在韓國首爾，三星電子無線事業(yè)部總裁高東真在新聞發(fā)布會上鞠躬。三星電子公司23日上午在韓國首爾召開新聞發(fā)布會，與三家獨(dú)立調(diào)查機(jī)構(gòu)聯(lián)合公布三星智能手機(jī)蓋樂世Note7燃損事件調(diào)查結(jié)果，表示燃損原因在電池。

對于軟硬件開發(fā)人員來說，手機(jī)正在成為一個(gè)吞噬一切的黑洞。手機(jī)技術(shù)突破性創(chuàng)新降低至零附近時(shí)，增加功能與更改外觀就成為了手機(jī)產(chǎn)品經(jīng)理的主要任務(wù)。不管需不需要的功能都往里塞，系統(tǒng)越來越龐大;對外觀無條件妥協(xié)，工業(yè)設(shè)計(jì)日趨輕薄和異形化。產(chǎn)品經(jīng)理們大概忘了，手機(jī)是一個(gè)電子產(chǎn)品，對空間、材料特性有基本要求，開發(fā)人員也是人，在開發(fā)時(shí)間不變甚至被不斷壓縮的情況下不斷增加功能，只能把開發(fā)設(shè)計(jì)的風(fēng)險(xiǎn)不斷加大，三星Galaxy Note 7出問題，從公司運(yùn)營層面來講，以上的原因是根本原因。

設(shè)計(jì)臨時(shí)更改、供應(yīng)商不靠譜、甚至埋怨友商，都只是借口。

至于Note 7爆炸之后三星的應(yīng)對，已經(jīng)不想再做評論，想說的在2016年9月份第一次禁售時(shí)已經(jīng)說完，雖然沒有預(yù)料到三星應(yīng)對水平如此出格，但聊以自慰的是當(dāng)時(shí)宣判了Note 7的死刑，此后事態(tài)的發(fā)展證明了我的預(yù)測，甚至比我預(yù)測的還要好。當(dāng)然，所謂“好”是對我的預(yù)測而言，對三星來說自然是一場不大不小的災(zāi)難。

作為一家對讀者負(fù)責(zé)的行業(yè)媒體，僅顯擺預(yù)測正確的結(jié)果是不夠的，能夠追根溯源，將整個(gè)爆炸事件在技術(shù)層面上厘清本末才是行業(yè)媒體存在的價(jià)值。自爆炸事件被媒體曝光后到現(xiàn)在，我一直在關(guān)注三星Note 7事件的進(jìn)展，并與多位行業(yè)人士交流，這次更邀請到多家電源芯片廠商，請其從第三方立場出發(fā)，對三星Note 7電池爆炸原因進(jìn)行剝絲抽繭的分析，并對電源安全設(shè)計(jì)理念進(jìn)行全面梳理，一定會比三星自己公布的內(nèi)容要更豐富翔實(shí)。

Note7爆炸的可能原因

Note 7 爆炸后，三星第一時(shí)間給出的解釋是SDI生產(chǎn)的電池有問題，更換電池以后可以解決該問題,但隨后國行Note 7 也發(fā)生了爆炸，國行Note 7三星采用另外一家供應(yīng)商ATL生產(chǎn)的電池。雖然也不能排除ATL與SDI生產(chǎn)的電池同時(shí)出現(xiàn)了安全問題，但只查電池解決不了電源系統(tǒng)安全問題。

“首先檢查電池本身的設(shè)計(jì)，我相信三星肯定采取了保護(hù)措施來防止快速充電造成的過熱問題，”Intersil移動電源產(chǎn)品部市場營銷與應(yīng)用總監(jiān)魏佳分析，“但如果問題處在電池內(nèi)部，那么任何外部保護(hù)都是徒勞。”

魏佳表示，Note 7 實(shí)現(xiàn)快速充電的系統(tǒng)設(shè)計(jì)可能存在安全隱患。“其次檢查用于Note 7 上實(shí)現(xiàn)快速充電的三個(gè)協(xié)同充電器之間的交互。多個(gè)充電器的系統(tǒng)工作比較復(fù)雜，如果設(shè)計(jì)不當(dāng)，可能會出現(xiàn)事先考慮不到的極端情況。”魏佳進(jìn)一步指出，Note 7的三個(gè)充電器來自三個(gè)不同的廠家，這使風(fēng)險(xiǎn)成倍增加。

力生美(Lii Semiconductor)半導(dǎo)體創(chuàng)始人兼技術(shù)總監(jiān)林新春表示，部分廠家為了迎合消費(fèi)者，把產(chǎn)品設(shè)計(jì)的重點(diǎn)放在外觀上，“完全不考慮電氣結(jié)構(gòu)的合理性，甚至無視安規(guī)要求，以電源板能裝進(jìn)美觀的外殼中為唯一目的，導(dǎo)致產(chǎn)品喪失最基本的安全防護(hù)能力。”

關(guān)于Note 7 手機(jī)爆炸的原因，林新春建議從四個(gè)方面去查找根本原因，即電池結(jié)構(gòu)是否存在缺陷，近期和遠(yuǎn)期是否存在變化的可能;電池保護(hù)系統(tǒng)是否存在缺陷，保護(hù)系統(tǒng)是否獨(dú)立運(yùn)行;充電系統(tǒng)是否存在缺陷，異常狀況出現(xiàn)時(shí)能否安全脫開;機(jī)械結(jié)構(gòu)是否牢固，長時(shí)間使用后是否會出現(xiàn)結(jié)構(gòu)性改變從而傷害到電池。

凌力爾特(Linear Technology)電源產(chǎn)品部產(chǎn)品市場總監(jiān)Tony Armstrong表達(dá)了對現(xiàn)行開發(fā)流程的擔(dān)心。他認(rèn)為，系統(tǒng)復(fù)雜度的提升與開發(fā)周期的減少導(dǎo)致電源設(shè)計(jì)經(jīng)常被放在次要位置，這有點(diǎn)本末倒置，電源部分在產(chǎn)品開發(fā)中的重要性怎么強(qiáng)調(diào)都不過分。

除了手機(jī)，如今便攜式產(chǎn)品越來越多，在電池技術(shù)沒有突破性進(jìn)展時(shí)，增加續(xù)航時(shí)間往往意味著使用更大容量的電池，這對設(shè)計(jì)工程師提出了非常嚴(yán)峻的考驗(yàn)，安森美半導(dǎo)體中國區(qū)應(yīng)用工程總監(jiān)吳志民列舉了低瓦數(shù)電源經(jīng)常遇到的安全問題：沒有足夠的散熱空間導(dǎo)致過溫;爬電距離不夠安全;PCB走線間距過近，在制造中容易短路;選擇過小的輸出電容以符合尺寸限制，從而犧牲長期可靠性。

散熱

多數(shù)受訪廠商都表示，短路、過壓與散熱不佳是引起電池起火或爆炸的主要原因，因?yàn)殇囯姵仄鸹鸬母驹蚓褪嵌虝r(shí)間內(nèi)大量熱量無法散出，導(dǎo)致電池周圍溫度快速上升，當(dāng)溫度超過其承受范圍后，鋰電池很容易起火爆炸。

鋰電池溫度特性

解決電池散熱問題需要從兩個(gè)層面入手，一個(gè)是芯片與電池等元器件層面，一個(gè)是硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)層面。

吳志民表示，提高芯片層面的散熱性能有兩個(gè)方向。第一，采用具備更好熱電阻特性的新封裝;第二，以更低的品質(zhì)因數(shù)(FOM)的半導(dǎo)體新工藝生產(chǎn)功率器件。

以晶體管外殼無引腳封裝(Transistor Outline Leadless，簡稱TOLL)為例，其屬于STM封裝，封裝熱電阻極低。相比傳統(tǒng)的D2PAK(Double Decawatt Package)封裝，TOLL封裝的面積越小30%，高度只有D2PAK的一半左右，一個(gè)典型的40V/0.65mΩ的器件采用TOLL封裝，熱阻僅為0.35℃/W，該器件可以工作在300A電流下。在新工藝方面，安森美的碳化硅器件比傳統(tǒng)硅器件的散熱性能更好，具備極低的導(dǎo)通損耗和開關(guān)損耗，沒有二極管反向恢復(fù)電流，因此可以在較高的溫度條件下工作。

東芝電子(中國)有限公司技術(shù)部副高級經(jīng)理屈興國告訴與非網(wǎng)記者，東芝的產(chǎn)品通過采用新的芯片設(shè)計(jì)和雙面散熱型封裝設(shè)計(jì)，達(dá)到了更好的散熱效果。

魏佳也認(rèn)為，解決散熱最有效的方法是采用功率轉(zhuǎn)換效率高、功率損耗小的解決方案。利用高性能半導(dǎo)體工藝(例如0.13um BCD工藝)和更高性能的終端產(chǎn)品拓?fù)浼軜?gòu)(例如降壓-升壓充電器)，Intersil在不斷提升其電源產(chǎn)品的功率轉(zhuǎn)換效率。

凌力爾特的Tony Armstrong則給出了更多的板級設(shè)計(jì)散熱經(jīng)驗(yàn)。他指出，好的PCB布局設(shè)計(jì)能夠優(yōu)化電源效率，降低散熱壓力，還能減少信號之間的干擾。對于沒有散熱片的功率MOSFET與電感，鋪銅面積要夠大才能滿足散熱要求;對于整板的直流電壓節(jié)點(diǎn)(例如輸入、輸出電壓，電源或地平面)，也是連接線越粗，銅皮面積越大越好，多打過孔也有利于散熱。對于高電壓轉(zhuǎn)換(dv/dt)節(jié)點(diǎn)，鋪多大面積的銅需要在降低開關(guān)噪聲與提供良好的散熱性之間進(jìn)行權(quán)衡。(編者注：鋪銅面積大則高速開關(guān)噪聲影響范圍變大，鋪銅面積小則散熱性不佳)Tony還特別強(qiáng)調(diào)，控制電路應(yīng)該遠(yuǎn)離開關(guān)噪聲強(qiáng)的區(qū)域，以免受到影響。

大功率模塊與車載電源安全

相比小功率模塊，大功率模塊和產(chǎn)品由于電壓高、電流大，所以一旦安全設(shè)計(jì)上有風(fēng)險(xiǎn)，出問題時(shí)造成的損失一般也更大。

Tony Armstrong認(rèn)為，大功率模塊的安全設(shè)計(jì)規(guī)則與小功率模塊類似，但由于大功率器件的電壓、功率更高，所以在高電壓(例如高于100V)設(shè)計(jì)中需要更多的設(shè)計(jì)規(guī)則以保證系統(tǒng)安全。他給出了三點(diǎn)建議：最小化高電壓端副邊繞組磁性器件的面積;為所有高壓節(jié)點(diǎn)(例如MOSFET漏極、輸出電壓、變壓器副邊繞組)留足間隔，以滿足系統(tǒng)對擊穿電壓的要求;最小化電容、變壓器原邊及MOSFET漏極回路路徑，回路路徑越長，漏電感越大，MOSFET漏極上出現(xiàn)過壓的可能性就越高。

高溫是大功率模塊常面臨的問題之一。林新春表示，受限于轉(zhuǎn)換效率，大功率模塊系統(tǒng)在工作中必然產(chǎn)生一定的損耗，從而產(chǎn)生顯著的溫升，而模塊中各器件并非平均地承載這些溫升，因此極易存在較大的不平衡性，部分損耗較大的元件也容易達(dá)到較高的溫度，若系統(tǒng)處理不合理或者在使用過程中散熱措施意外失效，將導(dǎo)致嚴(yán)重的過熱發(fā)生，從而帶來安全問題。因此系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)充分考慮溫升狀況，設(shè)置必要且充足的散熱措施，同時(shí)應(yīng)充分考慮散熱措施失效時(shí)系統(tǒng)的安全狀況，確保異常情況下不會發(fā)生嚴(yán)重的安全事故。

隨著新能源車的增多，電池安全也不再只是手機(jī)等便攜式設(shè)備的問題。安森美的吳志民指出，汽車電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)工程師應(yīng)該留出更多的設(shè)計(jì)余量，考慮更壞的應(yīng)用狀況，在散熱設(shè)計(jì)與過應(yīng)力保護(hù)方面增加更多的措施，才能確保系統(tǒng)的安全運(yùn)行。安森美的大功率IGBT、MOSFET、碳化硅等器件車載功率器件增強(qiáng)了安全工作區(qū)(SOA)、浪涌電流承受能力和雪崩能量，非常適合汽車應(yīng)用的關(guān)鍵要求。

電池

本專題邀請了有電池業(yè)務(wù)的日本松下及瑞薩公司參與，但瑞薩公司拒絕了采訪邀請，而松下公司對采訪邀請沒有回應(yīng)。

松下電器機(jī)電(中國)總經(jīng)理殷志明在2016年接受與非網(wǎng)記者采訪時(shí)曾表示，現(xiàn)在鋰電池容量提升的極限為3%至5%左右。在沒有突破性新技術(shù)出現(xiàn)時(shí)，增大電池容量就意味著增大電池體積，假如整個(gè)產(chǎn)品的體積不變(甚至由于產(chǎn)品經(jīng)理的壓力而減小)，那么其他部件的體積就要被壓縮，這是引發(fā)很多電源系統(tǒng)安全隱患根本原因。

特斯拉提供的電池能量增加與成本降低曲線

林新春表示，主要采用電池供電的設(shè)備傾向于走向兩個(gè)極端，要么產(chǎn)品體積越來越大，要么產(chǎn)品體積越來越小?？纱┐髟O(shè)備等便攜設(shè)備由于應(yīng)用需求，體積越做越小，基本只采用單芯電池，即便電池占用最大的空間，體積也有限，所以對電池的能量密度要求非常高;大設(shè)備(例如電動汽車、電動工具)由于體積空間足夠，多采用多節(jié)電池的高電壓系統(tǒng)，以特斯拉為例，一輛車上裝有7000多節(jié)18650電池，所以對整個(gè)系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)提出了更多的要求。

據(jù)TE中國汽車事業(yè)部新能源經(jīng)理王淵解釋，純電動車工作電壓高達(dá)800V至900V，工作電流在200至300安培左右。電動車對于電池系統(tǒng)的可靠性要求非常高，需要在連接保護(hù)和狀態(tài)監(jiān)控方面做到充分的工作才能夠保障電動車的安全。以電芯連接為例，電池包本身是高壓模塊，而電池狀態(tài)信息傳輸是低壓信號，“模塊與模塊之間有高電流傳輸，線束有高壓和低壓，電池包的連接方案實(shí)際上非常復(fù)雜。”

應(yīng)對之道

電源系統(tǒng)安全與否關(guān)系到整個(gè)產(chǎn)品是否安全，三星Note 7爆炸事件給所有電子行業(yè)產(chǎn)業(yè)人士敲響了警鐘，電源芯片廠商如何看待將來的電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)發(fā)展趨勢呢?

林新春表示，芯片級的主動安全防御技術(shù)將大大提高系統(tǒng)的安全性。他指出，主動安全防御具有如下特點(diǎn)：充電過程中電流和電壓的精確匹配，盡量減小充電轉(zhuǎn)化以外的損耗;采用主動功率監(jiān)控措施，進(jìn)行動態(tài)的實(shí)時(shí)功率通訊和判斷，在功率傳輸和充電異常時(shí)可即時(shí)降低充電功率或終止充電;配合系統(tǒng)級的電壓、電流與溫度監(jiān)控等措施，可以在被動與主動兩個(gè)角度來提高系統(tǒng)的電源安全等級。

ROHM半導(dǎo)體(上海)設(shè)計(jì)中心高級經(jīng)理周勁表示，為提高整個(gè)電源系統(tǒng)的可靠性，提高電源本身的平均無故障時(shí)間，要求電源管理芯片邏輯嚴(yán)密，電路簡單。在實(shí)際使用中，把直流穩(wěn)壓器的輸入輸出限定在芯片所給定的技術(shù)指標(biāo)內(nèi)，在所要求的工作溫度范圍內(nèi)正確使用也能進(jìn)一步確保開關(guān)電源的正常工作與高可靠性。

智能化提高電源解決方案安全性的一種途徑。“現(xiàn)代半導(dǎo)體技術(shù)能夠監(jiān)測多個(gè)參數(shù)并內(nèi)置保護(hù)方案，挑戰(zhàn)始終在于如何平衡成本與功能(智能)，”魏佳認(rèn)為，消費(fèi)者總是希望用上價(jià)格越低功能越高的產(chǎn)品，OEM廠商要根據(jù)自己的標(biāo)準(zhǔn)來選擇折中方案，“而消費(fèi)者則用其錢包投票，正如老話所說：一分錢一分貨。”

三星Note 7 爆炸原因如何已經(jīng)不重要，重要的是電子行業(yè)從業(yè)者能否從Note 7 爆炸事件中汲取足夠的教訓(xùn)。對于三星這樣級別的公司，技術(shù)問題出在何處并不難查出，也不難在操作流程上加上幾條以示杜絕Note 7 事件重演的決心。但外觀設(shè)計(jì)與系統(tǒng)安全孰重孰輕，留足開發(fā)時(shí)間以最大限度降低次品率好還是趕上市窗口期而匆忙召回好，才是三星等需要好好思考的問題。