AEC-Q100文件，是芯片开展车规等级验证的重要标准和指导文件。

E组验证是ELECTRICAL VERIFICATION TESTS电气特性验证测试

本文将重点对E组的第10项SC ---- Short Circuit Characterization短路特性描述项目进行展开讨论。

SC - Short Circuit Characterization 短路特性

表格中信息介绍和解读

表格中的信息给出，SC的分类是E10，Notes中包含了D、G，也就是说破坏性测试、承认通用数据。

需求的样品数量10pcs/lot，来自三个批次。

接受标准就是0失效。

测试方法就是AEC Q100-012文件，这是AEC Q100文件的第12个附件。

附加需求：

适用于所有智能电源器件。这种测试和统计评估(见Q100-012第4节)应根据用户和供应商之间的协议，在个案基础上执行。

那我们看一下AEC Q100-012文件说了什么？

AEC - Q100-012 - REV SHORT CIRCUIT RELIABILITY CHARACTERIZATION OF SMART POWER DEVICES FOR 12V SYSTEMS

1 适用范围

本文档建立了一个表征12V系统智能电源器件短路可靠性的流程。不同的工作电压(如28V, 42V)目前不在本文档的范围内。

1.1 目的

本规范的目的是验证在持续短路条件下产品“保护”功能的工作可靠性。本文档并不为解决白炽灯应用中出现的软短路故障(例如，外部照明电路)。这些应用情况将在单独的文件中评估。目前超出本文档范围的其他保护策略和工作电压也将在其他的文档中进行评估。

1.2 相关文件
无

1.3 名词和定义

1.3.1 智能电源器件

在本文档中，智能电源器件定义为向外部负载供电的半导体器件，并提供嵌入式保护功能，以防止由于负载短路而导致的系统故障。

1.3.2 栓锁保护

在检测到过载情况后，通过保护功能永久关闭的器件在本文档的上下文中称为“闭锁器件latching device”。栓锁保护必须通过系统/固件控制来重置(例如，关闭器件或清除寄存器中的故障标志)，然后才能再次打开器件。

1.3.3 自动重启保护

一种器件，在检测到过载情况后，由其保护功能关闭电源，但自动重新启动(在给定的时间或故障情况消除后；例如，冷却一定时间后)在本文档上下文中称为“自动重启器件”。当处于连续短路状态时，该器件一般会以关机和重新启动(“切换”)的周期性循环运行。

1.3.4 过温保护

当达到某一最高结温时关闭器件的功能称为“过温保护”。其他保护机制(如电流限制保护、脉宽调制保护)可在过温保护停机发生前将功率损耗调整到安全值。对于这样的器件，最坏应力条件通常施加在最低规定的工作环境温度，这样可以导致热保护停机前的器件得到最大温升。

1.3.5 状态反馈

在本文档的上下文中，提供专用信号来通知用户系统(如微控制器)出现过载情况的器件称为“带有状态反馈的器件”。

1.3.5.1 无状态反馈

在本文档的上下文中，对过载情况执行保护功能，但不提供专用信号通知系统(如微控制器)的器件称为“无状态反馈器件”。

1.3.6 电源电压

12V系统是指电池标称电压为12V，范围为9V到16V，取决于交流发电机和负载。14V被认为是电池连续运行的标准平均电压。因此，所有短路可靠性测试均在14V条件下进行。

1.3.7 短路

在本文档的范围内，短路被定义为负载电路中的恒定过载条件:

(a)会产生超过器件过流限制的电流，直到被测电源器件根据其嵌入的保护功能作出反应;

(b)过高的器件电流能够触发一个(或多个)嵌入式器件保护功能。

根据所选的测试条件，器件也可以通过外部控制开关(见第3节)。

1.3.8 软短路
负载电路中的恒定过载状态，不会触发器件的闩锁或自动重启保护机制。

2 设备

不适用

3 流程

3.1 重复短路特性

3.1.1 高压侧器件测试电路

高压侧器件的测试电路如图1所示。该电源的模型为理想电压源VBAT = 14V±2%，总电阻

Rsupply = 10mΩ±20%(包括电缆和器件连接电阻)，电感Lsupply = 5μH±20%。

短路可能发生在从器件到负载输出电缆上的任何地方。因此，该电缆长度对应的电阻和电感可能不同。它们也受电缆线束的直径和几何形状的影响。为了进行短路可靠性测试，在章节3.2中定义了两种极端情况(参见表1)。

图1 高压器件的等效测试电路

3.1.2 低压侧器件测试电路

低侧器件的测试电路如图2所示。由于只有一个电源电路，不需要考虑供电和短路的独立阻抗。供电阻抗和负载阻抗的建模如图2所示，其值在第3.2节中定义(参见表1)。

图2 低压器件的等效测试电路

3.2 短路检测操作要点

实际短路阻抗取决于PCB和连接器电阻、电缆长度和直径以及存在故障的电阻。短路可靠性测试必须采用两个标准化的最坏情况条件，见表1。

表1 短路特性阻抗的定义

3.2.1 终端短路(TSC)

直接发生在靠近器件的系统终端上的短路，用Lshort＜1μH, Rshort = 20mW模型。TSC阻抗与PCB导线、连接器和故障电阻对应。接线电感不得超过1μH。

*注1:对于Ishort ≤ 20A的输出不需要TSC测试。

3.2.2 负载短路(LSC)

在连接器件和负载的电缆末端发生的短路，根据器件的规格用Lshort= 5μH，并且Rshort取决于器件的规格:

当Rshort = 100mΩ，对应短路电流20A＜Ishort ≤ 100A

当Rshort = 50mΩ，对应短路电流 Ishort＞100A

LSC阻抗对应的电缆束长度约为5米，截面积为1mm²或2mm²，连接低阻抗接地通路。

3.2.2.1 电源电压补偿

为了补偿LSC测试时遇到的连接电阻(例如，由于插座、电缆、连接器等)，可能需要调整电源电压，以保持负载和测试器件之间所需的电压降。补偿电源电压可由下式计算:

其中Rtotal = 110mΩ + Rdevice + Rparasitic(寄生电阻)

其中110mΩ = Rshort + Rsupply

Rdevice = 短路是器件的阻值

Rparasitic = 所有连接带来的电阻值累加，比如连接器、电缆等

3.3 试验装置、材料和条件

印刷电路板的设计、连接器、测试插座和材料对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装置预防措施。被测试的器件必须以适当的方式安装和连接，以确保:

a.按表1要求的低阻抗触点。

b.供应商为其应用推荐的冷却条件。

c.器件安装条件不影响性能。

短路可靠性测试的性能及其结果与现场应用环境的关系，取决于被测部件的冷却速率、后续触发脉冲的冷却温度和测试系统设置的启动(或环境)温度。冷却速率取决于散热器和测试系统中使用的材料。后续触发脉冲的冷却温度取决于脉冲之间的时间。

3.4 试验条件的选择

根据智能电源器件的保护理念，包括状态反馈，需要选择以下测试条件:

3.4.1 冷重复短路测试-短脉冲

必须对所有带状态反馈的器件执行此测试，即使闭锁器件不能提供状态反馈功能也必须执行此测试。

冷重复短路测试是指连续脉冲之间达到完全冷却的情况。智能电源器件按表1置于短路模式并开机，在收到状态反馈或进入关机状态(见图3)后以10ms(±20%)的延时关闭。短脉冲用于模拟系统/单片机的快速反应。

关机和下一次激活之间的时间必须足够长，以确保器件完全冷却到测试温度(参见章节3.4.3)。重复这个顺序，直到检测出器件出现故障。记录到失效的循环次数，以便进行统计评估(见第4节)。

该测试允许比较器件性能，而不受边界条件的显著影响。

对于闭锁器件只需在短脉冲条件下进行测试，即使闭锁器件不提供状态反馈，因为它由于长脉冲测试与热重复测试的表现无差异，所以长脉冲测试对于闭锁器件不可行。

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。智能电源器件置于短路模式，按表1配置打开，收到状态反馈(见图3)后关闭，延时300ms(±10%)。如果器件没有状态反馈，则300ms后关闭。长脉冲用于模拟系统/微控制器的延迟反应。

连续长脉冲之间的时间必须足够长，以确保器件足够冷却，以达到测试温度(见章节3.4.3)。重复这个顺序，直到检测到器件出现故障。记录到失效的循环次数，以便进行统计评估(见第4节)。

该测试代表了微控制器的最坏反应时间的实际工作条件。边界条件可以部分影响冷却速率。

图3 冷重复短路器件信号的典型时序图

3.4.3 冷重复短路测试器件测试温度

对于过温保护器件(见定义1.3.4)，重复性短路测试必须在规定的最低器件测试温度(汽车芯片一般为-40℃)下进行。

对于其他不涉及过温保护停机的保护概念，必须通过在最低和最高指定环境温度下进行重复短路测试来评估最坏情况下的器件测试温度。如果实际应用需要另一种测试温度，建议将25℃作为标准条件。

3.4.4 热重复短路测试

必须对所有自动重启器件执行此测试。“热”重复短路测试是指开关机操作接近关机温度的情况。根据表1将智能电源器件置于短路模式并打开，并保持打开状态以自动重启模式运行，直到检测到器件故障(见图4)。

本次测试环境温度设置为25℃。器件应暴露在气流中，以提供足够的冷却条件。热重复测试可以依赖于边界条件，但它是一个重要的测试，因为它允许评估在系统/微控制器没有反应的情况下，器件可以支持短路多长时间。

图4 热重复短路器件信号的典型时序图

3.5 测试脉冲的实际应用

3.4.1节和3.4.2节描述的冷重复测试脉冲可以通过如下两种方式实现:

3.5.1 状态反馈信号检测

对于提供状态反馈信号的器件，建议测试设备能够检测并响应被测器件提供的状态反馈信号，最大延迟为5ms。

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，则可以通过测量给定的被测器件样本提供状态反馈信号所需的最大时间，并加上指定的延迟(分别为10ms或300ms)来获得最坏情况下的脉冲间隔，从而离线确定总脉冲宽度，然后将该脉冲间隔应用于所有器件。如果此流程对第3.4.1节和第3.4.2节定义的测试产生的总脉冲宽度差小于20%，则只产生第3.4.2节中较长的脉冲宽度应使用。

3.5.3 测试应用举例

考虑一个器件的样品，它在打开后的1500ms到2000ms之间发送状态反馈，并置于短路状态。这些器件将在下列脉冲宽度应用于器件控制输入时进行测试:

a.能够反馈检测的器件:

短脉冲= 1510…2010毫秒

长脉冲= 1800…2300ms(由测试设备单独控制)

b.不能反馈检测的器件:

短脉冲= 2010ms -未测试，与长脉冲时间差异小于20%

长脉冲= 2300ms(测试设备设置为所有器件的最大值)

3.6 故障检测

与短路操作有关的故障可能以两种方式发生:

·器件无法关闭(电气短路)

·器件无法开机(开路)

测试过程必须确保检测到两种失效模式。当检测到器件故障时，必须小心避免器件故障影响或损坏其他被测器件。

短路应力会导致被测器件物理性能的退化，从而导致电参数(如导通电阻)的偏移。因此，当常规(开/短路)故障无法在合理的测试时间内观察到时，超出规定限度的电气参数漂移可以用作替代失效准则。

3.7 样本量

用于短路测试的样品必须从3个独立批次中提取。样本量必须足够大，以保证数据的统计有效性。每次测试建议每个批次至少10个样品。

3.8 多个输出/通道器件

当测试具有多个输出/通道的器件时，可以测试一个器件输出/通道，该器件输出/通道代表其他“类似的”输出/通道。“类似”输出/通道定义为具有与其他器件输出/通道相同的电气特性(例如，驱动电流、保护电路等)。

例如，一个有4个0.5A输出/通道、2个1A输出/通道和2个2A输出/通道的8通道器件需要3个独立的短路测试组:一个用于0.5A输出/通道，一个用于1A输出/通道，一个用于2A输出/通道。

3.9 测试终止标准

本文件所述的重复短路试验应在下列两种情况之一时终止:

a.根据章节3.6定义的标准，在给定条件下测试的所有器件中至少有50%是失败的。

b.如果观察到的故障数量不足以进行统计评估，则可以在预定义的测试时间后终止测试。建议至少100小时(热重复测试)或100,000开关周期(冷重复测试)。

如果测试在至少50%的被测器件失效前终止，则剩余部件必须根据器件规格书的参数限制进行表征，以证明它们在规格范围内。

4. 测试结果的评估和报告

4.1 试验条件说明

重复短路测试结果报告应包含以下最少的信息:

a.测试电路规范说明，包括阻抗值和电源电压

b.器件测试温度

c.脉冲宽度和重复频率(如适用)

d.样本数量

e.第4.2或4.3节所述形式的测试结果。

4.2 失效数据的统计评估

如果观察到足够多的故障进行统计评估，则失效部件的累积故障分布与故障周期数(CTF)之间的关系可以从数值上拟合为对数正态分布或威布尔分布(图5为拟合测量数据的分布示例)。

4.2.1 累积对数正态分布:

Φ =累积正态分布函数

log CTFmean =对数CTF均值

Log σ=对数标准差

4.2.2 累积威布尔分布:

CTF(63%) = 63%故障的循环次数

γ =威布尔指数

4.2.3 分布数据可以用以下形式报告:

a.上述所选分布的统计参数。

b.给定累积故障率的失效周期表。建议至少达到100ppm和1000ppm值。

4.2.4 对于热重复短路测试，必须报告器件的切换/重新触发频率，以便计算故障时间。

4.3 试验结果等级等级说明

如果满足第3.9节测试终止的条件，测试结果可以根据表2以等级级别的形式报告。如果样品在测试期间没有发生故障，则该等级级别应由第一次观察到故障的循环次数确定，或由测试循环的总次数确定。

表2 循环能力级别定义

如果观察到的故障数量足够多，建议执行统计评估(见第4.2节)并报告分布参数，因为这样可以向客户提供最完整的信息。

即使在故障数据不充分的情况下(例如，由于被测试产品的稳健性能或测试时间的费用限制)，也可以指定等级级别(见第4.3节)，但它们包含的用于可靠性计算的信息较少。

图5 对数正态数据图示例

本文对AEC-Q100 E组的第10项内容SC验证项目进行了介绍和解读，希望对大家有所帮助。

搜索

热门标签:

AEC-Q100车规芯片验证E10：SC - Short Circuit Characteri

SC - Short Circuit Characterization 短路特性

表格中信息介绍和解读

AEC - Q100-012 - REV SHORT CIRCUIT RELIABILITY CHARACTERIZATION OF SMART POWER DEVICES FOR 12V SYSTEMS