【专家帖】如何提高开关电源芯片MOSFET雪崩可靠性？
雪崩耐量是芯片中功率器件的关键指标，影响开关电源安规及可靠性。芯朋微电子是国内为数很少的、拥有自主半导体器件工艺设计能力的功率集成电路设计公司，显著区别于只能采用晶圆厂标准工艺制程的IC设计公司。
本期芯朋微电子的功率器件技术团队从电源功率器件的雪崩原理入手，为大家揭秘：
什么是雪崩击穿？
单脉冲雪崩与重复雪崩有何不同？
雪崩击穿失效机理是什么？
平面型VDMOS和超结型VDMOS的雪崩耐量有何差异以及如何选择？
什么是雪崩击穿？单脉冲雪崩与重复雪崩有何不同？
单脉冲雪崩耐量
重复雪崩耐量
单脉冲雪崩
图1给出了单脉冲雪崩测试的原理图，对待测器件的Gate施加开启信号，器件导通，电感L开始储能，当电感储能达到一定值以后，关闭Gate，此时电感能量只能通过雪崩电流来泄放。
图1. 单脉冲雪崩测试的原理图
图2. 单脉冲雪崩测试波形图
雪崩泄放的总能量由以下公式给出
其中：
在实际测试中，通常会固定L和VIN，通过不断增大脉宽宽度TPulse，测得器件不损坏的最大雪崩耐量即为所测器件的EAS值。
重复雪崩耐量
图3给出了重复雪崩测试的原理图，对待测器件的Gate施加周期性开关信号，通过器件反复开关，周期性对电感储能，并通过器件雪崩释放能量。对于重复雪崩，每次发生雪崩的能量要比EAS小很多，但重复累加的能量会比单脉冲雪崩多很多，所以芯片结温和管壳温度都会升高，当芯片结温达到Tjmax时，即为所测器件的EAR最大值。
图3. 重复雪崩测试的原理图
雪崩击穿失效机理是什么？
重复雪崩的失效机理主要有两种，一种是重复雪崩过程中芯片结温超过Tjmax，而带来的器件损坏；另一种表现为重复雪崩老化过程中，由于热载流子效应而带来的器件参数漂移，是一个缓慢退化的过程。
平面型VDMOS和超结型VDMOS的雪崩能力有何差异？
图5.平面型VDMOS电场分布
但对于超结型VDMOS，为了降低Rdson，芯朋都会对电场进行优化，如图6所示，可见超结型VDMOS的电场特性是有可能带来雪崩触发位置的随机变化，所以超结型VDMOS的雪崩能力较弱，超结型VDMOS的雪崩一致性设计难度要远高于平面型VDMOS。
图6.超结型VDMOS电场分布
VDMOS该如何选型？
当EMI滤波器的防雷等级较高时(采用共模电感+X电容滤波器结构+防雷器件)，并对开关频率有较高要求时，可选用超结型VDMOS，避免雷击残压造成MOS雪崩损坏；
当EMI滤波器防雷等级较低时(采用π型滤波器+防雷器件)，优先选用雪崩能力强的平面型VDMOS。
芯朋微电子的开关电源芯片系列中，可提供高雪崩耐量的智能VDMOS器件，如图8所示：
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