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                            MOS管失效的6大原因 全面深度的分析及失效應對措施-KIA MOS管

                            信息來源:本站 日期:2018-11-27 

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                            MOS管失效的六大原因

                            MOS管是金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導體(semiconductor)場效應晶體管,或者稱是金屬—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,這個兩個區是一樣的,即使兩端對調也不會影響器件的性能。這樣的器件被認為是對稱的。


                            目前在市場應用方面,排名第一的是消費類電子電源適配器產品。而MOS管的應用領域排名第二的是計算機主板、NB、計算機類適配器、LCD顯示器等產品,隨著國情的發展計算機主板、計算機類適配器、LCD顯示器對MOS管的需求有要超過消費類電子電源適配器的現象了。


                            第三的就屬網絡通信、工業控制、汽車電子以及電力設備領域了,這些產品對于MOS管的需求也是很大的,特別是現在汽車電子對于MOS管的需求直追消費類電子了。

                            MOS管失效原因


                            對MOS失效的原因分析,對1,2重點進行分析

                            1:雪崩失效(電壓失效),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過大,損耗過高器件長時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:在并聯使用的過程中,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電壓疊加在MOSFET漏源之間,導致的一種失效模式。簡而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過其規定電壓值并達到一定的能量限度而導致的一種常見的失效模式。


                            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單了解下。

                            MOS管失效原因

                            可能我們經常要求器件生產廠家對我們電源板上的MOSFET進行失效分析,大多數廠家都僅僅給一個EAS.EOS之類的結論,那么到底我們怎么區分是否是雪崩失效呢,下面是一張經過雪崩測試失效的器件圖,我們可以進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,目前行業內的降額一般選取80%-95%的降額,具體情況根據企業的保修條款及電路關注點進行選取。


                            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:大電流布線盡量采用粗、短的布局結構,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,可以根據需要適當的加入RC減震或齊納二極管進行吸收。

                            MOS管失效原因


                            SOA失效(電流失效)

                            再簡單說下第二點,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,造成瞬時局部發熱而導致的破壞模式?;蛘呤切酒c散熱器及封裝不能及時達到熱平衡導致熱積累,持續的發熱使溫度超過氧化層限制而導致的熱擊穿模式。

                            關于SOA各個線的參數限定值可以參考下面圖片。

                            MOS管失效原因 width=

                            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題的產生。這個是一個非典型的SOA導致失效的一個解刨圖,由于去過鋁,可能看起來不那么直接,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限制線以內。


                            2:將OCP功能一定要做精確細致。


                            在進行OCP點設計時,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IC的保護電壓比如0.7V開始調試RSENSE電阻。有些有經驗的人會將檢測延遲時間、CISS對OCP實際的影響考慮在內。但是此時有個更值得關注的參數,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

                            MOS管失效原因

                            從圖中可以看出,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,這段時間其本質就是IC在檢測到過流信號執行關斷后,MOSFET本身也開始執行關斷,但是由于器件本身的關斷延遲,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計不足時,就極有可能產生磁飽和的一個電流沖擊或者電流超器件規格的一個失效。


                            3:合理的熱設計余量,這個就不多說了,各個企業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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