LT286E4型晶體管失效案例分析

安連濤，范桂洋

(中國電子科技集團公司第四十七研究所，沈陽110032)

1 前言

失效分析是確定一種產品失效原因的診斷過程。失效分析技術已經廣泛地應用于各種工業部門，尤其在電子元器件行業中，失效分析有著特殊的重要性。它能為元器件生產廠提供改進的建議，有助于提高產品的合格率和可靠性;它能為設計部門提供設計驗證和設計糾錯的服務;它也能為整機廠提供選擇元器件供應商的依據;在電路的可靠性設計中，提供如何正確使用元器件的依據，從而提高整機的合格率和可靠性。

2 案例分析

LT286E4型晶體管是由一只達林頓管和一只功率管組成的功率驅動電路，在整機測試時“甩頭”(待機狀態下電機發生動作)。晶體管N9、N10失效，二極管V7開路(見圖1)，更換2只晶體管(不裝配二極管)后電路功能恢復正常。電機工作電流約1.5A，待機時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只功率管分別對應為G7～G10。

2.1 測試和觀察

測試:N9達林頓管各參數正常，功率管G9的各引腳呈開路狀態，用探針測試N9功率管芯片，CB結呈阻性，EB結開路。N10達林頓管各參數正常，功率管G10的CB結呈阻性，EB結特性正常。

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

2.2 電路工作原理

待機狀態:Va=Vb=10V，電機兩端電壓相等，電機靜止。此時N8、N10工作在線性區，N7、N9工作在截止區。

工作狀態:工作狀態可分為兩種情況。第一，由Vi1和Vi2構成的組合控制信號使G9、G8進入飽和區，N7、N10 工作在截止區，此時 Vb ＞ Va，由 G9、G8通路向電機供電，電機向某方向轉動。第二，控制信號使G7、G10進入飽和區，N9、N8工作在截止區，此時Va＞Vb，由G7、G10通路向電機供電，電機向另一方向轉動。

2.3 分析

根據故障現象和器件失效現象以及電路工作原理可以確定:器件失效發生在待機狀態;在G9、V7和G10之間產生了大電流通路;流經G9的電流大于流經G10的電流;非故障狀態下G9和G10不可能同時導通。據此，我們認為器件失效有以下兩種原因。

第一，待機狀態下，Vi1的意外變化使G8由原線性區進入飽和區，使Va點電位下降，G9由截止區進入飽和區，從而形成了經G9和G8向電機供電的電流通路，發生“甩頭”，同時產生了由G9經V7和V9流向G10的附加電流通路，附加電流通路中沒有電機負載，其電流必定大于向電機供電的電流;該電流很可能使器件燒毀。流經G9的電流較流經G10的電流大出1.5A，符合G9熱熔現象更嚴重的情況。

圖1 整機部分電路圖

第二，待機狀態下，G9的CB結穿通，同樣可以產生流向電機的“供電電流”和流向G10的“附加電流”，產生相同的損毀現象。

上述任一可能都會在瞬間燒毀V7，此后由V9保持著附加電流通路。

2.4 試驗驗證

針對第二種分析結果開展試驗。試驗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。調整可變電阻使Vb點電位達到10V，此時26V電源電流約20mA。若G9的CB結穿通，則相當于26V電源直接加在G10的集電極。模擬CB結穿通，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發熱。斷電后測得CB結短路，EB結正常。測試結果與失效的N10器件相同，器件損毀后的表面形貌與失效的N10器件相近。

此試驗同樣可以驗證上面分析的第一種可能。

3 事故調查結論與措施落實

(1)待機狀態下，Vi1的意外變化導致在G9、V7和G10之間產生大電流通路，使該3只器件燒毀。

(2)待機狀態下，G9的CB結穿通同樣導致在G9、V7和G10之間產生大電流通路，使器件燒毀。

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

4 結束語

從案例中可以看得出，元器件失效的原因是多方面的，使用不當就可以引起元器件失效，我們必須仔細分析，才能找出元器件失效的原因，進而有效解決元器件的失效問題，減少損失，提高元器件的質量，并用分析結果改進工作，提高電子產品的可靠性。

［1］ 孫青.電子元器件可靠性工程［M］.北京:電子工業出版社，2002.

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

［3］ 莊奕琪.微電子器件應用可靠性技術［M］.北京:電子工業出版社，1996.