Analiza defecțiunilor MOSFET: înțelegere, prevenire și soluții

Analiza defecțiunilor MOSFET: înțelegere, prevenire și soluții

Ora postării: 13-12-2024

Prezentare generală rapidă:MOSFET-urile pot eșua din cauza diferitelor solicitări electrice, termice și mecanice. Înțelegerea acestor moduri de defecțiune este crucială pentru proiectarea sistemelor electronice de putere fiabile. Acest ghid cuprinzător explorează mecanismele comune de eșec și strategiile de prevenire.

Media-ppm-pentru-diverse-moduri-de-eșecuri-MOSFETModuri comune de defecțiune MOSFET și cauzele lor fundamentale

1. Defecțiuni legate de tensiune

  • Defalcarea oxidului de poartă
  • Defectarea avalanșelor
  • Punch-through
  • Deteriorări ale descărcării statice

2. Defecțiuni termice

  • Defalcare secundară
  • Fuga termică
  • delaminarea pachetului
  • Ridicarea firului de legătură
Modul de eșec Cauze primare Semne de avertizare Metode de prevenire
Defalcarea oxidului de poartă Evenimente VGS, ESD excesive Scurgeri sporite la poartă Protecție la tensiunea porții, măsuri ESD
Fuga termică Disiparea excesivă a puterii Creșterea temperaturii, viteza de comutare redusă Design termic adecvat, derating
Defectarea avalanșelor Picuri de tensiune, comutare inductivă neblocata Scurtcircuit sursă de scurgere Circuite amortizoare, cleme de tensiune

Soluțiile MOSFET robuste de la Winsok

Ultima noastră generație de MOSFET dispune de mecanisme avansate de protecție:

  • SOA (Zona de operare sigură) îmbunătățită
  • Performanță termică îmbunătățită
  • Protecție ESD încorporată
  • Modele clasificate pentru avalanșă

Analiza detaliată a mecanismelor de defecțiune

Defalcarea oxidului de poartă

Parametri critici:

  • Tensiune maximă poartă-sursă: ±20V tipic
  • Grosimea oxidului de poartă: 50-100 nm
  • Puterea câmpului de defalcare: ~10 MV/cm

Măsuri de prevenire:

  1. Implementați prinderea tensiunii de poartă
  2. Utilizați rezistențe de poartă în serie
  3. Instalați diode TVS
  4. Practici adecvate de amenajare a PCB-urilor

Managementul termic și prevenirea defecțiunilor

Tip pachet Temp. max Derating recomandat Soluție de răcire
TO-220 175°C 25% Radiator + ventilator
D2PAK 175°C 30% Suprafață mare de cupru + radiator opțional
SOT-23 150°C 40% Turnare de cupru PCB

Sfaturi esențiale de design pentru fiabilitatea MOSFET

Aspect PCB

  • Minimizați zona buclei porții
  • Pământuri separate de putere și semnal
  • Utilizați conexiunea la sursă Kelvin
  • Optimizați plasarea căilor termice

Protecția circuitului

  • Implementați circuite de pornire ușoară
  • Utilizați snubbere adecvate
  • Adăugați protecție împotriva tensiunii inverse
  • Monitorizați temperatura dispozitivului

Proceduri de diagnosticare și testare

Protocolul de testare MOSFET de bază

  1. Testarea parametrilor statici
    • Tensiune de prag de poartă (VGS(th))
    • Rezistența la sursă de drenaj (RDS(on))
    • Curent de scurgere la poartă (IGSS)
  2. Testare dinamică
    • Timp de comutare (ton, toff)
    • Caracteristicile de încărcare a porții
    • Capacitate de ieșire

Serviciile de îmbunătățire a fiabilității Winsok

  • Analiza cuprinzătoare a aplicației
  • Analiza termica si optimizare
  • Testarea și validarea fiabilității
  • Suport laborator de analiză a defecțiunilor

Statistici de fiabilitate și analiză pe durata de viață

Indicatori cheie de fiabilitate

Rata FIT (Eșecuri în timp)

Numărul de defecțiuni per miliard de ore dispozitiv

0,1 – 10 FIT

Bazat pe cea mai recentă serie MOSFET Winsok în condiții nominale

MTTF (Timpul mediu până la eșec)

Durată de viață estimată în condiții specificate

>10^6 ore

La TJ = 125°C, tensiune nominală

Rata de supraviețuire

Procentul de dispozitive care supraviețuiesc dincolo de perioada de garanție

99,9%

La 5 ani de funcționare continuă

Factori de reducere a duratei de viață

Condiție de funcționare Factorul de derating Impactul asupra vieții
Temperatura (la 10°C peste 25°C) 0,5x 50% reducere
Tensiune de tensiune (95% din evaluarea maximă) 0,7x 30% reducere
Frecvența de comutare (2x nominal) 0,8x 20% reducere
Umiditate (85% RH) 0,9x 10% reducere

Distribuția probabilității pe parcursul vieții

imagine (1)

Distribuția Weibull a duratei de viață a MOSFET care arată defecțiuni timpurii, defecțiuni aleatorii și perioada de uzură

Factori de stres de mediu

Ciclul de temperatură

85%

Impactul asupra reducerii duratei de viață

Power Cycling

70%

Impactul asupra reducerii duratei de viață

Stresul mecanic

45%

Impactul asupra reducerii duratei de viață

Rezultate accelerate ale testelor de viață

Tip de testare Condiții Durată Rata de eșec
HTOL (durată de funcționare la temperatură înaltă) 150°C, VDS maxim 1000 de ore < 0,1%
THB (Temperatura Umiditate Bias) 85°C/85% RH 1000 de ore < 0,2%
TC (ciclarea temperaturii) -55°C până la +150°C 1000 de cicluri < 0,3%

Programul de asigurare a calității Winsok

2

Teste de screening

  • Testare de producție 100%.
  • Verificarea parametrilor
  • Caracteristici dinamice
  • Inspecție vizuală

Teste de calificare

  • Screeningul stresului de mediu
  • Verificarea fiabilității
  • Testarea integrității pachetului
  • Monitorizarea fiabilității pe termen lung