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
| 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 |
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)。
| 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):
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。
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)。
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。
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。
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。
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?
標準版本
是否寫明 SEMI F47-0706,以及採用 IEC 61000-4-11 或 IEC 61000-4-34。
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。
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。
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。
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。
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。