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Analisi dei guasti MOSFET: comprensione, prevenzione e soluzioni

Analisi dei guasti MOSFET: comprensione, prevenzione e soluzioni

Orario di pubblicazione: 13 dicembre 2024

Panoramica rapida:I MOSFET possono guastarsi a causa di vari stress elettrici, termici e meccanici. Comprendere queste modalità di guasto è fondamentale per progettare sistemi elettronici di potenza affidabili. Questa guida completa esplora i meccanismi comuni di fallimento e le strategie di prevenzione.

Media in ppm per varie modalità di guasto MOSFETModalità comuni di guasto dei MOSFET e relative cause principali

1. Guasti legati alla tensione

  • Rottura dell'ossido del cancello
  • Rottura di valanghe
  • Punch-through
  • Danni da scarica statica

2. Guasti legati alla temperatura

  • Rottura secondaria
  • Fuga termica
  • Delaminazione del pacchetto
  • Sollevamento del filo di collegamento
Modalità di fallimento Cause primarie Segnali di pericolo Metodi di prevenzione
Decomposizione dell'ossido di gate Eventi VGS ed ESD eccessivi Aumento delle perdite del cancello Protezione dalla tensione di gate, misure ESD
Fuga termica Dissipazione di potenza eccessiva Aumento della temperatura, velocità di commutazione ridotta Progettazione termica adeguata, declassamento
Rottura di valanghe Picchi di tensione, commutazione induttiva non bloccata Cortocircuito drain-source Circuiti soppressori, pinze di tensione

Le robuste soluzioni MOSFET di Winsok

La nostra ultima generazione di MOSFET presenta meccanismi di protezione avanzati:

  • SOA (area operativa sicura) avanzata
  • Prestazioni termiche migliorate
  • Protezione ESD integrata
  • Disegni classificati come valanghe
Esplora la serie MOSFET protetti

Analisi dettagliata dei meccanismi di guasto

Decomposizione dell'ossido di gate

Parametri critici:

  • Tensione gate-source massima: ±20 V tipica
  • Spessore dell'ossido di cancello: 50-100 nm
  • Intensità del campo di rottura: ~10 MV/cm

Misure di prevenzione:

  1. Implementare il bloccaggio della tensione di gate
  2. Utilizzare resistori di gate in serie
  3. Installa i diodi TVS
  4. Pratiche corrette di layout PCB

Gestione termica e prevenzione dei guasti

Tipo di pacchetto Temp. massima di giunzione Declassamento consigliato Soluzione di raffreddamento
TO-220 175°C 25% Dissipatore di calore + ventola
D2PAK 175°C 30% Ampia area in rame + dissipatore di calore opzionale
SOT-23 150°C 40% Versare il rame PCB

Suggerimenti di progettazione essenziali per l'affidabilità del MOSFET

Disposizione del circuito stampato

  • Ridurre al minimo l'area del circuito del gate
  • Massa di alimentazione e segnale separate
  • Utilizza la connessione sorgente Kelvin
  • Ottimizza il posizionamento dei vias termici

Protezione del circuito

  • Implementare circuiti di avvio graduale
  • Utilizzare ammortizzatori adeguati
  • Aggiungi la protezione dalla tensione inversa
  • Monitorare la temperatura del dispositivo

Procedure diagnostiche e di test

Protocollo di test MOSFET di base

  1. Test dei parametri statici
    • Tensione di soglia del gate (VGS(th))
    • Resistenza on-source drain (RDS(on))
    • Corrente di dispersione del gate (IGSS)
  2. Test dinamico
    • Tempi di commutazione (ton, toff)
    • Caratteristiche della carica di gate
    • Capacità di uscita

Servizi di miglioramento dell'affidabilità di Winsok

  • Revisione completa dell'applicazione
  • Analisi termica e ottimizzazione
  • Test e validazione dell'affidabilità
  • Supporto al laboratorio di analisi dei guasti
Richiedi l'analisi dei guasti
Supporto tecnico

Statistiche di affidabilità e analisi della durata

Metriche chiave di affidabilità

Tasso FIT (guasti nel tempo)

Numero di guasti per miliardo di ore di dispositivo

0,1 – 10 ADATTAMENTO

Basato sull'ultima serie MOSFET di Winsok in condizioni nominali

MTTF (tempo medio al guasto)

Durata prevista alle condizioni specificate

>10^6 ore

A TJ = 125°C, tensione nominale

Tasso di sopravvivenza

Percentuale di dispositivi che sopravvivono oltre il periodo di garanzia

99,9%

A 5 anni di funzionamento continuo

Fattori di declassamento nel corso della vita

Condizioni operative Fattore di declassamento Impatto sulla vita
Temperatura (per 10°C sopra 25°C) 0,5x Riduzione del 50%.
Sollecitazione di tensione (95% della potenza massima) 0,7x Riduzione del 30%.
Frequenza di commutazione (2x nominale) 0,8x Riduzione del 20%.
Umidità (85% RH) 0,9x Riduzione del 10%.

Distribuzione della probabilità nel corso della vita

immagine (1)

Distribuzione Weibull della durata del MOSFET che mostra guasti precoci, guasti casuali e periodo di usura

Fattori di stress ambientale

Ciclo della temperatura

85%

Impatto sulla riduzione della durata

Ciclo di potenza

70%

Impatto sulla riduzione della durata

Sollecitazione meccanica

45%

Impatto sulla riduzione della durata

Risultati dei test di vita accelerati

Tipo di prova Condizioni Durata Tasso di fallimento
HTOL (durata operativa ad alta temperatura) 150°C, VDS massimo 1000 ore <0,1%
THB (Bias Temperatura Umidità) 85°C/85% UR 1000 ore <0,2%
TC (Ciclo della temperatura) Da -55°C a +150°C 1000 cicli <0,3%

Programma di garanzia della qualità di Winsok

2

Test di screening

  • Test di produzione al 100%.
  • Verifica dei parametri
  • Caratteristiche dinamiche
  • Ispezione visiva

Prove di qualificazione

  • Screening dello stress ambientale
  • Verifica dell'affidabilità
  • Test di integrità del pacchetto
  • Monitoraggio dell'affidabilità a lungo termine

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