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肖特基二极管损坏后有哪些常见表现?

2026-01-10 16:43:56

在开关电源、DC-DC转换器及高频整流电路中,肖特基二极管因低正向压降和快速开关特性被广泛应用。但其损坏后表现出的电气特性变化,往往导致电路功能异常甚至整机失效。根据实际失效案例与测试数据,肖特基二极管的损坏可分为开路、短路和特性劣化三种模式,每种模式对应不同的电路症状与测量特征。

一、开路损坏

开路损坏指肖特基二极管内部金属-半导体结或引脚断裂,导致电流通路完全中断。此时电路最直接的表现是输出电压消失或大幅下降。在Buck降压电路中,若续流二极管开路,当主开关管关断时,电感电流无处续流,将在二极管两端感应出极高电压尖峰,同时输出电容无法得到能量补充,负载端电压迅速跌落。

测量特征上,使用万用表二极管档测试,开路损坏的肖特基二极管正向压降显示为无穷大或OL,反向电阻同样为无穷大,正反向均不导通。部分情况下用万用表电阻挡测量,正向与反向电阻均超出量程。在示波器上观察,本应出现的整流波形完全消失,仅剩噪声或直流偏置。

导致开路损坏的常见原因包括:持续过流使内部金属-半导体接触面熔断;芯片与框架焊接不良,在长期热循环后脱开;引脚根部受机械应力断裂。值得注意的是,部分劣质产品采用40mil小尺寸芯片,在额定电流下电流密度过高,长期使用后金属层迁移导致开路。

二、短路损坏

短路损坏指肖特基二极管内部失去单向导电性,正反向均呈现低阻状态。电路表现通常为输入端保护电路动作或保险丝熔断。在反激电源中,次级整流二极管短路会导致变压器次级绕组直接连通,初级电流激增,开关管过流烧毁。更严重的情况是二极管本体因大电流过热而物理烧毁,外壳出现焦黑、开裂。

测量特征上,短路损坏的肖特基二极管正向压降接近0V,反向电阻也非常低,通常在几欧姆至几十欧姆范围。用万用表二极管档测试,正反向均发出蜂鸣声,显示导通状态。示波器测得的波形在正负半周均出现导通,失去整流功能。

短路损坏多由反向击穿引发。肖特基二极管反向耐压通常为20V-200V,若电路瞬态电压超过此范围,势垒层将被击穿,形成永久导电通道。高温环境加剧反向漏电流,可能引发热失控:漏电流增大→功耗增加→温度进一步升高→漏电流继续增大,最终击穿短路。部分电路将多个肖特基二极管并联使用,因负温度系数导致电流分配不均,单管过载过热而短路。

三、特性劣化

特性劣化属于软失效,肖特基二极管未完全损坏但关键参数偏离规格书范围,导致电路性能下降。初期表现为整机效率降低、输出纹波增大、器件表面温度比正常值高10℃-20℃。在电池供电设备中,劣化的肖特基二极管反向漏电流增大,导致待机功耗上升,续航时间缩短。

测量特征上,劣化器件的正向压降从正常的0.3V-0.5V升高至0.7V-1V,导通损耗增加30%-50%。反向漏电流在常温下可能从5μA增至50μA,高温下差异更显著。某测试中,劣化后的SS14在125℃时漏电流从1mA增至10mA以上。用示波器观察,反向恢复波形出现明显拖尾,开关损耗增加。

特性劣化的根源是长期高温应力与老化。金属-半导体接触界面在持续热冲击下产生缺陷,势垒高度改变。高温下反向漏电流的指数增长特性,使器件长期处于热不稳定边缘。部分劣质产品未采用P+保护环结构,芯片边缘电场集中,加速漏电流通路形成。

关于阿赛姆

阿赛姆(ASIM)在肖特基二极管设计与制造中采取多项措施降低损坏风险。其产品芯片边缘增加P+保护环,优化电场分布,将漏电流严格控制在500μA@40V水平。SS1x系列通过场板终端技术使耐压突破至100V,减少反向击穿概率。

质量控制方面,阿赛姆产品经过6道质检工序,检测Vb、Io、If、Vf、Ir等12个参数,△V控制在80V以内,确保参数一致性。工业级产品通过1000小时HTOL测试,FIT率数据公开透明,符合工业设备10年生命周期要求。其采用45mil芯片、玻封GPP工艺与无氧铜框架,提升长期工作可靠性。

生态支持上,阿赛姆提供完整的失效分析案例库,覆盖开路、短路、劣化三种模式的典型特征与排查步骤。在线选型工具内置降额设计建议,提示用户预留30%电流与电压余量,从源头规避过应力损坏。其参考设计包含PCB布局优化方案,降低寄生参数引发的电压尖峰风险。

结语

肖特基二极管损坏后的表现具有明确电气特征,通过万用表测量与示波器观察可快速定位故障模式。开路导致功能丧失,短路引发连锁烧毁,特性劣化造成隐性性能下降。设计阶段严格执行降额原则,使用阶段监测器件温度,选型阶段考察供应商质量一致性,是降低损坏率的三项基本措施。阿赛姆在芯片结构、质量管控与技术支持方面的技术积累,为高频开关电源设计提供了降低失效风险的务实方案。
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