LT286E4型晶體管失效案例分析

安連濤，范桂洋

(中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第四十七研究所，沈陽(yáng)110032)

1 前言

失效分析是確定一種產(chǎn)品失效原因的診斷過(guò)程。失效分析技術(shù)已經(jīng)廣泛地應(yīng)用于各種工業(yè)部門(mén)，尤其在電子元器件行業(yè)中，失效分析有著特殊的重要性。它能為元器件生產(chǎn)廠提供改進(jìn)的建議，有助于提高產(chǎn)品的合格率和可靠性;它能為設(shè)計(jì)部門(mén)提供設(shè)計(jì)驗(yàn)證和設(shè)計(jì)糾錯(cuò)的服務(wù);它也能為整機(jī)廠提供選擇元器件供應(yīng)商的依據(jù);在電路的可靠性設(shè)計(jì)中，提供如何正確使用元器件的依據(jù)，從而提高整機(jī)的合格率和可靠性。

2 案例分析

LT286E4型晶體管是由一只達(dá)林頓管和一只功率管組成的功率驅(qū)動(dòng)電路，在整機(jī)測(cè)試時(shí)“甩頭”(待機(jī)狀態(tài)下電機(jī)發(fā)生動(dòng)作)。晶體管N9、N10失效，二極管V7開(kāi)路(見(jiàn)圖1)，更換2只晶體管(不裝配二極管)后電路功能恢復(fù)正常。電機(jī)工作電流約1.5A，待機(jī)時(shí)Va=Vb=10V。N9是126#失效電路，N10是177#失效電路。為后邊描述方便，我們命名N7～N10中的4只功率管分別對(duì)應(yīng)為G7～G10。

2.1 測(cè)試和觀察

測(cè)試:N9達(dá)林頓管各參數(shù)正常，功率管G9的各引腳呈開(kāi)路狀態(tài)，用探針測(cè)試N9功率管芯片，CB結(jié)呈阻性，EB結(jié)開(kāi)路。N10達(dá)林頓管各參數(shù)正常，功率管G10的CB結(jié)呈阻性，EB結(jié)特性正常。

鏡下觀察:N9功率管鋁布線有嚴(yán)重的熱熔現(xiàn)象，芯片基極與基板相連的三根壓焊絲有一根熔斷。N10功率管三條發(fā)射極和一條基極鋁布線有熱熔現(xiàn)象。

2.2 電路工作原理

待機(jī)狀態(tài):Va=Vb=10V，電機(jī)兩端電壓相等，電機(jī)靜止。此時(shí)N8、N10工作在線性區(qū)，N7、N9工作在截止區(qū)。

工作狀態(tài):工作狀態(tài)可分為兩種情況。第一，由Vi1和Vi2構(gòu)成的組合控制信號(hào)使G9、G8進(jìn)入飽和區(qū)，N7、N10 工作在截止區(qū)，此時(shí) Vb ＞ Va，由 G9、G8通路向電機(jī)供電，電機(jī)向某方向轉(zhuǎn)動(dòng)。第二，控制信號(hào)使G7、G10進(jìn)入飽和區(qū)，N9、N8工作在截止區(qū)，此時(shí)Va＞Vb，由G7、G10通路向電機(jī)供電，電機(jī)向另一方向轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.3 分析

根據(jù)故障現(xiàn)象和器件失效現(xiàn)象以及電路工作原理可以確定:器件失效發(fā)生在待機(jī)狀態(tài);在G9、V7和G10之間產(chǎn)生了大電流通路;流經(jīng)G9的電流大于流經(jīng)G10的電流;非故障狀態(tài)下G9和G10不可能同時(shí)導(dǎo)通。據(jù)此，我們認(rèn)為器件失效有以下兩種原因。

第一，待機(jī)狀態(tài)下，Vi1的意外變化使G8由原線性區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)，使Va點(diǎn)電位下降，G9由截止區(qū)進(jìn)入飽和區(qū)，從而形成了經(jīng)G9和G8向電機(jī)供電的電流通路，發(fā)生“甩頭”，同時(shí)產(chǎn)生了由G9經(jīng)V7和V9流向G10的附加電流通路，附加電流通路中沒(méi)有電機(jī)負(fù)載，其電流必定大于向電機(jī)供電的電流;該電流很可能使器件燒毀。流經(jīng)G9的電流較流經(jīng)G10的電流大出1.5A，符合G9熱熔現(xiàn)象更嚴(yán)重的情況。

圖1 整機(jī)部分電路圖

第二，待機(jī)狀態(tài)下，G9的CB結(jié)穿通，同樣可以產(chǎn)生流向電機(jī)的“供電電流”和流向G10的“附加電流”，產(chǎn)生相同的損毀現(xiàn)象。

上述任一可能都會(huì)在瞬間燒毀V7，此后由V9保持著附加電流通路。

2.4 試驗(yàn)驗(yàn)證

針對(duì)第二種分析結(jié)果開(kāi)展試驗(yàn)。試驗(yàn)電路中未接入電感和V9、V7，供電電源采用26V和15V，在Vi2和15V電源間接入20K可變電阻，在Vi2和地之間接入1K下偏置電阻。調(diào)整可變電阻使Vb點(diǎn)電位達(dá)到10V，此時(shí)26V電源電流約20mA。若G9的CB結(jié)穿通，則相當(dāng)于26V電源直接加在G10的集電極。模擬CB結(jié)穿通，電源電壓降至4.6V，電流升至3.2A(該電源可顯示的最大電流)，G10發(fā)熱。斷電后測(cè)得CB結(jié)短路，EB結(jié)正常。測(cè)試結(jié)果與失效的N10器件相同，器件損毀后的表面形貌與失效的N10器件相近。

此試驗(yàn)同樣可以驗(yàn)證上面分析的第一種可能。

3 事故調(diào)查結(jié)論與措施落實(shí)

(1)待機(jī)狀態(tài)下，Vi1的意外變化導(dǎo)致在G9、V7和G10之間產(chǎn)生大電流通路，使該3只器件燒毀。

(2)待機(jī)狀態(tài)下，G9的CB結(jié)穿通同樣導(dǎo)致在G9、V7和G10之間產(chǎn)生大電流通路，使器件燒毀。

整機(jī)正常工作時(shí)器件的輸出電流并不很大，但在調(diào)試過(guò)程中經(jīng)常發(fā)生“堵轉(zhuǎn)”，即電機(jī)被“抱死”，此時(shí)器件的工作電流接近其極限值。“堵轉(zhuǎn)”必將影響器件的使用壽命，也是引發(fā)器件早期失效的可能性之一。因此，一旦發(fā)生“堵轉(zhuǎn)”，就必須更換此器件，或提高器件的耐電流性能，使得即使發(fā)生“堵轉(zhuǎn)”也不足以損壞器件。

4 結(jié)束語(yǔ)

從案例中可以看得出，元器件失效的原因是多方面的，使用不當(dāng)就可以引起元器件失效，我們必須仔細(xì)分析，才能找出元器件失效的原因，進(jìn)而有效解決元器件的失效問(wèn)題，減少損失，提高元器件的質(zhì)量，并用分析結(jié)果改進(jìn)工作，提高電子產(chǎn)品的可靠性。

［1］ 孫青.電子元器件可靠性工程［M］.北京:電子工業(yè)出版社，2002.

［2］ 郭志剛.試論元器件失效與可靠性改進(jìn)［J］.當(dāng)代經(jīng)理人(中旬刊)，2006，(15).

［3］ 莊奕琪.微電子器件應(yīng)用可靠性技術(shù)［M］.北京:電子工業(yè)出版社，1996.