静电测试人体模型HBM深度解析

01HBM概念及形成原理

人体模型（Human Body Model）是指人体因摩擦等原因带上一定的静电电荷后，与IC的某些引脚接触且IC的另外一部分引脚恰好接触到地时，人体上所积累的电荷就会流经IC进入大地。

02特点

人体的等效电阻较大，约为1500Ω，因此相较于机器放电模型，放电时间长，峰值电流小，大约在几百纳秒的时间里产生数安培的瞬间放电电流，对于2KV的HBM放电电压而言，其瞬间放电电流的尖峰值约为1.2~1.4安培。如果没有适当的防护措施，这个瞬间的大电流足以对IC芯片造成损坏。

等效电路如图所示，其中人体的等效电容为100pF,等效电阻为1.5kΩ。

▲放电波形

03HBM测试

在实际使用中，IC的每个引脚都可能遭受静电放电，并且所带电荷可能是正电荷，也可能是负电荷，因此在IC出厂前需要对每个引脚进行相应的正向静电应力和负向静电应力的测试。

对于HBM ，根据IC引脚的种类，主要是分别对I/O引脚到电源引脚、I/O引脚到I/O引脚、电源引脚到电源引脚 (包括地引脚) 进行相应的静电测试。

1I/O引脚到电源引脚的应力测试

对于每一个I/O引脚而言，其对于正电源或负电源的电源引脚都可能存在正向静电应力和负向静电应力的情况，因此I/O引脚有四种测试模式：

PS模式（Positive to VSS）

NS模式（Negative to VSS）

PD模式（Positive to VDD）

ND模式（Negative to VDD）

当某一I/O引脚对电源引脚进行应力测试时，其他所有引脚须处于悬空状态。PS模式用于模拟带正电荷的人体与I/O引脚接触并通过VSS引脚接地来放电的情形，此时的ESD电流经I/O引脚流入IC，至VSS流出；NS模式用于模拟带负电荷的人体与I/O引脚接触并通过VSS引脚接地来放电的情形，此时的ESD电流经VSS引脚流入IC，从I/O引脚流出；PD模式用于模拟带正电荷的人体与I/O引脚接触并通过VDD引脚接地来放电的情形，此时的ESD电流经I/O引脚流入IC，至VDD流出；ND模式用于模拟带负电荷的人体与I/O引脚接触并通过VDD引脚接地来放电的情形，此时的ESD电流经VDD引脚流入IC，从I/O引脚流出。

▲I/O引脚到电源引脚的ESD测试

2I/O引脚到I/O引脚的应力测试

不同I/O引脚之间也存在正、负两种应力的情况，在实际静电放电过程中，通常是其中某一个I/O引脚受到ESD应力而另一个或多个I/O引脚接地形成ESD路径。为了节省时间并更全面地模拟现实情况，通常对某一I/O引脚到I/O引脚的应力测试时，要将其他所有I/O引脚全部接地。在进行正向应力（positive mode）测试时，应力作用于某一I/O引脚，其余I/O引脚接地，VDD引脚和VSS引脚处于悬空状态，ESD电流从被测I/O引脚流入并从其他I/O引脚流出至地；在进行负向应力（negative mode）测试时，应力作用于某一I/O引脚，其余I/O引脚接地，VDD引脚和VSS引脚处于悬空状态，ESD电流从地流入其他I/O引脚并从被测I/O引脚流出；

▲I/O引脚到I/O引脚的应力测试

3VDD引脚到VSS引脚的应力测试

电源引脚之间也存在正、负两种应力的情况，在进行VDD引脚到VSS引脚的应力测试时，所有I/O引脚须处于悬空状态。正向应力测试是模拟带正电的人体与VDD引脚接触并通过VSS接地放电的情况，ESD电流从VDD引脚流入并从VSS引脚接地流出；负向应力测试是模拟带负电的人体与VDD引脚接触并通过VSS接地放电的情况，ESD电流从VSS引脚流入并从VDD引脚接地流出；

04HBM测试通过等级分类

IC的 ESD 敏感度可以定义为其通过的最高 ESD 测试电压和未通过的最低 ESD 测试电压。可根据 ESD 敏感度对IC进行分类（参考ANSI-ESDA-JEDEC-JS-001-2023标准）。

▲HBM ESD Device Classification Levels

季丰电子

季丰电子成立于2008年，是一家聚焦半导体领域，深耕集成电路检测相关的软硬件研发及技术服务的赋能型平台科技公司。公司业务分为四大板块，分别为基础实验室、软硬件开发、测试封装和仪器设备，可为芯片设计、晶圆制造、封装测试、材料装备等半导体产业链和新能源领域公司提供一站式的检测分析解决方案。

季丰电子通过国家级专精特新“小巨人”、国家高新技术企业、上海市“科技小巨人”、上海市企业技术中心、研发机构、公共服务平台等企业资质认定，通过了ISO9001、 ISO/IEC17025、CMA、CNAS、IATF16949、ISO/IEC27001、ISO14001、ISO45001、ANSI/ESD S20.20等认证。公司员工超1000人，总部位于上海，在浙江、北京、深圳、成都等地设有子公司。