T-CESA《基于应力试验的车用分立器件鉴定规范》编制说明

中国电子工业标准化技术协会

团体标准《基于应力试验的车用分立器件鉴定规范》（征求

意见稿）编制说明

一、工作简况

1、任务来源

本项目是2022年中国电子工业标准化技术协会的标准化工作安排并下达

的《关于公布2022年第五批团体标准制修订项目的通知》中电标通（2022）015

号中的计划项目，项目号：CESA-2022-035，标准项目名称为《基于应力试验的

车用分立器件鉴定规范》，主要起草单位为芯派科技股份有限公司，中国电子科

技集团公司第十三研究所，工业和信息化部电子第五研究所等。项目起止时间：

2022年~2024年。

2、主要工作过程

2.12022年4月成立编制组，编制组成员包括产品设计开发人员、产品验

证人员、产品使用部门以及具有标准编制经验的标准化工作人员及标准化专家。

2.22022年4月~2022年5月，编制组对国内外车企零部件的认证标准及规

范进行查找和检索，目前遵守的是美国汽车电子协会的AEC-Q101标准，而国内

无对应的车规级分立器件鉴定规范，新能源汽车行业的蓬勃发展带来车用半导

体的需求日益增加，而车用半导体元器件与工业级和消费级元器件相比，在环

境可靠性的温湿度要求方面、产品设计寿命方面、质量的失效率控制方面和售

后服务的备件供货期方面都有较高要求,需要制定相应的评价标准。

2.32022年5月~2024年4月编制组基于AEC-Q101编写草案,同时组织设计开

发人员和产品验证人员会议评审，并根据讨论结果进行了初期草案的修订。

3、标准编制的主要成员单位及其所做的工作

本标准主要承办单位为芯派科技股份有限公司，副主办单位为中国电子科

技集团公司第十三研究所、工业和信息化部电子第五研究所。在标准编制中，芯

派科技股份有限公司主要负责标准的编制、试验及验证工作，中国电子技术标准

化研究院和中国电子科技集团公司第十三研究所参与了调研、讨论和审核工作。

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二、标准编制原则和确定主要内容的论据及解决的主要问题

1、编制原则

本标准的编制原则是：

a)通用性

本标准细化了认证流程，规范了车用分立器件的认证；对部分术语做解释

说明；试验项目及试验要求清晰，便于供应商和用户使用及参考。

b)符合性

符合国家有关法律法规和已有标准规范的相关要求。

2、确定主要内容的论据

标准制定的依据为：

a）标准格式按照GB/T1.1-2020标准要求编写。

b）本标准制定参考以下标准：

GB/T4937半导体器件机械和气候试验方法

GJB128半导体分立器件试验方法

GJB548微电子器件试验方法和程序

GB/T7826系统可靠性分析技术失效模式和影响分析（FMEA）c）术语

定义

3、解决的主要问题

随着新能源车的推广,车用器件的需求日益增加,器件的认证需求也在不断

增加，目前半导体分立器件是按AEC-Q101的要求认证，由于大家对标准理解的

不充分及差异化导致认证试验项目识别不清、周期长等情况，所以本标准的编制

主要意义如下：

1）建立车厂、零部件厂商和器件厂商的共识平台；

2）打破国外的技术壁垒和限制；

3）为国内车厂使用自主可控器件建立基础；

4）促进车领域类的理论研究。

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三、主要试验（或验证）情况分析

本标准为转化国际标准AEC-Q101《FailureMechanismBasedStressTest

QualificationforDiscreteSemiconductorsinAutomotiveApplications》，

主要试验已有验证并且在实际认证中是可行的。

四、知识产权情况说明

无

五、产业化情况、推广应用论证和预期达到的经济效果

1、产业化情况

近年来，在国家相关政策的推动下，我国新能源汽车已进入加速发展新阶段，

对全球汽车产业电动化转型的引领作用进一步增强。新能源汽车行业的蓬勃发展

带来车用半导体的需求日益增加，而国产半导体呈现出企业规模小、产业较为分

散的局面，装车尚处起步阶段。目前，中国汽车行业在半导体和核心元器件方面

90%以上依赖进口。新能源汽车企业供应链安全面临严重的“卡脖子”境况。

车用半导体元器件与工业级和消费级元器件相比，在环境可靠性的温湿度要

求方面、产品设计寿命方面、质量的失效率控制方面和售后服务的备件供货期方

面都有较高要求，车用半导体要求两大核心要素：产品设计“高安全性和高可靠

性”、批量生产“高稳定性（一致性）”。所以车用芯片需要经过严苛的认证流

程。因此亟需结合国内的标准体系规范来建设“中国车用半导体标准体系”建

立中国自己的车用分立器件的标准来引导企业依据相应标准快速打入汽车市场

供应链，加快国产器件进口替代的进程，从而解决车用器件“卡脖子”情况。

针对车用半导体器件的技术发展和产业化应用状况，依据应用需求的领域及

未来技术发展的方向，在测试技术和可靠性技术研究基础上制定车用半导体标准

体系，构建完整的车用半导体器件标准体系框架，制定车用半导体通用标准和专

用标准；将助力打通整个车用半导体的产业链，构建车用半导体产业生态圈；助

推国产半导体产业化验证和规模商用。

2、标准推广应用

标准可以通过行业论坛、行业协会会议的形式推广。

3、标准应用的预期效果（社会效益、政策（民生）效益、经济效益等）]

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标准针对车上用的分立器件基于应力试验的方法对器件进行鉴定，建立一个

适合中国国情和标准体系的规范，指导车用分立器件的相关方的使用，推进车用

分立器件国产化进程。并且可以有效提高器件的鲁棒性和可靠性，对于提升国产

器件有重要的价值。

六、转化国际标准和国外先进标准情况

本标准为转化国际标准，并在原标准基础上进行细化及试验项目补充，具体

如下：

1.更改非钳位感性开关测试（UIS）：

UIS测试主要用来评估功率场效应晶体管（MOSFET）和绝缘栅双极型晶体管

（IGBT）在感性负载下消耗存储能量的能力。器件关断期间，MOSFET中的寄生

二极管会起到承受电感中储存的能量的作用。UIS测试也可以用来确定封装内钳

位二极管IGBT的牢固性。测试结果可以用来对比供货方实施工艺更改前后器件的

牢固性，该测试是破坏性测试。

1）测试电路及测试波形

注：DUT为受试器件，HSW为高速开关

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2）测试方法

需要下列设备来进行测试：

a.有测量漏极电压和电流功能的示波器或其他测量装置；

b.在测试电流范围内，不会发生磁饱和的电感器；

c.能提供所需电压和电流的电源；

d.栅极驱动装置（脉冲）

需要定义的变量：

a.漏极电流ID；

b.栅极电压VGS；

c.额定击穿电压V(BR)DSS;

d.电源电压VDD；

e.雪崩能量EAS；

f.电感L；

g.雪崩电流IAV；

h.环境温度Ta

测试流程

a.设定电源电压VDD、栅极电压VGS、电感L、雪崩电流IAV；（对于P

型结构的MOS器件，VDD和VGS设定值的极性与NMOS相反；对于IGBT

单管器件，漏极对应集电极，源极对应发发射极）

b.电源和栅极电压输出至设定值，DUT导通，电路中漏极电流ID上升至

雪崩电流IAV；

c.到达设定的雪崩电流IAV时，栅极电压输出低电平DUT关断同时高速

开关HSW断开；

d.MOSFET寄生二极管发生雪崩，消耗电感L的存储能量；

e.逐步增大雪崩电流IAV直至器件失效（电感器的能量耗尽之前阻断电

压发生跌落或者电感器能量耗尽之后电流仍然存在，则表示失效）。

3）测试结果

EAS=0.5*L*Ias²

Tav=L*Ias/V(BR)DS

4）测试验证结果

使用6A/900V样品进行验证，测试波形如下：

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VDD=100V，VGS=10V，L=10mH，Iav=10A，VDD=100V，VGS=10V，L=10mH，Iav=12.5A，

UIS-PassUIS-Fail

通过验证可以看出，该方法可以有效的对器件的UIS能力进行评估。

5)与现有标准的对比

测试方法AEC-Q101-004本标准

栅极开通后，电源VDD开始给电感L充电，栅极开通后，电源VDD开始给电感L

当回路中的电流达到指定电流Io后，栅充电，当回路中的电流达到指定电流

测试原理极关断，DUT承受电感中储存的能量和电Io后，栅极和高速开关HSW同时关断，

源能量（VDD还在雪崩持续时间Tav内持电源切断同时续流二极管开始工作，

续做工）DUT承受电感中储存的能量

测试电路

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测试波形对比

EAS=0.5*L*Ias²*V(BR)DS/(V(BR)DS

能量计算公式EAS=0.5*L*Ias²

–VDD)

雪崩持续时间Tav=L*Ias/(V(BR)DS–VDD)Tav=L*Ias/V(BR)DS

需要高速开关HSW，栅极电压和

不需要高速开关HSW，电路容易实现；

HSW联动控制，电路实现较为困难；

优势和不足由于VDD一直与DUT串联，不能测试

VDD不参与雪崩发生的过程，可以测

V(BR)DS<VDD的器件

试任意V(BR)DS的器件

对比结论测试低压器件有较大的局限性理论上可以测试任意耐压值的器件

2.增加ESD（LIC-CDM）模式：

带电器件模型（Charged-DeviceModel-CDM）是第三种重要的元器件静电

放电耐受阈值的测试方法，该方法模拟元器件本身带电后对地放电。随着芯片制

造、封测、装联的自动化程度提高，人体接触器件的机会相对减少，带电器件

ESD放电事件越来越成为微电子器件失效的主要原因之一。

随着器件几何尺寸越来越小，引脚间距缩小，测试电平相应降低；JS-002

的器件电场充电模型（FIC-CDM），这种空气放电方法的可重复性会越来越低，

更容易导致测试不确定性。低阻抗带电模型（LIC-CDM）运用接触方法消除了这

个问题。甚至适用于更小的器件尺寸和引脚间距，随着行业不断发展，LIC-CDM

将是一个非常适应性的测试方法。

1）测试电路

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2）测试方法

a.合理放置被测器件，使被测器件的引脚（端子）指向上方，器件与充电板

保持平行。

b.遵循推荐的测试流程图。

c.选择一个引脚与探针连接。

d.选择测试所需的充电极性和电压，通过静电测试装置给被测器件充电。

e.充电结束后引脚放电。

f.测试样本组中的下一个器件（引线），直至样品组中的所有器件（引脚）

都在指定的电压水平下测试。

g.重复步骤(c)到(f)，直到器件失效或达到最大耐压电平为止。

3）失效判定

在初始参数测试时，应对每个器件进行数据记录，列出用于比较的初始参数测

量值。此数据记录将与最终参数测试做比较后，得到静电测试前后的参数变化值。

若超过允许变化值的器件将被定义为失效。

器件类型参数允许的最大变化值

双极型晶体管ICES、ICBO、IEBO10倍的初测值

场效应晶体管IDSS、IGSS10倍的初测值

绝缘栅双极型晶体管ICES、IGES10倍的初测值

二极管IR10倍的初测值

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关键参数和允许的变化值

4)与现行标准的对比

FIC-CDM电场感应带电模型LIC-CDM低阻抗接触充放电模型

试

测试针到地电阻为1Ω连接到示波器

验

电

高压源

测试针（接地）接地板

路充电电阻

待测器件绝缘介质层

场板

高压源给场板充电，器件感应带电，开开关接到电源，给传输线T1充电；

关接到地，场板无电场，接地探针瞬间开关接到T2传输线，通过50欧姆

接触器件放电继电器和T2传输线放电至待测器

件DUT上，带电器件通过探针放

电。整个装置形成低阻抗