅速释放内部积累的静电。放电路径为：晶振 → 地。随着电子产品不断向高速、小型化发展，CDM已成为当前电子元器件最需要关注的ESD测试项目之一，因为器件自身放电速度极快，对芯片造成的冲击更大。

MM（Machine Model，机器放电模型）

MM主要模拟生产设备、自动贴片机、测试设备等机械装置积累静电后，对晶振产生的放电过程。放电路径为：机器 → 晶振 → 地。通过MM测试，工作状态下的晶振通常需要具备200V以上的静电耐受能力，以保证自动化生产过程中产品不会受到静电损伤。

三种ESD模型有什么区别？

HBM主要模拟人体操作，是实际生产过程中最常见的静电来源，因此应用最广。MM主要反映自动化设备带来的静电风险，通常发生位置固定，容易重复出现。CDM则模拟器件自身带电放电，由于放电速度极快、峰值电流更高，对半导体器件的冲击最为严重。随着芯片尺寸不断缩小，目前越来越多的电子产品将CDM作为重点关注的可靠性指标。因此，在现代电子制造过程中，除了传统HBM测试外，CDM测试已经成为评价晶振ESD可靠性的重要标准。

KOAN晶振ESD可靠性保障

KOAN晶振建立了完善的静电防护体系，在产品研发、生产、检测、包装及运输全过程严格执行ESD管理规范，并结合HBM、CDM、MM等多种静电模型进行可靠性验证。同时，KOAN还配备了相位噪声分析仪、晶体测试系统、高低温试验箱及环境可靠性测试设备，可对晶振进行电性能、环境适应性及可靠性综合验证，为工业控制、通信设备、汽车电子、医疗设备及高可靠应用提供稳定、安全的时钟解决方案。