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中国赛宝实验室第二讲失效分析经典案例工业和信息化部电子第五研究所（中国赛宝实验室）可靠性研究分析中心李少平广州020－87234456失效分析经典案例中国赛宝实验室可靠性理念„可靠性是设计进去制造出来的!中国赛宝实验室应力极限失效率随机失效元器件制造：提供固有可靠性整机系统应用：确保应用可靠性中国赛宝实验室=1/λMTBF关键部位的备份寿命老化管理策略元器件：失效率λ和寿命系统：MTBF和寿命中国赛宝实验室设计中试试产批产使用样机功能环境极端条件可靠性维修性测试性安全性保障性…原理结构元器件容差热电磁兼容防浪涌装配工艺…暴露缺陷完善设计：原理结构物料工艺温度应力潮湿应力振动应力冲击应力电磁应力综合应力软件运行…工艺适应性缺陷评估改进工艺条件验证设计老炼质量可靠性跟踪保障检验与评价剔除早期失效消除故障隐患有效提高使用可靠性维护策略信息收集反馈电应力温度应力…中国赛宝实验室„设计9输入因素的全面、完整•功能—软硬件的原理—设计师的强项•环境—决定选用的元器件、零部件的环境适应级别，整机系统采用的结构•极限应力条件—元器件、零部件、整机系统结构的极限能力，特殊加强措施（振动、温度、湿度、辐射，等）9容差设计—元器件、零部件的参数指标的离散型，以及参数指标的应力漂移和时间漂移。9热设计—热（温度）是元器件退化以及随机失效的关键因素，对板件的MTBF和寿命有直接的作用。设计中国赛宝实验室可靠性因素的考虑„设计9浪涌消除与防护—电源浪涌、长线传输感应浪涌、电感元件感应电压。9EMC防护—抗电磁干扰，抑制电磁干扰的产生。9腐蚀防护—有害气体（腐蚀气体、水汽等）侵蚀防护。9正确使用元器件—性能参数指标，质量等级，可靠性指标。9元器件失效模式、失效机理的后果分析（FMEA），控制措施。9可靠性预计、可靠性分配。9适当的降额。9维修性、测试性、安全性。9…中国赛宝实验室通讯电路设计缺陷案例失效分析经典案例－设计缺陷失效新版DEL系统485通讯电路旧版DEL系统485通讯电路DEG系统485通讯电路原新中国赛宝实验室失效分析经典案例－设计缺陷失效485通讯电路设计缺陷案例DEG系统通讯线上干扰（V1）对485作用的等效电路旧版DEL系统通讯线上干扰（V1）对485作用的等效电路新版DEL系统通讯线上干扰（V1）对485作用的等效电路中国赛宝实验室失效分析经典案例－设计缺陷失效对MOV直接放电放电电压＝50VMOV上的电压峰峰＝31.4V最大＝19.0V485通讯电路设计缺陷案例结论：MOV不能释放nS级的脉冲Vz=10V中国赛宝实验室失效分析经典案例－设计缺陷失效485通讯电路设计缺陷案例通过100Ω对MOV放电放电电压＝30V100Ω上的电压波形（24.6V）结论：100Ω与MOV串联，30V、nS级的脉冲在MOV上的电压为5.4V。（约1/6）R=100Ω中国赛宝实验室放电放电电压＝80VMOV上的电压波形（10.4V）结论：L1Ω与MOV串联，80V、nS级的脉冲在MOV上的电压为10.4V。（约1/8）失效分析经典案例－设计缺陷失效中国赛宝实验室峰峰＝42.6V9最大＝24.8V•同一机柜中•通讯线长≈60cm•柜。门均接地•线槽无动力线波形出现在关机与系统功能转换时系统稳定工作状态无异常波形失效分析经典案例－设计缺陷失效中国赛宝实验室通讯电路设计缺陷案例结论：9通讯线容易发生电压串扰9瞬态抑制二极管不能有效释放nS级脉冲9通讯线路上的阻抗匹配电阻（100Ω）应在正确的位置9通讯线上串联的小电感可有效滤除高频干扰失效分析经典案例－设计缺陷失效中国赛宝实验室信息„电梯控制的PCBA，进口，对PCBA进行功能检测时，100块板有20块板发生故障——占20％。„PCBA故障定位：所有故障的PCBA均发生在IC6（板上位号）集成电路（CPLD）——同一器件„所有失效的CPLD均发生在Pin39，表现为与地（电源负端）漏电、短路——同一引脚„怀疑：PCBA漏电，IC6漏电、损伤PCB？焊接？IC？过电？设计缺陷？…失效分析经典案例－电梯控制板失效中国赛宝实验室失效分析经典案例－电梯控制板失效中国赛宝实验室对地漏电、短路2故障隔离机械断Pin39——防止离子导电因高温熔焊而消失→Pin39漏电依旧，PCBA上无漏电→故障定位在IC，切在Pin393CPLD引脚电分析——Pin39与地I－V特性已经不正常，其邻近的雷同端口漏电增大，较远处的雷同端口正常3高温烘烤，Pin39依旧→排除离子导电（漏电）解剖前的分析：失效分析经典案例－电梯控制板失效中国赛宝实验室（IC6）解剖，芯片表面不能观察到失效点解剖分析Pin39失效分析经典案例－电梯控制板失效中国赛宝实验室证据提取去除芯片表面钝化层、金属层后，观察到失效点失效样品1失效样品2过电击穿！失效分析经典案例－电梯控制板失效中国赛宝实验室¾CPLD（IC6）Pin39仅与ON/Off连接¾击穿的电压来自ON/Off？¾若能捕捉到ON/Off端的异常电压，则…原因分析失效分析经典案例－电梯控制板失效中国赛宝实验室¾电源：24V（工作电压）¾开关有跳动时ON/Off输出¾可见峰峰值＞17V的脉冲输出（2V/div）失效分析经典案例－电梯控制板失效中国赛宝实验室结论¾控制板因CPLD（IC6）过电损伤引起失效¾CPLD（IC6）过电来自电源IC（IC17）LM2670的ON/Off控制端¾控制板未考虑到到24V电源输入不稳定（跳动）时，LM2670的ON/Off可输出大电压脉冲。ON/Off本是一个输入端，但实际电路却有输出的问题——通过其内部的恒流源反映的输入电源的异常控制板设计上，应对CPLD（IC6）的Pin39进行保护失效分析经典案例－电梯控制板失效中国赛宝实验室（IC6）Pin39加上瞬变二极管（合适的保护电压和速度，释放的能量不大）失效分析经典案例－电梯控制板失效中国赛宝实验室„-5℃左右停运并报警„回实验室恢复正常„单板不能再现故障组成系统后再现故障：z可出现故障，在低温时，到楼层时蜂鸣器发出声音时出现故障z低于-5℃以下在任何温度点，只要蜂鸣器发出声音时均会出现故障z查到：5V电源监测IC在低温环境下，蜂鸣器发出声音时，送出低电压报警信号昀终找到在问题：9蜂鸣器发出声音时，5V电源随着声音出现波动95V电源监测IC在≤4.75V动作（太灵敏，但不灵敏可能导致漏报警）选元器件：合理在监测范围！温度漂移！时间漂移！失效分析经典案例－电梯控制板失效电梯又例中国赛宝实验室可靠性因素的考虑„物料（元器件）9正确选用型号、规格9制造商与供应商9采购批次评价9关键元器件的筛选、可疑门类和问题型号批的筛选9可靠性相关因素的评价9…物料中国赛宝实验室－JW0－IZ失效分析的作用—合理使用工业级器件中国赛宝实验室有震动要求时，在引脚不承受DC/DC的重量的情况下使用失效分析的作用—合理使用工业级器件中国赛宝实验室失效分析的作用—合理使用工业级器件中国赛宝实验室－JW2－IY失效分析的作用—合理使用工业级器件中国赛宝实验室故障现象：样品装在主板上工作在放大电路中，在试验过程中出现故障，当样品工作1~3分钟即快速发热、锁死。失效率高达30%，多个不同产品均有此现象。直流偏置电路设计缺陷的失效直流偏置电路设计缺陷的失效G3#样品G4#样品失效分析经典案例－射频电路失效中国赛宝实验室直流状态：S直流接地G由VL42、R12、R11、R10决定。VGS－ID无反馈（直流）3V，175mA3V，375mA中国赛宝实验室改进„在电路（频率因素）可能的情况下，采用直流负反馈的方式，稳定不同跨导的管子的直流工作点。„控制跨导的范围。——通过订货规定或筛选实现失效分析经典案例－射频电路失效中国赛宝实验室负载+24VDC31230#+5VDC-15VDC+15VDC50%负载+24VDC31229#+5V锯齿波-30V锯齿波+30V锯齿波空载+24VDC31230#+5V锯齿波-30V锯齿波+30V锯齿波空载+24VDC31229#+5V输出-15V输出+15V输出负载输入电压样品编号故障现象：样品装在主机上工作，工作一周后，出现过三次+5VDC电源输出端输出电压偏低现象（低于4.73V）。但离线检测一周均未见异常。测试说明了：空载时±15V不受控；有负载后，空载时±15V才受控DC/DC输出电流小→输出电压异常失效分析经典案例－dc/dc小电流输出失效中国赛宝实验室失效分析经典案例－dc/dc小电流输出失效DC/DC输出电流小→输出电压异常中国赛宝实验室备注：表中负载电流在0.01A~0.25A时所对应+5VDC端输出电压均为异常波形（锯齿波）5.04V5.05V5.06V+24V30#5.00V5.00A5.01V4.00A5.02V2.00A+24V29#5.08V5.10V4.87V+24V30#5.03V1.00A5.05V0.304.75V0.25A+24V29#4.72V4.79V4.83V+24V30#4.60V0.20A4.68V0.15A4.72V0.13A+24V29#4.89V5.02V5.22V+24V30#4.79V0.10A4.93V0.05A5.13V0.01A+24V29#+5VDC端输出电压负载电流+5VDC端输出电压负载电流+5VDC端输出电压负载电流输入电压模块编号失效分析经典案例－dc/dc小电流输出失效中国赛宝实验室失效分析经典案例－dc/dc小电流输出失效DC/DC输出电流小→输出电压异常中国赛宝实验室反馈端电容器（空）失效分析经典案例－dc/dc小电流输出失效DC/DC输出电流小→输出电压异常中国赛宝实验室时，输出电压异常（偏小