ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT

IN FOCUS

IoT-piireillä päästöt kuriin

IoT-teknologia on nousemassa keskeiseksi työkaluksi kestävän kehityksen ratkaisuissa. Vaikka laitteiden valmistus ja käyttöönotto vaativat energiaa, pitkän aikavälin säästöt ylittävät kulut moninkertaisesti. Tuoreiden analyysien mukaan IoT voi säästää jopa kahdeksankertaisesti sen energiamäärän, jonka se itse kuluttaa elinkaarensa aikana.

Lue lisää...

ETNtv

 
ECF25 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan
  • Aku Wilenius, CN Rood
  • Tiitus Aho, Tria Technologies
  • Joe Hill, Digi International
  • Timo Poikonen, congatec
  • ECF25 panel
ECF24 videos
  • Timo Poikonen, congatec
  • Petri Sutela, Testhouse Nordic
  • Tomi Engdahl, CVG Convergens
  • Henrik Petersen, Adlink Technology
  • Dan Still , CSC
  • Aleksi Kallio, CSC
  • Antti Tolvanen, Etteplan
ECF23 videos
  • Milan Piskla & David Gustafik, Ciklum
  • Jarno Ahlström, Check Point Software
  • Tiitus Aho, Avnet Embedded
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Pasi Suhonen, Rohde & Schwarz
  • Joachim Preissner, Analog Devices
ECF22 videos
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Timo Poikonen, congatec
  • Kimmo Järvinen, Xiphera
  • Sigurd Hellesvik, Nordic Semiconductor
  • Hans Andersson, Acal BFi
  • Andrea J. Beuter, Real-Time Systems
  • Ronald Singh, Digi International
  • Pertti Jalasvirta, CyberWatch Finland
ECF19 videos
  • Julius Kaluzevicius, Rutronik.com
  • Carsten Kindler, Altium
  • Tino Pyssysalo, Qt Company
  • Timo Poikonen, congatec
  • Wolfgang Meier, Data-Modul
  • Ronald Singh, Digi International
  • Bobby Vale, Advantech
  • Antti Tolvanen, Etteplan
  • Zach Shelby, Arm VP of Developers
ECF18 videos
  • Jaakko Ala-Paavola, Etteplan CTO
  • Heikki Ailisto, VTT
  • Lauri Koskinen, Minima Processor CTO
  • Tim Jensen, Avnet Integrated
  • Antti Löytynoja, Mathworks
  • Ilmari Veijola, Siemens

logotypen

TMSNet  advertisement
ETNdigi
A la carte
AUTOMATION DEVICES EMBEDDED NETWORKS TEST&MEASUREMENT SOFTWARE POWER BUSINESS NEW PRODUCTS
ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT US CONTACT
Share on Facebook Share on Twitter Share on LinkedIn

Gallimnitridi tuo laatua, kestävyyttä ja luotettavuutta

Tietoja
Julkaistu: 16.12.2024
Luotu: 16.12.2024
Viimeksi päivitetty: 27.08.2025
  • Devices
  • Power

Gallium-nitridi (GaN) tarjoaa merkittäviä etuja tehokkuuden ja tehotiheyden lisäämisessä, mikä mahdollistaa suunnittelijoille huomattavasti haastavampien virtalähdemääritysten täyttämisen verrattuna piipohjaisiin MOSFET-komponentteihin. Yksi kohtuullinen huolenaihe minkä tahansa uuden, merkittäviä etuja tarjoavan teknologian suhteen on sen kestävyys ja luotettavuus. Poistaaksemme mahdolliset epäilykset, joita käyttäjillä saattaa olla, tarkastellaan GaN-teknologian kestävyyttä, luotettavuutta ja laatua.

GaN-teknologialla ei virtamuunnossovelluksissa ole yhtä pitkää historiaa kuin piillä. Siitä huolimatta laitteiden vikaantumisnopeuden ajan funktiona esittävä "kylpyammekäyrä" on hyvin vakiintunut ja useat yritykset ovat osallistuneet sen yksityiskohtien tarkentamiseen uusien GaN-komponenttien osalta. Tämä käyrä on hyödyllinen visualisointityökalu luotettavuusinsinööreille ja kulumismallinnukseen, ja sen avulla voidaan havainnollistaa, miksi vikoja esiintyy sekä miten niitä voidaan ennustaa ja ehkäistä.

"Kylpyamme" viittaa tietysti käyrän muotoon. Alla olevan Kuvan 1 x-akseli edustaa aikaa logaritmisessa mittakaavassa, ja y-akseli vikaantumistodennäköisyyttä. Vihreä viiva – kylpyammekäyrämme – kuvaa tyypillisen tuotteen vikaantumisnopeutta ajan kuluessa. Tuotteen elinkaaren alkuvaiheessa viat liittyvät pääasiassa valmistusvirheisiin. Keskialueella ovat laitteet, jotka on valmistettu hyvin, eivätkä ne ole vielä kuluneet loppuun, mutta ne vikaantuvat silti, yleensä ylikuormituksen takia. Tämän jälkeen, ajan kuluessa, osat kuluvat loppuun ja vikaantumisen syy liittyy käyttöiän rajoitteisiin.

Käyttöikä

Kun tarkastellaan kaukana tulevaisuudessa tapahtuvia vikoja, haasteena on, että käyttäjät eivät voi odottaa esimerkiksi 100 000 tuntia (11 vuotta) tai vuosisataa, eli miljoonaa tuntia, laitteen vikaantumista ennen kuin kulumismekanismeja voidaan tutkia. Integroituja piirejä koskevissa testeissä käytetään ajan nopeuttamiseksi testiä nimeltä High Temperature Operational Life (HTOL). Tämä hyödyntää fyysisten järjestelmien taipumusta muuttua nopeammin lämpötilan, voimakkaiden sähkökenttien ja vapaiden ionien (kosteuden ja metallimigraation) vaikutuksesta, kiihdyttääkseen laitteen testaamiseen liittyvien ajan ja käytön vaikutuksia. Yllättävän pieni määrä komponentteja (48 kaupallisissa sovelluksissa ja 77 autoalalla), joita testataan yli 1000 tunnin ajan kiihdytetyissä olosuhteissa, tarjoaa tarvittavat tiedot vikaantumistodennäköisyyden määrittämiseksi normaaleissa olosuhteissa usean vuoden ajalta. Testi suoritetaan useilla laitesarjoilla prosessiriippuvuuksien paljastamiseksi. Toinen testi, nimeltään HALT (Highly Accelerated Life Test), suoritetaan vastaavasti lisätyssä kosteudessa, mutta hieman matalammassa lämpötilassa.

Artikkeli on ilmestynyt uusimmassa ETNdigi-lehdessä, jota pääset lukemaan täällä.

https://issuu.com/etndigi/docs/etndigi-2-2024?fr=sZDdmMjYzODA2OTc

Tässä Doug Baileyn kirjoittama artikkeli kokonaisuudessaan englanniksi:

 

GALLIUM NITRIDE - QUALITY, ROBUSTNESS AND RELIABILITY

Gallium nitride (GaN) offers significant benefits in terms of increased efficiency and power density, allowing designers to meet far more challenging power supply specifications compared to silicon MOSFETs. One reasonable concern regarding any new technology that offers game-changing benefits is its robustness and reliability. To address any doubts potential users may have, let’s discuss the robustness, reliability, and quality of GaN.

GaN, as a power conversion technology, does not have as long a pedigree as silicon. Even so, the bathtub curve as a representation of the failure rate of a device over time is certainly very well established and multiple companies have contributed to fleshing out the details as they pertain to the new GaN devices. It is a useful visualization tool for reliability engineering and deterioration modeling, and serves as a clear mechanism to discuss why failures occur and how to predict and prevent them.

‘Bathtub' of course, refers to the shape of the curve. The x axis in Figure 1 (below) is the log of time, and the y axis is the probability of failure. The green line – our bathtub curve - is the rate of failure of a typical product over time. In the early phase of a product's life, failures are mainly quality-related due to manufacturing defects. In the center zone, there are devices that were well manufactured, and that haven't yet worn out, but they failed anyway, typically because these parts have been overstressed. Then, after some time, parts wear out, so the failure mode is due to lifetime issues.

LIFETIME

If we consider failures in the far distant future, the challenge is that users can’t wait for, say, 100,000 hours (11 years), or a century, one million hours, for a device to fail before the wear-out mechanisms can be investigated. To accelerate time for the purposes of IC testing, a test called High Temperature Operational Life (HTOL) is employed. This leverages the tendency of physical systems to change faster with temperature, under strong electric fields and in the presence of free ions (humidity and metal migration), to accelerate the effects of time and use on the devices under test. Surprisingly, a relatively few parts (48 for commercial and 77 for automotive) when tested with acceleration over 1000 hours provide the information that we need to determine the probability of failure in many years under normal conditions. The test is run on multiple batches of devices to expose any process dependency. Another test, called HALT (highly accelerated life test), applies a similar test under increased humidity but at a slightly lower temperature.

These tests are standard procedure for analog integrated circuits. But because GaN is a new technology, users and manufacturers must make doubly sure that the GaN switch inside the IC is robust and will have a long life, and there are tests specifically designed for discrete transistors called HTRB (high temperature reverse bias) and HTGB (high temperature gate bias) which address this. HTRB and HTGB test the device for 1000 hours at elevated temperatures under a DC voltage stress to make sure there are no migration issues, or long term degradation mechanisms associated with high voltage operation at high temperature. Hot Carrier Tests (HCI) are also performed to find any places where electrons in the channel can get diverted into oxide layers and become trapped. Electro-migration testing makes sure that the metal conductors on the top of the die are appropriately sized for the current that they carry. And gate oxide integrity tests prove the strength of the gate. All these tests are performed on devices intended for industrial and commercial customers.

Of course, GaN is also very suitable for the automotive market, which is even more demanding. So in addition to the usual tests just described, for automotive devices we run more tests, primarily H3TRB, which increases the humidity and temperature demands above the standard HTRB. Then we run a series of tests that are designed to switch the part on and off multiple times to prove that the devices are immune to the thermal shock of being switched on. These tests are called Power Temperature Cycling and Intermittent Op Life - the latter was originally a military test. As well as stressing the devices to a higher level, automotive tests are carried out on a larger sample size than for commercial and industrial parts.

MANUFACTURING QUALITY

So much for the long term; we also need to address manufacturing quality problems that can cause parts to fail in early life. Power Integrations’ quality policy is to prevent any of these parts from entering the product stream. You might think that a robust final test of finished products would catch all of the mis-manufactured devices, and that is certainly an important part of it. However, in order to create an essentially perfect product stream, we work hard to screen out substandard material in prior manufacturing steps – using so-called “process monitors”. These monitor tests reduce the number of parts with latent defects that make it into final test and are critical for improving final product quality.

Power Integrations regards epitaxially grown GaN (EPI) as the critical stage in GaN transistor design and production. Because of this, we make our own EPI – we don’t buy it, nor finished wafers, from a third party. Therefore we have complete control over the process, and we can check it continuously. This means that only the best wafers make it through to patterning. After a wafer has been patterned into transistors, we run stress tests to identify parts that are faulty or have a risk of a quality problem.

To validate that our process monitors, our yield improvements and our final test regime yield a perfect product stream, a test called ELFR (Early Life Failure Rate) is used. ELFR is analogous to the High Temperature Op Life (HTOL) test. But instead of doing a small number of parts for a long time, we do a large number of parts for a relatively short time - 800 parts for 48 hours, across multiple IC lots to ensure that any process dependencies are exposed.

OVERSTRESS

We've spoken about reliability and wear out mechanisms and how to guarantee initial quality. But what happens in the middle section of our bathtub curve? These are parts that have been manufactured perfectly. They haven't worn out yet, yet they are dead anyway due to overstress.

To ensure that our devices are robust under the temperature, voltage and humidity conditions that they will be exposed to during their operational life, we run more tests. These are:

  • MSL - moisture sensitivity level
  • UHAST - also a moisture test, but under pressure
  • TMCL - a temperature cycling test which tests for differential heating and cooling and
  • HTSL - high temperature storage life which is the absolute high temperature test

One of the most important attributes of a power semiconductor is its ability to withstand voltage. Power Integrations specifies three types of GaN, with BVs (breakdown voltages) of 750 V, 900 V and 1250 V. However, even though we talk about BV for convenience, GaN transistors are not specified in the same way as a silicon device. There's a property of GaN called dynamic RDS(ON) which actually increases when high voltage is applied. It recovers later, but under the initial voltage, and for a short while afterwards, it is higher than the typical value.

Power Integrations has chosen 5% as being the limit that we can accept as an increase in RDS(ON). This determines the datasheet ‘BV’ of our GaN devices. We choose the conservative values noted above for the datasheet specification, but actual breakdown does not occur until around 1400 V for the lower voltage families and 2200 V for the 1250 V product line – in all cases, a massive margin with respect to the datasheet BV limits. It’s unwise to design systems to use the devices above the datasheet BV, but this headroom is very useful insurance against infrequent line swells and surges, such as lightning strikes.

CONCLUSION

With this battery of tests process monitors for initial quality, voltage margin to allow for overstressing, wear-out mechanisms that ensure reliability, plus tests related to temperature and moisture sensitivity - whether you're making a smart phone adapter or an automobile, you can have confidence in PowiGaN, Power Integrations’ GaN technology.

 

MORE NEWS

Kilometrit eivät kerro sähköauton akuston kunnosta juuri mitään

Polttomoottoriautojen maailmassa kilometrilukema on keskeinen arvon määrittäjä. Sähköautoissa tämä logiikka ei enää päde. Brittiläisen Generationalin 8 000 ajoneuvon akkuterveystutkimus osoittaa, että korkea ajomäärä ei ennusta heikkoa akun kuntoa.

Lääkintälaitteet siirtyvät verkkoon, hoito potilaan kotiin

ETN - Technical articleLääkintälaitteiden internet (IoMT) yhdistää diagnostiikan, puettavat anturit ja sairaalalaitteet pilvipohjaisiin järjestelmiin. Etävalvonta, reaaliaikainen data ja koneoppiminen lupaavat parempaa hoidon laatua ja kustannussäästöjä, mutta samalla ratkaistavaksi jäävät yhteentoimivuus, sääntely ja tietoturva.

Anthropicin uusin työkalu säikäytti kyberturvayritykset

Anthropic on tuonut kehitysympäristöönsä Claude Codeen uuden tietoturvaominaisuuden, joka on herättänyt huomiota myös pörssimarkkinoilla. Uusi Claude Code Security -toiminto etsii ohjelmistokoodista haavoittuvuuksia ja ehdottaa niihin korjauksia hyödyntämällä suurta kielimallia perinteisen sääntöpohjaisen staattisen analyysin sijaan.

Kolme päivää aikaa voittaa OPPO-kuulokkeet!

Uusi ETNdigi 2/2025 pureutuu tämän hetken puhutuimpiin teknologia-aiheisiin: tekoälyyn, turvallisuuteen, sulautettuihin järjestelmiin ja suomalaisen elektroniikka-alan tulevaisuuteen. Vankka paketti on tuttuun tapaan luettavissa ilmaiseksi. Lue lehti ja osallistu joulukuun kisaan.

Satelliittiyhteys, 4G ja paikannus laitteeseen postimerkkiä pienemmällä moduulilla

Iridium Communications on julkistanut uuden IoT-moduulin, joka yhdistää satelliittiyhteyden, 4G LTE-M -mobiiliverkon ja GNSS-paikannuksen samaan 16 × 26 millimetrin pakettiin. Yhtiön mukaan ratkaisu pienentää piirilevytilan tarvetta jopa 60 prosenttia verrattuna useita erilliskomponentteja vaativiin toteutuksiin.

Venäjä yrittää korvata Starlinkin Wi-Fi-silloilla

Ukrainan puolustusministeriön neuvonantajan Serhii Beskrestnovin mukaan Venäjän joukot ovat alkaneet rakentaa etulinjaan uusia tietoliikennesolmuja korvatakseen käytöstä estettyjä Starlink-päätteitä. Ukrainan koordinoiman ja SpaceX:n kanssa toteutetun whitelist-järjestelmän kerrotaan sallivan vain varmennetut päätelaitteet Ukrainan alueella. Listaamattomat päätelaitteet, mukaan lukien venäläisten käyttämät, katkaistaan verkosta.

Raspberry Pin kasvuvauhti tasoittui

Raspberry Pi -korttien pitkään jatkunut kasvutarina näyttää tasaantuneen. Yhtiö myi vuonna 2025 noin 7,6 miljoonaa yksikköä, mikä on vain hienoinen nousu vuoden 2024 noin 7,0 miljoonasta kappaleesta. Vuonna 2023 myynti oli hieman tätä korkeampi, joten selkeää vuotuista kasvutrendiä ei ole viime vuosina nähty.

Mielenterveyden sovellukset vuotavat dataa Androidissa

Amerikkalainen tietoturvayritys Oversecured on löytänyt tietoturva-aukkoja useista suosituista Androidin mielenterveyssovelluksista. Haavoittuvuudet voivat mahdollistaa sen, että samalla laitteella oleva toinen sovellus kaappaa käyttäjän arkaluonteisia tietoja, kuten keskusteluja AI-terapeutin kanssa ja mielialaseurantatietoja.

Google suojissa kehitettiin kuidun korvaava optinen linkki

Googlen X-kehitystehtaasta startannut Taara on julkistanut uuden optiseen fotoniikkaan perustuvan langattoman yhteystekniikan, joka pyrkii tarjoamaan kuitunopeudet ilman kaivuutöitä tai taajuuslisenssejä. Yhtiön mukaan Taara Beam -niminen laite yltää jopa 25 gigabitin sekuntinopeuteen ja toimii enimmillään 10 kilometrin etäisyydellä.

Apple nousi Euroopan kärkeen viime vuoden lopulla

Omdian tuoreen Smartphone Market Pulse -raportin mukaan Apple nousi Euroopan suurimmaksi älypuhelinvalmistajaksi vuoden 2025 viimeisellä neljänneksellä. Apple toimitti loka–joulukuussa 13,4 miljoonaa iPhonea, mikä vastasi 34 prosentin markkinaosuutta.

Donut Labilla on vielä paljon todistettavaa

Donut Labin akkua on epäilty ja koko konseptia kritisoitu todella voimakkaasti sekä tutkijoiden että kilpailijoiden toimesta. CES-julkistuksen jälkeen moni on kyseenalaistanut väitteet 400 Wh/kg energiatiheydestä, viiden minuutin latauksesta ja jopa 100 000 lataussyklistä. Solid-state-kenttä on täynnä lupaavia lupauksia, joista harva on kestänyt riippumatonta tarkastelua.

Wi-Fi 8 -yhteyttä voidaan nyt testata jo protokollatasolla

Rohde & Schwarz ja Broadcom esittelevät ensimmäistä kertaa Wi-Fi 8 -RF-signalointitestejä toimivassa laiteympäristössä. Testit on toteutettu CMX500-signalointitesterillä, johon on lisätty tuki tulevalle IEEE 802.11bn -standardille.

VTT testasi Donut Labin kennon: tulokset lupaavia

VTT on testannut Donut Labin Solid-State Battery V1 -kennon latauskykyä. Riippumattomassa testissä kenno saatiin ladattua 80 prosentin varaustasoon noin viidessä minuutissa erittäin korkealla 11C-latausnopeudella. Tulokset tukevat yhtiön nopeaan lataukseen liittyviä väitteitä, mutta testit tehtiin yhdellä kennolla ja kovin latausteho edellyttää tehokasta lämpöhallintaa.

IQM menee pörssiin

Espoolainen kvanttitietokoneyhtiö IQM listautuu yhdysvaltalaisen SPAC-yhtiön Real Asset Acquisition Corporationin kanssa toteutettavan yritysjärjestelyn kautta. Järjestely tekee IQM:stä ensimmäisen pörssilistatun eurooppalaisen kvanttitietokoneyhtiön.

Kiekkoja myytiin enemmän, markkina pieneni hieman

Maailmanlaajuiset piikiekkojen toimitukset kasvoivat vuonna 2025, mutta alan kokonaisliikevaihto laski hieman. SEMIn Silicon Manufacturers Groupin mukaan toimitusmäärä nousi 5,8 prosenttia 12 973 miljoonaan neliötuumaan. Samalla kiekkomarkkinan arvo supistui 1,2 prosenttia 11,4 miljardiin dollariin.

Insta varmentaa OpenWiFi-verkot

Insta on valittu Telecom Infra Project:n varmennepalvelutoimittajaksi. Käytännössä tämä tarkoittaa, että suomalaisyhtiö rakentaa luottamuskerroksen TIP:n OpenWiFi- ja OpenLAN-arkkitehtuurien ympärille.

Kahden vuoden sisällä AI-konfiguraatiovirhe voi kaataa valtion sähköverkon

Gartner ennustaa, että vuoteen 2028 mennessä väärin konfiguroitu tekoäly kyberfyysisessä järjestelmässä sulkee kansallisen kriittisen infrastruktuurin G20-maassa. Kyse ei ole kyberhyökkäyksestä vaan omasta järjestelmästä. Virhe voi syntyä päivitysskriptistä, mallin parametreista tai yksinkertaisesta konfiguraatiomuutoksesta.

DeepSeek on maailman eniten rajoitettu tekoälybotti

Kiinalainen DeepSeek on noussut maailman eniten rajoitetuksi tekoälychatbotiksi. VPN- ja tietoturvayhtiö Surfsharkin analyysin mukaan DeepSeek on kohdannut eniten viranomaisten asettamia kieltoja ja rajoituksia eri maissa.

Renesas tuo verkkolaitteista tutun nopean muistin autoihin

Japanilainen Renesas on esitellyt 3 nanometrin prosessilla toteutetun TCAM-muistin, joka on suunnattu autojen järjestelmäpiireihin. Teknologia julkistettiin International Solid-State Circuits Conference -konferenssissa San Franciscossa.

Kaikki 5G-satelliittitestit samalla testerillä

Rohde & Schwarz laajentaa CMX500-radiotesterinsä kattamaan kaikki ei-maanpäälliset 5G-verkot. Yhtiön mukaan CMX500 on nyt ainoa yhden boksin ratkaisu, joka tukee kaikkia keskeisiä NTN-teknologioita: NR-NTN:ää, NB-NTN:ää sekä Direct-to-Cell-yhteyksiä. Laajennettu ratkaisu esitellään Mobile World Congress 2026 -messuilla Barcelonassa maaliskuussa.

TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Lääkintälaitteet siirtyvät verkkoon, hoito potilaan kotiin

ETN - Technical articleLääkintälaitteiden internet (IoMT) yhdistää diagnostiikan, puettavat anturit ja sairaalalaitteet pilvipohjaisiin järjestelmiin. Etävalvonta, reaaliaikainen data ja koneoppiminen lupaavat parempaa hoidon laatua ja kustannussäästöjä, mutta samalla ratkaistavaksi jäävät yhteentoimivuus, sääntely ja tietoturva.

Lue lisää...

OPINION

Teslalla ei vieläkään ole itseajavaa autoa

Tesla ei muutu itseajavaksi sillä, että siitä poistetaan ratti. Yhtiö on aloittanut ratittoman Cybercabin sarjatuotannon, mutta ratkaiseva komponentti puuttuu edelleen: toimiva itseajaminen, jota ei tarvitse valvoa, kirjoittaa Elektroniktidningenin Jan Tångring.

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Kilometrit eivät kerro sähköauton akuston kunnosta juuri mitään
  • Lääkintälaitteet siirtyvät verkkoon, hoito potilaan kotiin
  • Anthropicin uusin työkalu säikäytti kyberturvayritykset
  • Kolme päivää aikaa voittaa OPPO-kuulokkeet!
  • Satelliittiyhteys, 4G ja paikannus laitteeseen postimerkkiä pienemmällä moduulilla

NEW PRODUCTS

  • Suosittu vähävirtainen IoT-yhteys helposti lisäkortilla
  • Tämä ajuri auttaa pitämään auton hengissä pakkasaamuna
  • 40 TOPSia verkon reunalle
  • Erittäin tarkka anturi virranmittaukseen
  • Eikö 8 bittiä enää riitä? Tässä vastaus
 
 

Section Tapet