半導體器件的ESD測試人體模型（HBM）及靜電敏感度分級
ESD對半導體器件、以及電子產品和系統的可靠性設計和生產制造是一項很重要的影響因素。對于電子元器件，人體可能是產生靜電損傷最主要的靜電來源。
一、 HBM人體模型
為了表征人體帶靜電并接觸器件放電的電路特性，以及半導體器件的ESD敏感度，相關標準組織/機構制定了人體模型（Human Body Model-HBM）以規范HBM模式下的ESD測試模型和等級標準。
人體放電模型(HBM)的ESD是指因人體在走動摩擦或其它因素在人體上累積了靜電，當此人碰觸到IC時，人體上的靜電便會經由IC的引腳(pin)而進入IC內，再經由IC放電到地。如左下圖所示。
放電的過程會在短到幾百納秒(ns)的時間內產生數安培的瞬間放電電流，此電流會把IC內的組件給燒毀。 不同HBM靜電電壓相對產生的瞬間放電電流與時間的關系如右上圖。對一般商用IC的2KV ESD放電電壓而言，其瞬間放電電流的尖峰值大約是1.33 安培。
以上相關的標準有所差異且被多次修訂，但原理基本一致，本文以經典的JESD 22標準為參考進行說明。
二、 HBM測試要求
依據JESD22-A114C (Jan, 2005)，HBM模型的測試等效電路如下圖。R1 為等效人體電阻，C1 為等效人體電容。DUT(Device Under Test)為被測器件，放置在插座（socket）中。圖中S1為充電和放電切換開關，S2用于釋放DUT殘留電荷，R2（500ohm負載）僅用于初始檢測確認此模擬裝置是否符合標準要求以及后續進行周期性的系統校調。標準建議短路（short）波形驗證測試采用18-24AWG鍍錫銅導線。
a) 脈沖上升時間tr b)脈沖衰減時間td
短路電流（Ips）波形
該等效模擬裝置的測試電路要求在500ohm負載條件下應符合以下脈沖波形指標要求：
a) 脈沖上升時間trr b)脈沖衰減時間tdr
通過500oh電阻的電流（Ips）波形
Table 1-Waveform Specification
在短路條件下，脈沖從峰值（Ips）的10%上升到峰值的90%所需要的時間tr為脈沖上升時間，為2~10ns;脈沖從峰值下降到峰值的36.8%所需要的時間td為脈沖衰減時間，為150±20ns; 電流脈沖波形中第一個波峰與第一個波谷之間的差值IR為最大的振蕩電流峰-峰值，應小于短路放電峰值電流Ips的15%。 500ohm負載條件下的脈沖波形指標要求如上表Table 1，不在此贅述。
三、 器件HBM等級測試
通常按照Table 1中所示的電壓步長(Voltage Step)在每個電壓等級（Voltage Level）上用3 個器件樣本進行器件ESD失效閾值的表征。可以選擇使用更精細的電壓步長來獲得更精確的失效閾值測量。ESD 測試應從Table 1中的最低步長開始。ESD測試應在室溫條件下進行。
進行器件ESD等級測試時，3顆芯片的每個樣本都按照Table 2給出的全部引腳組合以某一個電壓等級（Voltage Level）對每個引腳施加1次正向和1次負向脈沖，正向和負向脈沖的間隔時間不小于100ms，考慮器件可能積累損傷，這個間隔時間可以加長。施加的脈沖電壓通常從Table 1中最低的等級開始，但也可以從任何一個等級開始，當這3個樣本全部都通過了該等級測試后，仍然可以繼續使用它們，施加下一個更高等級的脈沖電壓，直到有器件發生失效。但如果一開始用較高的初始脈沖電壓導致器件失效，則應該換用全新的樣本并從最低等級電壓重新開始測試。
遵循Table 2中的引腳組合指引，參考其它標準，芯片ESD測試的引腳組合和連接方式有以下幾種方式。
1）Pin對VDD/VSS測試
2）Pin對Pin測試
3）VDD對VSS測試
4）多VDD 對 多VSS測試
5）運放差分輸入引腳間測試
在施加ESD脈沖后，器件不再能符合參數和功能測試規格要求，則被定義為失效。如果有特別要求進行多溫度條件下的HBM測試，則應該從最低溫度開始。
四、 器件HBM級別
為了給芯片進行靜電敏感度分級（sensitivity classification），所有被測樣品必須按照上述模型及測試方法進行測試標定。JESD22-A114將芯片的HBM等級劃分如下：
CLASS 0： 施加250V或以下ESD脈沖，器件發生失效
CLASS 1A： 施加250V ESD脈沖時通過，但是施加500V ESD脈沖時器件發生失效
CLASS 1B： 施加500V ESD脈沖時通過，但是施加1000V ESD脈沖時器件發生失效
CLASS 1C： 施加1000V ESD脈沖時通過，但是施加2000V ESD脈沖時器件發生失效
CLASS 2： 施加2000V ESD脈沖時通過，但是施加4000V ESD脈沖時器件發生失效
CLASS 3A： 施加4000V ESD脈沖時通過，但是施加8000V ESD脈沖時器件發生失效
CLASS 1B： 施加8000V ESD脈沖時通過
五、待續
芯片的其它2種ESD基本測試模型（MM & CDM）及其靜電敏感度分級將另文介紹。
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