MOS管是金屬（metal）—氧化物（oxide）—半導(dǎo)體（semiconductor）場效應(yīng)晶體管，或者稱是金屬—絕緣體（insulator）—半導(dǎo)體。MOS管的source和drain是可以對調(diào)的，他們都是在P型backgate中形成的N型區(qū)。在多數(shù)情況下，這個兩個區(qū)是一樣的，即使兩端對調(diào)也不會影響器件的性能，這樣的器件被認為是對稱的。

目前在市場應(yīng)用方面，排名第一的是消費類電子電源適配器產(chǎn)品，而MOS管的應(yīng)用領(lǐng)域排名第二的是計算機主板、NB、計算機類適配器、LCD顯示器等產(chǎn)品，隨著國情的發(fā)展計算機主板、計算機類適配器、LCD顯示器對MOS管的需求有要超過消費類電子電源適配器的現(xiàn)象。

第三就屬網(wǎng)絡(luò)通信、工業(yè)控制、汽車電子以及電力設(shè)備領(lǐng)域了，這些產(chǎn)品對于MOS管的需求也是很大的，特別是現(xiàn)在汽車電子對于MOS管的需求直追消費類電子。

下面對MOS失效的原因總結(jié)以下六點：

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，損耗過高器件長時間熱積累而導(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行續(xù)流的拓撲結(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；

5. 靜電失效：在秋冬季節(jié)，由于人體及設(shè)備靜電而導(dǎo)致的器件失效；

6. 柵極電壓失效：由于柵極遭受異常電壓尖峰，而導(dǎo)致柵極柵氧層失效。

雪崩失效分析（電壓失效）

到底什么是雪崩失效呢？簡單來說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試的等效原理圖，做為電源工程師可以簡單了解下。

可能我們經(jīng)常要求器件生產(chǎn)廠家對我們電源板上的MOSFET進行失效分析，大多數(shù)廠家都僅僅給一個EAS、EOS之類的結(jié)論，那么到底我們怎么區(qū)分是否是雪崩失效？下面是一張經(jīng)過雪崩測試失效的器件圖，我們可以進行對比從而確定是否是雪崩失效。

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)注點進行選??；

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；

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行吸收。

SOA失效（電流失效）

再簡單說下第二點，SOA失效——

SOA失效是指電源在運行時異常的大電流和電壓同時疊加在MOSFET上面，造成瞬時局部發(fā)熱而導(dǎo)致的破壞模式?；蛘呤切酒c散熱器及封裝不能及時達到熱平衡導(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各個線的參數(shù)限定值可以參考下面圖片。

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。

這個是一個非典型的SOA導(dǎo)致失效的一個解刨圖，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致。

在進行OCP點設(shè)計時，一般可能會取1.1-1.5倍電流余量的工程師居多，然后就根據(jù)IC的保護電壓比如0.7V開始調(diào)試RSENSE電阻。有些有經(jīng)驗的人會將檢測延遲時間、CISS對OCP實際的影響考慮在內(nèi)。但是此時有個更值得關(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。

從圖中可以看出，電流波形在快到電流尖峰時，有個下跌，這個下跌點后又有一段的上升時間，這段時間其本質(zhì)就是IC在檢測到過流信號執(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，因此電流會有個二次上升平臺，如果二次上升平臺過大，那么在變壓器余量設(shè)計不足時，就極有可能產(chǎn)生磁飽和的一個電流沖擊或者電流超器件規(guī)格的一個失效。

3. 合理的熱設(shè)計余量，這個就不多說了，各個企業(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。

體二極管失效

在不同的拓撲、電路中，MOSFET有不同的角色，比如在LLC中，體內(nèi)二極管的速度也是MOSFET可靠性的重要因素。漏源間的體二極管失效和漏源電壓失效很難區(qū)分，因為二極管本身屬于寄生參數(shù)。雖然失效后難以區(qū)分軀體緣由，但是預(yù)防電壓及二極管失效的解決辦法存在較大差異，主要結(jié)合自己電路來分析。

體二極管失效預(yù)防措施：

其實有那個體二極管，在大部分時候都不礙事，而且有時候還有好處，比如用在H橋上，省得并二極管了。當(dāng)然也有礙事的時候，那就用兩個MOS管頭頂頭或者尾對尾串聯(lián)起來就可以了。

那個二極管是工藝決定的，也不必太在意，接受它的存在就好了。還有，多說兩句，其實MOS管的D和S本質(zhì)上是對稱的結(jié)構(gòu)，只是溝道的兩個接點。但是由于溝道的開啟和關(guān)閉涉及到柵極和襯底之間的電場，那么就需要給襯底一個確定的電位。又因為MOS管只有3個管腳，所以需要把襯底接到另外兩個管腳之一。那么接了襯底的管腳就是S了，沒接襯底的管腳就是D，我們應(yīng)用時，S的電位往往是穩(wěn)定的。在集成電路中，比如CMOS中或者還有模擬開關(guān)中，由于芯片本身有電源管腳，所以那些MOS管的襯底并不和管腳接在一起，而是直接接到電源的VCC或者VEE，這時候D和S就沒有任何區(qū)別了。

諧振失效

在并聯(lián)功率MOS FET時未插入柵極電阻而直接連接時發(fā)生的柵極寄生振蕩。高速反復(fù)接通、斷開漏極-源極電壓時，在由柵極-漏極電容Cgd（Crss）和柵極引腳電感Lg形成的諧振電路上發(fā)生此寄生振蕩。當(dāng)諧振條件（ωL=1/ωC）成立時，在柵極-源極間外加遠遠大于驅(qū)動電壓Vgs（in）的振動電壓，由于超出柵極-源極間額定電壓導(dǎo)致柵極破壞，或者接通、斷開漏極-源極間電壓時的振動電壓通過柵極-漏極電容Cgd和Vgs波形重疊導(dǎo)致正向反饋，因此可能會由于誤動作引起振蕩破壞。

諧振失效預(yù)防措施：

電阻可以抑制振蕩，是因為阻尼的作用。但柵極串接一個小電阻，并非解決振蕩阻尼問題，主要還是驅(qū)動電路阻抗匹配的原因和調(diào)節(jié)功率管開關(guān)時間的原因。

靜電失效

靜電的基本物理特征為：有吸引或排斥的力量；有電場存在，與大地有電位差；會產(chǎn)生放電電流。這三種情形會對電子元件造成以下影響：

1. 元件吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響元件的功能和壽命；

2. 因電場或電流破壞元件絕緣層和導(dǎo)體，使元件不能工作（完全破壞）；

3. 因瞬間的電場軟擊穿或電流產(chǎn)生過熱，使元件受傷，雖然仍能工作，但是壽命受損。

靜電失效的預(yù)防措施：

MOS電路輸入端的保護二極管，其導(dǎo)通時電流容限一般為1mA 在可能出現(xiàn)過大瞬態(tài)輸入電流（超過10mA）時，應(yīng)串接輸入保護電阻。而129#在初期設(shè)計時沒有加入保護電阻，所以這也是MOS管可能擊穿的原因，而通過更換一個內(nèi)部有保護電阻的MOS管應(yīng)可防止此種失效的發(fā)生。還有由于保護電路吸收的瞬間能量有限，太大的瞬間信號和過高的靜電電壓將使保護電路失去作用。所以焊接時電烙鐵必須可靠接地，以防漏電擊穿器件輸入端，一般使用時，可斷電后利用電烙鐵的余熱進行焊接，并先焊其接地管腳。

柵極電壓失效

柵極的異常高壓來源主要有以下3種原因：

1. 在生產(chǎn)、運輸、裝配過程中的靜電；

2. 由器件及電路寄生參數(shù)在電源系統(tǒng)工作時產(chǎn)生的高壓諧振；

3. 在高壓沖擊時，高電壓通過Ggd傳輸?shù)綎艠O（在雷擊測試時，這種原因?qū)е碌氖л^為常見）。

至于PCB污染等級、電氣間隙及其它高壓擊穿IC后進入柵極等現(xiàn)象就不做過多解釋。

柵極電壓失效的預(yù)防措施：

柵源間的過電壓保護：如果柵源間的阻抗過高，則漏源間電壓的突變會通過極間電容耦合到柵極而產(chǎn)生相當(dāng)高的UGS電壓過沖，這一電壓會引起柵極氧化層永久性損壞，如果是正方向的UGS瞬態(tài)電壓還會導(dǎo)致器件的誤導(dǎo)通。為此要適當(dāng)降低柵極驅(qū)動電路的阻抗，在柵源之間并接阻尼電阻或并接穩(wěn)壓值約20V的穩(wěn)壓管，特別要注意防止柵極開路工作。

其次是漏極間的過電壓防護。如果電路中有電感性負載，則當(dāng)器件關(guān)斷時，漏極電流的突變（di/dt）會產(chǎn)生比電源電壓高的多的漏極電壓過沖，導(dǎo)致器件損壞。應(yīng)采取穩(wěn)壓管箝位，RC箝位或RC抑制電路等保護措施。

補充下，MOSFET損壞主要有使用/品質(zhì)工藝兩方面原因。

使用方面：

①靜電損壞，初期可能還象好管子一樣開關(guān)，經(jīng)過一段時間后會失效炸機，GDS全短路；

②空間等離子損傷，輕者和靜電損壞一樣，重者直接GDS短路，大家要注意??！放MOSFET或IGBT/COMS器件的地方千萬別用負離子發(fā)生器或有此功能的空調(diào)；

③漏電損傷，多數(shù)情況下GDS全短路，個別會DS或GD斷路；

④過驅(qū)動，驅(qū)動電壓超過18V后，經(jīng)過一段時間使用會GDS全短；

⑤使用負壓關(guān)閉，柵加負壓后，MOSFET抗噪能力加強，但DS耐壓能力下降，不適當(dāng)?shù)呢搲?，會?dǎo)致DS耐壓不夠而被擊穿損壞而GDS短路；

⑥柵寄生感應(yīng)負壓損壞和不適當(dāng)?shù)呢搲候?qū)動一樣，只是該負壓不是人為加上的，是由于線路寄生LC感應(yīng)，在刪上感應(yīng)生成負脈沖。