⚡HBM - Human Body Model (Modelo del cuerpo humano para pruebas de descarga electrostática)
El modelo del cuerpo humano (HBM) simula una descarga electrostática que se genera cuando una persona cargada de electricidad estática toca un dispositivo electrónico. Esta es la forma más común de descarga en el manejo y ensamblaje de componentes.
El modelo HBM fue uno de los primeros desarrollados para entender los efectos destructivos de la ESD sobre los semiconductores y aún hoy es uno de los más relevantes para el control de calidad en la fabricación de chips.
¿Cómo se realiza?
Se coloca el dispositivo bajo prueba en un fixture (soporte de pruebas ESD).
Se conecta un circuito generador HBM, el cual consta de:
Un capacitor de 100 pF, el cual se carga a un voltaje predefinido (típicamente de 500 V a 4000 V).
Una resistencia serie de 1500 ohmios, que representa la resistencia del cuerpo humano.
El generador descarga el condensador directamente entre dos pines del DUT (por ejemplo, VDD vs GND, I/O vs GND), en polaridad positiva y negativa.
Se repite la descarga típicamente 3 veces por polaridad y combinación de pines.
Luego, se mide el DUT para comprobar si aún funciona dentro de su especificación o si ha sufrido daño.
Se incrementa el voltaje hasta que el DUT falla; ese voltaje es su nivel de inmunidad HBM.
El procedimiento se realiza con equipos automáticos de descarga como ZapMaster, Hanwa, Thermo KeyTek o ESDEMC.
¿Qué tipos de fallas detecta?
Daño en puertas MOS (Gate oxide breakdown): El óxido del transistor puede ser penetrado por el alto campo eléctrico, generando cortocircuitos o fugas.
Cortocircuitos entre pines (latch-up inducido): Ocurren si la ESD provoca corrientes parásitas internas.
Fallas en buffers I/O: Los circuitos de entrada/salida suelen ser vulnerables, ya que son la primera línea de contacto.
Fugas de corriente: El dispositivo puede operar, pero con pérdidas o mal funcionamiento por deterioro interno.
Destrucción silenciosa (latent damage): El DUT puede seguir funcionando inicialmente, pero su vida útil estará comprometida.
Estas fallas son catastróficas o latentes, lo que hace crítica la prueba HBM para garantizar la calidad.
Estándares relacionados
JEDEC JS-001: Principal estándar para pruebas HBM, define la metodología, niveles de tensión, polaridad, secuencia de descarga, etc.
AEC-Q100-002: Estándar de la industria automotriz para semiconductores que implementa la metodología HBM.
MIL-STD-883, Method 3015.9: Norma militar para calificación de dispositivos microelectrónicos.
ANSI/ESDA/JEDEC STM5.1: Definición del método de prueba conjunto para pruebas ESD HBM.
¿Para qué se utiliza?
Evaluar la robustez del circuito ante ESD causada por el contacto humano en entornos de manipulación, testeo, empaque y ensamblaje.
Simular la descarga de una persona que ha acumulado carga estática en su cuerpo y accidentalmente toca un pin de un circuito integrado (por ejemplo, durante el montaje en una tarjeta electrónica).
Detectar debilidades en las estructuras de protección ESD del circuito integrado.
Determinar los límites de operación segura del dispositivo en ambientes industriales o de consumo.
En otras palabras, HBM determina si un producto es suficientemente inmune a ESD accidental durante su manufactura, distribución o instalación.
¿Por qué es necesaria la prueba?
Durante la manipulación manual de dispositivos, un ser humano puede acumular entre 500 V y 10,000 V de carga electrostática simplemente por caminar sobre una alfombra o removerse una prenda.
El toque directo a un componente sin protección ESD puede destruirlo en milisegundos.
Más del 35% de fallas en campo están relacionadas a ESD y muchas ocurren antes de que el producto llegue al usuario final.
La prueba HBM permite clasificar los productos de acuerdo con su inmunidad ESD y prevenir:
Reclamaciones de garantía
Fallas prematuras
Costos ocultos por RMA (Return Material Authorization)
Además, muchas industrias (automotriz, médica, aeroespacial) requieren niveles mínimos de inmunidad ESD por normativa.
¿Quién la utiliza?
Fabricantes de circuitos integrados (ICs): Verifican que cada nuevo diseño y proceso sea robusto frente a ESD.
Empresas OEM (Original Equipment Manufacturer): Validan que los dispositivos electrónicos resistan el manejo durante el montaje.
Laboratorios de pruebas de confiabilidad y certificación electrónica.
Industria automotriz, médica y aeroespacial, donde la confiabilidad es crítica y donde las fallas por ESD pueden tener consecuencias graves.
Ejemplo práctico
Imagina que se fabrica un lote de microcontroladores para electrodomésticos. Durante el montaje de la placa, un operario sin pulsera ESD toca el pin de entrada del MCU, transfiriendo una carga estática de 2000 V acumulada al caminar por el taller. El circuito no tiene una protección efectiva y el pin se daña de forma latente.
La empresa decide implementar la prueba HBM bajo el estándar JEDEC JS-001. Descubre que, a 1500 V, el pin de entrada ya empieza a mostrar fuga, por lo que el diseño del I/O se modifica, se agregan diodos de protección, y se mejora la resistencia a 4000 V. Con esta mejora, se evitan miles de fallas en campo y se asegura la confiabilidad del producto.