HBM、MM和CDM测试的基础知识

有许多已建立的模型可以针对 ESD 事件测试半导体器件的可靠性，以确保有效性和可靠性。主要的 ESD 测试是人体模型 （HBM）、机器模型 （MM） 和充电设备模型 （CDM）（图 1）。

图 1. HBM、MM 和 CDM 测试的 ESD 模型。

JEDEC 标准确保 ESD 测试的有效性和可靠性。这三个测试的测试配置（图 1）有五个元素：V ESD、C、SW、R 和 L。输入 V ESD电压在开关 （SW） 闭合之前对电容器 C 充电。随着 SW 的闭合，ESD 夹具的输出阻抗（R 和 L）发送 V ESD信号，该信号转换为电流（I ESD）进入被测设备（DUT）。现在 ESD 电流流过 DUT 的 ESD 二极管；D ESD+和 D ESD-。如果其中一个或两个 ESD 二极管失效或丢失，则电流（I ESD） 将从该 ESD 事件中找到另一条路径，该路径多次灾难性地进一步进入 DUT 电路。

等式 1 表示图 1 测试电路的数学传递函数。

方程。1

此配置导致在信号引脚接合处发生瞬时 ESD 事件，以模拟三个 ESD 测试信号事件之一。DUT 信号引脚是输入或输出设备引脚。对于这三个 ESD 测试，V ESD、C、R 和 L 分量的值会有所不同，以完成实际的 ESD 事件（表 1）。

表 1. HBM、MM、CDM 的 ESD 事件

在表 1 中，这三个模型归结为串联 RLC 电路和脉冲发生器，但电路值和脉冲特性因模型而异。然而，所有三个测试都会产生一个短的、定义明确的 ESD 脉冲，从而导致电流 （I ESD ） 水平与实际 ESD 事件期间所经历的水平相当。

人体模型 （HBM） 表征电子设备对静电放电 （ESD） 损坏的敏感性。人体模型是模拟人体从手指通过被测设备 （DUT） 到接地的 ESD 路径的模型。ESD 电源电压 （V ESD ） 为测试电路中的电容器充电。标准 HBM 测试包括 ±2 kV 的电源电压、1 至 10 MΩ 的高值电阻和 100 pF 的电容。

机器模型 （MM） 的目的是创建更严格的 HBM 测试。充电电容 （C） 故意较大 （200 pF），充电源电阻值非常低；0至10Ω。这种低阻值电阻允许 ESD 源提供比 HBM 模型更高的电流。尽管此模型的目的是描述与最终用户电子组件相关的机器 ESD 事件，但它并不旨在体现半导体最终测试和处理中使用的处理程序。

充电设备模型 （CDM） 可以作为一次性普遍应用的 MM 的替代测试。此 CDM 测试模拟 IC 封装或制造设备在通过最终生产操作处理设备时积累的电荷。在制造过程中，设备处理设备内存在产生静电的机会。这是 IC 设备滑下防静电管或测试处理器的地方，这些设备会产生电荷。

注入 DUT的电流 （I ESD ） 会产生热量。产生热量的大小取决于峰值 ESD 脉冲电压、电容和 DUT 电阻。在 HBM 测试中，IC 故障模式通常表现为栅极氧化物、接触尖峰和结损坏。

ESD测试比较

这三个测试的相似上升时间约为 10 ns，但 HBM 和 MM 测试的总持续时间超过 CDM 模型约 200 ns（图 2）。

图 2. CDM、MM 和 HBM ESD 电流与时间测试。

图 2 显示了HBM、MM 和 CDM ESD 测试的电流 （I ESD ） 波形特性。通常，HBM ESD 测试的应力水平大约是 MM ESD 测试条件的 10 倍。此外，HBM 测试的保护电压电平通常为 2 kV，而 MM 测试为 200 V，CDM 测试为 500 V。CDM、HBM 或 MM 之间没有相关性。因此，HBM和CDM测试通常用于ESD保护电路测试。较长的 I ESD持续时间导致片上 ESD 结构的过热增加。HBM 和 MM 测试失败通常出现在栅极氧化层或结损坏。

表 2、3 和 4 显示了 HBM、CDM 和 MM ESD 抗扰度分类。

表 2. HBM 的 ESD 抗扰度分类

表 3. CDM 的 ESD 抗扰度分类

表 4. MM 的 ESD 抗扰度分类

审核编辑：郭婷