可靠性：選擇DC/DC穩(wěn)壓器時的另一個參數(shù)

作者：凌力爾特公司DC/DC 微型模塊產(chǎn)品部產(chǎn)品市場經(jīng)理 Afshin Odabaee
高級可靠性工程師 Kevan Tan

我們來看一下 DC/DC 穩(wěn)壓器：基本上都是密封在類似 IC 那樣的一個封裝中的完整 DC/DC 穩(wěn)壓器電路。我們假定，您已經(jīng)研究了對幾家廠商提供的產(chǎn)品進(jìn)行選擇的問題，而且所有這些產(chǎn)品都或多或少地提供了電源轉(zhuǎn)換功能，并滿足您的大部分需求。接下來您如何決定哪一款是適合您設(shè)計的最佳產(chǎn)品？對于您開發(fā)和生產(chǎn)的最終產(chǎn)品，您的客戶重視的是什么？哪些 DC/DC 穩(wěn)壓器參數(shù)決定了性能？

在您進(jìn)行選擇時，請記著另一個參數(shù)：研究每一款 DC/DC 穩(wěn)壓器的可靠性報告。注意那些經(jīng)過嚴(yán)格測試、以及由性能和可靠性聲譽(yù)卓著的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。

既然我們在探討密封的 DC/DC 系統(tǒng)，那么本篇使用說明將仔細(xì)研究凌力爾特公司對其 DC/DC 微型模塊 (µModule) 穩(wěn)壓器產(chǎn)品所做的深入和詳盡的可靠性測試 (圖 1)。您在以下網(wǎng)址可以看到完整的可靠性測試報告：
圖 1：DC/DC 微型模塊穩(wěn)壓器是一種含有電感器和具有高可靠性的密封型完整電路

您還可以訪問
圖 2a：DC/DC 微型模塊產(chǎn)品的可靠性測試報告 (僅顯示了第一頁，下載)

圖 2b：DC/DC 微型模塊產(chǎn)品可靠性測試報告中的一個詳盡的測試?yán)?/p>

一系列免費(fèi)可供參考的測試資料

總共就 DC/DC 微型模塊產(chǎn)品進(jìn)行了 18 項測試，其中有幾項測試是在不同溫度情況下進(jìn)行的。這些數(shù)據(jù)是累計的，即自這些產(chǎn)品 3 年半以前推出以來，凌力爾特公司一直在監(jiān)視和更新這些數(shù)據(jù)。凌力爾特公司嚴(yán)格更新這份報告，而且可在線提供報告副本。要求報告副本并無需滿足任何特殊要求。凌力爾特公司以這種方式支持其高性能微型模塊產(chǎn)品線，其中包括 DC/DC 系列 (除了 DC/DC 產(chǎn)品，還提供混合信號微型模塊器件，如 LTM9003 和 LTM2881)。

剖析 DC/DC 微型模塊穩(wěn)壓器的可靠性測試報告

需要特別提到的第一件事是，微型模塊產(chǎn)品的可靠性測試顯示，故障為零。

盡管這個數(shù)字非常好，但是凌力爾特公司還是會繼續(xù)監(jiān)視不同型號和不同封裝尺寸器件的生產(chǎn)記錄，直到遇到一個或多個故障為止，如果出現(xiàn)故障，將產(chǎn)生一份分析故障原因的測試報告。迄今為止積累的這類數(shù)據(jù)證明了微型模塊產(chǎn)品的封裝、組裝和電氣性能的堅固性。

該報告包含以下測試：
1.工作壽命
2.預(yù)處理
3.溫度、濕度偏置
4.電源周期
5.溫度周期 (各種不同的溫度范圍)
6.熱沖擊 (各種不同的溫度范圍)
7.焊接沖擊
8.高溫烘烤 (各種不同的溫度范圍)
9.機(jī)械沖擊
10.可變振動頻率
11.電路板安裝/溫度周期 (各種不同的溫度范圍)

凌力爾特公司仍然對這些測試結(jié)果進(jìn)行持續(xù)監(jiān)視，而且每個季度都會更新一次數(shù)據(jù)，然后在網(wǎng)上提供新的測試報告。

以下是每次就 DC/DC 微型模塊產(chǎn)品進(jìn)行的可靠性測試的簡短描述：

1.工作壽命1,635,385 器件小時，零故障
a.用該產(chǎn)品在測試環(huán)境下的絕對最大電壓額定值偏置后進(jìn)行測試
b.將環(huán)境溫度提高到 125oC 以加速測試

2.預(yù)處理 2,500,608 器件小時，零故障
a.按照 JEDEC 245ºC 標(biāo)準(zhǔn) (J-STD-020 濕度等級 3) 進(jìn)行 192 小時的 30ºC/60% 相對濕度 + 3 次 IR 回流焊
b.模擬電路板裝配條件
c.具有更為潮濕環(huán)境
d.查看封裝完整性和脫層

3.溫度、濕度偏置 446,400 器件小時，零故障
a.查看枝晶生長和腐蝕情況
b.在潮濕環(huán)境中施加數(shù)值為被測產(chǎn)品最大額定電壓的偏壓

4.電源周期18,575,540 器件小時，零故障
a.通過接通和斷開對產(chǎn)品進(jìn)行測試
b.結(jié)溫范圍為 50ºC 至 100ºC

5.溫度周期 -40ºC 至 125ºC 1,078,000 器件小時，零故障

6.溫度周期 -55ºC 至 125ºC 4,406,436 器件小時，零故障

7.溫度周期 -65ºC 至 125ºC 7,402,790 器件小時，零故障
a.在多種尺寸的封裝上進(jìn)行
b.空氣對空氣或室
c.在 500 和 1,000 個讀出點(diǎn)上，對器件進(jìn)行電氣完整性測試

8.熱沖擊 -55ºC 至 125ºC4,648,000 器件小時，零故障

9.熱沖擊 -65ºC 至 150ºC5,818,300 器件小時，零故障

10.熱沖擊 -40ºC 至 125ºC733,000 器件小時，零故障
a.熱液體至冷液體浸浴測試 (圖 3)
b.遵照 J-STD-020 LEVEL 3 標(biāo)準(zhǔn)
c.在兩個終點(diǎn) (500 和 1,000 次循環(huán)) 之后進(jìn)行電測試

圖 3：熱沖擊浴槽系統(tǒng)

11.焊接沖擊 245ºC 2,278 個單位樣本規(guī)模，零故障
a.浸入熔化的焊料中；
b.浸沒 10 秒鐘。

12.高溫烘烤 175ºC 154,000 器件小時，零故障

13.高溫烘烤 150ºC 3,202,874 器件小時，零故障
a.驗證封裝連接線上金屬間化合的生長
b.1,000 小時后進(jìn)行封裝連接線牽拉測試
c.不同的封裝連接線厚度和長度
d.牽拉以記錄斷裂模式
e.監(jiān)視 500 和 1,000 小時的情況

14.機(jī)械沖擊
a.1,500g 峰值沖擊測試
b.按照 JESD22B104 條件 B

15.可變振動頻率
a.20g 峰值加速度
b.按照 JESD22B103 條件 A

16.菊花鏈?zhǔn)诫娐钒灏惭b/溫度周期 211,500 器件周期，零故障
a.對焊料接合完整性進(jìn)行測試 (圖 4)
b.0ºC 至 100ºC，具實(shí)時監(jiān)視的菊花鏈單元
c.在菊花鏈電路板上執(zhí)行測試

圖 4：菊花鏈監(jiān)視器測試單元

17.電路板安裝/溫度周期 -40ºC 至 125ºC 1,689,000 器件周期，零故障

18.電路板安裝/溫度周期 -55ºC 至 125ºC 211,500 器件周期，零故障
a.焊料接合完整性測試
b.在 ATE (圖 4) 或在工作臺上接受測試

結(jié)論

不是每一位系統(tǒng)設(shè)計師都選擇或需要高端、高可靠性 DC/DC 穩(wěn)壓器。這些產(chǎn)品的高性能導(dǎo)致的額外成本常常令設(shè)計師們望而卻步。那么有時會忘記的一件事是，設(shè)計師花費(fèi)了大量的時間和資源來完善系統(tǒng)復(fù)雜的數(shù)字組成部分，之后卻不知道如何為該設(shè)計選擇合適的 DC/DC 穩(wěn)壓器。當(dāng)務(wù)之急是，仔細(xì)研究廠商的可靠性測試方法，以避免以后需要修改設(shè)計并花力氣調(diào)試電路板的電源管理部分，這會造成很大的損失。信任廠商是正常的，但是除了解 FIT 率和表面數(shù)字外，驗證和比較可靠性數(shù)據(jù)是明智的。必須詢問詳細(xì)信息。

凌力爾特公司為其 DC/DC 微型模塊穩(wěn)壓器產(chǎn)品提供極其詳細(xì)的可靠性測試結(jié)果?？煽啃詧蟾婷考径雀?，并包括不同封裝尺寸、批次和不同產(chǎn)品的測試數(shù)據(jù)。這份可靠性測試報告非常易于理解：它是在線提供的，所有想查看的人都可以得到，而且無需許可就可閱讀。對于那些想盡力提供富有競爭力產(chǎn)品的系統(tǒng)設(shè)計師來說，選擇一個由嚴(yán)格和系統(tǒng)化的可靠性測試計劃支持的高端 DC/DC 穩(wěn)壓器，將確保良好的系統(tǒng)級可靠性以及在最終用戶那里有良好的產(chǎn)品信譽(yù)。