Анализ на отказа на MOSFET: разбиране, предотвратяване и решения

Бърз преглед:MOSFET могат да се повредят поради различни електрически, термични и механични натоварвания. Разбирането на тези режими на отказ е от решаващо значение за проектирането на надеждни силови електронни системи. Това изчерпателно ръководство изследва често срещани механизми за повреда и стратегии за превенция.

Често срещани режими на повреда на MOSFET и техните първопричини

1. Неизправности, свързани с напрежението

Разпадане на оксид на затвора
Лавинен срив
Пробиване
Повреда от статичен разряд

2. Неизправности, свързани с топлината

Вторична повреда
Термично бягане
Разслояване на опаковката
Изваждане на свързваща тел

Режим на повреда	Първични причини	Предупредителни знаци	Методи за превенция
Разбивка на гейт оксид	Прекомерно VGS, ESD събития	Повишено изтичане на портата	Защита от напрежение на вратата, ESD мерки
Thermal Runaway	Прекомерно разсейване на мощността	Повишена температура, намалена скорост на превключване	Правилен термичен дизайн, намаляване на мощността
Лавинен срив	Пикове на напрежението, незахванато индуктивно превключване	Късо съединение дренаж-източник	Демпферни вериги, щипки за напрежение

Здравите MOSFET решения на Winsok

Нашето последно поколение MOSFET включва усъвършенствани защитни механизми:

Подобрена SOA (безопасна работна зона)
Подобрени топлинни характеристики
Вградена ESD защита
Лавинноустойчиви дизайни

Разгледайте защитената MOSFET серия

Подробен анализ на механизмите на повреда

Разбивка на гейт оксид

Критични параметри:

Максимално напрежение порта-източник: ±20V типично
Дебелина на гейт оксида: 50-100 nm
Сила на пробивното поле: ~10 MV/cm

Мерки за превенция:

Приложете затягане на напрежението на вратата
Използвайте серийни резистори с порта
Инсталирайте TVS диоди
Правилни практики за оформление на печатни платки

Термично управление и предотвратяване на повреди

Тип опаковка	Макс. температура на кръстовището	Препоръчително намаление	Охлаждащ разтвор
ТО-220	175°С	25%	Радиатор + вентилатор
D2PAK	175°С	30%	Голяма медна площ + Допълнителен радиатор
СОТ-23	150°C	40%	PCB Copper Pour

Основни съвети за проектиране за надеждност на MOSFET

Оформление на печатни платки

Намалете до минимум зоната на портата
Отделни захранващи и сигнални заземявания
Използвайте връзка с източник Келвин
Оптимизирайте разположението на термичните отвори

Защита на веригата

Внедрете вериги за плавен старт
Използвайте подходящи демпфери
Добавете защита срещу обратно напрежение
Следете температурата на устройството

Процедури за диагностика и тестване

Основен протокол за тестване на MOSFET

Тестване на статични параметри
- Прагово напрежение на гейт (VGS(th))
- Съпротивление на изтичане-източник (RDS(включено))
- Ток на утечка на врата (IGSS)
Динамично тестване
- Времена на превключване (ton, toff)
- Характеристики на заряда на затвора
- Изходен капацитет

Услуги за подобряване на надеждността на Winsok

Цялостен преглед на приложението
Термичен анализ и оптимизация
Тестване и валидиране на надеждността
Лабораторна поддръжка за анализ на откази

Анализ на неуспешните заявки
Техническа поддръжка

Статистика на надеждността и анализ на целия живот

Ключови показатели за надеждност

FIT процент (неуспехи във времето)

Брой повреди на милиард часове устройства

0,1 – 10 FIT

Базиран на най-новата серия MOSFET на Winsok при номинални условия

MTTF (средно време до повреда)

Очакван живот при определени условия

>10^6 часа

При TJ = 125°C, номинално напрежение

Степен на оцеляване

Процент на устройствата, оцелели след гаранционния период

99,9%

При 5 години непрекъсната работа

Фактори за намаляване на експлоатационния живот

Работно състояние	Коефициент на намаляване	Въздействие върху продължителността на живота
Температура (на 10°C над 25°C)	0,5x	50% намаление
Напрежение (95% от максималния рейтинг)	0,7x	30% намаление
Честота на превключване (2x номинална)	0,8x	20% намаление
Влажност (85% RH)	0,9x	10% намаление

Разпределение на вероятността за целия живот

Разпределение на Weibull на живота на MOSFET, показващо ранни повреди, случайни повреди и период на износване

Стресови фактори на околната среда

Температурен цикъл

85%

Въздействие върху намаляването на живота

Силово колоездене

70%

Въздействие върху намаляването на живота

Механичен стрес

45%

Въздействие върху намаляването на живота

Резултати от ускорени тестове за живот

Тип тест	Условия	Продължителност	Процент на отказ
HTOL (експлоатационен живот при висока температура)	150°C, Макс. VDS	1000 часа	< 0,1%
THB (отклонение на температурата и влажността)	85°C/85% RH	1000 часа	< 0,2%
TC (температурен цикъл)	-55°C до +150°C	1000 цикъла	< 0,3%