可靠性：選擇DC/DC穩壓器時的另一個參數

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

我們來看一下 DC/DC 穩壓器：基本上都是密封在類似 IC 那樣的一個封裝中的完整 DC/DC 穩壓器電路。我們假定，您已經研究了對幾家廠商提供的產品進行選擇的問題，而且所有這些產品都或多或少地提供了電源轉換功能，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計的最佳產品？對于您開發和生產的最終產品，您的客戶重視的是什么？哪些 DC/DC 穩壓器參數決定了性能？

在您進行選擇時，請記著另一個參數：研究每一款 DC/DC 穩壓器的可靠性報告。注意那些經過嚴格測試、以及由性能和可靠性聲譽卓著的公司生產的產品。

既然我們在探討密封的 DC/DC 系統，那么本篇使用說明將仔細研究凌力爾特公司對其 DC/DC 微型模塊 (µModule) 穩壓器產品所做的深入和詳盡的可靠性測試 (圖 1)。您在以下網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

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

圖 2b：DC/DC 微型模塊產品可靠性測試報告中的一個詳盡的測試例子

一系列免費可供參考的測試資料

總共就 DC/DC 微型模塊產品進行了 18 項測試，其中有幾項測試是在不同溫度情況下進行的。這些數據是累計的，即自這些產品 3 年半以前推出以來，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品線，其中包括 DC/DC 系列 (除了 DC/DC 產品，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，微型模塊產品的可靠性測試顯示，故障為零。

盡管這個數字非常好，但是凌力爾特公司還是會繼續監視不同型號和不同封裝尺寸器件的生產記錄，直到遇到一個或多個故障為止，如果出現故障，將產生一份分析故障原因的測試報告。迄今為止積累的這類數據證明了微型模塊產品的封裝、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行持續監視，而且每個季度都會更新一次數據，然后在網上提供新的測試報告。

以下是每次就 DC/DC 微型模塊產品進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.用該產品在測試環境下的絕對最大電壓額定值偏置后進行測試
b.將環境溫度提高到 125oC 以加速測試

2.預處理 2,500,608 器件小時，零故障
a.按照 JEDEC 245ºC 標準 (J-STD-020 濕度等級 3) 進行 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.在潮濕環境中施加數值為被測產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品進行測試
b.結溫范圍為 50ºC 至 100ºC

5.溫度周期 -40ºC 至 125ºC 1,078,000 器件小時，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行
b.空氣對空氣或室
c.在 500 和 1,000 個讀出點上，對器件進行電氣完整性測試

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 標準
c.在兩個終點 (500 和 1,000 次循環) 之后進行電測試

圖 3：熱沖擊浴槽系統

11.焊接沖擊 245ºC 2,278 個單位樣本規模，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.監視 500 和 1,000 小時的情況

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行測試 (圖 4)
b.0ºC 至 100ºC，具實時監視的菊花鏈單元
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。那么有時會忘記的一件事是，設計師花費了大量的時間和資源來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。當務之急是，仔細研究廠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 率和表面數字外，驗證和比較可靠性數據是明智的。必須詢問詳細信息。

凌力爾特公司為其 DC/DC 微型模塊穩壓器產品提供極其詳細的可靠性測試結果。可靠性報告每季度更新，并包括不同封裝尺寸、批次和不同產品的測試數據。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品的系統設計師來說，選擇一個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那里有良好的產品信譽。