GaN可靠性的问题分析

Zjianeng

最近，一位客户问我关于氮化镓（GaN）可靠性的问题：“JEDEC（电子设备工程联合委员会）似乎没把应用条件纳入到开关电源的范畴。我们将在最终产品里使用的任何GaN器件都应通过这样的测试。依我看，JEDEC制定的标准应该涵盖这类测试。您说呢？”

客户的质疑是对的。为使GaN被广泛使用，其可靠性需要在预期应用中得到证明，而不是仅仅通过硅材料配方合格认证（silicon qualification recipe）即可。由于长期的业界经验和可靠性模型的验证，人们现在可以接受将基于标准的测试用于硅材料的做法，不过也有例外的情况。功率金属氧化物半导体场效应晶体管（MOSFET）是在20世纪70年代末开发的，但直到20世纪90年代初，JEDEC才制定了标准。目前尚不清楚JEDEC硅材料合格认证对GaN晶体管而言意味着什么。

标准滞后于技术的采用，但标准无需使技术可靠。这是对该项技术、其故障模式以及测试、合格标准和产品运行知识的深刻理解。在德州仪器（TI），我们要回归基本面，创建一套能证明GaN合格的方法。JEDEC制定的标准将最终涵盖这类测试，但在此期间，请参阅我们的白皮书：《一套证明GaN产品可靠性的综合方法》。
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与应用相关的合格标准特别重要。虽然JEDEC明确规定需要进行动态测试，但它并未规定条件，也未列出在我们这个行业不断演进的应用和材料集。我们的大多数客户将把GaN用于电源转换，因此，硬开关转换是一个与应用相关的基本事件。较之预烧板合格标准，这产生了迥然不同的应力，如白皮书中图3、图4所示。因此，我们已开发出一种符合jedec标准的测试工具（如图1所示），以证明GaN用于硬开关时完全合格。我们还在实际工作条件下运行部件，以确定并修复新发现的现场故障机制。这使我们能证明GaN在电源转换应用中是可靠的。

图1：符合JEDEC标准的测试工具适用于感应开关应用测试
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为GaN开发基于标准的测试需要花费大量时间，不过我们正在积极开发各种所需的测试，以证明GaN在电源转换应用中的可靠性。TI会用客户认为合理的方法测试GaN，即使在标准机构做到这一点之前。
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可靠性需要在预期应用中得到证明，而不是仅仅通过硅材料配方合格认证即可