人体模型 (HBM) 器件级测试是 ESD 测试常用的模型。它用于表征电子元件对 ESD 损坏的敏感性。该测试模拟人体对电子元件的放电，如果人体积累了残余电荷（例如，穿着袜子拖着脚走过地毯）并触摸电子设备，就会发生这种情况。集成电路 HBM 测试的故障模式通常包括结损坏、金属渗透、金属层熔化、接触尖峰和栅极氧化物损坏。
通过应用与 1 MO 电阻器和 100 pF 电容器串联的高压电源来设置测试程序。电容器充满电后，将电容器从高压电源和串联电阻上移除，并使用开关与 1.5 kΩ 电阻和被测设备 (DUT) 串联。因此，电压通过电阻器和 DUT 完全耗散。图 1 表示上述电路。高压电源的值根据测试级别的不同而变化，范围为 0.5 kV 至 15 kV。
图 1.人体模型。
图 2 显示了典型的示波器读数，当电容器开始放电时，初始电流尖峰高达 1.4A 至 1.5A，然后逐渐下降，直到在大约 500 纳秒时渐近接近零安培。在传统人体模型测试中，被测设备在单次放电事件中所能承受的功率为22.5 kW。 （请始终记住，功率 [W] = 电流 [A] · 电压 [V]。）
图 2. HBM 放电期间的 ESD 电流。
机器型号
机器模型 (MM) 设备级测试初于 20 世纪 90 年代开发，如今已不太常见。此时，为了增加产量，工业自动化制造站点变得越来越受欢迎。这些机器在打开后就会带电，并且在接触后会向电子元件放电。因此，MM 被作为模拟此类 ESD 事件的测试。 MM 中常见的故障模式与人体模型类似，例如结损坏、金属层熔化以及栅极氧化物损坏。
MM 的测试程序采用与电阻器和 200 pF 电容器串联的高压电源进行设置。电容器充满电后，将电容器从高压电源和串联电阻器上移除，然后使用开关串联至 0.5 ?H 电感器和被测设备 (DUT)。电感器和电容器电压通过 DUT 耗散。图 3 是 MM 测试电路的示意图。高压电源的传统值可能有所不同，但常见的范围是 50V 至 400V。
图 3. 机器模型。
当查看示波器测量电流随时间变化的情况时（图 4），您可以看到 RLC 电路场景会产生交流电。电流达到约 ±3 安培，大约是 HBM 峰峰值电流幅度的四倍。此外，MM 的耗散时间要长得多，因为它在 900 ns 时仍渐近地接近零安培。图 4 显示了典型的瞄准镜镜头。 DUT 在 MM 放电事件期间经历的功耗约为 1.2 kW。
图 4. MM 放电期间的 ESD 电流。
此外，MM 的一个有趣之处在于，它要求 DUT 上的每个引脚都按照其标准进行测试。电子芯片安装在专门设计的负载板上，该负载板与自动 ESD 测试仪连接。每个引脚都经过单独测试，而板上的其他引脚则接地。执行此过程直至测试完所有引脚。图 5 提供了如何进行测试的图形图像。
图 5. 对组件进行 MM 放电。
带电设备型号
带电设备模型 (CDM) 设备级测试程序是对自动化制造环境中经常发生的情况的模拟。众所周知，机器可以无限期地保持运行状态。这会导致电子 IC 随着时间的推移而带电。当该部件与接地导体接触时，所建立的残余电容就会被放电。对于 CDM 测试，将 DUT 背面朝上放置在测试板上。
金属场板和 DUT 由绝缘材料隔开，该绝缘材料充当两个物体之间的电容器。然后将金属场板连接到高压电源并升高到所需的 CDM 测试电压电平。然后，探针接近发生 ESD 事件的被测特定引脚。这可以通过监视被测引脚的接地连接来验证。在 DUT 的每个引脚上重复此测试，以获得三个正脉冲和三个负脉冲。这导致每个引脚总共放电六次。图6 显示了带电器件模型的等效电路。
图 6.带电设备模型。
图 7中的示波器截图 表明 CDM 放电是一个极快的瞬态。它多需要几纳秒，这使得测试和建模变得困难。该测试的结果是在不到 1 ns 的时间内放电 5A 至 6A 的高电流。电流已经消散了 5 ns，这使得这是一个非常简洁但也非常不稳定的设备测试。由于这种快速瞬态，CDM 测试中常见的故障模式包括栅极氧化层损坏、电荷捕获和结损坏。图 7 显示了 CDM 测试期间的电流波形。
图 7. CDM 放电期间的 ESD 电流。
设备级测试总结
HBM、MM 和 CDM 是常用的电子元件 ESD 器件级测试程序。表 1 总结了它们的异同。
表 1：设备级测试摘要。
静电放电抗扰度
ESD 抗扰度测试（图 8）是模拟人体对电子元件的静电放电的系统级测试。人体在低相对湿度、低电导率地毯或乙烯基服装上可能会产生静电。为了模拟放电事件，ESD 发生器向被测设备 (EUT) 施加 ESD 脉冲。这可以通过两种方式发生。
种是 通过与 EUT 直接接触，这称为接触放电，因为接触是与 EUT 进行物理接触。第二种是通过与 EUT 间接接触， 通过空气进行放电。该测试称为气隙放电。该测试由国际电工委员会 (IEC) 根据 IEC61000-4-2 ESD 抗扰度测试规范定义。
该测试的特点是上升时间短，小于 10 ns，脉冲宽度约为 100 ns，表明是低能量静态脉冲。 ESD 抗扰度测试要求至少进行 10 次正极性和负极性放电，建议放电间隔时间为一秒。因此，EUT 将针对 ESD 抗扰系统级规范进行至少 20 次测试。图 8显示了测试的有用图形表示，供您参考。
图 8. 根据 IEC61000-4-2 进行 ESD 抗扰度测试。
图 9 显示了设备级和系统级测试标准之间的差异。 IEC ESD 测试通常被称为组件测试的黄金标准，其测试电压通常比 CDM 高八倍，峰值电流测试比 HBM 高二十倍。
图 9. ESD 器件和系统级测试之间的比较。
抗 EFT 能力
IEC61000-4-4的系统级测试标准被称为电快速瞬变（EFT）抗扰度测试模型（图10）。 EFT 抗扰度测试模拟日常环境中因关闭感性负载、继电器触点弹跳以及直流或通用电机运行而导致的瞬态。该测试对所有电源线、信号线和地线进行。这也称为突发抗扰度测试。
突发被定义为具有有限持续时间的脉冲序列。在 EFT/突发抗扰度测试中，突发发生器产生一系列测试脉冲，在不到 100 ns 的时间内衰减至其峰值的 50%。下一个相邻脉冲通常是 1 ?s 后。典型的突发持续时间为 15 ms。突发周期，即从一个突发开始到下一个突发的时间，为 300 ms。该循环重复 10 秒，之后 10 秒不进行测试。这代表一个测试周期。
此操作必须重复总共 6 次，总时间为 110 秒。 EFT/突发脉冲群抗扰度测试的重要性在于其脉冲上升时间短、重复率高以及能量含量低。
虽然 EFT 的快速上升时间和低能量含量与 ESD 脉冲有些相似，但每个测试周期的脉冲数量却并非如此。假设脉冲前沿之间的间隔为 1 μs，则持续时间 15 ms 的 EFT 突发至少包含 15000 个脉冲。乘以 10 秒窗口内的突发数量，即 10 秒 / 300 毫秒 = 33.3 突发，每 10 秒窗口产生 500,000 个脉冲。因此，应用六个具有 10 秒暂停间隔的 10 秒窗口会在 110 秒内产生 300 万个脉冲。
由于 EFT 测试不涉及导体的直接接触，而是通过电容钳进行间接应用，因此选择具有内部屏蔽的适当工业级布线可以通过大幅衰减 EFT 能量的耦合来对 DUT 产生巨大的补救措施进入导体。图 10 提供了 EFT/突发脉冲群抗扰度测试的图形表示，供您参考。
图 10. 根据 IEC61000-4-4 进行 EFT 抗扰度测试。
浪涌抗扰度
浪涌抗扰度测试 IEC61000-4-5（图 11）是电流和持续时间点上严格的瞬态抗扰度测试。然而，其应用往往仅限于长信号线和电源线（L > 30m）。浪涌抗扰度测试通常被称为“雷击测试”，因为它模拟雷击（直接雷击或间接雷击引起的感应电压和电流）引起的开关瞬态，或开关电源系统，包括负载变化和短路。
浪涌发生器的输出波形是针对开路和短路条件指定的。开路峰值电压与峰值短路电流之比就是发电机的输出阻抗。该测试的特点是由于发生器阻抗低而产生高电流，并且脉冲持续时间长（大约比 ESD 抗扰度和 EFT 抗扰度测试长 1000 倍），表明是高能量脉冲。
该测试需要五个正浪涌脉冲和五个负浪涌脉冲，连续脉冲之间的时间间隔为一分钟或更短。常见的程序是将暂停间隔缩短至 12 秒，从而将总测试时间减少到两分钟以下。虽然这种方法加剧了浪涌影响，但由于保护电路减少了脉冲之间的恢复时间，因此有助于显着降低测试成本。 有关浪涌抗扰度测试的图形表示，请参见图 11 。
图 11. 根据 IEC61000-4-5 进行浪涌抗扰度测试。
系统级测试总结
系统级测试标准由 IEC 根据 IEC61000-4 规范编制。虽然该规范系列中列出了大约 25 个系统级测试标准，但涉及瞬态抗扰度测试的标准包括：ESD (IEC61000-4-2)、EFT/突发 (IEC61000-4-4) 和浪涌/闪电 (IEC61000) -4-5)。表 2 提供了这些系统级测试的比较。
表 2：系统级测试的比较。
