規(guī)范編碼：TS-S535402101

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范

執(zhí)筆人：物料品質(zhì)部

ENPC研發(fā)部版本：V3.0密級(jí)：內(nèi)部使用

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范

(V3.0)

艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司

E修訂信息表

修訂人修訂時(shí)間修訂內(nèi)容

V2.0劉海濤、劉善中、王2002-11-301、產(chǎn)品保修期等級(jí)及【、II工作區(qū)定義；

樹(shù)明、姚天寶、凌太2、器件應(yīng)力考核點(diǎn)定義及考核系數(shù)調(diào)整；

華、朱勇、楊?lèi)?ài)泉、3、增加“器件考核點(diǎn)的測(cè)試或計(jì)算”說(shuō)明；

朱吉新、胡全年、胡4、器件應(yīng)力降額查檢表修改和調(diào)整；

楠、黎曉東、艾項(xiàng)德、5、增加器件關(guān)鍵用法查檢；

王文建、陳憲濤、陳6、增加查檢器件種類(lèi)；

亞秋、羅眉、易序馥

V2.1劉海濤、劉善中、王2003-10-301、新增“產(chǎn)品額定工作點(diǎn)”定義；

樹(shù)明、姚天寶、朱勇、2、對(duì)7類(lèi)器件在產(chǎn)品額定工作點(diǎn)下的關(guān)鍵應(yīng)

楊?lèi)?ài)泉、朱吉新、胡力降額系數(shù)進(jìn)行了規(guī)定，這些器件包括：

全年、胡楠、王文建、MOSFET、IGBT、晶閘管、整流橋、功率二極

陳憲濤、陳亞秋、羅管、三極管、鋁電解電容器；

眉、易序馥3、除上述器件外，也對(duì)部分其它器件，如IC

器件、鋁電解、保險(xiǎn)管等*JI、11區(qū)降額系數(shù)根

據(jù)實(shí)際使用情況作了適當(dāng)?shù)男抻啠?/p>

4、在保險(xiǎn)管規(guī)范中，新增了“半導(dǎo)體保護(hù)用熔

斷器”降額規(guī)定；

5、對(duì)應(yīng)降額規(guī)范的修訂，上述器件的“器件工

作應(yīng)力與降額查檢表”作了相應(yīng)的調(diào)整。

V2.2劉海濤、劉善中、王2004-01-101、將原V2.1版本規(guī)范拆分為三個(gè)層次的內(nèi)容，

樹(shù)明、姚天寶、羅眉、即：規(guī)范、操作指導(dǎo)可、應(yīng)力查檢表；

凌太華、朱勇、楊?lèi)?ài)這樣便于操作指導(dǎo)書(shū)、應(yīng)力查檢表的不斷優(yōu)

泉、朱吉新、胡全年、化和完善，而規(guī)范部分的內(nèi)容保持相對(duì)穩(wěn)

易序馥、胡楠、艾相定；

德、陳景衛(wèi)、王文建、2、總規(guī)范中，各類(lèi)器件分規(guī)范中關(guān)于LII區(qū)

陳憲濤、陳亞秋定義取消，統(tǒng)一在總規(guī)范中進(jìn)行定義；各類(lèi)

器件分規(guī)范中增加器件簡(jiǎn)述，對(duì)器件功能和

主要失效模式進(jìn)行簡(jiǎn)要說(shuō)明；

3、各類(lèi)器件分規(guī)范中的器件應(yīng)力測(cè)試、計(jì)算方

法納入操作指導(dǎo)書(shū)中進(jìn)行說(shuō)明。

4、增加“器件應(yīng)力降額系數(shù)速查表”，方便開(kāi)

發(fā)人員快速查閱；

V2.3劉海濤2004-7-15糾正器件降額系數(shù)速查表中的筆誤。

V2.3王樹(shù)明2005-3-29補(bǔ)充發(fā)光二極管規(guī)范中電流溫度降額內(nèi)容。

V2.4曾廣平、劉善中、羅2007-9-17修訂光耦、脈寬調(diào)制器、電源管理器件、運(yùn)放（比

眉、王文建、朱吉新較器）、鈕電解電容的結(jié)溫降額考核點(diǎn)和降額因

子。

V3.0曾廣平、劉善中、羅2008-7-151、在V2.4版本降額規(guī)范基礎(chǔ)上，根據(jù)新的降額

眉、黎曉東、陳亞秋、框架思路，升級(jí)擬制本規(guī)范，同時(shí)名稱(chēng)更改為《器

朱勇、朱吉新等物料件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范V3.0》；

品質(zhì)部器件工程師；2、基于產(chǎn)品市場(chǎng)應(yīng)用條件，對(duì)降額工作區(qū)域進(jìn)

測(cè)試部及各產(chǎn)品線專(zhuān)行重新定義和劃分；

家（評(píng)審）。3、不再區(qū)分A級(jí)和B級(jí)產(chǎn)品，采用統(tǒng)一的降額

要求；

4、調(diào)整和優(yōu)化各分規(guī)范的降額考核點(diǎn)和降額系

數(shù)；

5、各分規(guī)范中增加關(guān)鍵用法的查檢要求；

涉件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范(V3.0)

目錄

第一部分總則....................................................................6

1前言......................................................................6

2目的......................................................................6

3適用范圍..................................................................6

4關(guān)鍵詞....................................................................7

5引用/參考標(biāo)準(zhǔn)或資料.......................................................7

6產(chǎn)品典型工作區(qū)、短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)、極限瞬態(tài)工作區(qū)定義......................8

7偏離降額的說(shuō)明............................................................11

第二部分應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范內(nèi)容............................................12

第一章半導(dǎo)體分立器件......................................................12

1.1功率MOSFET降額及關(guān)鍵用法規(guī)范...................................12

1.2IGBT降額及關(guān)鍵用法規(guī)范...........................................16

1.3晶閘管降額及關(guān)鍵用法規(guī)范..........................................22

1.4整流橋降額及關(guān)鍵用法規(guī)范..........................................26

1.5功率二極管降額及關(guān)鍵用法規(guī)范......................................28

1.6信號(hào)二極管降額及關(guān)鍵用法規(guī)范......................................32

1.7穩(wěn)壓二極管降額及關(guān)鍵用法規(guī)范......................................35

1.8TVS器件降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.......................................38

1.9發(fā)光二極管、數(shù)碼管降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.............................41

1.10三極管降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.........................................44

1.11霍爾傳感器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.....................................48

第二章IC類(lèi)器件............................................................50

2.1數(shù)字集成電路降額與關(guān)鍵用法規(guī)范....................................50

2.2運(yùn)放、比較器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范....................................54

2.3光耦、SSR降額及關(guān)鍵用法規(guī)范......................................58

2.4電源管理器件降額及關(guān)鍵用法規(guī)范....................................65

第三章阻容類(lèi)器件..........................................................70

3.1鋁電解電容器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范....................................71

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范(V3.0)

3.2固體鋰電解電容器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范................................78

3.3薄膜電容器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范......................................81

3.4陶瓷電容器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范......................................88

3.5固定金膜、厚膜、畫(huà)絡(luò)、線繞電阻器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范...............93

3.6電位器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范..........................................98

3.7NTC熱敏電阻降額與關(guān)鍵用法規(guī)范..................................102

3.8PTC熱敏電阻降額與關(guān)鍵用法規(guī)范...................................106

3.9壓敏電阻降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.......................................109

笫四章低壓電器類(lèi)器件.....................................................112

4.1接觸器降額與關(guān)鍵用法規(guī)范..........................................112

4.2低壓斷路器降額與關(guān)鍵用法規(guī)范.....................................117

4.3刀開(kāi)關(guān)降額與關(guān)鍵用法規(guī)范..........................................123

4.4電源小開(kāi)關(guān)降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.....................................126

4.5信號(hào)小開(kāi)關(guān)降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.....................................128

4.6熔斷器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.........................................130

4.7電連接器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.......................................134

4.8風(fēng)扇降額及關(guān)鍵用法規(guī)范...........................................137

4.9溫度繼電器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.....................................140

4.10電磁繼電器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范....................................141

第五章電磁元件............................................................146

5.1電磁元件降額規(guī)范..................................................146

第六章其它................................................................149

6.1電源模塊降額及關(guān)鍵用法規(guī)范........................................149

6.2液晶顯示模塊降額及關(guān)鍵用法規(guī)范...................................152

6.3晶體諧振器降額與關(guān)鍵用法規(guī)范.....................................155

6.4晶體振蕩器降額與關(guān)鍵用法規(guī)范.....................................158

6.5蜂鳴器降額及關(guān)鍵用法規(guī)范.........................................161

第三部分附錄1：器件降額系數(shù)速查總表........................................164

第四部分附錄2：關(guān)鍵用法速查總表............................................176

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范(V3.0)

第一部分總則

1前言

《器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范》是本公司產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)所必須依據(jù)的重要的基礎(chǔ)規(guī)

范之一。通過(guò)對(duì)應(yīng)用于產(chǎn)品中的器件應(yīng)力(電應(yīng)力、熱應(yīng)力)的降額系數(shù)的規(guī)定，以及設(shè)計(jì)

上關(guān)鍵用法的查檢，達(dá)到降低器件失效率、提高器件使用壽命、增強(qiáng)對(duì)供方來(lái)料質(zhì)量的適應(yīng)

性、以及對(duì)產(chǎn)品設(shè)計(jì)容差的適應(yīng)性的目的，從而提高產(chǎn)品可靠性水平。適當(dāng)?shù)钠骷?yīng)力降額

不僅可以提高產(chǎn)品的可靠性，同時(shí)還有助于使產(chǎn)品壽命周期費(fèi)用最低。

本規(guī)范由艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司中試物料品質(zhì)部擬制，研發(fā)管理辦發(fā)布實(shí)施，適用于

本公司產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)及相關(guān)活動(dòng)。

本規(guī)范是在《器件應(yīng)力降額總規(guī)范》V2.4基礎(chǔ)上，根據(jù)新的降額框架思路擬制，并更

名為《器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范》。在推薦使用本規(guī)范的同時(shí)，原降額框架下的《器件

應(yīng)力降額總規(guī)范》及其可能的升級(jí)版本仍可使用。

2目的

規(guī)范器件應(yīng)力降額標(biāo)準(zhǔn)和關(guān)鍵設(shè)計(jì)用法，保證產(chǎn)品應(yīng)用可靠性。

3適用范圍

本規(guī)范適用于艾默生網(wǎng)絡(luò)能源有限公司所有新產(chǎn)品的設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)，以及在產(chǎn)產(chǎn)品的優(yōu)化。

除非產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中對(duì)器件可靠性、壽命等有特殊指定的要求，否則器件降額均依據(jù)此規(guī)范進(jìn)

行。對(duì)于某些暫時(shí)不具備使用本規(guī)范的條件的產(chǎn)品，可以仍然沿用原來(lái)的《器件應(yīng)力降額總

規(guī)范》。

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范(V3.0)

4關(guān)鍵詞

應(yīng)力降額,冗余設(shè)計(jì)，可靠性：關(guān)鍵用法；Derating,DesignMargin,Reliablity?keyusage；

5引用/參考標(biāo)準(zhǔn)或資料

《GJB/Z35-93元器件降額準(zhǔn)則》；

《軍用電子元器件應(yīng)用可靠性》；

《元器件生產(chǎn)廠家技術(shù)資料和手冊(cè)》；

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器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范（V3.0）

6產(chǎn)品典型工作區(qū)、短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)、極限瞬態(tài)工作區(qū)定義

示意圖如下：

不意圖:

■A.典型工作區(qū)一一降額要求最嚴(yán)格

□B.短時(shí)穩(wěn)杰工作區(qū)一一降額要求次之提示

犀

摩

■C.極限瞬態(tài)（暫態(tài)）工作區(qū)一一降額要求

要,

最寬松，往往是器件極限值的95%?100%

值

值

：

：

指

鑒

在

該

對(duì)

值

下

今

犀

質(zhì)S

長(zhǎng)S

修

期

工

參

雷

督

值

A.典型工作區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)“A區(qū)”）

是指我司產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中所規(guī)定范圍內(nèi)，且在市場(chǎng)上最可能遭遇到的典型工作條件。某

一工作條件由多個(gè)情況的組合而成，例如工作環(huán)境溫度、電網(wǎng)輸入電壓、輸出負(fù)載等。

如果某工作條件在市場(chǎng)上發(fā)生的概率在10%~100%之間，則應(yīng)作為產(chǎn)品的典型工作

區(qū)。

例如，就工作的時(shí)間而言，當(dāng)在該條件下的工作時(shí)間累計(jì)在10%?100%時(shí)（一年中

工作在該條件下的時(shí)間累計(jì)起來(lái)為36?365天之間），應(yīng)作為典型工作區(qū)。

建議在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)，依據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)或根據(jù)調(diào)研，來(lái)評(píng)估市場(chǎng)可能發(fā)生的工作條件，

并確定產(chǎn)品的典型工作條件，若產(chǎn)品開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)時(shí)不能確定產(chǎn)品在市場(chǎng)上可能遭遇到的典型工

作條件，則以標(biāo)稱(chēng)工作范圍的最大值代替。例如：若無(wú)法確定市場(chǎng)產(chǎn)品可能遭遇到的典型工

作電壓，則以產(chǎn)品產(chǎn)品規(guī)格書(shū)里面的最高工作電壓作為典型工作電壓。

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范（V3.0）

如果產(chǎn)品在典型工作條件下的降額裕量不夠，會(huì)直接導(dǎo)致市場(chǎng)產(chǎn)品的高失效率，因此在

該條件下的降額要求最嚴(yán)格。

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)“B區(qū)”）

是指我司產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中所規(guī)定范圍內(nèi)，且在市場(chǎng)上可能遭遇到的最?lèi)毫拥牟⒊掷m(xù)較長(zhǎng)時(shí)

間的工作條件。

如果某工作條件在市場(chǎng)上發(fā)生的概率在1%?10%,則應(yīng)作為產(chǎn)品的短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)。

例如，就工作時(shí)間而言，當(dāng)在該條件下的工作時(shí)間累計(jì)比例在1%?10%時(shí)（一年中工

作在該條件下的時(shí)間累計(jì)起來(lái)在3,6天?36天之間），則應(yīng)作為短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)。

建議在產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)依據(jù)已有的經(jīng)驗(yàn)或根據(jù)調(diào)研來(lái)評(píng)估市場(chǎng)可能發(fā)生的工作條件并確定

產(chǎn)品的短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作條件，若不能確定，則以加嚴(yán)原則進(jìn)行處理，以標(biāo)稱(chēng)工作范圍的極限值

作為產(chǎn)品的短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作條件。例如：最低工作電壓/最高環(huán)境溫度/輸出滿(mǎn)載的組合工作條

件。

相對(duì)于產(chǎn)品典型工作區(qū)，產(chǎn)品短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)發(fā)生的概率明顯較低，因此其降額要求相

對(duì)寬松一些，但由于其工作條件相對(duì)惡劣，同樣應(yīng)該嚴(yán)格滿(mǎn)足其降額，否則也會(huì)導(dǎo)致產(chǎn)品的

高失效率。

C.極限瞬態(tài)工作區(qū)（簡(jiǎn)稱(chēng)“C區(qū)”）

是指我司產(chǎn)品規(guī)格書(shū)中所規(guī)定范圍內(nèi)，且在市場(chǎng)上可能遭遇到的短暫的（持續(xù)時(shí)間非常

短）的工作條件。例如：開(kāi)機(jī)啟動(dòng)、輸入欠壓、0CP過(guò)流保護(hù)、0VP過(guò)壓保護(hù)、電源負(fù)載跳變

（如空載到滿(mǎn)載，空載到短路，半載到滿(mǎn)載等等）、輸入跳變、電源所允許的短時(shí)過(guò)載等。

如果某工作條件在市場(chǎng)上發(fā)生的概率低于1%,則應(yīng)作為產(chǎn)品的暫態(tài)（瞬態(tài)）極限工作

條件。

例如，就工作時(shí)間而言，當(dāng)在該條件下的工作時(shí)間累計(jì)比例低于1%（一年中工作在該

條件下的時(shí)間累計(jì)起來(lái)小于3.6天），則應(yīng)作為暫態(tài)（瞬態(tài)）極限工作條件。

相對(duì)于產(chǎn)品的短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)，產(chǎn)品的暫態(tài)（瞬態(tài)）極限工作區(qū)發(fā)生的概率更低，因此

其降額要求也更寬松（不得超過(guò)器件允許的極限值），但產(chǎn)品在暫態(tài)或瞬態(tài)的極限工作條件

下，器件所遭受的應(yīng)力可能要大很多，器件很容易遭受到過(guò)應(yīng)力而失效，因此在產(chǎn)品設(shè)計(jì)和

測(cè)試過(guò)程中，必須耐心地尋找這些可能發(fā)生的最壞應(yīng)力（可以依靠經(jīng)驗(yàn)的不斷積累）并滿(mǎn)足

相應(yīng)的降額要求。

各產(chǎn)品線應(yīng)該考慮本產(chǎn)品線以往的市場(chǎng)應(yīng)用經(jīng)驗(yàn)，或?qū)Ξa(chǎn)品的市場(chǎng)工作條件進(jìn)行詳細(xì)調(diào)

查后對(duì)本產(chǎn)品線通用的典型工作區(qū)、短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)、瞬態(tài)（暫態(tài)）工作區(qū)的進(jìn)行具體劃分,

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范(V3.0)

測(cè)試部根據(jù)產(chǎn)品線通用的典型工作區(qū)、短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)、瞬態(tài)(暫態(tài))工作區(qū)對(duì)器件應(yīng)力進(jìn)

行測(cè)試查檢。對(duì)于本產(chǎn)品線市場(chǎng)應(yīng)用條件特殊的新開(kāi)發(fā)產(chǎn)品，如果木產(chǎn)品線通用的產(chǎn)品工作

區(qū)域不合適，必須在產(chǎn)品規(guī)格書(shū)里定義本產(chǎn)品特殊的典型工作區(qū)、短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)、瞬態(tài)極

限工作區(qū)。測(cè)試部依據(jù)產(chǎn)品規(guī)格書(shū)定義的特殊的產(chǎn)品區(qū)域進(jìn)行相應(yīng)的器件白盒應(yīng)力測(cè)試。

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范(V3.0)

7偏離降額的說(shuō)明

只有在某些特殊的情況下，允許產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí)其器件偏離本降額規(guī)定使用，但前提是必須

保證產(chǎn)品的可靠性，并且必須按照嚴(yán)格的流程并出具相關(guān)的偏離降額分析報(bào)告。

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器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范（V3.0）

第二部分應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范內(nèi)容

第一章半導(dǎo)體分立器件

1.1功率MOSFET降額及關(guān)鍵用法規(guī)范

器件應(yīng)力考核點(diǎn)：漏源電壓Vds,柵源電壓Vgs,漏極電流Id,體二極管電流Is,結(jié)溫Tj

1.1.1器件簡(jiǎn)述

功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管簡(jiǎn)稱(chēng)功率MOSFET它是一種單極性的電壓控制器件，不但有自關(guān)斷

能力，而且有驅(qū)動(dòng)功率小、工作速度高、無(wú)二次擊穿問(wèn)題、安全工作區(qū)寬等有點(diǎn)。

1.1.2器件常見(jiàn)失效模式及降額點(diǎn)選取說(shuō)明

功率MOSFET在使用過(guò)程中超過(guò)安全工作區(qū)的過(guò)電應(yīng)力失效主要有：

柵極過(guò)電壓失效：因?yàn)闁艠O氧化層是由極薄的Si02層構(gòu)成，即使加上很低的電壓也會(huì)

產(chǎn)生很高的電場(chǎng)，如果超過(guò)其允許場(chǎng)強(qiáng)或者持續(xù)的高場(chǎng)強(qiáng)使得其內(nèi)部缺陷被激發(fā)，SiO2層

便會(huì)發(fā)生永久性擊穿失效。

漏極過(guò)電壓失效：當(dāng)漏源電壓超過(guò)PN結(jié)反向耐壓，或者持續(xù)的高電壓使得其潛在缺陷

被激發(fā)，便會(huì)發(fā)生漏極擊穿短路，當(dāng)短路的能量足夠大時(shí)便發(fā)生不可逆擊穿而失效。

過(guò)熱失效：當(dāng)散熱設(shè)“不足時(shí)，會(huì)使得芯片溫度過(guò)高（穩(wěn)態(tài)結(jié)溫和瞬態(tài)結(jié)溫），器件性

能迅速下降，便很容易引起熱奔，燒毀芯片失效。

過(guò)流失效：同樣，當(dāng)漏極電流過(guò)大（穩(wěn)態(tài)電流和瞬態(tài)電流），也會(huì)使得芯片溫度過(guò)高而

致失效。

綜合上述情況，因此選取漏源電壓Vds、柵源電壓Vgs、結(jié)溫Tj、體二極管電流Is、漏極

電流Id及雪崩能量作為功率MOSFET的降額考核點(diǎn)。

1.1.3器件應(yīng)力限制

1.1.3.1漏源電壓Vds（平臺(tái)電壓和尖峰電壓）

在最壞的情況下，漏源電壓Yds的平臺(tái)電壓和尖峰電壓必須滿(mǎn)足下表：

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范（V3.0）

應(yīng)力考核點(diǎn)產(chǎn)品工作區(qū)器件規(guī)格降額要求

額定值小于等于<80%額定擊穿電壓

500V的MOSFET

A.典型工作區(qū)

額定值大于500V<75%額定擊穿電壓

Vds平臺(tái)電的MOSFET

壓額定值小于等于<90%額定擊穿電壓

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工500V的MOSFET

作區(qū)額定值大于500V的<85%額定擊穿電壓

MOSFET

A.典型工作區(qū)<95%額定擊穿電壓

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工VI00%額定擊穿電壓

Vds尖峰電

作區(qū)

壓

C.極限瞬態(tài)工符合雪崩降額要求

作區(qū)

說(shuō)明：對(duì)于典型工作區(qū)和短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)，電壓尖峰底部的時(shí)間寬度必須小于lus和小

于工作周期的1/50,當(dāng)不滿(mǎn)足此條件時(shí)，那么對(duì)于尖峰中大于此時(shí)間寬度（以lus和工作周期

的1/50中較小者為準(zhǔn)）的部分必須按平臺(tái)降額的要求進(jìn)行考核。對(duì)于極限瞬態(tài)工作區(qū)電壓尖

峰寬度不作此要求，只要求電壓最大值（不論平臺(tái)和尖峰）不超過(guò)額定電壓即可。

對(duì)于瞬態(tài)工作區(qū)，對(duì)于當(dāng)電壓尖峰超過(guò)額定擊穿電壓時(shí)，可以參照《功率MOSFET降額

操作指導(dǎo)書(shū)》處理。

1.1.3.2柵源電壓Vgs

在最壞的情況下，柵源電壓Vgs（包含負(fù)柵源負(fù)偏壓）必須滿(mǎn)足下表:

應(yīng)力考核點(diǎn)產(chǎn)品工作區(qū)域降額要求

A.典型工作區(qū)V85%額定擊穿電壓

柵源電壓VgsB.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)<100%額定擊穿電壓

C.極限瞬態(tài)工作區(qū)

在保證Vgs降額的同時(shí)，還應(yīng)盡量避免柵極電壓波形出現(xiàn)振蕩，如果設(shè)計(jì)中無(wú)法避免時(shí),

必須仔細(xì)檢查這種振蕩是否會(huì)引起MOSFET誤導(dǎo)通和誤關(guān)斷（通過(guò)對(duì)比檢查Vds和Id波形）。

另外，要求采取相應(yīng)的措施，保證在各種情況下（加工過(guò)程中和在整機(jī)中）MOSFET柵

極不懸浮，防止靜電電位過(guò)高導(dǎo)致?lián)p壞。（例如，在GS間并聯(lián)一個(gè)10KQ以上的電阻可以有

效防止柵極電位因靜電等原因而懸浮。）

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范(V3.0)

1.1.3.3結(jié)溫Tj

在最壞的情況下，UOSFET最高結(jié)溫Tj必須滿(mǎn)足下表:

應(yīng)力考核點(diǎn)產(chǎn)品工作區(qū)域降額要求

A.典型工作區(qū)<75%最高允許結(jié)溫

最高穩(wěn)態(tài)結(jié)溫

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)<90%最高允許結(jié)溫

最高瞬態(tài)結(jié)溫C.極限瞬態(tài)工作區(qū)〈最高允許結(jié)溫一5c

最高穩(wěn)態(tài)結(jié)溫Tj是指器件在典型工作區(qū)和短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)中，長(zhǎng)期工作時(shí)的最高結(jié)溫,

最高瞬態(tài)結(jié)溫是指在穩(wěn)態(tài)結(jié)溫上疊加瞬態(tài)溫升，瞬態(tài)工作區(qū)中最高瞬態(tài)結(jié)溫Tj通常發(fā)生在開(kāi)

機(jī)、短路瞬時(shí)大電流尖峰等異常情況下。

1.1.3.4漏極電流Id

在最壞的情況下，漏極電流d必須滿(mǎn)足下表:

應(yīng)力考核點(diǎn)產(chǎn)品工作區(qū)域降額要求

漏極電流均方根A.典型工作區(qū)<70%相應(yīng)殼溫下的額定電流值

有效值B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)<80%相應(yīng)殼溫下的額定電流值

漏極瞬態(tài)電流最

C.極限瞬態(tài)工作區(qū)<70%相應(yīng)殼溫下的額定峰值電流值

大值

注：相應(yīng)克溫下的額定電流和峰值電流，是根據(jù)實(shí)際工作時(shí)的殼溫，通過(guò)計(jì)算和查表

的方法得出的值。具體計(jì)算方法，參考MOSFET降額操作指導(dǎo)。

1.1.4關(guān)鍵用法說(shuō)明

序關(guān)鍵用法名要求內(nèi)容查檢結(jié)果

號(hào)稱(chēng)列表

A柵極驅(qū)動(dòng)波盡量避免柵極驅(qū)動(dòng)波形出現(xiàn)尖峰及振蕩。當(dāng)無(wú)符合

不符合

形法避免時(shí)，必須保證尖峰及振蕩不會(huì)超出柵極

最大耐壓，不會(huì)引起MOSFET誤導(dǎo)通和誤關(guān)

斷。

B柵極懸浮在生產(chǎn)過(guò)程和應(yīng)用中防止柵極懸浮，造成靜電符合

不符合

損壞或誤開(kāi)通，柵源間需要采取措施(例如并

聯(lián)一至少I(mǎi)0KQ以上電阻，大小以不影響器件

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范（V3.0）

正常工作為宜）。

C并聯(lián)均流MOSFET多管并聯(lián)使用時(shí)，必須使用同一廠家的符合

不符合

同一型號(hào)，設(shè)計(jì)上應(yīng)注意電流和器件結(jié)溫的均不涉及

衡，MOSFET雖然有自動(dòng)均流特性，但考慮到參

數(shù)的離散性和散熱環(huán)境差異，也不能簡(jiǎn)單地進(jìn)

行電流疊加，還需在原來(lái)降額的基礎(chǔ)上再進(jìn)行

降額。注意此時(shí)實(shí)測(cè)電流應(yīng)力應(yīng)該填寫(xiě)為并聯(lián)

部分總電流。并聯(lián)使用時(shí)電流額定值應(yīng)先乘一

降額系數(shù)，降額系數(shù)分別為：90%（雙管并聯(lián)）

和80%（三管及多管并聯(lián)）。

符合

D體二極管電如果MCSFET工作時(shí)，出現(xiàn)反向的體二極管電

不符合

流流，則體二極管電流降額應(yīng)符合功率二極管的不涉及

電流降額規(guī)定。

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器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范（V3.0）

1.2IGBT降額及關(guān)鍵用法規(guī)范

器件應(yīng)力考核點(diǎn)：正向電壓VCE,反向電壓VEC,集電極平均電流IC,

集電極脈沖電流ICM,結(jié)溫TJ,柵極電壓VGE。

1.2.1器件簡(jiǎn)述

IGBT是IsolatedGateBipolarTransistor的縮寫(xiě)，中文名絕緣門(mén)極雙極晶體管。IGBT是

一以功率MOSFET和GTR復(fù)合而成的達(dá)林頓結(jié)構(gòu)，器件制造者們對(duì)它的普遍理解是“折衷

了MOSFET和GTR的優(yōu)點(diǎn)、但帶有與生俱來(lái)的不足”——繼承了MOSFET的輸入阻抗高、

熱穩(wěn)定性好、安全工作區(qū)大和GTR的通態(tài)電壓低、耐壓高等多項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)，但開(kāi)關(guān)速度不及

MOSFET（由于基區(qū)存儲(chǔ)電荷產(chǎn)生的自恢復(fù)存在拖尾電流問(wèn)題）。IGBT是頻率介于30KHz

以?xún)?nèi)的中大功率應(yīng)用的首選器件。

IGBT的分類(lèi)一般按其主晶體管的縱向參數(shù)設(shè)計(jì)思想進(jìn)行：有穿通型（PT）、非穿通型

（NPT）、軟穿通型（SPT）三類(lèi)。600V（含以下）超高頻IGBT主要以PT型技術(shù)為主，其

余則以NPT技術(shù)和SPT技術(shù)為主。另一種分類(lèi)方法是按柵極結(jié)構(gòu)來(lái)劃分：有平面柵結(jié)構(gòu)和

溝槽柵（Trench）結(jié)構(gòu)，目前我們公司選用的IGBT主要是平面柵IGBT。盡管分類(lèi)不同，

但各類(lèi)IGBT降額應(yīng)用的要求基本是一致的。

1.2.2器件常見(jiàn)失效模式及降額點(diǎn)選取說(shuō)明

確保IGBT有效工作的條件有二：確保主晶體管的安全工作區(qū)（即SOA、見(jiàn)下圖示）適當(dāng)

降額；棚極無(wú)過(guò)電壓。下面將對(duì)SOA的討論分解為對(duì)結(jié)溫（等效對(duì)應(yīng)SOA的功率線）、電壓（對(duì)

應(yīng)SOA的電壓線）和電流（對(duì)應(yīng)SOA的電流線）的討論。

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范（V3.0）

ni

學(xué)

n

bj

io

wo

ol

qo

Vet;-COLLECTOR-EMITTERVOLTAGE

Figure2.Safeoperatingarea

(D-0,Tc-25℃,T)<150C)

就應(yīng)用方面的應(yīng)力而言，引起IGBT失效的常見(jiàn)原因主要有芯片過(guò)溫、集電極過(guò)電壓、

集電極過(guò)電流、柵極過(guò)電壓以及由熱循環(huán)引起的焊接界面熱疲勞失效等，其中過(guò)電流（含

Ic、Io.）和熱疲勞原因本質(zhì)上仍屬于溫度應(yīng)力范疇。和其它任何功率半導(dǎo)體器件一樣，

IGBT工作的應(yīng)用可靠性極大程度上依賴(lài)于對(duì)結(jié)溫T』的控制，其失效率隨結(jié)溫的遞增幾乎

呈指數(shù)遞增的關(guān)系。因此、過(guò)溫失效是IGBT的最重要失效模式。器件制造商推薦的IGBT

結(jié)溫Tj上限值為125℃。

為了獲得盡可能低的通態(tài)壓降，IGBT選用的硅單晶電阻率及設(shè)計(jì)的芯片基區(qū)寬度都

是被控制在盡可能小的范圍，這決定了IGBT的集電極額定擊穿電壓并不像工頻器件那樣

可有較大的余量，因此當(dāng)IGBT承受的電壓超過(guò)其額定值時(shí)極有可能造成永久性損壞一

電壓擊穿失效。另外，當(dāng)IGBT關(guān)斷過(guò)高的脈沖集電極電流心時(shí)同樣可能產(chǎn)生較高的集電

極電壓VCE而產(chǎn)生電壓擊穿失效。多數(shù)器件制造商推薦的IGBT工作電壓k的上限值為80%

額定電壓。

IGBT的柵極和MOSFET一樣多屬于MOS（金屬-氧化物-半導(dǎo)體）結(jié)構(gòu)，當(dāng)柵極引入過(guò)

電壓時(shí)可導(dǎo)致柵氧層的缺陷產(chǎn)生或直接擊穿而使IGBT失效一一柵極過(guò)電壓失效。另外，

當(dāng)IGBT柵極引入高電壓時(shí)，集電極電流會(huì)跟隨變大，關(guān)斷這個(gè)電流而產(chǎn)生的集電極過(guò)電

壓（Vra）有可能使集電極產(chǎn)生擊穿一一柵極過(guò)電壓引起的集電極過(guò)電壓失效。

基于上述原因，我們選取正向電壓臨，反向電壓VK（見(jiàn)后述說(shuō)明），集電極平均電

流Ic,集電極脈沖電流1°,結(jié)溫r以及柵極電壓VCE作為IGBT的降額考核點(diǎn)。

1.2.3器件應(yīng)力限制

1.2.3.1正向電壓正和反向電壓反

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范（V3.0）

IGBT工作時(shí)主要承受正向電壓VCE,在不帶反并二極管應(yīng)用時(shí)應(yīng)考核反向電壓VEC

的降額。正向電壓VCE分為平臺(tái)電壓和尖峰電壓兩個(gè)部分考核，降額要求如下：

應(yīng)力考核點(diǎn)產(chǎn)品工作區(qū)降額要求

A.典型工作區(qū)<80%額定電壓

最高正向VCE平臺(tái)電壓B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)V85%額定電壓

C.極限瞬態(tài)工作區(qū)V95%額定電壓

A.典型工作區(qū)<95%額定電壓

最高正向VCE尖峰電壓3

iiB.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)<95%額定電壓

C.極限瞬態(tài)工作區(qū)VI00%額定電壓

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)

最高反向峰值電壓VECV90%額定電壓

C.極限瞬態(tài)工作區(qū)

注1：對(duì)于典型工作區(qū)和短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)，電壓尖峰底部的時(shí)間寬度必須小于lus和小

于工作周期的1/50,當(dāng)不滿(mǎn)足此條件時(shí)，那么對(duì)于尖峰中大于此時(shí)間寬度（以lus和工作周期

的1/50中較小者為準(zhǔn)）的部分必須按平臺(tái)降額的要求進(jìn)行考核。對(duì)于極限瞬態(tài)工作區(qū)電壓

尖峰寬度不作此要求，只要求電壓最大值（不論平臺(tái)和尖峰）不超過(guò)額定電壓即可。

1.2.3.2集電極平均電流&集電極脈沖電流用

集電極電流的降額考核分平均電流和脈沖電流兩項(xiàng)，但脈沖電流的考核只在電流波形

同時(shí)滿(mǎn)足以下三條件時(shí)有考核要求：①、工作頻率小于lOKHz,②、電流波形的峰值大

于對(duì)應(yīng)溫度下的平均電流額定值，③電流峰值高出平均值部分的寬度大于5uS。在換算

成同一殼溫條件進(jìn)行比較時(shí)，允許的電流降額系數(shù)為：

應(yīng)力考核點(diǎn)產(chǎn)品工作區(qū)域降額要求

A.典型工作區(qū)<60%同等殼溫額定值

最大平均電流1c

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)<80%同等殼溫額定值

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)

最大脈沖電流1CMV90%同等殼溫額定值

C.極限瞬態(tài)工作區(qū)

1.2.3.3結(jié)溫L

一般情況可以只考核最高穩(wěn)態(tài)結(jié)溫降額，以下兩種情況下建議追加對(duì)最高瞬態(tài)結(jié)溫

降額的考核：①、測(cè)試中發(fā)現(xiàn)有瞬時(shí)（O.lmS以上）功率過(guò)載（超過(guò)最大耗散功率）出現(xiàn);

②、電流容量400A以上的IGBT模塊。

對(duì)于模塊內(nèi)的二極管（反并聯(lián)二極管或者前向阻斷二極管等），結(jié)溫降額參照功率二極

管降額規(guī)范執(zhí)行。

應(yīng)力考核點(diǎn)產(chǎn)品工作區(qū)域降額要求

A.典型工作區(qū)V75%最高允許結(jié)溫

球高穩(wěn)態(tài)結(jié)溫Tj

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)V90%最高允許結(jié)溫

最高瞬態(tài)結(jié)溫TjC.極限瞬態(tài)工作區(qū)最高允許結(jié)溫一5℃

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范(V3.0)

A.典型工作區(qū)"2】<70%最高允許結(jié)溫

并聯(lián)二極管結(jié)溫

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)但2】V9O%最高允許結(jié)溫

Tdj

C.極限瞬態(tài)工作區(qū)1注”最高允許結(jié)溫一5c

注2：典型工作區(qū)和短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)考核穩(wěn)態(tài)結(jié)溫;

注3：極限瞬態(tài)工作區(qū)考核瞬態(tài)結(jié)溫；

1.2.3.4柵極電壓VGE

這里所指的柵極電壓是實(shí)際加到IGBT柵極與發(fā)射極兩端的電壓，包含正偏壓和負(fù)偏

壓兩項(xiàng)，按照平臺(tái)電壓和尖峰電壓兩個(gè)部分進(jìn)行考核。

應(yīng)力考核點(diǎn)產(chǎn)品工作區(qū)域降額要求

VGE平臺(tái)A.典型工作區(qū)

<85%最大額定值

最高柵極偏壓電壓B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)

VGEA.典型工作區(qū)

VGE尖峰<95%最大額定值

B.短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)

電壓【血】

C極限瞬態(tài)T作區(qū)V100%最大額定值

注4：對(duì)于典型工作區(qū)和短時(shí)穩(wěn)態(tài)工作區(qū)，電壓尖峰底部的時(shí)間寬度必須小于lus和

小于工作周期的1/50,當(dāng)不滿(mǎn)足此條件時(shí)，那么對(duì)于尖峰中大于此時(shí)閏寬度(以lus和工

作周期的1/50中較小者為準(zhǔn))的部分必須按平臺(tái)降額的要求進(jìn)行考核。對(duì)于極限瞬態(tài)

工作區(qū)電壓尖峰寬度不作此要求，只要求電壓最大值(不論平臺(tái)和尖峰)不超過(guò)額定電

壓即可。

1.2.4關(guān)鍵用法

在電路設(shè)計(jì)時(shí)需要重點(diǎn)考慮下表中的通用設(shè)計(jì)要求。這部分內(nèi)容在《IGBT降額及關(guān)鍵

用法查檢表》中進(jìn)行查檢，查檢結(jié)果為下表“查檢結(jié)果列表”的某一項(xiàng)。

序關(guān)鍵用法名要求內(nèi)容查檢結(jié)果

號(hào)稱(chēng)列表

A并聯(lián)均流多管并聯(lián)使用時(shí)設(shè)計(jì)上應(yīng)注意電流和器件結(jié)符合

不符合

溫的均衡。注意此時(shí)實(shí)測(cè)電流應(yīng)力應(yīng)該填寫(xiě)為不需要

并聯(lián)部分總電流。并聯(lián)使用時(shí)電流額定值應(yīng)先

乘??降額系數(shù)，計(jì)算方法為電流額定值降額系

數(shù)=[(n-l)(l-x)/n(l+x)+l/n]X100%,式中n為

并聯(lián)器件個(gè)數(shù)，x為經(jīng)驗(yàn)數(shù)(1000V(含1000V)

以下取0.1,1000?1500V取0.13,1500V以上

取0.15).

BVge容差設(shè)如果Vge驅(qū)動(dòng)不足，可能導(dǎo)致IGBT不能充分導(dǎo)符合

不符合

器件應(yīng)力降額及關(guān)鍵用法規(guī)范（V3.0）

計(jì)通和過(guò)熱失效。對(duì)于開(kāi)關(guān)應(yīng)用，驅(qū)動(dòng)電壓必須

明顯高于器件閾值電壓，以保證器件充分導(dǎo)

通。IGBT閾值電壓通常在4?6V,驅(qū)動(dòng)電壓平

臺(tái)部分建議應(yīng)保證13V?17V。

C控制和驅(qū)動(dòng)IGBT驅(qū)動(dòng)電路通常采用15V電源供電，當(dāng)此電有

無(wú)

電壓異常保壓較低（比如低于12.5V）且持續(xù)一段時(shí)間（比不需要

護(hù)如大于10ms）時(shí)，觸發(fā)控制電壓欠壓保護(hù)，封

鎖柵極驅(qū)動(dòng)。IGBT柵極耐壓極限值通常為20V

左右，應(yīng)在驅(qū)動(dòng)電路輸出端設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)電壓過(guò)壓

保護(hù)，通常采用并聯(lián)穩(wěn)壓二極管。

D關(guān)斷負(fù)偏壓為防止IGBT擎住，保證可靠關(guān)斷，通常應(yīng)設(shè)有

無(wú)

計(jì)一10?-2V的柵極關(guān)斷負(fù)偏壓，為此推薦