二极管烧损分析案例

案例背景

某门铃在使用一段时间出现门铃失效，将失效样品剥离，发现二极管烧损，通过表面观察、通电间断性检测、静电击穿、切片分析、SEM分析等手段对样品进行分析，发现靠近二极管的位置存在热应力与机械应力的集中区，加速了二极管的烧损进程，导致门铃发生失效。

分析过程

1.通电间断性检测

对门铃间断性触发有人经过、有人按门铃、连接视频、语音通话、语音回复各约50-100次。监控结果显示：电压值最小4.14V，最大4.30V。

对门铃进行重置设置约50-100次。监控结果显示：电压值最小4.02V，最大4.22V。

对门铃进行断电-通电约50-100次。监控结果显示：电压值最小3.98 V，最大4.22V。

通电时

断电时

更换电池，使用3组（每组1.5V与1.3V并联）干电池串联通电，并对门铃间断性触发有人经过、有人按门铃、连接视频、语音通话、语音回复、重置设置约50-100次。监控结果显示：最小值4.08V，电压值最大值4.40V。

说明：通过间断性检测功能（模拟实际使用门铃的各项功能），时刻监控电压，是否存在瞬间过压或者过流。监控结果显示电压均处于正常值。

2.静电击穿试验

通过对正极施加30KV的静电，进行静电击穿试验，试验结束，二极管未被击穿、且设备未有损伤。

3.加压击穿二极管试验

击穿二极管：对门铃增加电压，观察电压多少时，可以击穿二极管。

电压6.5V

电压9V

万用表检测

说明：对门铃加压到9V，二极管被彻底击穿，形成开路，门铃依然可以运行。

4.外观分析

X-RAY外观分析

说明：对二极管焊接位置的周边进行外观观察，电源大焊盘接近二极管的位置（距离约1.77mm），且焊盘直接连接二极管的正极，另外打螺钉的位置接近二极管的位置（距离约1.5mm）。

5.金相断面分析

说明： 对不良二极管进行断面分析，二极管内部存在断裂与烧毁现象。

6.SEM分析

说明：对不良二极管的断面进行电镜观察，二极管内部发生多处断裂。

分析结果

二极管烧损FA分析图：

从检测结果可以判断，瞬间过压或过流、二极管耐压不足、静电击穿不是导致二极管的原因。综合以上信息，从烧损的形貌及特点分析，判断二极管在PCB上的布局存在以下风险：

a.与电源焊接端子共焊盘，受到电源端子焊接时的热冲击隐患较大；

b.螺丝锁紧位置距离二极管正极仅1.5mm，锁螺丝时产生的变形应力可直接传导至二极管本体上，可能造成内部微裂纹。

分析结论

二极管受到应力（热应力、机械应力）内部产生微裂纹，使用过程中漏电流会逐步增大，在某一瞬间发生击穿现象（短路），使门铃进入保护状态。当二极管和电池形成的回路断开后（二极管烧开路，PCB铜箔开裂），门铃会恢复工作响应，但无过压保护功能。

改善方案

二极管受到了焊接热冲击和打螺丝的应力冲击，其内部微损伤的可能性很大，布局设计上该位置不宜安装贴片器件。

二极管一旦发生击穿微短路后，和电池直接形成回路，发热量大，可能存在安全隐患，因此建议取消该位置二极管的安装。

建议在LDO芯片输入端设计保护电路。

审核编辑：汤梓红