TSZAA 001-2024 车身域控制器场效应管负载能力试验方法

CCS31.080.01ICSL40

SZAA深 圳 自 动 化 学 会 团 体 标 准T/SZAA001—2024车身域控制器场效应管负载能力试验方法TestMethodforLoadCapacityofFieldEffectTransistorinVehicleDomainController2024-11-14发布 2024-11-30实施深圳自动化学会 发布T/SZAA001—2024T/SZAA001—2024PAGE\*ROMANPAGE\*ROMANII目 次前  言 II范围 1规范性引用文件 1术语和定义 1分类、参数要求及封装 7技术要求 7检测方法 12包装、贮存、标识要求 23标准实施的过渡期要求 23前  言本文件按照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》的规定起草。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T/SZAA001—2024T/SZAA001—2024PAGEPAGE10车身域控制器场效应管负载能力试验方法范围规范性引用文件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GJB3164—1998 半导体分立器件包装规范IEC60191-6-20096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（MechanicalStandardizationofSemiconductorDevicesPart6GeneralRulesForthePreparationofOutlineDrawingsofSurfaceMountedSemiconductorDevicePackages）IEC60747-82021半导体器件分立器件第8（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版静电控制标准术语和定义下列术语和定义适用于本文件。MOSFETMOSFETMetal-Oxide-SemiconductorField-EffectTransistorMOSNMOSN型金属-氧化物-半导体（N-typemetaloxidesemiconductor），N型功率MOSFET导电沟道为NVGS（GS电位高），Source（低边驱动）。PMOSP（P-typemetaloxidesemiconductor），PMOSFETPVGS（SG电位高），SourceVDD（高边驱动）。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。源极S漏极DrainDNMOSPMOS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。绝对最大限值-VDS耐压V=0VMOS绝对最大限值-VGS耐压MOS绝对最大限值-持续带载IDMOS25MOSMOS绝对最大限值-脉冲带载IDM（规格书标识MOS绝对最大限值-雪崩电流IASMOSMOS绝对最大限值-雪崩能量EASEASMOSMOS绝对最大限值-结温TJTJ(结温)(JunctionTemperatureMOSPNMOS绝对最大限值-结温TSTGTSTGMOSMOSMOS管的功能、性能不受影响。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

=TJmax−TC，其中RRθjc

ӨJC

代表结-壳热阻。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。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。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。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。VGs(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。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。GSGFS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。电气特性-体二极管导通压降VSD电气特性-体二极管带载电流IS结电容输入电容Ciss漏极对源极交流短路时，栅极与源极之间的电容。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。反向传输电容Crss漏极和栅极之间的电容。栅极电阻Rg栅极和源极之间的内部电阻值。栅极电荷Qg使栅极电压从0V上升到指定电压所需要的栅极电荷量。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。Qgd米勒平台开始到结束所需的电荷量。开关时间)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。t)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。tr漏极电压从设定电压的90%下降到10%所需要的时间。tf漏极电压从设定电压的10%上升到90%所需要的时间。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。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。FR4材质FR44PCBFR4RetardantGrade（IEC）标准，FR-4430/分钟。可靠性项目术语及定义（AEC-Q101）应符合表1的规定。表1 可靠性项目术语及定义序号缩略语全称中文说明1ACAutoclave高温蒸煮试验2WBPWireBondPullStrength引线键合拉力3WBSWireBondshearstrength引线键合剪切力4DPADestructivePhysicalAnalysis破坏性物理分析5DSDieShear芯片剪切力6DIDielectricIntegrity电介质完整性7ESDHESD-HBMCharacterization静电放电人体模式8ESDCESD-CDMCharacterization静电放电带电器件模式9HASTHighlyAcceleratedStressTest有偏高加速应力试验10H3TRBHighHumidityHighTemp.ReverseBias高温高湿反偏试验11HTGBHighTemperatureGateBias高温栅极偏置试验12HTRBHighTemperatureReverseBias高温反偏试验13IOLIntermittentOperationalLife间歇工作寿命14MSMechanicalShock机械冲击15PCPreconditioning预处理16PDPhysicalDimension物理尺寸17PVParametricVerification参数认定18RSHResistancetoSolderHeat耐焊接热19RTSResistancetoSolvents耐溶解性20SDSolderability可焊性21TCTemperatureCycling温度循环22TCDTTcDelaminationTest温度循环分层测试23TCHTTemperatureCyclingHottest温度循环热测试24TSTerminalStrength端子强度25TRThermalResistance热阻26UISUnclampedinductiveSwitching非钳位电感开关27UHASTUnbiasedHAST无偏高加速应力试验28PTCPowerTemperatureCycling功率负载温度循环29EVExternalVisual外观检测30TESTPre-andPost-StressElectricalTest应力测试前后功能参数测试分类参数要求及封装产品分类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。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：N沟道场效应管；P沟道场效应管。参数要求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；产品规格书提供的参数部分格式允许不同。产品封装封装信息，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；技术要求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 符号描述要求图例引脚符号描述(2)D(1)G(3)S1G栅极（Gate）2D漏极（Drain）3S（Source）4G栅极（Gate）5、6、7、8D漏极（Drain）1、2、3S（Source）表3 关键参数选用要求项目标号范围单位漏极-源极耐压Drain-SourceVoltageVDS≥40V栅极-源极耐压Gate-SourceVoltageVGS≥±20V栅极阈值电压（4）GateThresholdVoltageVGS(th)≥2V最大连续电流DrainCurrent-ContinuousID≥45A最大连续工作电流DrainCurrent-Continuous(TC=100℃)ID(100℃)≥31.8A漏极脉冲电流PulsedDrainCurrentIDM≥125A导通内阻（注3）Drain-SourceOn-StateResistanceRDS(ON)≤8mΩ最大耗散功率MaximumPowerDissipationPD≥28W单脉冲雪崩能量（注1）SinglepulseavalancheenergyEAS≥115mJ工作结温和储存温度范围OperatingJunctionandStorageTemperatureRangeTJ,TSTG-55~175℃结-壳热阻ThermalResistance,Junction-to-caseRθJC≤4.5℃/W结-环境热阻（注2）ThermalResistance,Junction-to-ambientRθJA≤45℃/W注：EAScondition测试条件：起始温度TJ=25℃,VDD=20V,VG=10V,L=0.5mH,Rg=25Ω；SurfaceMountedonFR4BoardFR4板上t10秒；3.VGS=10V,ID=20A；4.VDS=VGS,ID=250μA。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。结电容(Ciss、Coss、Crss)CissCgsCgd,CgsCgd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。  Coss:Coss=Cds+Cgd。在实际电路应用中，Coss可能会引起电路的谐振。  Crss=CgdMOSRg：MOS管栅极内部寄生电阻。SiO2 DGG

SourceRwp+ Cgd p+RCdsRdn- n-n+ n+ SDrain图1 MOS内部结构示意图 图2 符号示意图栅极电荷(Qg、Qgs、Qgd)QgCiss0VVGS所需的总电荷量；栅-QgsCiss0V达到米勒平台所需的电荷量；栅-QgdCrss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。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：td(on)VGS10%VDSVGS10%ID10%时间。td(off)VGS90%VDS10%VGS90%ID90%c）trVDS90%10%ID电流从设10%90%时经历的时间。d）tfVDS10%90%ID90%10%时经历的时间。f）trrQrrQgQQgQgsQgd

90%trtrtrttttCharge图3 电荷量与Vgs的示意图 图4 Vds与Vgs的示意图热阻特性一般规格书中涉及的热阻特性有两种，如下：RθJAMOSTJ-TA与功率之比；RθJCMOSTJ-Tc与功率之比。TjTc1TjTc1θθjaθjtθjcθ图5 MOS热阻测试原理图散热性能要求应符合表4规定。表4 散热性能要求参数符号限值单位注释结-壳热阻RӨJC≤4.8℃/W5.1.3.1结-环境热阻RӨJA≤48℃/W5.1.3.2注释：表中热阻限值适用于封装尺寸不大于5mm×6mm。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。结-环境热阻(RӨJA)RӨJA结-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。外观要求VIEW"A"1REFAFE3E2bL1VIEW"A"1REFAFE3E2bL1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 外观质量要求缺陷种类指标塑封体：缺损、封装体裂纹不允许引脚：毛刺、压伤、变形、沾污、断裂、连筋不明显引脚断裂及连筋是不允许镀层：覆盖不全、变色、镀层剥落不允许不全、双重打印不明显打印错误，印字不全、双重打印不允许尺寸规格及偏差PDFN56-8L6规定，相关内容不少于以下信息。dceD2xD21REFTopViewD1dceD2xD21REFTopViewD1BottomViewA1SideView代号（Symbol）参数描述（CommonDimensions）公制（Millimeters） 英制（Inches）E1EE4KL最小（Min）正常（Nom）最大（Max）最小（Min）正常（Nom）最大（Max）A0.9001.0001.1500.0350.0390.045A10.0000.0500.0000.002b0.2460.2540.3500.0100.0100.014C0.3100.4100.5100.0120.0160.020d1.27BSC0.050BSCD4.9505.0505.1500.1950.1990.203D14.0004.1004.2000.1570.1610.165D20.125REF0.005REF续表6 尺寸容许偏差表代号（Symbol）参数描述（CommonDimensions）公制（Millimeters）英制（Inches）e0.62BSC0.024BSCE5.5005.6005.7000.2170.2200.224E16.0506.1506.2500.2380.2420.246E23.4253.5253.6250.1350.1390.143E30.250REF0.010REFE40.275REF0.011REFF--0.100--0.004L0.5000.6000.7000.020.020.03L10.6000.7000.8000.020.030.03K1.225REF0.05REF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)。检测方法检测环境7表7 数条件温度℃相对湿度%大气压力kPa工作-40～850～10050～106存储-40～1500～10050～106/试样处理试样处理应满足以下要求：AEC-Q101-Rev–E377颗；不同项目具体参考表8；按照ANSI/ESDS20.20-2021无特殊要求样品应贴装于FR42oZ实验框图实验应满足图6至图9要求。DNMOSGDNMOSGSSPMOSGD图6 晶体管特性测试仪示波器DGSa）NMOS直流可调电源直流可调电源直流可调电源电流探头示波器SPMOS电压探头GD电子负载

b）PMOS图7 导通内阻测试布局图载 表

载 表DDGSSPMOS点温计GDa）NMOS b）PMOS图8 VSD测试

V(BR)effVDSLHSWVDSLHSWIDVGSDUTRGVGSIDVDSIDa）测试电路图 b）波形图图9 UIS测试电路和波形图验证流程应符合图10的规定。图10 验证流程通用测试8表8 通用测试参数序号项目测试方法要求备注1击穿电压V(BR)DSSG、S，在DGS250uA极间电压即为VBRDSS参考规格书范围图6使用晶体管特性仪测试2漏极漏电流IDSSG、S，在DGSVDS时两极间电流即为IDSS参考规格书范围图6使用晶体管特性仪测试3VGS(th)开启电压G、D，在DGS250uAVGS(th)参考规格书范围图6使用晶体管特性仪测试4栅极漏电流IGSS短接D、S，在G和DS之间加栅极最大额定电压（正压和负压），此时两极漏电流即为IGSS参考规格书范围图6使用晶体管特性仪测试5栅极耐压BVGSSD、S，在GDS100nABVGSS参考规格书范围图6使用晶体管特性仪测试6ID最大电流TC=25℃，VGS=10V参考规格书范围RDS(ON)实测值。�=��−��� R𝜃��= �� � � K𝐷(𝑂)MOSFET流小于理论计算值。7RDS(on)VGS=10V,ID=25A，测试DS压降算出内阻参考规格书范围图7内阻测试，按测试条件。8VSD（VGS=0V）测试SD通过额定IS电流的电压参考规格书范围8RDS(ON)保持一致，直接读数SD之间压降。9EAS雪崩测试，按规格书测试要求参考规格书范围9MOSLIoMOSHSWLMOSD、SEA=.IoL2续表8 通用测试参数序号项目测试方法要求备注10Qg测试Qg,参考规格书参考规格书范围给栅极输入恒定电流，直到栅源电压达到一个指定值，可通过示波器读取。11输入电容Ciss参考规格书注：因每款MOS的参数都不一致，所以验证时需要按照规格参数为标准给定漏源电压和测试频率，通过结电容电桥读取。12输出电容Coss参考规格书13反向传输电容Crss参考规格书14栅极电阻Rg参考规格书15IDM脉冲电流测试参考规格书参考规格书范围VGS=10V，在DS间加一定时间的IDM正常。可靠性试验参考AEC-Q101-Rev–E标准，应按照表9的实验方法进行试验。T/SZAA001—2024T/SZAA001—2024PAGEPAGE17表9 可靠性项目、试验方法及要求试验组A–加速环境试验试验项目缩写代号数据类型备注样本大小批数接受标准测试方法要求说明预处理PCA11G,S适用于A2、A3、A4、A5和C8测试前的SMD部件零缺陷JEDEC/IPCJSTD-020JESD22-A-113仅在测试A2A3A4A5和C8之前对表面贴装器件进行测试。PC前后均需要测试，任何零件的更换都需要有报告。有偏高加速应力HASTA21D,G,U,V,3773附注B零缺陷JEDECJESD22-A-110TA=130°C/85%RH下96小时，或TA=110°C/85%RH下264小时，反向偏压在80%额定电压下，（达到腔内发生电弧的电压，典型为42V)。HAST前后需测试。高温高湿反偏H3TRBA2alt1D,G,U,V,3773附注B零缺陷JEDECJESD22-A-101T=5°C8%下108额定电压下（最大值为100V或腔室限定）。H3TRB前后需测试。无偏高加速应力UHASTA31D,G,U773附注B零缺陷JEDECJESD22-A-118,orA101TA=130°C/85%RH下96小时，或TA=110°C/85%RH下264小时。UHAST前后需测试。高温蒸煮ACA3alt1D,G,U773附注B零缺陷JEDECJESD22-A-10296小时，TA=121°C，RH=100%，15psig。AC前后需测试。温度循环TCA41D,G,U,3773附注B零缺陷JEDECJESD22-A-104AEC-Q101附录61000次循环(TA=最低结温-55°C至最高额定结温，不超过150°C)。使用TA(max)=25°C，超过部分最大结温或在最大结温高于150°C时使用TA(max)=175°C，可以将试验缩短至400个周期。TC前后需测试。如果产品RDS(on)≤2.5mΩ。试验后允许≤0.5mΩ的变化量；△TJ≥100℃△TJ≥125℃△TJ≥100℃△TJ≥125℃15000cycles7500cycles试验项目缩写代号数据类型备注样本大小批数接受标准测试方法要求说明间歇工作寿命IOLA51D,G,P,T,U,W,3773附注B零缺陷MIL-STD-750Method1037参照表A不超过最大额定结温IOL表A：如果产品RDS(on)≤2.5mΩ。IOL试验后允许≤0.5mΩ的变化。功率负载温度循环PTCA5alt1D,G,T,U,W773附注B零缺陷JEDECJESD22-A-105如果IOL加电后△TJ无法达到100℃，则采用PTC试验参照表A中的时间要求，按指定时间周期进行试验，部件供电和腔内温度循环确保△TJ≥100℃（不超过最大额定结温）。PTC前后需测试。如果产品RDS(on)≤2.5mΩ。PTC试验后允许≤0.5mΩ的变化。注：“alt”表示选择执行同一个测试的一个或多个。试验组B–加速寿命压力试验试验项目缩写代号数据类型备注样本大小批数接受标准测试方法要求说明高温反偏HTRBB11D,G,K,P,U,3773附注B零缺陷MIL-STD-750-1在额定最大直流反向DC电压下工作1000H，同时调节结温以避免热失控（Ta要根据漏电损耗做调整）。HTRB前后需测试。试验组B–加速寿命压力试验（续）试验项目缩写代号数据类型备注样本大小批数接受标准测试方法要求说明高温栅极偏置HTGBB21D,G,M,P,U,3773附注B零缺陷JEDECJESD22-A-108在指定TJ下1000小时，栅极偏置在元件开关时最大额定电压的100%，将TJ提高25℃可以缩短时间至500H，HTGB前后需测试。试验组C–包装组件完整性试验试验项目缩写代号数据类型备注样本大小批数接受标准测试方法要求说明破坏性物理分析DPAC11D,G21附注B零缺陷AEC-Q101-004第4节在已完成的H3TRB或者HAST，和TC后样品中随机抽样部件。物理尺寸PDC22G,N301零缺陷JEDECJESD22-B-100验证实际物理尺寸是否符合用户的零件包装公差尺寸和公差规范。引线键合拉力WBPC33D,G,E最少5个部件10根线零缺陷MIL-STD-750-2Method2037AEC-Q006适用于铜线条件C或D，对于Au线直径>1mil的，满足最小拉力TC=3克，对于Au线直径<1mil的，参照：MIL-STD-750-2中方法2037，且应拉力点在球键上方而不是在线中间。引线键合剪切力WBSC43D,G,E零缺陷AEC-Q101-003JESD22B116有关验收标准和如何进行测试的详细信息，对于铜线，参照JESD22-B116。芯片剪切力DSC53D,G51零缺陷MIL-STD-750-2Method2017根据AEC-Q101-表3中试项目评估工艺变更稳定性。试验组C–包装组件完整性试验（续）试验项目缩写代号数据类型备注样本大小批数接受标准测试方法要求说明端子强度TSC62D,G,L301零缺陷MIL-STD-750-2Method2036仅评估通孔引线部件的引线完整性。耐溶解性RTSC72D,G301零缺陷JEDECJESD22-B-107验证标记的持久性（激光达标或无标的部件不适用）。耐焊接热RSHC82D,G301零缺陷JEDECJESD22-A-111(SMD)orB-106在测试期间，SMD部件应完全浸没在焊锡中，按MSL等级进行预处理。RSH前后需测试。热阻TRC93D,G101零缺陷JEDECJESD24-3,24-4,24-6视情况而定需要进行工艺变更前后的比较，以评估工艺变更的稳健性。测量TR以确保符合规范，并提供工艺变更比较数据。可焊性SDC102D,G101附注B零缺陷JEDECJ-STD-002放大倍率50X，参考焊料条件见AEC-Q101-表2B，对于通孔部件应用测试方法A，对SMD部件应用测试方法B或者D。试验组E–电气验证试验试验项目缩写代号数据类型备注样本大小批数接受标准测