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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Wie verhält sich ein MOSFET nach einem Durchschlag?


Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Wie verhält sich ein MOSFET, nachdem er durch Überspannung einen 
Gate-Source-Durchbruch erlitten hat?

Autor: He_ Alter_ (was_is_mit_du)
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>Wie verhält sich ein MOSFET, nachdem er durch Überspannung einen
>Gate-Source-Durchbruch erlitten hat?

Kommt drauf an:

a) er könnte explodieren.
b) er könnte leitend werden (Verschmelzen der Raumladungszonen)

mfg

Autor: Kai Klaas (Gast)
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Er kann niederohmig werden, indem er "durchlegiert".

Kai Klaas

Autor: Michael (Gast)
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Wenn auf einmal die isolierende Verbindung zwischen Gate und Source weg 
ist kann das nicht gut sein. Es hat ja seinen Sinn warum das Gate des 
Mosfets isoliert ist von Drain, Kanal und Source.

Autor: Don't Panic (Gast)
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>Wenn auf einmal die isolierende Verbindung zwischen Gate und Source weg
>ist kann das nicht gut sein. Es hat ja seinen Sinn warum das Gate des
>Mosfets isoliert ist von Drain, Kanal und Source.
Sehr gut. Jetzt kommen wir voran!

Autor: Peter R. (pnu)
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Wenn man dann mit dem Widerstandmessbereich eines Multimeters  misst, 
zeigt es zwischen Gate und Source nahezu Null Ohm an, der FET ist nicht 
mehr ansteuerbar. Das "O" von MOSFET ist überbrückt, weil die 
Überspannung innerhalb von Mikrosekunden das Oxid durchschlagen hat.

Autor: Andreas K. (derandi)
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Durchgang zwischen Gate und Source oder Drain ist schlecht, daran lassen 
sich kaputte Mosfets sehr gut aussondern. Verbindung zwischen Source und
Drain muss ja nix heissen, da kann entweder das Gate grade geladen sein 
oder ein selbstleitender Typ vorliegen.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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He_ Alter_ schrieb:
> a) er könnte explodieren.

Erfahrungswert oder herum geraten?

Autor: Michael (Gast)
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Empirisch ermittelt bestimmt xD

Autor: Anos B. (Gast)
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Ich habe letztlich mal einen Festspannungsregler falsch rum 
angeschlossen. danach sah er noch ganz normal aus, aber beim nächsten 
richtig zum anschließen ist er ähh explodiert. :) ich bin froh, daß ich 
die Brille aufhatte. :)

Autor: He_ Alter_ (was_is_mit_du)
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@ Alexander Schmidt (esko):

>> a) er könnte explodieren.
>
>Erfahrungswert oder herum geraten?

Erfahrungswert aus der Leistungselektronik ;-)

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Andreas Klepmeir schrieb:
> Durchgang zwischen Gate und Source oder Drain ist schlecht, daran lassen
> sich kaputte Mosfets sehr gut aussondern. Verbindung zwischen Source und
> Drain muss ja nix heissen, da kann entweder das Gate grade geladen sein
> oder ein selbstleitender Typ vorliegen.

Mir geht es weniger um das Aussondern, als um Überlegungen, mit was man 
bei einer MOSFET-Stufe rechen muß, wenn sowas im Betrieb passiert.

Als Vorbeugung habe ich aber auf jeden Fall mal eine ZF15 zwischen Gate 
und Source geschaltet, um den Durchschlag zu verhindern.

Autor: Peter R. (pnu)
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Der defekte MOSFET ist genau in dem leitfähigen Zustand, wie er ihn bei 
UGS = 0 einnimmt. Was weiter passiert hängt von der Leistungsfähigkeit 
der Umgebung ab: abgefangen von einer dauernd leuchtenden LED bis zu 
einem fulminanten Kurzschluss mit Feuerschein, Knall und 
Rauchentwicklung ist Alles möglich..

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Peter R. schrieb:
> Der defekte MOSFET ist genau in dem leitfähigen Zustand, wie er ihn bei
> UGS = 0 einnimmt.

OK, es ist ein selbstsperrender Typ, der als Schalter betrieben wird.

Aber damit haben wir zwei unvereinbare Standpunkte:

Kai Klaas schrieb:
> Er kann niederohmig werden, indem er "durchlegiert".


Sehe ich die Sache richtig, daß man damit rechnen muß, daß zwischen G 
und S ein Kurzschluß entsteht?

Autor: HildeK (Gast)
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>Wie verhält sich ein MOSFET, nachdem er durch Überspannung einen
>Gate-Source-Durchbruch erlitten hat?
Wenn du mit der Frage auf einen definierten, vorhersehbaren Fehler aus 
bist, dann möchte ich warnen. Es könnten IMHO alle möglichen 
Kombinationen von Kurzschlüssen und auch Unterbrechungen der drei 
Anschlüsse auftreten. Manche sicher mit höherer Wahrscheinlichkeit, 
andere mit geringerer. Die könnten sich bei jedem neuen Versuch (mit 
neuem FET natürlich) auch abwechseln.

Ich muss aber zugeben, dass ich bisher keine solchen Versuche 
unternommen habe und deshalb die Einschätzung nicht aus der Erfahrung 
stammt.

Autor: Ben ___ (burning_silicon)
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meine erfahrung ist auch daß die meisten ihren deckel aufmachen und 
ordentlich durchlüften. der rest hat einen glatten schluß meist zwischen 
allen drei pins - manchmal etwas schlecht für den gate-treiber.

Autor: A. K. (prx)
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Um was für einen Ausfall geht es? Um den Gate-Durchbruch oder um 
Überhitzung? Der Gate-Durchbruch dürfte kaum dazu führen, dass er 
durchlegiert oder gar den Deckel werwirft, dazu ist Energie nötig.

Von der Logik des Aufbaus her sollte ein energiearmer Gate-Durchbruch 
dazu führen, dass mangels Feldaufbau ein selbstsperrender Typ dauerhaft 
gesperrt ist. Ist ja nur die Iso-Schicht hinüber, nicht der Kanal, und 
das ausserdem nur an einer winzigen Stelle einer insgesamt grossen 
Fläche.

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Wie schon geschrieben, habe ich dem Durchbruch mit einer Zenerdiode 
vorgebeugt. Aber das Fehlerszenario möchte ich zumindest durchdenken.


Es geht erst mal nur um einen reinen Gate-Durchbruch. Einfach durch 
überschreiten der maximalen Ugs und ohne Überlastung.

Wenn dann allerdings die DS-Strecke sich hinterher auf ~7 Ohm einstellt, 
dann können schon ca. 15-20 W freigesetzt werden. Die könnte natürlich 
einem BUZ11 ohne Kühler schon Rauchwölkchen entlocken. Aber daß es ihn 
zerreißt, ist wohl weniger wahrscheinlich.

Autor: Michael (Gast)
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Spielen wir das Spielchen mal durch (für einen nKanal-Enhancement):

Fall 1. Kurzschluss zwischen Gate und Source:

Gate liegt also auf dem Potential von Source, ein Potentialunterschied 
ist nicht mehr aufbaubar. Damit kann kein leitfähiger Kanal aufgebaut 
werden -> Mosfet sperrt dauerhaft.

Fall 2. Kurschluss zwischen Gate und Kanal:

Gate und der Kanal sind verbunden. Legt man nun eine Spannung an wird 
zwar ein Kanal gebildet aber die Elektronen werden nun, wegen fehlender 
Isolatiosschicht, direkt ins Gate abgesaugt, der eigentliche Kanal kann 
sich also nicht aufbauen -> Mosfet sperrt.

Fall 3. Kurzschluss zwischen Gate und Drain:

Gate und Drain liegen auf dem gleichen Potential. Der Mosfet kann nicht 
mehr (richtig) sperren aber auch nicht mehr richtig leiten, er ist quasi 
überbrückt, man zwingt der Drain-Source-Strecke die Spannung von 
Gate-Source auf. Diese Spannung ist nun aber exterm abhängig vom 
"Innenwiderstand der Quelle", die an Gate-Source hängt, und zum 
Innenwiderstand dieser Quelle zählen nun auch eventuell angeschlossene 
Gate-Widerstände.

Autor: Michael (Gast)
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Noch ein kleiner Nachtrag zu Fall 2: Normaler Weise ist Bulk und Source 
auch Kurzgeschlossen (beim Buz11 der Fall und hierum gehts dem TE wohl), 
man beobachtet also gleiches Verhalten wie bei Fall 1.

Autor: Peter R. (pnu)
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Gut, an einen selbstsperrenden MOSFET habe ich garnicht gedacht.

Aber hier musss man doch an worst-case denken. Das bedeutet eingentlich 
immer, dass am FET eine ungesteuerte niederohmige Verbindung G-D oder 
G-S entsteht und es also von der Niederohmigkeit der angeschlosssenen 
Schaltung abhängt, was für ein Folgeschaden sich ergibt.

Autor: Gasti (Gast)
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>He_ Alter_ schrieb:
>> a) er könnte explodieren.

>Erfahrungswert oder herum geraten?

Wenn Dir mal ein APT8015 wegen Überlastung um die Ohren fliegt fragst Du 
sowas nicht mehr. Ist etwa so laut wie ein Gewehrschuss, wenn man 
daneben sitzt pfeifen einem die Ohren und bei explodieren können 
Gehäuseteile durch die Gegend spritzen. Kein Spass. Ich denke mal 
Kindermosfests im SOT23-Gehäuse sind da weniger spektakulär.

Autor: Michael (Gast)
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>Aber hier musss man doch an worst-case denken. Das bedeutet eingentlich
>immer, dass am FET eine ungesteuerte niederohmige Verbindung G-D oder
>G-S entsteht und es also von der Niederohmigkeit der angeschlosssenen
>Schaltung abhängt, was für ein Folgeschaden sich ergibt.

Na klar muss man das und dann sieht man was fließen kann:

Nehmen wir mal folgendes an:

1 Ohm Widerstand über ein ideale Quelle an Drain angeschlossen.
Ansteuerung macht ebenfalls eine ideale Quelle die direkt am Gate hängt.

Fall 1:

Die Quelle am Gate ist kurzgeschlossen, es fließt solange Strom bis 
irgendwas in Rauch und Flammen aufgeht.

Fall 2:

Ähnlich wie Fall 1 da ja Source und Bulk kurgeschlossen sind.

Fall 3:

Durch den 1 Ohm Widerstand fließt ein Strom von der "Lastquelle" zur 
"Steuerquelle", Größe: (Ulast-Usteuer)/1 Ohm. Mal ganz davon abgesehen, 
welcher Strom dann noch durch den Transitor fliest kann das auch nicht 
ganz gesund sein.

Fazit: Die Widerstände, die angeschlossen sind, begrenzen den Strom 
natürlich. Im Worst-Case ist es also nicht schlecht wenn man sich 
überlegt welches Potential der jeweilige Pin des Fets annehmen kann und 
welchen Strom das dann zur Folge hätte.

Autor: oszi40 (Gast)
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Die "wahre Leuchtkraft" des MOSFETs wird durch das Netzteil bestimmt. 
:-)

Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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Ja, Mosfets können wirklich explodieren.
Oftmals passiert das in Schaltnetzteilen. Die Stützelkos speichern eine 
relativ hohe Energie (meist einige zig Joule, bei größeren 
Schaltnetzteilen erheblich mehr).
Wenn nun bei einem Halb- oder Vollbrückenwandler beide Mosfets eines 
Brückenzweigs gleichzeitig schalten, entlädt sich der Stützelko 
schlagartig über die Mosfets. Das lässt das Silizium punktuell so heiß 
werden, dass es verdampft. Der entstehende Druck sprengt dann das 
Gehäuse.
Bei relativ vielen defekten Schaltnetzteilen sind die Mosfets 
explodiert. Ursache ist entweder der Durchschlag eines Mosfets oder eine 
defekte Steuerungs-Elektronik, die beide Mosfets gleichzeitig 
einschaltet.

Autor: oszi40 (Gast)
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Daß MOSFETs genau wie Miniplasttransitoren explodieren können ist nicht 
ganz neu. Es muß jedoch ausreichend Energie verfügbar sein.

Phase 1 kleiner Schluß
Phase 2 Halbleiterklumpenbildung
Phase 3 Deckel "zur weiteren Diagnose" geöffnet oder Beine weggelüht?

Autor: spess53 (Gast)
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Hi

>Phase 3 Deckel "zur weiteren Diagnose" geöffnet oder Beine weggelüht?

Ich kenne noch: Beine + Eurogrosses Stück 105µ Kupfer verdampft.

MfG Spess

Autor: Markus F. (5volt) Benutzerseite
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Bei den Mosfets, die mir bisher kaputt gegangen sind, gab es auch fast 
immer einen Kurzschluss zwischen Drain und Source, oft auch zwischen 
Gate und Source.
Richtig blöd ist aber ein Kurzschluss zwischen Gate und Drain. Ist mir 
auch schon passiert...
Ich wollte mal ein Schaltnetzteil (Sperrwandler für ca. 50 Watt) selbst 
bauen. Für den Test habe ich einen IRF840 Mosfet (500V Nennspannung) 
verwendet. Als Betriebsspannung habe ich an den Aufbau erstmal 30V DC 
angelegt, und bin dann bis auf 250V DC hochgegangen.
Die Versorgungsspannung habe ich mit einem 2700µF/400V Elko gestützt.
Das Netzteil hat so auch ganz gut funktioniert. Nach ein paar weiteren 
Experimenten hat es dann aber plötzlich laut PENG gemacht, und der 
Mosfet und der NE555 in dem Aufbau sind explodiert...

Der Fehler war schnell gefunden: Ein Kurzschluss in der Schaltung hat 
dafür gesorgt, dass der Mosfet immer eingeschaltet ist, was den Strom 
auf viele 100A ansteigen lässt...
Naja, sowas passiert eben.
Und ehe jetzt wer meckert: Ich weiß, dass 250V DC nicht ganz 
ungefährlich sind, und bin bei solchen Experimenten recht vorsichtig und 
fummele nicht im Betrieb an der Schaltung rum...

P.S.
Es gibt auch noch "Gehäuse gesprengt UND Beinchen weggeglüht...".
Noch mehr geht dann aber auch kaum mehr kaputt.
Ich habe schon mal spaßeshalber ein ohnehin defektes IC an einen Elko 
mit 4200µF bei 450V (also 425 Joule) angeschlossen. Das Ergebnis kann 
man sich ja vorstellen:
Mit einem ziemlich lauten Knall wurde das Gehäuse in zwei Hälften 
gesprengt (nicht nur ein Stück rausgesprengt). Die Pins sind dann 
abgefallen, waren aber seltsamerweise nicht verdampft...
Das Silizium-Die war auch noch erkennbar.
Für alle, die eher wenig Erfahrung im Umgang mit solchen Spannungen 
haben: Bitte das nicht nachmachen, sonst Darwin-Award...

Autor: Uhu Uhuhu (uhu)
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Diese Anekdoten, wie es die Teile zerrissen hat und bei welchen 
Spannungen, sind so lange wenig interessant, wie nicht mitgeteilt wird, 
wodurch das ausgelöst wurde.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Gasti schrieb:
>>> a) er könnte explodieren.
>>Erfahrungswert oder herum geraten?
> Wenn Dir mal ein APT8015 wegen Überlastung um die Ohren fliegt fragst Du
> sowas nicht mehr.

Ist mir auch schon passiert. War auf ein Prüfstand und die Platine war 
extra hinter einem Plexiglasgehäuse. Dort sind öfters NPN-Transistoren 
(TO-218) hochgegangen.

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