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MOS管失效的六大原因

MOS管(guan)(guan)是(shi)金属(metal)—氧(yang)化物(oxide)—半导体(ti)(ti)(semiconductor)场效应晶体(ti)(ti)管(guan)(guan)，或(huo)者称(cheng)是(shi)金属—绝缘体(ti)(ti)(insulator)—半导体(ti)(ti)。MOS管(guan)(guan)的(de)source和(he)drain是(shi)可以对(dui)调的(de)，他们(men)都是(shi)在P型backgate中形成的(de)N型区。在多数(shu)情况下，这个(ge)两个(ge)区是(shi)一样的(de)，即使两端对(dui)调也(ye)不会影响器件的(de)性能。这样的(de)器件被认为(wei)是(shi)对(dui)称(cheng)的(de)。

目(mu)前在市场应用方面，排名第(di)一的是(shi)消费类电(dian)(dian)(dian)子电(dian)(dian)(dian)源(yuan)适(shi)(shi)配(pei)器(qi)产品(pin)。而MOS管(guan)(guan)的应用领域排名第(di)二(er)的是(shi)计(ji)算机主板、NB、计(ji)算机类适(shi)(shi)配(pei)器(qi)、LCD显示(shi)器(qi)等产品(pin)，随着国情的发(fa)展(zhan)计(ji)算机主板、计(ji)算机类适(shi)(shi)配(pei)器(qi)、LCD显示(shi)器(qi)对(dui)MOS管(guan)(guan)的需求有要超过(guo)消费类电(dian)(dian)(dian)子电(dian)(dian)(dian)源(yuan)适(shi)(shi)配(pei)器(qi)的现象了。

第(di)三(san)的就属网络通信、工业控制、汽车电子(zi)以及电力设备领域了，这些产品对于MOS管的需(xu)求也是(shi)很大的，特(te)别是(shi)现在汽车电子(zi)对于MOS管的需(xu)求直追消费类电子(zi)了。

对MOS失效的原因分析，对1，2重点进行分析

1：雪崩失效(电压失效)，也就(jiu)是我们常说的(de)漏源间的(de)BVdss电压超过MOSFET的(de)额(e)定电压，并且超过达(da)到了一定的(de)能力(li)从而导致MOSFET失效。

2：SOA失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)(电流失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao))，既超出MOSFET安全(quan)工作区引起失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)，分为Id超出器(qi)件规格失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)以及Id过大，损(sun)耗过高器(qi)件长时间热(re)积累(lei)而导致(zhi)的失(shi)(shi)效(xiao)(xiao)(xiao)。

3：体(ti)二极管(guan)失效：在(zai)桥(qiao)式、LLC等(deng)有用到体(ti)二极管(guan)进(jin)行(xing)续流的拓扑结构中，由于(yu)体(ti)二极管(guan)遭受破坏而导致(zhi)的失效。

4：谐振失(shi)效(xiao)：在并联(lian)使用(yong)的(de)过程中，栅(zha)极及电路寄(ji)生参数导致震荡(dang)引起的(de)失(shi)效(xiao)。

5：静电失效：在秋冬季(ji)节，由(you)于(yu)人体及设(she)备(bei)静电而导(dao)致的器件(jian)失效。

6：栅极(ji)电(dian)压失效(xiao)(xiao)：由于栅极(ji)遭受异常电(dian)压尖峰，而导致栅极(ji)栅氧层(ceng)失效(xiao)(xiao)。

雪崩失效分析(电压失效)

到底(di)什么是雪崩(beng)失效(xiao)呢，简(jian)单(dan)来说MOSFET在(zai)电(dian)源板上由于(yu)母线电(dian)压(ya)、变压(ya)器反射电(dian)压(ya)、漏(lou)感尖峰电(dian)压(ya)等(deng)等(deng)系统电(dian)压(ya)叠(die)加在(zai)MOSFET漏(lou)源之(zhi)间，导致(zhi)的(de)(de)(de)一种失效(xiao)模式(shi)。简(jian)而(er)(er)言之(zhi)就(jiu)是由于(yu)就(jiu)是MOSFET漏(lou)源极(ji)的(de)(de)(de)电(dian)压(ya)超(chao)过其规定(ding)电(dian)压(ya)值并达(da)到一定(ding)的(de)(de)(de)能量限度而(er)(er)导致(zhi)的(de)(de)(de)一种常见的(de)(de)(de)失效(xiao)模式(shi)。

下面的(de)图片为雪(xue)崩测试的(de)等效原理(li)图，做(zuo)为电源(yuan)工程(cheng)师可以简单了解下。

可能(neng)我们经常要求器(qi)(qi)件生产厂(chang)家对我们电(dian)源板上的MOSFET进(jin)行失效分析，大多数厂(chang)家都仅(jin)仅(jin)给一(yi)个EAS.EOS之类的结论，那么到底我们怎么区分是(shi)否(fou)是(shi)雪崩失效呢，下面是(shi)一(yi)张经过(guo)雪崩测(ce)试(shi)失效的器(qi)(qi)件图，我们可以进(jin)行对比从而确定是(shi)否(fou)是(shi)雪崩失效。

雪崩失效的预防措施

雪崩失效(xiao)(xiao)归根结底(di)是电压(ya)失效(xiao)(xiao)，因此预防我们着重从电压(ya)来(lai)考虑。具(ju)体(ti)可以(yi)参(can)考以(yi)下的方式来(lai)处理。

1：合理(li)降额(e)使用(yong)，目前行业内的降额(e)一般选取(qu)80%-95%的降额(e)，具(ju)体情(qing)况根据企业的保(bao)修条(tiao)款(kuan)及电路关注(zhu)点进行选取(qu)。

2：合(he)理的(de)变(bian)压(ya)(ya)器反射电(dian)压(ya)(ya)。

3：合理的RCD及TVS吸收电(dian)路设计。

4：大电流布线尽(jin)量采(cai)用粗(cu)、短的布局结构，尽(jin)量减少布线寄生电感(gan)。

5：选择合(he)理的栅(zha)极电阻Rg。

6：在大功率电源中，可以(yi)根据(ju)需要适当的加入RC减(jian)震(zhen)或齐(qi)纳二极管进行吸收。

SOA失效(电流失效)

再简单说下第二点，SOA失效是(shi)指电源在运行(xing)时异(yi)常的(de)大电流和(he)电压同(tong)时叠加(jia)在MOSFET上面，造成瞬时局部发(fa)热(re)而(er)(er)导致(zhi)的(de)破坏(huai)模式。或者是(shi)芯(xin)片与散热(re)器及封装不能及时达到热(re)平(ping)衡(heng)导致(zhi)热(re)积(ji)累，持续的(de)发(fa)热(re)使温度超过氧化层(ceng)限制(zhi)而(er)(er)导致(zhi)的(de)热(re)击(ji)穿模式。

关于SOA各个(ge)线(xian)的参数限定值可以参考下面图(tu)片。

1：受限于最大额(e)定(ding)电(dian)(dian)流及脉冲电(dian)(dian)流

2：受限(xian)于最大节温下的RDSON。

3：受限于器件最大的耗散功率。

4：受限于最大(da)单(dan)个脉(mai)冲电流。

5：击穿(chuan)电(dian)压BVDSS限制区

我们电源上的(de)MOSFET，只要保证能器件处于(yu)(yu)(yu)上面限制区的(de)范围内，就(jiu)能有效(xiao)的(de)规(gui)避由于(yu)(yu)(yu)MOSFET而导(dao)致的(de)电源失(shi)(shi)效(xiao)问题的(de)产生。这个是一个非(fei)典(dian)型的(de)SOA导(dao)致失(shi)(shi)效(xiao)的(de)一个解(jie)刨图，由于(yu)(yu)(yu)去过铝，可(ke)能看(kan)起来不那么(me)直接，参(can)考下(xia)。

SOA失效的预防措施

1：确保在最差条件下(xia)，MOSFET的所有功率(lv)限制条件均在SOA限制线以内(nei)。

2：将OCP功能一定要做精(jing)确细致。

在(zai)进行(xing)OCP点设计(ji)时，一般(ban)可能会取1.1-1.5倍(bei)电流(liu)余量的(de)工程师居多(duo)，然(ran)后(hou)就(jiu)根据IC的(de)保护(hu)电压(ya)比如(ru)0.7V开始调试RSENSE电阻。有(you)些有(you)经验的(de)人(ren)会将检测延迟时间(jian)、CISS对OCP实际的(de)影响(xiang)(xiang)考虑在(zai)内。但是此时有(you)个更值得(de)关注的(de)参(can)数，那就(jiu)是MOSFET的(de)Td(off)。它到底有(you)什么影响(xiang)(xiang)呢，如(ru)下面FLYBACK电流(liu)波形图

从图中可(ke)以看出(chu)，电(dian)流(liu)波形(xing)在(zai)快(kuai)到电(dian)流(liu)尖峰时(shi)，有个(ge)下(xia)跌(die)，这个(ge)下(xia)跌(die)点后又(you)有一段的(de)上(shang)(shang)升时(shi)间(jian)，这段时(shi)间(jian)其本质就是IC在(zai)检测到过流(liu)信号执行关(guan)断后，MOSFET本身也开始执行关(guan)断，但是由于器(qi)件本身的(de)关(guan)断延(yan)迟，因此电(dian)流(liu)会(hui)有个(ge)二次上(shang)(shang)升平(ping)台，如果(guo)二次上(shang)(shang)升平(ping)台过大，那么在(zai)变压器(qi)余量设计不足时(shi)，就极有可(ke)能产生磁饱(bao)和的(de)一个(ge)电(dian)流(liu)冲击或者电(dian)流(liu)超器(qi)件规(gui)格的(de)一个(ge)失效。

3：合(he)理(li)的热设计余量，这个(ge)(ge)就(jiu)不多(duo)说(shuo)了，各个(ge)(ge)企(qi)业都有自己的降额(e)规范，严格执行(xing)就(jiu)可以了，不行(xing)就(jiu)加散(san)热器。

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