Prečo tranzistory zlyhávajú?

Prečo tranzistory zlyhávajú?
Elektrolab Pridal  Elektrolab
  363 zobrazení
1
 0
Komponenty

Všetky polovodičové komponenty sú za určitých okolností mimoriadne spoľahlivé. Ak sa dodrží predpoklad správnej prevádzky nie je dôvod, aby vôbec zlyhali; ale samozrejme, že zlyhávajú, a to z rôznych dôvodov.

Výrobné chyby

Výrobné chyby sa (veľmi zriedkavo) vyskytujú, zvyčajne pri nových komponentoch. Ak sa v novom tranzistore vyskytne chyba, často sa prejaví už počas prvých hodín jeho používania. Ak počas tohto obdobia funguje správne, je pravdepodobné, že zak bude fungovať aj naďalej. Veľkú časť výrobných chýb možno odhaliť "testovaním" nového komponentu. To znamená, že sa niekoľko hodín prevádzkuje na skúšobnej stolici, aby sa zabezpečilo, že sa nevyskytnú žiadne skoré poruchy. Komponenty, ktoré prežijú tieto testy, sa môžu bez obáv začať bežne používať.

Falzifikáty komponentov

Falzifikáty polovodičových komponentov predstavujú vážny problém v elektronickom priemysle. Tieto nelegálne kópie či falzifikáty môžu mať výrazný vplyv na spoľahlivosť a bezpečnosť elektronických zariadení. Falzifikátmi môžu byť napodobené rôzne polovodičové súčiastky, vrátane mikročipov, tranzistorov a integrovaných obvodov. Tieto neautorizované kópie môžu byť nízkej kvality, čo vedie k skráteniu životnosti zariadení a zvyšuje riziko porúch.

V niektorých prípadoch môže byť cieľom falzifikátov aj zneužitie elektronických zariadení na nelegálne účely, ako sú napríklad kybernetické útoky alebo sledovanie. S narastajúcou komplexnosťou polovodičových technológií a globalizáciou dodávateľského reťazca sa stáva ťažkým identifikovať a eliminovať falzifikáty.

SMT vs. THT

SMT (Surface Mount Technology) a THT (Through-Hole Technology) sú dva základné spôsoby montáže polovodičových komponentov na doskách plošných spojov (PCB) v elektronike. Obe metódy majú svoje vlastné výhody a nevýhody, ktoré môžu ovplyvniť životnosť komponentov. SMT komponenty sú menšie a ľahšie, čo umožňuje vytváranie kompaktnejších zariadení. Majú lepšiu schopnosť odvádzať teplo, pretože sú priamo spojené s povrchom PCB avšak použitie externých chladičov je často komplikované ak nie nemožné čo znamená, že sú citlivejšie na extrémne teplotné zmeny, čo môže ovplyvniť ich životnosť.

Naproti tomu THT komponenty sú ľahšie vymeniteľné v prípade poškodenia, pretože sú väčšie a majú výraznejšie piny a sú aj menej citlivé na extrémne teplotné zmeny, nakoľko sa výborne chladia vďaka svojej veľkosti a vďaka tomu, že je ich možné pohodlne upevniť k externému chladiču.

Typ púzdra môže mať tiež vplyv na životnosť polovodičových komponentov bez ohľadu na to, či sú použité v SMT alebo THT technológii. Kvalitné púzdro by malo poskytovať spoľahlivú ochranu pred vonkajšími vplyvmi, ako sú vlhkosť, prach, vibrácie a teplotné extrémy. Správne navrhnuté púzdro môže predĺžiť životnosť komponentu a zabezpečiť jeho bezproblémovú prevádzku v náročných podmienkach prostredia. V prípade extrémnych podmienok (napríklad vysoké teploty) môže nevhodné púzdro spôsobiť skracovanie životnosti komponentu. Je dôležité vybrať púzdro, ktoré bude adekvátne zohľadňovať konkrétne prostredie, v ktorom bude komponent používaný.

Vek komponentu

Neexistuje žiadny skutočný dôvod, prečo by tranzistory mali trpieť starnutím. Plátok kremíka starý 10 rokov by mal byť rovnaký ako 1 rok starý plátok. Staršie systémy obsahujúce tranzistory však začínajú spôsobovať viac problémov. Dôvodom je, že iné komponenty, ako napríklad rezistory, môžu vekom meniť svoje hodnoty, najmä ak podliehajú účinkom zahrievania spôsobeného prietokom prúdu. To môže nakoniec viesť k tomu, že tranzistor bude pracovať mimo svojich normálnych parametrov, napríklad bude pracovať pri vyššej ako povolenej teplote. Vtedy môžu tranzistory zlyhať. Za takýchto okolností je rozumné preskúmať príčiny zlyhania tranzistora, a nie ho len vymeniť. Po výmene vždy skontrolujte napätie na svorkách tranzistora, aby ste sa uistili, že nedochádza k abnormálnym hodnotám.

Vonkajšie príčiny

Niekedy môžu vonkajšie príčiny poškodiť alebo dokonca zničiť tranzistory. Zlé zaobchádzanie s FET môže viesť k poškodeniu elektrostatickým výbojom. Niekedy to vedie k tomu, že tranzistor (alebo doska plošných spojov) nefunguje, keď je namontovaný v systéme. Môže to byť spôsobené tým, že veľmi tenké izolačné vrstvy v zariadení sa úplne porušili v dôsledku vysokého napätia statickej elektriny, ktoré bolo neopatrne privedené na svorky. Zlovestnejšie je, že niekedy takéto výboje nespôsobia okamžité zničenie zariadenia, ale poškodia izoláciu do takej miery, že zariadenie o nejaký čas (hodiny alebo roky) neskôr zlyhá.

V zariadeniach napájaných zo siete sa z času na čas môžu vyskytnúť veľmi krátke impulzy vysokého napätia spôsobené takými udalosťami, ako je úder blesku (dokonca aj v určitej vzdialenosti od miesta poškodenia), ktoré môžu poškodiť polovodiče. Takisto napäťové špičky spôsobené lokálne takými udalosťami, ako sú indukčné zariadenia, napríklad spúšťanie alebo zastavovanie motorov. Väčšina obvodov napájaných zo siete (a dokonca aj niektoré nízkovýkonné obvody), ktoré sú vystavené takémuto poškodeniu, má zabudovanú určitú ochranu, ktorá zabraňuje poškodeniu. Vo väčšine prípadov táto ochrana funguje dobre, ale málokedy je stopercentne účinná.

Návrh obvodu

Mnohé poruchy možno nájsť, najmä v zariadeniach vyrábaných pre domáceho používateľa, pomocou databáz opakujúcich sa porúch uverejnených v technických časopisoch na internete. Dôvodom výskytu týchto opakujúcich sa porúch je v podstate ich samotná konštrukcia. Výrobky pre domácnosť sú navrhnuté tak, aby sa vyrábali za výhodnú cenu a aby určitý čas fungovali bez problémov. Výrobcovia sú schopní vyrábať výrobky, ktoré fungujú podľa starostlivo vypracovaných stratégií. Niektoré poruchy sa vyskytnú v dôsledku prekročenia "projektovanej životnosti" výrobku, zatiaľ čo iné sa vyskytnú predčasne. Navrhnúť elektronický výrobok na určitú životnosť v podmienkach, ktoré budú veľmi premenlivé (napr. naše domácnosti) a ktoré konštruktéri nemôžu ovplyvniť, nie je žiadna exaktná veda. Avšak poruchy, ktoré sa vyskytnú, majú zvyčajne jasný priebeh a starostlivé zaznamenávanie predchádzajúcich porúch môže byť preto veľmi dobrým ukazovateľom budúcich porúch. Tieto poruchy môžu postihnúť tranzistory rovnako ľahko ako akýkoľvek iný komponent.

Výkon vs. spoľahlivosť

Pri posudzovaní chybného zariadenia majte vždy na pamäti, že spoľahlivosť akéhokoľvek komponentu je úmerná výkonu, ktorý rozptyľuje. Inými slovami, "ak sa to normálne zahrieva, normálne to zlyháva". Takéto pravidlo naznačuje, že zlyhávajúci tranzistor sa s väčšou pravdepodobnosťou nachádza vo výstupných stupňoch obvodu než v stupňoch s nízkym napätím a nízkym výkonom. Každý obvod, ktorý používa buď vysoké napätie, vysoký prúd, alebo oboje, zaťažuje polovodiče oveľa viac ako obvody s nízkym napätím a nízkym prúdom. Hoci sú zariadenia používané v týchto obvodoch navrhnuté tak, aby vydržali takéto použitie, robia to horšie ako zariadenia, ktoré majú relatívne jednoduchú životnosť v situáciách s nízkym výkonom. Hlavnými problémovými oblasťami sú napájacie zdroje a výstupné stupne. Ak čelíte chybnému obvodu a máte veľmi málo informácií o obvode, rýchla kontrola polovodičov v týchto stupňoch môže ušetriť veľa práce.

Poruchy polovodičov

Pri poruche diódy alebo tranzistora sa zvyčajne stane jedna z dvoch vecí:

  • Prechod (alebo prechody) sa skratujú (ich odpor sa stane veľmi nízkym alebo nulovým).
  • Prechod (alebo prechody) sa rozpojí (jeho odpor sa stane veľmi vysokým alebo nekonečným).

Samozrejme, tento zoznam by sa dal rozšíriť o to, že spoje môžu byť netesné (mierne nízky odpor), hoci je to zriedkavé. V praxi po tomto stave zvyčajne pomerne skoro nasleduje úplný skrat.

Z uvedeného vyplýva, že diódy a tranzistory možno testovať jednoduchým meraním odporu, valebo testom spojitosti a vo väčšine prípadov je to pravda. Niekoľko jednoduchých testov preto môže s veľkou mierou istoty ukázať, či je polovodič prevádzkyschopný alebo naopak chybný. Je pravda, že sa môžu vyskytnúť aj iné poruchy a bude potrebné vykonať iné testy, ale o nich sa bude hovoriť až po vykonaní základných testoch.

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok?

Máte aj vy zaujímavú konštrukciu, alebo článok a chceli by ste sa o to podeliť s viac ako 360.000 čitateľmi? Tak neváhajte a dajte nám vedieť, radi ju uverejníme a to vrátane obrazových a video príloh. Rovnako uvítame aj autorov teoretických článkov, či autorov zaujímavých videí z oblasti elektroniky / elektrotechniky.

Kontaktujte nás!


Páčil sa Vám článok? Pridajte k nemu hodnotenie, alebo podporte jeho autora.
 

       

Komentáre k článku

Zatiaľ nebol pridaný žiadny komentár k článku. Pridáte prvý? Berte prosím na vedomie, že za obsah komentára je zodpovedný užívateľ, nie prevádzkovateľ týchto stránok.
Pre komentovanie sa musíte prihlásiť.

Vaša reklama na tomto mieste

Vyhľadajte niečo na našom blogu

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo

PCBWay Promo

ourpcb Promo


Webwiki Button