一般我們在MOSFET的選用上,都會初步的考慮MOSFET的VDS,IDS,Rdson,切換速度等參考,但時間裝上客戶產品時往往都需要考慮環境溫度或是暫態時的VDS/IDS等,通常不外乎就是用SOA 來評估MOSFET是否操作在安全工作區域(Safe Operating Area (SOA)),本篇我們將介紹TOSHIBA MOSFET 的(Safe Operating Area (SOA)).
TOSHIBA MOSFET 的安全工作區 SOA 評估取決於溫度, 安全操作區域為指定溫度為 Tc = 25°C 或 Ta = 25°C時.需要降低安全工作區域的額定值依實際狀況溫度及操作環境溫度確保MOSFET 的工作軌跡會在SOA 內.
而什麼是安全操作區域(Safe Operating Area (SOA))？ 安全工作區域是 MOSFET 工作的電壓(VDS)和電流(IDS)條件無永久性損壞或退化. MOSFET 不得操作在下列條件下,即使是瞬間超出安全操作區域. 傳統上,MOSFET 因不存在二次擊穿,這是雙極電晶體特有的故障模式.這MOSFET 的安全工作區域僅受最大VDS電壓的限制,即最大IDS,以及它們之間的熱限制.然而,再來MOSFET的包裝,晶體尺寸會因為縮放,可能讓 MOSFET 會出現二次擊穿情況.因此有必要確定MOSFET的工作軌跡是否在安全工作區域內,SOA 曲線如下圖一所示:
圖一: MOSFET的Safe Operating Area (SOA),(註一: Derating of the MOSFET Safe Operating Area Application Note Application Note.)
TOSHIBA MOSFET 的安全工作區 SOA 評估取決於溫度, 安全操作區域為指定溫度為 Tc = 25°C 或 Ta = 25°C時.需要降低安全工作區域的額定值依實際狀況溫度及操作環境溫度確保MOSFET 的工作軌跡會在SOA 內.
而什麼是安全操作區域(Safe Operating Area (SOA))？ 安全工作區域是 MOSFET 工作的電壓(VDS)和電流(IDS)條件無永久性損壞或退化. MOSFET 不得操作在下列條件下,即使是瞬間超出安全操作區域. 傳統上,MOSFET 因不存在二次擊穿,這是雙極電晶體特有的故障模式.這MOSFET 的安全工作區域僅受最大VDS電壓的限制,即最大IDS,以及它們之間的熱限制.然而,再來MOSFET的包裝,晶體尺寸會因為縮放,可能讓 MOSFET 會出現二次擊穿情況.因此有必要確定MOSFET的工作軌跡是否在安全工作區域內,SOA 曲線如下圖一所示:
圖一: MOSFET的Safe Operating Area (SOA),(註一: Derating of the MOSFET Safe Operating Area Application Note Application Note.)
MOSFET的安全工作區分為以下五個區域：
1. 熱限制(Thermal limitation): 此區域受最大功耗 (PD) 限制, 在此區域,PD 是恆定的在雙對數圖中斜率為-1.
2. 二次擊穿限制(Secondary breakdown limitation): 隨著裝置包裝和晶體的縮小,一些 MOSFET 出現了故障模式類似近年來的二次擊穿.此區域受二級區域約束擊穿極限.
3. 電流限制(Current limitation): 這定義了受最大IDS額定值限制的區域,安全操作區對於連續電流 (DC) 操作,受 ID(max)約束;對於IDS脈衝操作,則受到 IDP(max) 限制.
4. VDS電壓限制( Drain-source voltage limitation): 這定義了受漏源電壓 (VDSS) 限制限制的區域.
5. 通態電阻限制(On-state resistance limitation): 這定義了理論上受通態電阻 (RDS(ON)(max)) 限制的區域限制. ID 等於 VDS/RDS(ON)(max).
本篇已將TOSHIBA MOSFET 安全工作區域作介紹,下篇將介紹TOSHIBA SOA的相關計算,並且會提供一個實際分析案例作為範例介紹.