功率MOSFET常见失效模式

        功率MOSFET是电路里面电能转换的载体,如果电路发生过压过流过温过载,一般功率MOSFET会首先出现失效故障,这个时候就要分析引起功率MOSFET故障的原因,针对很多终端客户工程师而言,首先看到功率MOSFET故障,一般就会认为是功率MOSFET问题,其实引起的原因有很多种,那我们就把几个常见的功率MOSFET失效模式列举一下:


        1.ESD静电失效:




        ESD静电失效属于过压失效的一种,因为功率很小,一般损伤点不易发现,测试器件会发现GateSource之间已经Short,采用热点定位(EMMI)分析可以找到芯片上面漏电点,去掉表面金属层之后可以在高倍显微镜下面发现损伤点,SEM剖面分析会发现栅氧化层已经被击穿。
        由于功率MOSFET输入阻抗比较高,一旦产生静电,那么静电电压将会落在功率MOSFET管上,而且其栅氧化层很薄,因此容易发生静电失效,属于静电敏感器件。功率MOSFET ESD静电失效的原因主要有:工作环境过于干燥,易产生静电;操作人员没有采取静电防护措施而使MOS产品静电失效;操作台没有良好接地易摩擦起静电;存储环境较差易产生静电。


        2.雪崩击穿失效


        雪崩击穿失效是在一定的能量冲击之下发生的失效,这个时候一般DrainSource之间会因为雪崩击穿发生击穿,同时会伴随短时间高温,所以可以在芯片表面发现明显的烧伤点;测试器件一般会发现三通(Gate,SourceDrain三端之间Short)

        造成雪崩击穿失效的原因主要是:功率MOSFET产品在应用中多与感性负载连接,那么在关断时感性负载会产生比较高的反向电压,加之功率MOSFET产品在关断过程中需要一定时间,那么关断时就会产生比较大的能量损耗,如果这个能量损耗超过了MOS产品所能承受的雪崩能量就会烧毁失效。

        同时如果电路中的dv/dt太高,当dv/dt过高时易使三极管导通而发生失效,另外dv/dt过高易使Cgd充电,从而使得栅极产生电压,栅极产生反型层,从而使得功率MOSFET误导通而失效,这个失效模式跟雪崩击穿类似。



        3.物理应力损伤


        物理应力损伤是芯片开盖发现,表面已经开裂或者芯片已经缺角,如果从开裂或者缺角侧面显微镜会发现器件内部已经存在裂纹。测试器件一般发发现三通(Gate,Source和Drain三端之间Short)。有些器件因为需要与散热片或者PCB板通过锁螺丝固定,如果扭矩太大,可能会导致框架变形器件因为应力开裂。

        芯片背面由于物理应力造成局部损伤,严重时该产品可以通过电参数测试筛除;若损伤较轻的情况,正常测试程序不能筛除,实际应用过程中产品由于通过波峰焊、长时间老化等高温状态,内部热应力加剧受损部位至芯片出现裂纹。


        4.过流过功率失效


        过流过功率失效开盖会发现芯片表面有极大的烧伤点,甚至碳化的痕迹,测试测试器件一般发现三通(Gate,Source和Drain三端之间Short)

        当功率MOSFET产品瞬间流过的电流过大时,超过功率MOSFET产品所能承受的电流就会发生失效,由于电流都汇聚到源极引线后流出,所以源极引线根部的电流密度非常大使得此处发生功率密度过大而烧毁,严重的会将内引线熔断。

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