可靠性：選擇DC/DC穩壓器時(shí)的另一個(gè)參數

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

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

在您進(jìn)行選擇時(shí)，請記著(zhù)另一個(gè)參數：研究每一款 DC/DC 穩壓器的可靠性報告。注意那些經(jīng)過(guò)嚴格測試、以及由性能和可靠性聲譽(yù)卓著(zhù)的公司生產(chǎn)的產(chǎn)品。

既然我們在探討密封的 DC/DC 系統，那么本篇使用說(shuō)明將仔細研究凌力爾特公司對其 DC/DC 微型模塊 (µModule) 穩壓器產(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(fǎng)問(wèn)
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(yè)，下載)

圖 2b：DC/DC 微型模塊產(chǎn)品可靠性測試報告中的一個(gè)詳盡的測試例子

一系列免費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。這些數據是累計的，即自這些產(chǎn)品 3 年半以前推出以來(lái)，凌力爾特公司一直在監視和更新這些數據。凌力爾特公司嚴格更新這份報告，而且可在線(xiàn)提供報告副本。要求報告副本并無(wú)需滿(mǎn)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(xiàn)，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(gè)數字非常好，但是凌力爾特公司還是會(huì )繼續監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(gè)或多個(gè)故障為止，如果出現故障，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(lèi)數據證明了微型模塊產(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.機械沖擊
10.可變振動(dòng)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果進(jìn)行持續監視，而且每個(gè)季度都會(huì )更新一次數據，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(jiǎn)短描述：

1.工作壽命1,635,385 器件小時(shí)，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.預處理 2,500,608 器件小時(shí)，零故障
a.按照 JEDEC 245ºC 標準 (J-STD-020 濕度等級 3) 進(jìn)行 192 小時(shí)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(shí)，零故障
a.查看枝晶生長(cháng)和腐蝕情況
b.在潮濕環(huán)境中施加數值為被測產(chǎn)品最大額定電壓的偏壓

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

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

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

7.溫度周期 -65ºC 至 125ºC 7,402,790 器件小時(shí)，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(gè)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(shí)，零故障

9.熱沖擊 -65ºC 至 150ºC5,818,300 器件小時(shí)，零故障

10.熱沖擊 -40ºC 至 125ºC733,000 器件小時(shí)，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 標準
c.在兩個(gè)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

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

12.高溫烘烤 175ºC 154,000 器件小時(shí)，零故障

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

14.機械沖擊
a.1,500g 峰值沖擊測試
b.按照 JESD22B104 條件 B

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

16.菊花鏈式電路板安裝/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(shí)監視的菊花鏈單元
c.在菊花鏈電路板上執行測試

圖 4：菊花鏈監視器測試單元

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

結論

不是每一位系統設計師都選擇或需要高端、高可靠性 DC/DC 穩壓器。這些產(chǎn)品的高性能導致的額外成本常常令設計師們望而卻步。那么有時(shí)會(huì )忘記的一件事是，設計師花費了大量的時(shí)間和資源來(lái)完善系統復雜的數字組成部分，之后卻不知道如何為該設計選擇合適的 DC/DC 穩壓器。當務(wù)之急是，仔細研究廠(chǎng)商的可靠性測試方法，以避免以后需要修改設計并花力氣調試電路板的電源管理部分，這會(huì )造成很大的損失。信任廠(chǎng)商是正常的，但是除了解 FIT 率和表面數字外，驗證和比較可靠性數據是明智的。必須詢(xún)問(wèn)詳細信息。

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