SEMI F47 Voltage Sag Immunity

SEMI F47 是什麼?耐受曲線、測試流程與測試報告怎麼看

SEMI F47 是半導體設備的電壓驟降耐受標準,要求設備在電壓剩 50% 持續 0.2 秒、70% 持續 0.5 秒、80% 持續 1 秒時不可停機。本文整理 F47-0706 的測試點、實際測試流程、通過與否的判定方式,以及拿到測試報告時該看哪些地方。

重點摘要:SEMI F47 是什麼?

SEMI F47 是國際半導體產業協會(SEMI)訂定的電壓驟降耐受規範,1999 年通過,現行版本為 F47-0706。它要求半導體製程、量測與自動測試設備通過三個測試點:電壓剩 50% 持續 200 毫秒、70% 持續 500 毫秒、80% 持續 1 秒,期間不可停機、不需人員介入。測試方法依設備電流大小,採用 IEC 61000-4-11(每相 16 A 以下)或 IEC 61000-4-34(16 A 以上)。

SEMI F47 是什麼?管哪些設備、不管哪些?

SEMI F47 由 EPRI(美國電力研究院)、電力公司、半導體廠與設備商共同推動,1999 年通過(EPRI,2013)。它規定的是半導體製程、量測與自動測試設備「最低」要撐過的電壓驟降,目的很單純:壓降發生時,設備繼續運轉,不需要操作人員介入。

它不處理的範圍也要知道:F47 不管產品品質,也不涵蓋電壓突升、高頻突波等其他電力擾動(Advanced Energy,AN1401)。廠務系統另有 SEMI F49 指引,電力公司端的壓降表現則參考 SEMI F50。

SEMI F47 耐受曲線:F47-0706 的三個測試點

SEMI F47-0706 必要測試點
剩餘電壓持續時間50 Hz 週波數60 Hz 週波數
50%200 毫秒10 週波12 週波
70%500 毫秒25 週波30 週波
80%1 秒50 週波60 週波
SEMI F47-0706 電壓驟降耐受曲線示意:橫軸為壓降持續時間(秒,對數刻度),縱軸為剩餘電壓百分比。必要測試點為 50% 持續 0.2 秒、70% 持續 0.5 秒、80% 持續 1 秒,曲線上方的壓降設備都必須撐過;虛線為建議耐受點:0% 持續 1 週波、80% 持續 10 秒、90% 持續運轉 0.010.020.050.10.20.5125100%10%20%30%40%50%60%70%80%90%100% 50%・0.2 秒70%・0.5 秒80%・1 秒 曲線上方:設備必須持續運轉 建議:90% 持續運轉 建議:80% 持續 10 秒 建議:0% 持續 1 週波 壓降持續時間(秒,對數刻度) 剩餘電壓 © DEYly 帝亞智能
圖:SEMI F47-0706 耐受曲線示意,DEYly 帝亞智能依標準測試點繪製。實線是必要測試點,虛線是「建議、但非必要」的耐受點;正式判定以 SEMI 標準原文為準。

百分比指的是「壓降期間還剩多少電壓」。例如 200 V 系統發生 70% 壓降,電壓是降到 140 V,而不是 60 V。

此外,F47-0706 還列了三個「建議、但非必要」的耐受點:電壓剩 0% 持續 1 週波(20 毫秒)、剩 80% 持續 10 秒、剩 90% 持續運轉(Advanced Energy,AN1401)。

F47-0706 和舊版 F47-0200 差在哪?

2006 年的改版移除了舊版「50% 持續 50 毫秒」這個測試點,並改成「在三個測試點通過」就算符合,不再以「曲線以上的範圍都要撐住」來判定;新版也明確寫出不要求三相同時壓降的測試。此後這份標準在 2011–2012 年複審時認定不需技術修改,維持至今(Lewis Bass,SEMI F47 標準沿革)。

SEMI F47-0200 與 F47-0706 對照
項目F47-0200(舊版)F47-0706(現行)
發布時間2000 年 2 月2006 年 7 月;2011–2012 年複審,維持不變
50% 持續 50 毫秒有這個測試點移除
必要測試點50%/50 毫秒起,到 80%/1 秒50%/200 毫秒、70%/500 毫秒、80%/1 秒
怎樣算符合曲線以上的範圍都要撐住三個測試點通過即可
三相同時壓降未明確規定明確寫出不要求

版本號的後四碼是發布年月:0200=2000 年 2 月、0706=2006 年 7 月。設備規格或採購文件寫的是哪一版,驗收方式就不同,要先對清楚。

SEMI F47 測試流程:實際怎麼測?

以下流程整理自 F47-0706 的規定與實際公開的測試報告(PULS TP960.241 SEMI F47 測試報告,2024):

  1. 確認受測條件

    記錄受測設備的額定電壓、頻率與負載。測試必須在「代表實際使用」的負載下進行,空載通過沒有意義。50 Hz 和 60 Hz 都要考慮;以上述報告為例,50 Hz 的條件比 60 Hz 更嚴苛。

  2. 選擇測試方法

    每相電流 16 A 以下的設備,依 IEC 61000-4-11 的程序測試;16 A 以上依 IEC 61000-4-34。F47 的三個測試點,在 IEC 61000-4-34 裡屬於「使用者自訂」的 Class X 等級(EPRI,2013)。

  3. 架設測試設備

    用可程式交流電源或壓降產生器供電,再以示波器、差動探棒量測輸入電壓,電流探棒量測輸入電流,同時監看設備的輸出與狀態訊號。測試用電源的峰值電流能力也要符合 IEC 標準的要求。

  4. 施加壓降

    單相設備在相與中性點之間施加壓降;沒有中性線的三相設備,則把壓降施加在其中一組相對相(例如 L1–L2)。測試設備可以控制壓降開始的相位角,詳細的相位角與重複次數以標準原文為準。

  5. 判定是否通過

    整台設備的判定標準是「不中斷」:不發生需要外部介入才能恢復的故障或停機。元件層級(例如電源供應器)則依下一節的 a、b、c 三種標準判定。

  6. 附加量測與出具報告

    好的測試報告還會記錄壓降結束、電壓恢復瞬間的湧入電流(用來確認保險絲選得對不對),以及不同環境溫度下的結果。

通過標準:整台設備和元件不一樣

整台半導體設備的通過標準是「不中斷」。子系統和元件則可以依用途,指定符合以下其中一種(Advanced Energy,AN1401):

等級壓降期間恢復方式可否送出異常訊號
a維持滿載額定運轉不受影響—
b可以無法滿載運轉自行恢復,不需人員或主控制器介入不可送出
c可以無法滿載運轉自行恢復,不需人員或主控制器介入可以送出

拿到 SEMI F47 測試報告,要看哪 6 件事?

  1. 標準版本

    是否寫明 SEMI F47-0706,以及採用 IEC 61000-4-11 或 IEC 61000-4-34。

  2. 測試條件和你的現場一不一樣

    測試電壓、頻率、負載是否跟你實際使用的條件相同。報告只證明「在報告寫的條件下」通過。

  3. 壓降施加在哪裡

    三相設備是施加在哪一組相對相。F47 不要求三相同時壓降,這點要心裡有數。

  4. 用的是哪一級通過標準

    元件報告是依 a、b、c 哪一級判定,它的「通過」對你的整台設備夠不夠。

  5. 報告寫明的限制

    元件報告常會註明「系統整合商須自行判斷是否適用」。例如上述電源報告就寫明,F47 認證並非為這類元件設計,由整合商判斷相容性。

  6. 老化的影響

    電源的撐住時間會隨元件老化縮短。上述報告估計,在使用壽命末期撐住時間可能減少約 15%。新機通過,不代表十年後還能通過。

通過 SEMI F47,為什麼還是會因壓降停機?

因為 F47 只是「最低」要求。EPRI 指出,SEMI F47、IEC 61000-4-11 與 IEC 61000-4-34 都沒有要求測試三相同時壓降(EPRI,2013),而實際電網事故可能造成三相一起掉。其他常見原因還有:壓降比 50% 更深或持續更久、短時間內連續發生、周邊元件與廠務系統不在 F47 範圍內,以及設備老化。這段缺口的處理方式,可以參考 SEMI F47 的缺口與壓降保護。

常見問題

SEMI F47 的三個測試點是什麼?

電壓剩 50% 持續 200 毫秒、剩 70% 持續 500 毫秒、剩 80% 持續 1 秒。設備在這三個條件下都必須持續運轉,不需要人員介入。

SEMI F47 耐受曲線怎麼看?

橫軸是壓降持續多久,縱軸是壓降期間還剩多少電壓。F47-0706 的曲線由三個必要測試點組成:剩 50% 持續 0.2 秒、剩 70% 持續 0.5 秒、剩 80% 持續 1 秒;落在曲線上方(掉得比較淺、或時間比較短)的壓降,設備都必須持續運轉。曲線下方的壓降不在 F47 要求範圍內,實際電網仍可能發生。

SEMI F47 和 IEC 61000-4-34 有什麼關係?

SEMI F47 規定「要撐過哪些壓降」,IEC 61000-4-11 與 IEC 61000-4-34 規定「怎麼測」。每相 16 A 以下的設備用 IEC 61000-4-11,16 A 以上用 IEC 61000-4-34。

舊設備沒有通過 SEMI F47,一定要換掉嗎?

不一定。多數舊設備跳機,是少數幾個元件撐不住,例如交流控制繼電器、接觸器或控制電源。找出這些元件逐一強化,或只在控制迴路加裝電壓驟降補償器,通常就能改善。

電源供應器可以拿到 SEMI F47 證書嗎?

元件通常是提供依 F47 測試的報告,而不是整機證書。以公開的電源測試報告為例,就註明 F47 證書並非為這類元件設計,須由設備整合商判斷報告是否適用於整台設備。

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