器件应力降额总规范艾默生Word文档格式.docx

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5、增加器件关键用法查检；

6、增加查检器件种类；

刘海涛、刘善中、王树明、姚天宝、朱勇、杨爱泉、朱吉新、胡全年、胡楠、王文建、陈宪涛、陈亚秋、罗眉、易序馥

2005-10-30

1、新增“产品额定工作点”定义；

2、对7类器件在产品额定工作点下的关键应力降额系数进行了规定，这些器件包括：

MOSFET、IGBT、晶闸管、整流桥、功率二极管、三极管、铝电解电容器；

3、除上述器件外，也对部分其它器件，如IC器件、钽电解、保险管等的I、II区降额系数根据实际使用情况作了适当的修订；

4、在保险管规范中，新增了“半导体保护用熔断器”降额规定；

5、对应降额规范的修订，上述器件的“器件工作应力与降额查检表”作了相应的调整。

前言

本规范由艾默生网络能源有限公司研发部发布实施，适用于本公司的产品设计开发及相关活动。

本规范为《器件应力降额总规范》版，该版本自发布之日起，其前一版本（版）作废；

《器件应力降额总规范》版主要对版的以下内容进行了修改：

1、在版规范I、II工作区定义的基础上，增加了产品“额定工作点”的定义，使规范更全面地覆盖产品应用实际情况；

2、对7类器件在产品额定工作点下的关键应力降额系数进行了规定，这些器件包括：

3、上述器件和部分其它器件（如钽电解、保险管等）的I、II区降额系数根据实际使用情况作了适当的修订，兼顾可靠性与成本，使之更趋合理；

4、在保险管规范中，增加了“半导体保护用熔断器”降额规定；

5、对应降额规范的修订，上述器件的“器件工作应力与降额查检表”作了相应的调整。

本规范由本公司各产品设计开发部门遵照执行；

本规范拟制部门：

中试物料品质试验部；

本规范拟制人：

刘海涛、刘善中、王树明、姚天宝、朱勇、杨爱泉、朱吉新、胡全年、胡楠、王文建、陈宪涛、陈亚秋、罗眉、易序馥、凌太华、艾相德、黎晓东

本规范批准人：

研发管理办；

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1目的

《器件应力降额总规范》是本公司产品可靠性设计所必须依据的重要的基础规范之一。

通过对器件应力（电应力、热应力）的降额标准的规定和在产品中的实际应用，从而达到降低器件失效率、提高器件使用寿命、增强对供方来料质量的适应性，以及对产品设计容差的适应性，进而最终达到提高产品可靠性水平的目的。

适当的器件应力降额不仅可以提高产品的可靠性，同时还有助于使产品寿命周期费用最低。

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2适用范围

本规范适用于艾默生网络能源有限公司所有新产品的设计、开发，以及在产产品的优化。

3关键词

降额，冗余设计，可靠性，额定工作点；

Derating,DesignMargin,Reliablity，RatedPoint；

4引用/参考标准或资料

《华为电气器件降额规范》；

《GJB/Z35-93元器件降额准则》；

《军用电子元器件应用可靠性》；

《元器件生产厂家技术资料和手册》；

5规范内容

产品保修期等级、产品I、II工作区、产品额定工作点定义

5.0.1产品保修期等级的定义

A级：

保修期为2～3年。

B级：

保修期为1～2年。

5.0.2关于I、II工作区、产品额定工作点的定义

产品I工作区：

当电源类产品在正常工作时，应满足产品手册规定的如下条件：

（a）按产品手册规定进行装配。

（b）输出电压在产品手册规定变化范围内，输出功率在额定最小值到最大值间。

（c）输入在产品手册规定的电压和频率范围内。

（d）各种环境条件如温度和湿度等，在产品手册规定的范围内。

下图为电源的输入输出示意图，图中的阴影部分，即为电源的“稳态”工作区（包含极限工作条件），我们将该区称之为电源的I工作区。

电源在此区域任何点要求能够长时间工作，因此在此区域下，器件的降额使用要求也比较严格。

（可以这样理解：

I区里面的任何点对应的均是器件可能遭受到的长时间工作的点。

）

在I区中，针对某项应力（如电压）来说，存在某一点（区域），在该点（区域）上器件所承受的此项应力最大，我们将此点（区域）的情况称为该项应力的I工作区最坏情况。

产品额定工作点：

是指我司产品规格书中所规定的产品标称典型工作条件的组合（主要是输入电压、负载、工作环境温度等）。

若产品规格书未指明典型工作条件，则以标称工作范围的最大值代替。

产品额定工作点属于产品的I工作区，产品额定工作点基本上代表了产品在市场上的典型运行情况，因此在产品额定工作点下，对于某些器件来讲，为了保证其低失效率，在该点下的降额比“I工作区最坏情况”的降额要求更加严格。

产品II工作区：

如图中阴影之外的部分均表示电源工作在II工作区（“暂态”工作区），II工作区是产品短时间过渡工作的区域，例如开机启动、输入欠压、OCP过流保护、OVP过压保护、电源负载跳变（如空载到满载，空载到短路，半载到满载等等）、输入跳变等。

电源风扇停转之后，如有器件仍在工作，则也必须对器件应力考核点加以考虑测试（尤其是发热元件可能出现的最高温度），该情况亦规定为电源工作在II区。

（可以这样理解：

II区虽然是电源工作时也将碰到的情况，但II区里面的点对应的则是器件短暂时间工作的点。

同样在II区中，针对某项应力来说，器件可能遭受到的最坏情况我们称为该项应力的II工作区最坏情况。

由于电源工作在II区的时间一般来说很短，因此在此情况下器件的降额百分比不如I区严格。

但必须注意，实际情况中II区的器件应力往往比I区大得多，如果实际设计时疏忽了此区域的降额，则很有可能导致损坏（例如在开机、输出短路等情况下的损坏，等等）。

II工作区最坏情况代表器件在II区最恶劣的情况，它往往是多种条件的组合，例如功率管最高的结温可能发生在“最低压输入；

最高工作环境温度；

满载输出到短路的瞬间”等多种条件组合。

因此在实际的测试过程中这种最恶劣的点往往需要依靠我们耐心地寻找以及依靠经验的积累。

另：

在具体的设计应用时，器件的应力应该满足本规范所规定的降额百分比，若因某些特殊原因超过降额规定时，则必须严格按照本降额总规范中第43节的《偏离降额的处理流程》来进行操作。

功率MOSFET降额规范

器件应力考核点：

漏源电压Vds，栅源电压Vgs，漏极电流Id；

结温Tj

5.1.1产品保修期等级及产品I、II工作区、产品额定工作点简要说明

产品保修期等级：

分为A、B两个等级，A级指保修期为2～3年，B级指保修期为1～2年。

I、II工作区：

产品的I工作区指产品“正常”工作区域，即产品手册所规定的输入/输出（环境温度/电压/电流/功率等）所允许变化的区域，是器件长期工作的区域。

该区中的存在某一点（或区域），对应器件某项参数的最大应力，称为I区该项应力的最坏情况；

II工作区指产品“异常”工作区域，即在开/关机、输入过/欠压保护、输出过压/过流保护、输入/负载跳变、风扇故障停转等“异常”工作情况器件短时间工作区域。

在该区域中的某一点对应器件某项参数的最大应力，称为II区该项应力最坏情况。

产品额定工作点是指我司产品规格书中所规定的产品标称典型工作条件的组合（主要是输入电压、负载、工作环境温度等）。

若产品规格书未指明典型工作条件，则以标称工作范围的最大值代替。

详细情况可以参见本降额总规范第节《产品保修期等级与产品I、II工作区、产品额定工作点的定义》。

5.1.2器件应力限制

5.1.2.1漏源电压Vds（平台电压和尖峰电压）

在最坏的情况下，漏源电压Vds的平台电压部分必须满足下表：

应力考核点

产品工作区域

器件规格

B级产品

A级产品

Vds平台电压

产品额定工作点

额定值小于等于500V的MOSFET

＜80%额定击穿电压

＜75%额定击穿电压

额定值大于500V的MOSFET

＜70%额定击穿电压

I工作区最坏情况注1

＜90%额定击穿电压

＜85%额定击穿电压

在最坏的情况下，漏源电压的尖峰电压高度必须满足下表：

Vds尖峰电压

产品额定工作点注1

＜95%额定击穿电压

I工作区最坏情况注2

＜100%额定击穿电压

II工作区最坏情况注2

满足《功率MOSFET雪崩降额规定》注2

注1：

对于额定工作点和I工作区，电压尖峰底部的时间宽度必须小于工作周期的1/50,当不满足此条件时，那么对于尖峰中大于工作周期1/50宽度的部分必须按平台降额的要求进行考核。

对于II工作区（瞬态情况）电压尖峰宽度不作此要求，只要求电压最大值（不论平台和尖峰）不超过额定电压即可。

注2：

对于II工作区（瞬态情况），对于当电压尖峰超过额定击穿电压时，可以参照本节附录《功率MOSFET雪崩降额规定》处理，如果满足该规范，就不再通过《偏离降额的处理流程》进行处理。

5.1.2.2栅源电压Vgs

在最坏的情况下，栅源电压Vgs（包含负栅源负偏压）必须满足下表：

栅源电压Vgs

I工作区最坏情况

（含产品额定工作点）

II工作区最坏情况

在保证Vgs降额的同时，还应尽量避免栅极电压波形出现振荡和毛刺，如果设计中无法避免时，必须仔细检查这种振荡和毛刺是否会引起MOSFET误导通（通过对比检查Vds和Id波形）。

另外，要求采取相应的措施，保证开机时栅极电位没有“悬浮起来不为零”。

（例如，在GS间并联一个10KΩ以上的电阻可以有效防止栅极电位因静电等原因而悬浮。

5.1.2.3结温Tj

在最坏的情况下，MOSFET最高结温Tj必须满足下表：

最高稳态结温

＜80％最高允许结温

＜70％最高允许结温

＜85％最高允许结温

＜75％最高允许结温

最高瞬态结温

＜95％最高允许结温

注：

I区中最高稳态结温Tj通常发生在最高环境温度和最大负载条件下。

II区中最高瞬态结温Tj通常发生在开机、短路瞬时大电流尖峰等异常情况下。

5.1.2.4漏极电流Id

在最坏的情况下，漏极电流Id必须满足下表：

漏极电流均方根有效值

＜70%相应壳温下的额定电流值

＜60%相应壳温下的额定电流值

＜80%相应壳温下的额定电流值

漏极瞬态电流最大值

＜