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贴片二极管、贴片三极管如何对最大额定值减额设计使用?

工程师在对电路进行可靠性设计时,如何对最大额定值减额,是可靠性设计中的重要问题。系统设计阶段需要考虑的减额项目因器件种类而异。其中包括电压、电流、功率、负载等电应力的减额,温度、湿度等环境条件,或振动和冲击等机械应力的减额等。关于可靠性设计时应注意的减额标准例子见表1。

关于最大额定值,半导体器件的最大额定值通常规定为“绝对最大额定值”,必须严格注意绝对不能超过各类型最大额定值表中所表示的数值。例如,从 JIS C 7030的定义中摘录的内容如下所示。

所谓的绝对最大额定值,是指适用于任何一种三极管的工作条件和环境条件的临界值,是根据已公布的有关该三极管的标准来决定的。在任何条件下都不能超过该临界值。这些数值都是由三极管生产商长电科技决定的,长电科技保证:只要在小于等于这些临界值的条件下使用,就能够充分发挥产品作用。(依据 JIS C 7030)

如果不小心超过了最大额定值就会直接导致该产品的恶化或损坏,即使稍后再工作也会严重缩短其寿命。所以在设计使用半导体器件的电子电路时,必须注意在使用中无论外部条件如何变化都不能超过该器件指定的最大额定值。此外,这些最大额定值的各个项目之间大多密切相关,因此必须特别注意不要使各个项目同时达到最大额定值。例如,当对使用的三极管外加电流、电压时,虽然都不超过最大额定值,但功耗却是两者的乘积,这个数值必须保持在该三极管的集电极损耗容限范围内。此外,不仅要注意直流最大额定值,还必须注意脉冲用途情况下的安全工作区(SOA)、负载轨迹、峰值电压和电流。

表 1 减额设计标准例子注 1

减额要素注 2 三极管 二极管
温度 结温 小于等于 110℃(Tj≤60℃) 同左
器件环境温度 Ta=0~45℃ 同左
其他 功耗、环境温度、散热条件 Tj=PD× RθJA +Ta
湿度 相对湿度 RH=40~60% 同左
其他 一般在因温度急剧变化等而产生结露的情况下,要对印刷电路板采取涂层处理。
电压 耐压 最大额定值×0.8或 0.8以下 同左
过电压 采取防过压措施(包括静电击穿)。
电流 平均电流 IC×0.5或 0.5以下 同左
峰值电流 iC(peak)×0.8或 0.8以下 iF(peak)×0.8或0.8以下
功率 平均功率 最大额定值×0.5或 0.5以下(特别是功率系列三极管)
脉冲注 3 SOA 不超过产品目录的最大额定值
电涌 ≤iC(peak) ≤iF(peak)

[注意事项]

1.不包括特殊的使用条件。
2.要尽可能同时满足上述减额要素。
3.通常,在过渡状态下,电涌等峰值电压、电流、功率和结温不能超过最大额定值,为提高可靠性,减额可设定为上述的平均值。
在设备的设计阶段,需在确保可靠性的基础上考虑上述减额标准。当难以将值设定在这些标准所规定的范围内时,需要考虑其他方法,如选择最大额定值更高的器件等。

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