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MOS管被击穿的原因及解决方案(转)而MOS管被击穿的原因及解决方案如下第
一、MOS管本身的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,所以极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏虽然MOS输入端有抗静电的保护措施,但仍需小心对待,在存储和运输中最好用金属容器或者导电材料包装,不要放在易产生静电高压的化工材料或化纤织物中组装、调试时,工具、仪表、工作台等均应良好接地要防止操作人员的静电干扰造成的损坏,如不宜穿尼龙、化纤衣服,手或工具在接触集成块前最好先接一下地对器件引线矫直弯曲或人工焊接时,使用的设备必须良好接地第
二、MOS电路输入端的保护二极管,其导通时电流容限一般为1mA在可能出现过大瞬态输入电流(超过10mA)时,应串接输入保护电阻而129#在初期设计时没有加入保护电阻,所以这也是MOS管可能击穿的原因,而通过更换一个内部有保护电阻的MOS管应可防止此种失效的发生还有由于保护电路吸收的瞬间能量有限,太大的瞬间__和过高的静电电压将使保护电路失去作用所以焊接时电烙铁必须可靠接地,以防漏电击穿器件输入端,一般使用时,可断电后利用电烙铁的余热进行焊接,并先焊其接地管脚附录静电的基本物理特征为有吸引或排斥的力量;有电场存在,与大地有电位差;会产生放电电流这三种情形会对电子元件造成以下影响
1.元件吸附灰尘,改变线路间的阻抗,影响元件的功能和寿命
2.因电场或电流破坏元件绝缘层和导体,使元件不能工作(完全破坏)
3.因瞬间的电场软击穿或电流产生过热,使元件受伤,虽然仍能工作,但是寿命受损上述这三种情况中,如果元件完全破坏,必能在生产及品质测试中被察觉而排除,影响较少如果元件轻微受损,在正常测试中不易被发现,在这种情形下,常会因经过多次__,甚至已在使用时,才被发现破坏,不但检查不易,而且损失亦难以预测静电对电子元件产生的危害不亚于严重火灾和__事故的损失电子元件及产品在什么情况下会遭受静电破坏呢?可以这么说电子产品从生产到使用的全过程都遭受静电破坏的威胁从器件制造到插件装焊、整机装联、包装运输直至产品应用,都在静电的威胁之下在整个电子产品生产过程中,每一个阶段中的每一个小步骤,静电敏感元件都可能遭受静电的影响或受到破坏,而实际上最主要而又容易疏忽的一点却是在元件的传送与运输的过程在这个过程中,运输因__容易暴露在外界电场(如经过高压设备附近、工人__频繁、车辆迅速__等)产生静电而受到破坏,所以传送与运输过程需要特别注意,以减少损失,避免无所谓的纠纷MOS场效应管即金属-氧化物-半导体型场效应管,英文缩写为MOSFET(Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect-Transistor),属于绝缘栅型其主要特点是在金属栅极与沟道之间有一层二氧化硅绝缘层,因此具有很高的输入电阻(最高可达1015Ω)它也分N沟道管和P沟道管,符号如图1所示通常是将衬底(基板)与源极S接在一起根据导电方式的不同,MOSFET又分增强型、耗尽型所谓增强型是指当VGS=0时管子是呈截止状态,加上正确的VGS后,多数载流子被吸引到栅极,从而“增强”了该区域的载流子,形成导电沟道耗尽型则是指,当VGS=0时即形成沟道,加上正确的VGS时,能使多数载流子流出沟道,因而“耗尽”了载流子,使管子转向截止以N沟道为例,它是在P型硅衬底上制成两个高掺杂浓度的源扩散区N+和漏扩散区N+,再分别引出源极S和漏极D源极与衬底在内部连通,二者总保持等电位图1(a)符号中的前头方向是从外向电,表示从P型材料(衬底)指身N型沟道当漏接电源正极,源极接电源负极并使VGS=0时,沟道电流(即漏极电流)ID=0随着VGS逐渐升高,受栅极正电压的吸引,在两个扩散区之间就感应出带负电的少数载流子,形成从漏极到源极的N型沟道,当VGS大于管子的开启电压VTN(一般约为+2V)时,N沟道管开始导通,形成漏极电流ID国产N沟道MOSFET的典型产品有3DO
1、3DO
2、3DO4(以上均为单栅管),4DO1(双栅管)它们的管脚排列(底视图)见图2MOS场效应管比较“娇气”这是由于它的输入电阻很高,而栅-源极间电容又非常小,极易受外界电磁场或静电的感应而带电,而少量电荷就可在极间电容上形成相当高的电压(U=Q/C),将管子损坏因此了厂时各管脚都绞合在一起,或装在金属箔内,使G极与S极呈等电位,防止积累静电荷管子不用时,全部引线也应短接在测量时应格外小心,并采取相应的防静电感措施下面介绍检测方法1.准备工作测量之前,先把人体对地短路后,才能摸触MOSFET的管脚最好在手腕上接一条导线与大地连通,使人体与大地保持等电位再把管脚分开,然后拆掉导线2.判定电极将万用表拨于R×100档,首先确定栅极若某脚与其它脚的电阻都是无穷大,证明此脚就是栅极G交换表笔重测量,S-D之间的电阻值应为几百欧至几千欧,其中阻值较小的那一次,黑表笔接的为D极,红表笔接的是S极__生产的3SK系列产品,S极与管壳接通,据此很容易确定S极3.检查放大能力(跨导)将G极悬空,黑表笔接D极,红表笔接S极,然后用手指触摸G极,表针应有较大的偏转双栅MOS场效应管有两个栅极G
1、G2为区分之,可用手分别触摸G
1、G2极,其中表针向左侧偏转幅度较大的为G2极目前有的MOSFET管在G-S极间增加了保护二极管,平时就不需要把各管脚短路了VMOS场效应管VMOS场效应管(VMOSFET)简称VMOS管或功率场效应管,其全称为V型槽MOS场效应管它是继MOSFET之后新发展起来的高效、功率开关器件它不仅继承了MOS场效应管输入阻抗高(≥108W)、驱动电流小(左右
0.1μA左右),还具有耐压高(最高可耐压1200V)、工作电流大(
1.5A~100A)、输出功率高(1~250W)、跨导的线性好、开关速度快等优良特性正是由于它将电子管与功率晶体管之优点集于一身,因此在电压放大器(电压放大倍数可达数千倍)、功率放大器、开关电源和逆变器中正获得广泛应用众所周知,传统的MOS场效应管的栅极、源极和漏极大大致处于同一水平面的芯片上,其工作电流基本上是沿水平方向流动VMOS管则不同,从图1上可以看出其两大结构特点:第一,金属栅极采用V型槽结构;第二,具有垂直导电性由于漏极是从芯片的背面引出,所以ID不是沿芯片水平流动,而是自重掺杂N+区(源极S)出发,经过P沟道流入轻掺杂N-漂移区,最后垂直向下到达漏极D电流方向如图中箭头所示,因为流通截__增大,所以能通过大电流由于在栅极与芯片之间有二氧化硅绝缘层,因此它仍属于绝缘栅型MOS场效应管国内生产VMOS场效应管的主要厂家有877厂、天津半导体器件四厂、杭州电子管厂等,典型产品有VN
401、VN
672、VMPT2等表1列出六种VMOS管的主要参数其中,IRFPC50的外型如图3所示下面介绍检测VMOS管的方法1.判定栅极G将万用表拨至R×1k档分别测量三个管脚之间的电阻若发现某脚与其字两脚的电阻均呈无穷大,并且交换表笔后仍为无穷大,则证明此脚为G极,因为它和另外两个管脚是绝缘的2.判定源极S、漏极D由图1可见,在源-漏之间有一个PN结,因此根据PN结正、反向电阻存在差异,可识别S极与D极用交换表笔法测两次电阻,其中电阻值较低(一般为几千欧至十几千欧)的一次为正向电阻,此时黑表笔的是S极,红表笔接D极3.测量漏-源通态电阻RDS(on)将G-S极短路,选择万用表的R×1档,黑表笔接S极,红表笔接D极,阻值应为几欧至十几欧由于测试条件不同,测出的RDS(on)值比手册中给出的典型值要高一些例如用500型万用表R×1档实测一只IRFPC50型VMOS管,RDS(on)=
3.2W,大于
0.58W(典型值)4.检查跨导将万用表置于R×1k(或R×100)档,红表笔接S极,黑表笔接D极,手持螺丝刀去碰触栅极,表针应有明显偏转,偏转愈大,管子的跨导愈高注意事项
(1)VMOS管亦分N沟道管与P沟道管,但绝大多数产品属于N沟道管对于P沟道管,测量时应交换表笔的位置
(2)有少数VMOS管在G-S之间并有保护二极管,本检测方法中的
1、2项不再适用
(3)目前市场上还有一种VMOS管功率模块,专供交流电机调速器、逆变器使用例如美国IR公司生产的IRFT001型模块,内部有N沟道、P沟道管各三只,构成三相桥式结构
(4)现在市售VNF系列(N沟道)产品,是美国Supertex公司生产的超高频功率场效应管,其最高工作频率fp=120MHz,ID__=1A,PDM=30W,共源小__低频跨导gm=2000μS适用于高速开关电路和广播、通信设备中
(5)使用VMOS管时必须加合适的散热器后以VNF306为例,该管子加装140×140×4(mm)的散热器后,最大功率才能达到30W场效应晶体管场效应晶体管FET简称场效应管,它属于电压控制型半导体器件,具有输入电阻高(108~109Ω)、噪声小、功耗低、没有二次击穿现象、安全工作区域宽等优点,现已成为双极型晶体管和功率晶体管的强大竞争者场效应管分结型、绝缘栅型两大类结型场效应管(JFET)因有两个PN结而得名,绝缘栅型场效应管(JGFET)则因栅极与其它电极完全绝缘而得名目前在绝缘栅型场效应管中,应用最为广泛的是MOS场效应管,简称MOS管(即金属-氧化物-半导体场效应管MOSFET);此外还有PMOS、__OS和VMOS功率场效应管,以及最近刚问世的πMOS场效应管、VMOS功率模块等按沟道半导体材料的不同,结型和绝缘栅型各分沟道和P沟道两种若按导电方式来划分,场效应管又可分成耗尽型与增强型结型场效应管均为耗尽型,绝缘栅型场效应管既有耗尽型的,也有增强型的场效应晶体管可分为结场效应晶体管和MOS场效应晶体管而MOS场效应晶体管又分为N沟耗尽型和增强型;P沟耗尽型和增强型四大类见附图1MOS场效应晶体管使用注意事项MOS场效应晶体管在使用时应注意分类,不能随意互换MOS场效应晶体管由于输入阻抗高(包括MOS集成电路)极易被静电击穿,使用时应注意以下规则
1.MOS器件出厂时通常装在黑色的导电泡沫塑料袋中,切勿自行随便拿个塑料袋装也可用细铜线把各个引脚连接在一起,或用锡纸包装
2.取出的MOS器件不能在塑料板上滑动,应用金属盘来盛放待用器件
3.焊接用的电烙铁必须良好接地
4.在焊接前应把电路板的电源线与地线短接,再MOS器件焊接完成后在分开
5.MOS器件各引脚的焊接顺序是漏极、源极、栅极拆机时顺序相反
6.电路板在装机之前,要用接地的线夹子去碰一下机器的各接线端子,再把电路板接上去
7.MOS场效应晶体管的栅极在允许条件下,最好接入保护二极管在检修电路时应注意查证原有的保护二极管是否损坏场效应管的测试下面以常用的3DJ型N沟道结型场效应管为例解释其测试方法3DJ型结型场效应管可看作一只NPN型的晶体三极管,栅极G对应基极b,漏极D对应集电极c,源极S对应发射极e所以只要像测量晶体三极管那样测PN结的正、反向电阻既可把万用表拨在R*100挡用黑表笔接场效应管其中一个电极,红表笔分别接另外两极,当出现两次低电阻时,黑表笔接的就是场效应管的栅极红表笔接的就是漏极或源极对结型场效应管而言,漏极和源极可以互换对于有4个管脚的结型场效应管,另外一极是屏蔽极(使用中接地)目前常用的结型场效应管和MOS型绝缘栅场效应管的管脚顺序如图2所示场效应晶体管的好坏的判断先用MF10型万用表R*100KΩ挡(内置有15V电池),把负表笔(黑)接栅极(G),正表笔(红)接源极(S)给栅、源极之间充电,此时万用表指针有轻微偏转再该用万用表R*1Ω挡,将负表笔接漏极(D),正表笔接源极(S),万用表指示值若为几欧姆,则说明场效应管是好的。