MOSFET是芯片的基本單元，MOSFET是為了實(shí)現(xiàn)數(shù)字電路中0和1的開關(guān)，他有三個(gè)電極，源極、柵極和漏極，簡(jiǎn)化模型如下圖
MOSFET的制造過程中，源極、柵極和漏極的布局與連接至關(guān)重要。這些組成部分的精細(xì)工藝，決定了MOSFET的性能與可靠性。在邏輯門的構(gòu)建中，MOSFET與其他晶體管協(xié)同工作，共同實(shí)現(xiàn)各種邏輯功能。
運(yùn)算器的構(gòu)建離不開邏輯門的巧妙組合。這些邏輯門，如同電路中的關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)，通過精確的開關(guān)動(dòng)作，共同構(gòu)建出運(yùn)算器的復(fù)雜功能。
最終，這些精心構(gòu)建的邏輯門被整合到一個(gè)僅有一枚指甲大小的芯片之中。
為何需要“電子開關(guān)”？
想象一下老式的電燈開關(guān)：按下去，金屬片接觸，電路接通，燈亮；抬起來，金屬片斷開，電路斷開，燈滅。這種機(jī)械開關(guān)簡(jiǎn)單可靠，但在飛速運(yùn)轉(zhuǎn)的手機(jī)、電腦芯片里，它們太慢了、太大、太耗電，根本無法勝任。
我們需要一種開關(guān)：
(1) 速度極快：每秒能開關(guān)數(shù)十億次。
(2) 體積超?。罕阮^發(fā)絲還細(xì)，能在指甲蓋大小的芯片上集成幾十億個(gè)。
(3) 耗電極低：開關(guān)動(dòng)作本身幾乎不耗電。
(4) 控制靈敏：能用微小的電信號(hào)來控制大電流的通斷。
MOSFET正是這樣的“超級(jí)電子開關(guān)”。
下面對(duì)MOS失效的原因總結(jié)以下六點(diǎn)：
1：雪崩失效(電壓失效)，也就是我們常說的漏源間的BVdss電壓超過MOSFET的額定電壓，并且超過達(dá)到了一定的能力從而導(dǎo)致MOSFET失效。
2：SOA失效(電流失效)，既超出MOSFET安全工作區(qū)引起失效，分為Id超出器件規(guī)格失效以及Id過大，損耗過高器件長(zhǎng)時(shí)間熱積累而導(dǎo)致的失效。
3：體二極管失效：在橋式、LLC等有用到體二極管進(jìn)行續(xù)流的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，由于體二極管遭受破壞而導(dǎo)致的失效。
4：諧振失效：在并聯(lián)使用的過程中，柵極及電路寄生參數(shù)導(dǎo)致震蕩引起的失效。
雪崩失效（電壓型失效）當(dāng) MOSFET 漏源極之間施加的電壓超過器件額定漏源擊穿電壓 BVdss，且超出幅度達(dá)到臨界閾值時(shí)，會(huì)引發(fā)雪崩擊穿效應(yīng)，導(dǎo)致器件內(nèi)部載流子急劇倍增，最終造成 MOSFET 永久性失效。
SOA 失效（電流型失效）該失效源于器件工作狀態(tài)超出安全工作區(qū)（SOA） 范圍，分為兩種情況：一是漏極電流 Id 直接超出器件規(guī)格書中的最大限值，引發(fā)瞬時(shí)過載失效；二是 Id 過大導(dǎo)致導(dǎo)通損耗、開關(guān)損耗劇增，熱量累積速度超過器件散熱能力，最終因熱擊穿失效。
體二極管失效在橋式拓?fù)?、LLC 諧振拓?fù)涞刃枰w二極管續(xù)流的電路中，體二極管若承受超出耐受能力的反向恢復(fù)電流、電壓尖峰，或長(zhǎng)時(shí)間高頻續(xù)流導(dǎo)致熱應(yīng)力持續(xù)累積，會(huì)造成體二極管損壞，進(jìn)而引發(fā) MOSFET 整體功能失效。
諧振失效多顆 MOSFET 并聯(lián)應(yīng)用場(chǎng)景下，柵極驅(qū)動(dòng)回路的寄生電感、寄生電容，與器件自身的輸入電容等參數(shù)相互作用，會(huì)引發(fā)高頻寄生振蕩。這會(huì)導(dǎo)致柵極電壓波動(dòng)劇烈，器件開關(guān)過程異常，最終因損耗激增或電壓擊穿失效。
靜電失效秋冬干燥環(huán)境或靜電防護(hù)措施不足時(shí)，人體、生產(chǎn)設(shè)備產(chǎn)生的靜電電荷可通過柵極等引腳注入器件，瞬間擊穿柵極氧化層，造成 MOSFET 不可逆損壞。
柵極電壓失效柵極遭遇異常過沖電壓尖峰，超出柵源極額定耐壓范圍（多數(shù)商用 MOSFET 柵源耐壓為 ±20V 左右），會(huì)直接擊穿柵極氧化層，導(dǎo)致柵極絕緣性能完全喪失，器件徹底失效。
驅(qū)動(dòng)異常失效該失效分為兩種子類型：一是驅(qū)動(dòng)不足，柵源驅(qū)動(dòng)電壓 Vgs 未達(dá)到器件導(dǎo)通閾值或未達(dá)到飽和導(dǎo)通電壓，導(dǎo)致 MOSFET 導(dǎo)通電阻 Rds(on) 大幅上升，損耗飆升引發(fā)熱失效；二是驅(qū)動(dòng)過沖，柵極驅(qū)動(dòng)回路的電壓尖峰超出柵源耐壓，與柵極電壓失效原理類似，但觸發(fā)源為驅(qū)動(dòng)電路設(shè)計(jì)缺陷，而非外部異常電壓。
熱循環(huán)失效MOSFET 在工作過程中反復(fù)經(jīng)歷 “升溫 - 降溫” 的熱循環(huán)，會(huì)導(dǎo)致器件封裝引腳與芯片結(jié)合處、焊點(diǎn)出現(xiàn)熱疲勞，進(jìn)而引發(fā)引腳松動(dòng)、焊點(diǎn)開裂，最終造成電路接觸不良或器件失效。該失效多見于大功率、高頻開關(guān)的應(yīng)用場(chǎng)景。
化學(xué)腐蝕失效在潮濕、含鹽霧或腐蝕性氣體的惡劣環(huán)境中，MOSFET 的封裝材料會(huì)被侵蝕，引腳會(huì)發(fā)生氧化、銹蝕，導(dǎo)致引腳接觸電阻增大；若腐蝕穿透封裝，還會(huì)造成芯片內(nèi)部電路氧化短路，最終引發(fā)器件失效。
封裝失效因機(jī)械沖擊、振動(dòng)、外力擠壓等物理因素，導(dǎo)致 MOSFET 封裝開裂、引腳彎折斷裂，使芯片與外部電路的連接中斷，或芯片直接暴露在空氣中受污染失效。
雪崩失效分析(電壓失效)
到底什么是雪崩失效呢，簡(jiǎn)單來說MOSFET在電源板上由于母線電壓、變壓器反射電壓、漏感尖峰電壓等等系統(tǒng)電壓疊加在MOSFET漏源之間，導(dǎo)致的一種失效模式。簡(jiǎn)而言之就是由于就是MOSFET漏源極的電壓超過其規(guī)定電壓值并達(dá)到一定的能量限度而導(dǎo)致的一種常見的失效模式。
下面的圖片為雪崩測(cè)試的等效原理圖，做為工程師可以簡(jiǎn)單了解下。
無鉗位感性開關(guān)測(cè)試（UIS）：通過電感儲(chǔ)存能量，模擬雪崩工況
核心配置：VDD 供電、電感 L 儲(chǔ)能、RG 限流、示波器捕獲 Vds/Ids 波形
可能我們經(jīng)常要求器件生產(chǎn)廠家對(duì)我們電源板上的MOSFET進(jìn)行失效分析，大多數(shù)廠家都僅僅給一個(gè)EAS.EOS之類的結(jié)論，那么到底我們?cè)趺磪^(qū)分是否是雪崩失效呢，下面是一張經(jīng)過雪崩測(cè)試失效的器件圖，我們可以進(jìn)行對(duì)比從而確定是否是雪崩失效。
1. 雪崩現(xiàn)象定義
當(dāng) MOSFET 漏源極電壓（Vds）超過擊穿電壓（BVdss）時(shí)，寄生 BJT 導(dǎo)通，形成雪崩電流，器件吸收能量并產(chǎn)生溫升
本質(zhì)：漏區(qū)與襯底間 PN 結(jié)的雪崩擊穿效應(yīng)
2. 雪崩損壞機(jī)制
局部元胞過熱：能量集中導(dǎo)致芯片局部溫度超過 150℃
寄生 BJT 導(dǎo)通：引發(fā) MOSFET 誤導(dǎo)通，加劇電流沖擊
典型失效表現(xiàn)：Source 極底部燒毀、柵氧化層擊穿
關(guān)鍵參數(shù)與測(cè)試基礎(chǔ)
1. 核心雪崩參數(shù)
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雪崩觸發(fā)臨界電壓（實(shí)際按 1.3×BVdss 設(shè)計(jì)） |
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關(guān)鍵計(jì)算公式
電源浪涌問題典型場(chǎng)景
1. 應(yīng)用背景
設(shè)備：32W/28W LED 驅(qū)動(dòng)電源（單端反激拓?fù)洌?/span>
輸入條件：90~265VAC，浪涌要求 1200V DM
核心器件：LSD11N70、LSD07N65、TK13A65U 等 MOSFET
2. 三類典型失效場(chǎng)景
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Vds 瞬時(shí)超壓，雪崩能量超標(biāo) |
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3. 失效波形示例（Surge Case 3）
測(cè)試條件：230Vac 輸入，1400V/90° 浪涌
關(guān)鍵數(shù)據(jù)：Vds=848V，Ids=5.8A，遠(yuǎn)超器件安全閾值
波形特征：Vds 尖峰陡峭，Ids 沖擊電流明顯
案例：28W LED 電源浪涌整改（原方案失效）
1. 原方案問題診斷
電源規(guī)格：輸入 90~265VAC，輸出 28~40VDC/700mA
失效現(xiàn)象：1300V 浪涌測(cè)試時(shí) MOSFET 擊穿
核心原因：
母線殘壓過高，Vds 峰值接近 BVdss
變壓器飽和導(dǎo)致雪崩電流激增（Ids=11.25A）
浪涌能量未有效吸收
2. 整改方案設(shè)計(jì)
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避免磁芯飽和，穩(wěn)定勵(lì)磁電感 Lp |
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縮短開通時(shí)間，調(diào)整 RG=25Ω |
減少開關(guān)損耗，降低雪崩觸發(fā)概率 |
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優(yōu)化 RCD 鉗位電路（C=10μF/450V） |
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3. 器件選型對(duì)比（關(guān)鍵參數(shù)）
優(yōu)化效果與驗(yàn)證
浪涌測(cè)試數(shù)據(jù)對(duì)比
整改前：Vds 尖峰突出，Ids 沖擊明顯
整改后：Vds 平穩(wěn)，Ids 無尖峰，能量分布均勻
效率：全電壓范圍保持 88% 以上，與原方案基本一致
功率因數(shù)：整改后 PF≥0.94，滿足行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)
可靠性：1000 次浪涌測(cè)試無失效，通過率 100%
雪崩失效的預(yù)防措施
雪崩失效歸根結(jié)底是電壓失效，因此預(yù)防我們著重從電壓來考慮。具體可以參考以下的方式來處理。
1：合理降額使用，目前行業(yè)內(nèi)的降額一般選取80%-95%的降額，具體情況根據(jù)企業(yè)的保修條款及電路關(guān)注點(diǎn)進(jìn)行選取。
2：合理的變壓器反射電壓。
3：合理的RCD及TVS吸收電路設(shè)計(jì)。
4：大電流布線盡量采用粗、短的布局結(jié)構(gòu)，盡量減少布線寄生電感。
5：選擇合理的柵極電阻Rg。
6：在大功率電源中，可以根據(jù)需要適當(dāng)?shù)募尤隦C減震或齊納二極管進(jìn)行吸收。
SOA失效(電流失效)
再簡(jiǎn)單說下第二點(diǎn)，SOA失效
SOA失效是指電源在運(yùn)行時(shí)異常的大電流和電壓同時(shí)疊加在MOSFET上面，造成瞬時(shí)局部發(fā)熱而導(dǎo)致的破壞模式。或者是芯片與散熱器及封裝不能及時(shí)達(dá)到熱平衡導(dǎo)致熱積累，持續(xù)的發(fā)熱使溫度超過氧化層限制而導(dǎo)致的熱擊穿模式。
關(guān)于SOA各個(gè)線的參數(shù)限定值可以參考下面圖片?！?/span>
1：受限于最大額定電流及脈沖電流
2：受限于最大節(jié)溫下的RDSON。
3：受限于器件最大的耗散功率。
4：受限于最大單個(gè)脈沖電流。
5：擊穿電壓BVDSS限制區(qū)
我們電源上的MOSFET，只要保證能器件處于上面限制區(qū)的范圍內(nèi)，就能有效的規(guī)避由于MOSFET而導(dǎo)致的電源失效問題的產(chǎn)生。
這個(gè)是一個(gè)非典型的SOA導(dǎo)致失效的一個(gè)解刨圖，由于去過鋁，可能看起來不那么直接，參考下。
SOA失效的預(yù)防措施：
1：確保在最差條件下，MOSFET的所有功率限制條件均在SOA限制線以內(nèi)。
2：將OCP功能一定要做精確細(xì)致。
在進(jìn)行OCP點(diǎn)設(shè)計(jì)時(shí)，一般可能會(huì)取1.1-1.5倍電流余量的工程師居多，然后就根據(jù)IC的保護(hù)電壓比如0.7V開始調(diào)試RSENSE電阻。有些有經(jīng)驗(yàn)的人會(huì)將檢測(cè)延遲時(shí)間、CISS對(duì)OCP實(shí)際的影響考慮在內(nèi)。但是此時(shí)有個(gè)更值得關(guān)注的參數(shù)，那就是MOSFET的Td(off)。它到底有什么影響呢，我們看下面FLYBACK電流波形圖(圖形不是太清楚，十分抱歉，建議雙擊放大觀看)。
從圖中可以看出，電流波形在快到電流尖峰時(shí)，有個(gè)下跌，這個(gè)下跌點(diǎn)后又有一段的上升時(shí)間，這段時(shí)間其本質(zhì)就是IC在檢測(cè)到過流信號(hào)執(zhí)行關(guān)斷后，MOSFET本身也開始執(zhí)行關(guān)斷，但是由于器件本身的關(guān)斷延遲，因此電流會(huì)有個(gè)二次上升平臺(tái)，如果二次上升平臺(tái)過大，那么在變壓器余量設(shè)計(jì)不足時(shí)，就極有可能產(chǎn)生磁飽和的一個(gè)電流沖擊或者電流超器件規(guī)格的一個(gè)失效。
3：合理的熱設(shè)計(jì)余量，這個(gè)就不多說了，各個(gè)企業(yè)都有自己的降額規(guī)范，嚴(yán)格執(zhí)行就可以了，不行就加散熱器。
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