Pagsusuri sa Pagkabigo ng MOSFET: Pag-unawa, Pag-iwas, at Solusyon

Pagsusuri sa Pagkabigo ng MOSFET: Pag-unawa, Pag-iwas, at Solusyon

Oras ng Pag-post: Dis-13-2024

Mabilis na Pangkalahatang-ideya:Maaaring mabigo ang mga MOSFET dahil sa iba't ibang electrical, thermal, at mechanical stresses. Ang pag-unawa sa mga failure mode na ito ay mahalaga para sa pagdidisenyo ng maaasahang mga power electronics system. Ang komprehensibong gabay na ito ay nagsasaliksik ng mga karaniwang mekanismo ng pagkabigo at mga diskarte sa pag-iwas.

Average-ppm-para sa Iba't ibang-MOSFET-Failure-ModeMga Karaniwang Mode ng Pagkabigo ng MOSFET at Ang Mga Dahilan Nito

1. Mga Kabiguan na May kaugnayan sa Boltahe

  • Pagkasira ng gate oxide
  • Pagkasira ng avalanche
  • Punch-through
  • Pinsala ng static na paglabas

2. Thermal-Related Failures

  • Pangalawang pagkasira
  • Thermal runaway
  • Delamination ng package
  • Pag-alis ng bond wire
Mode ng Pagkabigo Pangunahing Sanhi Mga Palatandaan ng Babala Mga Paraan ng Pag-iwas
Pagkasira ng Gate Oxide Sobrang VGS, ESD na mga kaganapan Tumaas na pagtagas ng gate Proteksyon ng boltahe ng gate, mga sukat ng ESD
Thermal Runaway Labis na pagkawala ng kapangyarihan Tumataas na temperatura, nabawasan ang bilis ng paglipat Wastong thermal disenyo, derating
Pagkasira ng Avalanche Mga spike ng boltahe, unclamp na inductive switching Drain-source short circuit Snubber circuits, boltahe clamp

Winsok's Robust MOSFET Solutions

Nagtatampok ang aming pinakabagong henerasyon ng mga MOSFET ng mga advanced na mekanismo ng proteksyon:

  • Pinahusay na SOA (Safe Operating Area)
  • Pinahusay na pagganap ng thermal
  • Built-in na proteksyon ng ESD
  • Mga disenyong may markang avalanche

Detalyadong Pagsusuri ng Mga Mekanismo ng Pagkabigo

Pagkasira ng Gate Oxide

Mga Kritikal na Parameter:

  • Pinakamataas na Gate-Source Voltage: ±20V na karaniwan
  • Kapal ng Gate Oxide: 50-100nm
  • Lakas ng Field ng Breakdown: ~10 MV/cm

Mga hakbang sa pag-iwas:

  1. Ipatupad ang pag-clamping ng boltahe ng gate
  2. Gumamit ng series gate resistors
  3. Mag-install ng mga TVS diode
  4. Wastong mga kasanayan sa layout ng PCB

Thermal Management at Pag-iwas sa Pagkabigo

Uri ng Package Max Junction Temp Inirerekomenda ang Derating Solusyon sa Paglamig
TO-220 175°C 25% Heatsink + Fan
D2PAK 175°C 30% Malaking Copper Area + Opsyonal na Heatsink
SOT-23 150°C 40% PCB Copper Ibuhos

Mahahalagang Tip sa Disenyo para sa pagiging maaasahan ng MOSFET

Layout ng PCB

  • I-minimize ang lugar ng gate loop
  • Paghiwalayin ang power at signal grounds
  • Gumamit ng koneksyon sa pinagmulan ng Kelvin
  • I-optimize ang pagkakalagay ng thermal vias

Proteksyon ng Circuit

  • Magpatupad ng mga soft-start na circuit
  • Gumamit ng naaangkop na mga snubber
  • Magdagdag ng reverse boltahe na proteksyon
  • Subaybayan ang temperatura ng device

Mga Pamamaraan sa Diagnostic at Pagsubok

Basic MOSFET Testing Protocol

  1. Pagsubok ng Static Parameter
    • Boltahe ng threshold ng gate (VGS(th))
    • Drain-source on-resistance (RDS(on))
    • Gate leakage current (IGSS)
  2. Dynamic na Pagsubok
    • Mga oras ng paglipat (tonelada, toff)
    • Mga katangian ng pagsingil ng gate
    • Kapasidad ng output

Winsok's Reliability Enhancement Services

  • Komprehensibong pagsusuri sa aplikasyon
  • Thermal analysis at optimization
  • Pagsusuri at pagpapatunay ng pagiging maaasahan
  • Suporta sa laboratoryo sa pagsusuri ng kabiguan

Mga Istatistika ng Pagiging Maaasahan at Panghabambuhay na Pagsusuri

Mga Pangunahing Sukatan sa Pagiging Maaasahan

FIT Rate (Mga Pagkabigo sa Oras)

Bilang ng mga pagkabigo sa bawat bilyong oras ng device

0.1 – 10 FIT

Batay sa pinakabagong serye ng MOSFET ng Winsok sa ilalim ng nominal na mga kondisyon

MTTF (Mean Time To Failure)

Inaasahang habambuhay sa ilalim ng mga tinukoy na kundisyon

>10^6 na oras

Sa TJ = 125°C, nominal na boltahe

Rate ng Kaligtasan

Porsiyento ng mga device na nabubuhay nang lampas sa panahon ng warranty

99.9%

Sa 5 taon ng patuloy na operasyon

Panghabambuhay na Derating Factors

Kundisyon ng Operating Derating Factor Epekto sa Panghabambuhay
Temperatura (bawat 10°C sa itaas 25°C) 0.5x 50% bawas
Stress ng Boltahe (95% ng max na rating) 0.7x 30% bawas
Dalas ng Paglipat (2x nominal) 0.8x 20% bawas
Halumigmig (85% RH) 0.9x 10% bawas

Panghabambuhay na Probability Distribution

larawan (1)

Ang pamamahagi ng Weibull ng MOSFET habang-buhay na nagpapakita ng mga maagang pagkabigo, random na pagkabigo, at panahon ng pagkasira

Mga Salik ng Stress sa Kapaligiran

Temperatura na Pagbibisikleta

85%

Epekto sa panghabambuhay na pagbabawas

Power Cycling

70%

Epekto sa panghabambuhay na pagbabawas

Mechanical Stress

45%

Epekto sa panghabambuhay na pagbabawas

Pinabilis na Resulta ng Pagsusuri sa Buhay

Uri ng Pagsubok Mga kundisyon Tagal Rate ng Pagkabigo
HTOL (High Temperature Operating Life) 150°C, Max VDS 1000 oras < 0.1%
THB (Temperature Humidity Bias) 85°C/85% RH 1000 oras < 0.2%
TC (Temperature Cycling) -55°C hanggang +150°C 1000 cycle < 0.3%

Quality Assurance Program ni Winsok

2

Mga Pagsusuri sa Pagsusuri

  • 100% na pagsubok sa produksyon
  • Pag-verify ng parameter
  • Mga dinamikong katangian
  • Visual na inspeksyon

Mga Pagsusulit sa Kwalipikasyon

  • Pagsusuri ng stress sa kapaligiran
  • Pagpapatunay ng pagiging maaasahan
  • Pagsubok sa integridad ng package
  • Pangmatagalang pagsubaybay sa pagiging maaasahan