IGBT和模塊的標準體系解讀

作者：陳子穎，來源：英飛凌工業(yè)半導體

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

IGBT絕緣柵雙極型晶體管是半導體產(chǎn)品，主要需要符合半導體標準，包括產(chǎn)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(nèi)部芯片并聯(lián)實現(xiàn)更大的標稱電流，或設(shè)計成應用所需要的電路拓撲結(jié)構(gòu)。它除了要符合半導體體系標準外，也需要符合應用系統(tǒng)的安全標準。針對特定應用開發(fā)的產(chǎn)品也要參照系統(tǒng)標準。

在整個產(chǎn)品標準體系中，有JEDEC，IEC，MIL等；在特定的應用領(lǐng)域，也有國家標準和行業(yè)標準。

IGBT器件標準體系

IGBT是半導體，半導體有自己的行業(yè)協(xié)會，即JEDEC，全稱Joint Electron Device Engineering Council。它是全球微電子產(chǎn)業(yè)的標準機構(gòu)，已經(jīng)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(shù)語、定義、產(chǎn)品特征描述與操作、測試方法、生產(chǎn)支持功能、產(chǎn)品質(zhì)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(shè)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(guān)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(tài)產(chǎn)品的質(zhì)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(jiān)測以及質(zhì)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(lián)合標準發(fā)布的（J-STD-046 CUSTOMER NOTIFICATION STANDARD FOR PRODUCT/PROCESS CHANGES BY ELECTRONIC PRODUCT SUPPLIERS）。

JC-14還規(guī)定了可靠性試驗規(guī)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(jù)。

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(guān)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(fā)實用的測試儀器及測試平臺，例如 Mentor熱瞬態(tài)測試儀T3STER就是基于JESD51-14開發(fā)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(gòu)，負責有關(guān)電氣工程和電子工程領(lǐng)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(zhì)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(shù)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(qū)別于集成電路，也包括模塊。英飛凌模塊設(shè)計主要參照IEC系列標準。

IEC60747系列標準規(guī)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(tǒng)相關(guān)標準

IGBT應用非常廣，有些應用領(lǐng)域和行業(yè)針對其特定應用要求，制定了相關(guān)標準。

在直流輸電領(lǐng)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(shù)規(guī)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(yè)中，有兩份相關(guān)標準為業(yè)內(nèi)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(guī)范，2018年4月由 ECPE 歐洲電力電子研究網(wǎng)絡發(fā)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(yè)的廠商代表編制，包括奧迪，BMW，戴姆勒，保時捷，大眾等。

圖：IGBT7 1200V Easy2B模塊的產(chǎn)品測試報告

英飛凌的IGBT模塊通過UL安全認證，執(zhí)行的標準是UL 1557, Standard for Electrically Isolated Semiconductor Devices，但注意認證是有COA的，即認可條件限定。UL報告和COA可以在UL官網(wǎng)上找到。

一句話總結(jié)：“IGBT標準體系分兩部分，IGBT器件設(shè)計生產(chǎn)主要參照JEDEC標準；功率模塊主要參照IEC標準，安全認證為UL?！?/p>