如何為應(yīng)用的實用性測試GaN的可靠性?
發(fā)布時間:2020-11-12 來源:Sandeep Bahl 責(zé)任編輯:wenwei
【導(dǎo)讀】最近,一位客戶問我關(guān)于氮化鎵(GaN)可靠性的問題:“JEDEC(電子設(shè)備工程聯(lián)合委員會)似乎沒把應(yīng)用條件納入到開關(guān)電源的范疇。我們將在最終產(chǎn)品里使用的任何GaN器件都應(yīng)通過這樣的測試。依我看,JEDEC制定的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)該涵蓋這類測試。您說呢?”
客戶的質(zhì)疑是對的。為使GaN被廣泛使用,其可靠性需要在預(yù)期應(yīng)用中得到證明,而不是僅僅通過硅材料配方合格認(rèn)證(silicon qualification recipe)即可。由于長期的業(yè)界經(jīng)驗和可靠性模型的驗證,人們現(xiàn)在可以接受將基于標(biāo)準(zhǔn)的測試用于硅材料的做法,不過也有例外的情況。功率金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管(MOSFET)是在20世紀(jì)70年代末開發(fā)的,但直到20世紀(jì)90年代初,JEDEC才制定了標(biāo)準(zhǔn)。目前尚不清楚JEDEC硅材料合格認(rèn)證對GaN晶體管而言意味著什么。
標(biāo)準(zhǔn)滯后于技術(shù)的采用,但標(biāo)準(zhǔn)無需使技術(shù)可靠。這是對該項技術(shù)、其故障模式以及測試、合格標(biāo)準(zhǔn)和產(chǎn)品運行知識的深刻理解。在德州儀器(TI),我們要回歸基本面,創(chuàng)建一套能證明GaN合格的方法。JEDEC制定的標(biāo)準(zhǔn)將最終涵蓋這類測試,但在此期間,請參閱我們的白皮書:《一套證明GaN產(chǎn)品可靠性的綜合方法》。
與應(yīng)用相關(guān)的合格標(biāo)準(zhǔn)特別重要。雖然JEDEC明確規(guī)定需要進(jìn)行動態(tài)測試,但它并未規(guī)定條件,也未列出在我們這個行業(yè)不斷演進(jìn)的應(yīng)用和材料集。我們的大多數(shù)客戶將把GaN用于電源轉(zhuǎn)換,因此,硬開關(guān)轉(zhuǎn)換是一個與應(yīng)用相關(guān)的基本事件。較之預(yù)燒板合格標(biāo)準(zhǔn),這產(chǎn)生了迥然不同的應(yīng)力,如白皮書中圖3、圖4所示。因此,我們已開發(fā)出一種符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的測試工具(如圖1所示),以證明GaN用于硬開關(guān)時完全合格。我們還在實際工作條件下運行部件,以確定并修復(fù)新發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)場故障機(jī)制。這使我們能證明GaN在電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用中是可靠的。
圖1:符合JEDEC標(biāo)準(zhǔn)的測試工具適用于感應(yīng)開關(guān)應(yīng)用測試
為GaN開發(fā)基于標(biāo)準(zhǔn)的測試需要花費大量時間,不過我們正在積極開發(fā)各種所需的測試,以證明GaN在電源轉(zhuǎn)換應(yīng)用中的可靠性。TI會用客戶認(rèn)為合理的方法測試GaN,即使在標(biāo)準(zhǔn)機(jī)構(gòu)做到這一點之前。
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