ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
etndigi1-2026

IN FOCUS

R&S FSWX: new horizons in signal and spectrum analysis

 

Demanding mobile radio and wireless applications can push HF components to their physical limits. The FSWX signal and spectrum analyzer was developed to characterize components under challenging conditions. The analyzer is the first model with two input ports, filter banks to pre-filter and cross-correlate for noise suppression. The features were previously found only in high-quality phase noise testers.

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

Apr # TME square
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

Trump haluaa 6G-verkon Los Angelesin olympialaisiin

Donald Trump hallinto tavoittelee 6G-teknologian esittelyä jo vuoden 2028 kesäolympialaisissa Los Angeles Summer Olympics 2028. Tavoite on kunnianhimoinen, sillä 6G-standardointi ei ole vielä valmis.

Monimuotoisuus ratkaisee, millaista tekoälyä syntyy

Microsoftilla työskentelevä Vibha Deshpande on palkittu tämän vuoden Mimmit koodaa -palkinnolla. Hänen viestinsä on suora: jos tekoälyä rakentavat tiimit ovat yksipuolisia, myös lopputulos jää kapeaksi.

Congatec tuo tekoälykiihdytyksen edullisempiin moduuleihin

Saksalainen congatecin uusi conga-TC300 tuo erillisen tekoälykiihdyttimen matalan tehon COM Express -moduuleihin. Keskeistä on, että aiemmin Atom- ja Celeron-tason sovelluksiin voidaan nyt lisätä paikallista AI-laskentaa ilman siirtymää raskaampaan alustaan.

Muistipula katkaisi älypuhelinmarkkinan kasvun – hinnat nousevat, volyymit laskevat

Globaalit älypuhelintoimitukset kääntyivät alkuvuonna laskuun ensimmäistä kertaa lähes kolmeen vuoteen. IDC:n mukaan keskeinen syy on muistipiirien saatavuus ja hintapiikki, joka pakottaa valmistajat nostamaan laitehintoja ja leikkaamaan volyymeja. Samalla markkina siirtyy entistä selkeämmin kalliimpiin laitteisiin.

Energiamurroksen pullonkaula ei ole sähkö vaan data

- Myymme laitteita, jotka tuottavat valtavan määrän dataa, mutta emme ole kovin hyviä hyödyntämään sitä, sanoo Schneider Electricin Suomen ja Baltian maajohtaja Jani Vahvanen. Hänen mukaansa energiatehokkuuden suurin este ei ole teknologia vaan datan siiloutuminen ja puutteellinen käyttö.

Tekoäly tulee jo rakennustyömaille

- Tekoälyä käytetään vain, jos siitä on hyötyä. Mutta potentiaali on valtava, sanoi Admicom-konsernin toimitusjohtaja Simo Leisti eilen Helsingin messukeskuksessa uusilla SähköElectricity-messuilla.

Nokia tuo DDoS-suojauksen suoraan verkon ytimeen

Nokia ja Cinia tuovat Suomeen uuden mallin kriittisen infrastruktuurin suojaamiseen. Kyse ei ole erillisestä turvakerroksesta, vaan ratkaisusta, joka on rakennettu suoraan IP-verkon sisään.

Autojen audiosignaali siirtyy Ethernetiin

Autojen äänijärjestelmät ovat kokemassa arkkitehtuurimuutoksen, kun audiosignaalin siirto siirtyy erillisistä kaapeloinneista auton Ethernet-verkkoon. STMicroelectronics esittelee ratkaisua, jossa sama verkko hoitaa sekä ohjauksen, diagnostiikan että korkealaatuisen audion ilman erillisiä audioväyliä.

Fibox rakentaa kasvua sähköistymisen ympärille

Teollisuuden sähköistyminen ja automaatio kasvattavat nopeasti tarvetta suojata elektroniikkaa yhä vaativammissa ympäristöissä. Fibox hakee nyt kasvua tästä murroksesta, jossa kotelointi nousee kriittiseksi osaksi koko järjestelmän luotettavuutta.

IQM tekee kvanttikoneiden käytöstä helpompaa automatisoimalla kalibroinnin

- Haluamme, että yritykset käyttävät kvanttikoneita, eivät vain tutki niitä. Kalibrointi on ollut hiljainen pullonkaula, sanoo IQM:n Juha Vartiainen. Yhtiö esittelee AI-ohjattua kalibrointia, jolla kvanttikoneiden ylläpitoa pyritään automatisoimaan ja irrottamaan harvinaisesta asiantuntijaosaamisesta.

Kvanttikoneiden skaalautuminen uhkaa kaatua jäähdytykseen

Kvanttitietokoneiden kasvua rajoittaa yhä useammin käytännön laitteistofysiikka eikä pelkkä kubittien määrä. Göteborgilaisen Chalmersin teknisen korkeakoulun tutkijoiden mukaan usean kubitin ohjaaminen yhdellä kaapelilla voi vähentää jäähdytyskuormaa ilman merkittävää hidastusta.

Uusi Z-liitos ratkaisee pinotun elektroniikan heikon kohdan

ETN - Technical articleNykyaikaisen avaruus- ja sotilaselektroniikan suunnittelijoita pyydetään luomaan yhä parempaa suorituskykyä yhä pienemmässä mekaanisessa koossa. Tämä onnistuu parhaiten pinoamalla elektroniikkaa kolmiulotteisesti. Fyysisten rakennevaatimusten lisäksi datansiirtonopeudet kasvavat jatkuvasti ja signaalien eheyden marginaalit kutistuvat.

Verge avasi lisää Donut Lab -akun saloja

Donut Labin videosarja jatkui tänään kahden viikon tauon jälkeen. Nyt yhtiö avasi akun saloja kertomalla lisätietoja Verge-sähkömoottoripyörän TS Pro -mallin standardiakusta, jolla kantama on 350 kilometriä.

Sama virtalähde kelpaa nyt sairaalaan ja kotiin

Norjalainen Mascot laajentaa virtalähdevalikoimaansa uudella 4320-sarjan desktop-mallilla, joka on suunniteltu toimimaan yhtä hyvin sekä lääkintälaitteissa että kotikäytön sovelluksissa.

Samsung haluaa tuoda 8K-ammattivideon mobiililaitteisiin

Samsung Electronics on jo ottanut ensimmäisen konkreettisen askeleen kohti ammattitason videotuotantoa mobiilissa. Yhtiön uusi APV-koodekki on käytössä Samsung Galaxy S26 Ultra -puhelimessa, jossa se mahdollistaa jopa 8K-tasoisen videon käsittelyn reaaliajassa suoraan kuvausvaiheesta editointiin.

Ilmainen seminaari testerien kalibroinnista

Rohde & Schwarz järjestää toukokuussa maksuttoman puolipäiväisen seminaarisarjan, joka pureutuu testaus- ja mittalaitteiden kalibroinnin perusteisiin ja käytännön haasteisiin. Suomessa tapahtuma pidetään Oulussa 27. toukokuuta Nokia Networksin tiloissa.

PC-alaa vetää pelko kallistuvista komponenteista

PC-toimitukset kasvoivat vuoden 2026 ensimmäisellä neljänneksellä 2,5 prosenttia 65,6 miljoonaan laitteeseen. IDC:n mukaan kasvu nojaa kuitenkin osin ennakoivaan ostamiseen, Windows 10 -siirtymään ja uusiin malleihin, kun samaan aikaan muistipula, logistiikkahäiriöt ja nousevat hinnat alkavat jo jarruttaa markkinaa.

Näinkin voi tehdä: ADC-valmistaja lukitsi hinnat kahdeksi vuodeksi

Analogipiirien markkina käy nyt kuumana. Hinnat nousevat ja toimitusajat venyvät. Yhdysvaltalainen Silanna Semiconductor yrittää kääntää asetelman päälaelleen lupaamalla jotain poikkeuksellista. Yhtiö tarjoaa kahden vuoden hintalukon kaikille suorituskykyisille AD-muuntimilleen.

NATO panostaa suomalaiseen ilmalaivaan

Nato on tehnyt ensimmäisen sijoituksensa suomalaiseen yhtiöön. Kohteena on Kelluu, jonka autonomiset ilmalaivat lupaavat ratkaista yhden modernin valvonnan keskeisistä ongelmista: jatkuvan tilannekuvan puutteen.

Reaaliaikaohjaus ja kvanttiturva samaan mikro-ohjaimeen

Microchip tuo dsPIC33A-perheeseen uuden DSC-ohjaimen, joka yhdistää nopean analogian, tarkan reaaliaikaohjauksen ja post-kvanttitietoturvan. Integraation tavoitteena on yksinkertaistaa erityisesti datakeskusten tehonmuunnosta ja moottoriohjausta. Samalla se nostaa esiin kysymyksen siitä, kuinka paljon yhdellä piirillä voidaan oikeasti korvata erilliskomponentteja.

ETNdigi - Watch GT Runner 2
16 17  # puffbox mobox till tme native
16 17  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Uusi Z-liitos ratkaisee pinotun elektroniikan heikon kohdan

ETN - Technical articleNykyaikaisen avaruus- ja sotilaselektroniikan suunnittelijoita pyydetään luomaan yhä parempaa suorituskykyä yhä pienemmässä mekaanisessa koossa. Tämä onnistuu parhaiten pinoamalla elektroniikkaa kolmiulotteisesti. Fyysisten rakennevaatimusten lisäksi datansiirtonopeudet kasvavat jatkuvasti ja signaalien eheyden marginaalit kutistuvat.

Lue lisää...

OPINION

Agenttikoodaus muuttaa myös sulautetun kehityksen

CodeBoxxin perustajan Nicolas Genestin mukaan ohjelmistokehitys on kääntynyt päälaelleen: koodia ei enää kirjoiteta, vaan tekoälyä orkestroidaan kohti tavoitetta. Muutos näkyy erityisen voimakkaasti sulautetuissa järjestelmissä, joissa tiukka laitteisto–ohjelmisto-integraatio, pitkät validointisyklit ja virheiden korkea hinta tekevät agenttipohjaisesta kehityksestä poikkeuksellisen merkittävän murroksen.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Trump haluaa 6G-verkon Los Angelesin olympialaisiin
  • Monimuotoisuus ratkaisee, millaista tekoälyä syntyy
  • Congatec tuo tekoälykiihdytyksen edullisempiin moduuleihin
  • Muistipula katkaisi älypuhelinmarkkinan kasvun – hinnat nousevat, volyymit laskevat
  • Energiamurroksen pullonkaula ei ole sähkö vaan data

NEW PRODUCTS

  • Sama virtalähde kelpaa nyt sairaalaan ja kotiin
  • Vesitiivis USB-C piirikortille ilman lisäkokoonpanoa
  • Kolmivaiheinen tuuletinohjaus ilman koodia
  • AES ei vielä tee muistitikusta turvallista
  • Toughbook 56 tuo tekoälyn kentälle ilman pilveä
 
 

Section Tapet