ADVERTISE SUBSCRIBE TECHNICAL ARTICLES EVENTS ETNdigi ABOUT USCONTACT

IN FOCUS

Suojaa datasi kunnolla

SSD-levyt tarjoavat luontaisesti korkean luotettavuuden kaikentyyppisiin sovelluksiin, aina aloitustason kuluttajalaitteista kriittisiin järjestelmiin. Asianmukaiset tietosuojamekanismit voivat maksimoida levyn käyttöiän toteuttamalla ennaltaehkäiseviä toimenpiteitä tarpeen mukaan, kertoo Silicon Motion artikkelissaan.

Lue lisää...

ETNtv

 
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

TECHNICAL ARTICLES

Galliumnitridi piillä tuo kirkkaat ledit

Tietoja
Kirjoittanut Matthias Diephaus, Toshiba Electronics Europe
Julkaistu: 19.11.2014
  • Komponentit

Ledien valmistus alkaa olla kypsä siirtymään piialustalle. Pii tuo valmistukseen kustannustehokkuutta ja niiden valovoima kehittyy koko ajan.

Kirjoittaja Matthias Diephaus on Toshiba Electronics Europen optopuolijohteista vastaava johtaja. Hän valmistui elektroniikkainsinööriksi Karlsruhen yliopistosta vuonna 1996. Toshiballa hän on työskennellyt vuodesta 1997 lähtien, ensin ledituotteiden tuotepäällikkönä. Nykyiseen tehtäväänsä Diephaus siirtyi vuonna 1998.

Energiansäästö, pienentyneet ylläpitokustannukset ja parempi suorituskyky - kansainvälisestä ympäristölainsäädännöstä puhumattakaan - ovat tärkeimpiä ledivalaistuksen kasvun moottoreita. Lux Researchin mukaan ledivalojen markkinat kasvavat 80 miljardiin dollariin vuonna 2020.

Yleiset valaistussovellukset kuten perinteisten lamppujen korvaaminen ledilampuilla sekä sisä- ja ulkovalaisimet vaativat yleensä valkoisia ledejä, joiden väri vaihtelee asuintilojen lämpimästä valkoisesta katuvalojen viileään valkoiseen. Valkoisten ledien kysyntä kasvaa myös ajoneuvojen ajovaloissa, sekä näyttöjen taustavaloissa mobiililaitteista suurikokoisiin televisioihin.

Kustannukset ovat tärkeä ledivalojen yleistymistä määrittävä tekijä, erityisesti kodeissa ja kulutuslaitteissa. Kilpailukykyisesti hinnoitellut hehkulamppujen korvaajat voivat houkutella ostajia ja tuoda valmistajilleen nopeita tuottoja sijoituksille. Kustannusten alentamista voidaan hakea monesta suunnasta toimitusketjusta ja pakkaustekniikoista teknisiin tekijöihin kuten ohjauselektroniikkaan ja lediin itseensä. Viime tapauksessa kustannusetuja voidaan saavuttaa edullisempien materiaalien ja prosessien yhdistelmällä samalla kun wattia kohti tuotetujen lumenien määrä kasvaa. Tämä parantaa valaistuksen hyötysuhdetta.

Ledin rakenne

Valkoiset ledit valmistetaan tyypillisesti kasvattamalla galliumnitridikerros safiirialustalle. Alustan ominaisuudet kuten kovuus, korkea sulamispiste ja vahva vastustuskyky murtumiselle ja eroosiolle ovat tärkeitä led-valmistusprosessin kestämisen kannalta. Raaka ledipiiri säteilee lähtökohtaisesti valoa sinisilla aallonpituuksilla, jotka muunnetaan fosforipäällysteellä säteilemään valkoista valoa halutussa värilämpötilassa. Tämä voi olla 4000 - 6500 kelviniä teollisuudessa ja katuvaloissa käytettävissä viileissä valkoisissa ledeissä, tai 2700 - 3500 kelviniä kotien valaistuksessa käytetyissä lämpimissä valkoisissa ledeissä.

Pakkausteknologiasta riippuen fosforipäällystetty siru voidaan liittää lämpöä tehokkaasti johtavaan alustaan ja johdinkehykseen, jotka tuovat koteloon anodi- ja katodiliitännät, sekä reflektoriin ja läpinäkyvään polykarbinaattilinssiin, kuten näkyy kuvassa 1. Vaihtoehtoisesti siru voidaan liittää reflektoriin PLCC-tyyppisessä kotelossa, ja kapseloida se epoksilla tai silikonimateriaalilla.

Kuva 1. Fosforipäällyste määrittelee säteilevän valkoisen valon ominaisuudet. Pakkausvaiheessa päälle tulee linssi tai epoksikapselointi.

Tähän asti safiirikiekko on ollut ledipiirien valmistuksen suosituin alusta. Galliumnitridi safiirilla -ledien valmistus on tyypillisesti tapahtunut 2- tai 4-tuumaisilla kiekoilla. Viime aikoina on ylitetty joitakin teknologisia esteitä niin, että myös 6-tuumaisilla safiirikiekoilla on kyetty valmistamaan laadukkaita ledejä riittävällä saannolla. Suuremmilla kiekoilla saadaan valmistettua enemmän siruja kiekkoa kohti ja niillä hävikki kiekon reunoilla on pienempi sekä käyttämätön tila sirujen välillä jää vähäisemmäksi. Toisaalta muut tekijät, kuten uusien tuotantolaitteiden - esimerkiksi 6-tuumaisten kiekkojen etsaus- ja testauslaitteet - voivat estää valmistajia saamasta nopeita kustannushyötyjä 6-tuumaisista kiekoista.

Kustannussäästöjä muilla alustoilla

On myös kehitetty joukko vaihtoehtoisia alustamateriaaleja, joilla on erilaisia kehittyneempiä ominaisuuksia. Galliumnitridi galliumnitridillä (GaN-on-GaN) ja galliumnitridi piillä (GaN-on-Si) käytännössä poistavat epäyhteensopivuudet alustan ja aktiivin ledimateriaalin väliltä, mikä parantaa tehokkuutta. Puhtaiden piikiekkojen käyttö voi toisaalta tuoda merkittäviä säästöjä jo senkin takia, että sen hinta on vain kahdeksasosa safiirikiekon hinnasta (Lux Researchin mukaan). Lisäksi valmistajat voivat käyttää standardeja puolijohteiden valmistuslaitteita ja kiekkokokoja aina 8 tuumaan (200 mm) asti. 8-tuumaisia piikiekkoja on helposti tarjolla, samoin kustannustehokkaita kotelointitekniikoita. Kuva 2 kokoaa yhteen tämänhetkisen GaN-ledien valmistuksen erikokoisilla safiiri- ja piikiekoilla.

Kuva 2. Suuremmat kiekkokoot alentavat yksittäisen sirun hintaa, mutta niitä on vaikeampi valmistaa safiirista.

Tutkimuslaitokset ovat julkistaneet erilaisia ennusteita siitä, mitkä tulevat olemaan galliumnitridi piillä -leditekniikan (GaN-on-Si) todennäköisimmät vaikutukset. IMS Research ennusti jo joulukuussa 2013, että Gan-on-Si -kiekkojen valmistusmäärät kasvaisivat 69 prosentin vuosivauhtia niin, että niiden osuus ledituotannosta olisi yli 40 prosenttia vuoteen 2020 mennessä. IMS Research vertasi suurteen safiirikiekkojen valmistuksen haasteita edullisten 200-millisten ja sitä suurempien piikiekkojen saatavuuteen, ja otti huomioon myös piikiekkojen tuotantolaitteiden ja -prosessien helpon saatavuuden tekijöinä mitkä tulevat kasvattamaan GaN-on-Si -ledien markkinaosuutta.

GaN-on-Si -kehityspolut

Toshiba on tehnyt yhteistyötä valaistusasiantuntija Bridgeluxin kanssa toteuttaakseen 200-millisille kiekoille galliumnitridiledien tuotantoprosessin, jossa yhdistyvät Toshiban edistyneet piiprosessit ja Bridgeluxin kiteenkasvatukseen ja lediteknologiaan liittyvä tuotanto-osaaminen. Onnistuneiden ja suorituskykyisten GaN-on-Si -ledikiekkojen demoamisen jälkeen Toshiba ryhtyi valmistamaan Leteras-perheen valkoisia ledejä volyymeissä vuonna 2012.

Ensimmäisen polven TL1F1-perhe, joka esiteltiin joulukuussa 2012 koteloituna 6,4 x 5,0 -milliseen 6450-pakkaukseen, ylsi tyypillisessä tehokkuudessa 110 lumeniin wattia kohti. Sen valovuo vaihteli 112-85 lumeniin värilämpötila-alueella 3000-5000 kelviniä. Tämän suorituskyvyn ansiosta TL1F1-ledejä on suunniteltu menestyksellä lamppuihin, kattovalaisimiin, katuvaloihin ja erilaisiin valonheittimiin.

Seuraava sukupolvi

Toisen polven TL1F2-perhe (kuva 4) pääsi volyymituotantoon marraskuussa 2013. Sen tehokkuus parani jopa 135 lumeniin wattia kohti. Parannukset tulivat koteloinnin optimoinnin ja ledipiirin kasvaneen lähtötehon myötä. 1-wattisen TL1F2-ledin valovuo yltää tyypillisesti 104 lumenista 135 lumeniin värilämpötilasta ja CRI-värintoistoindeksistä riippuen. Ledien värilämpötila kattaa alueen 2700-6500 kelviniä, ääripäissä CRI-arvot ovat 80 ja 70.

Kuva 3. Seuraavan sukupolven valkoiset GaN-on-Si -ledit.

TL1F2-ledejä voidaan ajaa 350 milliampeerin virralla. Niiden eteenpäin jännite (VF) on vain 2,85 volttia, mikä auttaa suunnittelijoita vähentämään järjestelmän tehonkulutusta. Ne toimitetaan standardeissa 6450-koteloissa, joiden mitat ovat 6,4 x 5,0 x 1.35 milliä. Toimintalämpötila kattaa alueen -40 asteesta sataan asteeseen, joten ledejä voidaan käyttää niin sisä- kuin ulkotiloissa. Kuvan 4 taulukko listaa ne piirit, jotka ovat tai ovat tulossa tarjolle toisen polven ledeissä.

Kuva 4. Toshiban toisen polven valkoiset GaN-on-Si -ledit. Kaikki testiarvot ovat 25 asteen lämpötilassa.

Piiledien tulevaisuus

Galliumnitridiledien kaupallistuminen piialustalla avaa ovia tulevaisuuden kehitystyölle. Prosessit ja laitteet tuotantoon yli 200-millisillä kiekoilla ovat jo valmiina, mikä antaa mahdollisuuden alentaa kustannuksia entisestään. Lisäksi prosessi mahdollistaa lisälaitteiden kuiten lediohjainten ja ohjainpiirien integroimiseen samaan koteloon ledin kanssa, mikä parantaa järjestelmän suorituskykyä ja luotettavuutta.

MORE NEWS

Tässä alkuvuoden luetuimmat uutiset

Vuoden 2025 ensimmäiset kuukaudet ovat tuoneet esiin selkeitä teknologian ja arjen muutostrendejä, jotka kiinnostavat suomalaisia lukijoita. Turvallisuus, energiatehokkuus, älylaitteiden käyttö ja tulevaisuuden laiteratkaisut ovat nousseet voimakkaasti esiin sekä yksilön että yhteiskunnan tasolla. Kuluttajat haluavat nyt ymmärtää laitteidensa riskit, hyödyntää teknologian koko potentiaalia – ja tehdä entistä järkevämpiä valintoja arjessaan.

Luetuimmat: GPMI uhkaa HDMI:n asemaa

Kiinassa on esitelty uusi monikäyttöinen kaapelistandardi, joka saattaa horjuttaa HDMI:n, DisplayPortin ja Thunderboltin asemaa. Yli 50 kiinalaisen teknologiajätin muodostama Shenzhen 8K UHD Video Industry Cooperation Alliance on kehittänyt General Purpose Media Interface -standardin (GPMI), jonka tekniset ominaisuudet tekevät siitä varteenotettavan kilpailijan nykypäivän yleisimmille liitännöille.

Luetuimmat: Näin sähköauton akun elinikä kasvaa 19-kertaiseksi

Korelaisten POSTECHin (Pohang University of Science and Technology) ja Sungkyunkwanin yliopiston tutkijat ovat löytäneet uuden tavan pidentää sähköautojen litiumioniakkujen käyttöikää jopa 19-kertaiseksi – ilman uusia materiaaleja tai teknologioita. Ratkaisu on yksinkertainen: siinä pitää välttää akun täydellistä tyhjentämistä.

Luetuimmat: Tämän takia litium-nikkeliakut hajoavat

Dallasin Texasin yliopiston (UTD) tutkijat ovat löytäneet syyn, miksi litium-nikkelioksidi (LiNiO₂) -akut menettävät kestävyyttään ja rappeutuvat toistuvien lataussyklien aikana. Löydös voi avata tietä pitkäikäisemmille ja tehokkaammille akuille, jotka voisivat parantaa esimerkiksi sähköautojen ja älylaitteiden suorituskykyä.

Luetuimmat: Pian aurinkopaneeli tulee pakolliseksi

EU:n uusi rakennusten energiatehokkuusdirektiivi (EPBD) on nyt virallisesti hyväksytty ja aikataulutettu. Sen mukaan 31. joulukuuta 2029 jälkeen rakennusluvan saaneissa uusissa asuinrakennuksissa – mukaan lukien omakotitalot – on oltava soveltuvat aurinkoenergiajärjestelmät.

Luetuimmat: Bluetooth kannattaa aina sammuttaa älypuhelimesta

Bluetooth-yhteys on monelle arkipäiväinen apuväline langattomissa kuulokkeissa, kaiuttimissa tai paikannuslaitteissa. Harva kuitenkaan muistaa, että tämä näennäisesti harmiton toiminto voi kuluttaa akkua ja muodostaa merkittävän tietoturvariskin – erityisesti silloin, kun se on päällä turhaan.

Sudo vaihtuu Ubuntussa

Ubuntun takana oleva Canonical on ilmoittanut, että tulevassa Ubuntu 25.10 -versiossa perinteinen sudo korvataan uudella versiolla nimeltä sudo-rs. Tämä uusi komento on kirjoitettu Rust-ohjelmointikielellä ja se toimii lähes identtisesti vanhan sudon kanssa, mutta sen sisäinen toteutus on turvallisempi ja modernimpi.

Pian tietokoneesi tietää, oletko paikalla

STMicroelectronics on esitellyt uudenlaisen Human Presence Detection (HPD) -ratkaisun, joka yhdistää lentoaikaa mittaavia ToF- eli Time-of-Flight-antureita ja tekoälyä parantaakseen kannettavien tietokoneiden käyttökokemusta, akunkestoa ja turvallisuutta. Ratkaisu ei vaadi kameroita tai kuvien tallennusta.

WithSecure: telemetriatiedot tunnistavat 0-päiväuhkat tehokkaammin

Kyberturvallisuusyhtiö WithSecure on kehittänyt uuden, ennakoivan tavan tunnistaa nollapäivähaavoittuvuuksia hyödyntämällä päätelaitteiden käyttäytymistelemetriaa. Yrityksen mukaan kyseessä on merkittävä läpimurto, joka siirtää haavoittuvuuksien tunnistamisen reaktiivisesta mallista kohti ennakoivaa analytiikkaa – jopa ennen kuin haavoittuvuus on yleisesti tiedossa tai hyväksikäytetty.

Pian se vihdoin tapahtuu: Windows 11 nousee suosituimmaksi

Windows 11 on ennennäkemättömässä nousukiidossa. Vielä toukokuussa Windows 10 hallitsi selvästi maailmanlaajuista käyttöjärjestelmämarkkinaa, mutta tuoreimmat tilastot kertovat selkeästä käänteestä: Windows 11 on ohittamassa edeltäjänsä – mahdollisesti jo kesäkuun aikana.

Suunnittele RISC-V-piiri muutamassa minuutissa

Piirisuunnittelu, joka perinteisesti vie kuukausia ja vaatii monen hengen asiantuntijatiimin, voi nyt onnistua minuuteissa yksittäiseltä suunnittelijalta. Intialainen startup InCore Semiconductors on esitellyt SoC Generator -alustan, joka automatisoi järjestelmä- eli SoC- piirien suunnittelun ennennäkemättömällä tavalla.

Rakettitiede lentää onnistuneilla rekrytoinneilla

Helsinkiläinen ohjelmistokehitykseen erikoistunut IT-yhtiö Rakettitiede jatkoi kannattavaa kasvuaan viime vuonna. - Olemme onnistuneet rekrytoimaan kokeneita osaajia ja tarjoamaan heille juuri oikeanlaisia toimeksiantoja, sanoo toimitusjohtaja Juha Huttunen.

Maailman ensimmäinen lisälaitesovitin, joka säilyttää IP65-luokituksen

Sotilaskäytössä kentällä tarvitaan IP65-luokitusta – eli täyttä suojaa pölyä ja roiskevettä vastaan – jotta laitteet kestävät vaativissa ja vaihtelevissa olosuhteissa. Mutta entä jos laitteeseen täytyy liittää lisälaitteita, kuten radiot, LAN-verkot tai muut kenttävarusteet? Usein suojaus menetetään heti, kun portit avataan. Panasonic on ratkaissut tämän ongelman esittelemällä maailman ensimmäisen lisälaitesovittimen, joka säilyttää IP65-luokituksen myös käytön aikana.

Tekoälyn aikakaudella mikro-ohjain pitää ajatella uusiksi

ETN - Technical articleTekoälyä tuodaan nyt vauhdilla mikro-ohjaimiin. Ajan myötä kaikista päätelaitteiden ML-sovelluksiin tarkoitetuista mikro-ohjaimista tulee hybridilaitteita, joissa yhdistyvät CPU ja NPU. Tämä kehitys on väistämätöntä.

Suomalainen startup Ovido kesyttää tuotetiedon tekoälyn avulla

Helsinkiläinen teknologiayritys Ovido haluaa mullistaa tavan, jolla tuotetietoa hallitaan kansainvälisissä toimitusketjuissa. Yritys kehittää tekoälypohjaista SaaS-alustaa, joka auttaa valmistajia vastaamaan kiristyviin sääntelyvaatimuksiin, kertovat toimitusjohtaja Suvi Haimi ja toinen perustaja Antti Toponen.

VTT kehitti maatuvan aurinkokennon maatalouteen

VTT on kehittänyt maailman ensimmäisten joukossa täysin biohajoavan aurinkokennomoduulin, joka voidaan kiinnittää suoraan viljelykasvin lehteen tai varteen. Maatuvan kennon avulla maatalouteen voidaan tuoda uutta mittauselektroniikkaa ilman huolta jätteistä tai ympäristöhaitoista.

Uusi GaN-transistori voi mullistaa 6G-verkkojen radiotaajuuspiirit

Bristolin yliopiston ja Northrop Grummanin tutkijat ovat kehittäneet uudenlaisen galliumnitridiin (GaN) perustuvan transistoriarkkitehtuurin, joka voi merkittävästi parantaa tulevien 6G-verkkojen nopeutta, tehokkuutta ja signaalinlaatua. Löydös julkaistiin Nature Electronics -lehdessä.

OnePlussan Nord-sarja ottaa harppauksen lippulaivojen suuntaan

OnePlus valmistautuu isoon kesälanseeraukseen, kun se julkistaa 8. heinäkuuta viisi uutta laitetta, ajoitetusti keskelle lomakautta. Tuotteisiin kuuluvat uudet puhelinmallit OnePlus Nord 5 ja Nord CE 5, langattomat kuulokkeet Buds 4, älykello Watch 3 (43 mm) sekä edullinen tablettiuutuus OnePlus Pad Lite.

Lopulta tekoäly lopettaa koodaamisen

AWS:n Principal Developer Advocate Gunnar Grosch esitti AWS Summit Stockholm 2025 -tapahtumassa rohkean näkemyksen ohjelmistokehityksen tulevaisuudesta. - Lopulta tekoäly lopettaa koodaamisen. Hänen mukaansa kehittäjien rooli on jo nyt siirtymässä koodin kirjoittajista kohti koodintarkastajaa – asiantuntijaa, joka ohjaa, tarkistaa ja optimoi tekoälyn tuottamaa koodia.

Mullistava muunninpiiri nostaa datansiirron nopeuden kolminkertaiseksi

Belgialainen mikroelektroniikan tutkimuskeskus IMEC on esitellyt digitaalista datansiirtoa mullistavan uutuuden. 150 giganäytetty sekunnissa näytteistävä DA-muunnin 300 gigabitin tiedonsiirtoon sekunnissa yhdellä kaistalla. Tämä on merkittävä harppaus verrattuna nykyisiin markkinoilla oleviin PAM-4-pohjaisiin ratkaisuihin.

ETNdigi 1/2025 is out
TMSNet  advertisement

© Elektroniikkalehti

 
 

TECHNICAL ARTICLES

Tekoälyn aikakaudella mikro-ohjain pitää ajatella uusiksi

ETN - Technical articleTekoälyä tuodaan nyt vauhdilla mikro-ohjaimiin. Ajan myötä kaikista päätelaitteiden ML-sovelluksiin tarkoitetuista mikro-ohjaimista tulee hybridilaitteita, joissa yhdistyvät CPU ja NPU. Tämä kehitys on väistämätöntä.

Lue lisää...

OPINION

Onko tekoäly nyt uusin uhka tietoturvalle?

Tekoäly on tullut jäädäkseen – siitä ei ole epäilystäkään. Mutta mitä tapahtuu, kun siitä tulee myös kyberturvallisuuden suurin uhka?

Lue lisää...

LATEST NEWS

  • Tässä alkuvuoden luetuimmat uutiset
  • Luetuimmat: GPMI uhkaa HDMI:n asemaa
  • Luetuimmat: Näin sähköauton akun elinikä kasvaa 19-kertaiseksi
  • Luetuimmat: Tämän takia litium-nikkeliakut hajoavat
  • Luetuimmat: Pian aurinkopaneeli tulee pakolliseksi

NEW PRODUCTS

  • Maailman ensimmäinen lisälaitesovitin, joka säilyttää IP65-luokituksen
  • Uudenlainen termistori on iso askel sähköautoille
  • 10 wattia sokeripalan kokoisesta teholähteestä raiteille
  • Bluetoothin uudet ominaisuudet käyttöön pienellä USB-tikulla
  • Yksi piiri pidentää langattoman laitteen käyttöaikaa
 
 

Section Tapet