(32 封私信 / 80 条消息) ESD常见三种放电模型(HBM、CDM 和 MM)介绍 - 知乎

定义

ESD(Electrostatic Discharge):静电放电
标准定义:根据GB/T4365-2003电工术语电磁兼容对静电放电的定义:具有不同静电电位的物体靠近或者接触引起的电荷转移。
通用定义:两个具有不同静电电位的物体,由于直接接触或者靠近引起两物体间电荷传递。电荷传递的能量达到一定程度后,击穿其间介质而进行放电的现象就是静电放电。

背景

静电放电 (ESD) 和静电过载 (EOS) 事件可能发生在任何环节,例如制造和装配工艺区域、生产测试环境、运输和现场应用等。
EOS 和 ESD 可能由用户应用中的瞬态、过大电源电流、接地不良、电源电压与地之间的低电阻路径、引脚短路以及电路内部损坏引起。如果 IC 暴露于超出数据手册规格的条件下,最终可能会失效。在数据手册规格范围内工作时,组件的内部条件不会产生 EOS 损坏,因此只有在存在异常条件时才会发生。由于接地不当,测试和操作设备会积聚静电,这些静电会在接触 IC 时传输到 IC 中。
半导体器件包含 ESD 保护电路。为了确保其有效性和可靠性符合 JEDEC 标准,需要进行 ESD 测试以确保器件符合要求。ESD 测试主要有三种模型:人体放电模型 (HBM)、带电器件放电模型 (CDM) 和机器放电模型 (MM)。

HBM(Human Body Model,人体放电模型)

人体放电模型(HBM)是指因人体在地面走路、衣物磨擦,或其它因素,以致在人体上累积了相当数量的静电荷,当人体碰触到IC时,静电便会经由IC的脚位而进入IC内,再经由IC放电到接地端(ground)。

HBM 模型模拟人体放电引起的 ESD。人体被认为是 ESD 的主要来源。人们行走时会产生一些电能,并将其释放到地面。每走一步都会积累电荷,其形式如下:

ΔV/Δt=nΔq/C\Delta V/\Delta t = n \Delta q/C

其中,n 为每秒步数,C 为人体电容。考虑绝缘地板上的典型情况,人每走一步,电压 ΔV 增加 300 V,10 秒内达到约 3 kV。(注意:会发生一些电荷泄漏。)
对于人体放电模型 (HBM) 测试,有一个简单的串联 RC 网络来模拟人体放电。使用一个 1 MΩ 电阻对一个 100 pF 电容充电。使用一个 1.5 kΩ 电阻进行放电。人体放电模型 (HBM) 事件的破坏性最强,上升时间较快。因此,需要快速上升时间脉冲来更精确地模拟人体放电事件。
放电电流 i (t) 定义为: