标签: 电源失效分析

电源模块是什么？ 电源模块 被称为电路中的能源供应站。它通过对 电压的转换 ，把所需要的电流转换成用户所需要的直流电或交流电。 通过电源模块可以为相关系统中的仪表或控制设备提供 稳定的交、直流电源输出 。而稳定的电流可以为电路带来着 隔离、保护、电压变换、稳压、降噪 等作用。 电源模块的组成部分主要有电解电容、光电耦合器、印制电路板、半导体器件、开关变压器、电位器、熔断器等。模块式的结构带来 适配性高、可靠性高、功率高、易于维护及应用广泛 的优点。 由于 模块式结构 的优点甚多，因此模块电源广泛用于 通信领域 和 汽车电子、航空航天 等领域。 电源模块的失效 电源模块的失效 通常是因为内部和外部某种因素导致其内部组成 元器件降级 发生的。 内部因素 主要是生产材料、板卡设计、组装和包装的设计不合规或应用不合规导致。 外部因素 主要有过电应力、静电放电与过载等。而最常见的外部因素是当使用温度较高时，电源模块容易 老化降级 ，从而引致失效并容易带来严重的后果。 电源模块常见失效模式主要有以下几种： 失效模式 可能原因 开路 不同阶段的电源模块产品有不同原因： 新电源模块开路失效 常见原因之一是制造过程焊点缺陷，连接不牢； 使用过程开路失效 的常见原因一般是振动导致电连接失效，或者是因为内部组成的 元器件降级 发生的。 短路 电源模块发生 短路故障 时会对内部组成元器件造成损坏，从而损坏电源模块。 瞬时电压过高，元器件老化-绝缘介质流失都有可能导致电源模块短路。 输出值 不稳定 输出值不稳定 在一定程度暗示了电源模块内部某些元器件出现了老化降级或损坏，如电容、三极管等降级情况或者电压调整器损坏。 输出 偏高 电源模块输出偏高 的原因有内部组成的电容器、二极管老化降级、一个或多个整流二极管开路、变压器初级线圈匝间短路等。 输出 偏低 当电源所带负载超出自身的 带载能力 ，会出现电源 输出偏低现象 。 元器件老化 也会导致电源模块输出偏低，原因有稳压二极管老化，变压器次级线圈匝间短路等。 纹波 过高 当电源模块输出超差，并伴有 较高幅值工频或倍频纹波 时，说明主滤波电容已老化失效。 当电源模块输出超差，并伴有 开关频率的纹波 时，说明滤波电容或稳压电路的元件出现老化失效。 以上任何原因都可能导致电源模块整体失效，从而导致整个电路的不稳定或失效，在生活或生产中造成 重大损失 。 对电源模块进行筛选，能够 剔除前期老化失效 的电源模块。因此，在交付使用前筛选出合格的电源模块产品就显得极为重要。 广电计量的服务能力 一个合格的电源模块，它的输入、输出电参数必定是在合格范围内的，因此对电源模块的电参数测试是电源模块筛选的重要部分。 为此，广电计量引进 CHROMA 8000电源模块测试系统 ，该系统快速、准确、全面地对各种型号规格的电源模块进行电参数测试。 广电计量通常对电源模块做以下 常规电参数 测试用来评估电源模块的性能好坏： 输出精度测试 测试条件：在规定的输入条件下，分别测量空载和满载情况的输出电压，评估电源模块的输出满足负载电路的输入要求。 纹波测试 测试条件：在规定的输入条件下，测量满载时的输出纹波。 为测试纹波时电源模块输出的交流分量，在测量开关电源的纹波时，我们应该将探头放置在电源模块输出电容处，用尽可能小的环路来避免耦合的噪声过大，导致实际测量的纹波过大。 同时，由于开关电源的纹波频率与自身开关频率基本一致，一般开关电源的开关频率在几百kHz，因此我们常用20MHz的带宽条件下测量电源纹波。 效率测试 测试条件：在不同的输入条件下，测量不同负载条件的电源效率η。 其计算公式为：η=输出功率÷输入功率 电源模块的效率主要用来对比性能，评估系统的负荷，是否考虑散热措施等等。 动态响应测试 电源模块的动态响应反映出负载电流的变化对输出电压的影响。 测试条件：在规定的输入条件下，调整负载电流从Io1阶跃变化到Io2，测量不同负载条件下的输出电压值（Uo1,Uo2），从而计算出俩负载条件下的负载调整率，并且测量出输出电压值从Uo1变化到Uo2的瞬态反应时间。 过流保护测试（短路保护） 测试条件：在规定的输入条件下，增大输出电流，直到检测到电源输出突然关断，此时的输出电流值，即为该电源模块的输出过流保护。 图2 Chroma 8000 电源模块测试系统 图3 测试界面 关于广电计量半导体服务 广电计量设有元器件筛选及失效分析实验室，形成了以博士、专家为首的技术团队，构建了元器件国产化验证与竞品分析、集成电路测试与工艺评价、半导体功率器件质量提升工程、车规级芯片与元器件AEC-Q认证、车规功率模块AQG324认证等多个技术服务平台、满足装备制造、航空航天、汽车、轨道交通、5G通信、光电器件与传感器等领域的电子产品质量与可靠性的需求。 我们的服务优势 工业和信息化部“面向集成电路、芯片产业的公共服务平台”。 工业和信息化部“面向制造业的传感器等关键元器件创新成果产业化公共服务平台”。 国家发展和改革委员会“导航产品板级组件质量检测公共服务平台”。 广东省工业和信息化厅“汽车芯片检测公共服务平台”。 江苏省发展和改革委员会“第三代半导体器件性能测试与材料分析工程研究中心”。 上海市科学技术委员会“大规模集成电路分析测试平台”。 在集成电路及SiC领域是技术能力最全面、知名度最高的第三方检测机构之一，已完成MCU、AI芯片、安全芯片等上百个型号的芯片验证，并支持完成多款型号芯片的工程化和量产。 在车规领域拥有AEC-Q及AQG324全套服务能力，获得了近50家车厂的认可，出具近400份AEC-Q及AQG324报告，助力100多款车规元器件量产。 在卫星互联网领域，获委任为空间环境地面模拟装置用户委员会委员单位，建设了行业领先的射频高精度集成电路检测能力，致力成为北斗导航芯片工程化量产测试的领航者。