在 PCBA 設(shè)計中,普通整流二極管作為電力轉(zhuǎn)換與整流電路的核心元件,其設(shè)計合理性直接影響整機可靠性。但實際工程中,因設(shè)計細節(jié)疏漏導致的二極管失效案例屢見不鮮。作為 FAE,結(jié)合現(xiàn)場調(diào)試經(jīng)驗,以下為普通整流二極管 PCBA 設(shè)計中的常見問題及應(yīng)對策略。

散熱設(shè)計缺陷是最易被忽視的關(guān)鍵問題。整流二極管導通時的功耗會轉(zhuǎn)化為熱量,若散熱路徑設(shè)計不合理,結(jié)溫會快速攀升至超過額定值。例如某工業(yè)電源項目中,工程師選用 10A 整流二極管時僅保留 2mm2 的銅皮散熱,導致連續(xù)工作 30 分鐘后二極管結(jié)溫達 150℃(額定結(jié)溫 125℃),最終引發(fā)熱擊穿。解決這一問題需從三方面入手:一是根據(jù)二極管額定功耗計算最小散熱銅皮面積(通常每 1W 功耗需 8-10mm2 銅皮);二是在銅皮下方增加散熱過孔(建議 φ0.3mm 過孔,間距 2mm),將熱量傳導至 PCB 背面;三是大功率場景下需搭配散熱片,通過導熱硅膠降低接觸熱阻。
布局不合理引發(fā)的寄生參數(shù)干擾同樣不容忽視。在高頻整流電路中,二極管引線過長會引入寄生電感,反向恢復期間電感與二極管結(jié)電容形成 LC 振蕩,產(chǎn)生的尖峰電壓可能超過反向耐壓值。某適配器項目中,整流二極管與濾波電容間距達 50mm,實測反向尖峰電壓達 600V(二極管耐壓 400V),導致批量性擊穿。優(yōu)化布局的核心是縮短高頻路徑:二極管應(yīng)緊鄰整流橋或負載端,引線長度控制在 5mm 以內(nèi);同時將濾波電容就近布置,形成 “二極管 - 電容” 的緊湊回路,減少寄生電感。
焊接工藝問題常導致隱性失效。焊盤設(shè)計不當是主要誘因,例如將 DO-214AC 封裝的二極管焊盤長度設(shè)計為 5mm(標準應(yīng)為 6.5±0.5mm),會導致焊接時焊錫無法充分浸潤,形成虛焊?;亓骱笢囟惹€失控同樣危險,溫度過高(超過 260℃)會導致二極管芯片氧化,溫度過低則會出現(xiàn)冷焊。解決方案包括:嚴格按照封裝手冊設(shè)計焊盤(如 SMA 封裝焊盤寬度應(yīng)與引腳寬度一致,誤差≤0.2mm);回流焊峰值溫度控制在 240±5℃,保溫時間 30-60 秒;波峰焊時確保引腳完全浸入焊錫,浸錫深度為引腳長度的 1/2-2/3。
反向耐壓余量不足易引發(fā)瞬時擊穿。實際應(yīng)用中,電網(wǎng)波動或感性負載斷開時會產(chǎn)生反向浪涌電壓,若二極管選型時未預留足夠余量,極易發(fā)生擊穿。例如 220V 交流整流電路中,峰值電壓約 311V,若選用 300V 耐壓的二極管,在電網(wǎng)電壓波動至 240V 時,反向電壓會達到 340V,超過額定值。正確的選型原則是:反向耐壓值應(yīng)為實際最大反向電壓的 1.5-2 倍,同時在電路中增加 RC 吸收回路(電阻 100Ω-1kΩ,電容 0.1-0.47μF),抑制浪涌尖峰。
靜電防護缺失會導致二極管隱性損傷。雖然整流二極管的靜電敏感性低于 MOS 管,但在干燥環(huán)境下,人體靜電(可達 30kV)仍可能擊穿其氧化層。某消費電子產(chǎn)線因未采取防靜電措施,導致整流二極管在出廠測試中合格率達 98%,但用戶使用 3 個月后失效比例升至 15%。預防措施包括:PCB 設(shè)計時在二極管引腳附近增加接地保護環(huán)(寬度≥0.5mm);裝配過程中使用防靜電手環(huán)、工作臺;存儲時采用防靜電包裝。
總之
普通整流二極管的 PCBA 設(shè)計需兼顧散熱、布局、工藝、選型與防護五大維度。通過精細化設(shè)計規(guī)避常見問題,可顯著提升電路可靠性,降低后期維護成本。作為 FAE,需在設(shè)計階段提前介入,結(jié)合應(yīng)用場景提供針對性方案,才能充分發(fā)揮整流二極管的性能優(yōu)勢。