ESD是指不同电势物体间突然产生的电流，可由摩擦、空气运动等引发，对静电放电敏感的电子元件可能造成损坏。ESD测试是评估电子设备承受和消散静电放电能力的程序，包括接触和空气放电测试，以测量电流和电压并评估设备性能。测试标准主要有人体模型（HBM）、机器模型（MM）、充电器件模型（CDM）、IEC模型和身体金属模型(HMM)，它们有助于确定电子产品的静电敏感性，减少静电放电导致的故障。ESD测试标准是确保电子设备静电防护性能的重要手段，也是质量控制的关键环节。

一、人体模型

人体模型（HBM）模拟了人体因摩擦等原因带电后，与集成电路引脚接触并放电的情形。人体的等效电阻较大，放电时间长，峰值电流相对较小，但仍可能对集成电路造成损坏。标准MIL-STD-883C method 3015.7提供了等效电路图，其中人体等效电容为100pF，放电电阻为1.5kΩ。为更真实模拟放电情况，还考虑了寄生电容和电感的影响，并提出了改进的等效电路图。

1.I/O引脚到电源引脚的应力测试

对于每个IO引脚，其相对于正电源或负电源的引脚都可能存在正向和负向的静电应力，因此有四种测试模式：PS、NS、PD和ND。进行某一IO引脚对电源引脚的应力测试时，其他引脚需悬浮。PS模式模拟带正电的人体接触IO引脚并通过VSS放电；NS模式模拟带负电的人体接触IO引脚并通过VSS放电；PD模式模拟带正电的人体接触IO引脚并通过VDD放电；ND模式模拟带负电的人体接触IO引脚并通过VDD放电。

2.I/O引脚到I/O引脚的应力测试

在实际静电放电测试中，为全面模拟不同IO引脚间的正、负应力情形并提高效率，通常对某一IO引脚进行IO到IO应力测试时，将其他IO引脚接地。正向测试时，被测引脚受应力，ESD电流从该引脚流入并经其他引脚流出至地；负向测试时，电流流向相反。

3.VDD引脚到VSS引脚应力测试

电源引脚间也存在正负应力情况。在VDD到VSS的应力测试中，IO引脚需悬浮。正向测试模拟正电人体接触VDD经VSS放电，ESD电流从VDD流入VSS；负向测试模拟负电人体接触VDD放电，电流方向相反。

二、机器模型

机器模型（MM）模拟机器在生产中积累电荷与集成电路引脚接触形成的静电放电。机器的等效电容为200pF，电阻为0，因此放电迅速，电流大，破坏力可能超过人体放电。MM与人体模型（HBM）类似，都是外界带电体接触集成电路形成的放电，测试方法相同。

三、充电器件模型

充电器件模型（CDM）与HBM和MM不同，它模拟集成电路在组装或运输中带电，当接触地或其他导体时，电荷从集成电路内部流出。其放电电流上升快，持续时间短，峰值电流约为HBM的15~20倍。CDM的等效电路考虑了IC内部静电和等效电容的变化，这些变化受IC摆放角度、位置和封装形式的影响。

上述三种放电模型的电流-时间波形差异显著：HBM波形持续时间长且平缓；MM波形正负振荡；CDM波形除了振荡外，速度快、过冲大，对器件冲击更大。

由于CDM放电机制独特，其测试方法也与众不同。测试分两步：先给待测IC衬底充电并储存，充电时串联高阻值限流电阻以防损坏。P型衬底IC的VSS引脚与衬底相连，通过限流电阻对VSS充电。充电后，IC带有正或负电压，再由其他引脚连续放电，完成测试。CDM测试分插座和非插座放电，前者通过IC插座与继电器开关，后者是带电IC浮空状态下直接放电。

四、IEC模型

国际电工委员会(IEC)制定了系统级ESD测试标准，模拟人体对IC系统的放电行为。该测试旨在确保产品在用户使用时遭遇ESD仍能正常工作，性能不受影响。IEC 61000-4-2采用接触和空气放电两种方法，定义了四种ESD等级。

接触测试是首选的ESD测试方法，使用ESD测试枪直接接触被测器件或系统放电。当无法直接接触时，可采用空气放电测试，即测试枪在近距离内对被测器件或系统放电。这两种方法使用同一设备，包括电源、电压显示器、电阻、电容、开关、可更换的放电电极和电缆。为适应不同测试方法，放电电极头可更换：空气放电用圆滑头，接触放电用锋利头。

IEC标准的测试设备

ESD测试枪内部结构示意图

该ESD测试设备的输出放电波形包含关键参数如上升时间tr、峰值电流Ipeak，以及30ns和60ns时的电流值。上升时间是指电流从10%至90%峰值的时间间隔。

IEC标准的经典放电波形

五、人体金属模型

人体金属模型(HMM)最近才出现,主要是为了符合当前更多的人体通过金属器具、机械与芯片产品相接触的情况才提出的。HMM与IEC6100-4-2接触放电比较类似。