模擬電子
返回首頁

如何進行GaN的可靠性測試?

2020-12-07 來源:EEWORLD

GaN晶體管提高了電源系統性能,同時又降低了組件成本。但是,作為一項相對嶄新的技術,我們將如何評估其質量和可靠性?


GaN Systems首席執行官Jim Witham回答了此問題。JEDEC此前所做的以硅晶體管為基礎的測試標準,對于GaN,材料不同,因此失效模式和機理也不同。


Witham指出,在JEDEC和AEC-Q下測試GaN的準則是GaN行業研究的工作的一部分。他說道:“這項分析的結果是,影響電子系統壽命的任務配置正在改變。例如,對于需要> 30000小時壽命的HEV / EV車載充電器,相比8000小時使用壽命的汽油車的標準已大大增加,幾乎增長了4倍。”


從行業普遍方法說開


GaN領域正在試圖證明GaN解決方案至少具有與硅MOSFET相同的預期壽命,理想情況下具有更好的壽命。半導體行業和JEDEC JC-70委員會正努力為GaN和SiC器件定義一系列測試、條件和通過/失敗標準,以確保系統可靠性并加速市場發展。Witham補充說,該行業協會正在努力克服差異化,因為不同技術的供應商會產生偏差,此外供應商具有不同的商業利益——一些擁有硅和GaN,一些只有GaN,還有一些供應商包括硅,SiC和GaN。


“我認為關鍵要素之一是產品開發周期。我們首先要做的是設計產品,其次是資格鑒定,我們會在一段時間內對產品施加高電壓,高溫,高濕度和高頻等特性。進行資格測試以確保半導體器件在任何時刻都可以按設計指標工作。接下來,我們對產品進行故障測試以表明所有故障模式都可以充分解讀。然后,關鍵是確保將此信息貫徹在產品開發周期中。了解故障模式,重新設計,延長使用壽命的整個過程非常關鍵。我們最終證明了GaN Systems晶體管的壽命與最佳的硅功率晶體管的壽命相同或更好。” Witham說。


Witham指出,目前仍然存在一些挑戰,失效機制可能因供應商而異,一些供應商可能沒有正確的知識。對于了解故障機制的其他人,這些公司可以將其失效機制與測試和設計相關聯,以確保GaN晶體管的使用長壽命以及整個系統的可靠。


在JC-70的努力的同時,GaN Systems與一些汽車和工業客戶進行了合作,以制定戰略合作和鑒定程序,確保GaN Systems器件的可靠性和耐用性。該策略的關鍵要素可以概括為器件故障模式,晶體管設計,測試設計和制造過程。


Witham還補充說:“合作的結果包括將JEDEC標準和AEC-Q101測試用作基準,以及針對材料和失效模式方面的硅和GaN之間差異化的其他測試方法。使用FMEA和測試直到失敗的方法來識別測量結果,并且所有測試都是針對外部和內部失敗模式進行的。我們稱這些程序為增強型JEDEC和AutoQual +測試。”


經過適當的設計后,外部機制通常是由制造過程中的錯誤(即組裝缺陷)引起的。這些外部缺陷需要通過制造商的測試來篩選出來。另一方面,內在的機理是由材料在應用中的整個使用期內的自然老化而引起的。


image.png

圖1:H3TRB測試的延長測試時間示例(來源:GaN Systems)


為了證明其堅固性和可靠性,H3TRB測試已經超出了JEDEC的要求進行了測試。 Witham說:“擴展到JEDEC的測試性能的示例如圖1所示。該圖顯示了JEDEC測試和AEC-Q101測試規范所需的5倍測試時間下的穩定性能。”


與行業專家的合作使GaN System能夠實施增強的JEDEC系統,如圖2所示。


image.png

圖2:增強型JEDEC GaN鑒定標準(來源:Gan Systems)。


對于符合汽車標準的產品,采用類似的方法,包括完成標準AEC-Q101測試,然后在增量測試中進行補充以考慮差異GaN和硅之間的關系。“資格認證使我們朝著定義和估計系統整體壽命的方向發展,”Witham強調道:“了解全生命周期需要對故障模式,故障機制,任務概況和產品設計有完整的了解。一旦了解了故障機制,就根據故障機制的加速度執行測試選擇。”


生命周期模型定義半導體組件在預定時間段內將如何根據預期表現。這些模型包括使用電壓和溫度或其他因素來使用Weibull圖表(圖3和圖4)計算加速因子,并確定特定操作條件下的時間失效(FIT)。


image.png

圖3:壽命加速因子(來源:GaN Systems)


image.png

圖4:TDSB Weibull圖示例(來源:GaN Systems)


“在GaN Systems的解決方案中,主要的故障模式是TDSB(隨時間變化的肖特基擊穿)。有趣的是,此故障測試是在較低溫度下進行的,因為這種故障機制在低溫下發生得更快。這意味著溫度越低,壽命越低。” Witham強調。


就可靠性而言,最困難的市場是汽車、工業和高可靠性軍事及航空領域。GaN Systems所做的是與各種客戶采取協作方法。“我們組成了一個團隊,為確保我們了解需要進行什么測試以及他們想看到什么,我們在團隊內部開發了測試方法。這樣我們可以確保一旦完成,客戶將從他們的角度獲得正確的結果。”Witham說。


GaN Systems晶體管的可靠性包括強大的故障模式分析,嚴格的設計以及一系列的資格和壽命測試。所有這些努力使該公司能夠為汽車、工業和航空航天應用提供強大而可靠的解決方案。

進入模擬電子查看更多內容>>
GaN
相關視頻
  • 模擬集成電路設計 楊清淵(臺灣中興大學)

  • 唐老師講運算放大器

  • MSP430FR2433 ADC 喚醒和傳輸的練習

  • 如何選擇合適的 RS-485 收發器

  • 模擬集成電路的分析與設計

  • [高精度實驗室] 時鐘和計時

    相關電子頭條文章
萝卜大香蕉