做一张网站图得多少钱,成品app软件大全,数据分析网站html模板下载,网站制作在哪里找0 前言目前#xff0c;功率 MOSFET管广泛地应用于开关电源系统及其它的一些功率电子电路中#xff0c;然而#xff0c;在实际的应用中#xff0c;通常#xff0c;在一些极端的边界条件下#xff0c;如系统的输出短路及过载测试#xff0c;输入过电压测试以及动态的老化测…0 前言目前功率 MOSFET管广泛地应用于开关电源系统及其它的一些功率电子电路中然而在实际的应用中通常在一些极端的边界条件下如系统的输出短路及过载测试输入过电压测试以及动态的老化测试中功率 MOSFET 有时候会发生失效损坏。工程师将损坏的功率 MOSFET 送到半导体原厂做失效分析后得到的失效分析报告的结论通常是过电性应力 EOS无法判断是什么原因导致 MOSFET 的损坏。本文将通过功率 MOSFET 管的工作特性结合失效分析图片中不同的损坏形态系统的分析过电流损坏和过电压损坏同时根据损坏位置不同分析功率 MOSFET 管的失效是发生在开通的过程中还是发生在关断的过程中从而为设计工程师提供一些依据来找到系统设计的一些问题提高电子系统的可靠性。1、过电压和过电流测试电路过电压测试的电路图如图 1(a)所示选用 40V 的功率 MOSFETAON6240DFN5*6 的封装。其中所加的电源为 60V使用开关来控制将 60V 的电压直接加到 AON6240 的 D 和 S 极熔丝用来保护测试系统功率 MOSFET 损坏后将电源断开。测试样品数量5 片。过电流测试的电路图如图 2(b)所示选用 40V 的功率 MOSFETAON6240DFN5*6 的封装。首先合上开关 A用 20V 的电源给大电容充电电容 C 的容值15mF然后断开开关 A合上开关 B将电容 C 的电压加到功率 MOSFET 的 D 和 S 极使用信号发生器产生一个电压幅值为 4V、持续时间为 1 秒的单脉冲加到功率 MOSFET 的 G 极。测试样品数量5 片。(a)过电压测试(b)过电流测试 图 1:测试电路图2、过电压和过电流失效损坏将过电压和过电流测试损坏的功率 MOSFET 去除外面的塑料外壳对露出的硅片正面失效损坏的形态的图片分别如图 2(a)和图 2(b)所示。(a)过电压损坏(b)过电流损坏图 2失效图片从图 2(a)可以看到过电压的失效形态是在硅片中间的某一个位置产生一个击穿小孔洞通常称为热点其产生的原因就是因为过压而产生雪崩击穿在过压时通常导致功率 MOSFET 内部寄生三极管的导通[1]由于三极管具有负温度系数特性当局部流过三极管的电流越大时温度越高而温度越高流过此局部区域的电流就越大从而导致功率 MOSFET 内部形成局部的热点而损坏。硅片中间区域是散热条件最差的位置也是最容易产生热点的地方可以看到上图中击穿小孔洞即热点正好都位于硅片的中间区域。在过流损坏的条件下图 2(b )的可以看到所有的损坏位置都是发生的 S 极而且比较靠近 G 极因为电容的能量放电形成大电流全部流过功率 MOSFET所有的电流全部要汇集中 S 极这样S 极附近产生电流 集中因此温度最高也最容易产生损坏。注意到在功率 MOSFET 内部是由许多单元并联形成的如图 3(a)所示其等效的电路图如图 3(b )所示在开通过程中离 G 极近地区域VGS的电压越高因此区域的单元流过电流越大因此在瞬态开通过程承担更大的电流这样离 G 极近的 S 极区域温度更高更容易因过流产生损坏。(a) 内部结构 (b)等效电路 图 3功率 MOSFET 内部结构及等效电路3、过电压和过电流混合失效损坏在实际应用中单一的过电流和过电流的损坏通常很少发生更多的损坏是发生过流后由于系统的过流保护电路工作将功率 MOSFET 关断这样在关断的过程中发生过压即雪崩。从图 4 可以看到功率 MOSFET 先过流然后进入雪崩发生过压的损坏形态。图 4过流后再过压损坏形态可以看到和上面过流损坏形式类似它们也发生在靠近 S 极的地方同时也有因为过压产生的击穿的洞坑而损坏的位置远离 S 极和上面的分析类似在关断的过程距离 G 极越远的位置在瞬态关断过程中VGS 的电压越高承担电流也越大因此更容易发生损坏。4、线性区大电流失效损坏在电池充放电保护电路板上通常负载发生短线或过流电保护电路将关断功率 MOSFET以免电池产生过放电。但是和通常短路或过流保护快速关断方式不同功率 MOSFET 以非常慢的速度关断如下图 5 所示功率 MOSFET 的 G 极通过一个 1M 的电阻缓慢关断。从 VGS 波形上看到米勒平台的时间高达 5ms。米勒平台期间功率 MOSFET 工作在放大状态即线性区。功率 MOSFET 工作开始工作的电流为 10A使用器件为 AO4488失效的形态如图 5(c)所示。当功率 MOSFET 工作在线性区时它是负温度系数[2]局部单元区域发生过流时同样会产生局部热点温度越高电流越大导致温度更一步增加然后过热损坏。可以看出其损坏的热点的面积较大是因为此区域过一定时间的热量的积累。另外破位的位置离 G 极较远损坏同样发生的关断的过程破位的位置在中间区域同样也是散热条件最差的区域。在功率 MOSFET 内部局部性能弱的单元封装的形式和工艺都会对破位的位置产生影响。(a) 电池保护板电路 (b)工作波形(c)失效图片 图 5电池保护电路板工作波形及 MOSFET 失效形态一些电子系统在起动的过程中芯片的 VCC 电源也是功率 MOSFET 管的驱动电源建立比较慢如在照明中使用 PFC 的电感绕组给 PWM 控制芯片供电这样在起动的过程中功率 MOSFET 由于驱动电压不足容易进入线性区工作。在进行动态老化测试的时候功率 MOSFET 不断的进入线性区工作工作一段时间后就会形成局部热点而损坏。使用 AOT5N50 作测试G 极加 5V 的驱动电压做开关机的重复测试电流 ID3工作频率 8Hz 重复 450 次后器件损坏波形和失效图片如图 6(b)和(c)所示。可以看到器件形成局部热点而且离 G 极比较近因此器件是在开通过程中由于长时间工作线性区产生的损坏。图 6(a)是器件 AOT5N50 应用于日光灯电子镇流器的 PFC 电路系统在动态老化测试过程生产失效的图片而且测试实际的电路在起动过程中MOSFET 实际驱动电压只有 5V 左右MOSFET 相当于有很长的一段时间工作在线性区失效形态和图 6(b)相同。(a)失效图片 (b)失效图片(c)失效波形图 6MOSFET 开通工作在线性区工作波形及失效形态5、结论(1)功率 MOSFET 单一的过电压损坏形态通常是在中间散热较差的区域产生一个局部的热点而单一的过电流的损坏位置通常是在电流集中的靠近 S 极的区域。实际应用中通常先发生过流短路保护 MOSFET 关断后又经历雪崩过压的复合损坏形态。(2)损坏位置距离 G 极近开通过程中损坏的几率更大损坏位置距离 G 极远关断开通过程中损坏几率更大。(3)功率 MOSFET 在线性区工作时产生的失效形态也是局部的热点热量的累积影响损坏热点洞坑的大小。(4)散热条件是决定失效损坏发生位置的重要因素芯片的封装类型及封装工艺影响芯片的散热条件。另外芯片生产工艺产生单元性能不一致而形成性能较差的单元也会影响到损坏的位置。