ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT
ETNdigi-superbanner
2026  # megabox

IN FOCUS

3D-piirit pakottavat suunnittelun huomioimaan lämmön, tehon ja mekaniikan

3D-IC-arkkitehtuureihin siirtyville suunnittelutiimeille suorituskyvyn ja luotettavuuden jatkuva parantaminen tuo mukanaan tuttuja mutta yhä monimutkaisempia haasteita: miten hallitaan tehonkulutusta, poistetaan lämpöä ja otetaan huomioon erilaisten fysikaalisten ilmiöiden monimutkainen vuorovaikutus pinotuissa rakenteissa?

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

Sep # 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

  • 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

Rakettitiede ostaa Sysartin: lähes 90 kehittäjän joukko pystyy isompiin hankkeisiin

– Nyt pystymme yksinkertaisesti tekemään isompia asioita, kun on enemmän tekijöitä, Rakettitieteen toimitusjohtaja Juha Huttunen kiteyttää yhtiön historian ensimmäisen yrityskaupan.

Fujitsu avasi kvanttisovellusten kehitysalustan kaikille

Fujitsu on julkaissut avoimena lähdekoodina kvanttisovellusten kehittämiseen tarkoitetun OpenQARP-ohjelmistonsa. Paketti tarjoaa yli sata ohjelmistokomponenttia, joiden avulla kvanttialgoritmeja voidaan rakentaa valmiista osista sen sijaan, että toteutus pitäisi ohjelmoida alusta lähtien.

Klinkmann vie data-analytiikan Liettuan kantaverkkoon

Suomalainen Klinkmann toimittaa data- ja analytiikkaratkaisun Liettuan kantaverkkoyhtiö Litgridille. Ratkaisulla kerätään, visualisoidaan ja analysoidaan sähköverkon operatiivista dataa, jotta verkon tilannekuvaa ja päätöksentekoa voidaan parantaa.

Kuinka kaukaa data ehtii millisekunnissa?

Pilvipalvelu voi tuntua paikalta, jolla ei ole fyysistä sijaintia. Reaaliaikaisissa sovelluksissa maantiede tulee kuitenkin nopeasti vastaan. Jos järjestelmän pitää reagoida millisekunnissa, palvelun pitäisi internetin verkko-operaattori DE-CIX:n laskelman mukaan sijaita alle 80 kilometrin päässä käyttäjästä.

Akku voi tehdä rahaa monella tavalla

Akkuvarastoa ei tarvitse käyttää vain sähkön varastoimiseen halvalla ja purkamiseen kalliilla. Saksalaisen Furon ohjelmisto optimoi reaaliajassa useita käyttötapoja ja valitsee jatkuvasti, missä akun kapasiteetista saadaan paras taloudellinen hyöty.

Kamera ja tutka yhdistävät voimansa auton sisätiloissa

Auton sisätilojen valvonta on siirtymässä yksittäisistä antureista anturifuusioon. Murata ja Smart Eye yhdistävät kameran ja 60 gigahertsin tutkan datan, jotta auto pystyy muodostamaan aiempaa tarkemman kuvan kuljettajasta ja matkustajista.

IT-viat ratkaistaan pian puhumalla

Fujitsu haluaa tehdä IT-tuesta keskustelun. Yhtiön uusi Aurora-tekoälyagentti kuuntelee käyttäjän ongelman, päättelee tarvittavat toimet ja pyrkii ratkaisemaan vian autonomisesti. Puhepohjainen palvelu toimii yli 50 kielellä.

UWB:stä tulee myös tutka

UWB tunnetaan ennen kaikkea tarkasta paikannuksesta, älypuhelinten seurantalaitteista ja autojen digitaalisista avaimista. Valmisteilla oleva IEEE 802.15.4ab -standardi laajentaa tekniikan kuitenkin uuteen suuntaan, sillä UWB:stä on tulossa myös ympäristöään havainnoiva tutka.

Tekoäly on jo vaatimus joka toisessa softaprojektissa

– Tämä ei ole hypeä, vaan näkyy konkreettisesti liiketoiminnassa, sanoo IT-palveluyhtiö Wittedin toimitusjohtaja Markus Huttunen. Yhtiön uusista ohjelmistokehityksen toimeksiannoista jo noin puolessa tekoälyn käyttö on keskeinen vaatimus.

LabVIEW’ta koodaava Nigel tallentaa keskustelut vain paikallisesti

Emerson on kertonut uusia yksityiskohtia NI Nigel -tekoälynsä tietoturvasta ja tulevasta kehityksestä. LabVIEW-koodia ja TestStand-testisekvenssejä tuottava Nigel käyttää OpenAI-malleja Microsoftin Azure-ympäristössä, mutta käyttäjän keskustelut tallennetaan vain paikallisesti.

Nokian uusi alusta vie tekoälyn suoraan kentälle

Nokia tuo tekoälyn ja reunalaskennan suoraan kaivoksiin, pelastusajoneuvoihin ja sotilaskäyttöön. Uusi Cognitive Operations -alusta yhdistää kriittiset tietoliikenneyhteydet, paikallisen laskennan ja operatiivisen tekoälyn samaan kentälle vietävään järjestelmään.

AI automatisoi auton elektroniikan testauksen

Auton elektroniikan kehityksessä ja testauksessa tekoäly ottaa nyt hoitaakseen kokonaisia työnkulkuja. Vectorin CANoe-ympäristössä käyttäjä voi antaa tehtävän luonnollisella kielellä, minkä jälkeen tekoäly muodostaa testin, suorittaa sen, analysoi virheet ja korjaa tarvittaessa testikoodin.

140 watin USB-C-laturi yltää 96 prosentin hyötysuhteeseen

USB-C-latureista voidaan puristaa entistä enemmän tehoa ilman monimutkaisia ja kalliita teholähderatkaisuja. Italialainen Eggtronic on esitellyt 140 watin USB-C Power Delivery -referenssiratkaisun, jonka hyötysuhde yltää parhaimmillaan lähes 96 prosenttiin.

Uusi kuvakenno tuo kuljettajan valvonnan halvempiin autoihin

Kuljettajan ja matkustajien valvontakamerat ovat leviämässä premium-autoista tavallisiin automalleihin. STMicroelectronics yrittää vauhdittaa kehitystä uudella infrapunakuvakennolla, jonka parempi herkkyys mahdollistaa halvemman optiikan ja yksinkertaisemman kameramoduulin.

Satelliittipuheluun ei pian tarvita satelliittipuhelinta

Satelliitin kautta välitettävä puhe ei enää välttämättä vaadi erillistä satelliittipuhelinta. Iridium, Deutsche Telekom IoT ja Toyota ovat onnistuneet lähettämään autosta puheviestin tavallisella NB-IoT-modeemilla ja operaattorin SIM-kortilla suoraan LEO-satelliittiverkon kautta.

Docomo otti Nokian tukiaseman Open RAN -käyttöön

Japanilainen NTT Docomo kertoo ottaneensa käyttöön Nokian tukiaseman, joka toimii O-RAN Alliance -määritysten mukaisessa avoimessa verkossa. Käyttöönotosta kertoo Mobile World Live. Operaattorin tavoitteena on kasvattaa verkon kapasiteettia erityisesti ruuhkaisilla alueilla ja samalla pienentää tukiasemien energiankulutusta.

Donut Lab sai haastajan: 381 Wh/kg:n kiinteä akku jo massatuotannossa

Suomalaisen Donut Labin kiinteän elektrolyytin akun ympärillä on riittänyt kuhinaa yli 400 Wh/kg:n energiatiheyden vuoksi. Nyt Taiwanista tulee kova vertailukohta, sillä Prologium kertoo aloittaneensa 381 Wh/kg:n energiatiheyteen yltävän täyskiinteän akun massatuotannon.

Satelliittituotanto pakotti Reorbitin uusimaan toiminnanohjauksensa

Suomalainen Reorbit kasvattaa Helsingissä kapasiteettiaan voidakseen valmistaa useita satelliitteja samanaikaisesti. Kasvu vaati myös koko toiminnanohjauksen uudistamista. – Ilman yhtenäistä järjestelmää jokainen tiimi pitää käsissään yhtä palapelin palaa, mutta kukaan ei näe kokonaiskuvaa, talousjohtaja Rajiv Subramanian kuvaa.

Taipuuko iPhone paremmin?

Taittuvat puhelimet ovat olleet markkinoilla jo vuosia, mutta ne eivät ole onnistuneet nousemaan marginaalista. Apple tulee nyt mukaan seitsemän vuotta Samsungia myöhemmin ja yrittää ratkaista ongelman omalla tavallaan. Iphone Duossa olennaisinta ei ehkä ole taipuva näyttö vaan käyttöjärjestelmä, jonka pitäisi taipua sen mukana.

Analog Devices ostaa tekoälyosaamista 1,35 miljardilla dollarilla

Analog Devices maksaa Alif Semiconductorista 1,35 miljardia dollaria. Kauppa kertoo siitä, kuinka tekoäly siirtyy datakeskuksista antureiden, koneiden ja laitteiden yhteyteen. ADI saa Alifilta vähävirtaisen prosessointialustan paikalliseen tekoälyyn.

Sep # puffbox mobox till tme native
2026  # mobox för megabox
Sep  # puffbox mobox till square
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Suojattu flash suojaa kaikki nettiin liitetyt laitteet

ETN - Technical articleSuojattu flash-muisti tarjoaa verkkoon liitetyille laitteille ja järjestelmille laitteistopohjaisen suojauskerroksen ja täyttää NIST SP800-193 -ohjeistuksen mukaiset häiriönsietovaatimukset. Muistipiireihin erikoistuneen Winbondin kehittämä suojattu flash-piiri on myös suoraan korvaava ja täysin yhteensopiva tavanomaisten NOR-flash-piirien kanssa.

Lue lisää...

OPINION

Googlen jätti-investointi: aika on kypsä uudelle ydinvoimalle

Googlen 13 miljardin euron investointi Suomeen on valtava uutinen. Vielä suurempi uutinen saattaa kuitenkin olla se, mitä investointi kertoo Suomen sähköntarpeesta. Tekoäly tarvitsee sähköä. Paljon sähköä, tasaisesti ja ympäri vuorokauden.

Lue lisää...

 

LATEST NEWS

  • Rakettitiede ostaa Sysartin: lähes 90 kehittäjän joukko pystyy isompiin hankkeisiin
  • Fujitsu avasi kvanttisovellusten kehitysalustan kaikille
  • Klinkmann vie data-analytiikan Liettuan kantaverkkoon
  • Kuinka kaukaa data ehtii millisekunnissa?
  • Akku voi tehdä rahaa monella tavalla

NEW PRODUCTS

  • 140 watin USB-C-laturi yltää 96 prosentin hyötysuhteeseen
  • ST vähentää komponentteja kilowattiluokan teholähteistä
  • 80 wattia irti tulitikkuaskin kokoisesta teholähteestä
  • Uusi piiri tasapainottaa litiumkennot nopeammin
  • Mediatekin uusin tuo kielimallit kodinkoneisiin
 
 

Section Tapet