news 2026/1/17 11:08:21

MOSFET失效原因分析

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张小明

前端开发工程师

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MOSFET失效原因分析

MOSFET有三个电极,源极、栅极和漏极,简化模型如下图:

MOS失效的原因

雪崩失效(电压失效)

雪崩失效(电压型失效)当 MOSFET 漏源极之间施加的电压超过器件额定漏源击穿电压 BVdss,且超出幅度达到临界阈值时,会引发雪崩击穿效应,导致器件内部载流子急剧倍增,最终造成 MOSFET 永久性失效。

开关电源典型失效场景

场景触发条件风险表现
Surge浪涌输入电压突变(600~2000V)Vds 瞬时超压,雪崩能量超标
电压突变输入 100V→300V 跳变母线电压冲击,MOSFET 硬应力
变压器饱和磁芯磁通饱和,电感突变雪崩电流激增,能量集中释放

SOA失效(电流失效)

SOA 失效(电流型失效)该失效源于器件工作状态超出安全工作区(SOA) 范围,分为两种情况:

  • 一是漏极电流 Id 直接超出器件规格书中的最大限值,引发瞬时过载失效;
  • 二是 Id 过大导致导通损耗、开关损耗剧增,热量累积速度超过器件散热能力,最终因热击穿失效。

体二极管失效

体二极管失效在桥式拓扑、LLC 谐振拓扑等需要体二极管续流的电路中,体二极管若承受超出耐受能力的反向恢复电流、电压尖峰,或长时间高频续流导致热应力持续累积,会造成体二极管损坏,进而引发 MOSFET 整体功能失效。

谐振失效、栅极电压失效

谐振失效多颗 MOSFET 并联应用场景下,栅极驱动回路的寄生电感、寄生电容,与器件自身的输入电容等参数相互作用,会引发高频寄生振荡。这会导致栅极电压波动剧烈,器件开关过程异常,最终因损耗激增或电压击穿失效。

栅极遭遇异常过冲电压尖峰,超出栅源极额定耐压范围(多数商用 MOSFET 栅源耐压为 ±20V 左右),会直接击穿栅极氧化层,导致栅极绝缘性能完全丧失,器件彻底失效。

静电失效

秋冬干燥环境或静电防护措施不足时,人体、生产设备产生的静电电荷可通过栅极等引脚注入器件,瞬间击穿栅极氧化层,造成 MOSFET 不可逆损坏。

驱动异常失效

该失效分为两种子类型:

  • 一是驱动不足,栅源驱动电压 Vgs 未达到器件导通阈值或未达到饱和导通电压,导致 MOSFET 导通电阻 Rds(on) 大幅上升,损耗飙升引发热失效;
  • 二是驱动过冲,栅极驱动回路的电压尖峰超出栅源耐压,与栅极电压失效原理类似,但触发源为驱动电路设计缺陷,而非外部异常电压。

热循环失效

MOSFET 在工作过程中反复经历 “升温 - 降温” 的热循环,会导致器件封装引脚与芯片结合处、焊点出现热疲劳,进而引发引脚松动、焊点开裂,最终造成电路接触不良或器件失效。该失效多见于大功率、高频开关的应用场景。

化学腐蚀失效

在潮湿、含盐雾或腐蚀性气体的恶劣环境中,MOSFET 的封装材料会被侵蚀,引脚会发生氧化、锈蚀,导致引脚接触电阻增大;若腐蚀穿透封装,还会造成芯片内部电路氧化短路,最终引发器件失效。

封装失效

因机械冲击、振动、外力挤压等物理因素,导致 MOSFET 封装开裂、引脚弯折断裂,使芯片与外部电路的连接中断,或芯片直接暴露在空气中受污染失效。

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