AEC-Q-V系统智能功率器件的短路可靠性表征1范围本规范的目的是在12V智能系统下，智能功率器件在连续短路条件下运行时的可靠性。28V/42V系统目前不在本文档范围内。1.1目的本规范的目的是确定“受保护”驱动器在连续短路条件下运行时的可靠性。本文档无意解决白炽灯应用（例如外部照明）中出现的软短路故障。这些申请将在单独的文件中考虑。目前不在本文档范围内的其他保护策略和工作电压也正在为未来的文档进行评估。1.2参考文件不适用1.3术语及定义1.3.1智能功率器件在本文件中，智能功率器件被定义为向外部负载供电并提供嵌入式保护功能以防止该负载短路导致系统故障的半导体器件。1.3.2闭锁保护在本文件中，检测到过载情况后，通过保护功能永久关闭的装置称为“闭锁装置”。锁定保护必须通过以下方式重置：再次开启设备之前的系统/固件交互（例如，关闭设备或清除寄存器中的故障标志）1.3.3自动重启保护一种器件在检测到过载情况后，通过其保护功能关闭，但自动重启（在给定时间段后或故障情况消除后，例如冷却后）。在本文档的上下文中称为“自动重启器件”。当暴露在连续短路条件下时，器件通常会在关闭和重新启动（“切换”）的周期性循环中运行。1.3.4过温保护当达到某一最高结温时，器件会自动关闭称为“过温保护”。其他保护机制（例如，电流限制、脉宽调制）是通过在热关断发生前降低功耗方式来保证不超过安全值。对于此类器件，最坏情况下的应力条件通常是在规定的最低环境温度下给出的，导致最大温度上升在热关断前。1.3.5状态反馈在本文件中，提供专用信号通知用户（例如微控制器）存在过载情况的器件称为“带状态反馈的器件”。1.3.6电源电压12V系统是指12V的标称蓄电池电压，范围为9V至16V，具体取决于滤波器和负载。14V被认为是连续供电的标准平均蓄电池电压在持续运行下。因此，所有短路可靠性测试将

在14V下进行。1.3.7短路在本文件的范围内，短路被定义为负载电路中的持续过载状态，即：（a）将产生超过器件过电流极限的电流，除非被测功率器件根据其嵌入式保护功能做出反应；或（b）导致器件电流过大，从而触发一个（或多个）嵌入式器件保护功能。根据选定的试验条件，也可以通过外部控制打开和关闭器件（见第3节）。1.3.8软短路负载电路中的持续过载状态，不会触发器件的闭锁或自动重启保护机制。2设备不适用3程序3.1重复短路特性3.1.1高压侧器件的测试电路高压侧器件的测试电路如图1所示。电源由理想电压源VBAT=14V±2%，总电阻Rsupply=10m±20%（包括布线和器件连接），电感Lsupply=5μH±20%。短路可能会发生在器件到负载之间的导线上任何地方。因此，与该导线长度对应的电阻和电感可能会发生变化。他们也受到导线的直径和几何形状影响。为了进行短路可靠性测试，第3.2节定义了两种极端情况（另见表1）。3.1.2低压侧器件的测试电路低压侧器件的测试电路，如图所示。因为只有一个电源电路，不需要考虑电源和短路的单独阻抗。电源和负载阻抗的建模如图所示，其值如第节所定义（另请参见表）。

3.2短路测试的电路实际短路阻抗取决于PCB和连接器电阻、线束长度和直径以及故障电阻。短路可靠性试验必须采用两种标准化的最坏情况，见表。3.2.1终端短路电路（TSC）直接发生在靠近器件的系统终端上的短路，由Lshort1μH和Rshort=20m.建模。TSC阻抗与PCB路径、接插件和故障电阻的阻抗相对应。接线电感不得超过1μH。注意：TSC测试不需要输出电流Ishort≤20A.3.2.2负载短路电路（LSC）在连接带载器件线束末端发生短路，建模时Lshort=5μH，Rshort值取决于器件规格要求：Rshort=m（适用于指定短路电流20AIshort≤A）Rshort=50m（适用于指定短路电流IshortA）LSC阻抗对应长度约为5米，横截面积为1mm或2mm，并具有低欧姆接地路径的线束。3.2.2.1电源电压补偿为了补偿连接电阻（例如，由于插座、电缆、连接器等）。在执行LSC测试时，可能需要调整电源电压以保持负载和测试器件上的期望电压降。补偿后的电源电压可以使用以下方程式计算：VSupport=Rtotal*IshortRtotal=m+Rdevice+Rparasiticm=Rshort+RsupplyRdevice=短路时的器件电阻Rparasitic=所有连接、电缆等的累积电阻。表1：短路特性阻抗的定义

3.3测试材料和条件设置印刷电路板设计、连接器、测试插座和材料对于短路测试结果的有效性和可重复性都很重要。需要采取适当的测试设置预防措施。被测器件必须以适当的方式安装和接线，以确保：a.符合表1所述要求的低欧姆电接触。b.供应商推荐的冷却条件。c.不会因安装条件而降低性能。短路可靠性测试的性能以及测试结果与应用的关系取决于被测零件的冷却速度、测试时的冷却温度。随后的触发脉冲和测试设置的启动（或环境）温度。冷却速度取决于散热和试验装置中使用的材料。随后触发脉冲瞬间的冷却温度取决于脉冲之间的时间。3.4测试条件选择必须选择以下测试条件，根据智能功率器件保护设计概念包括状态反馈：3.4.1冷重复短路测试-短脉冲必须对所有具有状态反馈的器件以及不提供状态反馈的闭锁器件执行这项测试。冷态重复短路试验是指连续两次脉冲试验之间完全冷却的情况。将智能功率器件置于短路模式，并根据表1打开，并在收到状态反馈或进入关机状态后延迟10毫秒（±20%）关闭（见图3）。短脉冲旨在模拟系统/微控制器的快速反应。关机和下一次激活之间的时间必须足够长，以确保完成冷却至器件测试温度（见第3.4.3节）。重复此顺序，直到检测到器件故障。记录失效循环次数，以进行统计评估（见第4节）。该测试允许对器件性能进行比较，而不会对边界条件造成重大影响。条件闭锁器件只需在短脉冲条件下进行测试，即使它们没有状态反馈；由于长脉冲测试在性能和热重复性方面没有差异是不可行的。3.4.2冷重复短路测试—长脉冲必须对所有自动重启器件执行此测试。将智能功率器件置于短路模式，并根据表1打开，然后在收到状态反馈后以ms（±10%）的延迟关闭（见图3）。如果设备没有状态反馈，毫秒后关闭器件。长脉冲是用来模拟系统/微控制器的延迟反应。连续长脉冲之间的时间必须足够长，以确保器件充分冷却，达到试验温度（见第3.4.3节）。重复此顺序，直到出现故障。检测到器件的故障。记录失效循环次数，以进行统计评估（见第4节）。该测试代表了微控制器在最坏情况下的反应时间的实际工作条件。边界条件可能会部分影响冷却速率。

3.4.3冷重复短路试验中的器件测试温度对于过温保护器件（见定义1.3.4），重复短路测试必须在规定的最低器件测试温度下进行（汽车电子器件通常为-40°C）。对于不涉及过温关闭的其他防护器件，最坏情况下的测试温度必须通过规定的在最低和最高环境温度下进行重复短路测试来评估得到。如果需要另一个器件测试温度应用特性，建议将25°C作为标准条件。3.4.4热重复短路试验所有的自动重启器件必须执行此项测试。“热”重复短路测试指的是靠近关闭温度时的开关条件。智能功率器件被置于短路模式并打开根据表1，并保持开启状态，以自动重启模式运行，直到检测到器件出现故障（见图4）。对于该试验，环境温度设置为25°C。器件应暴露在强制气流中，以提供足够的冷却条件。失效的循环次数为记录用于统计评估（见第4节）。热重复测试可能取决于边界条件，但这是一个重要的测试，因为它允许评估如果系统/微控制器不可用时，器件可以支持短路的时间反应。图4：热重复短路器件的典型信号时序图3.5实际执行的测试脉冲冷重复试验脉冲可通过两种方式实现，在第3.4.1节和第3.4.2节中描述：

3.5.1状态反馈信号检测对于提供状态反馈信号的器件，建议测试设备能够用于检测被测器件提供的状态反馈信号，并对其做出反应最大延迟为5毫秒。3.5.2无状态反馈信号检测如果测试设备无法检测到状态反馈信号，则总脉冲宽度可能会脱机，通过测量被测器件提供状态反馈信号所需的最长时间，加上规定的延迟（分别为10ms或ms，）以达到最坏情况下的脉冲宽度，然后应用于所有器件。如果这对于第3.4.1节和3.4.2中定义的试验，程序产生的总脉冲宽度差小于20%，那么应该使用第3.4.2节中更长的脉冲宽度。3.5.3测试举例考虑一个在毫秒到毫秒之间提供状态反馈的器件。接通电源并将其置于短路状态。将使用以下脉冲宽度对器件进行测试，用于控制器件输入：a、能够进行反馈检测的设备：短脉冲=ms长脉冲=18002ms（由测试设备单独控制）b、无法进行反馈检测的设备：短脉冲=ms-未测试，与长脉冲相差大于20%长脉冲=2ms（测试所有器件的设备设置为最大值）3.6失效检测与短路操作相关的失效产生的方式可能有两种：器件无法关闭（电气短路）器件无法开启（开路）测试程序必须确保检测到以上两种失效模式。当检测到器件失效时，必须注意避免器件失效影响或损坏其他被测器件。短路应力会导致被测器件的物理性能下降，从而导致电气参数（例如导通电阻）发生变化。因此，如果在合理的测试时间内无法观察到常规（开路/短路）失效，电气参数超出规定极限的漂移也可作为替代失效标准。3.7样品尺寸短路测试样本数量必须从3个独立批次中抽取。样本量必须是大到足以保证数据的统计有效性。建议每次测试每批至少测试10个样品。3.8多通道输出器件当测试器件具有多个输出通道时，可以测试一个输出通道，这个通道代表其他“相似”的输出通道。“相似”输出通道是定义与其它器件输出通道具有相同的电气特性（如驱动电流、保护电路等）。例如，具有8通道器件包括4个0.5A输出/通道的，2个1A输出/通道和2个2A输出/通道。需要3个单独的短路测试组，包括1个用于0.5A输出/通道，1个用于1A输出/通道，1个用于2A输出/通道。3.9测试终端标准本文件中所述的重复短路试验应在以下两种情况之下终止：

a、根据第3.6节规定的标准，在给定条件下测试的所有器件中，至少有50%出现失效。b、如果观察到的失效数量不足以进行统计评估，则可在预定义的测试时间后终止测试。建议至少进行小时（热重复测试）或000次循环（冷重复测试）。如果在至少有50%的器件失效之前终止试验，则必须按照器件规范要求的参数限制对剩余器件进行表征，以证明其符合规范要求。4测试结果的评估和报告4.1测试条件说明重复短路试验结果报告应至少包含以下信息：a、测试电路规范，包括阻抗值和电源电压b、设备测试温度c、脉冲宽度和重复频率（如适用）d、样本量e、第4.2节或第4.3节所述的试验结果。4.2失效数据的统计评估如果观察到足够数量的失效进行统计评估，则累积失效可以拟合失效器件的分布与失效循环次数（CTF）之间的关系以对数正态分布或威布尔分布进行数值计算（图5给出了拟合分布的测量数据）。4.2.1对数正态分布函数：正态分布函数logCTFmean：CTF平均值log：标准偏差4.2.2威布尔正态分布函数CTF(63%)=63%器件失效的周期g=威布尔指数4.2.3分布数据报告可以按照一下形式：a、上述所选分布的统计参数。b、给定累积失效率的失效周期表。至少ppm和0ppm建议使用这些值。4.2.4对于热重复短路试验，必须报告器件的切换/重新触发频率，以便计算失效时间。

4.3测试结果等级说明如果第3.9节中关于试验终止的条件已满足，则试验结果可按表2的等级报告。如果在试验期间样品内未发生任何失效，则等级水平应根据首次观察到的失效的循环次数确定，或根据耐久性试验的试验循环总数确定。如果观察到足够数量的失效，建议进行统计评估（见第4.2节）并报告参数分布，因为这将为客户提供最完整的信息。即使在失效数据不足的情况下，也始终可以指定等级（见第4.3节）（例如，由于测试产品的稳健性能或测试时间的限制），但是它们包含的用于可靠性计算的信息较少。

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