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Mittwoch, 17 März 2021 10:59

Lebensdauervorhersage für eGaN-Leistungshalbleiter

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Geschätzte Lesezeit: 2 - 3 Minuten
Aus den Lebensdauer-Erfahrungen mit GaN-Leistungsbauelementen können mittlerweile Modellrechnungen für künftige Designs abgeleitet werden Aus den Lebensdauer-Erfahrungen mit GaN-Leistungsbauelementen können mittlerweile Modellrechnungen für künftige Designs abgeleitet werden

Erfahrungen aus 226 Mrd. Betriebsstunden von eGaN-Komponenten im Feldeinsatz liegen nun als Phase-12-Zuverlässigkeitsbericht vor. Er dient als Lebensdauerprognose anhand physikalischer Modelle und bestätigt: eGaN-Bauelemente erreichen eine Lebensdauer und Robustheit, die über der von Silizium-Leistungshalbleitern liegt.

Leistungselektronik-Spezialist Finepower hat einen Phase-12 Reliability Report zu den eGaN-Bauelementen des Herstellers EPC vorgestellt. Diese werden seit über 11 Jahren als Serienprodukte hergestellt und haben in mehr als 226 Mrd. Betriebsstunden eine sehr hohe Zuverlässigkeit unter rauen Betriebsbedingungen bewiesen – etwa in Fahrzeugen, LTE-Basisstationen und Satelliten. Der Bericht ergänzt nun die umfangreiche Wissensbasis der ersten elf Reports und beschreibt im Detail, wie mithilfe einer Test-to-Fail-Methodik intrinsische Ausfallmechanismen aufgespürt und zur Entwicklung physikalischer Modelle verwendet werden können. Ziel ist, die sichere Betriebslebensdauer der Produkte präzise vorherzusagen.

Der Phase-12-Zuverlässigkeitsbericht enthält die Testergebnisse von eGaN-Bauelementen bis zu ihrem Ausfall. Anhand dieser Informationen lassen sich serienmäßige Ausfallmechanismen der Bausteine identifizieren und umfangreiche Kenntnisse über ihr Verhalten über der Zeit, Temperatur sowie elektrischen oder mechanischen Beanspruchung ableiten. Auf dieser Basis lassen sich physikalische Modelle erstellen, die die sichere Lebensdauer der Leistungshalbleiter über einen allgemeineren Satz von Betriebsparametern genau wiedergeben.

Der Bericht ist in neun Abschnitte unterteilt, die sich jeweils mit verschiedenen Ausfallmechanismen befassen:

  • Abschnitt 1: Serienausfall-Mechanismen, die die Gate-Elektrode von eGaN-Bauelementen betreffen
  • Abschnitt 2: Serienmäßige Ausfallmechanismen, die dem dynamischen RDS(on) zugrunde liegen
  • Abschnitt 3: Sicherer Arbeitsbereich (Safe-Operating Area, SOA)
  • Abschnitt 4: Prüfen von Bauelementen bis zur Zerstörung (unter Kurzschlussbedingungen)
  • Abschnitt 5: Kunden-spezifischer Test zur Bewertung der Zuverlässigkeit über Langzeit-Lidar-Pulsbelastung
  • Abschnitt 6: Prüfung der mechanischen Belastbarkeit
  • Abschnitt 7: Lötbarkeit der Bauelemente
  • Abschnitt 8: Thermo-mechanische Belastung
  • Abschnitt 9: Zuverlässig- keit im Feld.

Dr. Alex Lidow, CEO und Mitbegründer von EPC, sagt dazu: „Die Veröffentlichung unseres 12. Zuverlässigkeitsberichts repräsentiert das gesammelte Wissen über Millionen von Bauelementen und fünf Technologie-Generationen.“ Diese Zuverlässigkeitstests dienen dem besseren Verständnis des Verhaltens von GaN-Bauelementen unter einer Vielzahl von Belastungsbedingungen. „Standard-Qualifikationstests für Leistungshalbleiter sind unzureichend, da nur Bauteile zugelassen werden, die eine ganz bestimmte Testbedingung bestehen“, so Lidow weiter. „Dank unserer Test-to-Fail-Methode können wir durchgehend robustere, leistungsfähigere und kostengünstigere Produkte für die Leistungswandlung anbieten. Damit erzielen wir eine Zuverlässigkeit, die über das hinausgeht, was mit herkömmlichen Silizium-MOSFETs erreichbar ist.“

„Die Veröffentlichung ... repräsentiert das gesammelte Wissen über Millionen von Bauelementen und fünf Technologie-Generationen“

Finepower erläutert in Webinaren die Fortschritte bei der Modellierung, Vorhersage und Messung der Zuverlässigkeit von GaN-Bauelementen, die zu den Ergebnissen des Phase-12 Reliability Report beitragen (www.finepower.com/finepower-webinar-epc-design-tips-fuer-gan).-dir/vti-

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