德州儀器用2000萬小時(shí)給出使用氮化鎵（GaN）的理由

    在多倫多一個(gè)飄雪的寒冷日子里。

　　我們幾個(gè)人齊聚在本地一所大學(xué)位于地下的高級電力電子研究實(shí)驗(yàn)室中，進(jìn)行一場頭腦風(fēng)暴。有點(diǎn)諷刺意味的是，話題始終圍繞著熱量，當(dāng)然不是要生熱取暖，而是如何減少功率轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的熱量。我們已經(jīng)將MOSFET和IGBT分別做到了極致，但是我們中沒有人對此感到滿意。在這個(gè)探討過程中，我們盤點(diǎn)了一系列在高壓環(huán)境中失敗的設(shè)備。

　　在那個(gè)雪花漫天飛舞的日子里，我們聚焦于選擇新方法和拓?fù)?，以尋求獲得更高的效率和密度，當(dāng)然也要找到改進(jìn)健全性的途徑。一位高級研究員幫助總結(jié)了我們面前的挑戰(zhàn)：“我們能實(shí)現(xiàn)所有這些設(shè)想。但首先，請給我完美的電源開關(guān)。”這句話里蘊(yùn)含著的半是沮喪，半是希望。

　　而在數(shù)年后，堪稱完美的電源開關(guān)終于問世。2018年，我們發(fā)布了600-V 氮化鎵(GaN) FET系列產(chǎn)品，包括LMG3410R070、LMG3411R070和LMG3410R050，它們具有集成式驅(qū)動(dòng)器和保護(hù)裝置。每件設(shè)備都能做到兆赫茲開關(guān)和提供數(shù)千瓦功率 - 這實(shí)現(xiàn)了前所未有的更小巧和更高效率的設(shè)計(jì)。

　　在正式發(fā)布之前，TI投入大量人力物力， 累計(jì)進(jìn)行了超過2000萬小時(shí)的設(shè)備可靠性測試，使得電源設(shè)計(jì)工程師可以更放心地在各種電源應(yīng)用中使用氮化鎵。

　　圖片：TI高壓電源應(yīng)用產(chǎn)品業(yè)務(wù)部氮化鎵功率器件產(chǎn)品線經(jīng)理 Steve Tom先生展示氮化鎵產(chǎn)品

　　“完美電源開關(guān)”的飄然而至

　　TI始終引領(lǐng)著提倡開發(fā)和實(shí)施全面性方法，確保在嚴(yán)苛操作環(huán)境下，GaN設(shè)備也能夠可靠地運(yùn)行和具有出色的使用壽命。為此，我們用傳統(tǒng)的硅方法制作GaN的硅基，從而利用硅的內(nèi)在特性。此外，壓力測試需要包括常見于開關(guān)電源設(shè)備的硬開關(guān)工作模式，而這恰恰是傳統(tǒng)硅晶體管無法解決的問題。TI的測試主要集中于以下四個(gè)領(lǐng)域：

　　? 設(shè)備可靠性：符合設(shè)備的工程設(shè)計(jì);構(gòu)建設(shè)備內(nèi)在的使用壽命。

　　? 應(yīng)用健全性：在加速環(huán)境下，整合任務(wù)剖面條件，模擬真實(shí)應(yīng)用情形。

　　? 制造：專注于生產(chǎn)流程優(yōu)化和產(chǎn)能改進(jìn)。

　　? 符合電子工程設(shè)計(jì)發(fā)展聯(lián)合協(xié)會(JEDEC)質(zhì)量要求：通過提速測試設(shè)備質(zhì)量和存活能力，來預(yù)見產(chǎn)品的低缺陷率和故障率。

　　2000萬小時(shí)設(shè)備可靠性測試與計(jì)量

　　此外，2017年是電力電子行業(yè)振奮人心的里程碑之年。 JEDEC宣布制定完成了JC-70.1，它規(guī)范了GaN的可靠性和質(zhì)量認(rèn)證流程、數(shù)據(jù)資料表、參數(shù)以及測試和特性表征方法。德州儀器公司是JC-70.1標(biāo)準(zhǔn)的創(chuàng)始人與積極倡導(dǎo)者之一，基于2000萬小時(shí)的可靠性測試，TI始終致力于幫助整個(gè)行業(yè)，進(jìn)一步從我們提供的方法論、專業(yè)技術(shù)和高科技知識中獲益。

　　完美的電源開關(guān)不再是幾個(gè)人在冰冷地下研究室中的奢望。夢已成真。新穎的電源開關(guān)使設(shè)計(jì)人員能夠充分發(fā)揮他們的能力：讓產(chǎn)品達(dá)到史無前例的功率密度和效率。

　　其他資源

　　? 閱讀博文，“尺寸減半，功率翻番：氮化鎵(GaN)如何變革機(jī)器人、可再生能源和電信等眾多領(lǐng)域”。

　　? 下載這些應(yīng)用說明：

　　- 高密度電源設(shè)計(jì)中的過電流保護(hù)

　　- GaN功率級設(shè)計(jì)中的熱思考

　　本文作者：德州儀器 (TI) 氮化鎵解決方案高級技術(shù)戰(zhàn)略經(jīng)理 Masoud Beheshti