Aperçu rapide :Les MOSFET peuvent échouer en raison de diverses contraintes électriques, thermiques et mécaniques. Comprendre ces modes de défaillance est crucial pour concevoir des systèmes électroniques de puissance fiables. Ce guide complet explore les mécanismes de défaillance courants et les stratégies de prévention.
Modes de défaillance courants des MOSFET et leurs causes profondes
1. Pannes liées à la tension
- Panne de l'oxyde de grille
- Répartition des avalanches
- Perforation
- Dommages causés par les décharges statiques
2. Pannes liées à la chaleur
- Panne secondaire
- Emballement thermique
- Délaminage du colis
- Décollage du fil de liaison
Mode de défaillance | Causes principales | Panneaux d'avertissement | Méthodes de prévention |
---|---|---|---|
Panne d'oxyde de porte | Événements VGS, ESD excessifs | Augmentation des fuites de porte | Protection contre la tension de grille, mesures ESD |
Emballement thermique | Dissipation de puissance excessive | Température en hausse, vitesse de commutation réduite | Conception thermique appropriée, déclassement |
Répartition des avalanches | Pointes de tension, commutation inductive non bridée | Court-circuit drain-source | Circuits amortisseurs, pinces de tension |
Solutions MOSFET robustes de Winsok
Notre dernière génération de MOSFET dispose de mécanismes de protection avancés :
- SOA (zone d'exploitation sécurisée) améliorée
- Performance thermique améliorée
- Protection ESD intégrée
- Conceptions classées avalanche
Analyse détaillée des mécanismes de défaillance
Panne d'oxyde de porte
Paramètres critiques :
- Tension grille-source maximale : ±20 V typique
- Épaisseur d'oxyde de porte : 50-100 nm
- Intensité du champ de claquage : ~10 MV/cm
Mesures de prévention :
- Mettre en œuvre le serrage de la tension de grille
- Utiliser des résistances de grille en série
- Installer des diodes TVS
- Bonnes pratiques de disposition des PCB
Gestion thermique et prévention des pannes
Type de colis | Température de jonction maximale | Déclassement recommandé | Solution de refroidissement |
---|---|---|---|
TO-220 | 175°C | 25% | Dissipateur thermique + ventilateur |
D2PAK | 175°C | 30% | Grande zone de cuivre + dissipateur thermique en option |
SOT-23 | 150°C | 40% | Versement de cuivre PCB |
Conseils de conception essentiels pour la fiabilité des MOSFET
Disposition des circuits imprimés
- Minimiser la zone de boucle de porte
- Terres d'alimentation et de signal séparées
- Utiliser la connexion source Kelvin
- Optimiser le placement des vias thermiques
Protection des circuits
- Mettre en œuvre des circuits de démarrage progressif
- Utilisez des amortisseurs appropriés
- Ajouter une protection contre les tensions inverses
- Surveiller la température de l'appareil
Procédures de diagnostic et de test
Protocole de test MOSFET de base
- Test des paramètres statiques
- Tension de seuil de grille (VGS(th))
- Résistance drain-source à l'état passant (RDS(on))
- Courant de fuite de grille (IGSS)
- Tests dynamiques
- Temps de commutation (tonne, toff)
- Caractéristiques de charge de porte
- Capacité de sortie
Services d'amélioration de la fiabilité de Winsok
- Examen complet des candidatures
- Analyse thermique et optimisation
- Tests et validation de fiabilité
- Support laboratoire d’analyse des défaillances
Statistiques de fiabilité et analyse de la durée de vie
Indicateurs clés de fiabilité
Taux FIT (échecs dans le temps)
Nombre de pannes par milliard d'heures d'appareil
Basé sur la dernière série MOSFET de Winsok dans des conditions nominales
MTTF (temps moyen avant défaillance)
Durée de vie prévue dans des conditions spécifiées
A TJ = 125°C, tension nominale
Taux de survie
Pourcentage d'appareils survivant au-delà de la période de garantie
A 5 ans de fonctionnement continu
Facteurs de déclassement à vie
État de fonctionnement | Facteur de déclassement | Impact sur la durée de vie |
---|---|---|
Température (par 10°C au-dessus de 25°C) | 0,5x | 50% de réduction |
Contrainte de tension (95 % de la valeur nominale maximale) | 0,7x | 30% de réduction |
Fréquence de commutation (2x nominale) | 0,8x | 20% de réduction |
Humidité (85 % HR) | 0,9x | 10% de réduction |
Distribution de probabilité sur toute la vie
Distribution de Weibull de la durée de vie du MOSFET montrant les pannes précoces, les pannes aléatoires et la période d'usure
Facteurs de stress environnemental
Cyclisme de température
Impact sur la réduction de la durée de vie
Cyclisme de puissance
Impact sur la réduction de la durée de vie
Contrainte mécanique
Impact sur la réduction de la durée de vie
Résultats des tests de durée de vie accélérés
Type d'essai | Conditions | Durée | Taux d'échec |
---|---|---|---|
HTOL (durée de vie à haute température) | 150°C, VDS maximum | 1000 heures | < 0,1% |
THB (biais de température et d'humidité) | 85°C/85% HR | 1000 heures | < 0,2% |
TC (Cycle de température) | -55°C à +150°C | 1000 cycles | < 0,3% |