การวิเคราะห์ความล้มเหลวของ MOSFET: การทำความเข้าใจ การป้องกัน และแนวทางแก้ไข

ภาพรวมโดยย่อ:MOSFET อาจทำงานล้มเหลวเนื่องจากความเครียดทางไฟฟ้า ความร้อน และเครื่องกลต่างๆ การทำความเข้าใจโหมดความล้มเหลวเหล่านี้ถือเป็นสิ่งสำคัญสำหรับการออกแบบระบบอิเล็กทรอนิกส์กำลังที่เชื่อถือได้ คู่มือที่ครอบคลุมนี้จะสำรวจกลไกความล้มเหลวทั่วไปและกลยุทธ์การป้องกัน

โหมดความล้มเหลวของ MOSFET ทั่วไปและสาเหตุที่แท้จริง

1. ความล้มเหลวเกี่ยวกับแรงดันไฟฟ้า

การสลายเกตออกไซด์
หิมะถล่ม
เจาะทะลุ
ความเสียหายจากการปล่อยประจุไฟฟ้าสถิต

2. ความล้มเหลวที่เกี่ยวข้องกับความร้อน

รายละเอียดรอง
หนีความร้อน
การแยกแพ็คเกจ
การยกลวดบอนด์ออก

โหมดความล้มเหลว	สาเหตุหลัก	สัญญาณเตือน	วิธีการป้องกัน
การพังทลายของเกตออกไซด์	เหตุการณ์ VGS, ESD มากเกินไป	การรั่วไหลของประตูเพิ่มขึ้น	การป้องกันแรงดันไฟฟ้าประตู, มาตรการ ESD
หนีความร้อน	การกระจายพลังงานมากเกินไป	อุณหภูมิที่เพิ่มขึ้น ความเร็วในการเปลี่ยนลดลง	การออกแบบระบายความร้อนที่เหมาะสม การลดพิกัด
หิมะถล่ม	แรงดันไฟกระชาก การสลับอุปนัยแบบไม่มีแคลมป์	การลัดวงจรของแหล่งระบายน้ำ	วงจร Snubber, แคลมป์แรงดันไฟฟ้า

โซลูชั่น MOSFET ที่แข็งแกร่งของ Winsok

MOSFET รุ่นล่าสุดของเรามีกลไกการป้องกันขั้นสูง:

SOA ที่ได้รับการปรับปรุง (พื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัย)
ปรับปรุงประสิทธิภาพการระบายความร้อน
การป้องกัน ESD ในตัว
การออกแบบที่ได้รับการจัดอันดับจากหิมะถล่ม

สำรวจซีรีส์ MOSFET ที่ได้รับการป้องกัน

การวิเคราะห์รายละเอียดของกลไกความล้มเหลว

การพังทลายของเกตออกไซด์

พารามิเตอร์ที่สำคัญ:

แรงดันไฟฟ้าระหว่างเกตและแหล่งกำเนิดสูงสุด: โดยทั่วไป ±20V
ความหนาของเกตออกไซด์: 50-100 นาโนเมตร
ความแรงของสนามพังทลาย: ~10 MV/cm

มาตรการป้องกัน:

ใช้การหนีบแรงดันเกต
ใช้ตัวต้านทานเกตแบบอนุกรม
ติดตั้งไดโอด TVS
แนวทางปฏิบัติเค้าโครง PCB ที่เหมาะสม

การจัดการระบายความร้อนและการป้องกันความล้มเหลว

ประเภทแพ็คเกจ	อุณหภูมิทางแยกสูงสุด	การลดเรตติ้งที่แนะนำ	โซลูชั่นระบายความร้อน
TO-220	175°ซ	25%	ฮีทซิงค์ + พัดลม
D2PAK	175°ซ	30%	พื้นที่ทองแดงขนาดใหญ่ + ฮีทซิงค์เสริม
สท-23	150°ซ	40%	PCB ทองแดงเท

เคล็ดลับการออกแบบที่สำคัญสำหรับความน่าเชื่อถือของ MOSFET

เค้าโครง PCB

ลดพื้นที่ลูปเกตให้เหลือน้อยที่สุด
แยกกำลังและกราวด์สัญญาณ
ใช้การเชื่อมต่อแหล่งสัญญาณเคลวิน
ปรับตำแหน่งจุดผ่านความร้อนให้เหมาะสม

การป้องกันวงจร

ใช้วงจรซอฟต์สตาร์ท
ใช้คำดูแคลนที่เหมาะสม
เพิ่มการป้องกันแรงดันย้อนกลับ
ตรวจสอบอุณหภูมิของอุปกรณ์

ขั้นตอนการวินิจฉัยและการทดสอบ

โปรโตคอลการทดสอบ MOSFET ขั้นพื้นฐาน

การทดสอบพารามิเตอร์แบบคงที่
- แรงดันไฟเข้าเกท (VGS(th))
- ความต้านทานต่อแหล่งเดรน (RDS(on))
- กระแสไฟรั่วที่ประตู (IGSS)
การทดสอบแบบไดนามิก
- เวลาในการสลับ (ตัน, ทอฟฟ์)
- ลักษณะค่าธรรมเนียมเกต
- ความจุเอาต์พุต

บริการเพิ่มความน่าเชื่อถือของ Winsok

การตรวจสอบใบสมัครที่ครอบคลุม
การวิเคราะห์เชิงความร้อนและการเพิ่มประสิทธิภาพ
การทดสอบความน่าเชื่อถือและการตรวจสอบ
การสนับสนุนห้องปฏิบัติการวิเคราะห์ความล้มเหลว

ขอการวิเคราะห์ความล้มเหลว
การสนับสนุนด้านเทคนิค

สถิติความน่าเชื่อถือและการวิเคราะห์อายุการใช้งาน

ตัวชี้วัดความน่าเชื่อถือที่สำคัญ

อัตรา FIT (ความล้มเหลวในเวลา)

จำนวนความล้มเหลวต่อพันล้านชั่วโมงอุปกรณ์

0.1 – 10 พอดี

อิงตามซีรีส์ MOSFET ล่าสุดของ Winsok ภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด

MTTF (เวลาเฉลี่ยถึงความล้มเหลว)

อายุการใช้งานที่คาดหวังภายใต้เงื่อนไขที่กำหนด

>10^6 ชั่วโมง

ที่ TJ = 125°C แรงดันไฟฟ้าปกติ

อัตราการรอดชีวิต

เปอร์เซ็นต์ของอุปกรณ์ที่ยังมีชีวิตรอดเกินระยะเวลาการรับประกัน

99.9%

ในการดำเนินงานอย่างต่อเนื่องเป็นเวลา 5 ปี

ปัจจัยการลดอายุการใช้งาน

สภาพการทำงาน	ปัจจัยที่ลดลง	ผลกระทบต่ออายุการใช้งาน
อุณหภูมิ (ต่อ 10°C ที่สูงกว่า 25°C)	0.5 เท่า	ลด50%
ความเค้นแรงดันไฟฟ้า (95% ของพิกัดสูงสุด)	0.7x	ลด 30%
ความถี่ในการสลับ (ระบุ 2x)	0.8x	ลด 20%
ความชื้น (85% RH)	0.9x	ลด 10%

การกระจายความน่าจะเป็นตลอดชีวิต

การกระจายอายุการใช้งานของ MOSFET แบบ Weibull แสดงให้เห็นความล้มเหลวตั้งแต่เนิ่นๆ ความล้มเหลวแบบสุ่ม และระยะเวลาการสึกหรอ

ปัจจัยความเครียดจากสิ่งแวดล้อม

การปั่นจักรยานตามอุณหภูมิ

85%

ผลกระทบต่อการลดอายุการใช้งาน

พาวเวอร์ปั่นจักรยาน

70%

ผลกระทบต่อการลดอายุการใช้งาน

ความเครียดทางกล

45%

ผลกระทบต่อการลดอายุการใช้งาน

เร่งผลการทดสอบชีวิต

ประเภทการทดสอบ	เงื่อนไข	ระยะเวลา	อัตราความล้มเหลว
HTOL (อายุการใช้งานที่อุณหภูมิสูง)	150°C สูงสุด VDS	1,000 ชั่วโมง	<0.1%
THB (อคติอุณหภูมิความชื้น)	85°C/85% ความชื้น	1,000 ชั่วโมง	<0.2%
TC (การปั่นจักรยานตามอุณหภูมิ)	-55°ซ ถึง +150°ซ	1,000 รอบ	<0.3%