三极管失效原因分析

开关三极管失效原因分析三极管器件被广泛地应用在我们日常生活中，因此三极管的失效问题也得到 应用者的重视下面以开关三极管为例，来讲述三极管失效的主要原因和相 应的预防方法一.开关三极管失效的原因有哪些?三极管工作时，由于电流热效应，会消耗一定的功率，这就是耗散功率耗 散功率主要由集电极耗散功率组成：PT宀Vcelc即PT ~ Pcm，下面分析 开关三极管失效的几种情况：1.热击穿由于三极管的工作电流受温度的影响很大，因此当三极管工作时，耗散功率 转化为热，使集电结结温升高，集电结结电流进一步加大，会造成恶性循环 使三极管烧毁这种情况叫热击穿使三极管不发生热击穿的最高工作温度 定义为最高结温晶体管内部载流子运动与外部电流2.二次击穿当三极管未达到最高结温时，或者未超过最大耗散功率时，由于材料的缺陷 和工艺的不均匀性，以及结构原因造成的发射区电流加紧效应，使得三极管 的工作电流分布不均匀当电流分布集中在某一点时，该点的功耗增加，引 起局部温度增高，温度的增高反过来又使得该处的电流进一步增大，从而形 成“过热点”，其温度若超过金属电极与半导体的共熔点，造成三极管烧毁 另一方面，局部的温升和大电流密度会引起局部的雪崩（击穿），此时的局部 大电流能使三极管烧通，使击穿电压急剧降低，电流上升，最后导致三极管 烧毁。

这种情况就是所谓的二次击穿IcBE0Vcc三极管二次击穿特性曲线二次击穿是功率开关管失效的重要原因,三极管二次击穿的特性曲线如上图 所示为保证三极管正常工作，提出了安全工作区S0A的概念ickmIo0 畑 0 BVcbo VCESOA示意图如上图所示,它由集电极最大电流Icm线、击穿电压BVceo线、 集电极最大耗散功率Pcm线和二次击穿功耗Psb线组成由于使用时工作电 流和最大电压的设计都不会超过三极管的额定值，因此，正常情况下，集电 极耗散功率和二次击穿特性就是造成三极管失效烧毁的主要因素二基于以上的失效原因，怎么减少失效?很明显要降低因以上原因导致三极管失效，最关键在于尽量降低三极管工作 时的功耗、改善二次击穿特性，这两者其实是相关的由二次击穿的发生机 理可知，由于温度上升，导致三极管H增大，开关性能变差，二次击穿特FE性变差（更容易发生二次击穿）；温度的升高，也使得三极管的实际耗散功率 参数变差，三极管的安全工作区变小了反过来，由于三极管的耗散功率主 要和三极管的热阻有关，耗散功率小，实际上也就是其所能承受的电流电压 低，散热性能差，同样也影响到了二次击穿特性因此，防止工作时三极管 温升过高、提高三极管的耗散功率，是提高三极管质量的最有效办法。

1. 选用低热阻三极管热阻三极管工作中，当PN结温度超过允许最高结温时，三极管消耗的功率 就是三极管的集电极最大耗散功率由于一定材料的最高结温是一定的，因 此，提高三极管的散热性能，就是提高三极管的耗散功率，同时，散热性能 好，管子的温升就低，也降低了二次击穿的可能性，这是提高二次击穿特性 的重要因素热阻作为大功率管的一个重要参数,代表了三极管的散热能力 热阻与耗散功率的关系为：Pcm=(Tjm-Ta)/RT其中Tjm为最高结温，Ta为环境温度，RT为热阻 可见，当最高结温和环境温度一定时，耗散功率的大小取决于热阻的大小 在开关电源中作开关的三极管，应选用热阻尽可能低的管子除了三极管芯 片本身之外，后工序装配的材料、工艺和质量对热阻的影响也非常大2. 选用上升时间和下降时间尽可能短的三极管开关参数三极管工作于饱和与截止状态，因此三极管的开关参数对其工作情 况有重大的影响三极管的开关参数有4个：延迟时间td、上升时间tr、 储存时间ts和下降时间tf,如下图所示的开关波形图•管子由截止到饱和时, 过渡时间受延迟时间和上升时间的影响，由饱和到截止时，过渡时间受存储 时间和下降时间的影响三极管在不同工作状态时消耗的功率为：截止时：P=Vce・Iceo,饱和时：P=Vces・Ic，由于三极管的反向漏电流Iceo 和饱和压降Vces都很低，因此，饱和与截止时，三极管的消耗功率并不大， 但在两种状态的转换过程中，三极管有一部分时间工作于放大区，此时的电 流电压均较大，处于放大区的时间越长，从而消耗功率也越大，温度也就升 高越多。

影响三极管处于放大区的开关参数主要是上升时间和下降时间因 此，应选用上升时间和下降时间尽可能短的三极管。