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IGBT和模塊的標準體系解讀
添加時間:2021-1-19 9:57:35 出處:恒南電子 作者:恒南電子 點擊:473

正確理解IGBT和模塊的標準體系,對了解產品特性,指導系統設計用足產品特性,符合規范很有幫助,熟悉標準的工程師會在系統設計中更游刃有余。


IGBT絕緣柵雙極型晶體管是半導體產品,主要需要符合半導體標準,包括產品標準,測試標準及機械和氣候試驗方法標準等。


功率模塊是半導體的一種封裝形式,通過內部芯片并聯實現更大的標稱電流,或設計成應用所需要的電路拓撲結構。它除了要符合半導體體系標準外,也需要符合應用系統的安全標準。針對特定應用開發的產品也要參照系統標準。


在整個產品標準體系中,有JEDEC,IEC,MIL等;在特定的應用領域,也有國家標準和行業標準。



IGBT器件標準體系



IGBT是半導體,半導體有自己的行業協會,即JEDEC,全稱Joint Electron Device Engineering Council。它是全球微電子產業的標準機構,已經制定并維護著1000余項標準與出版文件。JEDEC的主要職能包括制定術語、定義、產品特征描述與操作、測試方法、生產支持功能、產品質量與可靠性、機械外形等標準。


JEDEC有50個委員會和分委員會,如JC-11,JC-14,JC-25等。


JC-11: 機械(封裝外形) 標準化委員會



JC-11職責范圍包括制定設計指導文件;確定機械特性的標準測量方法,半導體封裝與組件的標準類型與注冊類型的機械外形等,關于半導體器件的外形的文件JEDEC出版物JEP95就有3000多頁。常見IGBT單管封裝形式TO-247就是由JC-11委員會制定的。


JC-14: 固態產品的質量與可靠性標準化委員會



JC-14負責封裝器件和晶片級可靠性標準,硅器件芯片及封裝成品的可靠性鑒定與監測以及質量流程與方法和失效分析等?蛻舫R姷腜CN文件 Process Change Notice的縮寫(工序改動通知 ),是按照 IPC/JEDEC聯合標準發布的J-STD-046 CUSTOMER NOTIFICATION STANDARD FOR PRODUCT/PROCESS CHANGES BY ELECTRONIC PRODUCT SUPPLIERS。


JC-14還規定了可靠性試驗規范,如HTRB高溫反向偏置試驗,H3TRB高濕高溫反偏實驗,TC溫度周次等實驗的測試方法及判定依據。


JC-25: 晶體管委員會



JC-25的職責是制定包括硅晶體管,如雙極晶體管、場效應晶體管和絕緣柵晶體管,以及智能功率器件的相關標準和出版物,這些文件有的對工程師在應用IGBT時都很有幫助,其中有如何測量管腳溫度,如何用紅外成像測芯片溫度以及短路測試方法等。


JEP84A RECOMMENDED PRACTICE FOR MEASUREMENT OF TRANSISTOR LEAD TEMPERATURE


JEP138 USER GUIDELINES FOR IR THERMAL IMAGING DETERMINATION OF DIE TEMPERATURE


JESD24-9 SHORT CIRCUIT WITHSTAND TIME TEST METHOD


此外,JEDEC制定了一系列測試方法,基于這些方法,可以開發實用的測試儀器及測試平臺,例如 Mentor熱瞬態測試儀T3STER就是基于JESD51-14開發的。


JESD51-14 TRANSIENT DUAL INTERFACE TEST METHOD FOR THE MEASUREMENT OF THE THERMAL RESISTANCE JUNCTION-TO-CASE OF SEMICONDUCTOR DEVICES WITH HEAT FLOW THROUGH A SINGLE PATH


模塊標準體系——IEC



IEC是指國際電工委員會。它成立于1906年,是世界上成立最早的國際性電工標準化機構,負責有關電氣工程和電子工程領域中的國際標準化工作。第83屆IEC大會于2019年10月14日至25日在中國上海舉辦,主題為“質量成就美好生活”,共邀請100多個國家的3800多名專家來華與會。


半導體器件屬于TC47技術委員會,IGBT單管和模塊屬于SC47E分立半導體。這里分立半導體是區別于集成電路,也包括模塊。英飛凌模塊設計主要參照IEC系列標準。


IEC60747系列標準規定了HTRB,H3TRB,PC和TST等可靠性實驗的測試標準,IGBT器件遵守的標準為


IEC60747-9 Semiconductor devices-Part 9 Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs)


IEC60747-9對應的國標是GB/T 29332—2012半導體器件分立器件,其中第9部分:絕緣柵雙極晶體管(IGBT),英飛凌是主要起草單位之一。


IGBT模塊所遵守標準是IEC60747-15 Discrete semiconductor devices-15 Isolated power semiconductor devices。


機械和氣候試驗方法標準適用標準為IEC60749 Semiconductor devices - Mechanical and climatic test methods,對應的國標是GB/T 4937.1半導體器件機械和氣候試驗方法。


應用系統相關標準



IGBT應用非常廣,有些應用領域和行業針對其特定應用要求,制定了相關標準。


在直流輸電領域是高壓大電流應用,對IGBT特別的要求,SAC/TC60/SC6(即原來的TC413)組織成立了工作組,制定了國家標準GB/T37660-2019 《柔性直流輸電用電力電子器件技術規范》,并于2020年1月1日實施。英飛凌派員加入工作組,參加了起草工作。


在汽車行業中,有兩份相關標準為業內人士熟知:


汽車級分立半導體應力測試方法,由汽車電子委員會(AEC) 制定,標準名為AEC-Q101 STRESS TEST QUALIFICATION FOR AUTOMOTIVE GRADE DISCRETE SEMICONDUCTORS。


汽車用IGBT模塊驗證規范,2018年4月由 ECPE 歐洲電力電子研究網絡發布,標準名為AQG 324 Qualification of Power Modules for Use in Power Electronics Converter Units (PCUs) in Motor Vehicles,它前身是LV324,由汽車行業的廠商代表編制,包括奧迪,BMW,戴姆勒,保時捷,大眾等。

 

IGBT標準體系分兩部分,IGBT器件設計生產主要參照JEDEC標準;功率模塊主要參照IEC標準,安全認證為UL。


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