T-SZAA 001-2024 車身域控制器場效應管負載能力試驗方法

CCS31.080.01ICSL40SZAA車身域控制器場效應管負載能力試驗方法TestMethodforLoadCapacityofFieldEffectTransistorinVehicleDomain深圳自動化學會發(fā)布IT/SZAA001—2024 2規(guī)范性引用文件 3術語和定義 4分類、參數(shù)要求及封裝 5技術要求 6檢測方法 7包裝、貯存、標識要求 8標準實施的過渡期要求 T/SZAA001—2024本文件按照GB/T1.1—2020《標準化工作導則第1部分：標準化文件的結構和起草規(guī)則》的規(guī)定起請注意本文件的某些內(nèi)容可能涉及專利。本文件的發(fā)布機構不承擔識別專利的責任。本文件由深圳自動化學會提出并歸口。本文件由深圳自動化學會負責解釋。本文件起草單位：比亞迪汽車工業(yè)有限公司、蘇州納芯微電子股份有限公司、拓爾微電子股份有限公司、深圳自動化學會、揚州揚杰電子科技股份有限公司、杭州瑞盟科技股份有限公司、無錫新潔能股份有限公司、杭州士蘭微電子股份有限公司、江蘇捷捷微電子股份有限公司、江蘇長晶科技股份限公司。本文件主要起草人：吳世杰、方舟、魏榮峰、賀艷萍、錢仕峰、趙錚、童鑫、應宇文、周宏偉、劉本文件首批承諾執(zhí)行單位：比亞迪汽車工業(yè)有限公司、蘇州納芯微電子股份有限公司、拓爾微電子股份有限公司、揚州揚杰電子科技股份有限公司、杭州瑞盟科技股份有限公司、無錫新潔能股份有限公司、杭州士蘭微電子股份有限公司、江蘇捷捷微電子股份有限公司、江蘇長晶科技股份有限公司。1T/SZAA001—2024車身域控制器場效應管負載能力試驗方法本文件規(guī)定了乘用車及商用車車身域控制器場效應管的分類、參數(shù)要求及封裝、技術要求、檢測方法、包裝、貯存、標識要求。本文件適用于乘用車及商用車的車身域控制器場效應管負載能力檢測，其它非乘用車及商用車的車身域控制器場效應管負載能力檢測參照執(zhí)行。2規(guī)范性引用文件下列文件對于本文件的應用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，僅注日期的版本適用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改單）適用于本文件。GB/T191—2008包裝儲運圖示標志GB/T5465.2—2008電氣設備用圖形符號第2部分：圖形符號GB/T30512—2014汽車禁用物質要求GB/T2900.32—1994電工術語電力半導體器件GJB3164—1998半導體分立器件包裝規(guī)范IEC60191-6-2009半導體器件的機械標準化第6部分表面安裝的半導體器件封裝外形圖紙制備的一般規(guī)則（MechanicalStandardizationofSemiconductorDevices-Part6:GeneralRulesForthePreparationofOutlineDrawingsofSurfaceMountedSemiconductorDevicePackages）IEC60747-82021半導體器件分立器件第8部分：場效應晶體管（SemiconductordevicesDiscretedevices-Part8:Field-effecttransistors）JESD51-1集成電路的熱測試方法（IntegratedCircuitsThermalMeasurementMethod）JESD51-14一維傳熱路徑下半導體器件結殼熱阻瞬態(tài)雙界面測試法（TransientDualInterfaceTestMethodfortheMeasurementoftheThermalResistanceJunctiontoCaseofSemiconductorDeviceswithHeatFlowThroughaSingePath）AEC-Q101-Rev-E基于分立半導體應力測試認證的失效機理（FailureMechanismBasedStressTestQualificationforDiscreteSemiconductorsinAutomotiveApplications）ANSI/ESDS20.20-2021版靜電控制標準3術語和定義下列術語和定義適用于本文件。3.1MOSFETMOSFET是Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor的縮寫，中文名為金屬-氧化物半導體場效應晶體管，是一種單極型器件，具有柵極（Gate），漏極（Drain）和源極（Source），簡稱金氧半場效晶體管或MOS管。3.2NMOSN型金屬-氧化物-半導體（N-typemetaloxidesemiconductor），N型功率MOSFET導電溝道為N2T/SZAA001—2024型，通過電子移動導電，主回路電流方向為漏極指向源極，導通條件為VGS有一定的壓差（G電位比S電位高），Source端一般接地（低邊驅動）。3.3PMOSP型金屬-氧化物-半導體（P-typemetaloxidesemiconductor），P型功率MOSFET導電溝道為P型，通過空穴進行導電，主回路電流方向為源極指向漏極，導通條件為VGS有一定的壓差（S電位比G電位高），Source端一般接VDD（高邊驅動）。3.4柵極Gate，簡稱G極。MOS管的控制端。在G極施加驅動電壓可控制MOS管開啟、關閉。3.5源極Source，簡稱S極。源極是控制柵極電場的參考點。改變柵極和源極之間的電壓，可控制源極和漏極之間的電流流動。3.6漏極Drain，簡稱D極。相對于源極，是電流流經(jīng)的另一個端口。對于N型功率MOS管，電流方向為漏極指向源極，對于P型功率MOS管，電流方向為源極指向漏極。3.7溫度循環(huán)TemperatureCycling，高溫與低溫循環(huán)交替作用下測試器件機械應力。3.8絕對最大限值-VDS耐壓VGS=0V時，漏源兩極未發(fā)生擊穿前所能施加的最大電壓。為確保MOS管的功能正常，在漏源兩極施加的電壓，應控制在此電壓值范圍內(nèi)。3.9絕對最大限值-VGS耐壓柵源兩級間可以施加的正負最大電壓。為確保MOS管的功能正常，在柵源兩極施加的電壓，應控制在此電壓值范圍內(nèi).3.10絕對最大限值-持續(xù)帶載ID指在MOS管殼溫為25℃或者更高溫度，保證MOS管不超過其最大額定結溫的條件下，可通過的最大持續(xù)直流電流。如果流過的電流超過該值，會有MOS管擊穿的風險。3.11絕對最大限值-脈沖帶載IDM3T/SZAA001—2024在一定脈沖條件下（規(guī)格書標識），MOS管的漏極能承受的最大脈沖電流值，并在此沖擊后MOS管的功能和性能正常。此參數(shù)會受脈沖寬度和占空比等的制約，反映了器件可處理的脈沖電流的高低，脈沖電流要遠高于連續(xù)的直流電流，超過此值，MOS管面臨損壞.3.12絕對最大限值-雪崩電流IAS在MOS管關斷時，由于系統(tǒng)電路中存在寄生電感，寄生電感中所存儲的能量需要通過MOS管以雪崩擊穿的形式進行泄放，其可承受的最大電流，超過此值，MOS管面臨損壞。3.13絕對最大限值-雪崩能量EASEAS表示MOS管可承受的最大單次脈沖雪崩擊穿能量值。雪崩擊穿能量決定了MOS管可以容忍瞬間承受雪崩電流的安全值。3.14絕對最大限值-結溫TJTJ(結溫)(JunctionTemperature)，指MOS管芯片內(nèi)部PN結的溫度。其受MOS管工作時所能承受的最高溫度限制，超過這個溫度可能會導致器件性能下降、損壞甚至效。3.15絕對最大限值-結溫TSTGTSTG是指存儲或運輸MOS管的溫度范圍，是存儲的限定溫度值。MOS管在此溫度范圍內(nèi)儲藏后對MOS管的功能、性能不受影響。3.16絕對最大限值-耗散功率PDPD表示最大耗散功率，是指MOS管的功能和性能正常時所能承受的最大漏源耗散功率。其計算公式為：PD=，其中R?JC代表結-殼熱阻。3.17電氣特性-擊穿電壓V(BR)DSS指在規(guī)定的溫度和柵源短接情況下，在漏源兩極施加電壓，當漏源電流達到規(guī)定值時的漏源電壓值。3.18電氣特性-漏源漏電流IDSS指在規(guī)定的溫度和柵源短接情況下，在漏源兩極施加電壓所產(chǎn)生的漏源電流。3.19電氣特性-柵極漏電流IGSS指在規(guī)定的溫度和漏源短接情況下，在柵源兩極施加電壓所產(chǎn)生的柵源電流。3.20電氣特性-閾值電壓VGS(th)指在規(guī)定的溫度和柵漏短接情況下，在柵源兩極施加電壓，當漏源電流達到一定值時的柵源電壓值。4T/SZAA001—2024VGs(th)是負溫度系數(shù)，當溫度上升時，MOS管的柵源閾值電壓會降低。3.21電氣特性-導通內(nèi)阻RDS(ON)指在規(guī)定的溫度和柵極驅動電壓下，當漏源電流達到特定值時所測得的漏源電阻。3.22電氣特性-跨導GFSGFS表示正向跨導，漏極電流變化量與柵源電壓變化量的比值，反映的是柵極電壓對漏源電流控制的能力。3.23電氣特性-體二極管導通壓降VSD指在規(guī)定的溫度和柵源短接的情況下，在源漏兩極施加電壓，當源漏電流達到一定值時，所測得的源漏兩極的壓降。3.24電氣特性-體二極管帶載電流IS指在規(guī)定的溫度和柵源短接的情況下，流經(jīng)源漏兩極的最大可承受電流。超過該規(guī)定值時，MOS管功能、性能會下降。3.25結電容3.25.1輸入電容Ciss漏極對源極交流短路時，柵極與源極之間的電容。3.25.2輸出電容Coss柵極對源極交流短路時，漏極和源極之間的電容。3.25.3反向傳輸電容Crss漏極和柵極之間的電容。3.26柵極電阻Rg柵極和源極之間的內(nèi)部電阻值。3.27柵極電荷3.27.1柵極總電荷量Qg使柵極電壓從0V上升到指定電壓所需要的柵極電荷量。3.27.2柵極-源極電荷量Qgs使柵極電壓從0V上升到柵極穩(wěn)定電壓(米勒平臺)所需要的電荷量。5T/SZAA001—20243.27.3柵極-漏極電荷量Qgd米勒平臺開始到結束所需的電荷量。3.28開關時間3.28.1導通延遲時間td(on)柵極電壓上升到設定電壓的10%后，到漏極電壓下降到設定電壓的90%之間的時間。3.28.2關斷延時td(off)柵極電壓下降到設定電壓的90%后，到漏極電壓上升到設定電壓的10%之間的時間。3.28.3上升時間tr漏極電壓從設定電壓的90%下降到10%所需要的時間。3.28.4下降時間tf漏極電壓從設定電壓的10%上升到90%所需要的時間。3.29反向恢復時間trr指定測量條件下，內(nèi)部二極管的反向恢復電流消失所需要的時間。3.30反向恢復時間Qrr指定測量條件下，內(nèi)部二極管的反向恢復電流消失所需要的電荷量。3.31FR4材質FR4材質是一種火焰阻燃級別為4的玻璃纖維增強環(huán)氧樹脂材料的簡稱，具有較高阻燃性能。此種材料是由玻璃纖維布浸漬環(huán)氧樹脂后，再覆上銅箔加工而成，常被用作PCB基板材料。其中FR4全稱為FlameRetardantGrade4，是一種阻燃型環(huán)氧玻璃布基覆銅板的等級標準，根據(jù)國際電工委員會（IEC）標準，F(xiàn)R-4級別為4表示材料的垂直燃燒速率小于或等于30毫米/分鐘。3.32可靠性項目術語及定義（AEC-Q101）應符合表1的規(guī)定。6T/SZAA001—2024表1可靠性項目術語及定義12WireBondPullStrength34DestructivePhysicalAnaly567ESD-HBMCharacteriz8ESD-CDMCharacteriz9HighlyAcceleratedStressTHighHumidityHighTemp.ReverseBHighTemperatureGateBHighTemperatureReverseBiMechanicalShockParametricVerificatPowerTemperatureCycPre-andPost-StressElectrical應力測試前后功能參數(shù)7T/SZAA001—20244分類參數(shù)要求及封裝4.1產(chǎn)品分類4.1.1按導電溝道形成機理分類車身域使用的控制器場效應管按照導電溝道形成機理分類，一般分為以下兩類：a）增強型場效應管；b）耗盡型場效應管。4.1.2按導電載流子的帶電極性分類車身域控制器使用場效應管按照導電載流子的帶電極性分類，一般分為以下兩類：a)N溝道場效應管；b)P溝道場效應管。4.2參數(shù)要求a)不同品牌提供產(chǎn)品規(guī)格書參數(shù)部分應包含：絕對最大限制，電氣特性，熱阻特性及封裝信息；b)產(chǎn)品規(guī)格書提供的參數(shù)部分格式允許不同。4.3產(chǎn)品封裝a)封裝信息，MOS管的各項物理參數(shù)都可以找到對應值，包括長、寬、高、引腳尺寸、引腳間距、焊盤尺寸等具體數(shù)值及公差；b)封裝絲印信息，應顯現(xiàn)廠家、型號、生產(chǎn)批次、極性或方向，絲印內(nèi)容應清晰，完整，無模糊，缺劃，重影等現(xiàn)象。5技術要求5.1參數(shù)描述符號描述要求應符合表2，關鍵參數(shù)選用要求應符合表3。表2符號描述要求符號描述(2)D(3)S柵極4G柵極（Gate）D漏極（Drain）S8T/SZAA001—2024表3關鍵參數(shù)選用要求漏極-源極耐壓Drain-SourceVoltageVDSV柵極-源極耐壓Gate-SourceVoltageVGSV柵極閾值電壓（注4）GateThresholdVoltageVGS(th)V最大連續(xù)電流DrainCurrent-ContinuousIDA最大連續(xù)工作電流DrainCurrent-Continuous(TC=100℃)ID(100℃)A漏極脈沖電流PulsedDrainCurrentIDMA導通內(nèi)阻（注3）Drain-SourceOn-StateResistanceRDS(ON)m?最大耗散功率MaximumPowerDissipationPDW單脈沖雪崩能量（注1）SinglepulseavalancheenergyEASmJ工作結溫和儲存溫度范圍OperatingJunctionandStorageTemperatureRangeTJ,TSTG-55~175℃結-殼熱阻ThermalResistance,Junction-to-caseRθJC℃/W結-環(huán)境熱阻（注2）ThermalResistance,Junction-to-ambientRθJA℃/W注：1.EAScondition測試條件：起始溫度TJ=25℃,VDD=20V,VG=10V,L=0.5mH,Rg=25?;2.SurfaceMountedonFR4Board表面安裝在FR4板上,t≤10秒；3.VGS=10V,ID=20A；4.VDS=VGS,ID=250μA。5.1.1電氣特性-動態(tài)特性一般規(guī)格書中涉及的動態(tài)特性參數(shù)包括結電容、柵極電荷、開關時間等，具體如下。5.1.1.1結電容(Ciss、Coss、Crss)a）輸入電容Ciss：在漏、源兩極施加一定電壓，柵、源兩極施加一定幅值的交流信號時，測出的柵、源兩極的內(nèi)部電容，即Ciss=Cgs+Cgd,且Cgs>>Cgd。在實際電路應用中，降低驅動電路的輸出9T/SZAA001—2024阻抗，提高驅動電流，提高Ciss的充放電速度，才能加快MOS管的導通、關斷時間。b）輸出電容Coss:柵、源兩極電壓為零，漏、源兩極施加一定幅值的交流信號時，測出的漏、源兩極的內(nèi)部電容，即Coss=Cds+Cgd。在實際電路應用中，Coss可能會引起電路的諧振。c）反向傳輸電容Crss：在源極接地時，漏、柵兩極施加一定幅值的交流信號時，測出的漏、柵之間的電容，也稱為米勒電容，即Crss=Cgd此參數(shù)影響MOS管的開啟、關斷延時以及上升、下降時間。d）柵極電阻Rg：MOS管柵極內(nèi)部寄生電阻。SiO2Source·CgsRgGate·SourceRwpCgdp+pCdsRdn-n-nn+n+DrainD S圖1MOS內(nèi)部結構示意圖圖2符號示意圖5.1.1.2柵極電荷(Qg、Qgs、Qgd)a）柵極總電荷量Qg：指對Ciss充電，柵極電壓由0V達到一定驅動電壓VGS所需的總電荷量；b）柵-源電荷量Qgs：指對Ciss充電，柵極電壓由0V達到米勒平臺所需的電荷量；c）柵-漏電荷量Qgd：指對Crss充電，米勒平臺開始到結束所需的電荷量；Qg的大小與柵極電壓有關，Qgs的大小與漏極電流有關，Qgd的大小與漏源電壓有關。通常MOS管規(guī)格書中此值的測試條件為：Vgs=10V,Vds=耐壓的50%，Id與RDS(ON)電流一致。5.1.1.3開關特性一般規(guī)格書中涉及的開關特性參數(shù)(注：不同廠商判斷條件不同)有如下：a）導通延時td(on)：是指從VGS電壓上升到設定電壓的10%時到VDS電壓下降到設定電壓的90%時經(jīng)歷的時間，或者指從VGS電壓上升到設定電壓的10%時到ID電流上升到設定電流的10%時經(jīng)歷的b）關斷延時td(off)：是指從VGS電壓下降到設定電壓的90%時到VDS電壓上升到設定電壓的10%時經(jīng)歷的時間，或者指從VGS電壓下降到設定電壓的90%時到ID下降到設定電流的90%時經(jīng)歷的時間。c）上升時間tr：是指VDS電壓從設定電壓的90%下降到10%時經(jīng)歷的時間，或者指ID電流從設定電流的10%上升到90%時經(jīng)歷的時間。d）下降時間tf：是指VDS電壓從設定電壓的10%上升到90%時經(jīng)歷的時間，或者指ID電流從設定電流的90%下升到10%時經(jīng)歷的時間。f）trr、Qrr：表示體二極管的反向恢復時間，反向恢復電荷量。是指在規(guī)定的測試條件下，內(nèi)部寄生二極管的反向恢復電流消失所需要的時間、電荷量。T/SZAA001—2024 QgQgsQgd QgQgsQgdtttttttttttt圖3電荷量與Vgs的示意圖圖4Vds與Vgs5.1.2熱阻特性一般規(guī)格書中涉及的熱阻特性有兩種，如下：a）RθJA：表示MOS管內(nèi)部結到外部環(huán)境的熱阻，指結溫TJ-工作環(huán)境溫度TA與功率之比；b）RθJC：表示MOS管內(nèi)部結到外殼的熱阻，指結溫TJ-殼溫Tc與功率之比。θjaθjaθjtθjc圖5MOS熱阻測試原理圖5.1.3散熱性能要求表4散熱性能要求R?JCR?JA注釋：表中熱阻限值適用于封裝尺寸不大于5mm×6mm。5.1.3.1結-殼熱阻(R?JC)R?JC結-殼熱阻是由芯片至漏極的殼面焊錫固面層的熱阻所決定。5.1.3.2結-環(huán)境熱阻(R?JA)R?JA結-環(huán)境熱阻是由芯片至漏極的殼面焊錫封固面層的熱阻再至環(huán)境所決定的。R?JA一般基于1平方英寸、2盎司敷銅的FR4板上測得，不同的板材和測試環(huán)境對R?JA測試結果有較大的影響。5.2外觀要求T/SZAA001—20245.2.1外觀質量要求車身域控制器用場效應管外觀質量要求應符合表5規(guī)定。表5外觀質量要求5.2.2尺寸規(guī)格及偏差車身域控制器用場效應管一般選用PDFN5×6-8L封裝，選用時提供尺寸允許偏差應符合表6規(guī)定，相關內(nèi)容不少于以下信息。表6尺寸允許偏差表E1ELE3E2E4AFbVIEW"A"Max10°Φ1E1ELE3E2E4AFbVIEW"A"Max10°Φ1DD2xD2TopView1REFTopViewD1BottomView A1SideViewAbCdDT/SZAA001—2024續(xù)表6尺寸容許偏差表eEF----LK注：TopView：俯視圖(電路正面)；BottomView：底視圖(電路反面)；SideView：側視圖(電路側面)。6檢測方法6.1檢測環(huán)境檢測環(huán)境條件分為基準條件和一般條件，具體參數(shù)應滿足表7的要求。一般情況下，基準條件下的試驗結果更具備代表性。/6.2試樣處理試樣處理應滿足以下要求：a）按照AEC-Q101-Rev–E標準驗證：驗證數(shù)量3個批次，每個批次77顆；不同項目具體參考表b）按照ANSI/ESDS20.20-2021版靜電控制標準對試樣進行靜電防護，避免損壞器件影響檢測結果；c）無特殊要求樣品應貼裝于FR4材質，1平方英寸2oZ銅皮的印刷電路板上進行實驗。6.3實驗框圖實驗應滿足圖6至圖9要求。DNMOSGST/SZAA001—2024DNMOSGSSPMOSGD圖6晶體管特性測試儀DGSSa）NMOS直流可調電源示波器電流探頭直流可調電源SPMOS電壓探頭GD 電子負載b）PMOS圖7導通內(nèi)阻測試布局圖T/SZAA001—2024DGSSPMOS點溫計直流可調電源GDa）NMOSb）PMOS圖8VSD測試LHSWIDDUTRGa）測試電路圖V(BR)effIIDIDb）波形圖圖9UIS測試電路和波形圖6.4驗證流程應符合圖10的規(guī)定。圖10驗證流程T/SZAA001—20246.5通用測試應符合表8規(guī)定。表8通用測試參數(shù)1V極間電壓即為V23V開啟電壓極間電壓即為V45柵極耐壓BB6=10V7R8V9EE=0.5×IoLT/SZAA001—2024續(xù)表8通用測試參