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功率半导体器件的发展促成了开关型电源的出现。凭借开关电源自身的诸多优点,开关型电源一经出现便很快的取代了线性电源,而且发展迅猛。现代开关电源己广泛应用于航空航天、汽车、通信以及消费类电子。当前开关电源发展的一个主要方向就是模块化--用混合微电子组装技术实现开关电源的轻便和小体积。由于应用领域的广泛延伸,模块开关电源的可靠性引起了人们的重视。
本文对模块开关电源在功率级层面进行可靠性研究。研究内容涉及:开关电源中功率器件VDMOS和SBD的可靠性预计方法,CETRM法的更进一步应用以及在高频大功率器件中的推广应用,SBD和VDMOS在开关电源混合集成电路应用条件下的失效和退化分析,功率器件的功耗分析。
CETRM理论模型与传统加速寿命模型相比具有试验效率高所需样品少等优点。因此本文以CETRM理论模型为基础,设计了一套针对模块开关电源中的功率器件进行可靠性评价和寿命预计的试验方案。该方案可保证对功率器件施加电应力的同时,对功率器件单独施加温度应力。试验中监测了VDMOS的跨导、阈值电压和通态电阻,SBD的正向电流、正向电压和反向漏电流。利用CETRM理论模型根据参数退化趋势确定失效敏感参数,对失效机理一致性进行了分析,计算器件失效激活能和寿命。
由于CETRM方法对试验温度的准确性的要求较高,因此文中给出了对加速寿命试验进行温度修正的一整套方案。对加速寿命试验的寿命数据进行处理,给出可靠度失效率等可靠性指标,是可靠性评价的重要一环。因此,文中给出对寿命数据进行处理的详细流程,依此流程对试验得到的功率器件的寿命数据进行了处理,计算得到了可靠度和失效率,为开关电源整体可靠性评价提供了依据。
在完成了加速寿命试验后,对试验中器件的失效机理和退化机理进行了分析,给出了器件的主要失效模式和失效原因。
在加速寿命试验中,随着对功率器件施加的温度应力的增加,开关电源的效率逐渐下降。文章最后在功率层面对这一现象进行了分析,研究了功率器件的各主要参数的温度特性对开关电源功耗的影响,给出了开关电源效率下降的主要原因。