電晶體｜評估篇
什麼是SOA（Safety Operation Area）失效
2023.03.29
重點
・SOA是“Safety Operation Area”的縮寫，意為“安全工作區”。
・需要在SOA範圍內使用MOSFET等產品。
・有五個SOA的制約要素，不滿足其中任何一個要素的要求都有可能會造成失效。
什麼是SOA（Safety Operation Area）？
SOA是“Safety Operation Area”的縮寫，意為“安全工作區”。要想安全使用MOSFET，就需要在SOA範圍內使用MOSFET，超過這個範圍就有可能造成損壞。在SOA範圍之外工作時造成的損壞稱為“SOA失效”。例如，SJ MOSFET（Super Junction MOSFET）R6024KNX的SOA如下所示：
SJ MOSFET R6024KNX的SOA
SOA由縱軸上的汲極電流ID和橫軸上的源-汲極電壓VDS來表示。也就是說，VDS、ID及它們的乘積（功率損耗PD）、以及二次擊穿區決定了MOSFET的安全工作範圍。另外，外加功率的脈衝寬度PW也是決定SOA的重要因素。SOA劃分為圖中所示的（1）～（5）個區域。
SOA的區域劃分、限制以及與失效之間的關係
下面介紹一下圖中的區域（1）～（5）。
■區域（1）：汲極電流ID受MOSFET的導通電阻RDS(ON)限制的區域
是指即使外加的VDS小於絕對最大額定值，ID也會受到RDS(ON)限制的區域。根據歐姆定律I=V/R，ID只能流到紅線位置。 ※圖中的區域是VGS＝10V時的範例
■區域（2）：由外加脈衝時汲極電流的絕對最大額定值IDP決定的區域
（2）的綠線是規格書中規定的IDP的絕對最大額定值。當然，絕對最大額定值是絕對不能超過的，因此當IDP超過該值時是無法使用的。如果在超過該值的範圍（電流值）使用，由於超出了保證的工作範圍，因此可能會造成損壞。
■區域（3）：熱限制區域
這是由MOSFET的額定損耗PD決定的區域。受外加功率的脈衝寬度PW和暫態熱阻的限制。只要在該範圍內，Tj通常不會超過絕對最大額定值TjMAX，因此可以安全使用。但是請注意，該線會因環境溫度、MOSFET的實際安裝條件和散熱條件等因素而異。此外，作為開關使用MOSFET時，可能會瞬間被外加高電壓和大電流，因此即使在開關的暫態狀態下也必須注意不要超過區域（3）的限制。
■區域（4）：二次擊穿區域
當在外加高電壓的狀態下流過電流時，元件內部的局部可能會流過大電流並造成損壞，這稱為“二次擊穿”。這條線是用來防止造成二次擊穿狀態的限制線。與區域（3）的熱限制區域一樣，二次擊穿區域也受環境溫度等因素的影響。
■區域（5）：由MOSFET源-汲極電壓的絕對最大額定值VDSS決定的區域
這是規格書中規定的受VDSS限制的區域，如果超過這個區域，就可能發生擊穿並造成損壞。需要注意的是，由返馳電壓和寄生電感引起的電壓變化，可能會瞬間超過該限制。