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Níveis de ESD e modelos HBM/CDM

Entenda os níveis ESD dos modelos HBM e CDM, suas formas de onda, classes de sensibilidade e limites, além das implicações para a qualificação de componentes e o projeto da placa.

Nível

Avançado

Tempo de leitura

16 min

Norma ou fonte principal

ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 e JS-002-2022

Última verificação

13 de setembro de 2026

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Em resumo

Os níveis HBM (modelo do corpo humano) e CDM (modelo do dispositivo carregado) indicam a resistência de um componente a dois eventos padronizados de descarga eletrostática no nível do dispositivo. O HBM representa uma pessoa carregada tocando um pino; o CDM representa um componente carregado tocando uma superfície condutora. As tensões desses modelos não são intercambiáveis, e nenhum dos resultados substitui o ensaio IEC 61000-4-2 no nível do sistema.

Por que descargas eletrostáticas danificam componentes

Uma descarga eletrostática transfere a carga acumulada para um circuito em um intervalo extremamente curto. Mesmo um evento imperceptível para uma pessoa pode exceder a capacidade de um óxido de porta, junção, trilha metálica fina ou rede de proteção de entrada devido à corrente e à sua taxa de variação.

O dano pode ser imediato — curto-circuito, circuito aberto ou fuga excessiva — ou latente: o componente ainda passa no teste funcional, mas perdeu margem de confiabilidade. Assim, um valor HBM ou CDM na folha de dados é uma classificação de sensibilidade para um ensaio definido, não a garantia de que o produto resistirá a toda descarga com a mesma tensão.

Mantenha estas três ideias separadas:

A aprovação em ensaios HBM/CDM não elimina a necessidade de proteção ESD no projeto da placa e de ensaios relevantes no sistema.

Os dois eventos sendo modelados

Os ensaios são complementares. Um componente pode ter uma boa classificação HBM e ainda ser sensível ao CDM, especialmente em um encapsulamento pequeno com caminho de retorno de baixa indutância ou durante o manuseio automatizado.

HBM: uma pessoa carregada que descarrega

Um gerador HBM carrega um capacitor de 100 pF e o descarrega através de um resistor em série de 1,5 kΩ sobre o dispositivo em ensaio. Isso representa o contato da ponta do dedo de uma pessoa carregada com uma conexão condutora do dispositivo.

Um circuito simplificado é:

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

Como primeira aproximação, a corrente de pico é:

Ipeak ≈ VHBM / 1,500 Ω ≈ 0.67 A/kV

Por exemplo, uma tensão de 2 kV produz corrente de pico nominal próxima de 1.33 A antes de considerar os efeitos parasitas e a resposta do dispositivo. A energia inicialmente armazenada no capacitor é:

E = ½ × C × V²

Com 2 kV e 100 pF, o valor é 0,2 mJ. A energia isoladamente não descreve o risco: a forma de onda, o caminho da corrente e o acionamento da proteção são decisivos.

A borda de subida típica do HBM dura alguns nanossegundos e é seguida por decaimento amortecido. O resistor de 1,5 kΩ limita a corrente, tornando o HBM muito menos abrupto que o CDM.

Níveis de Classificação HBM

As classes abaixo são as classificações de sensibilidade HBM da ESDA/JEDEC. Elas representam condições de ensaio, não tensões de operação.

O valor frequentemente citado de 1 kV HBM é uma meta de projeto ou qualificação; não autoriza relaxar os controles ESD na fabricação. Uma classificação menor ou outra arquitetura de proteção pode ser justificada por exigências de velocidade, corrente de fuga, capacitância ou tensão de alimentação.

CDM: o dispositivo é a fonte da carga

Em um evento CDM, o dispositivo acumula carga eletrostática — por exemplo, ao passar por um alimentador, fita, bandeja ou máquina automatizada — e um de seus pinos toca subitamente um condutor de potencial menor. A carga do próprio dispositivo é então descarregada por esse pino.

O método padronizado de CDM induzido por campo coloca o dispositivo sobre uma placa de campo, carrega-o e descarrega cada pino relevante nas polaridades positiva e negativa. Geometria e tamanho do encapsulamento, quantidade de metal, altura dos terminais e capacitância parasita alteram diretamente a forma de onda da corrente; por isso, não existe um capacitor CDM universal equivalente aos 100 pF do HBM.

O contato tem baixa impedância. A corrente pode atingir dezenas de ampères por um intervalo extremamente curto, e todo o evento pode durar menos de 2 ns. Por isso, a indutância do encapsulamento, os caminhos de retorno e a geometria dos pinos importam tanto quanto o próprio circuito de proteção ESD.

Níveis de Classificação do CDM

A tensão CDM isolada não determina a corrente nem a energia entregue ao chip. Dois encapsulamentos do mesmo silício podem apresentar comportamentos CDM diferentes. Portanto, um relatório de ensaio útil identifica norma, revisão, encapsulamento, configuração dos pinos e polaridade, em vez de informar apenas “CDM 500 V”.

Por que 1 kV HBM não é igual a 1 kV CDM

Os volts são a tensão inicial de carga dos modelos, mas os circuitos equivalentes diferem. Comparar a tensão sozinha é um erro comum.

Um circuito de proteção robusto o suficiente para a energia HBM pode ser lento ou distante demais para limitar uma sobretensão CDM local. Por outro lado, aumentar a proteção HBM pode acrescentar capacitância ou fuga e prejudicar uma porta de RF, alta velocidade ou precisão. A proteção ESD exige, portanto, equilibrar processo, encapsulamento e sistema, com verificação pelos dois métodos quando aplicável.

Como ler corretamente uma folha de dados

Uma linha como HBM ±2 kV, CDM ±500 V deve ser lida metodicamente:

1. Identifique a norma e sua revisão: JS-001, JS-002, AEC-Q100 e métodos internos não são automaticamente equivalentes.
2. Verifique se o nível é uma meta, um mínimo garantido, o maior nível aprovado ou um valor típico.
3. Confirme o encapsulamento testado. O resultado CDM depende especialmente dele.
4. Leia os critérios de polaridade, pinos e falha. Nem todos os pinos são necessariamente equivalentes.
5. Para uso automotivo, verifique os requisitos adicionais de AEC-Q100-002 (HBM) e AEC-Q100-011 (CDM), incluindo sequência e número de descargas.
6. Não aplique o resultado diretamente a uma interface acessível ao usuário sem validar imunidade do sistema, diodos externos, aterramento e cabeamento.

Quando um fornecedor lista apenas uma tensão ESD sem o padrão, pacote ou polaridade, solicite o relatório de qualificação associado ou declaração de conformidade.

Implicações para o projeto da placa

HBM e CDM qualificam o componente; uma placa exposta por cabos, conectores, botões ou partes metálicas do gabinete também deve conduzir a energia da descarga por um caminho externo controlado.

Interfaces acessíveis

• Posicione o TVS ou a rede de proteção o mais perto possível do conector para minimizar a área do laço de corrente e a indutância.
• Dê à proteção um retorno curto, largo e de baixa indutância ao chassi ou ao plano de referência adequado.
• Não conduza o transiente por regiões sensíveis, circuitos flexíveis, planos de terra ruidosos ou diodos internos do CI.
• Selecione o TVS pela tensão de operação, tensão de limitação, corrente de pulso, capacitância parasita e norma de ensaio do sistema; uma classificação “ESD” sem condições de teste é insuficiente.

Portos de alta velocidade, RF e analógicos

A capacitância e a não linearidade da proteção podem prejudicar a integridade do sinal, o ruído ou a calibração. Verifique a largura de banda, os parâmetros S ou a capacitância no ponto real de polarização e otimize o roteamento e o caminho de retorno. Um protetor externo não corrige um laço de retorno longo.

Fabricação e manuseio

Os resultados HBM/CDM ajudam a definir um programa de controle ESD: área protegida (EPA), sistemas de aterramento, pulseiras e calçados, ionização quando isolantes não podem ser aterrados, embalagens dissipativas ou protetoras, controle dos alimentadores e treinamento. A ANSI/ESD S20.20 trata desse tipo de programa para itens sensíveis a ESD.

Erros comuns

Lista de verificação da especificação ESD

1. Separe os componentes internos das interfaces realmente acessíveis ao usuário.
2. Peça ao fornecedor níveis HBM e CDM com norma, revisão, encapsulamento, polaridade e critério de aprovação.
3. Defina os requisitos HBM/CDM do componente conforme o processo de fabricação, o encapsulamento e a aplicação.
4. Defina separadamente os requisitos de imunidade do sistema, como IEC 61000-4-2, para as interfaces externas.
5. Dimensione a rede externa para a corrente real: tensão de disparo, tensão de limitação, capacitância e indutância da montagem importam.
6. Simule ou meça o caminho de retorno e inspecione o posicionamento antes de instalar um protetor maior.
7. Estabeleça controles ESD para montagem, ensaio, armazenamento e transporte.
8. Valide o produto acabado segundo os métodos e níveis exigidos, não apenas pela classificação ESD do CI.

Referências e Normas

• ANSI/ESDA/JEDEC JS-001-2024 — Modelo de corpo humano (HBM), nível do dispositivo
• IEC 60749-28:2022 / ANSI/ESDA/JEDEC JS-002 — Modelo de Dispositivo Carregado (CDM), nível do dispositivo
• EOS/ESD Association — Fundamentos da ESD, parte 5: sensibilidade e ensaios de dispositivos
• EOS/ESD Association — Níveis de classificação HBM e CDM
• ANSI/ESD S20.20 — Programa de controle de descargas eletrostáticas
• IEC 61000-4-2 — Imunidade de descarga eletrostática ao nível do sistema