開關(guān)電源中關(guān)鍵器件的可靠性研究.pdf

1、從90年代開始,開關(guān)電源逐步得到廣泛的應(yīng)用。開關(guān)電源的核心是DC-DC變換器。影響開關(guān)電源的主要因素是其拓撲結(jié)構(gòu),開關(guān)頻率,控制方式及關(guān)鍵元器件如開關(guān)管、儲能電感和變壓器等。近年來,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。 開關(guān)電源中有很多器件無法進行高溫試驗(如光電耦合器),因此對開關(guān)電源整體進行加速壽命試驗有一定的困難。本文在深入研究HHW

2、28S15電源模塊的基礎(chǔ)上,提取其功率級電路進行試驗并采用恒定電應(yīng)力溫度斜坡法對此電路中的VDMOS IRF120和肖特基二極管(SDB)SC070H150A進行可靠性評價。恒定電應(yīng)力溫度斜坡法(CETRM)具有試驗周期短,所需樣品少的優(yōu)點。 首先,對HHW28S15電源模塊的電路拓撲結(jié)構(gòu)進行分析,并對其輸入、輸出特性和關(guān)鍵節(jié)點的電壓波形進行了測量,所得結(jié)果是設(shè)計試驗樣品的電應(yīng)力偏置電路的重要依據(jù)。 其次,專門研制了溫度

3、應(yīng)力控制系統(tǒng)和電應(yīng)力偏置系統(tǒng),以滿足恒定電應(yīng)力溫度斜坡法的試驗要求。溫度應(yīng)力控制系統(tǒng)采用先進的歐陸3504溫控儀、周波數(shù)調(diào)功控制模塊、固態(tài)繼電器、熱電偶和溫度補償導(dǎo)線搭建,為試驗提供了精確的序進溫度應(yīng)力；電應(yīng)力偏置系統(tǒng)的主電路與HHW28S15電源模塊的功率級電路相同,并制作了專用的PCB電路板。 使用專門設(shè)計研制的試驗設(shè)備對IRF120和SC070H150A進行了加速壽命試驗,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。通過對數(shù)據(jù)進行分析處理,得出各個試驗樣品的壽命,其中IRF120的平均壽命為9.06×106 h,SC070H150A的平均壽命2.16×108h。 另外,本文對常見的失效模式與失效機理進行了介紹,在理論上分析了樣品的失效機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間有關(guān)的擊穿(TDDB)變得比較顯著,SC070H150