הדור השלישי של מוליכים למחצה, המיוצגים על ידי גליום ניטריד (GaN) וסיליקון קרביד (SiC), פותחו במהירות בשל תכונותיהם המצוינות. עם זאת, כיצד למדוד במדויק את הפרמטרים והמאפיינים של מכשירים אלו על מנת לנצל את הפוטנציאל שלהם ולייעל את היעילות והאמינות שלהם דורש ציוד מדידה ושיטות מקצועיות מדויקות.
הדור החדש של חומרי פס רחב (WBG) המיוצגים על ידי סיליקון קרביד (SiC) וגליום ניטריד (GaN) הופכים בשימוש נרחב יותר ויותר. מבחינה חשמלית, חומרים אלה קרובים יותר למבודדים מאשר סיליקון וחומרים מוליכים למחצה טיפוסיים אחרים. חומרים אלו נועדו להתגבר על מגבלות הסיליקון מכיוון שהוא חומר צר מרווח פס ולכן גורם לדליפה לקויה של מוליכות חשמלית, אשר הופכת בולטת יותר ככל שהטמפרטורה, המתח או התדר עולים. הגבול הלוגי לדליפה זו הוא מוליכות בלתי מבוקרת, שווה ערך לכשל תפעול של מוליכים למחצה.
מבין שני חומרי הפער הרחבים הללו, GaN מתאים בעיקר להטמעת הספק נמוך ובינוני, סביב 1 קילו וולט ומתחת ל-100 A. אזור צמיחה משמעותי אחד עבור GaN הוא השימוש בו בתאורת LED, אך גם גידול בשימושים אחרים בהספק נמוך כגון כלי רכב ותקשורת RF. לעומת זאת, הטכנולוגיות המקיפות את ה-SiC מפותחות יותר מ-GaN ומתאימות יותר ליישומי הספק גבוה יותר כגון ממירי משיכה לרכב חשמלי, העברת כוח, ציוד HVAC גדול ומערכות תעשייתיות.
מכשירי SiC מסוגלים לפעול במתחים גבוהים יותר, תדרי מיתוג גבוהים יותר וטמפרטורות גבוהות יותר מאשר מכשירי Si MOSFET. בתנאים אלה, ל-SiC ביצועים, יעילות, צפיפות הספק ואמינות גבוהים יותר. יתרונות אלו מסייעים למעצבים להפחית את הגודל, המשקל והעלות של ממירי הכוח כדי להפוך אותם לתחרותיים יותר, במיוחד בפלחי שוק משתלמים כמו תעופה, צבא וכלי רכב חשמליים.
מכשירי SiC MOSFET ממלאים תפקיד מכריע בפיתוח של התקני המרת חשמל מהדור הבא, בגלל יכולתם להשיג יעילות אנרגטית גבוהה יותר בתכנונים המבוססים על רכיבים קטנים יותר. השינוי מחייב גם מהנדסים לבחון מחדש כמה מטכניקות התכנון והבדיקה המשמשות באופן מסורתי ליצירת אלקטרוניקת כוח.
הדרישה לבדיקות קפדניות הולכת וגוברת
כדי לממש את הפוטנציאל של התקני SiC ו-GaN, נדרשות מדידות מדויקות במהלך פעולת המיתוג כדי לייעל את היעילות והאמינות. נהלי הבדיקה של התקני מוליכים למחצה SiC ו-GaN חייבים לקחת בחשבון את תדרי הפעולה והמתחים הגבוהים יותר של התקנים אלה.
הפיתוח של כלי בדיקה ומדידה, כגון מחוללי פונקציות שרירותיות (AFGs), אוסילוסקופים, מכשירי יחידת מדידת מקור (SMU) ומנתחי פרמטרים, מסייע למהנדסי תכנון כוח להשיג תוצאות חזקות יותר מהר יותר. שדרוג הציוד הזה עוזר להם להתמודד עם אתגרים יומיומיים. "מזעור הפסדי מיתוג נותר אתגר מרכזי עבור מהנדסי ציוד כוח", אמר ג'ונתן טאקר, ראש שיווק אספקת חשמל ב-Teck/Gishili. עיצובים אלה חייבים להימדד בקפדנות כדי להבטיח עקביות. אחת מטכניקות המדידה המרכזיות נקראת מבחן הדופק הכפול (DPT), שהיא השיטה הסטנדרטית למדידת פרמטרי המיתוג של MOSFETs או מכשירי כוח IGBT.
ההגדרה לביצוע בדיקת דופק כפול מוליכים למחצה SiC כוללת: מחולל פונקציות להנעת רשת MOSFET; תוכנת אוסילוסקופ וניתוח למדידת VDS ו-ID. בנוסף לבדיקת דופק כפול, כלומר בנוסף לבדיקת רמת המעגל, ישנן בדיקת רמת החומר, בדיקת רמת הרכיב ובדיקת רמת המערכת. חידושים בכלי בדיקה אפשרו למהנדסי תכנון בכל שלבי מחזור החיים לעבוד לקראת התקני המרת הספק שיכולים לעמוד בדרישות תכנון מחמירות בצורה חסכונית.
היערכות לאשר ציוד בתגובה לשינויים רגולטוריים וצרכים טכנולוגיים חדשים עבור ציוד למשתמשי קצה, מייצור חשמל ועד כלי רכב חשמליים, מאפשרת לחברות העוסקות באלקטרוניקה כוח להתמקד בחדשנות בעלת ערך מוסף ולהניח את הבסיס לצמיחה עתידית.
זמן פרסום: 27-3-2023