车载倒车影像DC/DC电源芯片故障原因分析

李红高

（苏州华碧微科检测技术有限公司，江苏苏州，215000）

1 故障现象

某整车制造企业采购的一批车载倒车影像仪在整车调试阶段、出厂不久后变发生故障，表现为没有倒车画面、图像抖动等故障现象。

2 故障分析过程

■2.1 失效定位分析

拆解该倒车影像仪，对电路板外观检查未发现存在元器件烧毁等现象，对其电路板安装状态分析，发现的金属屏蔽罩材质比较柔软，且其距附近的元件带电部位很近，当其处于车载振动状态，金属屏蔽罩与带电部位会存在接触短路存在高压击穿芯片的隐患，拆解图片如图1所示。

图1 拆解后内部观察图片

■2.2 电学定位分析

失效定位分析发现倒车影像的DC/DC电源芯片输出端存在异常。

图2 U5周围电路图

如图2所示，DC/DC电源芯片（以下简称U5芯片）正常情况下，输入端电压电流为12VDC，30mA。分析当发现故障芯片输入端电压为4～5VDC,电流快速上升至200～400mA, 用手触摸芯片表面可以感觉到明显发热。

正常情况下U5芯片输出频率约500kHz脉宽调制信号，幅度约为3.3V。测试不良品U5芯片输出端（第6引脚）的信号，电压幅值为2V左右，频率不稳定，在146.6kHz～359.7kHz不等。

由于故障电路有二种工作方式，如下所述。

RVC on 连接到BCM 发出的倒车信号上（只有挂倒挡是才有信号输出），有两种状态，

（1）直流电平（电压幅度参考车身电源电压）。--发动机未启动

（2）PWM 波，频率100Hz， 80%占空比，（电压幅度参考车身电源电压）。--发动机启动

图3 上、断电瞬间输出端信号测试

故本次分析，用模似汽车发动机启动产生的脉冲(PWM波,频率100Hz,80%占空比,幅度12V),输入到RVC on端。测量上电和断电时瞬间产生的峰值脉冲，测量如下：

测量结果表明，脉冲(PWM 波,频率100Hz,80%占空比,幅度12V),输入到RVC on端能使电路正常工作，但上电瞬间输出端交流电压存在尖峰电压。如图3所示。

■2.3 U5芯片引脚I/V特性测试

借助晶体管图示仪，通过比对良品与不良品各引脚对地之间的伏安特性曲线，测试发现不良品第三脚对地存在反向击穿现象。测试图片如图4所示。

图4 Pin3—GND 测试 I/V 曲线

■2.4 芯片外观检查

对U5芯片进行外观检检查，未发现存在明显机械损伤以及热损伤痕迹。

■2.5 芯片无损检查

借助X-Ray透视系统分析晶片内部形貌，未发现U5芯片内部存在键合线断裂、晶片破裂、芯片内部焊点缺陷等异常现象[1]，如图6所示。另外观察到该器件内的晶片在器件的腹部位置，紧贴电路板。

超声检测是复合材料缺陷检测中应用最为广泛的无损检测技术，主要用于探测材料内部宏观缺陷，对缺陷的性质、位置、尺寸、深度进行定性定量分析[2]，本次参考IPC-JEDEC J-STD-035分析方法，借助超声波扫描显微镜进行无损探伤补充分析，通过C模式扫描[3]和T模式扫描，分析良品和不良品（共5颗）的U5芯片内部形貌，未发现被测样品内部存在分层等缺陷，如图7-9所示。

■2.6 开封试验后内部显微观察

由于前面X-Ray透视分析发现器件内的腹部位置，紧贴电路板。普通的化学试剂腐蚀封装材料的开封方式极容易导致过腐蚀导致键合线腐蚀，内部结构散架。于是我们选择过激光局部开封方法，将U5芯片外部的塑封材料去除后，露出内部的晶片以及键合线。内部检查未发现不良品U5芯片存在局部烧结、键合线开路等异常现象。

图5 U5芯片外观

图6 X—ray透视图

图7 C模式扫描图片

图8 C模式扫描图片波形分析图片

图9 T模式扫描图片

■2.7 微光显微镜（EMMI）分析

为定位芯片内部的失效位置，将芯片去封装后，通过正面打孔或背面打孔方式露出芯片，利用红外微光显微镜（EMMI[4]）及砷化镓铟微光显微镜[5]（InGaAs）等微光显微镜初步定芯片的失效位置。受到静放电失效的电路存在漏电、击穿或载流子效应，给失效芯片通电后会有光子从失效点发射出来，而微光显微镜通过一系列光学原理能检测到这些光子，呈现发光像,但其不能探测到诸如- 欧姆接触；金属互联短路；表面反型层[6]；硅导电通路等故障。由于该U5芯片为SOP封装，器件内部的晶片紧贴电路板，无法通过在板上通电情况下借助的微光显微镜进行直接方法，本文采用了一种快速便捷的一种分析方法，将镭射光束局部开封后的样品引脚，通过手工焊接线束的方法连接原电路板上的焊盘，从而实现在局部开封后，仍然能通过连接其外围电路。从而能更准确的分析在其正常工况下的失效情况。通过将良品与不良品进行比对分析，未发现明显异常如图10-11所示。

图10 镭射光束开封后芯片与外围电路相连

图11 EMMI 分析照片

■2.8 晶片集成电路剥层分析

对2#以及4#样品进行剥层分析[7]，显微观察发现该晶片存在3层金属层。抽取2个不良品进行剥层分析发现被测样品晶片分别在第1层金属（metal 1）以及第2层金属（metal 2）存在烧伤痕迹。如图12所示。

■2.9 综合分析

不良品U5芯片PIN3对地存在反向击穿现象，通过上述失效点定位，发现不良品晶片内部不同金属层存在过电烧毁物证。此现象应为在异常工况下，输出端L1与L2之间的尖峰电压损伤所致。

在汽车发动机发动之后，输出电压干扰较大，BCM(车身控制器)发出的倒车信号不是纯直流供电，而是叠加了一个脉冲信号在上面，这是一个类似方波的信号。本产品中的RVC on线（电源使能线）直接在倒车灯上，因为这车灯信号工作电压极不稳定，导致摄像头工作不正常，输出的视频信号也不正常，在显示屏上看到图像抖动、横条纹干扰、不切换倒车画面，甚至烧毁摄像机。

图12 剥层分析照片

3 改进建议

具体解决方案：在摄像机与电瓶之间增加：无源滤波器+隔离继电器。

（1）滤波器的作用：在汽车发电机供电的情况下，电源系统中有很高的脉冲电流，随着不同用电设备的启用或关闭，在各个负载中的脉冲电流也相应变化。无源滤波器所起的作用是由R1 、C1 和L1、C2、C3组成的二级无源低通滤波器[8]～[10]，它能够将汽车供电系统中的瞬态干扰信号和BCM(车身控制器)输出的脉冲信号大幅度衰减或完全滤除，并能阻止汽车用电设备内部电路设计中产生的干扰噪声通过电源线反串入汽车供电系统中，污染车灯等其他的电源供电环境。

（2）隔离继电器K1的作用：当BCM(车身控制器)输出的脉冲供电至继电器，致使K1动作闭合。电瓶12V电源通过常开触点，然后经过二级滤波，结果使摄像机的供电和RVC on线（电源使能线）不从这倒车脉冲信号上取电，而是直接从蓄电池取电。摄像机与倒车脉冲信号形成的隔离，达到消除脉冲干扰的作用。

（3）详细电路如图13所示。

图13