關(guān)于MOS管失效的5大因素及處理措施

MOS管是金屬(metal)—氧化物(oxide)—半導(dǎo)體(semiconductor)場(chǎng)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(gè)兩個(gè)區(qū)是一樣的，即便兩端對(duì)調(diào)也不會(huì)影響半導(dǎo)體器件的性能。這樣的器件被以為是對(duì)稱的。目前在市場(chǎng)應(yīng)用方面，排名第一的是消費(fèi)類電子電源適配器產(chǎn)品。排名第二的是計(jì)算機(jī)主板、NB、計(jì)算機(jī)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(duì)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(shuō)的漏源間的BVdss電壓超過(guò)MOSFET的額定電壓，并且超過(guò)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(jiǎn)單來(lái)說(shuō)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(jiǎn)而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過(guò)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(jiàn)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(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(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(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(shè)計(jì)。

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。

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(yùn)輸、裝配過(guò)程中的靜電；電力系統(tǒng)運(yùn)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(guò)程中，高壓通過(guò)Ggd傳輸?shù)诫娋W(wǎng)(在雷擊試驗(yàn)中，這種原因引起的故障更常見(jiàn))。

柵極電壓失效的預(yù)防措施：

柵極和源極之間的過(guò)電壓保護(hù)：如果柵極和源極之間的阻抗過(guò)高，漏極和源極之間電壓的突然變化將通過(guò)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(cuò)誤。為此，應(yīng)適當(dāng)降低柵極驅(qū)動(dòng)電路的阻抗，并在柵極和源極之間并聯(lián)一個(gè)阻尼電阻或一個(gè)穩(wěn)壓約20V的調(diào)壓器。必須特別注意防止開(kāi)門操作。

三、SOA失效（電流失效）

SOA失效是指電源在運(yùn)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(dǎo)致的破壞模式。或者是芯片與散熱器及封裝不能及時(shí)達(dá)到熱平衡導(dǎo)致熱積累，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過(guò)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(gè)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(wèn)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(diǎn)設(shè)計(jì)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(jù)IC的保護(hù)電壓比如0.7V開(kāi)始調(diào)試RSENSE電阻。有些有經(jīng)驗(yàn)的人會(huì)將檢測(cè)延遲時(shí)間、CISS對(duì)OCP實(shí)際的影響考慮在內(nèi)。但是此時(shí)有個(gè)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(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(cè)到過(guò)流信號(hào)執(zhí)行關(guān)斷后，MOSFET本身也開(kāi)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(huì)有個(gè)二次上升平臺(tái)，如果二次上升平臺(tái)過(guò)大，那么在變壓器余量設(shè)計(jì)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(guī)格的一個(gè)失效。

3：合理的熱設(shè)計(jì)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(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(chǎng)，與地球有電位差；產(chǎn)生放電電流。這三種情況對(duì)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(chǎng)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(chǎng)的瞬時(shí)軟擊穿或電流過(guò)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(hù)二極管在通電時(shí)的電流容限為1毫安。當(dāng)可能出現(xiàn)過(guò)大的瞬時(shí)輸入電流(大于10mA)時(shí)，輸入保護(hù)電阻應(yīng)串聯(lián)。同時(shí)，由于保護(hù)電路吸收的瞬時(shí)能量有限，過(guò)大的瞬時(shí)信號(hào)和過(guò)高的靜電電壓會(huì)使保護(hù)電路失效。因此，在焊接過(guò)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(shí)，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)浜碗娐分校琈OS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(gè)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(guò)結(jié)合自身電路來(lái)分析。

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