Estándares y seguridadComponentes

Niveles de ESD y modelos HBM/CDM

Comprenda los niveles de ESD de HBM y CDM, las formas de onda, las clases de sensibilidad, los límites y las consecuencias para la calificación de los componentes y el diseño de la placa.

Nivel: Avanzado
Tiempo de lectura: 16 min
Estándar primario o fuente: ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 y JS-002-2022
Última verificación: 13 de septiembre de 2026
Herramienta asociada: Sin calculadora asociada

Escrito y revisado técnicamente porEquipo de ingeniería de ElectroDesignForge

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📖 En resumen

Los niveles de HBM (modelo de cuerpo humano) y CDM (modelo de dispositivo cargado) indican la capacidad de resistencia de un componente contra dos eventos de descarga electrostática estandarizados a nivel de dispositivo. HBM representa a una persona acusada tocando un alfiler; CDM representa un componente cargado que toca una superficie conductora. Sus voltajes no son intercambiables y ninguno de los resultados reemplaza las pruebas a nivel de sistema IEC 61000-4-2.

Por qué la ESD daña los componentes

Una descarga electrostática transfiere la carga almacenada a un circuito con extrema rapidez. Incluso un evento que una persona no puede sentir puede exceder la capacidad de un óxido de puerta, una unión, un rastro de metal fino o una red de protección de entrada debido a su velocidad de giro actual y actual.

El daño puede ser inmediato (una fuga breve, abierta o excesiva) o latente: la pieza aún pasa una prueba funcional pero ha perdido margen de confiabilidad. Por lo tanto, un valor HBM o CDM en una hoja de datos es una clasificación de sensibilidad para un escenario de prueba definido, no una promesa de que un producto sobrevivirá a cada descarga al mismo voltaje.

Mantenga estas tres ideas separadas:

Término	lo que evalúa	No lo confundas con
HBM / CDM	Robustez ESD de un componente o circuito integrado	Inmunidad del producto ensamblado.
CEI 61000-4-2	Inmunidad ESD de un equipo o sistema accesible	HBM/CDM qualification of a chip
EOS	Daños eléctricos por sobretensión, sobrecorriente o energía sostenida	Un pulso ESD estandarizado

Una calificación aprobada de HBM/CDM nunca elimina la necesidad de un diseño ESD a nivel de placa y pruebas relevantes del sistema.

Los dos eventos que se están modelando

	HBM — Modelo del cuerpo humano	CDM: modelo de dispositivo cargado
Situación física	Una persona acusada toca un alfiler o un paquete.	El dispositivo se carga y luego un pin toca un conductor de menor potencial.
Principal energía almacenada	Un condensador estandarizado de 100 pF.	La capacitancia del dispositivo, paquete y placa de campo.
Ruta de descarga	Resistencia en serie de 1,5 kΩ.	Contacto de muy baja impedancia.
Firma	Pulso amortiguado, normalmente del orden de 150 ns.	Pulso mucho más rápido, dependiente del paquete, a menudo inferior a 2 ns.
Riesgo principal	Energía y corriente inyectadas en las vías de protección.	Tasa de respuesta de corriente, timbre y distribución de corriente local muy alta en el paquete.
Estándar conjunto actual	ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024.	ANSI/ESDA/JEDEC JS-002-2022.

Las pruebas son complementarias. Un componente puede tener una buena clasificación HBM y seguir siendo sensible a CDM, especialmente en un paquete pequeño con una ruta de retorno de baja inductancia o durante el manejo automatizado.

HBM: Un acusado en libertad

Un generador HBM carga un condensador de 100 pF y lo descarga en el dispositivo bajo prueba a través de una resistencia en serie de 1,5 kΩ. Representa el contacto desde la punta del dedo de una persona de pie hasta la conexión de un dispositivo conductor.

Un circuito simplificado es:

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

Como primera aproximación, la corriente máxima es:

Ipeak ≈ VHBM / 1,500 Ω ≈ 0.67 A/kV

Por ejemplo, una tensión de 2 kV tiene una corriente máxima nominal cercana a 1,33 A antes de que se incluyan los parásitos del dispositivo y la respuesta del dispositivo. La energía inicialmente almacenada en el capacitor es:

E = ½ × C × V²

A 2 kV y 100 pF, eso es 0,2 mJ. La energía por sí sola no describe el peligro: la forma de la onda, la trayectoria de la corriente y el disparo de la protección son decisivos.

El borde de ataque típico de HBM dura unos pocos nanosegundos, seguido de una caída amortiguada. La resistencia de 1,5 kΩ limita la corriente, lo que hace que HBM sea mucho menos abrupto que CDM.

Niveles de clasificación de HBM

Las clases siguientes son clases de sensibilidad recientes de ESDA/JEDEC HBM. Son condiciones de prueba de clasificación, no voltajes de funcionamiento.

clase hbm	Rango de voltaje de clasificación
0Z	< 50 voltios
0A	50 V a < 125 V
0B	125 V a < 250 V
1A	250 V a < 500 V
1B	500 V a < 1.000 V
1C	1.000 V a < 2.000 V
2	2000 V a < 4000 V
3A	4.000 V a < 8.000 V
3B	≥ 8.000 V

Un objetivo de 1 kV HBM comúnmente citado es un objetivo de diseño o calificación; no es un permiso para relajar los controles ESD de fabricación. Una sensibilidad más baja o una arquitectura de protección diferente pueden estar justificadas por limitaciones de velocidad, fugas, capacitancia o voltaje de suministro.

CDM: el dispositivo es la fuente de carga

En un evento CDM, un dispositivo adquiere carga electrostática (por ejemplo, mientras se mueve a través de un alimentador, una cinta, una bandeja o una máquina automatizada) y un pasador de repente entra en contacto con un conductor a un potencial más bajo. La carga en el dispositivo mismo luego se libera a través de ese pin.

El método CDM estandarizado inducido por campo coloca el dispositivo en una placa de campo, lo carga y luego descarga cada pin relevante con polaridad positiva y negativa. La geometría, el tamaño, el contenido de metal, la altura del cable y la capacitancia parásita del paquete cambian directamente la forma de onda actual; Por lo tanto, no existe un condensador CDM universal análogo al de 100 pF de HBM.

El contacto tiene muy baja impedancia. La corriente puede alcanzar decenas de amperios durante un tiempo extremadamente corto y todo el evento puede ser inferior a 2 ns. Esa velocidad es la razón por la que la inductancia del paquete, las rutas de retorno y la geometría de los pasadores son tan importantes como la propia abrazadera ESD.

Niveles de clasificación del MDL

clase MDL	Condición de prueba de clasificación
c0a	< 125V
C0b	125 V a < 250 V
C1	250 V a < 500 V
C2a	500 V a < 750 V
C2b	750 V a < 1.000 V
C3	≥ 1.000 V

El voltaje CDM por sí solo no puede determinar la corriente o la energía entregada al dado. Dos paquetes del mismo silicio pueden producir un comportamiento CDM diferente. Por lo tanto, un informe de prueba útil identifica el estándar, la revisión, el paquete, el plan de pines y la polaridad en lugar de solo decir "CDM 500 V".

Por qué 1 kV HBM no es igual a 1 kV CDM

Los voltios son el voltaje de carga inicial de los modelos, pero los circuitos equivalentes difieren. Comparar el voltaje únicamente es un error común.

Pregunta	hbm	MDL
¿Dónde está la capacitancia?	En el generador, fijado en 100 pF.	En el dispositivo y el accesorio, depende del paquete.
¿Qué limita la corriente?	Principalmente la resistencia en serie de 1,5 kΩ.	Principalmente inductancia y resistencia parásitas en la ruta de contacto.
¿Qué tan rápido es el estrés?	Unos pocos ns aumentan y decaen del orden de cientos de ns.	Es posible una ventaja de menos de un nanosegundo; La duración del evento es de alrededor de ns.
¿Qué debe abordar primero la protección?	Rutas de conducción ESD y capacidad de energía de sujeción.	Distribución de corriente muy rápida en el paquete y entradas expuestas localmente.

Una abrazadera lo suficientemente robusta para la energía de HBM puede ser demasiado lenta o demasiado remota para limitar un exceso del CDM local. Por el contrario, aumentar agresivamente la protección de HBM puede agregar capacitancia o fugas y degradar un puerto de RF, de alta velocidad o de precisión. Por lo tanto, el objetivo de ESD es una compensación entre proceso, paquete y sistema que debe verificarse con ambos métodos cuando corresponda.

Leer una hoja de datos correctamente

Una línea como HBM ±2 kV, CDM ±500 V debe leerse metódicamente:

Identifique el estándar y la revisión: JS-001, JS-002, AEC-Q100 y un método interno no son automáticamente equivalentes.
Compruebe si el nivel es un objetivo, un mínimo garantizado, un nivel de aprobación más alto o un valor típico.
Confirme el paquete probado. El MDL depende especialmente de ello.
Lea los criterios de polaridad, pines y falla. No todos los pines son necesariamente equivalentes.
Para uso automotriz, verifique los requisitos adicionales AEC-Q100-002 (HBM) y AEC-Q100-011 (CDM), incluida la secuencia y el número de descargas.
No aplique el resultado a una interfaz accesible para el usuario hasta que se hayan validado la inmunidad del sistema, los diodos externos, la conexión a tierra y el cableado.

Cuando un proveedor enumera solo un voltaje ESD sin el estándar, el paquete o la polaridad, solicite el informe de calificación o la declaración de cumplimiento asociados.

Consecuencias del diseño del tablero

HBM y CDM califican el chip; una placa expuesta a través de cables, conectores, botones o piezas metálicas de la carcasa también debe dirigir la energía hacia una ruta externa controlada.

Interfaces accesibles

Coloque el TVS o la red de protección lo más cerca posible del conector para minimizar el área del bucle de corriente y la inductancia.
Dar a la protección un retorno corto, amplio y de baja inductancia al chasis o plano de referencia adecuado.
No guíe el transitorio a través de áreas sensibles, flexiones, tierras ruidosas o diodos internos del IC.
Seleccione un TVS utilizando voltaje de operación, voltaje de abrazadera, corriente de pulso, capacitancia parásita y el estándar del sistema previsto; La “clasificación ESD” sin condiciones es insuficiente.

Puertos de alta velocidad, RF y analógicos

La capacitancia de protección y la no linealidad pueden degradar la integridad de la señal, el ruido o la calibración. Verifique el ancho de banda, los parámetros S o la capacitancia en el punto de polarización real y optimice el enrutamiento más el retorno a tierra. Un protector externo no puede reparar un bucle de retorno largo.

Fabricación y manipulación

Los resultados de HBM/CDM ayudan a dimensionar un programa de control de ESD: EPA, puesta a tierra, sistemas de muñeca y calzado, ionización donde un aislador no puede conectarse a tierra, embalaje disipativo o blindaje, control de alimentador y capacitación. ANSI/ESD S20.20 está diseñado para este tipo de programa para elementos sensibles a ESD.

Errores comunes

Error	¿Por qué es riesgoso?	Mejores prácticas
“8 kV HBM significa que cumple con IEC 61000-4-2”	Los modelos, corriente, red y nivel de prueba difieren.	Califique el producto según IEC 61000-4-2 cuando su interfaz sea accesible.
"El TVS protege automáticamente el IC"	La ruta de colocación y retorno aún puede permitir un sobrepaso local.	Minimizar el bucle conector-TVS-referencia.
“El nivel de HBM es suficiente”	Un chip puede ser mucho más sensible al CDM.	Lea y especifique HBM y CDM.
“Más alto siempre es mejor”	La robustez puede negociarse con fugas, capacitancia, área y rendimiento.	Definir un objetivo justificado y una estrategia de control de ESD.
“Una bolsa antiestática es suficiente”	Algunas bolsas disipan la carga sin proteger un campo o una descarga externa.	Utilice embalajes adecuados a la sensibilidad y al riesgo de transporte.

Lista de verificación de especificaciones ESD

Separar los componentes internos de las interfaces realmente accesibles para un usuario.
Pregunte al proveedor por los niveles de HBM y CDM con estándar, revisión, paquete, polaridad y definición de aprobación.
Establecer requisitos de HBM/CDM a nivel de dispositivo desde el flujo de fabricación, el paquete y la aplicación.
Establezca los requisitos de inmunidad del sistema, como IEC 61000-4-2, por separado para interfaces externas.
Dimensione la red externa a corriente real: el voltaje de disparo, el voltaje de fijación, la capacitancia y la inductancia de montaje son todos importantes.
Simule o mida la ruta de retorno e inspeccione la ubicación antes de agregar un protector más grande.
Establecer controles ESD para montaje, prueba, almacenamiento y transporte.
Validar el producto terminado con los métodos y niveles contractuales, no solo con la entrada de la hoja de datos ESD del IC.

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