由PCB阻焊层击穿造成短路故障分析

        最近有一块全桥逆变电路，输入直流侧为100~200Vdc时，能正常无故障工作，此时功率500W左右。当输入300Vdc,输出功率700W左右时，发生严重的短路现象。

样机结构下图， 实验样机是用四个Sic MosFET组成的全桥电路，SiC 躺在PCB板上，SiC背面共用一块大的散热片，用M3螺丝将散热片与PCB固定住。

 图一 实验样机侧面图

故障现象：这个故障发生区域发生在一个MosFET的固定螺钉附近，周围没有明显的过流，发热现象。

 原固定螺丝安装图                                                             实验样机故障位置

 故障原因可能有：

　　　　　1、MosFET 电流裕量不足；

　　　　　2、散热条件不好，发热导致结温过大；

　　　　　3、电气间距不够，击穿短路； 

To-247实物及尺寸图 

故障原因分析：

              1、根据上图所示的To-247封装图，固定孔直径3.61mm，MosFET散热端直径为7.19mm。固定螺丝距离MosFET的漏极还有1.79mm。按照200V/mm的电气间距，可接受358V的电压，大于这个电压有击穿的风险。

　　　　2、根据PCB板厂技术人员资料，阻焊层绿油耐压为20kV/mm，通常PCB板绿油厚度为0.5oz，因此0.5ozcalc厚的绿油耐压为350V。由于工艺原因，阻焊层厚度按照+10%的公差计算，阻焊层的击穿电压在315~385V之间。

　　　　3、由于固定SiC MosFET的螺钉是金属的，且固定螺钉附近有线路铜层（GND），螺钉与SiC MosFET的漏极相连(没有加绝缘套管)。 

              4、散热器与MosFET之间加了0.2mm厚的矽胶片，介电击穿电压为5kV/mm。

              5、导热硅胶使用的是CPU导热硅胶（型号是HY610），含铜，未查到该物料的介电击穿电压参数。

              可能的原因是：导热硅胶绝缘强度不够，MosFET的漏极通过散热器，再通过螺钉连接到PCB上，将PCB板上的阻焊层击穿后，发生短路。（经过多次实验验证，的确是这个原因）

改进措施：

　　　　1、固定螺钉与PCB板之间添加绝缘套管

　　　　2、更换介电击穿系数为5kV/mm的导热硅脂（通过验证，这一步已经解决问题了）

　　　　3、填涂导热硅脂的时候，不要超过绝缘垫片的面积，防止散热器通过导热硅脂与MosFET的漏极直接相连。

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总结： 

　　1、安装固定螺丝的时候，一定要注意留够电气间距；

　　2、绝缘垫，导热硅脂需要留意厚度及节电常数；

　　3、可以使用固定绝缘胶代替固定螺丝。