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パワーMOS FET破壊時の特性

Kijo

ルネサスを含む各社のアプリケーションノートやいくつかの書籍やインターネットを検索したのですがパワーMOS FET破壊時の特性の記述が見つかりません。社内のエキスパートは声を揃えてどのモードでもショート故障と言うのですが、ASO破壊の場合はショート故障を経由せずにオープン故障になるのではないかと思ってます。熱設計や組立に不具合が無いとの前提で、ASO故障の場合は、PN接合部での熱の集中は無く、また、配線の方が抵抗も高く耐熱性も低いと思うからです。弊社のエキスパートの言う通り、パワーMOS FETは、どの破壊モードでも最初はショートするのでしょうか？

相変わらず、職場からのかふぇルネへのアクセスは安定しません。十分に注意してますが誤字脱字の修正が困難です。また、質問しておきながらレスポンスの遅れ等が予想されます。ご了承ください。

Parents
  • kijyoさん
    こんにちは
    ご参照なさっているかもしれませんが、ルネサスさんの信頼性ハンドブックの3-58ページに、
    3.5.3　パワーMOS FETの破壊　が記載されています。
    www.renesas.com/.../r51zz0001jj0250.pdf
    ご参考までに。
  • in reply to SA
    「エレクトロマイグレーション」とか書いてありますね。
  • in reply to IKUZO
    Kirinさん、IKUZOさん、SAさん、
    レスポンスをありがとうございます。

    Kirinさんにご紹介いただいたホームページは読んでいたのですが、温度(ASO)破壊のところに「各電極間ショート」と書かれてますね。見落としてました。再度、丁寧に読んでみます。

    IKUZOさん、出どこが分かればお教えください。

    SAさん、信頼性ハンドブックは持っているのですが、やはり故障モードと故障後の特性に関して書かれていません。でも、改めて眺めてみると3．5.1の表3.5 電気的ストレス要因からみたMOS 型デバイスの故障形態は参考になりそうです。少し読み込んでみます。

    例えばルネサスの2SK3419など最近のパワーMOSのオン抵抗は数ミリΩで、半分はソースのボンディングワイヤーとチップ上の配線層と予想してます。アルミの融点はPN接合の劣化温度よりも十分に低いと思うので、接合部が壊れるよりもボンディングワイヤーあるいは配線層が溶けてオープン故障してしまうのがはやいように思ってました。ショート故障になるPN接合の劣化などには、潜在的な要因と電流の集中が必要に思ってます。

    意図的にASO故障を発生さ試してみようとも思いましたが、放熱板なしで25A以上を流すことになります。パワー系素人としては少し恐ろしく感じてます。
  • in reply to IKUZO
    IKUZOさん
    情報をありがとうございます。
    UHFより高い周波数のアンプ用なのでルネサスのパワーMOSとは大きく異なると思います。
    HFハイパワーでは真空管でもFETでも少し設定がずれると一瞬の光を発して昇天するとの話も良く聞きます。
    興味深いので寄り道してます。
  • in reply to Kijo
    ...φ(..)メモメモ
    増幅部出力段以降のライン不整合による反射の量によって、過負荷状態となってASO破壊に至ります。
    真空管では耐量が高かったので、よほど反射が大きくないと破損までは至りませんでした。
    しかし、ソリッドステートは本当に一瞬です。
    ミリ波用の大電力FETって、どんな格好をしているのでしょう。興味があります。
  • in reply to パールマン
    皆様の書き込みをヒントにいろいろと検索してみました。
    かふぇルネでIR社のアプリケーションノート(AN-1140)を紹介するのはどうかと思いますが、一部のTO-220パッケージパワーMOSFETでは、オン抵抗の30%がボンディング・ワイヤの抵抗によるもので、新しい熱管理の方法を説明しなければならないとの記述があります。
    2012年04月18日のEDNJapanの「シリコンパワーMOSFETの性能改善、素子構造よりもパッケージが効く時代に」 にワイヤボンディングに代わってクリップが標準的に使われるようになりつつあるとの記述も見つけました。すでに5年がたってますが、私は今回初めて「クリップ」を知りました。
    共に興味深い内容です。
  • in reply to Kijo
    kijoさん
    レントゲン写真で見るとマイコンの電源・GND端子はダブルワイヤーだったりトリプルワイヤーだったりしますけど
    パワーデバイスの場合はボンティングの電圧降下よりも、放熱の方が大切なんですね。
    私もクリップ知りませんでした。
  • in reply to Kirin
    手動のワイヤーボンダーを操作したことのある者としては隔世の感があるのですが、ボンディングワイヤーも「カーボンナノチューブ／銅複合材料」の物が出始めているようです。
    ダブルワイヤーやトリプルワイヤーで電流容量をかせいでいたのが一気に電流容量100倍の材料に代わっていくようです。
    φ(..)メモメモ
  • in reply to パールマン
    パールマンさん
    手動のボンターは結構、腕前によって仕上がりに違いがでるみたいですね。
    最近大学によく出入りしてますけど、上手い学生さんと下手な学生さん極端ですし^^;
    まだまだ研究室ではローテクな装置が現役ですけど
    世の中のパッケージング技術は進化してますねー
  • in reply to Kirin
    ルネサスエレクトロニクス編集のElectronic Journal 第2241回 Technical Seminar「車載用半導体パッケージング技術★徹底解説」の予稿集に「大電流3相ブラシレスモータ制御用Cuクリップ型LDPAK」を見つけました。ルネサスはすでにCuクリップをリリース済みだったんですね。オン抵抗だけでなく寄生インダクタンスや熱的にも劇的に有利になるようです。このようなパッケージが主流になるならば今後もやはりチップ破壊が先と考えて良さそうです。残念ながらルネサスのホームページやパッケージマニュアルにCuクリップ型LDPAKの技術情報を見つけられませんでした。ぜひ、Cuクリップ型LDPAKの紹介をお願いします。
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  • in reply to Kirin
    ルネサスエレクトロニクス編集のElectronic Journal 第2241回 Technical Seminar「車載用半導体パッケージング技術★徹底解説」の予稿集に「大電流3相ブラシレスモータ制御用Cuクリップ型LDPAK」を見つけました。ルネサスはすでにCuクリップをリリース済みだったんですね。オン抵抗だけでなく寄生インダクタンスや熱的にも劇的に有利になるようです。このようなパッケージが主流になるならば今後もやはりチップ破壊が先と考えて良さそうです。残念ながらルネサスのホームページやパッケージマニュアルにCuクリップ型LDPAKの技術情報を見つけられませんでした。ぜひ、Cuクリップ型LDPAKの紹介をお願いします。
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