T-SZAA 001-2024 车身域控制器场效应管负载能力试验方法

CCS31.080.01ICSL40SZAA车身域控制器场效应管负载能力试验方法TestMethodforLoadCapacityofFieldEffectTransistorinVehicleDomain深圳自动化学会发布IT/SZAA001—2024 2规范性引用文件 3术语和定义 4分类、参数要求及封装 5技术要求 6检测方法 7包装、贮存、标识要求 8标准实施的过渡期要求 T/SZAA001—2024本文件按照GB/T1.1—2020《标准化工作导则第1部分：标准化文件的结构和起草规则》的规定起请注意本文件的某些内容可能涉及专利。本文件的发布机构不承担识别专利的责任。本文件由深圳自动化学会提出并归口。本文件由深圳自动化学会负责解释。本文件起草单位：比亚迪汽车工业有限公司、苏州纳芯微电子股份有限公司、拓尔微电子股份有限公司、深圳自动化学会、扬州扬杰电子科技股份有限公司、杭州瑞盟科技股份有限公司、无锡新洁能股份有限公司、杭州士兰微电子股份有限公司、江苏捷捷微电子股份有限公司、江苏长晶科技股份限公司。本文件主要起草人：吴世杰、方舟、魏荣峰、贺艳萍、钱仕峰、赵铮、童鑫、应宇文、周宏伟、刘本文件首批承诺执行单位：比亚迪汽车工业有限公司、苏州纳芯微电子股份有限公司、拓尔微电子股份有限公司、扬州扬杰电子科技股份有限公司、杭州瑞盟科技股份有限公司、无锡新洁能股份有限公司、杭州士兰微电子股份有限公司、江苏捷捷微电子股份有限公司、江苏长晶科技股份有限公司。1T/SZAA001—2024车身域控制器场效应管负载能力试验方法本文件规定了乘用车及商用车车身域控制器场效应管的分类、参数要求及封装、技术要求、检测方法、包装、贮存、标识要求。本文件适用于乘用车及商用车的车身域控制器场效应管负载能力检测，其它非乘用车及商用车的车身域控制器场效应管负载能力检测参照执行。2规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。GB/T191—2008包装储运图示标志GB/T5465.2—2008电气设备用图形符号第2部分：图形符号GB/T30512—2014汽车禁用物质要求GB/T2900.32—1994电工术语电力半导体器件GJB3164—1998半导体分立器件包装规范IEC60191-6-2009半导体器件的机械标准化第6部分表面安装的半导体器件封装外形图纸制备的一般规则（MechanicalStandardizationofSemiconductorDevices-Part6:GeneralRulesForthePreparationofOutlineDrawingsofSurfaceMountedSemiconductorDevicePackages）IEC60747-82021半导体器件分立器件第8部分：场效应晶体管（SemiconductordevicesDiscretedevices-Part8:Field-effecttransistors）JESD51-1集成电路的热测试方法（IntegratedCircuitsThermalMeasurementMethod）JESD51-14一维传热路径下半导体器件结壳热阻瞬态双界面测试法（TransientDualInterfaceTestMethodfortheMeasurementoftheThermalResistanceJunctiontoCaseofSemiconductorDeviceswithHeatFlowThroughaSingePath）AEC-Q101-Rev-E基于分立半导体应力测试认证的失效机理（FailureMechanismBasedStressTestQualificationforDiscreteSemiconductorsinAutomotiveApplications）ANSI/ESDS20.20-2021版静电控制标准3术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1MOSFETMOSFET是Metal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistor的缩写，中文名为金属-氧化物半导体场效应晶体管，是一种单极型器件，具有栅极（Gate），漏极（Drain）和源极（Source），简称金氧半场效晶体管或MOS管。3.2NMOSN型金属-氧化物-半导体（N-typemetaloxidesemiconductor），N型功率MOSFET导电沟道为N2T/SZAA001—2024型，通过电子移动导电，主回路电流方向为漏极指向源极，导通条件为VGS有一定的压差（G电位比S电位高），Source端一般接地（低边驱动）。3.3PMOSP型金属-氧化物-半导体（P-typemetaloxidesemiconductor），P型功率MOSFET导电沟道为P型，通过空穴进行导电，主回路电流方向为源极指向漏极，导通条件为VGS有一定的压差（S电位比G电位高），Source端一般接VDD（高边驱动）。3.4栅极Gate，简称G极。MOS管的控制端。在G极施加驱动电压可控制MOS管开启、关闭。3.5源极Source，简称S极。源极是控制栅极电场的参考点。改变栅极和源极之间的电压，可控制源极和漏极之间的电流流动。3.6漏极Drain，简称D极。相对于源极，是电流流经的另一个端口。对于N型功率MOS管，电流方向为漏极指向源极，对于P型功率MOS管，电流方向为源极指向漏极。3.7温度循环TemperatureCycling，高温与低温循环交替作用下测试器件机械应力。3.8绝对最大限值-VDS耐压VGS=0V时，漏源两极未发生击穿前所能施加的最大电压。为确保MOS管的功能正常，在漏源两极施加的电压，应控制在此电压值范围内。3.9绝对最大限值-VGS耐压栅源两级间可以施加的正负最大电压。为确保MOS管的功能正常，在栅源两极施加的电压，应控制在此电压值范围内.3.10绝对最大限值-持续带载ID指在MOS管壳温为25℃或者更高温度，保证MOS管不超过其最大额定结温的条件下，可通过的最大持续直流电流。如果流过的电流超过该值，会有MOS管击穿的风险。3.11绝对最大限值-脉冲带载IDM3T/SZAA001—2024在一定脉冲条件下（规格书标识），MOS管的漏极能承受的最大脉冲电流值，并在此冲击后MOS管的功能和性能正常。此参数会受脉冲宽度和占空比等的制约，反映了器件可处理的脉冲电流的高低，脉冲电流要远高于连续的直流电流，超过此值，MOS管面临损坏.3.12绝对最大限值-雪崩电流IAS在MOS管关断时，由于系统电路中存在寄生电感，寄生电感中所存储的能量需要通过MOS管以雪崩击穿的形式进行泄放，其可承受的最大电流，超过此值，MOS管面临损坏。3.13绝对最大限值-雪崩能量EASEAS表示MOS管可承受的最大单次脉冲雪崩击穿能量值。雪崩击穿能量决定了MOS管可以容忍瞬间承受雪崩电流的安全值。3.14绝对最大限值-结温TJTJ(结温)(JunctionTemperature)，指MOS管芯片内部PN结的温度。其受MOS管工作时所能承受的最高温度限制，超过这个温度可能会导致器件性能下降、损坏甚至效。3.15绝对最大限值-结温TSTGTSTG是指存储或运输MOS管的温度范围，是存储的限定温度值。MOS管在此温度范围内储藏后对MOS管的功能、性能不受影响。3.16绝对最大限值-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时所能承受的最大漏源耗散功率。其计算公式为：PD=，其中RӨJC代表结-壳热阻。3.17电气特性-击穿电压V(BR)DSS指在规定的温度和栅源短接情况下，在漏源两极施加电压，当漏源电流达到规定值时的漏源电压值。3.18电气特性-漏源漏电流IDSS指在规定的温度和栅源短接情况下，在漏源两极施加电压所产生的漏源电流。3.19电气特性-栅极漏电流IGSS指在规定的温度和漏源短接情况下，在栅源两极施加电压所产生的栅源电流。3.20电气特性-阈值电压VGS(th)指在规定的温度和栅漏短接情况下，在栅源两极施加电压，当漏源电流达到一定值时的栅源电压值。4T/SZAA001—2024VGs(th)是负温度系数，当温度上升时，MOS管的栅源阈值电压会降低。3.21电气特性-导通内阻RDS(ON)指在规定的温度和栅极驱动电压下，当漏源电流达到特定值时所测得的漏源电阻。3.22电气特性-跨导GFSGFS表示正向跨导，漏极电流变化量与栅源电压变化量的比值，反映的是栅极电压对漏源电流控制的能力。3.23电气特性-体二极管导通压降VSD指在规定的温度和栅源短接的情况下，在源漏两极施加电压，当源漏电流达到一定值时，所测得的源漏两极的压降。3.24电气特性-体二极管带载电流IS指在规定的温度和栅源短接的情况下，流经源漏两极的最大可承受电流。超过该规定值时，MOS管功能、性能会下降。3.25结电容3.25.1输入电容Ciss漏极对源极交流短路时，栅极与源极之间的电容。3.25.2输出电容Coss栅极对源极交流短路时，漏极和源极之间的电容。3.25.3反向传输电容Crss漏极和栅极之间的电容。3.26栅极电阻Rg栅极和源极之间的内部电阻值。3.27栅极电荷3.27.1栅极总电荷量Qg使栅极电压从0V上升到指定电压所需要的栅极电荷量。3.27.2栅极-源极电荷量Qgs使栅极电压从0V上升到栅极稳定电压(米勒平台)所需要的电荷量。5T/SZAA001—20243.27.3栅极-漏极电荷量Qgd米勒平台开始到结束所需的电荷量。3.28开关时间3.28.1导通延迟时间td(on)栅极电压上升到设定电压的10%后，到漏极电压下降到设定电压的90%之间的时间。3.28.2关断延时td(off)栅极电压下降到设定电压的90%后，到漏极电压上升到设定电压的10%之间的时间。3.28.3上升时间tr漏极电压从设定电压的90%下降到10%所需要的时间。3.28.4下降时间tf漏极电压从设定电压的10%上升到90%所需要的时间。3.29反向恢复时间trr指定测量条件下，内部二极管的反向恢复电流消失所需要的时间。3.30反向恢复时间Qrr指定测量条件下，内部二极管的反向恢复电流消失所需要的电荷量。3.31FR4材质FR4材质是一种火焰阻燃级别为4的玻璃纤维增强环氧树脂材料的简称，具有较高阻燃性能。此种材料是由玻璃纤维布浸渍环氧树脂后，再覆上铜箔加工而成，常被用作PCB基板材料。其中FR4全称为FlameRetardantGrade4，是一种阻燃型环氧玻璃布基覆铜板的等级标准，根据国际电工委员会（IEC）标准，FR-4级别为4表示材料的垂直燃烧速率小于或等于30毫米/分钟。3.32可靠性项目术语及定义（AEC-Q101）应符合表1的规定。6T/SZAA001—2024表1可靠性项目术语及定义12WireBondPullStrength34DestructivePhysicalAnaly567ESD-HBMCharacteriz8ESD-CDMCharacteriz9HighlyAcceleratedStressTHighHumidityHighTemp.ReverseBHighTemperatureGateBHighTemperatureReverseBiMechanicalShockParametricVerificatPowerTemperatureCycPre-andPost-StressElectrical应力测试前后功能参数7T/SZAA001—20244分类参数要求及封装4.1产品分类4.1.1按导电沟道形成机理分类车身域使用的控制器场效应管按照导电沟道形成机理分类，一般分为以下两类：a）增强型场效应管；b）耗尽型场效应管。4.1.2按导电载流子的带电极性分类车身域控制器使用场效应管按照导电载流子的带电极性分类，一般分为以下两类：a)N沟道场效应管；b)P沟道场效应管。4.2参数要求a)不同品牌提供产品规格书参数部分应包含：绝对最大限制，电气特性，热阻特性及封装信息；b)产品规格书提供的参数部分格式允许不同。4.3产品封装a)封装信息，MOS管的各项物理参数都可以找到对应值，包括长、宽、高、引脚尺寸、引脚间距、焊盘尺寸等具体数值及公差；b)封装丝印信息，应显现厂家、型号、生产批次、极性或方向，丝印内容应清晰，完整，无模糊，缺划，重影等现象。5技术要求5.1参数描述符号描述要求应符合表2，关键参数选用要求应符合表3。表2符号描述要求符号描述(2)D(3)S栅极4G栅极（Gate）D漏极（Drain）S8T/SZAA001—2024表3关键参数选用要求漏极-源极耐压Drain-SourceVoltageVDSV栅极-源极耐压Gate-SourceVoltageVGSV栅极阈值电压（注4）GateThresholdVoltageVGS(th)V最大连续电流DrainCurrent-ContinuousIDA最大连续工作电流DrainCurrent-Continuous(TC=100℃)ID(100℃)A漏极脉冲电流PulsedDrainCurrentIDMA导通内阻（注3）Drain-SourceOn-StateResistanceRDS(ON)mΩ最大耗散功率MaximumPowerDissipationPDW单脉冲雪崩能量（注1）SinglepulseavalancheenergyEASmJ工作结温和储存温度范围OperatingJunctionandStorageTemperatureRangeTJ,TSTG-55~175℃结-壳热阻ThermalResistance,Junction-to-caseRθJC℃/W结-环境热阻（注2）ThermalResistance,Junction-to-ambientRθJA℃/W注：1.EAScondition测试条件：起始温度TJ=25℃,VDD=20V,VG=10V,L=0.5mH,Rg=25Ω;2.SurfaceMountedonFR4Board表面安装在FR4板上,t≤10秒；3.VGS=10V,ID=20A；4.VDS=VGS,ID=250μA。5.1.1电气特性-动态特性一般规格书中涉及的动态特性参数包括结电容、栅极电荷、开关时间等，具体如下。5.1.1.1结电容(Ciss、Coss、Crss)a）输入电容Ciss：在漏、源两极施加一定电压，栅、源两极施加一定幅值的交流信号时，测出的栅、源两极的内部电容，即Ciss=Cgs+Cgd,且Cgs>>Cgd。在实际电路应用中，降低驱动电路的输出9T/SZAA001—2024阻抗，提高驱动电流，提高Ciss的充放电速度，才能加快MOS管的导通、关断时间。b）输出电容Coss:栅、源两极电压为零，漏、源两极施加一定幅值的交流信号时，测出的漏、源两极的内部电容，即Coss=Cds+Cgd。在实际电路应用中，Coss可能会引起电路的谐振。c）反向传输电容Crss：在源极接地时，漏、栅两极施加一定幅值的交流信号时，测出的漏、栅之间的电容，也称为米勒电容，即Crss=Cgd此参数影响MOS管的开启、关断延时以及上升、下降时间。d）栅极电阻Rg：MOS管栅极内部寄生电阻。SiO2Source·CgsRgGate·SourceRwpCgdp+pCdsRdn-n-nn+n+DrainD S图1MOS内部结构示意图图2符号示意图5.1.1.2栅极电荷(Qg、Qgs、Qgd)a）栅极总电荷量Qg：指对Ciss充电，栅极电压由0V达到一定驱动电压VGS所需的总电荷量；b）栅-源电荷量Qgs：指对Ciss充电，栅极电压由0V达到米勒平台所需的电荷量；c）栅-漏电荷量Qgd：指对Crss充电，米勒平台开始到结束所需的电荷量；Qg的大小与栅极电压有关，Qgs的大小与漏极电流有关，Qgd的大小与漏源电压有关。通常MOS管规格书中此值的测试条件为：Vgs=10V,Vds=耐压的50%，Id与RDS(ON)电流一致。5.1.1.3开关特性一般规格书中涉及的开关特性参数(注：不同厂商判断条件不同)有如下：a）导通延时td(on)：是指从VGS电压上升到设定电压的10%时到VDS电压下降到设定电压的90%时经历的时间，或者指从VGS电压上升到设定电压的10%时到ID电流上升到设定电流的10%时经历的b）关断延时td(off)：是指从VGS电压下降到设定电压的90%时到VDS电压上升到设定电压的10%时经历的时间，或者指从VGS电压下降到设定电压的90%时到ID下降到设定电流的90%时经历的时间。c）上升时间tr：是指VDS电压从设定电压的90%下降到10%时经历的时间，或者指ID电流从设定电流的10%上升到90%时经历的时间。d）下降时间tf：是指VDS电压从设定电压的10%上升到90%时经历的时间，或者指ID电流从设定电流的90%下升到10%时经历的时间。f）trr、Qrr：表示体二极管的反向恢复时间，反向恢复电荷量。是指在规定的测试条件下，内部寄生二极管的反向恢复电流消失所需要的时间、电荷量。T/SZAA001—2024 QgQgsQgd QgQgsQgdtttttttttttt图3电荷量与Vgs的示意图图4Vds与Vgs5.1.2热阻特性一般规格书中涉及的热阻特性有两种，如下：a）RθJA：表示MOS管内部结到外部环境的热阻，指结温TJ-工作环境温度TA与功率之比；b）RθJC：表示MOS管内部结到外壳的热阻，指结温TJ-壳温Tc与功率之比。θjaθjaθjtθjc图5MOS热阻测试原理图5.1.3散热性能要求表4散热性能要求RӨJCRӨJA注释：表中热阻限值适用于封装尺寸不大于5mm×6mm。5.1.3.1结-壳热阻(RӨJC)RӨJC结-壳热阻是由芯片至漏极的壳面焊锡固面层的热阻所决定。5.1.3.2结-环境热阻(RӨJA)RӨJA结-环境热阻是由芯片至漏极的壳面焊锡封固面层的热阻再至环境所决定的。RӨJA一般基于1平方英寸、2盎司敷铜的FR4板上测得，不同的板材和测试环境对RӨJA测试结果有较大的影响。5.2外观要求T/SZAA001—20245.2.1外观质量要求车身域控制器用场效应管外观质量要求应符合表5规定。表5外观质量要求5.2.2尺寸规格及偏差车身域控制器用场效应管一般选用PDFN5×6-8L封装，选用时提供尺寸允许偏差应符合表6规定，相关内容不少于以下信息。表6尺寸允许偏差表E1ELE3E2E4AFbVIEW"A"Max10°Φ1E1ELE3E2E4AFbVIEW"A"Max10°Φ1DD2xD2TopView1REFTopViewD1BottomView A1SideViewAbCdDT/SZAA001—2024续表6尺寸容许偏差表eEF----LK注：TopView：俯视图(电路正面)；BottomView：底视图(电路反面)；SideView：侧视图(电路侧面)。6检测方法6.1检测环境检测环境条件分为基准条件和一般条件，具体参数应满足表7的要求。一般情况下，基准条件下的试验结果更具备代表性。/6.2试样处理试样处理应满足以下要求：a）按照AEC-Q101-Rev–E标准验证：验证数量3个批次，每个批次77颗；不同项目具体参考表b）按照ANSI/ESDS20.20-2021版静电控制标准对试样进行静电防护，避免损坏器件影响检测结果；c）无特殊要求样品应贴装于FR4材质，1平方英寸2oZ铜皮的印刷电路板上进行实验。6.3实验框图实验应满足图6至图9要求。DNMOSGST/SZAA001—2024DNMOSGSSPMOSGD图6晶体管特性测试仪DGSSa）NMOS直流可调电源示波器电流探头直流可调电源SPMOS电压探头GD 电子负载b）PMOS图7导通内阻测试布局图T/SZAA001—2024DGSSPMOS点温计直流可调电源GDa）NMOSb）PMOS图8VSD测试LHSWIDDUTRGa）测试电路图V(BR)effIIDIDb）波形图图9UIS测试电路和波形图6.4验证流程应符合图10的规定。图10验证流程T/SZAA001—20246.5通用测试应符合表8规定。表8通用测试参数1V极间电压即为V23V开启电压极间电压即为V45栅极耐压BB6=10V7R8V9EE=0.5×IoLT/SZAA001—2024续表8通用测试参