Подписка на новости

Опрос

Нужны ли комментарии к статьям? Комментировали бы вы?

Реклама

 

2011 №10

Надежность — второй основной параметр при выборе DC/DC-стабилизатора

Одабаи Афшин (Odabaee Afshin)  
Тен Кивен (Tan Kevan)  

Рассмотрим DC/DC-стабилизатор, а точнее — функционально законченную схему DC/DC-стабилизатора в корпусе, аналогичном корпусу ИС. Пусть исследована некоторая выборка изделий от нескольких поставщиков, и все эти изделия обеспечивают более или менее эффективное преобразование мощности и отвечают большинству предъявляемых требований. Как теперь выбрать из них изделие, наилучшим образом подходящее для разрабатываемой конструкции? Какие свойства ценят клиенты в вашем конечном продукте? Какими параметрами в конечном счете определяется качество DC/DC-стабилизатора.

Введение

Производя отбор, помните про второй основной параметр — надежность: изучите отчеты о надежности каждого DC/DC-стаби-лизатора и старайтесь выбирать изделия, прошедшие всесторонние испытания и произведенные компаниями, которые славятся высокими характеристиками и надежностью своей продукции.

Поскольку речь идет о корпусных DC/DC-системах, в этой статье будут рассмотрены сложные и всеобъемлющие испытания на надежность, которым корпорация Linear Technology подвергает свои DC/DC-стаби-лизаторы в корпусах µModule (рис. 1) [1]. DC/DC-стабилизатор в корпусе µModule представляет собой заключенную в корпус высоконадежную, функционально законченную схему, в состав которой входит дроссель.

DC/DC-стабилизатор в корпусе µModule

Рис. 1. DC/DC-стабилизатор в корпусе µModule

Вы можете зайти на сайт корпорации Linear Technology [2], ввести артикул интересующего вас стабилизатора в корпусе µModule и загрузить документ с данными о его надежности. На рис. 2a показана первая из шести страниц такого отчета. На рис. 2б приведены подробные данные испытаний на эксплуатационную долговечность из того же отчета. Обратите внимание на результат: 1 635 385 продукточасов без единого отказа!

 а) Отчет о надежности DC/DC-устройства в корпусе µModule

Рис. 2. а) Отчет о надежности DC/DC-устройства в корпусе µModule (показана 1 страница, документ доступен для загрузки)
 б) Пример отчета о надежности DC/DC-преобразователей

Рис. 2. б) Пример отчета о надежности DC/DC-преобразователей в корпусах µModule по результатам всесторонних испытаний

Прозрачная программа испытаний

DC/DC-стабилизаторы в корпусе µModule подвергаются в общей сложности 18 испытаниям, некоторые из них проводятся при различных колебаниях температуры. Данные имеют кумулятивный характер, то есть корпорация Linear Technology непрерывно отслеживает и обновляет их с момента выхода этих изделий в свет три с половиной года назад. Корпорация Linear Technology регулярно обновляет отчет об испытаниях, и экземпляр такого отчета можно в любой момент загрузить из Интернета — специального запроса для этого не требуется. Следуя такому подходу, корпорация Linear Technology обеспечивает поддержку своей линейки высококачественных изделий в корпусах µModule, в том числе семейства DC/DC-стабилизаторов. (Помимо последних, в корпусах µModule выпускаются также комбинированные аналогово-цифровые устройства, такие как LTM9003 и LTM2881.)

Структура отчета о надежности DC/DC-стабилизатора в корпусе µModule

Прежде всего стоит отметить тот факт, что отчет о надежности изделий в корпусах µModule сообщает о нулевом количестве отказов.

Несмотря на такой великолепный показатель, корпорация Linear Technology будет продолжать мониторинг партий продукции с различными артикулами и размерами корпусов, пока не будет обнаружен хотя бы один отказ, и при наличии такового будет составлен отчет с анализом причин отказа. Собранные данные свидетельствуют о неизменно высоком качестве изготовления корпуса и сборки, а также о высоких электрических характеристиках изделий в корпусах µModule.

В отчет включаются данные о следующих испытаниях:

  1. Эксплуатационная долговечность.
  2. Предварительное выдерживание при заданных условиях.
  3. Возникновение смещений под действием температуры и влажности.
  4. Периодическое включение и выключение.
  5. Температурный цикл (в различных диапазонах температур).
  6. Тепловой удар (в различных диапазонах температур).
  7. Термомеханический удар при пайке.
  8. Выдерживание при высокой температуре (в различных диапазонах температур).
  9. Механический удар.
  10. Вибрация переменной частоты.
  11. Монтажно-температурный цикл (в различных диапазонах температур).

Как уже было отмечено выше, результаты этих испытаний непрерывно отслеживаются; ежеквартально данные обновляются, и на веб-сайт выкладывается новый отчет.

Приведем краткое описание каждого испытания на надежность, которому подвергаются DC/DC-стабилизаторы в корпусах µModule:

  1. Эксплуатационная долговечность — 1 635 385 продукточасов, без отказов:
    • Испытание со смещением при предельно допустимом номинальном напряжении испытуемого изделия.
    • Ускоренное испытание при повышенной температуре окружающей среды (125 °C).
  2. Предварительное выдерживание при заданных условиях — 2 500 608 продукточасов, без отказов:
    • Выдерживание в течение 192 ч при температуре 30 °C и влажности 60% + троекратная пайка оплавлением с ИК-нагревом по стандарту JEDEC при 245 °C (J-STD-020, уровень влажности 3).
    • Имитация условий монтажа на плате.
    • Повышенная влажность.
    • Поиск нарушений целостности корпуса и расслоений.
  3. Возникновение смещений под действием температуры и влажности — 446 400 продукточасов, без отказов:
    • Поиск растущих дендритов и коррозии.
    • Смещения при максимальном номинальном напряжении испытуемого изделия во влажной среде.
  4. Периодическое включение и выключение — 18 575 540 продукточасов, без отказов:
    • Испытание изделия путем его включения и выключения.
    • Температура p-n-перехода от 50 до 100 °C.
  5. Температурный цикл –40…+125 °C — 1 078 000 продукточасов, без отказов.
  6. Температурный цикл –55…+125 °C — 4 406 436 продукточасов, без отказов.
  7. Температурный цикл –65…+125 °C — 7 402 790 продукточасов, без отказов:
    • Выполняется на нескольких размерах корпусов.
    • Воздушно-воздушный или в камере.
    • После регистрации 500 и 1000 точек изделия испытываются на электрическую целостность.
  8. Тепловой удар –55…+125 °C — 4 648 000 продукточасов, без отказов.
  9. Тепловой удар –65…+150 °C — 5 818 300 продукточасов, без отказов.
  10. Тепловой удар –40…+125 °C — 733 000 продукточасов, без отказов:
    • Испытание погружением в ванны с горячей, а затем с холодной жидкостью (рис. 3) согласно стандарту J-STD-020, уровень 3.
      Система ванн для испытаний на тепловой удар

      Рис. 3. Система ванн для испытаний на тепловой удар
    • Контроль электрических характеристик после регистрации двух конечных точек (500 и 1000 циклов).
  11. Термомеханический удар при пайке (245 °C) — выборка из 2278 изделий, без отказов:
    • Опускание в расплавленный припой.
    • Погружение на 10 секунд.
  12. Выдерживание при высокой температуре (175 °C) — 154 000 продукточасов, без отказов.
  13. Выдерживание при высокой температуре (150 °C) — 202 874 продукточаса, без отказов:
    • Поиск роста интерметаллических фаз в местах термокомпрессионного соединения проволочных выводов.
    • Испытание термокомпрессионного соединения проволочных выводов на натяжение через 1000 часов.
    • Различная толщина и длина проволоки.
    • Испытание на натяжение для регистрации режима разрыва.
    • Контроль через 500 и 1000 часов.
  14. Механический удар:
    • Механический удар с пиковым ускорением 1500g.
    • Согласно стандарту JESD22B104, условия B.
  15. Вибрация переменной частоты:
    • Пиковое ускорение 20g.
    • Согласно стандарту JESD22B103, условия A.
  16. Шлейфовый монтажно-температурный цикл — 211 500 продукточасов, без отказов:
    • Испытание на целостность паяных соединений (рис. 4).
      Установка для шлейфовых испытаний

      Рис. 4. Установка для шлейфовых испытаний
    • 0…100 °C, шлейфовое соединение изделий с мониторингом в реальном времени.
    • Испытание выполняется на шлейфовой плате.
  17. Монтажно-температурный цикл –40…+125 °C — 1 689 000 продукточасов, без отказов.
  18. Монтажно-температурный цикл –55…+125 °C — 211 500 продукточасов, без отказов:
    • Испытание на целостность паяных соединений.
    • Испытание в автоматизированной испытательной установке (рис. 4) или на стенде.

Выводы

Не каждый проектировщик систем выбирает для своих конструкций высококачественные и высоконадежные DC/DC-стабилизаторы, и не всегда они действительно необходимы. Повышенная стоимость зачастую удерживает проектировщиков от выбора таких изделий. Но при этом, как правило, упускают из виду, что проектировщик тратит время и ресурсы на доводку сложных цифровых блоков системы, а потом не понимает, как выбрать для нее подходящий DC/DC-стабилизатор. Следует тщательно проанализировать практикуемые поставщиком методы испытаний на надежность, чтобы впоследствии избежать значительных затрат, связанных с внесением конструктивных изменений и отладкой управления питания платы. Можно понять стремление доверять своему поставщику, но мудрым решением будет проверить и сравнить его данные о надежности помимо количества отказов на миллиард продукточасов и поверхностных показателей. Требуйте подробностей.

Корпорация Linear Technology предоставляет подробнейший отчет о результатах испытаний DC/DC-стабилизаторов в корпусах µModule. Этот отчет о надежности обновляется ежеквартально и включает в себя данные о различных изделиях в корпусах всевозможных размеров и из разных партий. Отчет прозрачен: он доступен всем пользователям Интернета, и для доступа к нему не требуется разрешение. Тем, кто стремится проектировать конкурентоспособные изделия, выбор высококачественного DC/DC-стабилизатора, за которым стоит всесторонняя программа систематических испытаний, обеспечит высокую надежность их продукции на системном уровне и солидную репутацию у конечных потребителей.

Литература

  1. http://cds.linear.com/docs/Reliability%20Data/R504a.pdf
  2. http://www.linear.com

Скачать статью в формате PDF  Скачать статью Компоненты и технологии PDF

 


Другие статьи по данной теме:

Сообщить об ошибке