常见的三种静电放电模型分别是人体放电模型(HBM)、机器放电模型(MM)和充电器件模型(CDM),它们在电子元件损伤机制及防护重点上存在显著差异。
1. 人体放电模型(HBM)是最早被广泛研究的ESD模型,其本质是人体通过摩擦积累静电后与电子元件接触导致瞬间放电。该模型模拟人体电容(约100pF)通过高阻值电阻(1500Ω)向敏感元件泄放能量,放电电流波形可达数安培级别。典型场景包括操作人员未佩戴防静电手环时触碰电路板,易导致芯片内部电路击穿。其危害程度中等,但因其发生频率高成为工业防护的首要目标。
2. 机器放电模型(MM)描述自动化生产设备携带静电对元件的冲击。该模型采用200pF电容无电阻直接泄放,放电速度比HBM快5-10倍且能量更高,能在纳秒级产生峰值电流。常见于机械臂快速抓取芯片或金属治具未接地的场合,其瞬时功率可达千瓦级,可直接熔毁微小焊点。数据显示,MM导致的器件失效占总ESD损伤的60%以上。
3. 充电器件模型(CDM)聚焦已带电元件自身的放电过程。半导体封装在移动中因摩擦积累静电,当金属引脚接触接地平面时形成快速放电通道,上升时间小于1纳秒,峰值电流可达15安培。该模型专攻器件制程环节,如芯片在载带中滑动后插入插座时的自感应放电,常造成内部氧化层击穿且难以检测。行业统计显示高端芯片生产中CDM失效占比已升至35%。
电子元件ESD防护需针对不同模型制定策略:HBM强调人体接地与服装抗静电处理;MM需要设备接地网络与过程防静电设计;CDM则依赖包装材料选用及离子风中和技术。现代生产车间通常需通过IEC 61340标准认证,综合运用腕带监测系统、湿度控制及地面阻抗管理等手段,将总放电损伤率控制在百万分之五以内。工程师设计电路时,也需在关键引脚配置瞬态电压抑制器(TVS),重点保护射频天线、模拟IO等敏感端口。