在高壓應用領域，如X射線設備、脈沖電源、激光驅動、電網設備等，高壓二極管是不可或缺的核心器件，用于整流、續流、箝位和高壓隔離等關鍵環節。然而，這類器件面臨的工作環境遠比低壓系統更嚴苛，電氣應力、熱應力、機械應力、浪涌沖擊等都可能誘發失效。如果設計、選型或布線不當，輕則引起效率下降、漏電增大，重則導致二極管擊穿、短路或燒毀，甚至威脅整個系統的安全。本文作為FAE的失效分析總結，聚焦三大典型失效模式：過熱、擊穿與浪涌電壓，并提出具體的應對策略，供工程師參考。

一、過熱失效：散熱不良引發的慢性殺手
高壓二極管在工作中，主要損耗來自正向導通壓降和反向恢復過程中的能量消耗。這些損耗以熱的形式積累在芯片內，如果散熱不良、工作環境溫度高、器件封裝能力不足，就會引發結溫升高，超過額定結溫（通常為150°C或175°C）后，可能造成以下后果：
①漏電流增大：溫度升高會導致PN結的反向飽和電流指數式上升，進一步加劇發熱，形成惡性循環。
②熱擊穿：局部熱點溫度過高時，即使器件整體未達到額定溫度，也可能導致芯片局部失效。
③長期壽命下降：高溫加速器件老化，封裝材料劣化、焊接界面疲勞，最終導致失效。
應對策略：
優先選用大電流能力、低正向壓降（VF）的高壓二極管，降低發熱源頭。
PCB布局中增加散熱銅面、熱通孔，并考慮外加散熱片或強制風冷。
在系統設計中，合理規劃負載、開關頻率，避免長時間超負荷運行。
引入溫度監測和過溫保護電路，避免熱失控。
二、電擊穿失效：超越耐壓極限的災難
高壓二極管的反向耐壓（VRRM、VDC）是其最核心的指標，一旦外加電壓超過這個極限，就可能引發反向擊穿，導致：
①軟擊穿（可逆性）：部分電流流經缺陷或雜質通道，漏電流明顯升高。
②硬擊穿（不可逆性）：PN結完全損毀，出現永久短路或開路失效。
常見誘因包括：
系統正常工作電壓接近或偶爾超出器件額定耐壓。
PCB布線布局設計不足，局部電場增強導致提前擊穿。
選型時未考慮足夠的電壓裕量（推薦≥20~30%）。
應對策略：
嚴格按系統最大工作電壓（含浪涌、電壓波動）選型，確保VRRM有足夠裕量。
優化PCB布局，避免尖角、尖銳導體，降低局部電場集中的風險。
對于極高壓場合，考慮多顆二極管串聯使用，并設計均壓電路。
三、浪涌電壓失效：瞬態沖擊下的防護挑戰
即使在正常工作狀態下，外部環境如雷擊、電網浪涌、靜電放電（ESD）、開關瞬態等，都可能在極短時間內在系統中引入遠超額定耐壓的瞬態過壓。如果缺乏有效防護，這類浪涌會直接擊穿二極管。尤其是高壓系統中，單次浪涌的能量往往非常大，帶來的沖擊更具破壞性。
應對策略：
在高壓輸入端并聯TVS二極管、壓敏電阻或氣體放電管，吸收大部分浪涌能量。
合理布置濾波器、電感或共模扼流圈，減少高頻瞬態傳導到敏感元件。
對于特別關鍵的節點，采用冗余設計，如多級箝位、過壓檢測與切斷電路。
在PCB上優化浪涌路徑（低阻抗、短路徑），避免沖擊集中在單個二極管上。
總之，MDD高壓二極管的失效，往往是多重因素疊加的結果，而過熱、擊穿和浪涌是最常見的三大主因。對于應用工程師而言，單純依賴器件規格書遠遠不夠，還必須結合系統實際，綜合考慮電氣、熱、機械、環境和浪涌等多方面壓力，制定全方位的設計和防護策略。
作為FAE，我建議工程師們在高壓系統設計中，始終堅持“預防優于補救”的原則：優化選型、布局、散熱、保護電路，盡可能降低失效的誘因。只有這樣，才能確保高壓系統的長期穩定、可靠、安全運行。