TVS（Transient Voltage Suppressor）二極管，即瞬態抑制二極管，是一種用于保護電子設備免受瞬態過電壓（如雷擊、靜電放電等）損害的重要元件。判斷TVS二極管的好壞，通常需要從外觀檢查、電氣特性測試以及實際應用表現等多個方面進行綜合評估。以下是對如何判斷TVS二極管好壞的介紹：

一、外觀檢查

1. 包裝與引腳 ：
   • 檢查TVS二極管的包裝是否完好，焊盤和引腳是否無損、無遺漏或變形。
   • 注意引腳是否有彎曲、斷裂或氧化現象，這些都可能影響TVS二極管的性能。
2. 外殼與標記 ：
   • TVS二極管的外殼通常由塑料或金屬制成，應檢查外殼是否有裂紋、刮擦或其他物理損傷。
   • 檢查外殼上印刷的型號、品牌標志等是否清晰可辨，無模糊或印刷深淺不一的情況。
3. 封裝氣密性 ：
   • 使用放大鏡仔細檢查封裝是否具備良好的氣密性，觀察封裝內部是否有氣泡、殘留物或其他外來物質。這些現象可能表明封裝存在缺陷或生產過程中的問題。

二、電氣特性測試

1. 阻抗測量 ：
   • 使用萬用表或示波器等工具測量TVS二極管的阻抗。通過正向、反向電壓斬波來測量其Zener電阻，并與規格書上的數值進行比較。如果阻抗值偏離正常范圍，可能表明TVS二極管已損壞或性能下降。
2. 電壓測量 ：
   • 施加不同的電壓到TVS二極管上，觀察其響應情況。逐步增加電壓并監測電流和電壓之間的關系。如果在達到規定電壓時，電流急劇增加或電壓無法繼續增加，這可能表明TVS二極管已損壞或失去保護功能。
3. 耐壓能力測試 ：
   • TVS二極管的一個重要功能是保護其他電子元件免受瞬態過電壓的影響。因此，測試其耐壓能力至關重要。通過施加超過其額定工作電壓的瞬態高壓來測量TVS二極管的響應。如果TVS二極管能快速響應、分流并保持過電壓在安全范圍內，說明其具備很好的瞬態抑制能力。
4. 線性特性測試 ：
   • 將TVS二極管接在一定電壓下，并逐漸增加電流，觀察其線性特性。如果響應滿足數據手冊上的參數和曲線，說明其線性特性良好。線性特性好的TVS二極管在保護電路時能夠提供更穩定的性能。

三、實際應用表現

1. 功能驗證 ：
   • 將TVS二極管安裝在設計的電路中進行功能驗證。模擬實際工作中可能遇到的電壓沖擊，觀察TVS二極管是否能有效抑制高電壓并保護關鍵元件。這是評估TVS二極管性能最直接的方法之一。
2. 長期可靠性測試 ：
   • 長時間運行電路以檢查TVS二極管是否存在過熱或性能下降的問題。長期可靠性測試能夠反映TVS二極管在實際工作環境中的穩定性和耐久性。

四、其他注意事項

1. 參考規格書 ：
   • 在判斷TVS二極管好壞時，應參考相應的規格書或數據手冊。不同型號和品牌的TVS二極管其特性和參數可能會有所不同。因此，了解并遵循規格書上的要求對于準確判斷TVS二極管的好壞至關重要。
2. 專業測試設備 ：
   • 盡可能使用專業的測試設備來進行電氣特性測試。專業的測試設備能夠提供更準確、更可靠的測試結果有助于更準確地判斷TVS二極管的好壞。
3. 定期維護檢查 ：
   • 在TVS二極管的使用過程中應定期進行性能檢查和更換。特別是在惡劣的工作環境下更應加強維護和檢查以確保電路的長期安全和穩定。

五、TVS二極管失效分析

1 過電應力

當瞬態脈沖能量超過 TVS 所能承受能量時會引起 TVS 器件過電應力損傷，特別是當瞬態脈沖能量達到 TVS 所能承受能量的數倍時會直接導致 TVS 器件過電應力燒毀，失效模式表現為短路。過電應力短路失效的 TVS 芯片在掃描電鏡下觀察，可發現 pn 結表面邊緣的熔融區域或體內硅片的上表面和下表面的黑斑。

試驗表明，發生在結表面邊緣過電應力短路失效通常是由持續時間極短（ns 級）的高能量瞬態脈沖所致，例如：EMP、ESD 產生的脈沖；體內過電應力失效通常是由持續時間稍長（μs 級以上）高能量脈沖所致，例如：電快速瞬變，雷電產生的脈沖。如果高能量瞬態脈沖持續時間介于 ns 級和 μs 級之間，則短路可能發生在結邊緣表面，也可能發生在體內。這一結果可通過熱傳導速率、硅和電極金屬的熔融溫度得到解釋。如圖5所示，pn 結邊緣到熱沉的傳熱路徑比體內長，傳熱較體內慢，因此結邊緣溫度比體內高。持續時間極短（ns 級）的高能量瞬態脈沖使邊緣溫度急劇升高，導致邊緣熱擊穿而燒毀。而持續時間較長（μs 以上）脈沖使邊緣熱量有足夠的時間傳至芯片中心周圍。隨著芯片溫度的升高，芯片中心周圍產生熔融通道。當熔融從芯片的一表面延伸到另一表面時，硅片溫度超過1400 ℃，處于熔融和非晶狀態，成為導體，形成導電通路，使芯片短路。如果脈沖持續時間達到ms 級，例如，雷電產生的脈沖，還會使鉛錫焊料達到700 ℃以上而發生熔融。

2 高溫

當 TVS 器件工作溫度超過其最大允許工作溫度時，易發生短路失效且通常發生在pn 結表面。這是因為，在高溫條件工作下，表面可動離子的數量大大增加，表面電流也隨之增大，表面功率密度和溫度比體內高，使 pn 結邊緣結溫超過 200℃，邊緣局部區域晶格遭受致命性的損壞。TVS 在高溫反偏篩選中短路失效情況統計表明：高擊穿電壓（150 V 以上）TVS 器件更容易發生短路失效。這是因為在相同額定功率的 TVS 系列中，在承受相同功率時，高擊穿電壓 TVS 芯片溫升更高。

3 長時間工作耗損

對篩選合格的 TVS 器件進行浪涌壽命試驗，發現 TVS 器件經過成千上萬次標準指數脈沖（所能承受的浪涌脈沖次數與質量等級相關）沖擊后失效，失效模式通常為短路。對失效樣品進行解剖后，在掃描電鏡下觀察芯片，發現結邊緣發生熔融現象和結邊緣焊料結構發生了變化，且結最邊緣處最為嚴重。失效機理可能結邊緣焊料形成金屬化合物而脆化，使管芯與底座熱沉逐漸分離，結邊緣的散熱能力降低，長時間工作結溫持續增大導致過熱燒毀。

內在質量因素引起 TVS 短路失效的機理主要是 TVS 制造工藝過程造成的芯片缺陷或損傷使 TVS 在承受脈沖沖擊時芯片局部電流集中，導致芯片局部過熱而燒毀。引發 TVS 短路的使用因素主要有過電應力、高溫和長時間使用耗損。在 TVS 實際使用中，TVS 短路失效可能是各種因素綜合作用的結果。

要減少 TVS短路失效，首先應加強 TVS 制造工藝過程的控制，尤其是對燒焊、臺面成型、堿腐蝕清洗、摻雜等工藝過程的控制，以減少或消除TVS 的固有缺陷。例如：國際上采用先進的燒焊工藝已能將空洞面積控制在 10 %以下，采用離子注入摻雜能對摻雜過程進行更好的控制，這些都大大提高了 TVS 的可靠性。其次，做到 TVS 的正確選型與安裝，最好對 TVS 進行降額使用，這樣可使 TVS 承受的功率較小，使用可靠性大大增加。此外，為使 TVS 發生短路失效時對被保護電子設備的影響降到最低，通常可在 TVS 前串接一條與之匹配的保險絲。

綜上所述，判斷TVS二極管的好壞需要從外觀檢查、電氣特性測試以及實際應用表現等多個方面進行綜合評估。通過綜合應用這些方法可以更準確地了解TVS二極管的性能狀況從而及時采取相應措施進行修復或更換。