Перейти к содержанию

HBM (модель тела человека)

В таблице ESD Ratings почти любой микросхемы первая строка — Human body model, например ±2000 V. Это не стойкость к удару статикой по разъёму устройства, а результат заводского испытания по строго заданной цепи.

Обновлено Редакция GAW

Содержание

HBM (human body model, модель тела человека) — стандартное испытание микросхемы на стойкость к электростатическому разряду, которое имитирует разряд накопленного заряда человека через вывод микросхемы на землю. Это одна из двух моделей, по которым производители указывают стойкость к электростатическому разряду в таблице ESD Ratings; вторая — CDM, разряд самой заряженной микросхемы.

Испытательная цепь

Испытательный генератор — последовательная RC-цепь: конденсатор 100 пФ заряжают до испытательного напряжения и разряжают на вывод через резистор 1500 Ом (TI SSYA010A, разд. 1.2.1; Vishay 85943). Наша оценка для уровня 2 кВ: пиковый ток около 2000 / 1500 = 1,3 А, постоянная времени разряда 1500 Ом × 100 пФ = 150 нс, энергия в конденсаторе 0,2 мДж. В современных даташитах TI и других производителей испытание выполняют по ANSI/ESDA/JEDEC JS-001.

МикросхемаHBMСтандарт
SN74HC245 (TI)±3000 ВJS-001
RP20402 кВ, на цифровых выводах FT 4 кВJS-001-2012

Данные: TI SCLS131F, разд. 6.2; RP2040 Datasheet, табл. 623.

Что значит уровень

Цифра HBM — уровень, после которого все выводы прошли испытание. Он рассчитан на сборку: по документу JEDEC JEP155, на который TI ссылается в примечаниях, 500 В по HBM позволяют безопасное производство при стандартной защите от статики. Испытание устройства для конечного пользователя — другое: IEC 61000-4-2 использует цепь 150 пФ и 330 Ом (Vishay 85943) и уровни в киловольтах контактом и по воздуху. TI подчёркивает, что системный разряд значительно жёстче HBM (SSYA010A, разд. 1.2.3), а защита кристалла на 8 кВ по IEC занимает намного больше площади, чем на 2 кВ по HBM (TI SSZB130E, разд. 1.2). Поэтому выводы, выходящие на разъёмы, защищают внешними TVS-диодами — пример в схеме защиты USB от ESD.

Повреждения и защита при работе

После разряда HBM типичное повреждение — прогорание p-n-перехода, например перехода стока NMOS. Хуже явных отказов скрытые: прибор продолжает работать в пределах даташита, но с увеличенной утечкой, и выходит из строя позже (SSYA010A, разд. 2). Поэтому с микросхемами работают по правилам TI: заземлённый браслет или антистатическая обувь, рассеивающее покрытие стола, ионизатор вместо изоляторов на рабочем месте, хранение и перенос в экранирующей таре (SSYA010A, разд. 3.3). Касаться выводов микросхемы, не сняв с себя заряд, нельзя, даже если устройство выключено.

Частые вопросы

Что означает HBM ±2000 V в даташите?

Что микросхема прошла испытание разрядом конденсатора 100 пФ, заряженного до 2000 В, через резистор 1500 Ом в обеих полярностях на выводы и осталась исправной. Так выглядит разряд с заряженного человека на вывод при сборке. Наша оценка: пиковый ток при 2 кВ — около 1,3 А, постоянная времени разряда — 150 нс.

Почему для производства хватает 500 В HBM?

Так считает JEDEC: TI в примечаниях к таблицам ESD Ratings ссылается на документ JEP155, по которому 500 В по HBM позволяют безопасно собирать устройства при стандартных мерах защиты от статики — заземлённых браслетах, рассеивающих покрытиях, ионизаторах. Без этих мер разряд с человека легко превышает несколько киловольт.

Защищает ли HBM ±2 кВ разъём USB или кнопку?

Нет. Это испытание компонента для условий сборки. Для выводов, которых касается пользователь, нормируют системное испытание по IEC 61000-4-2 с цепью 150 пФ и 330 Ом и уровнями в киловольтах. TI в SSYA010A пишет, что системный разряд значительно жёстче HBM и CDM, поэтому на разъёмы ставят внешние защитные диоды.

Источники

  1. Texas Instruments. Diep T., Cline R. Electrostatic Discharge (ESD) (SSYA010A, June 2014) — разд. 1.1: разряд возможен четырьмя путями — заряженное тело касается ИС, заряженная ИС касается заземлённой поверхности, заряженная машина касается ИС, поле наводит напряжение на диэлектрике; разд. 1.2.1: HBM — испытание компонента, имитирующее разряд накопленного заряда человека через прибор на землю, последовательная RC-цепь из конденсатора 100 пФ и резистора 1500 Ом; разд. 1.2.3: системный уровень по IEC значительно жёстче HBM и CDM; разд. 2.1–2.2: скрытые повреждения («walking wounded»), после HBM — прогорание перехода стока NMOS; разд. 3.3: правила защиты — браслеты, рассеивающие покрытия, ионизаторы, экранирующая тара
  2. Vishay. Find the Right ESD or TVS Diode, Technical Note (doc. 85943, rev. 28-Jul-16) — типовые испытательные импульсы: HBM 1500 Ом / 100 пФ по ESD-STM5.1-1998, ESD 330 Ом / 150 пФ по IEC 61000-4-2
  3. Texas Instruments. SNx4HC245 Octal Bus Transceivers With 3-State Outputs (SCLS131F, December 1982, revised August 2022) — разд. 6.2 ESD Ratings: HBM ±3000 В по ANSI/ESDA/JEDEC JS-001, CDM ±1000 В по JESD22-C101; прим. 1: JEDEC JEP155 — 500 В по HBM позволяет безопасное производство со стандартной защитой от статики
  4. Texas Instruments. System-Level ESD Protection Guide (SSZB130E, August 2025) — разд. 1.2: многие микросхемы имеют только приборные нормы HBM и CDM, которых недостаточно для защиты в системе; энергия системного разряда намного больше; рис. 1-5 — площадь кристалла под защиту 8 кВ по IEC намного больше, чем под 2 кВ по HBM
  5. Raspberry Pi Ltd. RP2040 Datasheet (build-date 2025-02-20) — разд. 5.5.3.2, табл. 623: HBM 2 кВ на всех выводах, 4 кВ только на цифровых выводах FT, по JS-001-2012; CDM 500 В по JESD22-C101E

Нашли ошибку?

Смотрите также