器件应力降额总规范(艾默生).doc

1、规范编码：器件规范版本：V2.1 密级：内部公开ENP研发部 执笔人：物料品质部 修订：2005年10月器件应力降额总规范艾默生网络能源有限公司规范编码：器件规范版本：V2.1 密级：内部公开ENP研发部 执笔人：物料品质部 修订：2005年10月修订信息表版本 修订人 修订时间 修订内容V2.0 刘海涛、刘善中、王树明、姚天宝、凌太华、朱勇、杨爱泉、朱吉新、胡全年、胡楠、黎晓东、艾项德、王文建、陈宪涛、陈亚秋、罗眉、易序馥2002-11-30 1、 产品保修期等级及 I、II 工作区定义；2、 器件应力考核点定义及考核系数调整；3、 增加“器件考核点的测试或计算”说明；4、 器件应力降额查检

2、表修改和调整；5、 增加器件关键用法查检；6、 增加查检器件种类；V2.1 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，

3、上述器件的“器件工作应力与降额查检表”作了相应的调整。艾默生网络能源有限公司器件应力降额总规范（V2.1）第 1 页 共 159 页目录前言 .31 目的 .32 适用范围 .43 关键词 .44 引用/参考标准或资料 .45 规范内容 .45.0 产品保修期等级、产品 I、II 工作区、产品额定工作点定义 .55.1 功率 MOSFET 降额规范 .75.2 IGBT 降额规范 .135.3 晶闸管降额 规范 .185.4 整流桥降 额规范 .235.5 功率 二极管降额规范 .275.6 信号二极管降额规范 .325.7 稳压二极管降额规范 .355.8 TVS 器件降额规范 .385.9

4、 发光二极管、数码管降额规范 .435.10 三极管降额 规范 .455.11 光耦降额规范 .505.12 脉宽调制器降额规范 .535.13 数字集成电路降额规范 .575.14 运放比较器降额规范 .595.15 电压调整 器类降额规范 .615.16 二 次电源模块(BMP)降额规范 .645.17 液晶显示模块降额规范 .675.18 晶体谐振器降额规范 .705.19 晶体振荡器降额规范 .735.20 非固体铝电 解电容降额规范 .765.21 固体 钽电解电容器降额规范 .875.22 薄膜电容器降额规范 .915.23 陶瓷电容器降额规范 .94艾默生网络能源有限公司器件应力

5、降额总规范（V2.1）第 2 页 共 159 页5.24 固定金膜、厚膜、网络、线绕电阻器降额规范 .965.25 电位器降额规范 .1005.26 陶瓷 NTC 热敏电阻器降额规范 .1035.27 高分子 PTC 热敏电阻器降额规范 .1065.28 电磁元件降额规范 .1085.29 霍尔传感器降额规范 .1115.30 温度继电器降额规范 .1135.31 电磁继电器降额规范 .1155.32 接触器降额规范 .1215.33 断路器降额规范 .1245.34 隔离器、刀开关和熔断器组合电器降额规范 .1265.35 电源小开关降额规范 .1285.36 信号小开关降额规范 .1305

6、.37 保险管降 额规范 .1325.38 电连接器降额规范 .1355.39 风扇降额规范 .1375.40 蜂鸣器降额规范 .1395.41 压敏电阻降额规范 .1416 附录 .1456.1 低压电器有关降额要求说明 .1456.2 偏离降 额的处理流程 .1476.3 器件工作应力与降额查检表（V2.1）填写使用说明 .149艾默生网络能源有限公司器件应力降额总规范（V2.1）第 3 页 共 159 页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V2.1 版，该版本自发布之日起，其前一版本（V2.0 版）作废；器件应

7、力降额总规范V2.1 版主要对 V2.0 版的以下内容进行了修改：1、 在 V2.0 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：MOSFET、IGBT、晶闸管、整流桥、功率二极管、三极管、铝电解电容器；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

8、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； 返 回 目 录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

9、提高产品的可靠性，同时还艾默生网络能源有限公司器件应力降额总规范（V2.1）第 4 页 共 159 页有助于使产品寿命周期费用最低。 返 回 目录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 , Design Margin, Reliablity，Rated Point；4 引用/参考标准或资料华为电气器件降额规范V2.0 ；GJB / Z 35-93 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 ； 返回 目 录5 规范内容艾默生网络能源有限公司器件应力降

10、额总规范（V2.1）第 5 页 共 159 页5.0 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23年。B级：保修期为12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

11、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。艾默生网络能源有限公司器件应力降额总规范（V2.1）第 6 页 共 159 页产品额定工作点：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

12、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

13、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

14、；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。返回 目 录艾默生网络能源有限公司器件应力降额总规范（V2.1）第 7 页 共 159 页5.1 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Tj5.1.1 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

15、修期为23年，B级指保修期为12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

16、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5.0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 级产品额定值小于等于500V的MOSFET 80%额定击穿电压 75% 额定击穿电压产品额定工作点 额定值大于 500V 的MOSFET 75%额定击穿电压 70% 额定击穿电压额定值小于等于500V的MOSFET 90%额定击穿电压 85%

17、额定击穿电压Vds 平台电压I 工作区最坏情况 注 1 额定值大于500V的MOSFET 85%额定击穿电压 80% 额定击穿电压艾默生网络能源有限公司器件应力降额总规范（V2.1）第 8 页 共 159 页在最坏的情况下，漏源电压的尖峰电压高度必须满足下表：应力考核点 产品工作区域 B 级产品 A 级产品产品额定工作点 注 1 95%额定击穿电压 90%额定击穿电压I 工作区最坏情况 注 2 100%额定击穿电压 95%额定击穿电压Vds 尖峰电压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

18、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：应力考核点 产品工作区域 B 级产品 A 级产品I 工作区最坏情况（含产品额定工作点）85%额定击穿电压栅源电压 VgsII 工

19、作区最坏情况 100%额定击穿电压在保证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10K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：应力考核点 产品工作区域 B 级产品 A 级产品产品额定工作点 80最高允许结温 70最高允许结温最高稳态结温I 工作区最坏情况 85最高允许结温 75最高允许结温最高瞬态结温 II 工作区最坏情况 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