60747-9 - IEC Normen Shop

NORME
INTERNATIONALE
CEI
IEC
INTERNATIONAL
STANDARD
60747-9
Edition 1.1
2001-11
Dispositifs à semiconducteurs –
Dispositifs discrets –
Partie 9:
Transistors bipolaires à grille isolée (IGBT)
Semiconductor devices –
Discrete devices –
Part 9:
Insulated-gate bipolar transistors (IGBTs)
Commission Electrotechnique Internationale
International Electrotechnical Commission
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Edition 1:1998 consolidée par l'amendement 1:2001
Edition 1:1998 consolidated with amendment 1:2001

– 2 – 60747-9 © CEI:1998+A1:2001
SOMMAIRE
AVANT-PROPOS ..................................................................................................................12
INTRODUCTION...................................................................................................................16
1 Domaine d'application.....................................................................................................18
2 Références normatives ...................................................................................................18
3 Définitions ......................................................................................................................18
3.1 Termes généraux ..................................................................................................18
3.2 Termes relatifs aux valeurs limites et aux caractéristiques; tensions et courants ....20
3.3 Termes relatifs aux valeurs limites et caractéristiques; autres caractéristiques .......22
4 Symboles littéraux ..........................................................................................................26
4.1 Généralités............................................................................................................26
4.2 Autres indices généraux ........................................................................................26
4.3 Liste des symboles littéraux ...................................................................................26
4.3.1 Tensions....................................................................................................26
4.3.2 Courants....................................................................................................26
4.3.3 Autres grandeurs électriques .....................................................................28
4.3.4 Amplitudes thermiques...............................................................................28
4.3.5 Temps .......................................................................................................28
5 Valeurs limites et caractéristiques essentielles................................................................30
5.1 Généralités............................................................................................................30
5.1.1 Méthodes de spécification..........................................................................30
5.1.2 Températures recommandées....................................................................30
5.2 Conditions pour les valeurs limites.........................................................................30
5.2.1 Transistors bipolaires à grille isolée à température ambiante spécifiée .......30
5.2.2 Transistors bipolaires à grille isolée à température de boîtier spécifiée.......30
5.3 Valeurs limites.......................................................................................................30
5.3.1 Tension collecteur-émetteur avec tension grille-émetteur nulle (VCES)........30
5.3.2 Tension grille-émetteur avec tension collecteur-émetteur nulle (VGES)........30
5.3.3 Courant (continu) de collecteur (IC) ............................................................30
5.3.4 Courant collecteur de pointe répétitif (ICRM) ...............................................30
5.3.5 Courant collecteur de pointe non répétitif (ICSM).........................................32
5.3.6 Zone de fonctionnement de sécurité...........................................................32
5.3.7 Dissipation totale de puissance (Ptot) .........................................................32
5.3.8 Température virtuelle de jonction (Tvj)........................................................32
5.3.9 Température de boîtier (Tc) (pour les transistors bipolaires à grille isolée
à température de boîtier spécifiée).............................................................32
5.3.10 Température de stockage (Tstg) .................................................................32
5.3.11 Force de fixation (F) ..................................................................................32
5.3.12 Tension de maintien collecteur-émetteur (VCE*sus) .....................................32
5.3.13 Aire de sécurité en inverse (RBSOA)..........................................................32
5.3.14 Aire de sécurité en court-circuit (SCSOA)...................................................32
5.3.15 Tension de décharge électrostatique spécifiée ...........................................34

60747-9  IEC:1998+A1:2001 – 3 –
CONTENTS
FOREWORD.........................................................................................................................13
INTRODUCTION...................................................................................................................17
1 Scope.............................................................................................................................19
2 Normative references......................................................................................................19
3 Definitions ......................................................................................................................19
3.1 General terms........................................................................................................ 19
3.2 Terms related to ratings and characteristics; voltages and currents ........................ 21
3.3 Terms related to ratings and characteristics; other characteristics .......................... 23
4 Letter symbols ................................................................................................................27
4.1 General ................................................................................................................. 27
4.2 Additional general subscripts ................................................................................. 27
4.3 List of letter symbols..............................................................................................27
4.3.1 Voltages ....................................................................................................27
4.3.2 Currents .................................................................................................... 27
4.3.3 Other electrical magnitudes........................................................................29
4.3.4 Thermal magnitudes .................................................................................. 29
4.3.5 Times ........................................................................................................ 29
5 Essential ratings and characteristics ............................................................................... 31
5.1 General ................................................................................................................. 31
5.1.1 Rating methods..........................................................................................31
5.1.2 Recommended temperatures .....................................................................31
5.2 Rating conditions ...................................................................................................31
5.2.1 Ambient-rated IGBTs .................................................................................31
5.2.2 Case-rated IGBTs ......................................................................................31
5.3 Ratings (limiting values)......................................................................................... 31
5.3.1 Collector-emitter voltage with gate-emitter short-circuited (VCES) ...............31
5.3.2 Gate-emitter voltages with collector-emitter short-circuited (VGES).............. 31
5.3.3 (Continuous) collector (direct) current (IC) .................................................. 31
5.3.4 Repetitive peak collector current (ICRM)...................................................... 31
5.3.5 Non-repetitive peak collector current (ICSM)................................................33
5.3.6 Safe operating area ...................................................................................33
5.3.7 Total power dissipation (Ptot) .....................................................................33
5.3.8 Virtual junction temperature (Tvj)................................................................ 33
5.3.9 Case temperature (Tc) (for case-rated IGBTs)............................................33
5.3.10 Storage temperature (Tstg)......................................................................... 33
5.3.11 Mounting force (F) .....................................................................................33
5.3.12 Collector-emitter sustaining voltage (VCE*sus).............................................33
5.3.13 Reverse biased safe operating area (RBSOA) ............................................33
5.3.14 Short-circuit safe operating area (SCSOA) .................................................33
5.3.15 Rated electrostatic discharge voltage ......................................................... 35

– 4 – 60747-9 © CEI:1998+A1:2001
5.4 Caractéristiques ....................................................................................................34
5.4.1 Tension de claquage collecteur (-émetteur) avec tension grille-émetteur
nulle (V(BR)CES) .........................................................................................34
5.4.2 Tension de saturation collecteur-émetteur (VCE(sat))...................................34
5.4.3 Tension de seuil grille-émetteur (VGE(TO)) ..................................................34
5.4.4 Courant collecteur résiduel (ICES) ..............................................................34
5.4.5 Courant de fuite de grille (IGES)..................................................................34
5.4.6 Dissipation d'énergie à l'établissement (par impulsion) (Eon) ......................34
5.4.7 Dissipation d'énergie à la coupure (par impulsion) (Eoff) .............................34
5.4.8 Capacités ..................................................................................................36
5.4.9 Charge de grille (Qge) ................................................................................36
5.4.10 Temps de commutation..............................................................................36
5.4.11 Résistance thermique jonction-boîtier (Rth(j-c)) ...........................................36
5.4.12 Résistance thermique jonction-ambiante (Rth(j-a)).......................................36
5.4.13 Impédance thermique transitoire jonction-boîtier (Zth(j-c)) ...........................38
5.4.14 Impédance thermique transitoire jonction-ambiante (Zth(j-a)) ......................38
5.4.15 Impédance thermique jonction-boîtier dans des conditions d'impulsion
(Zth(j-c)p) (principalement pour les transistors bipolaires à grille isolée
de faible puissance, lorsque cela s'applique)..............................................38
5.4.16 Impédance thermique jonction-ambiante dans des conditions d'impulsion
(Zth(j-a)p) (principalement pour les transistors bipolaires à grille isolée
de faible puissance, lorsque cela s'applique)..............................................38
5.4.17 Caractéristiques mécaniques et autres données.........................................38
6 Méthodes d'essai............................................................................................................38
6.1 Généralités............................................................................................................38
6.2 Méthodes d'essai...................................................................................................38
6.2.1 Tension de maintien collecteur-émetteur (VCE*sus) .....................................38
6.2.2 Tensions collecteur-émetteur (VCES, VCER, VCEX) ......................................42
6.2.3 Tension grille-émetteur (±VGES).................................................................44
6.2.4 Aire de sécurité en inverse (RBSOA)..........................................................46
6.2.5 Aire de sécurité en court-circuit..................................................................48
6.2.6 Tension de décharge électrostatique..........................................................54
6.2.7 Courant collecteur......................................................................................56
7 Méthodes de mesure ......................................................................................................58
7.1 Généralités............................................................................................................58
7.1.1 Précautions générales ...............................................................................58
7.1.2 Précautions de manipulation ......................................................................60
7.1.3 Symbole graphique des transistors bipolaires à grille isolée........................60
7.2 Méthodes de mesure .............................................................................................60
7.2.1 Tension de seuil grille-émetteur (VGE(TO)) ..................................................60
7.2.2 Courant de fuite de grille (IGES)..................................................................62
7.2.3 Dissipation de puissance à l'établissement (Pon), dissipation d'énergie
à l'établissement (par impulsion) (Eon) .......................................................64
7.2.4 Dissipation de puissance à la coupure (Poff), dissipation d'énergie
à la coupure (Eoff)......................................................................................68
7.2.5 Temps total d'établissement (ton), temps de retard à l'établissement
(td(on)), temps de croissance (tr).................................................................72
7.2.6 Temps total de coupure (toff), temps de retard à la coupure (td(off)),
temps de décroissance (tf) .........................................................................76

60747-9  IEC:1998+A1:2001 – 5 –
5.4 Characteristics ......................................................................................................35
5.4.1 Collector(-emitter) breakdown voltage with gate-emitter short-circuited
(V(BR)CES)..................................................................................................35
5.4.2 Collector-emitter saturation voltage (VCE(sat)).............................................35
5.4.3 Gate-emitter threshold voltage (VGE(TO)).................................................... 35
5.4.4 Collector cut-off current (ICES) ................................................................... 35
5.4.5 Gate leakage current (IGES) ....................................................................... 35
5.4.6 Turn-on energy (per pulse) (Eon) ................................................................ 35
5.4.7 Turn-off energy (per pulse) (Eoff)................................................................ 35
5.4.8 Capacitances.............................................................................................37
5.4.9 Gate charge (Qge)......................................................................................37
5.4.10 Switching times..........................................................................................37
5.4.11 Thermal resistance junction to case (Rth(j-c)) .............................................. 37
5.4.12 Thermal resistance junction to ambient (Rth(j-a))......................................... 37
5.4.13 Transient thermal impedance junction to case (Zth(j-c)) ...............................39
5.4.14 Transient thermal impedance junction to ambient (Zth(j-a)) .......................... 39
5.4.15 Thermal impedance junction to case under pulse conditions (Zth(j-c)p)
(where applicable, mainly for low-power IGBTs) .........................................39
5.4.16 Thermal impedance junction to ambient under pulse conditions (Zth(j-a)p)
(where applicable, mainly for low-power IGBTs) .........................................39
5.4.17 Mechanical characteristics and other data ..................................................39
6 Methods of testing ..........................................................................................................39
6.1 General ................................................................................................................. 39
6.2 Test methods ........................................................................................................ 39
6.2.1 Collector-emitter sustaining voltage (VCE*sus)............................................. 39
6.2.2 Collector-emitter voltages (VCES, VCER, VCEX) ...........................................43
6.2.3 Gate-emitter voltage (±VGES) ..................................................................... 45
6.2.4 Reverse biased safe operating area (RBSOA) ............................................ 47
6.2.5 Short-circuit safe operating area ................................................................ 49
6.2.6 Electrostatic discharge voltage...................................................................55
6.2.7 Collector current ........................................................................................57
7 Methods of measurement................................................................................................59
7.1 General ................................................................................................................. 59
7.1.1 General precautions...................................................................................59
7.1.2 Handling precautions .................................................................................61
7.1.3 Graphical symbol of IGBT .......................................................................... 61
7.2 Measuring methods ...............................................................................................61
7.2.1 Gate-emitter threshold voltage (VGE(TO)).................................................... 61
7.2.2 Gate leakage current (IGES) ....................................................................... 63
7.2.3 Turn-on power dissipation (Pon), turn-on energy (per pulse) (Eon)...............65
7.2.4 Turn-off power dissipation (Poff), turn-off energy (per pulse) (Eoff) .............. 69
7.2.5 Turn-on time (ton), turn-on delay time (td(on)), rise time (tr).......................... 73
7.2.6 Turn-off time (toff), turn-off delay time (td(off)), fall time (tf) ..........................77