關(guān)于空調(diào)控制器三端穩(wěn)壓管的失效原理的分析與研究

2.4 驗證靜電對穩(wěn)壓管的影響

　　空調(diào)生產(chǎn)過程中較常見的靜電釋放模式為人體模式(HBM)和機器模式(MM)。設(shè)計實驗：取某廠家合格三端穩(wěn)壓管若干，分別使用人體模式(HBM)和機器模式(MM)對穩(wěn)壓管擊穿，每個穩(wěn)壓管電擊5次，記錄擊穿穩(wěn)壓管的臨界電壓。如圖6、圖7。先對電容充電，然后釋放電容電量至穩(wěn)壓管輸入端和地腳端。

　　實驗結(jié)果如表2，以穩(wěn)壓管輸出電壓異常為標(biāo)準(zhǔn)，HBM模式下，擊穿電壓為10KV，MM模式下，擊穿電壓為3.5KV?？梢耘袛郙M模式下穩(wěn)壓管更容易擊穿，空調(diào)生產(chǎn)過程中MM模式靜電釋放常見于注塑件、泡沫等易產(chǎn)生靜電材料。

3 對三端穩(wěn)壓管故障件失效情況分析

　　現(xiàn)從故障件基本屬性、散熱情況、內(nèi)部晶元失效點及通電情況來判斷失效方式。

3.1 穩(wěn)壓管故障品與合格品基本屬性對比

　　對故障件各引腳之間的PN結(jié)、阻值測量如表3，可知故障件與合格品基本屬性無差別，生產(chǎn)過程中較難識別故障穩(wěn)壓管。

3.2 穩(wěn)壓管散熱情況

　　故障穩(wěn)壓管與合格穩(wěn)壓管的散熱膏涂覆、散熱器安裝對比如圖8，散熱狀態(tài)良好。

　　X光查看故障穩(wěn)壓管與合格穩(wěn)壓管的晶元與穩(wěn)壓管散熱塊接觸良好，如圖9。

3.3 故障穩(wěn)壓管內(nèi)部晶元失效點分析

　　通過電子顯微鏡掃描分析故障穩(wěn)壓管受損點，根據(jù)受損點設(shè)計實驗、分析數(shù)據(jù)等判斷受損點是否正確。

3.3.1 電子顯微鏡分析故障穩(wěn)壓管受損點并分析受損方式

　　使用電子顯微鏡掃描某廠家故障穩(wěn)壓管內(nèi)部晶元，特寫視圖顯示Q7晶體管熔硅，判斷是由于電損傷導(dǎo)致，該廠家穩(wěn)壓管內(nèi)部原理圖如圖10。

　　穩(wěn)壓管只有Q7晶體管異常，對圖10中Q7晶體管附近電路簡化，分析靜電或過電由穩(wěn)壓管輸入端和地腳竄入時Q7受到的影響，簡化電路如圖12。

　　由于其輸入端低頻電容濾波的保護，穩(wěn)壓管裝上PCB板后不會再受EOS(Electrical Over Stress，指所有的過度電性應(yīng)力)類損傷，該穩(wěn)壓管最大輸入電壓為35V，根據(jù)生產(chǎn)工序，35V電壓以上的EOS來源全部在穩(wěn)壓管裝上PCB板后，穩(wěn)壓管不會受到EOS類損傷，判斷為Q7的損傷為ESD(Electrical Static Discharge，指靜電放電)類損傷導(dǎo)致。

　　根據(jù)Q7損傷類型為ESD類損傷，若靜電由Ui輸入，地腳輸出，Q7的集電極、基極導(dǎo)通，若靜電壓大于D1穩(wěn)壓值，大量電流流經(jīng)Q7導(dǎo)致其損傷;

　　若靜電由地腳輸入，Ui輸出，D1導(dǎo)通，靜電電壓大量消耗Q7基極，導(dǎo)致Q7由基極向集電極擊穿。

　　無論是哪一種靜電竄入方式，該種穩(wěn)壓管涉及方案均容易導(dǎo)致Q7損傷。

3.3.2 設(shè)計實驗、分析數(shù)據(jù)判斷受損點是否判斷正確

　　根據(jù)圖10，Q7穩(wěn)壓管位于的啟動電路，若其損傷，穩(wěn)壓管將無法啟動不工作。對穩(wěn)壓管輸入端輸入電壓，電流流經(jīng)方式如圖13，流向由紅色線出發(fā)，分流成藍(lán)色、綠色線，匯總到紫色線流出地腳。在D2穩(wěn)壓值飽和后，輸出端電壓Vout因只涉及阻性分壓，因此Vout會隨輸入電壓呈線性增長。

　　設(shè)計實驗：現(xiàn)對故障穩(wěn)壓管輸入端輸入電壓，并不斷增加電壓值，記錄Vout如表4，制作成線形圖如圖14，可知Vout會隨輸入電壓呈線性增長，符合Q7損傷的故障現(xiàn)象。

　　分析數(shù)據(jù)：根據(jù)表3中數(shù)據(jù)，故障穩(wěn)壓管的基本屬性PN結(jié)、阻值與合格品無差別。根據(jù)圖10可知基本屬性PN結(jié)、阻值的測量實際只是測量圖10右側(cè)的部分元器件屬性，Q7的損傷的確不會影響基本屬性，同時也說明圖10靠右側(cè)影響Vout的器件未受損傷。

　　設(shè)計實驗和分析數(shù)據(jù)的結(jié)果可以判斷Q7損傷符合故障現(xiàn)象。

4 分析結(jié)論及改善方案

4.1 結(jié)論

　　故障三端穩(wěn)壓管損傷點為內(nèi)部Q7晶體管，由于設(shè)計原因，三端穩(wěn)壓管的Q7晶體管極易受靜電損傷，生產(chǎn)需要做好對于三端穩(wěn)壓管的靜電防護。

　　具體解決方案為：

　　1)對比一些廠家穩(wěn)壓管設(shè)計圖，某廠家增加R18電阻用于減少靜電電流，如圖15(數(shù)據(jù)顯示該廠家穩(wěn)壓管故障率只有他廠家故障率的50%);

　　2)可針對Q7晶體管本身材質(zhì)提升抗靜電能力，例如采用MOS管替代Q7晶體管;

　　3)穩(wěn)壓管外部電路增加靜電保護，例如在穩(wěn)壓管使用方在穩(wěn)壓管輸入端和地腳之間增加用于高頻靜電濾除電容(PF級別)，可用于消除部分靜電，減少靜電受損的可能性。

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　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第10期第49頁，歡迎您寫論文時引用，并注明出處。