Ausfalltests für Galliumnitrid-HEMTs

Zuverlässiger als Silizium-MOSFETs

7. April 2020, 15:00 Uhr | Ralf Higgelke

Ihren elften Zuverlässigkeitsbericht ihrer GaN-Bauteile hat EPC (Efficient Power Conversion) veröffentlicht. Dieser dokumentiert eine kumulierte Felderfahrung von 123 Milliarden Betriebsstunden über zehn Jahre und fünf Bauteilgenerationen.

Bauteile bis zum Ausfall zu testen, vermittelt ein Verständnis dafür, wie groß der Spielraum zwischen den Grenzen, die das Datenblatt vorgibt, und denen in der Praxis ist. Noch wichtiger jedoch ist es, die intrinsischen Ausfallmechanismen der Bauelemente zu identifizieren. Kennt man diese, lässt sich die Grundursache von Ausfällen ermitteln. Anhand dieser Erkenntnisse über das Bauteilverhalten über die Zeit, die Temperatur sowie die elektrische oder mechanische Beanspruchung erhält der Anwender eine genaue Vorstellung der zuverlässigen Betriebsdauer eines Produkts über eine allgemeinere Reihe von Einsatzbedingungen.

In diesem Zusammenhang hat Efficient Power Conversion (EPC) seinen bereits elften Zuverlässigkeitsbericht vorgelegt. Dieser dokumentiert, wie diese erstaunliche Zuverlässigkeit im Feld erreicht werden konnte, wie sie sogar Leistungs-MOSFETs aus Silizium nicht erreichen. Diese Strategie basierte auf Tests, bei denen Bauteile unter verschiedenen Betriebsbedingungen versagen mussten, um robustere Produkte für anspruchsvolle Anwendungen wie Lidar für autonome Fahrzeuge, LTE-Basisstationen, Fahrzeugscheinwerfer und Satelliten zu entwickeln, um nur einige zu nennen.

Dieser Bericht gliedert sich in sieben Abschnitte, die sich mit jeweils einem anderen Ausfallmechanismus befassen:

Abschnitt 1: Intrinsische Ausfallmechanismen, die sich auf die Gate-Elektrode von eGaN-Bauteilen auswirken
Abschnitt 2: Intrinsische Mechanismen hinter dem dynamischen R_DS(on)
Abschnitt 3: Sicherer Arbeitsbereich (SOA)
Abschnitt 4: Zerstörende Prüfung der Bauteile im Kurzschlussfall.
Abschnitt 5: Kundenspezifischer Test, um die Langzeitzuverlässigkeit bei Lidar-Impulsbelastungen zu bewerten
Abschnitt 6: Mechanische Belastungstests
Abschnitt 7: Zuverlässigkeit im Feld

Wie Dr. Alex Lidow, CEO und Mitgründer von EPC, erklärt: »eGaN-Bauelemente sind seit mehr als zehn Jahren in der Massenproduktion und hätten sowohl im Labor als auch in Kundenanwendungen mit hohen Stückzahlen eine sehr hohe Zuverlässigkeit bewiesen. Die Veröffentlichung des elften Zuverlässigkeitsberichts von EPC stellt die kumulierten Erfahrungswerte von Millionen von Bauteilen über einen Zeitraum von zehn Jahren und fünf Technologiegenerationen dar. Diese Zuverlässigkeitstests wurden durchgeführt, um unser Verständnis darüber zu vertiefen, wie sich GaN-Bauteile unter einer Vielzahl von Stressbedingungen verhalten.«

Dr. Lidow fährt fort: »Die Ergebnisse unserer Zuverlässigkeitsstudien zeigen, dass GaN eine extrem robuste Technologie ist, die sich in rasantem Tempo weiter verbessert. EPC hat sich verpflichtet, GaN-Bauteile strengen Zuverlässigkeitsstandards zu unterwerfen und die Ergebnisse mit der Leistungselektronikindustrie zu teilen.«