散热设计不良为何会导致 MOSFET 过热失效？

散热设计不良为何会导致 MOSFET 过热失效？

一、问题背景

在电源、BMS、车载电子、电机驱动等应用中，MDD辰达半导体的 MOSFET 常年工作在大电流、高频、高环境温度条件下。很多现场失效案例中，MOSFET 本身参数选型并不低，但仍然频繁烧毁，最终溯源发现，根本原因并非器件质量，而是散热设计不良。

散热问题往往是“隐性故障”，短期测试可能正常，但在长期运行或高温环境下极易暴露。

二、MOSFET 过热失效的典型机理

1、结温持续超标

MOSFET 的最大结温通常为 150℃ 或 175℃。当散热设计不足时，结温长期接近极限，器件虽未立即损坏，但寿命会大幅缩短。

2、导通电阻正温度系数放大问题

MOSFET 的 Rds(on) 随温度升高而增大，形成：

温度升高 → 导通损耗增加 → 温度进一步升高

最终形成热失控。

3、封装内部键合线疲劳

长期热循环会导致 Bond Wire 热应力疲劳，最终出现开路或瞬时失效。

4、雪崩能力下降

在高温下，MOSFET 的雪崩耐量明显下降，更容易在浪涌或关断瞬间击穿。

三、常见散热设计错误

1、只看 Rds(on)，忽略功耗

很多设计只关注“毫欧级导通电阻”，却忽略：

① 实际工作电流

② 开关损耗

③ 占空比与工作频率

2、PCB 铜箔面积不足

① MOSFET Drain 铜皮过小

② 无大面积散热铺铜

③ 热量无法有效扩散

3、散热过于依赖环境

① 无散热片

② 无强制风冷

③ 机壳热阻过大

4、封装选型不合理

使用 TO-252 / SOP-8 却承载接近 TO-220 的功耗，是非常典型的失效根因。

四、FAE 建议的优化方向

1、以结温为核心重新计算热设计

使用：Tj=Ta+P×Rth(j−a)

2、PCB 作为第一散热路径

① Drain 铺铜 ≥ 2~4 cm²

② 多过孔连接内层地或电源层

③ 加厚铜箔（2oz 优于 1oz）

3、合理使用散热片或金属壳体

尤其在车载、电源模块中，应主动设计散热路径。

MOSFET 的失效，80% 是热问题，50% 来自散热设计。

散热不是“锦上添花”，而是 MOSFET 能否长期可靠工作的核心保障。