快恢复二极管热管理失效剖析——症状、机理与现场诊断

MDD辰达半导体快恢复二极管在高频整流、PFC、逆变续流路径中承担快速电荷抽空任务,其功耗除正向导通损耗外,还包含反向恢复能量;热设计稍有不足,即可能触发渐进式热退化甚至灾难性击穿。本文从失效症状入手,解析热源构成,并给出板级诊断思路。

一、典型热失效症状
外观: 封装发黄、顶帽鼓包、塑封龟裂、锡焊熔融重结晶。
电参漂移: 正向压降 V_F 升高;反向漏电 I_R 增大;Trr 变长。
系统表现: 满载温升异常、效率下降、PFC畸变、EMI边缘超限。

二、热源分解
总损耗可近似:
𝑃𝑡𝑜𝑡=𝐼𝐹(𝑎𝑣𝑔)×𝑉𝐹+𝑓𝑠×𝐸𝑟𝑟 
其中 
𝐸𝑟𝑟≈𝑄𝑟𝑟×𝑉𝑅。
在高频下,反向恢复占比显著;轻载 + 高频条件下若驱动策略不当,恢复损耗仍可堆积。

三、热路径与关键热阻
芯片→引线/焊盘: R_θJP / R_θJL。
芯片→壳体: R_θJC(对TO-220、TO-247重要)。
整体至环境: R_θJA(与PCB铜箔、风冷条件关联)。
估算结温:
𝑇𝑗=𝑇𝑟𝑒𝑓+𝑃𝑡𝑜𝑡×𝑅𝜃(𝐽−𝑟𝑒𝑓)
T_ref 可选焊盘或外壳测点,但需换算。

四、现场诊断流程(FAE快速法)
红外热像+点测:校准发射率后记录热分布;寻找局部热点。
功耗反推:测 I_F 波形、V_F 平均值、fs;估算 P_tot,与热阻模型对比。
热循环复测:升/降功率阶跃,观察温升时间常数,判断焊接空洞或热界面失效。
参数复核:失效件量测 V_F、I_R、Trr 与新品比对,判断热疲劳或结面退化。

五、常见根因对照


六、工程建议
按Tjmax−ΔT安全裕量设计,目标 Tj< Tjmax–20°C。
将 FRD 热预算纳入系统效率模型,而非仅看 V_F。
生产一致性:X-ray抽检焊盘空洞率;热阻抽测分布。

MDD快恢复二极管热失效往往不是单一参数导致,而是“功耗估计偏低 + PCB散热不足 + 高频恢复能量累积 + 浪涌事件”叠加的系统问题。FAE在支持客户时,应推动数据手册热参数解读 → 功耗建模 → PCB/散热共设计 → 实测校准的闭环流程,才能将热风险前移并量化控制。