硬件学习笔记--020 静电的几种模式对比MM、HBM、CDM及IEC标准

        静电放电（ESD）模式的对比主要涉及 机器模型（MM）、人体模型（HBM）、充电器件模型（CDM） 以及 IEC 61000-4-2 标准。

1. 机器模型（MM）

• 定义：模拟带电金属设备（如机械臂）对器件放电的场景。

• 波形特征：

  • 峰值电流：约 3-10A（200V时）。

  • 上升时间：极快（纳秒级）。

  • 放电持续时间：几百纳秒。

• 特点：

  • 高电流、短时间，对器件破坏性较强。

  • 现已被 HBM 和 CDM 取代，应用较少。

• 标准：JEDEC JESD22-A115（已逐步淘汰）。

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2. 人体模型（HBM）

• 定义：模拟人体带电后接触器件时的放电（如手指触碰芯片引脚）。

• 波形特征：

  • 峰值电流：1.33A（1kV时，通过1.5kΩ电阻和100pF电容）。

  • 上升时间：2-10ns。

  • 放电持续时间：150ns（RC衰减）。

• 特点：

  • 模拟人体静电，是 最基础 的ESD测试模型。

  • 对器件引脚和接口电路威胁较大。

• 标准：

  • JEDEC JESD22-A114（美国）。

  • ANSI/ESDA STM5.1（国际通用）。

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3. 充电器件模型（CDM）

• 定义：模拟器件自身带电后通过引脚对地放电（如自动化生产中的摩擦带电）。

• 波形特征：

  • 峰值电流：极高（可达数十安培，1kV时）。

  • 上升时间：<1ns（极快）。

  • 放电持续时间：1-10ns。

• 特点：

  • 针对 现代集成电路 的高频、小尺寸工艺，破坏性更强。

  • 重点测试器件内部栅极和薄氧化层。

• 标准：

  • JEDEC JESD22-C101（场感应CDM）。

  • ANSI/ESDA STM5.3.1（直接接触CDM）。

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4. IEC 61000-4-2（系统级ESD标准）

• 定义：模拟人体对电子设备的放电（如手机、电脑接口的静电抗扰度）。

• 波形特征：

  • 接触放电：峰值电流 3.75A（2kV），上升时间 0.8ns。

  • 空气放电：上升时间更慢，电流较低。

• 特点：

  • 针对 整机设备 而非单一器件。

  • 测试等级分 1-4级（4级最高，8kV接触/15kV空气放电）。

• 标准：

  • IEC 61000-4-2（国际通用）。

  • GB/T 17626.2（中国等效标准）。

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5. 对比总结

参数	HBM	MM	CDM	IEC 61000-4-2
模拟场景	人体放电	金属设备放电	器件自身放电	设备端口静电
峰值电流	1.33A@1kV	3-10A@200V	10-30A@1kV	3.75A@2kV
上升时间	2-10ns	<1ns	<1ns	0.8ns（接触）
能量等级	中等	高	极高	高（系统级）
适用对象	芯片引脚	旧式器件	现代IC	整机设备
主流标准	JESD22-A114	已淘汰	JESD22-C101	IEC 61000-4-2

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6. 关键点

• HBM：基础模型，用于芯片级可靠性验证。

• CDM：针对高频集成电路（如CPU、存储器），重要性日益提升。

• IEC 61000-4-2：整机抗扰度测试，与产品认证直接相关。

• MM：已逐渐被淘汰，仅少数旧标准仍引用。

实际应用中，芯片需通过 HBM/CDM 认证，而整机需满足 IEC 61000-4-2 等级要求。