Аналіз несправностей MOSFET: розуміння, запобігання та рішення

Короткий огляд:MOSFET може вийти з ладу через різні електричні, термічні та механічні навантаження. Розуміння цих режимів відмови має вирішальне значення для розробки надійних систем силової електроніки. У цьому вичерпному посібнику розглядаються загальні механізми збою та стратегії запобігання.

Поширені режими несправності MOSFET та їх основні причини

1. Збої, пов'язані з напругою

Розпад затворного оксиду
Лавинний зрив
Наскрізний
Пошкодження від статичного розряду

2. Термічні несправності

Вторинна поломка
Теплова втеча
Розшарування пакета
Відрив зв’язувального дроту

Режим відмови	Основні причини	Попереджувальні знаки	Методи профілактики
Пробій оксиду затвора	Надмірні події VGS, ESD	Підвищений витік затвора	Захист від напруги затвора, заходи ESD
Thermal Runaway	Надмірне розсіювання потужності	Підвищення температури, зниження швидкості перемикання	Належне теплове проектування, зниження номінальних характеристик
Лавинний зрив	Скачки напруги, індуктивне перемикання без затискачів	Коротке замикання сток-витік	Демпферні схеми, затискачі напруги

Надійні рішення Winsok MOSFET

Наше останнє покоління MOSFET має передові механізми захисту:

Покращена SOA (безпечна робоча зона)
Покращені теплові характеристики
Вбудований захист від електростатичного розряду
Лавиностійкі конструкції

Ознайомтеся із захищеною серією MOSFET

Детальний аналіз механізмів відмови

Пробій оксиду затвора

Критичні параметри:

Максимальна напруга затвор-вихід: ±20 В типово
Товщина оксиду затвора: 50-100 нм
Напруженість поля пробою: ~10 МВ/см

Заходи профілактики:

Здійсніть обмеження напруги затвора
Використовуйте послідовні затворні резистори
Встановити діоди TVS
Правильна компонування друкованих плат

Керування температурою та запобігання відмовам

Тип упаковки	Максимальна температура з'єднання	Рекомендоване зниження номіналу	Охолоджуючий розчин
ТО-220	175°C	25%	Радіатор + вентилятор
D2PAK	175°C	30%	Велика площа міді + додатковий радіатор
СОТ-23	150°C	40%	PCB Copper Pour

Основні поради щодо проектування для надійності MOSFET

Макет друкованої плати

Мінімізуйте площу петлі воріт
Окремі заземлення живлення та сигналу
Використовуйте підключення джерела Кельвіна
Оптимізуйте розміщення теплових отворів

Захист ланцюга

Впровадити схеми плавного пуску
Використовуйте відповідні демпфери
Додайте захист від зворотної напруги
Контроль температури пристрою

Процедури діагностики та тестування

Базовий протокол тестування MOSFET

Тестування статичних параметрів
- Порогова напруга затвора (VGS(th))
- Опір увімкнення сток-вихід (RDS(on))
- Струм витоку затвора (IGSS)
Динамічне тестування
- Час перемикання (тонна, toff)
- Зарядні характеристики затвора
- Вихідна ємність

Послуги підвищення надійності Winsok

Комплексний розгляд заявки
Термічний аналіз та оптимізація
Тестування та перевірка надійності
Лабораторна підтримка аналізу відмов

Аналіз помилок запиту
Технічна підтримка

Статистика надійності та аналіз тривалості роботи

Ключові показники надійності

Показник FIT (збої в часі)

Кількість відмов на мільярд пристроїв-годин

0,1 – 10 FIT

На основі останньої серії MOSFET Winsok за номінальних умов

MTTF (середній час до відмови)

Очікувана тривалість життя за визначених умов

>10^6 годин

При TJ = 125°C, номінальна напруга

Рівень виживання

Відсоток пристроїв, які вижили після закінчення гарантійного терміну

99,9%

На 5 років безперервної експлуатації

Фактори зниження терміну служби

Робочий стан	Коефіцієнт зниження	Вплив на тривалість життя
Температура (на 10°C вище 25°C)	0,5x	50% знижка
Напруга напруги (95% від максимального значення)	0,7x	30% знижка
Частота перемикання (2x номінальна)	0,8x	20% знижка
Вологість (85% RH)	0,9x	10% знижка

Розподіл ймовірності за весь час життя

Розподіл Вейбулла терміну служби MOSFET, що показує ранні відмови, випадкові відмови та період зношування

Стресові фактори навколишнього середовища

Температурний цикл

85%

Вплив на скорочення терміну служби

Силовий цикл

70%

Вплив на скорочення терміну служби

Механічна напруга

45%

Вплив на скорочення терміну служби

Результати прискореного тестування на життя

Тип тесту	Умови	Тривалість	Частота відмов
HTOL (термін експлуатації при високих температурах)	150°C, макс. VDS	1000 годин	< 0,1%
THB (зміщення температури і вологості)	85°C/85% відносної вологості	1000 годин	< 0,2%
TC (температурний цикл)	від -55°C до +150°C	1000 циклів	< 0,3%