Unter Sekundärdurchschlag in einem Bipolar-Junction-Transistor (BJT) versteht man ein Phänomen, bei dem ein übermäßiger Strom durch den Transistor zu einer lokalen Erwärmung und einem anschließenden Ausfall des Geräts führen kann. Dies geschieht, wenn die Stromdichte in bestimmten Bereichen des Transistors die sicheren Betriebsgrenzen überschreitet. Infolgedessen kann der Transistor katastrophal ausfallen und zu dauerhaften Schäden oder Zerstörung führen. Sekundärdurchschlag ist ein kritisches Problem bei Leistungs-BJTs, die in Hochstromanwendungen wie Netzteilen, Motorsteuerungen und HF-Verstärkern eingesetzt werden.
Das sekundäre Durchbruchproblem bei BJTs entsteht aufgrund der Einschränkungen der Struktur und Materialien des Transistors unter Hochstrombedingungen. Wenn der Transistor Strömen ausgesetzt wird, die über seinem Nennmaximum liegen, kommt es an bestimmten Stellen im Gerät zu einer lokalen Erwärmung. Diese Erwärmung kann zu einem thermischen Durchgehen führen, wobei die erhöhte Temperatur die Fähigkeit des Transistors, Strom zu verarbeiten, weiter verringert, was den Durchschlag verschlimmert. Das sekundäre Durchschlagsproblem erfordert sorgfältige Designüberlegungen und erfordert häufig die Implementierung von Schutzmaßnahmen wie Strombegrenzungsschaltungen oder Kühlkörpern.
Beim zweiten Durchschlag handelt es sich um den abrupten und katastrophalen Ausfall eines Transistors aufgrund lokalisierter thermischer Hotspots innerhalb des Geräts. Diese Hotspots entstehen, wenn die Stromdichte die angegebenen Grenzwerte des Transistors überschreitet, was zu Temperaturspitzen führt, die die interne Struktur des Transistors schwächen oder zerstören. Ein zweiter Ausfall tritt typischerweise bei Leistungs-BJTs auf, die in der Sättigung oder unter Hochstrombedingungen betrieben werden, bei denen das Gerät einer erheblichen Belastung ausgesetzt ist. Dieser Fehlermodus unterstreicht, wie wichtig es ist, BJTs innerhalb ihrer Nennstrom- und Spannungsparameter zu betreiben, um Schäden zu verhindern.
Der Ausfall eines BJT bezieht sich auf den Punkt, an dem der Transistor nicht mehr richtig funktioniert und aufgrund von übermäßigem Strom, Spannung oder Verlustleistung dauerhaft ausfallen kann. Im Fall von BJTs kann sich der Ausfall als thermischer Schaden äußern, bei dem eine Überhitzung zu irreversiblen Veränderungen am Halbleitermaterial oder an den Verbindungen führt, was zu einem Funktionsverlust führt. Die Durchbruchspannung gibt die maximale Spannung an, die an der Kollektor-Emitter-Verbindung angelegt werden kann, bevor der Transistor durchbricht und möglicherweise ausfällt.
Die sekundäre Durchschlagsgrenze in BJTs definiert die maximale Stromdichte, ab der der Transistor anfällig für einen sekundären Durchschlag ist. Diese Grenze variiert je nach Konstruktion, Materialeigenschaften und Betriebsbedingungen des Transistors. Das Überschreiten der sekundären Durchschlagsgrenze kann zu einer schnellen thermischen Verschlechterung und einem Ausfall des Transistors führen. Entwickler müssen diesen Grenzwert bei Anwendungen, die eine Hochstromschaltung oder -verstärkung erfordern, sorgfältig berücksichtigen, um einen zuverlässigen Betrieb sicherzustellen und katastrophale Ausfälle aufgrund von Sekundärausfällen zu vermeiden.
