 DSS击穿耐压和漏极电流上限与工程计算)
文章目录
- 一、V ( B R ) D S S V_{(BR)DSS}V(BR)DSS（或V D S S V_{DSS}VDSS）
- 二、漏极电流I D I_DID
- 1.晶圆限制（Silicon Limit）
- 2.封装限制（Package Limit）
一、V ( B R ) D S S V_{(BR)DSS}V(BR)DSS（或V D S S V_{DSS}VDSS）
V ( B R ) D S S V_{(BR)DSS}V(BR)DSS指在特定的温度(通常为25℃)和栅源短接(保证 MOS 管完全关断)情况下，流过漏极电流达到一个特定值（通常为250μA或1mA）时的漏源电压。
V ( B R ) D S S V_{(BR)DSS}V(BR)DSS为正温度系数：温度越高，击穿电压越高；低温下耐压值会降额，耐压值更低，需要注意低温工况下的使用是否符合设计。
二、漏极电流I D I_DID
MOSFET 的最大漏极电流受到晶圆限制（Silicon Limit）和封装限制（Package Limit），通常封装限制的最大漏极电流 < 晶圆限制的最大漏极电流
1.晶圆限制（Silicon Limit）
晶圆限制（Silicon Limit）表示晶圆/芯片本身的电流承载能力。漏极电流的 Silicon limit（晶圆限制） 由芯片本身的物理结构（沟道尺寸、掺杂、栅氧等）决定。
在实际应用中，晶圆能承载的电流还受热约束限制：
电流产生功耗P t o t = I D 2 ⋅ R d s o n @ T j m a x P_{tot} = {I_D}^2 \cdot R_{dson@T_{jmax}}Ptot=ID2⋅Rdson@Tjmax
功耗导致结温上升P t o t = T j − T c R t h ( j − c ) P_{tot} = \frac{T_j-T_c}{R_{th(j-c)}}Ptot=Rth(j−c)Tj−Tc
故I D = T j − T c R d s o n @ T j m a x ⋅ R t h ( j − c ) I_D = \sqrt{\frac{T_j - T_c}{R_{dson@T_{jmax}} \cdot R_{th(j-c)}}}ID=Rdson@Tjmax⋅Rth(j−c)Tj−Tc
因此，晶圆的实际可用载流能力是在给定散热条件（温度、热阻）下，由最大允许结温推算出来。亦可把电流作为输入值计算结温，结温不得超过最大额定值 Tjmax做判断。
注意：
1.导通电阻随结温升高而增大，因此在计算时应采用对应实际工作温度下的阻值。规格书中给出的最大连续漏极电流，通常是基于最高结温所对应的导通电阻进行计算的。
2.热阻R th ( j − c ) R_{\text{th}(j-c)}Rth(j−c)在计算中同样应采用最大值，以确保设计留有足够的裕量。
计算示例，以Infineon的MOS IPB017N10N5为例，求解I D @ T j = 150 ℃ I_{D@Tj=150℃}ID@Tj=150℃。
R dson @ T j max R_{\text{dson}@T_{j\text{max}}}Rdson@Tjmax=R dson @ T 175 ℃ R_{\text{dson}@T_{175℃}}Rdson@T175℃≈3.6mΩ
R th ( j − c ) R_{\text{th}(j-c)}Rth(j−c)=0.4K/W
I D = T j − T c R d s o n @ T j m a x ⋅ R t h ( j − c ) = 175 ℃ − 150 ℃ 3.6 m Ω ⋅ 0.4 K / W ≈ 131.76 A I_D = \sqrt{\frac{T_j - T_c}{R_{dson@T_{jmax}} \cdot R_{th(j-c)}}}= \sqrt{\frac{175℃ - 150℃}{3.6mΩ \cdot 0.4K/W}}≈131.76AID=Rdson@Tjmax⋅Rth(j−c)Tj−Tc=3.6mΩ⋅0.4K/W175℃−150℃≈131.76A
计算得出数值为 131.76A，与规格书标定的 130A 偏差较小计算得出数值为 131.76A，与规格书标定的 130A 偏差较小。
2.封装限制（Package Limit）
封装限制电流是指由器件封装结构（而非晶圆本身）所决定的最大电流承载能力。超过该限制后，器件会因封装内部互连结构损坏而失效，此时 MOS 晶圆本身可能仍完好无损。
封装限制电流通常由封装中最薄弱的环节决定，主要是源极侧的键合线（Bond Wire），其失效形式包括：
- 键合线熔断：因过电流导致键合线过热熔断；
- 塑封料热降解：键合线发热使周围塑封料温度超过其耐温阈值（通常约 220°C），导致封装失效；
- 电迁移应力：长期超额电流引发键合线材料的电迁移，逐步降低器件可靠性。
封装限制值在常规工作条件下可视为一个固定值，不随环境温度或结温变化，因为键合线的温升主要取决于其自身电阻发热及向环境的散热，由封装结构决定（键合线材料/截面的固有承载能力），与芯片多热无关。但需注意，该限制本质上仍受"键合线自身发热"及"塑封料耐温上限"的物理约束。
封装类型对电流承载能力有显著影响：与采用铜条带/铜夹互连的封装相比，采用键合线的封装（如 DPAK）电流承载能力明显更低。此外，晶圆有效面积也会影响封装的电流承载能力，因为它决定了互连方案的配置——包括键合线数量、键合线直径或铜夹尺寸等。
封装限制通常指器件内部晶圆与引脚之间的内部连接线（即键合线），其材质包括金、铝、铜及其合金等，目前 MOS 器件以铜、铝为主。
规格书标注的连续漏极电流I D I_DID，通常是"结温限制"与"封装限制"两者中的较小值。对于许多大功率MOSFET，规格书的ID往往被封装限制所"卡死"，芯片本身能承受的理论电流远大于标称值。
同样，以Infineon的MOS IPB017N10N5为例，可以看到下图在125℃前连续漏极电流I D I_DID一直为180A，如果用上述的I D I_DID计算方式会发现，理论电流远大于标称值，但该MOS受限于封装，最大漏电流I D I_DID一直保持在180A。
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