TVS管短路失效的內在及外在原因分析！
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摘要 : 通過對失效TVS管進行剖析和觀察，了解其損壞部位的外貌特征 ，再結合器件材料、結構、制造工藝、工作原理、工作中承受的應力等。采用實驗+理論等方法分析TVS管短路失效的原因。
通過對失效TVS管進行剖析和觀察，了解其損壞部位的外貌特征 ，再結合器件材料、結構、制造工藝、工作原理、工作中承受的應力等。采用實驗+理論等方法分析TVS管短路失效的原因。
經分析得出，致使TVS管失效的主要原因分為內在因素和外在因素，具體內容如下：
1、致使TVS 管短路失效的內在原因分析
TVS 管主要由芯片、電極系統和管殼3 部分構成。其中芯片是核心，通常在單晶硅片上采用擴散工藝形成。如果TVS 管制造工藝過程中控制不良，則可能造成 TVS 器件的固有缺陷，使TVS管成品率和可靠性降低，在篩選或使用中容易失效。引發 TVS 篩選短路失效的內在質量因素分布如下：
①臺面缺陷
臺面缺陷造成的TVS管失效往往都是批次性的。在制造過程中造成臺面缺陷的原因有兩個：
第一個原因是芯片在酸蝕成型時，由于氫氟酸、硝酸混合液配方過濃或溫度過高而反應劇烈;
第二個原因就是堿腐蝕清洗過重的臺面，臺面缺陷或損傷的 TVS 管器件經過溫度循環和箝位沖擊等篩選試驗后，進行電參數測試時通常表現為短路或擊穿特性異常，從而被剔除。但輕微臺面損傷的TVS 器件在篩選后電參數測試時不易被發現，可能被列為良品出廠。這些TVS管在工作過程中經受電、熱等應力后臺面缺陷加劇，最終導致 pn 結邊緣半導體材料溫度過高燒毀。
②芯片粘結界面空洞
管芯與內引線組件、底座銅片燒結不良，在燒結界面出現大面積空洞，這是導致TVS管短路失效的典型原因。
空洞可能是由于焊料不均勻或粘結界面各層材料玷污、氧化使焊料沾潤不良，造成燒焊時焊料與芯片或金屬電極沒有良好的熔合焊接引起的?？斩疵娣e較大時，電流在燒結點附近匯聚，管芯散熱困難，造成熱電應力集中，產生局部熱點，嚴重時引起熱奔，使器件燒毀。
③芯片裂紋
芯片裂紋可能是由磨片、拋光、噴砂、切片等殘留應力以及燒結后殘留變形等因素引起，也可能是由于溫度變化時保護膠和電極系統對芯片熱不匹配應力而引起。細微裂紋在高低溫循環，脈沖沖擊或機械振動作用下會增大，這也是引起TVS管短路失效的又一重要內在因素。
④表面強積累層或強反型層
即便是完好的TVS管臺面，表面短路失效也是在所難免。這是由于晶體結構的周期性在表面上中斷，加上半導體表面往往存在許多磨片、拋光、噴砂、切片等引起的晶格缺陷，吸附腐蝕時殘留的化學品、氣體或其它污染物，會使半導體表面帶電。表面電荷被保護膠鈍化，并吸附或排斥半導體體內的自由載流子，在pn 結邊緣形成表面積累層、耗盡層或反型層等表面空間電荷層。在外加電壓的作用下，強積累層或強反型層使pn 結邊緣電場強度大于體內，因此，pn 結邊緣部分在比額定擊穿電壓低的電壓下便達到臨界電場而發生載流子倍增效應，造成pn 結邊緣電流集中，功率密度過大，溫度過高而燒毀。
⑤雜質擴散不均勻
TVS管的芯片通常是在一定電阻率的P 型或N 型硅片上先進行磷擴散后進行硼擴散形成的。如果擴散工藝過程中出現擴散不均勻或pn 結表面不平整等情況，將會造成硅片摻雜不均勻，使硅片各處擊穿電壓不同，從而使器件擊穿時管芯電流分布不均勻，多次浪涌沖擊后局部燒毀。
2、致使TVS 管短路失效的外在原因分析
①高溫
當TVS管器件工作溫度超過其最大允許工作溫度時，易發生短路失效且通常發生在 pn 結表面。這是因為，在高溫條件工作下，表面可動離子的數量大大增加，表面電流也隨之增大，表面功率密度和溫度比體內高，使 pn 結邊緣結溫超過 200℃，邊緣局部區域晶格遭受致命性的損壞。
②過電應力
當瞬態脈沖能量超過 TVS管所能承受能量時會引起 TVS管器件過電應力損傷，特別是當瞬態脈沖能量達到 TVS 所能承受能量的數倍時會直接導致 TVS 器件過電應力燒毀，失效模式表現為短路。
③長時間耗損
TVS管經過成千上萬次標準指數脈沖沖擊后失效，失效模式通常為短路。對失效樣品進行解剖后，在掃描電鏡下觀察芯片，發現結邊緣發生熔融現象和結邊緣焊料結構發生了變化，且結最邊緣處最為嚴重。
想要讓TVS管盡可能的減少短路，我們就要從使用方面著手，內在因素需要生產廠家去改進制造工藝才行。作為使用者要做的就是正確選型與安裝TVS管，最好對 TVS 進行降額使用，這樣可使 TVS 承受的功率較小，使用可靠性大大增加。此外，為使 TVS 發生短路失效時對被保護電子設備的影響降到最低，通?？稍?TVS 前串接一條與之匹配的保險絲。
