車載倒車影像DC/DC電源芯片故障原因分析

李紅高

（蘇州華碧微科檢測技術有限公司，江蘇蘇州，215000）

1 故障現象

某整車制造企業采購的一批車載倒車影像儀在整車調試階段、出廠不久后變發生故障，表現為沒有倒車畫面、圖像抖動等故障現象。

2 故障分析過程

■2.1 失效定位分析

拆解該倒車影像儀，對電路板外觀檢查未發現存在元器件燒毀等現象，對其電路板安裝狀態分析，發現的金屬屏蔽罩材質比較柔軟，且其距附近的元件帶電部位很近，當其處于車載振動狀態，金屬屏蔽罩與帶電部位會存在接觸短路存在高壓擊穿芯片的隱患，拆解圖片如圖1所示。

圖1 拆解后內部觀察圖片

■2.2 電學定位分析

失效定位分析發現倒車影像的DC/DC電源芯片輸出端存在異常。

圖2 U5周圍電路圖

如圖2所示，DC/DC電源芯片（以下簡稱U5芯片）正常情況下，輸入端電壓電流為12VDC，30mA。分析當發現故障芯片輸入端電壓為4～5VDC,電流快速上升至200～400mA, 用手觸摸芯片表面可以感覺到明顯發熱。

正常情況下U5芯片輸出頻率約500kHz脈寬調制信號，幅度約為3.3V。測試不良品U5芯片輸出端（第6引腳）的信號，電壓幅值為2V左右，頻率不穩定，在146.6kHz～359.7kHz不等。

由于故障電路有二種工作方式，如下所述。

RVC on 連接到BCM 發出的倒車信號上（只有掛倒擋是才有信號輸出），有兩種狀態，

（1）直流電平（電壓幅度參考車身電源電壓）。--發動機未啟動

（2）PWM 波，頻率100Hz， 80%占空比，（電壓幅度參考車身電源電壓）。--發動機啟動

圖3 上、斷電瞬間輸出端信號測試

故本次分析，用模似汽車發動機啟動產生的脈沖(PWM波,頻率100Hz,80%占空比,幅度12V),輸入到RVC on端。測量上電和斷電時瞬間產生的峰值脈沖，測量如下：

測量結果表明，脈沖(PWM 波,頻率100Hz,80%占空比,幅度12V),輸入到RVC on端能使電路正常工作，但上電瞬間輸出端交流電壓存在尖峰電壓。如圖3所示。

■2.3 U5芯片引腳I/V特性測試

借助晶體管圖示儀，通過比對良品與不良品各引腳對地之間的伏安特性曲線，測試發現不良品第三腳對地存在反向擊穿現象。測試圖片如圖4所示。

圖4 Pin3—GND 測試 I/V 曲線

■2.4 芯片外觀檢查

對U5芯片進行外觀檢檢查，未發現存在明顯機械損傷以及熱損傷痕跡。

■2.5 芯片無損檢查

借助X-Ray透視系統分析晶片內部形貌，未發現U5芯片內部存在鍵合線斷裂、晶片破裂、芯片內部焊點缺陷等異?，F象[1]，如圖6所示。另外觀察到該器件內的晶片在器件的腹部位置，緊貼電路板。

超聲檢測是復合材料缺陷檢測中應用最為廣泛的無損檢測技術，主要用于探測材料內部宏觀缺陷，對缺陷的性質、位置、尺寸、深度進行定性定量分析[2]，本次參考IPC-JEDEC J-STD-035分析方法，借助超聲波掃描顯微鏡進行無損探傷補充分析，通過C模式掃描[3]和T模式掃描，分析良品和不良品（共5顆）的U5芯片內部形貌，未發現被測樣品內部存在分層等缺陷，如圖7-9所示。

■2.6 開封試驗后內部顯微觀察

由于前面X-Ray透視分析發現器件內的腹部位置，緊貼電路板。普通的化學試劑腐蝕封裝材料的開封方式極容易導致過腐蝕導致鍵合線腐蝕，內部結構散架。于是我們選擇過激光局部開封方法，將U5芯片外部的塑封材料去除后，露出內部的晶片以及鍵合線。內部檢查未發現不良品U5芯片存在局部燒結、鍵合線開路等異常現象。

圖5 U5芯片外觀

圖6 X—ray透視圖

圖7 C模式掃描圖片

圖8 C模式掃描圖片波形分析圖片

圖9 T模式掃描圖片

■2.7 微光顯微鏡（EMMI）分析

為定位芯片內部的失效位置，將芯片去封裝后，通過正面打孔或背面打孔方式露出芯片，利用紅外微光顯微鏡（EMMI[4]）及砷化鎵銦微光顯微鏡[5]（InGaAs）等微光顯微鏡初步定芯片的失效位置。受到靜放電失效的電路存在漏電、擊穿或載流子效應，給失效芯片通電后會有光子從失效點發射出來，而微光顯微鏡通過一系列光學原理能檢測到這些光子，呈現發光像,但其不能探測到諸如- 歐姆接觸；金屬互聯短路；表面反型層[6]；硅導電通路等故障。由于該U5芯片為SOP封裝，器件內部的晶片緊貼電路板，無法通過在板上通電情況下借助的微光顯微鏡進行直接方法，本文采用了一種快速便捷的一種分析方法，將鐳射光束局部開封后的樣品引腳，通過手工焊接線束的方法連接原電路板上的焊盤，從而實現在局部開封后，仍然能通過連接其外圍電路。從而能更準確的分析在其正常工況下的失效情況。通過將良品與不良品進行比對分析，未發現明顯異常如圖10-11所示。

圖10 鐳射光束開封后芯片與外圍電路相連

圖11 EMMI 分析照片

■2.8 晶片集成電路剝層分析

對2#以及4#樣品進行剝層分析[7]，顯微觀察發現該晶片存在3層金屬層。抽取2個不良品進行剝層分析發現被測樣品晶片分別在第1層金屬（metal 1）以及第2層金屬（metal 2）存在燒傷痕跡。如圖12所示。

■2.9 綜合分析

不良品U5芯片PIN3對地存在反向擊穿現象，通過上述失效點定位，發現不良品晶片內部不同金屬層存在過電燒毀物證。此現象應為在異常工況下，輸出端L1與L2之間的尖峰電壓損傷所致。

在汽車發動機發動之后，輸出電壓干擾較大，BCM(車身控制器)發出的倒車信號不是純直流供電，而是疊加了一個脈沖信號在上面，這是一個類似方波的信號。本產品中的RVC on線（電源使能線）直接在倒車燈上，因為這車燈信號工作電壓極不穩定，導致攝像頭工作不正常，輸出的視頻信號也不正常，在顯示屏上看到圖像抖動、橫條紋干擾、不切換倒車畫面，甚至燒毀攝像機。

圖12 剝層分析照片

3 改進建議

具體解決方案：在攝像機與電瓶之間增加：無源濾波器+隔離繼電器。

（1）濾波器的作用：在汽車發電機供電的情況下，電源系統中有很高的脈沖電流，隨著不同用電設備的啟用或關閉，在各個負載中的脈沖電流也相應變化。無源濾波器所起的作用是由R1 、C1 和L1、C2、C3組成的二級無源低通濾波器[8]～[10]，它能夠將汽車供電系統中的瞬態干擾信號和BCM(車身控制器)輸出的脈沖信號大幅度衰減或完全濾除，并能阻止汽車用電設備內部電路設計中產生的干擾噪聲通過電源線反串入汽車供電系統中，污染車燈等其他的電源供電環境。

（2）隔離繼電器K1的作用：當BCM(車身控制器)輸出的脈沖供電至繼電器，致使K1動作閉合。電瓶12V電源通過常開觸點，然后經過二級濾波，結果使攝像機的供電和RVC on線（電源使能線）不從這倒車脈沖信號上取電，而是直接從蓄電池取電。攝像機與倒車脈沖信號形成的隔離，達到消除脈沖干擾的作用。

（3）詳細電路如圖13所示。

圖13