三極管短路：燒毀？速防！

三極管，全稱應(yīng)為半導(dǎo)體三極管，是一種控制電流的半導(dǎo)體器件。其作用是把微弱信號(hào)放大成幅度值較大的電信號(hào)，也用作無(wú)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。三極管發(fā)生短路失效是電子設(shè)備中常見(jiàn)的故障之一，其原因多種多樣，主要包括過(guò)電壓、過(guò)溫度、電氣應(yīng)力以及電路設(shè)計(jì)缺陷等。

此次我們分析的是發(fā)生短路的某失效三極管，進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行檢測(cè)分析，找出其失效原因。

測(cè)試分析

1 現(xiàn)象確認(rèn)

對(duì)三極管進(jìn)行半導(dǎo)體特性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示，NG三極管表現(xiàn)出的半導(dǎo)體特性為B-E管腳呈高阻抗?fàn)顟B(tài)，C-E管腳半導(dǎo)體特性與OK三極管相同。

圖1. 三極管管腳定義示意圖

圖2. 半導(dǎo)體特性曲線圖

2 無(wú)損透視檢查

通過(guò)NG三極管無(wú)損透視分析顯示：NG三極管B-E管腳內(nèi)部鍵合絲已斷開(kāi)，其他結(jié)構(gòu)無(wú)異常。

圖3. NG三極管 無(wú)損透視圖

3 理化分析

3.1 開(kāi)封檢查

對(duì)NG三極管進(jìn)行開(kāi)封觀察，開(kāi)封過(guò)程中發(fā)現(xiàn)NG三極管封裝樹脂碳化嚴(yán)重；E管腳內(nèi)部鍵合絲斷裂變黑。

三極管封裝樹脂碳化說(shuō)明使用過(guò)程中晶元發(fā)熱嚴(yán)重，高溫導(dǎo)致封裝樹脂碳化；鍵合絲局部斷裂，但斷裂位置并未完全開(kāi)路，說(shuō)明這是NG器件半導(dǎo)體特性表現(xiàn)為高阻抗特性的原因。

圖4. NG三極管開(kāi)封形貌

3.2 斷口分析

對(duì)NG三極管鍵合絲斷裂位置進(jìn)行形貌觀察和EDS成分分析，分析結(jié)果顯示：鍵合絲斷裂形貌屬于典型的高溫?zé)龤蚊病３煞址治霭l(fā)現(xiàn)，斷裂位置有C、O、Al、Si元素，這些元素屬于封裝樹脂及填充物的主要成分。

鍵合絲的高溫?zé)龤П厝慌c電流相關(guān)，說(shuō)明鍵合絲是在大電流作用下導(dǎo)致的失效。

圖5. NG三極管燒毀區(qū)鍵合絲形貌

圖6. NG三極管燒毀區(qū)成分分析

表1. NG三極管鍵合EDS測(cè)試結(jié)果（%）

4 取DIE測(cè)試

取Die后的晶圓表面無(wú)明顯的損傷形貌，E管腳的鍵合點(diǎn)有明顯的熔融跡象。

對(duì)取Die后的晶圓進(jìn)行半導(dǎo)體特性測(cè)試，測(cè)試結(jié)果顯示：B-E管腳間的I-V曲線與OK三極管基本一致，高阻抗特性消失。

NG三極管E管腳鍵合點(diǎn)熔融，說(shuō)明服役過(guò)程中必然有大電流，這與鍵合絲燒毀現(xiàn)象一致，均為大電流所致。

圖7. NG三極管取DIE后外觀形貌

結(jié)論

總結(jié)

三極管失效的直接原因?yàn)殒I合絲在大電流作用燒毀。

建議

通過(guò)過(guò)電壓保護(hù)電路、過(guò)電流保護(hù)電路、散熱設(shè)計(jì)、埋藏芯技術(shù)、諧振回路穩(wěn)定、設(shè)計(jì)硬件白盒測(cè)試，做好物料的器件降額和選型等多方面的措施，可以有效防止三極管短路的發(fā)生。

在實(shí)際應(yīng)用中，應(yīng)根據(jù)具體電路的特點(diǎn)和要求選擇合適的保護(hù)措施，以提高電路的可靠性和穩(wěn)定性。

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