MOS管失效的六大原因

MOS管是金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導體(semiconductor)場(chǎng)效應晶體管，或者稱(chēng)是金屬—絕緣體(insulator)—半導體。MOS管的source和drain是可以對調的，他們都是在P型backgate中形成的N型區。在多數情況下，這個(gè)兩個(gè)區是一樣的，即使兩端對調也不會(huì )影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱(chēng)的。

目前在市場(chǎng)應用方面，排名第一的是消費類(lèi)電子電源適配器產(chǎn)品。而MOS管的應用領(lǐng)域排名第二的是計算機主板、NB、計算機類(lèi)適配器、LCD顯示器等產(chǎn)品，隨著(zhù)國情的發(fā)展計算機主板、計算機類(lèi)適配器、LCD顯示器對MOS管的需求有要超過(guò)消費類(lèi)電子電源適配器的現象了。

第三的就屬網(wǎng)絡(luò )通信、工業(yè)控制、汽車(chē)電子以及電力設備領(lǐng)域了，這些產(chǎn)品對于MOS管的需求也是很大的，特別是現在汽車(chē)電子對于MOS管的需求直追消費類(lèi)電子了。

對MOS失效的原因分析，對1，2重點(diǎn)進(jìn)行分析

1：雪崩失效(電壓失效)，也就是我們常說(shuō)的漏源間的BVdss電壓超過(guò)MOSFET的額定電壓，并且超過(guò)達到了一定的能力從而導致MOSFET失效。

2：SOA失效(電流失效)，既超出MOSFET安全工作區引起失效，分為Id超出器件規格失效以及Id過(guò)大，損耗過(guò)高器件長(cháng)時(shí)間熱積累而導致的失效。

3：體二極管失效：在橋式、LLC等有用到體二極管進(jìn)行續流的拓撲結構中，由于體二極管遭受破壞而導致的失效。

4：諧振失效：在并聯(lián)使用的過(guò)程中，柵極及電路寄生參數導致震蕩引起的失效。

5：靜電失效：在秋冬季節，由于人體及設備靜電而導致的器件失效。

6：柵極電壓失效：由于柵極遭受異常電壓尖峰，而導致柵極柵氧層失效。

雪崩失效分析(電壓失效)

到底什么是雪崩失效呢，簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)MOSFET在電源板上由于母線(xiàn)電壓、變壓器反射電壓、漏感尖峰電壓等等系統電壓疊加在MOSFET漏源之間，導致的一種失效模式。簡(jiǎn)而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過(guò)其規定電壓值并達到一定的能量限度而導致的一種常見(jiàn)的失效模式。

下面的圖片為雪崩測試的等效原理圖，做為電源工程師可以簡(jiǎn)單了解下。

可能我們經(jīng)常要求器件生產(chǎn)廠(chǎng)家對我們電源板上的MOSFET進(jìn)行失效分析，大多數廠(chǎng)家都僅僅給一個(gè)EAS.EOS之類(lèi)的結論，那么到底我們怎么區分是否是雪崩失效呢，下面是一張經(jīng)過(guò)雪崩測試失效的器件圖，我們可以進(jìn)行對比從而確定是否是雪崩失效。

雪崩失效的預防措施

雪崩失效歸根結底是電壓失效，因此預防我們著(zhù)重從電壓來(lái)考慮。具體可以參考以下的方式來(lái)處理。

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

2：合理的變壓器反射電壓。

3：合理的RCD及TVS吸收電路設計。

4：大電流布線(xiàn)盡量采用粗、短的布局結構，盡量減少布線(xiàn)寄生電感。

5：選擇合理的柵極電阻Rg。

6：在大功率電源中，可以根據需要適當的加入RC減震或齊納二極管進(jìn)行吸收。

SOA失效(電流失效)

再簡(jiǎn)單說(shuō)下第二點(diǎn)，SOA失效是指電源在運行時(shí)異常的大電流和電壓同時(shí)疊加在MOSFET上面，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導致的破壞模式?；蛘呤切酒c散熱器及封裝不能及時(shí)達到熱平衡導致熱積累，持續的發(fā)熱使溫度超過(guò)氧化層限制而導致的熱擊穿模式。

關(guān)于SOA各個(gè)線(xiàn)的參數限定值可以參考下面圖片。

1：受限于最大額定電流及脈沖電流

2：受限于最大節溫下的RDSON。

3：受限于器件最大的耗散功率。

4：受限于最大單個(gè)脈沖電流。

5：擊穿電壓BVDSS限制區

我們電源上的MOSFET，只要保證能器件處于上面限制區的范圍內，就能有效的規避由于MOSFET而導致的電源失效問(wèn)題的產(chǎn)生。這個(gè)是一個(gè)非典型的SOA導致失效的一個(gè)解刨圖，由于去過(guò)鋁，可能看起來(lái)不那么直接，參考下。

SOA失效的預防措施

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(xiàn)以?xún)取?/span>

2：將OCP功能一定要做精確細致。

在進(jìn)行OCP點(diǎn)設計時(shí)，一般可能會(huì )取1.1-1.5倍電流余量的工程師居多，然后就根據IC的保護電壓比如0.7V開(kāi)始調試RSENSE電阻。有些有經(jīng)驗的人會(huì )將檢測延遲時(shí)間、CISS對OCP實(shí)際的影響考慮在內。但是此時(shí)有個(gè)更值得關(guān)注的參數，那就是MOSFET的Td(off)。它到底有什么影響呢，如下面FLYBACK電流波形圖

從圖中可以看出，電流波形在快到電流尖峰時(shí)，有個(gè)下跌，這個(gè)下跌點(diǎn)后又有一段的上升時(shí)間，這段時(shí)間其本質(zhì)就是IC在檢測到過(guò)流信號執行關(guān)斷后，MOSFET本身也開(kāi)始執行關(guān)斷，但是由于器件本身的關(guān)斷延遲，因此電流會(huì )有個(gè)二次上升平臺，如果二次上升平臺過(guò)大，那么在變壓器余量設計不足時(shí)，就極有可能產(chǎn)生磁飽和的一個(gè)電流沖擊或者電流超器件規格的一個(gè)失效。

3：合理的熱設計余量，這個(gè)就不多說(shuō)了，各個(gè)企業(yè)都有自己的降額規范，嚴格執行就可以了，不行就加散熱器。

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