1引言

　　節(jié)能燈作為一種環(huán)保型的電源，在全世界得到了廣泛的應用，國內節(jié)能燈的生產更是一枝獨秀。作為節(jié)能燈（包括電子鎮(zhèn)流器）的重要部件，大功率開關三極管的質量對節(jié)能燈的質量和壽命起著關鍵的作用。目前市場上除了仙童、st等幾個進口品牌外，國內的節(jié)能燈功率管質量都不夠穩(wěn)定。本文就大功率開關三極管在節(jié)能燈應用中的失效機理作出分析，并對影響失效的因素進行探討。

　　2失效模式

　　節(jié)能燈損壞、壽命短的主要原因是大功率開關三極管的失效。通過對失效功率管的解剖分析，絕大多數失效管屬發(fā)射結燒毀短路。用顯微鏡觀察解剖的失效管子時，可以見到在發(fā)射區(qū)焊位附近有明顯的燒毀發(fā)黑斑點（參見圖1）。這是典型的燒毀現象。

　　三極管工作時，由于電流熱效應，會消耗一定的功率，這就是耗散功率。耗散功率主要由集電極耗散功率組成：

　　pt≈vceic即pt≈pcm

　　我們知道，三極管的工作電流受溫度的影響很大。pn結的正向電流與溫度的關系為：

　　i∝e－(eg－qv)/kt

　　當三極管工作時，耗散功率轉化為熱，使集電結結溫升高，集電結結電流進一步加大，會造成惡性循環(huán)使管子燒毀。這種情況叫熱擊穿。使管子不發(fā)生熱擊穿的最高工作溫度定義為最高結溫。硅材料pn結的最高結溫是：

　　tjm=6400/(10.45＋lnρ)

　　另一種情況，當管子未達到最高結溫時，或者未超過最大耗散功率時，由于材料的缺陷和工藝的不均勻性，以及結構原因造成的發(fā)射區(qū)電流加緊效應，使得三極管的工作電流分布不均勻。當電流分布集中在某一點時，該點的功耗增加，引起局部溫度增高，溫度的增高反過來又使得該處的電流進一步增大，從而形成“過熱點”，其溫度若超過金屬電極與半導體的共熔點，造成三極管燒毀。另一方面，局部的溫升和大電流密度會引起局部的雪崩（擊穿），此時的局部大電流能使管子燒通，使擊穿電壓急劇降低，電流上升，最后導致管子燒毀。這種情況就是所謂的二次擊穿。三極管二次擊穿的特性曲線如圖2所示[1]。

　　二次擊穿是功率管失效的重要原因。為保證管子正常工作，提出了安全工作區(qū)soa的概念。soa示意圖如圖3所示，它由集電極最大電流icm線、擊穿電壓bvceo線、集電極最大耗散功率pcm線和二次擊穿功耗psb線組成。由于使用時工作電流和最大電壓的設計都不會超過管子的額定值，因此，正常情況下，集電極耗散功率和二次擊穿特性就是造成管子失效燒毀的主要因素。

　　3影響失效的因素

　　從上面的失效機理分析可知，為減少失效，重要的是要盡量降低管子工作時的功率、改善二次擊穿特性，這兩者其實是相關的。由二次擊穿的發(fā)生機理可知，溫度上升，導致管子hfe增大，開關性能變差，二次擊穿特性變差（更容易發(fā)生二次擊穿）；溫度的升高，也使得管子的實際耗散功率參數變差，管子的安全工作區(qū)變小了。反過來，由于管子的耗散功率主要和管子的熱阻有關，耗散功率小，實際上也就是其所能承受的電流電壓低，散熱性能差，同樣也影響到了二次擊穿特性。因此，防止工作時管子溫升過高、提高管子的耗散功率，是提高管子質量的最有效辦法。1)熱阻

　　管子工作中，當pn結溫度超過允許最高結溫時，管子消耗的功率就是管子的集電極最大耗散功率。由于一定材料的最高結溫是一定的，因此，提高管子的散熱性能，就是提高管子的耗散功率，同時，散熱性能好，管子的溫升就低，也降低了二次擊穿的可能性，這是提高二次擊穿特性的重要因素。

　　熱阻作為大功率管的一個重要參數，代表了管子的散熱能力。熱阻與耗散功率的關系為：

　　pcm=(tjm－ta)/rt

　　其中tjm為最高結溫，ta為環(huán)境溫度，rt為熱阻�？梢�，當最高結溫和環(huán)境溫度一定時，耗散功率的大小取決于熱阻的大小。

　　在節(jié)能燈產品中，應選用熱阻盡可能低的管子。除了芯片本身之外，后工序裝配的材料、工藝和質量對熱阻的影響非常大。對管子進行熱阻的測試篩選，是保證節(jié)能燈功率管質量的基本要求。

　　2)開關參數

　　典型的節(jié)能燈線路工作時，兩只管子輪流工作于飽和和截止狀態(tài)，因此管子的開關參數對其工作情況有重大的影響。管子的開關參數有4個：延遲時間td、上升時間tr、儲存時間ts和下降時間tf。如圖4所示的三級管開關波形圖，管子由截止到飽和時，過渡時間受延遲時間和上升時間的影響，由飽和到截止時，過渡時間受存儲時間和下降時間的影響。管子在不同工作狀態(tài)時消耗的功率為：

截止時：p=vce·icex

飽和時：p=vces·ic

　　由于三級管的反向漏電流icex和飽和壓降vces都很低，因此，飽和和截止時，管子的消耗功率并不大，但在兩種狀態(tài)的轉換過程中，管子有一部分時間工作于放大區(qū)，此時的電流電壓均較大，處于放大區(qū)的時間越長，從而消耗功率也越大，溫度也就升高越多。

　　由波形圖可看出，影響管子處于放大區(qū)的開關參數主要