開(kāi)關(guān)電源中關(guān)鍵器件的可靠性研究.pdf

1、從90年代開(kāi)始,開(kāi)關(guān)電源逐步得到廣泛的應(yīng)用。開(kāi)關(guān)電源的核心是DC-DC變換器。影響開(kāi)關(guān)電源的主要因素是其拓?fù)浣Y(jié)構(gòu),開(kāi)關(guān)頻率,控制方式及關(guān)鍵元器件如開(kāi)關(guān)管、儲(chǔ)能電感和變壓器等。近年來(lái),電源設(shè)備日趨復(fù)雜,使用環(huán)境也變得惡劣多樣,所服務(wù)的電子系統(tǒng)又越來(lái)越重要和昂貴,這一切使得提高電源設(shè)備的可靠性研究變得刻不容緩。 開(kāi)關(guān)電源中有很多器件無(wú)法進(jìn)行高溫試驗(yàn)(如光電耦合器),因此對(duì)開(kāi)關(guān)電源整體進(jìn)行加速壽命試驗(yàn)有一定的困難。本文在深入研究HHW

2、28S15電源模塊的基礎(chǔ)上,提取其功率級(jí)電路進(jìn)行試驗(yàn)并采用恒定電應(yīng)力溫度斜坡法對(duì)此電路中的VDMOS IRF120和肖特基二極管(SDB)SC070H150A進(jìn)行可靠性評(píng)價(jià)。恒定電應(yīng)力溫度斜坡法(CETRM)具有試驗(yàn)周期短,所需樣品少的優(yōu)點(diǎn)。 首先,對(duì)HHW28S15電源模塊的電路拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)進(jìn)行分析,并對(duì)其輸入、輸出特性和關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)的電壓波形進(jìn)行了測(cè)量,所得結(jié)果是設(shè)計(jì)試驗(yàn)樣品的電應(yīng)力偏置電路的重要依據(jù)。 其次,專(zhuān)門(mén)研制了溫度

3、應(yīng)力控制系統(tǒng)和電應(yīng)力偏置系統(tǒng),以滿(mǎn)足恒定電應(yīng)力溫度斜坡法的試驗(yàn)要求。溫度應(yīng)力控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的歐陸3504溫控儀、周波數(shù)調(diào)功控制模塊、固態(tài)繼電器、熱電偶和溫度補(bǔ)償導(dǎo)線搭建,為試驗(yàn)提供了精確的序進(jìn)溫度應(yīng)力；電應(yīng)力偏置系統(tǒng)的主電路與HHW28S15電源模塊的功率級(jí)電路相同,并制作了專(zhuān)用的PCB電路板。 使用專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)研制的試驗(yàn)設(shè)備對(duì)IRF120和SC070H150A進(jìn)行了加速壽命試驗(yàn),得到了在75℃至203℃范圍內(nèi)主要的直流特征參數(shù),

4、即IRF120的閾值電壓、通態(tài)電阻、跨導(dǎo)和SC070H150A的正向特性和反向特性。通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理,得出各個(gè)試驗(yàn)樣品的壽命,其中IRF120的平均壽命為9.06×106 h,SC070H150A的平均壽命2.16×108h。 另外,本文對(duì)常見(jiàn)的失效模式與失效機(jī)理進(jìn)行了介紹,在理論上分析了樣品的失效機(jī)理主要是器件固有缺陷和玷污。IRF120氧化膜中的正離子沾污使其與時(shí)間有關(guān)的擊穿(TDDB)變得比較顯著,SC070H150