Normes et sécuritéComposants

Niveaux ESD et modèles HBM/CDM

Comprendre les niveaux ESD HBM et CDM, leurs formes d’onde, classes de sensibilité, limites et conséquences pour la qualification des composants et la conception de cartes.

Niveau: Avancé
Temps de lecture: 16 min
Norme ou source principale: ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 et JS-002-2022
Dernière vérification: 13 septembre 2026
Outil associé: Aucun calculateur associé

Rédaction et revue techniqueElectroDesignForge Engineering Team

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📖 En bref

Les niveaux HBM (Human Body Model) et CDM (Charged Device Model) indiquent la tenue d’un composant à deux décharges électrostatiques normalisées au niveau composant. HBM représente une personne chargée qui touche une broche ; CDM représente un composant déjà chargé qui touche une surface conductrice. Les tensions en volts ne sont pas interchangeables entre ces modèles, et ne remplacent pas un essai système IEC 61000-4-2.

Pourquoi l’ESD endommage un composant

Une décharge électrostatique transfère très rapidement une énergie électrostatique vers un circuit. Même lorsqu’elle est imperceptible pour une personne, son courant et sa pente peuvent dépasser ce que supportent l’oxyde de grille, une jonction, une fine métallisation ou le réseau de protection d’une entrée.

Les dommages peuvent être immédiats — court-circuit, entrée ouverte, fuite excessive — ou latents : le composant réussit encore le test fonctionnel, mais sa marge de fiabilité a été réduite. Le résultat HBM ou CDM d’une fiche technique est donc une classification de sensibilité à un scénario de test défini, pas une promesse que le produit survivra à toute décharge de même tension.

Trois notions doivent rester séparées :

Désignation	Ce qui est évalué	À ne pas confondre avec
HBM / CDM	Robustesse ESD d’un composant ou d’un circuit intégré	Immunité du produit assemblé
IEC 61000-4-2	Immunité ESD d’un équipement ou système accessible	Qualification HBM/CDM d’une puce
EOS	Dommage électrique par surtension, surintensité ou énergie prolongée	Une impulsion ESD normalisée

Une qualification HBM/CDM positive ne dispense donc ni d’une conception ESD au niveau carte, ni des essais système appropriés.

Les deux événements représentés

	HBM — Human Body Model	CDM — Charged Device Model
Situation physique	Une personne chargée touche une broche ou un boîtier.	Le composant est chargé, puis une de ses broches touche un objet à plus bas potentiel.
Énergie principale	Condensateur normalisé de 100 pF.	Capacité propre du composant, de son boîtier et de la plaque de champ.
Chemin de décharge	Résistance série de 1,5 kΩ.	Contact très faible impédance.
Signature	Impulsion amortie, typiquement de l’ordre de 150 ns.	Impulsion beaucoup plus rapide, dépendante du boîtier, souvent inférieure à 2 ns.
Risque dominant	Énergie et courant injectés dans les réseaux de protection.	Très forte pente de courant, rebonds et distribution locale dans le boîtier.
Norme conjointe actuelle	ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024.	ANSI/ESDA/JEDEC JS-002-2022.

Les deux essais sont complémentaires. Un composant peut avoir un bon niveau HBM tout en étant sensible au CDM, en particulier dans un petit boîtier à faible inductance de retour ou lors de la manipulation automatisée.

Modèle HBM : une personne chargée qui se décharge

Le générateur HBM charge un condensateur de 100 pF, puis le décharge dans le composant sous test à travers une résistance série de 1,5 kΩ. Il modélise le contact entre le doigt d’une personne debout et une connexion conductrice du composant.

Un modèle simplifié s’écrit :

source haute tension → C = 100 pF → commutateur → R = 1,5 kΩ → broche du DUT

À première approximation, le courant de crête est :

Ipic ≈ VHBM / 1 500 Ω ≈ 0,67 A/kV

Ainsi, un essai à 2 kV correspond à un courant de crête nominal proche de 1,33 A avant de tenir compte des parasites et de la réponse du composant. L’énergie initialement stockée dans le condensateur est :

E = ½ × C × V²

Pour 100 pF à 2 kV, cela représente 0,2 mJ. Cette valeur d’énergie seule ne décrit pas le risque : la forme d’onde, le chemin de courant et le déclenchement des structures de protection sont déterminants.

Le front HBM typique est de quelques nanosecondes et l’impulsion décroît ensuite de façon amortie. La résistance de 1,5 kΩ limite le courant ; cela rend HBM beaucoup moins abrupt que CDM.

Niveaux de classification HBM

Les classes ci-dessous sont les classes de sensibilité HBM publiées dans la documentation ESDA/JEDEC récente. Elles décrivent une condition d’essai de classification, pas une tension d’utilisation.

Classe HBM	Plage de tension de classification
0Z	< 50 V
0A	50 V à < 125 V
0B	125 V à < 250 V
1A	250 V à < 500 V
1B	500 V à < 1 000 V
1C	1 000 V à < 2 000 V
2	2 000 V à < 4 000 V
3A	4 000 V à < 8 000 V
3B	≥ 8 000 V

Un objectif industriel souvent cité de 1 kV HBM est une cible de conception ou de qualification, et non un permis de relâcher les contrôles ESD de fabrication. Une baisse de sensibilité ou une architecture de protection différente peut être justifiée par les contraintes de vitesse, de fuite, de capacité ou de tension d’alimentation du circuit.

Modèle CDM : le composant est la source de charge

Dans un événement CDM, le composant prend une charge électrostatique — par exemple lors de son déplacement dans un chargeur, une bande, un plateau ou une machine — puis une broche entre brutalement en contact avec un conducteur relié à un potentiel plus bas. La charge du composant lui-même se vide par cette broche.

L’essai normalisé field-induced CDM place le dispositif sur une plaque de champ, le charge, puis applique la décharge sur chaque broche pertinente, avec les polarités positive et négative. Les boîtiers, dimensions, masses métalliques, hauteurs de broches et capacités parasites influencent directement l’onde de courant : il n’existe donc pas de condensateur CDM universel équivalent aux 100 pF du HBM.

Le contact est de très faible impédance. Le courant peut atteindre plusieurs dizaines d’ampères pendant une durée très courte ; l’événement complet peut être inférieur à 2 ns. Cette vitesse explique pourquoi l’inductance de boîtier, les chemins de retour et la géométrie des broches comptent autant que le clamp ESD lui-même.

Niveaux de classification CDM

Classe CDM	Condition de test de classification
C0a	< 125 V
C0b	125 V à < 250 V
C1	250 V à < 500 V
C2a	500 V à < 750 V
C2b	750 V à < 1 000 V
C3	≥ 1 000 V

La tension CDM ne permet pas de déduire directement un courant ni l’énergie déposée dans la puce. Deux boîtiers d’un même silicium peuvent afficher des réponses CDM différentes. C’est pourquoi un rapport d’essai utile précise la norme, la révision, le type de boîtier, le plan de broches et la polarité, plutôt que de se limiter à « CDM 500 V ».

Pourquoi 1 kV HBM n’équivaut pas à 1 kV CDM

Les volts sont la tension de charge initiale du modèle, mais les réseaux équivalents sont différents. Comparer seulement les tensions est une erreur fréquente.

Question	HBM	CDM
Où se trouve la capacité ?	Dans le générateur, fixée à 100 pF.	Dans le dispositif et le montage, donc dépendante du boîtier.
Qu’est-ce qui limite le courant ?	Principalement 1,5 kΩ en série.	Surtout l’inductance et la résistance parasites du chemin de contact.
Quelle est la vitesse du stress ?	Quelques ns de montée et décroissance de l’ordre de centaines de ns.	Front subnanoseconde possible ; événement de l’ordre de la ns.
Que protège-t-on prioritairement ?	Les chemins de conduction ESD et l’énergie supportée par les clamps.	La distribution très rapide du courant dans le boîtier et les entrées localement exposées.

Un clamp suffisamment robuste à l’énergie HBM peut être trop lent ou trop éloigné pour limiter la surtension locale CDM. À l’inverse, augmenter fortement la protection HBM peut ajouter de la capacité, de la fuite ou dégrader un port RF, rapide ou de précision. La cible ESD est donc un compromis système, procédé et boîtier, vérifié par les deux méthodes lorsqu’elles sont applicables.

Lecture correcte d’une fiche technique

Une ligne telle que HBM ±2 kV, CDM ±500 V doit être lue avec méthode :

Identifiez la norme et sa révision : JS-001, JS-002, AEC-Q100 ou une méthode interne ne sont pas automatiquement équivalentes.
Vérifiez si le niveau est une cible, un minimum garanti, le dernier niveau réussi ou une valeur « typique ».
Contrôlez le boîtier couvert par l’essai. Le CDM est particulièrement dépendant de cette information.
Lisez les polarités, broches et critères de défaillance. Toutes les broches ne sont pas nécessairement identiques.
Pour l’automobile, vérifiez les exigences additionnelles d’AEC-Q100-002 (HBM) et AEC-Q100-011 (CDM), notamment la séquence et le nombre de décharges.
Ne transposez pas ce résultat à une interface accessible à l’utilisateur sans valider l’immunité système, les diodes externes, les masses et le câblage.

Lorsqu’un fournisseur affiche une valeur sans la norme, le boîtier ou la polarité, demandez le rapport de qualification ou la déclaration de conformité associée.

Conséquences pour la conception de carte

HBM et CDM qualifient la puce ; une carte exposée aux câbles, connecteurs, boutons ou boîtiers métalliques doit aussi guider l’énergie vers un chemin externe et contrôlé.

Interfaces accessibles

Placez la TVS ou le réseau de protection au plus près du connecteur afin de limiter la boucle de courant et l’inductance.
Offrez à la protection un retour court, large et à faible inductance vers le châssis ou le plan de référence adapté.
Évitez de faire traverser le transitoire par une zone sensible, une nappe, une masse bruitée ou les diodes internes du CI.
Choisissez une TVS selon la tension de fonctionnement, la tension de clamp, le courant impulsionnel, la capacité parasite et la norme système visée ; « ESD rated » sans conditions ne suffit pas.

Ports rapides, RF et analogiques

La capacité et la non-linéarité d’une protection peuvent dégrader l’intégrité du signal, le bruit ou l’étalonnage. Vérifiez la bande passante, le S-paramètre ou la capacité au biais réel ; optimisez aussi le routage et le retour de masse. Une protection externe ne répare pas une boucle de retour longue.

Fabrication et manipulation

Les résultats HBM/CDM servent à dimensionner le programme de maîtrise ESD : zone EPA, mise à la terre, bracelets et chaussures, ionisation lorsque l’isolant ne peut être mis à la masse, emballages dissipatifs ou blindants, contrôle des chargeurs et formation. La norme ANSI/ESD S20.20 vise précisément la mise en place d’un tel programme pour les éléments sensibles.

Erreurs courantes

Erreur	Pourquoi elle est risquée	Réflexe utile
« 8 kV HBM = conforme IEC 61000-4-2 »	Modèle, courant, réseau et niveau d’essai différents.	Qualifier le produit selon IEC 61000-4-2 si l’interface est accessible.
« La TVS protège forcément le CI »	Son emplacement et le retour peuvent laisser une surtension locale.	Réduire la boucle connecteur–TVS–référence.
« Le niveau HBM suffit »	Une puce peut être beaucoup plus sensible au CDM.	Lire et spécifier HBM et CDM.
« Un plus grand niveau est toujours meilleur »	La robustesse ESD a des compromis de fuite, capacité, surface et performances.	Définir une cible justifiée et une stratégie de contrôle ESD.
« Un sachet antistatique suffit »	Certains sachets dissipent une charge sans protéger du champ ou d’une décharge externe.	Employer l’emballage adapté à la sensibilité et au transport.

Checklist de spécification ESD

Distinguez les composants internes des interfaces réellement accessibles à l’utilisateur.
Demandez au fabricant les niveaux HBM et CDM, avec norme, révision, boîtier, polarité et définition de réussite.
Fixez les exigences HBM/CDM au niveau composant selon le flux de fabrication, le boîtier et l’application.
Fixez séparément les niveaux d’immunité système, par exemple IEC 61000-4-2, pour les interfaces externes.
Dimensionnez le réseau externe avec les paramètres au courant réel : tension de déclenchement, tension de clamp, capacité et inductance de montage.
Simulez ou mesurez le chemin de retour ; inspectez le placement avant d’ajouter une protection plus puissante.
Mettez en place un programme de contrôle ESD pour l’assemblage, le test, le stockage et le transport.
Validez le produit final avec les méthodes et niveaux contractuels, pas seulement avec la fiche ESD du CI.