熱擊穿

熱擊穿為固體電介質擊穿的一種形式。擊穿電壓隨溫度和電壓作用時間的延長而迅速下降，這時的擊穿過程與電介質中的熱過程有關，稱為熱擊穿。

熱擊穿的本質是處於電場中的介質，由於其中的介質損耗而產生熱量，就是電勢能轉換為熱量，當外加電壓足夠高時，就可能從散熱與發熱的熱平衡狀態轉入不平衡狀態，若發出的熱量比散去的多，介質溫度將愈來愈高，直至出現永久性損壞，這就是熱擊穿。

基本介紹

• 中文名：熱擊穿
• 外文名：Thermal breakdown
• 形式：固體電介質擊穿
• 本質：溫度升高，介質永久性損壞
• 原因：與材料的多種因素有關

電介質的特性

電介質在電場作用下，由於漏電流、電損耗或孔隙局部氣體電離放電產生放熱，材料溫度逐步升高，隨著時間延續，積熱增多，當達到一定溫度時，材料即行開裂、玻璃化或熔化，絕緣性能被破壞而導致擊穿的現象。這是介質材料常見的破壞原因之一。

熱擊穿與介質的導致係數、強度、內部缺陷、摻雜物（雜質）、氣孔、形狀及散熱條件等多種因素有關。 固體電介質的擊穿有電擊穿、熱擊穿、電化學擊穿、放電擊穿等形式。絕緣結構發生擊穿，往往是電、熱、放電、電化學等多種形式同時存在，很難截然分開。一般來說，在採用tanδ值大、耐熱性差的電介質的低壓電氣設備，在工作溫度高、散熱條件差時，熱擊穿較為多見。而在高壓電氣設備中，放電擊穿的機率就大些。脈衝電壓下的擊穿一般屬於電擊穿。當電壓作用時間達數十小時乃至數年時，大多數屬於電化學擊穿。

形成

電極間介質在一定外加電壓作用下，其中不大的電導最初引起較小的電流。電流的焦耳熱使樣品溫度升高。但電介質的電導會隨溫度迅速變大而使電流及焦耳熱增加。若樣品及周圍環境的散熱條件不好，則上述過程循環往復，互相促進，最後使樣品內部的溫度不斷升高而引起損壞。

在電介質的薄弱處熱擊穿產生線狀擊穿溝道。擊穿電壓與溫度有指數關係，與樣品厚度成正比；但對於薄的樣品，擊穿電壓比例於厚度的平方根。熱擊穿還與介質電導的非線性有關，當電場增加時電阻下降，熱擊穿一般出現於較高環境溫度。在低溫下出現的是另一種類型的電擊穿。

影響

當固體絕緣材料在外加電壓作用下，產生的泄漏電流過大，使絕緣材料溫度升高而造成的擊穿。熱擊穿的擊穿電壓比較低，但電壓作用時間比較長，電氣設備發生熱擊穿，將導致設備損壞，影響安全供電。

與其他固體電介質擊穿的區別

電擊穿是高壓造成的擊穿，熱擊穿是大電流造成的擊穿。高壓擊穿如果能限制電流的話還能恢復。熱擊穿一般不可恢復。

靜電熱擊穿

靜電火花放電或刷形放電一般都是在ns或μs量級完成的，因此，通常可以將靜電放電過程看作是一種絕熱過程。空氣中發生的靜電放電，可以在瞬時使空氣電離、擊穿、通過數安培的大電流，並伴隨著發光、發熱過程，形成局部的高溫熱源。這種局部的熱源可以引起易燃、易爆氣體燃燒、爆炸。靜電放電過程產生的瞬時大電流也可以使火炸藥、電雷管、電引信等各種電發火裝置意外發火、引起爆炸事故。

在微電子領域，靜電放電過程是靜電能量在十分之一微秒時間內通過器件電阻釋放的，其平均功率可達幾千瓦。如此大功率的脈衝電流作用於器件上，足以在絕熱情況下，使矽片上微區溶化，電流集中處使鋁互連局部區域發生球化，甚至燒毀PN結和金屬互連線，形成破環的“熱電擊穿”，導致電路損壞失效。