GB T 29332-2012 半导体器件 分立器件 第9部分：绝缘栅双极晶体管(IGBT).pdf

1、ICS 31.080.01;31.080.30 L 42 道B中华人民主t、和国国家标准GB/T 29332-20 12/IEC 60747-9 :2007 半导体器件分立器件第9部分:绝缘栅双极晶体管(IGBT)Semiconductor devices-Discrete devices 一Part 9: Insulated-gate bipolar transistors (IGBT) (IEC 60747-9:2007 ,IDT) 2012-12-31发布2013回06-01实施岖蜀Jl，.JfJ，f飞飞_:;, /,( U. 吨能ggf马剖涂晏暨Z伪中华人民共和国国家质量监督检验检菇总

2、局中国国家标准化管理委员会发布中华人民共和国国家标准半导体器件分立器件第9部分=绝缘栅双摄晶体管OGBT)GB/T 29332-2012/IEC 60747-9:2007 中国标准出版社出版发行北京市朝阳区和平里西街甲2号。00013)北京市西城区三星河北街16号(10004日网址总编室:(010)64275323发行中心:(010)51780235读者服务部:(010)68523946中国标准出版社秦皇岛印刷厂印刷各地新华书店经销司除开本880X 1230 1/16 印张3.5字数98千字2013年5月第一版2013年5月第一次印刷 书号:155066 1-46864定价48.00元如有印装

3、差错由本社发行中心调换版权专有侵权必究举报电话:(010)68510107GB/T 29332-2012月EC60747-9 :2007 目次前言.v 1 范围.2 规范性引用文件-3 术语和定义3.1 IGBT的图形符号3.2 一般术语.1 3.3 额定值和特性的术语电压和电流.2 3.4额定值和特性的术语其他特性.44 文字符号.4.1 通则.4.2 补充的通用下标4.3 文字符号.6 5 基本额定值和特性.7 5.1 额定值(极限值). . . . . 7 5.2 特性.8 6 测试方法. 10 6.1 通则. 10 6.2 额定值(极限值)试验. . . . . . 11 6.3 测量

4、方法.19 7 接收和可靠性.34 7.1 一般要求.34 7.2 特殊要求.34 7.3 型式试验和例行试验. 37 附录A(规范性附录集电极-发射极击穿电压试验方法.39附录B(规范性附录)在规定条件下，电感性负载关断电流试验方法.41 附录c(规范性附录)正偏安全工作区FBSOA.43 附录D(规范性附录管壳不破裂.47 参考文献.48 图1集电极-发射极电压VCES、VCER、VCEX试验电路.11图2栅极-发射极电压士VGES试验电路.12 图3集电极电流试验电路.13 图4集电极峰值电流试验电路.14 图5反偏安全工作区(RBSOA)试验电路.14 GB/T 29332-2012/

5、IEC 60747-9:2007 图6关断期间的栅极-发射极电压VGE和集电极电流Ic波形.15 图7负载短路。CSOA1)时，安全工作脉冲宽度试验电路.16 图8负载短路(SCSOA1)期间的栅极-发射极电压VGE、集电极电流Ic和集电极电压V波形16图9短路安全工作区2(SCSOA2)试验电路.17 图10SCSOA 2期间的波形.18图11集电极-发射极维持电压VCE. sUs测量电路.19 图12集电极电流的运行轨迹.20 图13集电极-发射极饱和电压VCEsat测量电路.21 图14栅极-发射极阔值电压基本测量电路.21 图15集电极截止电流测量电路.22 图16栅极漏电流测量电路.

6、23 图17输入电容测量电路.24 图18输出电容测量电路.25 图19反向传输电容测量电路.26 图20栅极电荷测量电路.26 图21栅极电荷基本波形.27 图22短路栅极内阻测量电路.28图23开通期间的各时间间隔和开通能量测量电路.29 图24开通期间的电流、电压波形.29 图25关断期间的各时间间隔和关断能量测量电路.30 图26关断期间的电流、电压波形.30图27小测量电流IC1下VCE随温度变化和大电流IC2加热被测器件DUT的测量电路.31 图28小测量电流IC1下VCE随管壳温度Tc(外加热，即Tc=Tj时)的典型变化.32 图29热阻和瞬态热阻抗测量电路(方法2). 33 图

7、30小测量电流IC1下VGE(随管壳温度Tc(外加热，即Tc=Tj时)的典型变化.33图31Ic、VGE和Tc与时间的关系.34 图32高温阻断试验电路.35 图33高温栅极偏置试验电路.36 图34间歇工作寿命试验电路.36 图35期望循环次数与温升.Tj的关系.37 图A.1集电极-发射极击穿电压试验电路.39图B.1电感性负载关断电流试验电路.41 图B.2关断期间，集电极电流Ic和集电极电压VCE波形.41 图C.1FBSOA试验电路(方法。.。图C.2.V与集电极-发射极电压VCE的典型特性.44 图C.3典型FBSOA.44 图C.4FBSOA试验电路方法2).45 E GB/T

8、29332-2012月EC60747-9 :2007 图C.5闭锁模式运行波形.45 图C.6闭锁模式伏安特性.45 表1接收判定特性.11 表2耐久性和可靠性试验接收判定特性35表3最少的型式试验和例行试验项目(适用时.37皿GB/T 29332-20 12/IEC 60747-9: 2007 前言半导体器件分立器件系列国家标准的预计结构如下z一一第1部分z总则(GB/T17573-1998, idt IEC 60747-1:1983); 一一第2部分z整流二极管(GB/T4023-1997 , eqv IEC 60747-2:1983及其修正案1:1992和修正案2:1993);一一第3部

9、分=信号(包括开关)和调整二极管(GB/T6571-1995 , idt IEC 60747-3 :1985); 一一第4部分z微波器件(GB/T20516-2006 , IEC 60747-4 :2DOl.IDT); 一第5-1部分z光电子器件总则(lECt0747-5-1:22)1 一一第6部分z晶闸管(GB/T15Z91-1994, eqv IEC 60747-6:19&3及其修正案1:1991);一第7部分z双极型晶体管(GB/T4587-1994, idt IEC 60747-7:19前h一一第8部分z场效应晶体管(GB/T4586-1994 ,idt IEC 60747-8:198

10、4); 第9部分F绝缘栅双极晶体管(lEC60747-9 :2007); 第10部分z分立器件和集成电路总规范(GB/T4589.1- 2006 ,IEC 60747曰1Q:1991 ,IDT); 一一第11部分z分立器件分规范(GB/T125601999，idt IEC 60747-11:1985); 一一第14-1部分z半导体传感器总则和分类(GB/T20521 -2006 , IEC 60747-14-1 :2000, IDT); 一一第15部分z绝缘功率半导体器件(lEC60747-15:2010); 第17部分:基本绝缘和加强绝缘的磁性和电容性搞合(lEC/PAS60747-17:2

11、011)。本标准为半导体器件分立器件系列国家标准的第9部分。本标准按照GB/T1. 1-2009给出的规则起草。本标准使用翻译法等同采用IEC60747-9: 2007(半导体器件分立器件第9部分=绝缘栅双极晶体管。与本标准中规范性引用的国际文件有一致性对应关系的我国文件如F:GB/T 4023 -1997 半导体器件分立器件和集成电路第2部分:整流二极管(eqv IEC 60747-2:1983及其修正案1:1992和修正案2:1993)一-GB/T15291-1$94半导体器件第6部分z晶闸管(eqvIEC 60747-6 t 1983及其修正案1: 1991) 一-GB/T17573-1

12、998半导体器件第1部分总用。dtIEC 60747-1: 1983) 本标准做了下列编辑性修改和勘误z一-3.2.5、3.2.6和3.2.7三条术语的定义中，在文字端后面增加(电极)二字F一一-结温的文字符号凡统一为Tj;一一栅极-发射极电压的第二个下标统一为Ez一一一规定条件中，温度条件的位置统一为列项1; 一一为突出被测(受试)器件，相应的IGBT用被测(受试器件的英文缩略语DUT代替E6.3.1.7中，补充了遗漏的电压文字符号Vc皿皿z一一在6.3.6.3中增加如下说明=其中Yi.-一一小信号共发射极短路输入导纳zY田一一小信号共发射极短路输出导纳E6.3.6.5、6.3.7.5和6.

13、3.8.5中，补充了测量频率的文字符号f;6.3.10.3中，|yiJC1更正为C1 1 Yie 1 , 1 Y V GB/T 29332-2012/IEC 60747-9: 2007 一一-图30图题中的Icz更正为Ic1;-A.4中，列项2下面的三个列项按二级列项处理。本标准由中华人民共和国工业和信息化部提出。本标准由全国半导体器件标准化技术委员会(SAC/TC78)归口。本标准起草单位E西安电力电子技术研究所、西安爱帕克电力电子有限公司、英飞凌科技(中国)有限公司、威海新佳电子有限公司、江苏宏微科技有限公司。本标准主要起草人z蔚红旗、张立、陈子颖、也连波、王晓宝、秦贤满。VI GB/T

14、29332一2012/IEC 60747-9:2007 半导体器件分立器件第9部分:绝缘栅双极晶体管(IGBT)1 范围本标准给出了绝缘栅双极晶体管CIGBT)的术语、文字符号、基本额定值和特性以及测试方法等产品特定要求。2 规范性引用文件下列文件对于本文件的应用是必不可少的。凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。凡是不注日期的引用文件，其最新版本(包括所有的修改单)适用于本文件。IEC 60747-1 :2006半导体器件第1部分z总则(Semiconductordevices-Part 1: General) IEC 60747-2半导体器件分立器件和集成电路第2部分=整流二极

15、管(Semiconductor devices一Discretedevices and integrated circuits-Part 2: Rectifier diodes) IEC 60747-6半导体器件第6部分z晶闸管(Semiconductordevices-Part 6: Thyristors) IEC 61340(所有部分静电(Electrostatics)3 术语和定义下列术语和定义适用于本文件。3.1 IGBT的固形符号本标准采用如下图形符号:注g本标准仅使用N沟道IGBT的图形符号.本标准也适用于P沟道器件，但必须使极性适宜。3.2 一版术语3.2. 1 绝缘栅双极晶体管

16、insulated-gate bipolar transistor; IGBT 具有导电掏道和PN结，且流过沟道和结的电流由施加在栅极端和发射极端之间的电压产生的电场控制的晶体管。注z施加集电极-发射极电压时，PN结为正向偏置.1 GB/T 29332-2012/mC 60747-9:2007 3.2.2 N淘道IGBTN-channel IGBT 具有一个或多个N型导电沟道的IGBT。3.2.3 P沟道IGBTP-channel IGBT 具有一个或多个P型导电掏道的IGBT。3.2.4 (IGBT的集电极电流collector current (of an IGBT) Ic 由IGBT开关

17、(控制)的直流电流。3.2.5 (IGBT的)集电撮端collector terminal (of an IGBT) (lGBT的)集电极collector (of an IGBT) C 对于N沟道IGBT，集电极电流从外部电路流人的那个端(电极);对于P拘道IGBT，集电极电流由其流出至外部电路的那个端(电极。3.2.6 (IGBT的发射极端emitter terminal (of an IGBT) (IGBT的)发射极emitter (of an IGBT) E 对于N掏道IGBT，集电极电流由其流出至外部电路的那个端(电极);对于P沟道IGBT，集电极电流从外部电路流人的那个端(电极。3

18、.2.7 (lGBT的)栅极端gate terminal (of an IGBT) (IGBT的栅极gate (of an IGBT) G 为控制集电极电流，相对于发射极端(电极施加电压的那个端(电极)。3.3额定值和特性的术语电压和电流3.3. 1 集电极发射极(直流)电压collecto.emitter (d. c.) voltage 集电极与发射极间的直流电压。3.3.2 栅极发射极短路时的集电极发射极电压collecto.emitter volt唔;ewith gate-emitter short-circui-ted VCES 栅极-发射极短路和集电极电流为规定的低值绝对值)时的集电

19、极-发射极电压。3.3.3 2 集电极发射极维持电压collecto.emitter sustaining voltage VCE .u. 对于栅极端和发射极端间的规定接法，在相对较大的集电极电流下的集电极-发射极击穿电压。在G/T 29332-2012月EC60747-9:2007 该集电极电流下，击穿电压对集电极电流的变化相对较不敏感。注1:栅极端和发射极端间的规定接法以文字符号的第三个下标标示参见IEC60747-7 :2000中的4.1. 2) 注2:需要时，为标示栅极端和发射极端间的特定接法，在基本术语中增加经认可的合适的术语。例如，栅极-发射极短路时的集电极-发射极维持电压Vc跑回

20、注3:如果所用的文字符号意思明确，基本术语可缩短。例如，集电极-发射极维持电压VcERsus 注4:此术语对于高压器件例如4kV以上是重要的。3.3.4 集电极-发射极击穿电压coll配tor-emitterbreakdown volt唔eV(BR)CES 栅极-发射极短路时，集电极与发射极间的电压。超过此电压，集电极电流急剧增加。3.3.5 集电极发射极饱和电压coll四tor-emittersaturation voltage VCEsa 在集电极电流与栅极-发射极电压基本元关的栅极-发射极电压条件下的集电极-发射极电压。3.3.6 栅极-发射极(直流电压gate-emitter (d.

21、c. ) voltage 栅极与发射极间的直流电压。3.3.7 栅极-集电极(直流电压gate-collector (d. c. ) volt唔e栅极与集射极间的直流电压。3.3.8 栅极发射极阐值电压gate-emitter threshold voltage VGE( 集电极电流为规定的低值(绝对值时的栅极-发射极电压。3.3.9 静电磁电电压electrostatic discharge voltage 施加到栅极端而不破坏绝缘层的电压。3.3. 10 集电极截止电流collector cut-ofr current 栅极断态和规定的集电极-发射极电压(低于击穿区时的集电极电流。3.3.

22、 11 集电摄电流coll配torcurrent 流过集电极的电流。3.3. 12 尾部电流tail current I 在尾部时间期间的集电极电流。3.3. 13 栅极漏电流gate leakage current hES 集电极端与发射极端短路时和规定的栅极-发射极电压条件下，流入栅极端的漏电流。3 GB/T 29332-2012/IEC 60747-9:2007 3.3.14 安全工作区safe operating area SOA 集电极电流与集电极-发射极电压构成的、IGBT在其中能开通和关断而不失效的区域。3.3. 15 正偏安全工作民forward bias safe opera

23、ting area FBSOA 集电极电流与集电极-发射极电压构成的、IGBT在其中能开通并处于通态而不失效的区域。3.3.16 反偏安全工作区reverse bias safe operating町eaRBSOA 集电极电流与集电极-发射极电压构成的、IGBT在其中能关断而不失效的区域。3.3. 17 短路安全工作区short circuit safe operating al曲SCSOA 短路持续时间与集电极-发射极电压构成的、IGBT在其中能开通和关断而不失效的区域。3.4额定值和特性的术语其他特性3.4. 1 输入电容input capacitance c国集电极端对发射极端交流短路时

24、，栅极端和发射极端之间的电容。3.4.2 输出电容output capacitance c田S栅极端对发射极端交流短路时，集电极端和发射极端之间的电容。3.4.3 反向传输电睿reverse transfer capacitance C . 集电极端和栅极端之间的电容。3.4.4 栅摄电荷gate ch町geQG 栅极-发射极电压从规定的低值上升到规定的高值所需要的电荷。3.4.5 栅极内阻internal gate resistance rg 栅极内部串联电阻。3.4.6 4 单脉冲开通能量turn-on energy (per pulse) E 单脉冲集电极电流开通期间，IGBT内部耗散的

25、能量。GB/T 29332-20 12/IEC 60747-9: 2007 注g周期性脉冲条件下对应的开通耗散功率由E皿与脉冲频率相乘得到。3.4.7 (单脉冲)关断能量tum-off energy (per pulse) EolI 单脉冲集电极电流关断时间和尾部时间期间，IGBT内部耗散的能量。注z周期性脉冲条件下对应的关断耗散功率由Eoff与脉冲频率相乘得到.3.4.8 开通延迟时间turn-on delay time td(。时;tdIGBT从断态向通态转换期间，输入端电压脉冲起始点与集电极电流上升起始点之间的时间间隔。注2通常，在输入脉冲幅值的10%和输出脉冲帽值的10%两点测定该时间

26、。3.4.9 上升时间rise time tr IGBT从断态向通态转换期间，集电极电流上升分别达到规定的下限值瞬间和上限值瞬间之间的时间间隔。注s通常，下限值和上限值分别为脉冲幅值的10%和90%.3.4. 10 开通时间tum-on time 开通延迟时间与上升时间之和。3.4. 11 关断延迟时间tum-off delay time td(ofO ; t. IGBT从通态向断态转换时，维持IGBT处于通态的输入端电压脉冲终点与集电极电流下降起始点之间的时间间隔。注z通常，在输入脉冲幅值的90%和输出脉冲幅值的90%两点测定该时间.3.4.12 下降时间fall time tf IGBT从

27、通态向断态转换期间，集电极电流下降分别达到规定的上限值瞬间和下限值瞬间之间的时间间隔。注g通常，上限值和下限值分别为脉冲帽值的90%和10%。3.4. 13 美断时间tum-off time toll 关断延迟时间与下降时间之和。3.4. 14 尾部时间tail time t. 从关断时间终点到集电极电流已经下降至其2%或较低的规定值瞬间的时间间隔。5 GB/T 29332-2012/IEC 60747-9:2007 4 文字符号4. 1 通则IEC 60747-1 :2006的第4章适用。4.2 补充的通用下标C, c 集电极E , e 发射极G , g 栅极sat 饱和th 阔值Z, Z

28、尾部S 端子短路R 端子接电阻X 端子按规定的栅极-发射极电压sus 维持4.3 文字符号名称文字符号4.3.1 电压集电极-发射极电压VCE 栅极-发射极短路时，集电极-发射极也压Vc白集电极-发射极维持电压VCE * 5U; 一一栅极-发射极短路时，集电极-主射极击穿电压V(BRlCES 集电极-发射极饱和电压VC&at 栅极-发射极电压VGE 集电极-发射极短路时，栅极-发射极电压VGES 栅极-发射极阔值电压VGE(曲规定栅极-发射极电阻时，集电极栅极电压VR 4.3.2 电流集电极电流Ic 集电极峰值电流I倒集电极重复峰值电流ICRM 栅极-发射极短路时，集电极截止电流IcES 尾部

29、电流Icz 6 G/T 29332-20 12/IEC 60747-9:2007 续表名称文字符号栅极电流h 集电极-发射极短路时，栅极漏电流h臼4.3.3 其他电物理量输入电容C; . 输出电容C. 反向传输电容C . 栅极电荷QG 栅极内阻r. 开通耗散功率P . 开通能量Eon 关断耗散功率Poff 关断能量Eoff 通态耗散功率p四时通态能量Ecood 总耗散功率P,t 4.3.4 时间尾部时间t. 4.3.5 热物理量结-壳热阻R由扫结-壳瞬态热阻抗Z削j-c)5 基本额定值和特性5. 1 额定值(极限值额定值应如所述对特定器件的整个工作条件范围有效，并给出规范的曲线(适用时)。5.

30、 1. 1 环境温度孔、管壳温度1或结温TJ最大值和最小值。5. 1.2 贮存温度T啕最大值和最小值。5. 1. 3 栅极-发射极短路时的集电极-发射极电压VCJ!8 最大值。注z此额定值不宜低于V(BRJCES(见5.2.1). 7 GB/T 29332-20 12/IEC 60747-9:2007 5. 1.4 集电极-发射极短跑时的栅极-发射极电压VG因正、负极性的最大值。5. 1.5 集电极连续电流Ic 最大值。5. 1.6 集电极重复峰值电流I删在规定的脉冲持续时间和占空比条件下，多个矩形脉冲的最大值。5. 1.7 集电极不重复峰值电流ICSM 在规定的脉冲持续时间条件下，一个矩形脉

31、冲的最大值。5. 1.8 总耗散功率Ptol 最大值。适用时，给出阵额曲线。5. 1. 9 最大安全工作区表示在管壳植度25c、直流电流和各种脉冲持续时间条件下，开通后的最大额定集电极电流Ic与开通前和开通期间集电极-发射极电压VCE关系的区域的图。即使在最佳冷却条件下，也不应超过最大额定集电极电流Ic。5. 1. 10 最大反偏安全工作区RBSOA 表示在规定条件下，IGBT在关断期间的短时间内能剧时承受集电极电流Ir:和集电极-发射极电压VCE而不失效的区域的图。5. 1. 11 最大短路安全工作区SCSOA 由短路持续时间tpsc和负载短路条件下不可超过的集电极-发射极电压VCE一对量但

32、给出的区域的图。短路电压源，器件可再次开通和关断而不失效。5. 1. 12 最大端子电流(适用时)111，阔流过主端子电流的最大方均根值.5. 1. 13 安装力F 适用时，最大值和最小值。5. 1. 14 安装力矩M 适用时，最大值和最小值。5.2 特性特性应在Tj=25 c (另有规定除外)和另一规定温度下给出。5.2.1 集电极发射极击穿电压V(R)帽在栅极-发射极短路时和规定的集电极电流条件下的最小值。8 G/T 29332-20 12/IEC 60747-9:2007 5.2.2 集电极发射极维持电压V旷皿如适用，在规定的集电极电流和栅极条件下的最小值。5.2.3 集电极发射极饱和电

33、压Va皿在规定的栅极电压和集电极电流条件下的最大值。5.2.4 栅极m发射极闰值电压VGI!恻在规定的集电极-发射极电压和集电极电流条件下的最小值和最大值。5.2.5 集电极截止电流Ia 在栅极端和发射极端间的规定接法和规定的集电极-发射极电压条件下的最大值。5.2.6 栅极漏电流IG困在最高额定栅极-发射极电压条件下的最大值。5.2.7 电窑在规定的集电极-发射极电压和测量频率下的下述典型值。5.2.7. 1 输入电容C . 在规定的偏置条件和规定的测量频率下，且输出交流短路，共发射极小信号下的输入电容典型值。5.2.7.2 输出电容C帽在规定的偏置条件和规定的测量频率下，且输入交流短路，共发射极小信号下的输出电容典型值。5.2.7.3 反向传输电窑C 在规定的偏置条件和规定的测量频率下，共发射极小信号下的反向传输电容典型值。5.2.8 栅极电荷QG 在规定的栅极-发射极电压、开通前集电极-发射极电压和开通后集电极电流条件下的典型值。5.2.9 栅极内阻r. 在规定的栅极-发射极电压、集电极-发射极电压和频率下，集电极端对发射极端交流短路时的最大值和(或)典型值。5.2. 10 开通能量E帽在下列规定条件下的单脉冲最大值1开通前的集电极-