Замечания о надежности диодов и правилах их монтажа

Надежность полупроводниковых диодов обычно значительно выше надежности других элементов радиоэлектронной аппаратуры. Однако в достаточно сложных схемах этот параметр также начинает играть важное значение.

Количественно надежность связана с числом отказов, т.е. с числом нарушений работоспособности приборов в течение определенного промежутка времени. По характеру изменения параметров отказы полупроводниковых диодов, как и других электронных приборов, могут быть двух видов:

• катастрофические (или внезапные) — возникают в результате скачкообразного изменения одного или нескольких параметров прибора;
• условные (или постепенные) — возникают в результате плавного изменения основных параметров прибора (условность отказа определяется выбором критериев годности, условно отказавший прибор может быть фактически работоспособным или частично утратившим свою работоспособность).

Катастрофические отказы полупроводниковых диодов могут быть обусловлены недостатками конструкции или технологии, а также неправильной эксплуатацией диодов.

Из-за различия коэффициентов теплового расширения сочленяющихся деталей может происходить механическое нарушение контакта или растрескивание кристалла полупроводника при изменении температуры диода. Эта причина катастрофического отказа относится к конструктивным недостаткам прибора.

В высокочастотных диодах размеры электродов составляют иногда от единиц до десятков микрометров. Внутренние выводы от таких электродов выполняют из очень тонкой проволоки. Такую проволоку трудно изготовить строго одного сечения по длине, что может обусловить перегорание внутреннего вывода даже при нормальных нагрузках по току. К перегоранию может привести и излишняя длина внутреннего вывода, так как по длине проволоки возникают значительные перепады температур.

Наиболее частой причиной катастрофических отказов является неправильная эксплуатация диодов. Так, даже очень кратковременные импульсы токов и напряжений, превышающих допустимые значения, могут привести к необратимому пробою перехода диода в связи с тем, что пробой часто происходит по неоднородностям в переходе и на поверхности полупроводникового материала. При этом плотности тока в отдельных частях перехода могут оказаться недопустимо большими, произойдет шнурование тока с резким увеличением удельной мощности, выделяющейся в шнуре. Подобные эффекты возможны в полупроводниковых диодах даже при прохождении коротких импульсов с амплитудой, не превышающей допустимого значения постоянного тока.

К неправильной эксплуатации полупроводниковых диодов следует отнести и размещение их вблизи нагревающихся элементов схемы, что способствует перегреву диода, а также крепление диода способом, ухудшающим условия теплообмена с окружающей средой.

Условные отказы в полупроводниковых диодах, связанные с медленным изменением их параметров, чаще всего вызваны физическими процессами на поверхности и в объеме полупроводникового кристалла, сплавов и припоев.

На основные параметры диодов значительное влияние оказывает состояние поверхностного слоя полупроводника. При изменении поверхностных состояний могут существенно изменяться обратные токи и пробивные напряжения диодов. Для стабилизации поверхностных состояний кристалл полупроводника помещают внутрь герметичного корпуса.

Одним из основных факторов, определяющих нестабильность поверхности полупроводника, является влага. Какими бы тщательными ни были герметизация прибора и предварительный отжиг деталей, все же некоторое количество влаги попадает в прибор и влияет на стабильность его характеристик. Для поглощения остаточной влаги в корпус прибора часто помещают влагопоглощающее вещество — сорбент (силикагель, алюмогель или цеолит). Однако влагопоглотитель способен выполнить свои функции только при хорошей герметичности корпуса. При наличии же микротрещин в проходных изоляторах через сотни и более часов работы диода внутрь корпуса наберется такое количество влаги, которое вызовет нестабильность электрических характеристик диода.

Микротрещины в проходных изоляторах могут возникать из-за неудачного выбора материалов для спая элементов корпуса прибора, неправильной конструкции изолятора либо из-за нарушения правил обращения с приборами (изгиб внешних выводов вблизи проходных изоляторов).

Кроме того, причиной появления условных отказов являются физико-химические процессы в сплавах и припоях, используемых для создания электрических переходов и омических контактов. Иногда кристаллизация этих сплавов при изготовлении прибора идет неравномерно, что приводит к ускоренным процессам диффузии различных элементов в сплаве и, как следствие, к их старению и ухудшению качества контактов.

В процессе подготовки и проведения монтажа полупроводниковых приборов в аппаратуру механические и климатические воздействия на них не должны превышать значений, указанных в ТУ. Рихтовка, формовка и обрезка участков выводов приборов должна производиться так, чтобы в выводах не возникали избыточные и растягивающие усилия. Расстояние от корпуса прибора до начала изгиба вывода, как правило, должно быть не менее 2 мм, радиус изгиба вывода не менее 0,5 мм при его диаметре 0,5 мм, 1 мм — при диаметре 0,6...1 мм и не менее 1,5 мм при диаметре свыше 1 мм. Расстояние от корпуса прибора до места пайки или лужения должно быть не менее 3 мм.

При работе с высокочастотными диодами и диодами диапазона СВЧ следует соблюдать меры предосторожности по предотвращению прохождения через прибор статических электрических разрядов. Для некоторых видов диодов необратимый пробой может быть вызван напряжениями уже свыше 20 В. Поэтому необходимо заземлять все инструменты, которые контачат с приборами и обеспечивать отвод статического электричества с тела оператора, который эти приборы монтирует.