如何透过EOS的故障现象找到芯片故障原因？

早年间，2A、3A的Buck芯片失效一直困扰着我，从器件失效形貌上看是EOS失效，但是一直找不到造成EOS失效的根因，最终在22年技术攻关中，终于找到了失效根因。对分析履历进行回溯梳理，导致该问题成为技术难题的原因是导致Buck芯片EOS的原因有多个，当找到其中一个原因后将所有的EOS都归结到这个原因上，但发现导入对策后Buck芯片EOS的问题并没有收敛，因此又重启问题进行技术攻关，但还好最终找到了失效根因。下文将对FCCM模式的Buck芯片EOS失效可能的一个失效机理进行分析，给可能遇到这个问题但百思不得其解的兄弟姐妹们一个参考。

目前主流的2A、3A的Buck芯片有TI/TPS562208、TI/TPS563208、杰华特/JW5061、杰华特/JW5361、Richtek/RT6253B等。
这些芯片在使用中都遇到过相同的问题：Vin输入侧无明显异常过压，但是芯片发生了EOS失效。下图为TI/TPS562203和Richtek/RT6253B的失效形貌，在上下管位置可见明显的烧毁点。

在板测试各正常应用工况下Vin、SW管脚电压应力，未发现应力超标的情况，难道导致器件失效的原因是“random defeat”？但是在制程监控中，可以明确观察到这个类型的器件故障率远高于其他的DC-DC芯片，故对这类芯片“EOS”失效的根因进行技术攻关。经过技术攻关，确认导致Buck芯片EOS失效的其中一个根因：设备关机时，芯片由Buck变为反向Boost模式，使Vin/SW管脚电压超标导致芯片EOS失效。失效机理如下：

Vin不给电情况下，后级的Vo经过上管的体二极管将Vin电压升高，能量从右向左反向使芯片从Buck模式进入到反向Boost模式；
当Vin给点的情况下，负载跳变导致的过冲使能量反灌到Vin，使芯片从Buck模式进入到反向Boost模式；
Boost模式下，相同的Vo电压，占空比越小Vin会升得越高；
当Vin和SW管脚电压超过规格值时，会造成芯片发生“EOS”失效。

注：任何FCCM的Buck芯片只有满足1、2中条件都会变成Boost模式工作，这是拓扑决定的，而这类Buck芯片的轻载工作模式需要使FCCM。

针对上文所描述的：任何FCCM的Buck芯片都有类似的这种问题。

MPS家这颗MPQ2143 电源芯片主要用于DCDC BUCK电路，输入可接受2.5V~5.5V , 输出电压可调，输出最大可支持3A。

由于输入电压最大只支持到5.5V，在应用输入电压为5V的场景下，考虑到裕量，在输入前加入了一个二极管进行降压。

这个串入二极管就要注意了：不能出现EN先于Vin掉电的情况，否则就容易出现反向Boost，将MPQ2143的输入电压抬高出现EOS的情况：下管开关MOS损坏导致SW到GND损坏短路等。

在规格书中也有提到这个反向BOOST的测试情况：

MPQ2143存在输入反向Boost的条件为：EN比输入先掉电，那输出电压放电是通过下管 MOS进行的，下管MOS在此阶段是导通关断时间间隔的，所以就会存在在下管关断的时候，输出电压通过上管流通到输入端，这就会形成一个反向Boost操作，将输入电压抬高比较多。所以要注意时序：EN不能比VIN先掉电。

总结：失效分析中“EOS”只是现象不是根因，但原厂和第三方的失效分析通常到现象就已视为“案件结束”，如何透过EOS的故障现象找到导致故障的根因需要分析人员具有较高的综合素质。