二極管燒損分析案例

案例背景

某門鈴在使用一段時間出現(xiàn)門鈴失效，將失效樣品剝離，發(fā)現(xiàn)二極管燒損，通過表面觀察、通電間斷性檢測、靜電擊穿、切片分析、SEM分析等手段對樣品進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)靠近二極管的位置存在熱應(yīng)力與機械應(yīng)力的集中區(qū)，加速了二極管的燒損進(jìn)程，導(dǎo)致門鈴發(fā)生失效。

分析過程

1.通電間斷性檢測

對門鈴間斷性觸發(fā)有人經(jīng)過、有人按門鈴、連接視頻、語音通話、語音回復(fù)各約50-100次。監(jiān)控結(jié)果顯示：電壓值最小4.14V，最大4.30V。

對門鈴進(jìn)行重置設(shè)置約50-100次。監(jiān)控結(jié)果顯示：電壓值最小4.02V，最大4.22V。

對門鈴進(jìn)行斷電-通電約50-100次。監(jiān)控結(jié)果顯示：電壓值最小3.98 V，最大4.22V。

通電時

斷電時

更換電池，使用3組（每組1.5V與1.3V并聯(lián)）干電池串聯(lián)通電，并對門鈴間斷性觸發(fā)有人經(jīng)過、有人按門鈴、連接視頻、語音通話、語音回復(fù)、重置設(shè)置約50-100次。監(jiān)控結(jié)果顯示：最小值4.08V，電壓值最大值4.40V。

說明：通過間斷性檢測功能（模擬實際使用門鈴的各項功能），時刻監(jiān)控電壓，是否存在瞬間過壓或者過流。監(jiān)控結(jié)果顯示電壓均處于正常值。

2.靜電擊穿試驗

通過對正極施加30KV的靜電，進(jìn)行靜電擊穿試驗，試驗結(jié)束，二極管未被擊穿、且設(shè)備未有損傷。

3.加壓擊穿二極管試驗

擊穿二極管：對門鈴增加電壓，觀察電壓多少時，可以擊穿二極管。

電壓6.5V

電壓9V

萬用表檢測

說明：對門鈴加壓到9V，二極管被徹底擊穿，形成開路，門鈴依然可以運行。

4.外觀分析

X-RAY外觀分析

說明：對二極管焊接位置的周邊進(jìn)行外觀觀察，電源大焊盤接近二極管的位置（距離約1.77mm），且焊盤直接連接二極管的正極，另外打螺釘?shù)奈恢媒咏O管的位置（距離約1.5mm）。

5.金相斷面分析

說明： 對不良二極管進(jìn)行斷面分析，二極管內(nèi)部存在斷裂與燒毀現(xiàn)象。

6.SEM分析

說明：對不良二極管的斷面進(jìn)行電鏡觀察，二極管內(nèi)部發(fā)生多處斷裂。

分析結(jié)果

二極管燒損FA分析圖：

從檢測結(jié)果可以判斷，瞬間過壓或過流、二極管耐壓不足、靜電擊穿不是導(dǎo)致二極管的原因。綜合以上信息，從燒損的形貌及特點分析，判斷二極管在PCB上的布局存在以下風(fēng)險：

a.與電源焊接端子共焊盤，受到電源端子焊接時的熱沖擊隱患較大；

b.螺絲鎖緊位置距離二極管正極僅1.5mm，鎖螺絲時產(chǎn)生的變形應(yīng)力可直接傳導(dǎo)至二極管本體上，可能造成內(nèi)部微裂紋。

分析結(jié)論

二極管受到應(yīng)力（熱應(yīng)力、機械應(yīng)力）內(nèi)部產(chǎn)生微裂紋，使用過程中漏電流會逐步增大，在某一瞬間發(fā)生擊穿現(xiàn)象（短路），使門鈴進(jìn)入保護(hù)狀態(tài)。當(dāng)二極管和電池形成的回路斷開后（二極管燒開路，PCB銅箔開裂），門鈴會恢復(fù)工作響應(yīng)，但無過壓保護(hù)功能。

改善方案

二極管受到了焊接熱沖擊和打螺絲的應(yīng)力沖擊，其內(nèi)部微損傷的可能性很大，布局設(shè)計上該位置不宜安裝貼片器件。

二極管一旦發(fā)生擊穿微短路后，和電池直接形成回路，發(fā)熱量大，可能存在安全隱患，因此建議取消該位置二極管的安裝。

建議在LDO芯片輸入端設(shè)計保護(hù)電路。

審核編輯：湯梓紅