MOSFET gedimų analizė: supratimas, prevencija ir sprendimai

Greita apžvalga:MOSFET gali sugesti dėl įvairių elektrinių, terminių ir mechaninių įtempių. Šių gedimų režimų supratimas yra labai svarbus kuriant patikimas galios elektronikos sistemas. Šiame išsamiame vadove nagrinėjami bendri gedimų mechanizmai ir prevencijos strategijos.

Dažni MOSFET gedimų režimai ir jų pagrindinės priežastys

1. Su įtampa susiję gedimai

Vartų oksido skilimas
Lavinos gedimas
Pramušimas
Statinės iškrovos pažeidimas

2. Su šiluma susiję gedimai

Antrinis suskirstymas
Terminis pabėgimas
Pakuotės sluoksniavimas
Jungiamosios vielos pakėlimas

Nesėkmės režimas	Pirminės priežastys	Įspėjamieji ženklai	Prevencijos metodai
Vartų oksido gedimas	Per daug VGS, ESD įvykių	Padidėjęs vartų nuotėkis	Vartų įtampos apsauga, ESD priemonės
Terminis pabėgimas	Per didelis galios išsklaidymas	Kyla temperatūra, sumažėja perjungimo greitis	Tinkama šiluminė konstrukcija, sumažinimas
Lavinos suskaidymas	Įtampos šuoliai, neužspaustas indukcinis perjungimas	Išleidimo šaltinio trumpasis jungimas	Snubber grandinės, įtampos spaustukai

Winsok tvirti MOSFET sprendimai

Mūsų naujausios kartos MOSFET yra pažangūs apsaugos mechanizmai:

Patobulinta SOA (saugi veikimo sritis)
Patobulintas šiluminis našumas
Integruota ESD apsauga
Lavinos įvertintos konstrukcijos

Naršykite apsaugotą MOSFET seriją

Išsami gedimo mechanizmų analizė

Vartų oksido gedimas

Kritiniai parametrai:

Maksimali vartų šaltinio įtampa: ±20 V tipinė
Vartų oksido storis: 50-100nm
Sugedimo lauko stiprumas: ~10 MV/cm

Prevencinės priemonės:

Įdiekite vartų įtampos fiksavimą
Naudokite serijinius vartų rezistorius
Įdiekite TVS diodus
Tinkama PCB išdėstymo praktika

Šilumos valdymas ir gedimų prevencija

Paketo tipas	Maksimali sankryžos temp	Rekomenduojamas sumažinimas	Aušinimo tirpalas
TO-220	175°C	25 %	Radiatorius + ventiliatorius
D2PAK	175°C	30 %	Didelis varinis plotas + papildomas radiatorius
SOT-23	150°C	40 %	PCB vario užpylimas

Pagrindiniai MOSFET patikimumo dizaino patarimai

PCB išdėstymas

Sumažinkite vartų kilpos plotą
Atskiras maitinimo ir signalo įžeminimas
Naudokite Kelvino šaltinio ryšį
Optimizuokite šiluminių angų vietą

Grandinės apsauga

Įdiekite minkšto paleidimo grandines
Naudokite tinkamus snuberius
Pridėkite atvirkštinės įtampos apsaugą
Stebėkite įrenginio temperatūrą

Diagnostikos ir testavimo procedūros

Pagrindinis MOSFET testavimo protokolas

Statinių parametrų testavimas
- Vartų slenkstinė įtampa (VGS(th))
- Nutekėjimo šaltinio įjungimo pasipriešinimas (RDS(įjungtas))
- Vartų nuotėkio srovė (IGSS)
Dinaminis testavimas
- Perjungimo laikas (tonos, išjungtos)
- Vartų įkrovos charakteristikos
- Išėjimo talpa

„Winsok“ patikimumo didinimo paslaugos

Išsami paraiškos peržiūra
Šiluminė analizė ir optimizavimas
Patikimumo tikrinimas ir patvirtinimas
Gedimų analizės laboratorijos pagalba

Užklausa dėl gedimų analizės
Techninė pagalba

Patikimumo statistika ir viso gyvenimo trukmės analizė

Pagrindinės patikimumo metrikos

FIT rodiklis (gedimai laiku)

Gedimų skaičius milijardui įrenginio valandų

0,1 – 10 TINKA

Remiantis naujausia Winsok MOSFET serija nominaliomis sąlygomis

MTTF (vidutinis laikas iki nesėkmės)

Numatomas tarnavimo laikas nurodytomis sąlygomis

>10^6 valandos

Esant TJ = 125°C, vardinė įtampa

Išgyvenimo rodiklis

Įrenginių, kurie galioja pasibaigus garantiniam laikotarpiui, procentas

99,9 %

5 metus nepertraukiamo veikimo

Visą gyvenimą mažinantys veiksniai

Eksploatacijos būklė	Nuvertinimo faktorius	Poveikis visam gyvenimui
Temperatūra (10°C virš 25°C)	0,5x	50% sumažinimas
Įtampos įtempis (95 % maksimalaus įvertinimo)	0,7 karto	30% sumažinimas
Perjungimo dažnis (2x vardinis)	0,8x	20% sumažinimas
Drėgmė (85 % santykinis drėgnis)	0,9x	10% sumažinimas

Tikimybių pasiskirstymas per visą gyvenimą

MOSFET veikimo trukmės Weibull pasiskirstymas, rodantis ankstyvus gedimus, atsitiktinius gedimus ir nusidėvėjimo laikotarpį

Aplinkos streso veiksniai

Temperatūros važiavimas dviračiu

85 %

Poveikis gyvenimo trukmės sutrumpėjimui

Galios dviratis

70 %

Poveikis gyvenimo trukmės sutrumpėjimui

Mechaninis stresas

45 %

Poveikis gyvenimo trukmės sutrumpėjimui

Pagreitinto gyvenimo testavimo rezultatai

Bandymo tipas	Sąlygos	Trukmė	Nesėkmės rodiklis
HTOL (eksploatavimo trukmė aukštoje temperatūroje)	150°C, maks. VDS	1000 valandų	< 0,1 %
THB (temperatūros drėgmės poslinkis)	85°C/85 % RH	1000 valandų	< 0,2 %
TC (temperatūros ciklas)	-55°C iki +150°C	1000 ciklų	< 0,3 %