Анализ отказов MOSFET: понимание, предотвращение и решения

Краткий обзор:МОП-транзисторы могут выйти из строя из-за различных электрических, термических и механических напряжений. Понимание этих режимов отказа имеет решающее значение для проектирования надежных систем силовой электроники. В этом подробном руководстве рассматриваются распространенные механизмы сбоев и стратегии их предотвращения.

Распространенные виды отказов МОП-транзисторов и их основные причины

1. Неисправности, связанные с напряжением

Разрушение оксида затвора
Лавинный обвал
Пробивка
Повреждения от статического разряда

2. Неисправности, связанные с температурой

Вторичная поломка
Тепловой побег
Расслаивание упаковки
Отрыв соединительной проволоки

Режим отказа	Основные причины	Предупреждающие знаки	Методы профилактики
Распад оксида ворот	Чрезмерное VGS, события ESD	Повышенная утечка затвора	Защита от напряжения затвора, меры по электростатическому разряду
Тепловой побег	Чрезмерное рассеивание мощности	Повышение температуры, снижение скорости переключения	Правильный тепловой расчет, снижение номинальных характеристик
Лавинный обвал	Скачки напряжения, незафиксированное индуктивное переключение	Короткое замыкание сток-исток	Демпферные цепи, клещи напряжения

Надежные решения Winsok MOSFET

Наше последнее поколение МОП-транзисторов оснащено усовершенствованными механизмами защиты:

Расширенная SOA (безопасная рабочая зона)
Улучшенные тепловые характеристики
Встроенная защита от электростатического разряда
Лавинные конструкции

Ознакомьтесь с серией защищенных МОП-транзисторов

Детальный анализ механизмов отказов

Распад оксида ворот

Критические параметры:

Максимальное напряжение затвор-исток: типичное ± 20 В.
Толщина оксида ворот: 50-100 нм
Напряженность поля пробоя: ~10 МВ/см

Меры профилактики:

Реализуйте ограничение напряжения на затворе
Используйте последовательные резисторы затвора.
Установите TVS-диоды.
Правильная разводка печатной платы

Управление температурным режимом и предотвращение сбоев

Тип упаковки	Максимальная температура соединения	Рекомендуемое снижение номинальных характеристик	Охлаждающее решение
ТО-220	175°С	25%	Радиатор + Вентилятор
Д2ПАК	175°С	30%	Большая медная площадь + дополнительный радиатор
СОТ-23	150°С	40%	Печатная плата, медная заливка

Основные советы по проектированию для обеспечения надежности MOSFET

Компоновка печатной платы

Минимизируйте площадь петли ворот
Раздельные силовые и сигнальные заземления
Использовать подключение к источнику Кельвина
Оптимизация размещения тепловых переходов

Защита цепи

Реализация схем плавного запуска
Используйте соответствующие демпферы
Добавьте защиту от обратного напряжения
Контролировать температуру устройства

Процедуры диагностики и тестирования

Базовый протокол тестирования MOSFET

Тестирование статических параметров
- Пороговое напряжение затвора (VGS(th))
- Сопротивление включения сток-исток (RDS(on))
- Ток утечки затвора (IGSS)
Динамическое тестирование
- Время переключения (тонна, тофф)
- Характеристики платы за ворота
- Выходная емкость

Услуги Winsok по повышению надежности

Комплексная проверка заявки
Термический анализ и оптимизация
Тестирование и проверка надежности
Лабораторная поддержка анализа отказов

Запросить анализ ошибок
Техническая поддержка

Статистика надежности и анализ срока службы

Ключевые показатели надежности

FIT ставка (сбои во времени)

Количество сбоев на миллиард устройство-часов

0,1–10 ПОДХОДЯЩИЙ

На основе последней серии МОП-транзисторов Winsok при номинальных условиях.

MTTF (среднее время до отказа)

Ожидаемый срок службы при определенных условиях

>10^6 часов

При TJ = 125°C номинальное напряжение

Выживаемость

Процент устройств, выживших после гарантийного срока

99,9%

За 5 лет непрерывной работы

Факторы снижения номинальных характеристик в течение срока службы

Условия эксплуатации	Коэффициент снижения мощности	Влияние на продолжительность жизни
Температура (на 10°C выше 25°C)	0,5x	скидка 50%
Напряжение напряжения (95% от максимального номинала)	0,7x	скидка 30%
Частота переключения (номинальная 2x)	0,8x	скидка 20%
Влажность (85 % относительной влажности)	0,9x	скидка 10%

Распределение вероятностей за всю жизнь

Распределение Вейбулла срока службы МОП-транзистора, показывающее ранние отказы, случайные отказы и период изнашивания.

Факторы экологического стресса

Температурный цикл

85%

Влияние на сокращение срока службы

Силовая езда на велосипеде

70%

Влияние на сокращение срока службы

Механический стресс

45%

Влияние на сокращение срока службы

Ускоренные результаты жизненных испытаний

Тип теста	Условия	Продолжительность	Частота отказов
HTOL (срок службы при высоких температурах)	150°С, Макс ВДС	1000 часов	< 0,1%
THB (отклонение температуры и влажности)	85°C/85% относительной влажности	1000 часов	< 0,2%
TC (температурный цикл)	от -55°С до +150°С	1000 циклов	< 0,3%