사이리스터의 고장은 크게 성능 저하(Degrading) 고장과 치명적(Catastrophic) 고장으로 나눌 수 있습니다. 이러한 고장을 최소화하려면, 소자를 항상 최대 정격 범위 내에서 운용해야 합니다.
성능 저하 고장
성능 저하 고장 유형은 특정 특성이 변화하는 현상으로, 반드시 치명적인 고장을 유발하지는 않지만 잠재적인 고장으로 이어질 수는 있습니다. 온 상태 특성, 게이트 특성, 스위칭 특성에서의 큰 변화는 드문 편입니다. 가장 취약한 특성은 차단 전압으로, 이 유형의 고장은 동작 전압과 온도가 상승할수록 성능이 저하됩니다.
치명적 고장
치명적 고장은 소자의 특성이 갑자기 변화하여 소자가 동작 불가능해지는 상태로, 사이리스터가 공칭 정격을 초과하여 동작할 때 발생할 수 있습니다. 가장 흔한 고장 유형은 주 단자 간의 전기적 단락이지만, 트라이액의 경우에는 반파(half-wave) 상태로 고장날 수도 있습니다. 고장에 따른 단락 전류가 소자 내부의 부품을 용해시켜 개방 회로 상태가 될 가능성도 희박하지만 없지는 않습니다.
사이리스터의 가장 흔한 고장 유형
사이리스터가 전기적 또는 물리적으로 오용되어 성능 저하 또는 치명적인 고장이 발생하면, 일반적으로 전파 또는 반파 상태에서 단락이 되며, 개방 회로로 고장 나는 경우는 매우 드뭅니다. 단락 되었거나 부분적으로 단락 된 사이리스터가 안전상의 위험을 초래할 수 있는 경우, 회로 설계자는 최종 사용자와 재산을 보호하기 위해 라인 차단기, 퓨즈, 과열 차단기 등 필요한 보호 장치를 추가해야 합니다.
고장 원인
대부분의 사이리스터 고장은 소자의 최대 동작 정격을 초과했기 때문에 발생합니다. 과전압 또는 과전류 동작이 가장 흔한 고장 원인입니다. 과전압에 의한 고장은 너무 높은 과도 전압 때문이거나 냉각이 충분하지 않아 동작 온도가 허용 가능한 최대 접합부 온도를 초과하는 경우에 발생할 수 있습니다. 과전류에 의한 고장은 일반적으로 부적절한 퓨즈 또는 회로 보호, 부하 기동 시의 서지 전류, 부하 오용 또는 부하 자체의 고장 등으로 인해 발생합니다.
또 다른 일반적인 고장 원인은 제조 과정에 사용된 부적절한 취급 절차입니다. 단자나 리드에 가해지는 과도한 장착 토크 또는 힘 형태의 기계적 손상은 사이리스터 칩 내부에 스트레스를 전달하여 칩의 균열을 유발할 수 있으며, 소자가 고/저온 변화를 수차례 거치기 전까지는 이러한 균열이 나타나지 않을 수 있습니다.
고장 예방
응용 제품의 동작 조건과 환경에 적합한 소자를 신중하게 선택하면 사이리스터의 수명을 연장하는 데 큰 도움이 됩니다. 또한, 주 단자를 흐르는 최대 전류를 정격의 75% 이하로 제한하는 것이 바람직한 설계 관행입니다. 리드의 올바른 장착 및 성형 또한 초기 고장 및 잠재적 고장을 방지하는 데 도움이 됩니다. 사이리스터의 긴 수명을 보장하는 가장 효과적인 두 가지 방법은 적절한 방열판의 적용과 최악의 조건을 고려한 올바른 전압 정격의 선택입니다. 과열, 과전압, 서지 전류는 반도체 소자의 주요 고장 원인입니다.
출처 - Littelfuse: Thyristor Miscellaneous Design Tips and Facts
영문 원본: Failure Modes of Thyristors