Normen und SicherheitKomponenten

ESD-Stufen und HBM/CDM-Modelle

Verstehen Sie HBM- und CDM-ESD-Werte, Wellenformen, Empfindlichkeitsklassen, Grenzen und die Konsequenzen für die Komponentenqualifikation und das Boarddesign.

Niveau: Fortgeschritten
Lesezeit: 16 min
Wichtigste Norm oder Quelle: ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 und JS-002-2022
Zuletzt geprüft: 13. September 2026
Zugehöriges Werkzeug: Kein zugehöriger Rechner

Geschrieben und technisch geprüft vonElectroDesignForge Engineering Team

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📖 In Kürze

HBM (Human Body Model) und CDM (Charged Device Model) bewerten die Empfindlichkeit eines Bauteils gegenüber zwei standardisierten elektrostatischen Entladungen auf Bauteilebene. HBM modelliert die Entladung einer Person an einem Anschluss; bei CDM entlädt sich ein geladenes Bauteil an einer leitfähigen Oberfläche. Die Spannungswerte sind nicht direkt vergleichbar. Beide Prüfungen ersetzen keine Systemprüfung nach IEC 61000-4-2.

Warum ESD Komponenten beschädigt

Eine elektrostatische Entladung überträgt gespeicherte Ladung extrem schnell in einen Stromkreis. Selbst ein Ereignis, das eine Person nicht fühlen kann, kann die Fähigkeit eines Gate-Oxids, eines Übergangs, einer feinen Metallspur oder eines Eingangsschutznetzwerks aufgrund seiner aktuellen und aktuellen Slew-Rate überschreiten.

Schäden können sofort auftreten - eine kurze, offene oder übermäßige Leckage - oder latent: Das Teil besteht immer noch einen Funktionstest, hat aber an Zuverlässigkeit verloren. Ein HBM- oder CDM-Wert in einem Datenblatt ist daher Sensitivitätsklassifizierung für ein definiertes Testszenario, kein Versprechen, dass ein Produkt jede Entladung bei der gleichen Spannung überleben wird.

Halten Sie diese drei Ideen getrennt:

Laufzeit	Was es bewertet	Verwechseln Sie es nicht mit
HBM / CDM	ESD Robustheit eines Bauelements oder einer integrierten Schaltung	Immunität des montierten Produkts
IEC 61000-4-2	ESD-Immunität von zugänglichen Geräten oder Systemen	HBM/CDM-Qualifikation eines Chips
EOS	Elektrische Schäden durch Überspannung, Überstrom oder anhaltende Energie	Ein standardisierter ESD-Puls

Eine bestandene HBM / CDM-Qualifikation beseitigt nie die Notwendigkeit für Board-Level-ESD-Design und relevante Systemtests.

Die beiden Ereignisse werden modelliert

	HBM — Modell des menschlichen Körpers	CDM — Modell für aufgeladene Geräte
Physische Situation	Eine aufgeladene Person berührt eine Pin oder ein Paket.	Das Gerät wird geladen, dann berührt ein Pin einen Leiter mit niedrigerem Potential.
Hauptspeicherenergie	Ein standardisierter 100 pF-Kondensator.	Die Kapazität des Geräts, des Gehäuses und der Feldplatte.
Entladeweg	1,5 kΩ Serienwiderstand.	sehr niederohmiger Kontakt.
Unterschrift	Gedämpfter Puls, typischerweise in der Größenordnung von 150 ns.	Viel schneller, paketabhängiger Puls, oft unter 2 ns.
Hauptrisiko	Energie und Strom werden in Schutzpfade eingespeist.	Sehr hohe aktuelle Slew-Rate, Klingeln und lokale Stromverteilung im Paket.
Aktueller gemeinsamer Standard	ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024.	ANSI/ESDA/JEDEC JS-002-2022.

Die Tests ergänzen sich. Ein Bauteil kann eine gute HBM-Einstufung haben und dennoch CDM-sensitiv sein, insbesondere in einem kleinen Gehäuse mit einem niederinduktiven Rückführpfad oder beim automatisierten Handling.

HBM: Eine aufgeladene Person entladen

Ein HBM-Generator lädt einen 100 pF Kondensator und entlädt es in das zu prüfende Gerät durch eine 1.5 kΩ Vorwiderstand. Es stellt den Kontakt von der Fingerspitze einer stehenden Person zu einer leitfähigen Geräteverbindung dar.

Eine vereinfachte Schaltung ist:

high-voltage source → C = 100 pF → switch → R = 1.5 kΩ → DUT pin

Als erste Näherung ist der Spitzenstrom:

Ipeak ≈ VHBM / 1,500 Ω ≈ 0.67 A/kV

Zum Beispiel hat eine 2 kV Spannung einen nominalen Spitzenstrom in der Nähe von 1.33 A Vor dem Einsetzen von Vorrichtungsparasitika und dem Ansprechen des Geräts werden einbezogen. Die anfänglich im Kondensator gespeicherte Energie ist:

E = ½ × C × V²

Bei 2 kV und 100 pF ist das 0,2 mJ Energie allein beschreibt die Gefahr nicht: Form der Wellenform, Strompfad und Schutzauslösung sind entscheidend.

Die typische HBM-Vorderkante beträgt einige Nanosekunden, gefolgt von gedämpftem Zerfall. Der 1,5-kΩ-Widerstand begrenzt den Strom und macht HBM weitaus weniger abrupt als CDM.

HBM-Klassifizierungsstufen

Die folgenden Klassen sind aktuelle ESDA / JEDEC HBM Empfindlichkeitsklassen. Sie sind Einstufungsprüfungsbedingungen nicht Betriebsspannungen.

HBM-Klasse	Einstufungsspannungsbereich
0Z	< 50 V
0A	50 V bis < 125 V
0B	125 V bis < 250 V
1A	250 V bis < 500 V
1B	500 V bis < 1000 V
1C	1000 V bis < 2000 V
2	2000 V bis < 4000 V
3A	4.000 V bis < 8.000 V
3B	≥ 8,000 V

Eine häufig zitierte 1 kV HBM Ziel ist ein Design- oder Qualifizierungsziel; es ist keine Erlaubnis, die Herstellung von ESD-Steuerungen zu entspannen. Eine geringere Empfindlichkeit oder eine andere Schutzarchitektur kann durch Geschwindigkeits-, Leckage-, Kapazitäts- oder Versorgungsspannungsbeschränkungen gerechtfertigt sein.

CDM: Das Gerät ist die Ladungsquelle

In einem CDM-Ereignis erhält ein Gerät elektrostatische Ladung - zum Beispiel während es sich durch einen Feeder, ein Band, ein Tablett oder eine automatisierte Maschine bewegt - und ein Stift kontaktiert plötzlich einen Leiter auf einem niedrigeren Potential. Die Gebühr für die Vorrichtung selbst wird dann durch diesen Stift freigegeben.

Das standardisierte feldinduzierte CDM-Verfahren platziert das Gerät auf einer Feldplatte, lädt es auf und entlädt dann jeden relevanten Pin mit positiver und negativer Polarität. Gehäusegeometrie, Größe, Metallgehalt, Leitungshöhe und parasitäre Kapazität verändern direkt die Stromform; es gibt daher keinen universellen CDM-Kondensator analog zu HBMs 100 pF.

Der Kontakt ist sehr niederohmig. Strom kann Dutzende von Ampere für eine extrem kurze Zeit erreichen, und das gesamte Ereignis kann unter 2 ns Diese Geschwindigkeit ist der Grund, warum die Paketinduktivität, die Rückführungswege und die Pingeometrie genauso wichtig sind wie die ESD-Klemme selbst.

CDM-Klassifizierungsstufen

CDM-Klasse	Einstufungsprüfung
C0a	< 125 V
C0b	125 V bis < 250 V
C1	250 V bis < 500 V
C2a	500 V bis < 750 V
C2b	750 V bis < 1000 V
C3	≥ 1,000 V

CDM-Spannung allein kann den in das Werkzeug eingespeisten Strom oder Energie nicht bestimmen. Zwei Pakete aus dem gleichen Silizium können unterschiedliches CDM-Verhalten erzeugen. Ein nützlicher Testbericht identifiziert daher den Standard, die Überarbeitung, das Paket, den Pinplan und die Polarität, anstatt nur "CDM 500 V" zu sagen.

Warum 1 kV HBM nicht gleich 1 kV CDM ist

Die Volt sind die anfängliche Ladespannung der Modelle, aber die äquivalenten Schaltungen unterscheiden sich. Der Vergleich der Spannung allein ist ein häufiger Fehler.

Fragestellung	HBM	CDM
Wo ist die Kapazität?	Im Generator, fixiert auf 100 pF.	In der Vorrichtung und Halterung, so kommt es auf das Paket an.
Welche Grenzwerte gelten derzeit?	Hauptsächlich der 1,5 kΩ Reihenwiderstand.	Hauptsächlich parasitäre Induktivität und Widerstand im Kontaktpfad.
Wie schnell ist der Stress?	Ein paar ns steigen und zerfallen in der ordnung von hunderten von ns.	Eine Subnanosekundenkante ist möglich; die Ereignisdauer liegt bei ns.
Was muss der Schutz zuerst angehen?	ESD-Leitungspfade und Klemmenergiekapazität.	Sehr schnelle Stromverteilung im Paket und lokal exponierte Eingänge.

Eine Klemme, die robust genug für HBM-Energie ist, kann zu langsam oder zu weit entfernt sein, um ein lokales CDM-Überschwingen zu begrenzen. Umgekehrt kann die aggressive Erhöhung des HBM-Schutzes Kapazität oder Leckage hinzufügen und einen HF-, Hochgeschwindigkeits- oder Präzisionsanschluss beeinträchtigen. Das ESD-Ziel ist daher ein Prozess-, Paket- und System-Kompromiss, der gegebenenfalls mit beiden Methoden überprüft werden sollte.

Ein Datenblatt richtig lesen

Eine Linie wie HBM ±2 kV, CDM ±500 V sollten methodisch gelesen werden:

Identifizieren Sie Standard und Revision: JS-001, JS-002, AEC-Q100 und eine interne Methode sind nicht automatisch gleichwertig.
Prüfen Sie, ob das Niveau ein Ziel, garantiertes Minimum, höchstes Durchgangsniveau oder ein typischer Wert.
Bestätigen Sie die getesteten Packung CDM ist besonders davon abhängig.
Lesen Sie Polarität, Pins und Fehlerkriterien Nicht jeder Pin ist notwendigerweise gleichwertig.
Für den Autogebrauch, überprüfen Sie zusätzliche AEC-Q100-002 (HBM) und AEC-Q100-011 (CDM) Anforderungen, einschließlich Reihenfolge und Anzahl der Einleitungen.
Wenden Sie das Ergebnis erst dann auf eine benutzerzugängliche Schnittstelle an, wenn Systemimmunität, externe Dioden, Erdung und Verkabelung validiert wurden.

Wenn ein Lieferant nur eine ESD-Spannung ohne Standard, Paket oder Polarität aufführt, fordern Sie den zugehörigen Qualifizierungsbericht oder die Konformitätserklärung an.

Board-Design-Konsequenzen

HBM und CDM qualifizieren den Chip; eine Platine, die durch Kabel, Steckverbinder, Knöpfe oder Metallgehäuseteile freigelegt wird, muss auch Energie in einen externen, kontrollierten Pfad lenken.

Zugängliche Schnittstellen

Platzieren Sie das TVS oder das Schutznetzwerk möglichst nah am Steckverbinder Stromschleifenfläche und Induktivität zu minimieren.
Geben Sie dem Schutz eine kurze, breite, niederinduktive Rückkehr in das entsprechende Chassis oder die entsprechende Bezugsebene.
Leiten Sie den Transienten nicht durch empfindliche Bereiche, Flexionen, Lärmgründe oder die internen Dioden des IC.
Wählen Sie ein Fernsehgerät mit Betriebsspannung, Klemmspannung, Pulsstrom, parasitärer Kapazität und dem vorgesehenen Systemstandard; "ESD-bewertet" ohne Bedingungen ist unzureichend.

Hochgeschwindigkeits-, RF- und Analog-Ports

Schutzkapazität und Nichtlinearität können Signalintegrität, Rauschen oder Kalibrierung beeinträchtigen. Überprüfen Sie die Bandbreite, S-Parameter oder die Kapazität am tatsächlichen Bias-Punkt und optimieren Sie das Routing sowie die Bodenrückführung. Ein externer Protektor kann eine lange Rücklaufschleife nicht reparieren.

Herstellung und Handhabung

Die HBM/CDM-Ergebnisse tragen zur Größe eines ESD-Kontrollprogramms bei: EPA, Erdungs-, Handgelenk- und Schuhsysteme, Ionisierung, bei der ein Isolator nicht geerdet werden kann, dissipative oder abschirmende Verpackung, Feedersteuerung und Training. ANSI/ESD S20.20 ist für diese Art von Programm für LTE-sensible Artikel vorgesehen.

Häufige Fehler

Fehler	Warum es riskant ist	Bessere Praxis
‚8 kV HBM bedeutet IEC 61000-4-2 konform‘	Die Modelle, Strom, Netzwerk und Testebene unterscheiden sich.	Qualifizieren Sie das Produkt nach IEC 61000-4-2, wenn seine Schnittstelle zugänglich ist.
"Der TVS schützt automatisch den IC"	Platzierung und Rückweg können immer noch ein lokales Überschwingen ermöglichen.	Minimieren Sie die Connector-TVS-Referenzschleife.
"HBM-Level ist genug"	Ein Chip kann viel CDM-sensitiver sein.	Lesen und spezifizieren Sie beide HBM und CDM.
„Höher ist immer besser	Robustheit kann gegen Leckagen, Kapazität, Fläche und Leistung handeln.	Definieren Sie ein gerechtfertigtes Ziel und eine ESD-Kontrollstrategie.
"Eine antistatische Tasche ist genug"	Einige Beutel zerstreuen Ladung, ohne ein Feld oder eine externe Entladung abzuschirmen.	Die Verpackung ist entsprechend der Empfindlichkeit und dem Transportrisiko zu verwenden.

ESD Spezifikation Checkliste

Separate interne Komponenten von Schnittstellen, die tatsächlich für einen Benutzer zugänglich sind.
Fragen Sie den Lieferanten nach HBM- und CDM-Levels mit Standard-, Revisions-, Paket-, Polaritäts- und Passdefinition.
Legen Sie HBM/CDM-Anforderungen auf Geräteebene aus dem Fertigungsfluss, dem Paket und der Anwendung fest.
Legen Sie Systemimmunitätsanforderungen wie IEC 61000-4-2 separat für externe Schnittstellen fest.
Größe des externen Netzwerks bei realer Strom Triggerspannung, Klemmspannung, Kapazität und Montageinduktivität alle Materie.
Simulieren oder messen Sie den Rückweg und prüfen Sie die Platzierung, bevor Sie einen größeren Protektor hinzufügen.
Einrichtung von ESD-Steuerungen für Montage, Test, Lagerung und Transport.
Validieren Sie das fertige Produkt mit den vertraglichen Methoden und Ebenen, nicht nur dem ESD-Datenblatteintrag des IC.

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