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MDD穩(wěn)壓二極管失效模式分析:開路、熱擊穿與漏電問題排查

2025-05-16 來源: 作者:深圳辰達半導體有限公司 原創(chuàng)文章
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關(guān)鍵詞: MDD穩(wěn)壓二極管 失效模式 開路 熱擊穿 漏電流異常

在電子系統(tǒng)中,MDD穩(wěn)壓二極管(Zener Diode)憑借其在反向擊穿區(qū)域的穩(wěn)定電壓特性,被廣泛應用于電壓參考、過壓保護和穩(wěn)壓電路中。然而在實際應用中,穩(wěn)壓管并非“永不失手”。其失效往往會直接影響電路的供電穩(wěn)定性甚至導致系統(tǒng)癱瘓。因此,深入了解其典型失效模式,如開路、熱擊穿和漏電流異常,是每位工程師必須掌握的故障排查技能。

一、開路失效:電路中的“隱形人”

開路是穩(wěn)壓二極管最常見的失效模式之一。其根本原因通常來自過載應力,如電流瞬時過大或反復沖擊,導致PN結(jié)內(nèi)部熔斷或金屬引腳虛焊。此類故障往往不容易在外觀上直接判斷,但從電路表現(xiàn)來看,穩(wěn)壓功能完全喪失,輸出電壓不再被限制,或呈現(xiàn)完全斷開狀態(tài)。

開路失效的排查方法較為簡單:使用萬用表在二極管兩端進行正反向電阻測量,若兩向均呈現(xiàn)無窮大電阻,可初步判定為開路。若應用在電壓參考回路中,還可通過測量輸出電壓偏離穩(wěn)定值來判斷。

二、熱擊穿:穩(wěn)壓變“炸雷”

熱擊穿是穩(wěn)壓管常見的災難性失效形式之一。穩(wěn)壓管正常工作于反向擊穿區(qū),但若功率設計不合理,散熱不足,器件將因長期高溫積熱而失控。溫度升高將進一步引發(fā)熱載流子累積,導致結(jié)區(qū)不可逆損傷,形成永久擊穿。

此類失效通常表現(xiàn)為穩(wěn)壓二極管正反向均呈低阻狀態(tài),即導通異常。萬用表測試時,兩端電阻接近短路,電壓鉗位功能喪失,輸出電壓可能嚴重偏低。熱擊穿往往伴隨輕微燒焦或封裝變色,需要留意器件外觀變化。

為預防熱擊穿,應確保穩(wěn)壓管功耗 P=VZ×IZP 在額定值之內(nèi),同時在PCB設計中預留良好的散熱銅箔或搭配散熱片。高溫環(huán)境下尤其需要選用高溫規(guī)格穩(wěn)壓管并謹慎計算功率裕度。

三、漏電流升高:潛藏的“隱患殺手”

漏電流失控是最難察覺的一種穩(wěn)壓管失效。正常情況下,穩(wěn)壓管在反向電壓低于擊穿電壓時應只有極微小的反向漏電流(nA級)。一旦工藝退化、長期超溫或靜電沖擊造成PN結(jié)損傷,漏電流便可能升高至μA甚至mA級,形成持續(xù)功耗,導致系統(tǒng)異常甚至誤觸發(fā)。

此類問題對高阻抗輸入或微功耗系統(tǒng)影響尤為嚴重,例如精密ADC電路、電池供電模塊等。排查時可通過精密源表測量反向電流或?qū)⒎€(wěn)壓管從電路中取下后單獨測試。

四、結(jié)語:提升可靠性的關(guān)鍵措施

穩(wěn)壓二極管雖小,但其可靠性對系統(tǒng)影響巨大。避免失效的關(guān)鍵在于:

  1. 合理選型:根據(jù)實際負載電流與電壓,選擇合適的擊穿電壓和功率等級;

  2. 穩(wěn)健設計:加入限流電阻,避免因浪涌或熱擊穿引發(fā)災難性故障;

  3. 布局優(yōu)化:留足散熱銅皮,避免過度集熱;

  4. 靜電防護:做好ESD設計,防止初級擊穿;

  5. 品質(zhì)管控:選用正規(guī)廠牌、通過AEC-Q101或ISO認證的元件。

唯有從器件選型、熱管理到系統(tǒng)防護多管齊下,才能真正提升穩(wěn)壓二極管在應用中的穩(wěn)定性與壽命。作為FAE,我們不僅要了解器件參數(shù),更要熟悉它在系統(tǒng)中的“生老病死”,才能為客戶帶來真正有價值的解決方案。




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