PowerFET 在苛刻環(huán)境中的故障

在苛刻的汽車(chē)工作環(huán)境中，功率場(chǎng)效應(yīng)晶體管（powerFET）常常會(huì)暴露于極端溫度變化和熱機(jī)應(yīng)力之下。間歇短路、冷操作環(huán)境、高電弧放電或帶噪聲電路短路、感應(yīng)負(fù)載及多重短路在經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后會(huì)造成裝置疲損，使裝置在開(kāi)路、短路或阻性模式下出現(xiàn)故障。盡管現(xiàn)在的powerFET越來(lái)越耐用，但在苛刻的工作環(huán)境下仍容易出現(xiàn)故障，尤其是在超出其額定值后，它們會(huì)很快出現(xiàn)故障。如果電壓超過(guò) powerFET的最大工作電壓，那么它很快就會(huì)被燒毀。如果瞬時(shí)電壓所包含的能量高于額定破壞能量水平，那么裝置將損壞；形成破壞性熱事件，最終可能導(dǎo)致裝置冒煙、起火或脫焊。

實(shí)踐證明，與工作環(huán)境相對(duì)溫和的應(yīng)用相比，汽車(chē)的 powerFET 更容易出現(xiàn)疲損和故障。通過(guò)對(duì)比一段時(shí)間內(nèi)的powerFET故障情況，我們發(fā)現(xiàn)用于苛刻環(huán)境條件（比如汽車(chē)應(yīng)用）下的裝置的 ppm 故障率要高得多。實(shí)地使用五年后，這種差別可達(dá) 10 倍以上。

盡管一個(gè)powerFET可能通過(guò)了最初測(cè)試，但是在某些條件下，裝置中的隨機(jī)薄弱環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致裝置在現(xiàn)場(chǎng)使用中出現(xiàn)故障。實(shí)踐證明，即使powerFET在規(guī)定的工作條件下運(yùn)行，也會(huì)在不同的電阻水平下出現(xiàn)隨機(jī)、不可預(yù)測(cè)的阻性短路。

阻性模式故障尤其值得關(guān)注，這不僅僅是相對(duì)于 powerFET而言，印制電路板也一樣。僅 10W 的功率就可能產(chǎn)生溫度在 180攝氏度以上的局部熱點(diǎn)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于印制電路板的典型玻璃化轉(zhuǎn)變溫度（135攝氏度），造成電路板的環(huán)氧結(jié)構(gòu)損壞，并產(chǎn)生熱事件。

圖1 說(shuō)明一個(gè)出現(xiàn)故障的powerFET可能并不會(huì)產(chǎn)生一個(gè)完全短路過(guò)電流條件，而是產(chǎn)生阻性短路，通過(guò)I2R受熱形成不安全的溫度條件。在這種情況下，所形成的電流可能并不是很高，不會(huì)使標(biāo)準(zhǔn)保險(xiǎn)絲熔斷并阻止印制電路板上的熱失控。

圖1：阻性模式下的powerFET故障可能形成不安全的溫度條件