广告

GaN是否可靠?

2022-07-27 16:00:28 Sandeep Bahl, TI技术专家 阅读:
GaN产业已经建立一套方法来保证GaN产品的可靠性,因此问题并不在于“GaN是否可靠?”,而是“如何验证GaN的可靠性?”

氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)正迅速获得采用,因为它能够提高效率并缩小电源供应器尺寸。不过,在投资这个技术之前,您可能仍会问自己GaN是否可靠。但令我震惊的是,没有人问硅(Si)是否可靠。其实仍然有新的硅产品持续上市,电源设计人员也同样关注硅功率组件的可靠性。bIAednc

实际情况是,GaN产业已在可靠性方面投入大量心力和时间。bIAednc

对于硅,可靠性问题的说法不同——“这是否已经通过认证?”虽然 GaN组件通过硅认证,不过电源制造商并不相信硅的认证方法同样能确保GaN FET可靠。这确实是正确的观点,因为并非所有硅组件测试都适用于GaN,而且传统的硅认证本身不包括针对实际电源使用情况转换的压力测试。JEDEC JC-70宽能隙(WBG)电力电子转换半导体委员会已经发布GaN特定的准则,藉以解决这些缺陷。bIAednc

如何验证GaN的可靠性?

透过既有的硅方法以及解决GaN特定故障模式的可靠性程序和测试方法,有助于进行GaN FET的可靠性验证。例如动态汲极源极导通电阻(RDS(ON))的增加。图1列出制作可靠GaN产品的步骤。bIAednc

bIAednc

图1:结合既有硅标准的GaN特定可靠性准则。bIAednc

我们将测试分为组件级和电源级模块,每个模块都有相关的标准和准则。在组件级,根据传统的硅标准进行偏置、温度和湿度应力测试,并使用GaN特定测试方法,然后透过施加加速应力直到装置失效来确定使用寿命。在电源供应级,组件在相关应用的严格操作条件下运作。此外,也验证发生偶发事件时在极端运作条件下的耐受度。bIAednc

GaN FET在应用中的可靠性

JEDEC JEP180准则提供确保GaN产品在功率转换应用中达到可靠性的通用方法。为了满足JEP180,GaN制造商必须证明产品达到相关应力所需的切换使用寿命,并在电源供应的严格运作条件下可靠运作。前一项展示使用切换加速使用寿命测试(SALT)对装置进行压力测试,后一项使用动态高温运作使用寿命(DHTOL)测试。bIAednc

组件也受到实际情况的极端操作情况所影响,例如短路和电源线突波等事件。诸如LMG3522R030-Q1等TI GaN组件具备内建的短路保护功能。一系列应用中的突波耐受度需要同时考虑硬切换和软切换应力。GaN FET处理电源线突波的方式与硅FET不同。bIAednc

由于GaN FET具备过电压能力,因此不会进入突崩溃(avalanche breakdown),而是透过突波冲击进行切换。过电压能力也可以提高系统可靠性,因为突崩溃FET无法吸收大量突崩溃能量,因此保护电路必须吸收大部份突波。突波吸收组件随着老化而劣化,硅FET会因此遭受较高程度的突崩溃,这可能会导致故障。相反地,GaN FET仍然能够持续切换。bIAednc

验证GaN产品是否可靠?

根据图1所示的方法,以TI GaN产品为例进行认证。图2汇整组件级和电源供应级模块的全部结果。bIAednc

bIAednc

图2:GaN FET的可靠性由GaN特定准则使用图1所示的方法进行验证。bIAednc

在组件级,TI GaN通过传统的硅认证,而且对于GaN特定的故障机制达到高可靠性。TI设计并验证经时击穿(TDB)、电荷撷取和热电子磨损失效机制的高可靠性,并证明动态RDS(ON)在老化时保持稳定。bIAednc

为了确定组件切换使用寿命, SALT验证运用加速硬切换应力。TI模型使用切换波形直接计算切换使用寿命,并显示该GaN FET在整个产品使用寿命期间不会因为硬切换应力而失效。bIAednc

为了验证电源级的可靠性,在严格的电源使用条件下对64个GaN组件进行DHTOL测试。装置展现稳定的效率,没有硬故障,显示所有电源操作模式的可靠操作:硬切换和软切换、第三象限操作、硬换向(反向复原)、具有高转换率的米勒击穿,以及与驱动器和其他系统组件之间的可靠互动。bIAednc

此外,透过在硬切换和软切换操作下对电源中运作的组件施加突波冲击来验证突波耐受度,最终显示这些GaN FET可以透过高达720V的总线电压突波进行有效切换,因而提供显著的容限。bIAednc

结论

GaN产业已经建立一套方法来保证GaN产品的可靠性,因此问题并不在于“GaN是否可靠?”,而是“如何验证GaN的可靠性?”透过组件级和电源级进行验证,当这些装置通过硅认证标准和GaN产业准则,尤其是通过JEP180,才足以证明GaN产品在电源供使用方面极其可靠。bIAednc

责编:Demi
  • 微信扫一扫
    一键转发
  • 最前沿的电子设计资讯
    请关注“电子技术设计微信公众号”
  • 谷歌与美国政府合作开发开源芯片 谷歌和美国商务部的国家标准与技术研究院 (NIST) 周三 签署了一项联合研发协议 ,根据该协议,谷歌将资助开源芯片的生产,这些芯片可供学术和小型企业研究人员用于构建各种的新兴应用。
  • 用交通状况鸟瞰图来辅助提升自动驾驶安全性 慕尼黑工业大学 (TUM) 的研究人员与行业合作伙伴合作开发了一种技术,以基于车载传感器输入和交通状况鸟瞰图来补充车辆视角。这提高了道路安全,包括自动驾驶。
  • 芯片,举足轻重到底有多重? 近几年,芯片成为全球瞩目的焦点。新冠疫情导致的供应链危机,以及汽车智能化的快速发展,让芯片的价格持续暴涨。同时,由于众所周知的原因,中美两国在半导体芯片领域不断加大投资。而美国利用在半导体技术方面的优势,也在不断用政策手段限制中国芯片行业的发展。在这种大背景下,中国企业能否在半导体芯片领域有所突破,打破美国的技术垄断?各国在半导体领域的投资热潮,会不会导致产能过剩?
  • 台积电2nm将于2025年量产,ASML高NA EUV芯片制造机2024 今日,台积电负责研发和技术的高级副总裁Y.J. Mii博士透露,台湾半导体制造公司(TSMC)将在2024年收购ASML的高NA EUV芯片制造机,目标是在2025年量产其2纳米(nm)半导体制造工艺。
  • 苹果A16 Bionic架构优化,多核性能提高了14% 据EDN电子技术设计了解,苹果最新的A16 Bionic虽然使用与A15 Bionic相同数量的内核,但A16 Bionic在架构方面进行了优化。
  • 基于苹果A13仿生芯片,S8芯片配备与S6/S7相同CPU Apple Watch Series 6、Apple Watch Series 7、Apple Watch Series 8、Apple Watch Ultra和第二代Apple Watch SE都采用完全相同的CPU。
  • eSIM与SIM有什么区别?能否终结物理SIM卡? 嵌入式 SIM (eSIM) 是一种采用物理 SIM 卡中通常存在的电路并将其永久安装到移动设备中的技术。通过设置例程(通常涉及来自运营商的二维码),移动设备无需物理 SIM 卡即可加入运营商网络。
  • 号称史上最硬智能手表,Apple Watch Ultra维修费用超售 苹果带来了全新的 Apple Watch Ultra 运动手表,被称为史上最坚固、最硬的Apple Watch。然而,每个硬件都有极限,如果你不小心损坏它,它可能会花费499 美元的维修费用,这几乎是这款智能手表60%的售价。
  • 苹果新品发布会:与华为对垒卫星功能,还把“药丸”屏玩出 9月8日凌晨,苹果2022秋季新品发布会在其加州总部举行。亮点包括可穿戴设备新产品线Apple Watch Ultra,iPhone 14系列取消的Mini新增Plus型号,iPhone 14美版干掉实体SIM卡转用eSIM,iPhone 14 系列智能机引入的“卫星紧急求援”(Emergency SOS via Satellite)功能等,意外的是,发布会之前备受“吐槽”的iPhone 14 Pro药丸屏,被苹果引入了全新的灵动岛交互,反而被网友称为本次发布会的最大亮点。
  • 华为mate50与iPhone14都在争的卫星通信,噱头大于实质? 9月6日下午,华为抢先在苹果iPhone14,在线上发布了其首款支持北斗卫星通信消息的大众智能手机华为Mate 50系列。值得一提的是,卫星通信并不是一个新技术,这也引起了行业内的质疑。
  • 俄罗斯最大半导体工厂Mikron“贷款”70亿卢布,用于生产 为了缓解芯片荒,俄罗斯加大了对其国内芯片生产的投资。今年初,俄罗斯最大半导体制造商 Mikron 准备了一个投资项目,计划将产能扩大两倍(每月达 6000 片),用于生产 180-90nm 的芯片。不过为了实施这一项目,该公司需要大约 100 亿卢布(约 11.4 亿元人民币)。俄罗斯国有集团VEB.RF向Mikron公司提供了这笔救命钱……
  • 台积电:10美元的芯片可决定1.5亿美元光刻扫描仪“生死 台积电表示,商品芯片的短缺正在扰乱万亿美元的产业,如果你没有 10 美元的芯片,就无法出货 1.5 亿美元的光刻扫描仪。
广告
热门推荐
广告
广告
EE直播间
在线研讨会
广告
广告
面包芯语
广告
向右滑动:上一篇 向左滑动:下一篇 我知道了