ESD 防护深度解析：模型、等级、系统设计与防护策略

第一章 ESD 基础模型：HBM 与 CDM 的本质差异

1.1 静电放电的物理本质

静电是电荷的不平衡分布，放电时能量以极短时间释放，对电子器件造成热、电应力损伤。关键参数：

• 能量公式：\(E = 0.5CV^2\)（C 为等效电容，V 为放电电压）
• 损伤机制：热击穿（局部高温熔化）、电击穿（栅氧层击穿）、闩锁效应（寄生晶闸管导通）

1.2 人体模型（HBM）：Human Body Model

1.2.1 模型定义 模拟人体接触器件时的放电：人体带静电（如走动摩擦），手指接触芯片引脚，电荷快速转移。

1.2.2 等效电路与波形

1.2.3 测试标准与分级

• 标准：MIL-STD-883K Method 3015.8（军用）、JEDEC JESD22-A114E（商用）
• Class 等级（JEDEC）：

  Class	耐受电压（V）	应用场景
  0	<100	极敏感器件（如 GaAs）
  1	100~199	敏感模拟电路
  2	200~399	普通消费级 IC
  3	400~799	工业级 IC
  4	≥800	高可靠性 IC（如 STM32L 系列）

注：部分厂商将 4000V 归为 Class 4+，需以具体数据手册为准。

1.3 充电设备模型（CDM）：Charged Device Model

1.3.1 模型定义 模拟器件自身带电后的放电：芯片在生产 / 运输中因摩擦 / 感应带电，引脚接触导体（如 PCB 焊盘、镊子）时，内部电荷瞬间泄放。

1.3.2 等效电路与波形

1.3.3 测试标准与分级

• 标准：JEDEC JESD22-C101（CDM）、ESDA S5.3（电场感应 CDM）
• Class 等级（JEDEC）：

  Class	耐受电压（V）	风险场景
  1	<100	无防护的自动化产线
  2	100~199	普通产线（未接地工装）
  3	200~399	工业级产线（基本防护）
  4	≥400	高可靠性产线（如汽车电子）

CDM 的实际危害：相同电压下，CDM 峰值电流是 HBM 的 15~20 倍，且现有测试设备难以完全模拟真实 CDM 事件。

第二章 系统级 ESD 标准：IEC 61000-4-2 解析

2.1 器件级 vs 系统级 ESD 的核心差异

维度	器件级（HBM/CDM）	系统级（IEC 61000-4-2）
测试对象	裸芯片 / 封装后芯片	整机组装后的产品
应用阶段	生产 / 运输阶段	终端用户使用阶段
放电模型	单一引脚放电	空气放电 + 接触放电，多位置测试
测试次数	1 次正 / 负放电	10 次正 /