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原创 7th原创赛

关于造成功率器件损坏的几种原因-已完结

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XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-6 14:18:59
其实现在,我们做项目的时候,经常会出现功率器件损坏,导致项目进度跟不上,影响产品开发进度,如果是有项目开发奖金的公司,还会影响各位的工资
闲话少说,咱谈正事,关于造成功率器件的损坏原因,小弟把它大致归结为以下四个原因:
1.热击穿,一般是温度过高导致功率器件损坏。
2.浪涌电流,相信这个大家都比较熟悉了,也算是损坏功率器件的罪魁祸首
3.过电压,电压高于功率器件的标称电压,高于功率器件的阻断能力。
4.动态雪崩。
以上四个原因,只是小弟的个人见解,希望各位大神加以指正



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副总工程师
  • 2017-9-6 14:50:21
 
1.关于热击穿
相信大家都有遇到过热击穿,由于温度高导致功率器件损坏,在我们做开关电源时,MOS管,肖特基二极管,以及RCD吸收二极管,变压器,在我们设计中,由于参数的选择不合理会出现温度过高,产品稳定性降低,但是针对半导体器件来说,导致温度过高的原因是由于本征载流子的浓度发生变化,当温度小于本征温度时,载流子的浓度对温度的依赖性小,当温度高于本征温度时,载流子的浓度随温度的升高按指数规律增加。
假设发热是由高的漏电流引起,高温区域的漏电流还会进一步升高,然而这些区域就会变得更热,导致漏电流又会更大,温度跟漏电流正比,如果器件的散热装置不能带走这么高的功率损耗密度,那么对于器件来讲损坏的几率会大很多。
假设发热是由于超过击穿电压的高电压产生,将促使器件雪崩击穿,并产生损耗,增加温度,一般半导体器件的击穿电压会随着温度升高而增加,发生雪崩击穿的区域也会向温度低的区域迁移。
一般热击穿所呈现的形态都能从外观看出,外表会出现局部熔融,也可以通过测量器件的性能,得出器件损坏。

XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-8 10:58:13
 
雪崩耐量要避免负微分电阻,一个器件的额定阻断电压越高,它的掺杂浓度越低,如果发生雪崩时的电场是三角形或梯形分布,电子空穴对在高电场区域产生,产生的电子空穴对随着电场指数规律增长,PN结附近是主要的产生区域,空穴流向阳极,电子流向阴极,电子不能到达空间电荷区的阳极侧边缘,空穴输运形成反向电流。
平面结终端器件中,器件可能产生的最大阻断能力通常受限于边缘,雪崩击穿首先发生在边缘处,对于过电压引起损坏,器件的边缘通常包含在破坏的区域内。
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副总工程师
  • 2017-9-7 09:06:59
 
继续更新。。。。。
今天来讲讲浪涌电流导致功率半导体器件,闲话少说,进入正题,相信大家在实际应用当中都会遇到浪涌电流导致损坏,而且半导体的数据手册上也会给出可能出现的浪涌电流,一般来讲,在二极管或者晶闸管的整流应用中,会出现瞬间的高电流脉冲,当我们在评估一个时,一个单一的正弦半波电网电流被施加到正向二极管上,当脉冲电流的持续时间相对较长的话,由于器件本身内部温度相当高,半导体的IV特性分为上升与下降两部分,下降部分的半导体的电压降会比较低,当温度越高的情况下,半导体的VF会越低,这跟昨天讲的过热导致功率器件损坏的原理相对类似了,还有就是半导体的本身的效应也会跟温度或者电流有关,比如载流子的寿命、发射极的复合、迁移率、金属化和键合线的电阻、载流子的浓度等等都跟温度或者电流有关系。


XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-7 09:50:40
 
在不同的制造工艺中,晶体管的IV特性曲线是不同的,一般通过测试对比可以看出,当破坏极限以下的浪涌电流应力对半导体自身不会导致不可逆转的改变,但是如果浪涌电流持续增加,并超过一定的数值,本身器件的裂缝特性将会增加,器件会产生高温,最后导致器件损坏,一个快恢复二极管的浪涌电流是其额定电流的10-12倍,按照电网的频率运行的二极管或者晶体管的浪涌电流时额定电流的20倍,因为这些器件的载流子寿命较高,而且它们的正向压降也低。
一个被浪涌电流破坏的二极管,它的熔化区通常靠近键合引脚,在浪涌电流的作用下,温度的最高点为键合引线引脚旁边,在这种情况下,熔化区通常为器件的有源区,在实际应用中,一定不会在正弦波的脉冲形势下被损坏,电流的脉冲形式也以不同形式的存在,可以根据实际测试的波形,结合数据手册进行分析,可以得出是否为浪涌电流造成损坏。
creater
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  • 2017-9-7 11:17:46
 
MOSFET D极有电弧痕迹,怎么回事?静电吗?
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-7 13:32:27
 
这个需要看您那边的实际使用了,会不会MOS的脚位有残留的金属,然后在后续的测试中会出现您说的电弧痕迹,当然,静电也有可能会造成这种情况的
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-7 14:26:57
 
3.过电压高于功率器件的阻断能力,一般功率器件的阻断能力都会受到雪崩击穿的限制,当电压高于器件的额定电压时会发生雪崩击穿,大多数的功率器件在雪崩击穿模式下,可以承受一定的电流,然而一般器件都不允许在雪崩模式下使用,当然也有例外,因为有的器件本身就是雪崩型的,一般当电压高于1KV以上的MOS管、二极管、晶体管等都是雪崩型器件,这些器件可以工作在短时间的雪崩模式。
世纪电源网-九天
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超级版主
  • 2017-9-7 15:26:30
 
支持~跟着楼主来学习~~
power2828
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  • 2017-9-7 15:35:44
 
如何判断,是浪涌损坏还是高压损坏?
XIE52062
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  • 2017-9-8 08:17:52
 
从外观上一般是分辨不出来的,需要借助一定的仪器设备才能判定为什么损坏, 但是一般浪涌电流损坏,解剖后可以看到键合线位置会熔断(只针对有键合线的,没有键合线现象会不一样),如果电压损坏,会在晶片本体看到穿孔
CK2727205032
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副总工程师
  • 2017-9-7 22:37:33
 
上面4个原因是针对MOSFET吗?
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-8 08:13:13
 
不是的,半导体都有可能出现上述四种情况,比如二极管、三极管、MOS管、晶闸管等都有可能出现。
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-8 08:55:46
 
一般在半导体厂商都会在规格书上注明最大雪崩耗散能量Exx(具体每家的表达方式不一样),一般低压MOS的额定雪崩值高达1焦耳,但是这样的能量耗散一般只能单次发生,不能在高频下连续发生,MOS 的雪崩耐量是根据器件的发生击穿容积设计的,一般平面MOS,漏极扩展区基区很窄(该区主要为承受阻断电压),当雪崩能量出现会出现异常,当然对已沟槽型MOS也是一样,对于这样结构需要附加一个设计以使雪崩能量不会发生在沟槽处,器件发生击穿同样对二极管也会造成影响,在设计中,很好的设计电位环可以承受雪崩能量,但是当大于一定值时,如果在更严的条件下,很难找到额定的雪崩值。
hwx-555
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总工程师
  • 2017-9-8 10:04:34
 
过压击穿与雪崩有那些区别
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副总工程师
  • 2017-9-8 14:10:40
 
同是电压击穿的话,在本质上是没有多大区别,所呈现到晶片本体的区别也不大。
hwx-555
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总工程师
  • 2017-9-8 14:17:03
 
雪崩会有几种情况
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-8 14:34:34
 
材料掺杂浓度较低的PN结中,当PN结反向电压增加时,空间电荷区中的电场随着增强。这样通过空间电荷区的电子和空穴,就会在电场作用下,使获得的能量增大。在晶体中运行的电子和空穴将不断的与晶体原子发生碰撞,通过这样的碰撞可使束缚在共价键中的价电子碰撞出来,产生自由电子-空穴对。新产生的载流子在电场作用下撞出其他价电子,又产生新的自由电子和空穴对。如此连锁反应,使得阻挡层中的载流子的数量雪崩式地增加,流过PN结的电流就急剧增大击穿PN结,实际来讲的话,真正破坏PN结的,还是由于电流急剧增大,但是导致PN结电流急剧增大的却是施加在PN结的反向电压。
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-11 15:41:41
 
4.动态雪崩
动态雪崩接近开始时,失效就已经被检测到,并且被认为是半导体物理中一个不可避免的现象,动态雪崩在空间电荷区中产生的电子会中和带正电荷的空穴,然后储存起来,增加的空穴浓度部分被补偿,在具有平面产限环结构的二极管中,阳极面积比阴极面积小,阳极边缘的电流密度增加,并且在器件模拟中可以观察到,在关断的起始阶段有一个电流丝,在边缘实施一个电阻区以减少这个弱点,钝化层下方的P层区根据电阻R值衍生出来,针对软恢复二极管来讲,阳极侧的P区适当掺杂,结合电阻R在边区起到一个电流的阻尼作用,边缘处的电流密度减少,边缘处的结构称为高反向恢复结构。
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-14 13:43:28
 
好几天没有更新了,今天把没有更新完的一次性,写完吧。
随着电流密度的增加,由于空间电荷效应,动态雪崩导致电流丝,一般在器件模拟中电流丝的密度为1000-2000A/cm²,然而由于以下原因会形成的一些反作用机制,破坏应该是可以避免的。微分电阻的负阻性不强,电流的进一步增加会使电压再次上升,电流丝的密度是有限的,电流丝内的温度上升导致该处碰撞电离减少,这对电流丝的形成起反作用,电流丝内部局部的高密度电流迅速将存储的载流子移出等离子体区。
所以如果要避免动态雪崩,器件的额定电压越高,对允许反向电流的密度的限制也就越多,器件的额定电压越高,形成电流丝或者电流管的电流密度越低。

上述内容已经全部更新完毕,有可能对大家帮助不是很大,由于个人的水平有限,也很想跟大家多多学习各方面的知识,谢谢各位的指导。

XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-17 19:01:40
 
上传几张之前遇到的不良品图片

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gxg1122
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副总工程师
  • 2017-9-30 13:41:02
 
楼主这个不良品是怎么造成的?
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副总工程师
  • 2017-10-1 10:47:19
 
大电流跟高电压造成的都有
张东升
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高级工程师
  • 2017-9-23 11:11:50
 
谢谢
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-9-23 18:36:00
 
不用客气的,大家一起学习
liguanghui2588
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  • 2017-10-8 22:14:54
 
mos管损坏可以根据啥可以判断是怎么损坏的
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副总工程师
  • 2017-10-9 09:13:51
 
谢谢您的提问,作为我们用户端来讲的话,只能用单纯的万用表进行测量,一般判断不了具体是如何损坏的,不过我们在设计过程中,会对MOS进行降额使用,如需要判断何种原因造成损坏,还的借助相关仪器,设备进行查看,并结合使用的环境等。
liguanghui2588
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  • 2017-10-9 10:02:43
 
就是根据损坏mos管拆开的情况可以判断是啥原因导致的吗
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-10-9 11:44:24
 
是的,可以根据MOS管拆开后,晶片的损坏的情况进行判断,不过我们在使用中也可以根据使用环境进行初步判断,是哪种原因造成的。
liguanghui2588
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  • 2017-10-9 15:52:27
 
有时候根据环境不好判断啊,特别是电源mos管坏的很多,有时候真不好分析,特别老化时
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-10-10 08:04:31
 
您说的老化过程中损坏,可能是参数设计的不合理造成的,不知您说的是不是低压(90或175V)、高温老化(60±5°C),也有很多是在这个情况下损坏的。
liguanghui2588
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  • 2017-10-10 08:33:28
 
主要是老化冲击实验时,有时候会爆板
XIE52062
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  • 2017-10-10 08:40:22
 
您说的老化冲击试验指的是,开关试验吗?MOS管炸了?
liguanghui2588
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  • 2017-10-10 08:52:04
 
就是开关实验时偶尔会出现mos管爆的现象
XIE52062
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  • 2017-10-10 08:58:42
  • 倒数10
 
不良率高不高,如果是不良率高,可能是MOS管的问题,但,也不排除为元器件参数设计不合理造成的,一般来讲MOS管本身的问题还是比较少,只要是正品,只要您在设计中降额使用,基本上问题不会很大,您也可以把您的不良品寄给厂商,看能不能帮忙分析下,造成炸裂的原因究竟是何种原因。
liguanghui2588
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  • 2017-10-10 09:56:12
  • 倒数9
 
我们以前有个DCDC的板子,老化一冲击,时间一长就爆板了
XIE52062
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  • 2017-10-10 10:09:29
  • 倒数8
 
是新项目还是量产的,有可能是管子的问题,不过DC-DC你应该是使用低压MOS吧
liguanghui2588
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  • 2017-10-10 11:15:11
  • 倒数7
 
我回去找找那个原理图啊,有时间你看看
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-10-10 11:19:03
  • 倒数6
 
可以的,到时找到后,我也学习下
liguanghui2588
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最新回复
  • 2018-2-12 17:08:12
  • 倒数1
 
后来发现是芯片供电不稳造成的
sxjbiti
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  • 倒数5
 
学习了
XIE52062
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  • 2017-10-12 10:24:42
  • 倒数4
 
大家一起学习,我也只是班门弄斧而已
liuxiaofei126
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  • 2017-10-12 23:27:40
  • 倒数3
 
楼主结贴了
XIE52062
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副总工程师
  • 2017-10-13 07:58:11
  • 倒数2
 
没有呢,只是所有的更新已经完结了,如果有啥问题也可以继续探讨的,我们相互学习
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