關(guān)于MOS管失效的5大因素及處理措施

日期:2022-12-28 16:15:30 瀏覽量:1333 標(biāo)簽: 失效分析

MOS管是金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導(dǎo)體(semiconductor)場效應(yīng)晶體管,或者稱是金屬—絕緣體(insulator)—半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是能夠?qū)φ{(diào)的,他們都是在P型中構(gòu)成的N型區(qū)。在多數(shù)狀況下,這個兩個區(qū)是一樣的,即便兩端對調(diào)也不會影響半導(dǎo)體器件的性能。這樣的器件被以為是對稱的。目前在市場應(yīng)用方面,排名第一的是消費類電子電源適配器產(chǎn)品。排名第二的是計算機主板、NB、計算機類適配器、LCD顯示器等產(chǎn)品。第三的就屬網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制、汽車電子以及電力設(shè)備領(lǐng)域。這些產(chǎn)品對于MOS管的需求都很大。下面是關(guān)于MOS管失效的五大原因。

一、雪崩失效(電壓失效)

雪崩失效也就是我們常說的漏源間的BVdss電壓超過MOSFET的額定電壓,并且超過達(dá)到了一定的能力從而導(dǎo)致MOSFET失效。到底什么是雪崩失效呢,簡單來說MOSFET在電源板上由于母線電壓、變壓器反射電壓、漏感尖峰電壓等等系統(tǒng)電壓疊加在MOSFET漏源之間,導(dǎo)致的一種失效模式。簡而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過其規(guī)定電壓值并達(dá)到一定的能量限度而導(dǎo)致的一種常見的失效模式。

雪崩失效的預(yù)防措施:

雪崩失效歸根結(jié)底是電壓失效,因此預(yù)防我們著重從電壓來考慮。具體可以參考以下的方式來處理。

1:合理降額使用,目前行業(yè)內(nèi)的降額一般選取80%-95%的降額,具體情況根據(jù)企業(yè)的保修條款及電路關(guān)注點進(jìn)行選取。

2:合理的變壓器反射電壓。

3:合理的RCD及TVS吸收電路設(shè)計。

4:大電流布線盡量采用粗、短的布局結(jié)構(gòu),盡量減少布線寄生電感。

5:選擇合理的柵極電阻Rg。

6:在大功率電源中,可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)募尤隦C減震或齊納二極管進(jìn)行吸收。

關(guān)于MOS管失效的5大因素及處理措施

二、柵極電壓失效

造成柵極電壓異常高的主要原因有三:生產(chǎn)、運輸、裝配過程中的靜電;電力系統(tǒng)運行中設(shè)備和電路寄生參數(shù)引起的高壓諧振;在高壓沖擊過程中,高壓通過Ggd傳輸?shù)诫娋W(wǎng)(在雷擊試驗中,這種原因引起的故障更常見)。

柵極電壓失效的預(yù)防措施:

柵極和源極之間的過電壓保護:如果柵極和源極之間的阻抗過高,漏極和源極之間電壓的突然變化將通過電極間電容耦合到柵極上,導(dǎo)致非常高的UGS電壓超調(diào),從而導(dǎo)致柵極超調(diào)。氧化物層永久性損壞。如果是正方向上的UGS瞬態(tài)電壓,設(shè)備也可能導(dǎo)通錯誤。為此,應(yīng)適當(dāng)降低柵極驅(qū)動電路的阻抗,并在柵極和源極之間并聯(lián)一個阻尼電阻或一個穩(wěn)壓約20V的調(diào)壓器。必須特別注意防止開門操作。

三、SOA失效(電流失效)

SOA失效是指電源在運行時異常的大電流和電壓同時疊加在MOSFET上面,造成瞬時局部發(fā)熱而導(dǎo)致的破壞模式?;蛘呤切酒c散熱器及封裝不能及時達(dá)到熱平衡導(dǎo)致熱積累,持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過氧化層限制而導(dǎo)致的熱擊穿模式。

1:受限于最大額定電流及脈沖電流

2:受限于最大節(jié)溫下的RDSON。

3:受限于器件最大的耗散功率。

4:受限于最大單個脈沖電流。

5:擊穿電壓BVDSS限制區(qū)

我們電源上的MOSFET,只要保證能器件處于上面限制區(qū)的范圍內(nèi),就能有效的規(guī)避由于MOSFET而導(dǎo)致的電源失效問題的產(chǎn)生。

SOA失效的預(yù)防措施:

1:確保在最差條件下,MOSFET的所有功率限制條件均在SOA限制線以內(nèi)。

2:將OCP功能一定要做精確細(xì)致。

在進(jìn)行OCP點設(shè)計時,一般可能會取1.1-1.5倍電流余量的工程師居多,然后就根據(jù)IC的保護電壓比如0.7V開始調(diào)試RSENSE電阻。有些有經(jīng)驗的人會將檢測延遲時間、CISS對OCP實際的影響考慮在內(nèi)。但是此時有個更值得關(guān)注的參數(shù),那就是MOSFET的Td(off)。它到底有什么影響呢,我們看下面FLYBACK電流波形圖。

電流波形在快到電流尖峰時,有個下跌,這個下跌點后又有一段的上升時間,這段時間其本質(zhì)就是IC在檢測到過流信號執(zhí)行關(guān)斷后,MOSFET本身也開始執(zhí)行關(guān)斷,但是由于器件本身的關(guān)斷延遲,因此電流會有個二次上升平臺,如果二次上升平臺過大,那么在變壓器余量設(shè)計不足時,就極有可能產(chǎn)生磁飽和的一個電流沖擊或者電流超器件規(guī)格的一個失效。

3:合理的熱設(shè)計余量,這個就不多說了,各個企業(yè)都有自己的降額規(guī)范,嚴(yán)格執(zhí)行就可以了,不行就加散熱器。

四、靜電失效

靜電的基本物理特性是:有吸引力或斥力;有電場,與地球有電位差;產(chǎn)生放電電流。這三種情況對電子元件有以下影響:

1、該元件吸收灰塵,改變線路之間的阻抗,影響元件的功能和壽命。

2、由于電場或電流的作用,元件的絕緣層和導(dǎo)體損壞,使元件不能工作(完全損壞)。

3、由于電場的瞬時軟擊穿或電流過熱,元件受到損壞。雖然它還能工作,但它的生命受到了損害。

靜電失效預(yù)防措施:

MOS電路輸入端的保護二極管在通電時的電流容限為1毫安。當(dāng)可能出現(xiàn)過大的瞬時輸入電流(大于10mA)時,輸入保護電阻應(yīng)串聯(lián)。同時,由于保護電路吸收的瞬時能量有限,過大的瞬時信號和過高的靜電電壓會使保護電路失效。因此,在焊接過程中,烙鐵必須可靠接地,以防止設(shè)備輸入端子泄漏。一般使用時,斷電后,可利用烙鐵的余熱進(jìn)行焊接,其接地腳應(yīng)先焊好。

五、體二極管故障

在橋式、LLC等有用到體二極管進(jìn)行續(xù)流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中,由于體二極管遭受破壞而導(dǎo)致的失效。在不同的拓?fù)浜碗娐分?,MOS管具有不同的作用。例如,在LLC中,體二極管的速度也是影響MOS管可靠性的一個重要因素。由于二極管本身是寄生參數(shù),因此很難區(qū)分漏源體二極管故障和漏源電壓故障。二極管故障的解決方案主要是通過結(jié)合自身電路來分析。

以上是創(chuàng)芯檢測小編整理的MOS管失效相關(guān)內(nèi)容,希望對您有所幫助。我公司擁有專業(yè)工程師及行業(yè)精英團隊,建有標(biāo)準(zhǔn)化實驗室3個,實驗室面積1800平米以上,可承接電子元器件測試驗證、IC真假鑒別,產(chǎn)品設(shè)計選料、失效分析,功能檢測、工廠來料檢驗以及編帶等多種測試項目。

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