LT286E4型晶体管失效案例分析

安连涛，范桂洋

(中国电子科技集团公司第四十七研究所，沈阳110032)

1 前言

失效分析是确定一种产品失效原因的诊断过程。失效分析技术已经广泛地应用于各种工业部门，尤其在电子元器件行业中，失效分析有着特殊的重要性。它能为元器件生产厂提供改进的建议，有助于提高产品的合格率和可靠性;它能为设计部门提供设计验证和设计纠错的服务;它也能为整机厂提供选择元器件供应商的依据;在电路的可靠性设计中，提供如何正确使用元器件的依据，从而提高整机的合格率和可靠性。

2 案例分析

LT286E4型晶体管是由一只达林顿管和一只功率管组成的功率驱动电路，在整机测试时“甩头”(待机状态下电机发生动作)。晶体管N9、N10失效，二极管V7开路(见图1)，更换2只晶体管(不装配二极管)后电路功能恢复正常。电机工作电流约1.5A，待机时Va=Vb=10V。N9是126#失效电路，N10是177#失效电路。为后边描述方便，我们命名N7～N10中的4只功率管分别对应为G7～G10。

2.1 测试和观察

测试:N9达林顿管各参数正常，功率管G9的各引脚呈开路状态，用探针测试N9功率管芯片，CB结呈阻性，EB结开路。N10达林顿管各参数正常，功率管G10的CB结呈阻性，EB结特性正常。

镜下观察:N9功率管铝布线有严重的热熔现象，芯片基极与基板相连的三根压焊丝有一根熔断。N10功率管三条发射极和一条基极铝布线有热熔现象。

2.2 电路工作原理

待机状态:Va=Vb=10V，电机两端电压相等，电机静止。此时N8、N10工作在线性区，N7、N9工作在截止区。

工作状态:工作状态可分为两种情况。第一，由Vi1和Vi2构成的组合控制信号使G9、G8进入饱和区，N7、N10 工作在截止区，此时 Vb ＞ Va，由 G9、G8通路向电机供电，电机向某方向转动。第二，控制信号使G7、G10进入饱和区，N9、N8工作在截止区，此时Va＞Vb，由G7、G10通路向电机供电，电机向另一方向转动。

2.3 分析

根据故障现象和器件失效现象以及电路工作原理可以确定:器件失效发生在待机状态;在G9、V7和G10之间产生了大电流通路;流经G9的电流大于流经G10的电流;非故障状态下G9和G10不可能同时导通。据此，我们认为器件失效有以下两种原因。

第一，待机状态下，Vi1的意外变化使G8由原线性区进入饱和区，使Va点电位下降，G9由截止区进入饱和区，从而形成了经G9和G8向电机供电的电流通路，发生“甩头”，同时产生了由G9经V7和V9流向G10的附加电流通路，附加电流通路中没有电机负载，其电流必定大于向电机供电的电流;该电流很可能使器件烧毁。流经G9的电流较流经G10的电流大出1.5A，符合G9热熔现象更严重的情况。

图1 整机部分电路图

第二，待机状态下，G9的CB结穿通，同样可以产生流向电机的“供电电流”和流向G10的“附加电流”，产生相同的损毁现象。

上述任一可能都会在瞬间烧毁V7，此后由V9保持着附加电流通路。

2.4 试验验证

针对第二种分析结果开展试验。试验电路中未接入电感和V9、V7，供电电源采用26V和15V，在Vi2和15V电源间接入20K可变电阻，在Vi2和地之间接入1K下偏置电阻。调整可变电阻使Vb点电位达到10V，此时26V电源电流约20mA。若G9的CB结穿通，则相当于26V电源直接加在G10的集电极。模拟CB结穿通，电源电压降至4.6V，电流升至3.2A(该电源可显示的最大电流)，G10发热。断电后测得CB结短路，EB结正常。测试结果与失效的N10器件相同，器件损毁后的表面形貌与失效的N10器件相近。

此试验同样可以验证上面分析的第一种可能。

3 事故调查结论与措施落实

(1)待机状态下，Vi1的意外变化导致在G9、V7和G10之间产生大电流通路，使该3只器件烧毁。

(2)待机状态下，G9的CB结穿通同样导致在G9、V7和G10之间产生大电流通路，使器件烧毁。

整机正常工作时器件的输出电流并不很大，但在调试过程中经常发生“堵转”，即电机被“抱死”，此时器件的工作电流接近其极限值。“堵转”必将影响器件的使用寿命，也是引发器件早期失效的可能性之一。因此，一旦发生“堵转”，就必须更换此器件，或提高器件的耐电流性能，使得即使发生“堵转”也不足以损坏器件。

4 结束语

从案例中可以看得出，元器件失效的原因是多方面的，使用不当就可以引起元器件失效，我们必须仔细分析，才能找出元器件失效的原因，进而有效解决元器件的失效问题，减少损失，提高元器件的质量，并用分析结果改进工作，提高电子产品的可靠性。

［1］ 孙青.电子元器件可靠性工程［M］.北京:电子工业出版社，2002.

［2］ 郭志刚.试论元器件失效与可靠性改进［J］.当代经理人(中旬刊)，2006，(15).

［3］ 庄奕琪.微电子器件应用可靠性技术［M］.北京:电子工业出版社，1996.