ESD常见的三种模型介绍

以下文章来源于恒涵成长杂货铺，作者恒涵

在电子硬件设计与生产中，ESD：Electrostatic Discharge（静电放电）是造成元器件失效的重要原因，而ESD模型是定量分析、测试 ESD 耐受性的核心依据。最常用的三类 ESD 模型分别是人体放电模型（HBM）、机器放电模型（MM）和带电器件模型（CDM），三者的测试原理、发生场景和损伤机制差异显著。

1.人体放电模型（HBM：Human Body Model）

定义：模拟人体带电后，手指接触电子元器件引脚时发生的静电放电过程。

该模型的等效电路如下图，通常由一个100pF的电容（模拟人体与衣物等的等效电容）和一个1.5kΩ的电阻（模拟人体皮肤电阻）串联组成，放电电压范围一般为几百伏到数万伏。图中右下角是 HBM模型的 ESD测试等级。

发生场景：覆盖元器件在人工操作环节的 ESD 风险，比如生产过程中的人 手装配、测试、仓储搬运等场景，是最基础、应用最广泛的 ESD 测试模型。

对器件损伤特点：放电电流上升时间较慢（约10ns），持续时间较长（约100ns），主要损伤元器件的输入输出引脚、栅氧化层等部位。

2.机器模型（MM：Machine Model）

定义：模拟生产设备、工装夹具等金属物体带电后，与元器件接触发生的放电过程。

该模型的等效电路如下图，与HBM 等效电路很相似，是由200pF电容直接对被测器件放电，回路中电阻极小（接近 0Ω），放电电压通常低于 HBM，但电流峰值更高。因为电路中放电时电阻极小（接近 0Ω），且储电电容200pF大于人体放电模式的100pF，所以同等电压对器件的损害，MM远大于HBM。图中右下角是 MM模型的 ESD测试等级。

发生场景：针对自动化生产环节，比如贴片机、焊接设备、传输带等金属部件与元器件的接触放电，这类场景的放电能量更集中，破坏性更强。

对器件损伤特点：放电电流上升时间极快（约 1ns），峰值电流大，容易造成元器件内部金属导线的熔断或焊点失效。

3.带电器件模型（CDM：Charged Device Model）

定义：模拟元器件自身带电后，通过引脚与接地体接触发生的放电过程。

该模型的等效电路如下图，元器件本身等效为一个小电容（通常几皮法到几十皮法），带电后通过引脚对地放电，放电回路电阻极低，电流上升时间可达亚纳秒级。图中右下角是 CDM模型的 ESD测试等级。

发生场景：常见于元器件的高速取放、分选环节，比如真空吸嘴搬运芯片时，器件与吸嘴摩擦带电，随后引脚接触测试座或电路板接地端放电。

对器件损伤特点：放电时间极短（小于 10ns），电流密度极大，容易直接击穿元器件的核心芯片区域，导致器件瞬间失效，且损伤往往难以通过外观检测发现。