高压二极管应用中，是否有足够铜箔/散热片，结温是否接近极限？

在半导体器件的可靠性设计中，温度始终是一个绕不开的话题。无论是功率二极管、TVS 管还是高压二极管，其寿命与结温（Tj）有着直接关系。客户常常会问：我的电路中参数都选对了，为什么二极管仍然失效？作为 MDD辰达半导体 FAE，我们往往会追溯到一个核心问题——是否有足够铜箔/散热片支撑散热，器件结温是否已经接近极限。

一、结温与器件可靠性的关系
结温（Tj）是指二极管 PN 结区域的实际温度，是器件最关键的热参数之一。
如果结温长期超过 额定最大值（通常为 150℃ 或 175℃），会加速材料老化，导致漏电流增加、反向耐压下降，甚至出现热击穿。
即便结温没有超过极限，每升高 10℃，器件寿命大约会缩短一半，这是半导体 Arrhenius 寿命模型的基本结论。
因此，能否将结温控制在安全范围，是设计成功与否的关键。

二、铜箔与散热片在散热中的作用
铜箔散热
在 PCB 上，铜箔面积越大，导热越快，热量可以更快扩散到更大区域。
常见做法是：在二极管的阴极或阳极焊盘上铺设较大面积铜箔，并通过过孔连接到多层地平面，形成更大的散热路径。
散热片散热
对于封装较大的高压二极管，可以将其安装在带金属基板或散热片的结构中。
散热片通过与空气对流或外部风扇配合，可以显著降低器件的结温。
合理的铜箔设计可以带来数十度的温差改善，而在功率较大或环境温度较高时，增加散热片几乎是必选项。

三、结温接近极限的风险
当散热不足，结温接近极限时，会出现以下风险：
漏电流指数级增加 ——结温升高会导致载流子热激发增强，反向漏电流成倍增加，进一步加速发热，形成恶性循环。
热击穿可能 ——如果瞬时浪涌叠加在高结温下，容易直接导致 PN 结局部熔毁。
长期可靠性下降 ——焊点、键合丝、封装材料因热循环反复受力，导致微裂纹，进而出现开路或失效。

四、如何判断结温是否安全？
通过热阻计算
公式：Tj = Ta + P × RθJA
其中 Ta 为环境温度，P 为功耗，RθJA 为结到环境的热阻。
如果计算结果接近或超过额定 Tjmax，就需要优化散热。
实测温度
使用热电偶或红外热像仪，在二极管引脚附近测量实际温升，并结合结壳热阻推算结温。
波形分析
如果工作波形中存在频繁浪涌或过冲，需要考虑动态功耗，而不仅是平均功耗。

五、FAE 的设计建议
铜箔面积留足余量：尽可能加大二极管焊盘的铜箔面积，推荐单点不少于 1 cm²，并通过过孔连接到底层大面积铜面。
合理布局散热路径：让发热器件靠近 PCB 边缘或气流通道，避免堆叠过多功率器件在局部区域。
适当加散热片：在高电流、高频率或环境温度较高时，应考虑外接散热片或金属基板设计。
关注环境温度：夏季高温或密闭环境中，散热条件远比实验室恶劣，需要额外降额。
建立热仿真模型：在量产前，使用热仿真软件评估不同 PCB、铜厚和气流条件下的结温变化，提前发现风险。

高压二极管的失效往往并非源自参数选择错误，而是散热不足造成结温接近极限。是否有足够的铜箔和散热片，是设计能否稳定可靠的关键。作为 FAE，我们建议工程师不仅关注电气参数，更要结合热管理与实际环境条件综合考虑。唯有确保结温远离极限，才能保障高压二极管在长期应用中的可靠性与寿命。