MOSFET-Kurzschlussausfall — Ursachenanalyse und

Was ist ein MOSFET-Kurzschlussausfall? Ein Kurzschlussausfall ist die häufigste zerstörerische Ausfallart von Leistungs-MOSFETs. Der Drain-Source-Kanal wird zu einem Pfad mit nahezu null Widerstand, das Gateoxid bricht in der Regel ebenfalls durch, und das Bauteil wird zerstört — oft explosionsartig. In Motorantrieben, DC-DC-Wandlern und Wechselrichtern liegt die Ursache häufig nicht im MOSFET selbst, sondern in der umgebenden Schaltung: parasitäre Induktivität, Gate-Treiber-Design oder eine Designprüfung, bei der kein Fachmann für Leistungselektronik beteiligt war. Damit ist dies eine Musteruntersuchung im Rahmen von D4, bei der die Beweise in der Schaltwellenform liegen. Symptome Drain-Source-Widerstand nahe null (echter Kurzschluss) Gate-Source ebenfalls kurzgeschlossen (in der Regel unter 100 Ω) durch Gateoxid-Durchbruch Krater oder Brandspur am Gehäuse; lokale Verfärbung der Leiterplatte Sicherung durchgebrannt oder Überstromschutz ausgelöst Ausfall unmittelbar beim Einschalten oder nach einer Betriebsphase unter Last Avalanche- oder Thermisches-Durchgehen-Signatur in der Fehleranalyse Betroffene Komponenten Leistungs-MOSFETs (Si, SiC, GaN) in Motorantrieben, DC-DC-Wandlern und Wechselrichtern Gate-Treiber-ICs und Gate-Widerstände Schaltkreise auf der Leiterplatte (der Kommutierungspfad mit hohem dV/dt und dI/dt) Snubber-Schaltungen, TVS-Dioden und Gate-Source-Zener-Klemmen Nachweisverfahren Kennlinienmessgerät / Halbleiteranalysator: Vgs(th), Rds(on) und BVdss gegen das Datenblatt messen Röntgen / CSAM: Hohlräume in der Die-Attach-Verbindung und Ablösung der Drahtbondverbindung Decap und Mikroskopie: Sichtprüfung des Dies auf ESD-Schäden, Hot Spots und Gateoxid-Durchbruch Emissionsmikroskopie...