散熱設(shè)計(jì)不良為何會(huì)導(dǎo)致 MOSFET 過熱失效？

一、問題背景

在電源、BMS、車載電子、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等應(yīng)用中，MDD辰達(dá)半導(dǎo)體的 MOSFET 常年工作在大電流、高頻、高環(huán)境溫度條件下。很多現(xiàn)場(chǎng)失效案例中，MOSFET 本身參數(shù)選型并不低，但仍然頻繁燒毀，最終溯源發(fā)現(xiàn)，根本原因并非器件質(zhì)量，而是散熱設(shè)計(jì)不良。

散熱問題往往是“隱性故障”，短期測(cè)試可能正常，但在長(zhǎng)期運(yùn)行或高溫環(huán)境下極易暴露。

二、MOSFET 過熱失效的典型機(jī)理

1、結(jié)溫持續(xù)超標(biāo)

MOSFET 的最大結(jié)溫通常為 150℃ 或 175℃。當(dāng)散熱設(shè)計(jì)不足時(shí)，結(jié)溫長(zhǎng)期接近極限，器件雖未立即損壞，但壽命會(huì)大幅縮短。

2、導(dǎo)通電阻正溫度系數(shù)放大問題

MOSFET 的 Rds(on) 隨溫度升高而增大，形成：

溫度升高 → 導(dǎo)通損耗增加 → 溫度進(jìn)一步升高

最終形成熱失控。

3、封裝內(nèi)部鍵合線疲勞

長(zhǎng)期熱循環(huán)會(huì)導(dǎo)致 Bond Wire 熱應(yīng)力疲勞，最終出現(xiàn)開路或瞬時(shí)失效。

4、雪崩能力下降

在高溫下，MOSFET 的雪崩耐量明顯下降，更容易在浪涌或關(guān)斷瞬間擊穿。

三、常見散熱設(shè)計(jì)錯(cuò)誤

1、只看 Rds(on)，忽略功耗

很多設(shè)計(jì)只關(guān)注“毫歐級(jí)導(dǎo)通電阻”，卻忽略：

① 實(shí)際工作電流

② 開關(guān)損耗

③ 占空比與工作頻率

2、PCB 銅箔面積不足

① MOSFET Drain 銅皮過小

② 無大面積散熱鋪銅

③ 熱量無法有效擴(kuò)散

3、散熱過于依賴環(huán)境

① 無散熱片

② 無強(qiáng)制風(fēng)冷

③ 機(jī)殼熱阻過大

4、封裝選型不合理

使用 TO-252 / SOP-8 卻承載接近 TO-220 的功耗，是非常典型的失效根因。

四、FAE 建議的優(yōu)化方向

1、以結(jié)溫為核心重新計(jì)算熱設(shè)計(jì)

使用：Tj=Ta+P×Rth(j?a)

2、PCB 作為第一散熱路徑

① Drain 鋪銅 ≥ 2~4 cm2

② 多過孔連接內(nèi)層地或電源層

③ 加厚銅箔（2oz 優(yōu)于 1oz）

3、合理使用散熱片或金屬殼體

尤其在車載、電源模塊中，應(yīng)主動(dòng)設(shè)計(jì)散熱路徑。

MOSFET 的失效，80% 是熱問題，50% 來自散熱設(shè)計(jì)。

散熱不是“錦上添花”，而是 MOSFET 能否長(zhǎng)期可靠工作的核心保障。