MOS管失效原因是什么？

時間：2019-12-18作者：司坦森集成電路（深圳）有限公司瀏覽：560

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是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩 端對調(diào)也不會影響器件的性能。這樣的器件被認(rèn)為是對稱的。


目前在市場應(yīng)用方面，排名**的是消費(fèi)類電子電源適配器產(chǎn)品。而MOS管的應(yīng)用領(lǐng)域排名*二的是計算機(jī)主板、NB、計算機(jī)類適配器、LCD顯示器等產(chǎn)品，隨著國情的發(fā)展計算機(jī)主板、計算機(jī)類適配器、LCD顯示器對MOS管的需求有要**過消費(fèi)類電子電源適配器的現(xiàn)象了。




*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)域了，這些產(chǎn)品對于MOS管的需求也是很大的，特別是現(xiàn)在汽車電子對于MOS管的需求直追消費(fèi)類電子了。






下面對MOS失效的原因總結(jié)以下六點，然后對1，2重點進(jìn)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**過MOSFET的額定電壓，并且**過達(dá)到了一定的能力從而導(dǎo)致MOSFET失效。
2：SOA失效（電流失效），既**出MOSFET安全工作區(qū)引起失效，分為Id**出器件規(guī)格失效以及Id過大，損耗過高器件長時間熱積累而導(dǎo)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(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。
4：諧振失效：在并聯(lián)使用的過程中，柵較及電路寄生參數(shù)導(dǎo)致震蕩引起的失效。
5：靜電失效：在秋冬季節(jié)，由于人體及設(shè)備靜電而導(dǎo)致的器件失效。
6：柵較電壓失效：由于柵較遭受異常電壓尖峰，而導(dǎo)致柵較柵氧層失效。


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(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漏源較的電壓**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。




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。






可能我們經(jīng)常要求器件生產(chǎn)廠家對我們電源板上的MOSFET進(jìn)行失效分析，大多數(shù)廠家都僅僅給一個EAS.EOS之類的結(jié)論，那么到底我們怎么區(qū)分是否是雪崩失效呢，下面是一張經(jīng)過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(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：選擇合理的柵較電阻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。


SOA失效（電流失效）


再簡單說下*二點，SOA失效


SOA失效是指電源在運(yùn)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**過氧化層限制而導(dǎo)致的熱擊穿模式。


關(guān)于SOA各個線的參數(shù)限定值可以參考下面圖片。


1：受限于較大額定電流及脈沖電流
2：受限于較大節(jié)溫下的RDSON。
3：受限于器件較大的耗散功率。
4：受限于較大單個脈沖電流。
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。


這個是一個非典型的SOA導(dǎo)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(yù)防措施：


1：確保在較差條件下，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(hù)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)。但是此時有個較值得關(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（圖形不是太清楚，十分抱歉，建議雙擊放大觀看）。






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(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，就較有可能產(chǎn)生磁飽和的一個電流沖擊或者電流**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。

現(xiàn)在你明白了嗎？？


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