ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ECF26 infobanner

IN FOCUS

Agenttinen tekoäly tarttuu RTL-verifioinnin tuottavuusongelmaan

Agenttinen tekoäly siirtää RTL-verifioinnin painopistettä yksittäisten työkalujen automatisoinnista koko työnkulun älykkyyteen. Siemens EDA:n tavoitteena on vähentää koordinointiin kuluvaa aikaa ilman, että suunnitteluinsinöörit menettävät kontrollin prosessista.

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

ETN

Jun # 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

Halpa koodi oli vain välivaihe

Tekoäly lupasi tehdä ohjelmistokehityksestä halvempaa. Nyt koodia syntyy enemmän kuin koskaan, mutta Gartner varoittaa toisesta suunnasta. Kun koodin generoimisen arvo lähestyy nollaa, todellinen kustannus siirtyy tokeneihin, katselmointiin ja vastuun kantamiseen.

Analoginen signaali on sähköauton invertterin heikko lenkki

Sähköauton virranmittauksessa Hall-anturi ei ole katoamassa mihinkään. Sen sijaan ongelmaksi on nousemassa se, miten anturin mittaustieto viedään mikro-ohjaimelle sähköisesti vaikeassa ympäristössä. Melexiksen uusi MLX91229 tuo tähän ratkaisuksi digitaalisen sigma-delta-lähdön.

Nyt se tapahtui – nanometrin raja murtui mikropiirissä

IBM sanoo kehittäneensä maailman ensimmäisen alle yhden nanometrin piiriteknologian. Kyse ei ole pelkästä viivaleveyden pienentämisestä, vaan uudesta nanostack-arkkitehtuurista, jossa nanosheet-transistoreita pinotaan kolmiulotteisesti päällekkäin.

Muistien hinta näkyy nyt myös Samsungin kansansuosikissa

Samsungin uusi Galaxy A27 5G kertoo hyvin, mihin älypuhelinmarkkina on liikkumassa. Keskiluokan puhelimessa uudistukset ovat maltillisia, mutta hinta nousee nopeasti, jos käyttäjä haluaa enemmän tallennustilaa. Suomessa Galaxy A27 5G 128 gigatavun version suositushinta on 349 euroa, mutta 256 gigatavun mallista pyydetään jo 449 euroa.

RedCap eli kevyt 5G joutuu raskaaseen testiin

5G RedCapin on määrä tuoda viidennen sukupolven yhteydet aiempaa kevyempiin, edullisempiin ja vähemmän virtaa kuluttaviin laitteisiin. Käytännön laitekehityksessä tämä ei kuitenkaan tee testauksesta yksinkertaista. Anritsu on päivittänyt SmartStudio NR- ja SmartStudio NR IP Performance -ohjelmistonsa tukemaan RedCap-laitteiden sovellustason suorituskykytestausta.

Qt vie näyttävät käyttöliittymät mikro-ohjaimiin

Suomalainen Qt Group laajentaa asemaansa sulautettujen käyttöliittymien markkinassa. Yhtiö aloittaa yhteistyön puolijohdevalmistaja GigaDevicen kanssa, jotta Qt for MCUs -kehitysympäristö saadaan optimoitua GigaDevicen GD32H7-mikro-ohjainalustalle.

NXP vie ADAS-laskennan tutkapiirille

Autojen kuljettajaa avustavat järjestelmät eivät voi enää jäädä vain kalliimpien mallien varusteiksi. NXP:n uusi SAF8444-tutkajärjestelmäpiiri pyrkii tuomaan L2- ja L2+-tason ADAS-toimintoja myös edullisempiin automalleihin siirtämällä osan laskennasta suoraan tutka-anturiin.

AI-palvelimissa kellotus nousee uuteen rooliin

Tekoälypalvelimissa, GPU-alustoissa ja SmartNIC-verkkokorteissa suorituskyky ei synny enää yhdestä prosessorista. Järjestelmät rakentuvat useista eri piireistä, kuten CPU, GPU, FPGA-piireistä, ASICeista ja ohjainpiireistä. Tämä tekee myös kellotuksesta aiempaa kriittisempää.

OpenAI suunnitteli oman LLM-kiihdyttimen Broadcomin kanssa

OpenAI on ottanut uuden askeleen kohti täyttä tekoälypinoa. Broadcomin kanssa kehitetty Jalapeno ei ole yleiskäyttöinen prosessori, vaan suurten kielimallien inferenssiin optimoitu ASIC-kiihdytin, jolla OpenAI hakee parempaa energiatehokkuutta, pienempää viivettä ja vähemmän riippuvuutta ulkopuolisista tekoälykiihdyttimistä.

Suomen dataverkon pullonkaula on nyt kuitu

Suomen runkoverkot on pitkälti rakennettu aikakaudella, jolloin tekoälyn, datakeskusten ja digitaalisen teollisuuden kapasiteettitarpeita ei vielä tunnettu. Lounean uuden FBBV-hankkeen mukaan ongelma ei ole enää niinkään 400G- tai 800G-siirtotekniikassa, vaan fyysisessä kuidussa ja reittien vähyydessä.

Donut Lab kehuu akkuaan täysin räätälöitäväksi

Donut Lab jatkoi tänään I Donut Believe -videosarjaansa. Odotetut yksityiskohdat esimerkiksi kennon energiatiheydestä jäivät edelleen hämärän peittoon. Tällä kertaa yhtiö esitteli solid state -akkutekniikansa räätälöitävyyttä. Donut Labin mukaan samaa akkukemiaa voidaan sovittaa hyvin erilaisiin sovelluksiin ja muotoihin.

GaN-sotaa kolmella rintamalla

Infineonin ja kiinalaisen Innosciencen välinen GaN-kiista on saanut uuden käänteen. Vielä keväällä asetelma näytti Infineonin kannalta selvältä, kun USA kauppakomissio määräsi Innosciencen tuotteille tuonti- ja myyntikiellon. Nyt Innoscience kertoo saaneensa omia voittojaan sekä Kiinassa että Saksassa.

ST tuo kvanttitason suojauksen älypuhelimiin

STMicroelectronics on esitellyt uuden ST54M-turvasirun, joka on tarkoitettu älypuhelimiin, puettaviin laitteisiin ja muihin henkilökohtaisiin elektroniikkalaitteisiin. Sirun tehtävä on suojata maksamista, digitaalista henkilöllisyyttä, eSIM-yhteyksiä ja muita arjen mobiilipalveluja myös tulevien kvanttitietokoneiden uhkia vastaan.

LUMI on yhä Pohjolan ylivoimaisesti nopein supertietokone

Suomen LUMI on pudonnut maailman nopeimpien supertietokoneiden listalla sijalle 11. Samalla Kajaanissa toimiva kone on Euroopan viidenneksi tehokkain supertietokone ja edelleen ylivoimaisesti Pohjoismaiden nopein järjestelmä.

Kiinalainen LineShine on maailman nopein supertietokone

Kiina on noussut takaisin supertietokoneiden maailmanlistan kärkeen. Shenzhenissä toimiva LineShine ohitti Yhdysvaltain El Capitanin ja nousi kesäkuun TOP500-listauksen ykköseksi.

Kiinalaisessa USB-pikalaturissa sähköiskun vaara

Turvallisuus- ja kemikaalivirasto Tukes on määrännyt markkinoilta poistettavaksi Sunrsonin 35 watin USB-C-pikalaturin. Kyse on ELED 35 W USB-C Pikalaturi 35W / Mini PD Power charger 35W -nimellä myydystä tuotteesta, jonka mallimerkintä on KKY35P941.

5 voltin ohjauksia ei haluta suunnitella uusiksi

Toshiban uudet M4H-mikro-ohjaimet vastaavat varsin arkiseen mutta tärkeään tarpeeseen. Vanhoja 5 voltin ohjausjärjestelmiä halutaan päivittää tehokkaammiksi ilman, että koko laitearkkitehtuuri rakennetaan uudelleen.

Check Point tuo OpenAI:n kybermallit tietoturvatuotteisiinsa

Check Point alkaa tuoda OpenAI:n edistyneitä kybermalleja osaksi omia tietoturvaratkaisujaan. Yhtiön mukaan kyse on rajatusta ja valvotusta tekoälykäytöstä, jolla pyritään vahvistamaan uhkien ehkäisyä, nopeuttamaan korjaavia toimia ja tukemaan tietoturvatiimien päivittäistä työtä.

Teslan automaattiajo pysähtyi Suomen viranomaisiin

Teslan FSD (Supervised) on saanut ehdollisen hyväksynnän Hollannissa, mutta Suomessa järjestelmä ei ole vielä tavallisten asiakkaiden käytössä. Traficom arvioi, voidaanko hyväksyntä tunnustaa myös Suomessa. Virasto korostaa, ettei kyse ole itsestään ajavasta autosta, vaan kuljettajan valvomasta avustinjärjestelmästä.

EBV360 kertoo, milloin komponentti on saatavissa

Elektroniikkateollisuuden komponenttipula ei ole kadonnut mihinkään. Esimerkiksi muistipiireissä toimitusajat voivat venyä kuukausien mittaisiksi, ja pahimmillaan yksittäisen komponentin saatavuus voi ratkaista koko tuotteen valmistusaikataulun. EBV Elektronik vastaa ongelmaan uudella EBV360-alustalla, joka kokoaa komponenttien saatavuuden, varastot, tilauskannat ja ennusteet yhteen näkymään.

Jun  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Tekoäly tuo jakeluun lisää älykkyyttä

ETN - Technical articleTekoäly on jo selkeästi ohittanut kokeiluvaiheen. Avnet Insights 2026 -selvityksen mukaan tekoäly on monilla elektroniikan aloilla jo mukana käytössä olevissa tuotteissa, ja sen soveltaminen yleistyy nopeasti kaikkialla EMEA-alueella.

Lue lisää...

OPINION

Halpa koodi oli vain välivaihe

Tekoäly lupasi tehdä ohjelmistokehityksestä halvempaa. Nyt koodia syntyy enemmän kuin koskaan, mutta Gartner varoittaa toisesta suunnasta. Kun koodin generoimisen arvo lähestyy nollaa, todellinen kustannus siirtyy tokeneihin, katselmointiin ja vastuun kantamiseen.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Halpa koodi oli vain välivaihe
  • Analoginen signaali on sähköauton invertterin heikko lenkki
  • Nyt se tapahtui – nanometrin raja murtui mikropiirissä
  • Muistien hinta näkyy nyt myös Samsungin kansansuosikissa
  • RedCap eli kevyt 5G joutuu raskaaseen testiin

NEW PRODUCTS

  • Bluetooth haastaa UWB:n etäisyysmittauksessa
  • 6 watin DC/DC-muunnin mahtuu tuuman koteloon
  • Lisäkortilla 10 megabitin 4G-yhteys IoT-laitteisiin
  • Yksi anturi korvaa neljä mikrokytkintä autossa
  • Murata kutisti 100 voltin autokondensaattorin 0805-kokoon
 
 

Section Tapet