Як оцінити термін служби діодів у комунікаційних програмах?

1, Механізм виходу з ладу діода в сценаріях зв'язку
Деградація матеріалу внаслідок термічної напруги
Висока температура є основною причиною виходу з ладу діодів комунікаційного обладнання. Експериментальні дані показують, що коли температура переходу перевищує 150 градусів, зворотний струм витоку кремнієвих-діодів зменшується на 50% на кожні 10 градусів збільшення зворотного струму витоку. Після безперервної роботи протягом 1000 годин при температурі 125 градусів певний пристрій супутникового зв’язку зазнав 12% відшаровування шару металізації через термічне навантаження, що безпосередньо спричинило розрив ланцюга.
Зміщення параметрів, спричинене електричним стресом
Тривалий вплив перенапруги або перевантаження по струму може прискорити погіршення параметрів діода. Взявши, наприклад, діод стабілізатора напруги, коли робоча напруга перевищує 10% від номінального значення, річний дрейф напруги пробою може досягати 0,5 В, що призводить до виходу з ладу схеми захисту. Певна радіолокаційна система, встановлена ​​на автомобілі, зазнала перенапруги на діодах через коливання потужності, що призвело до триразового збільшення кількості відмов протягом трьох місяців.
Порушення упаковки внаслідок механічного впливу
В умовах вібрації структура упаковки діодів схильна до мікротріщин. Випробування, проведене на певній базовій станції, показало, що при віброприскоренні 10g швидкість відриву дроту в корпусних діодах ТО-220 зросла у 8 разів порівняно зі статичним станом. Крім того, вплив вологості може призвести до того, що пакувальний матеріал поглинає вологу та розширюється, що призводить до розшарування поверхні поверхні.
2, Система методології оцінки життя
Прискорений життєвий тест (ALT)
Прискорення процесу старіння діодів шляхом збільшення рівня стресу, наприклад температури та напруги.
Модель Арреніуса: для кожного підвищення температури на 10 градусів тривалість життя скорочується на 1/2-1/3. Певний SiC діод Шотткі витримує 1000 годин ALT при 175 градусах, що еквівалентно 100 000 годинам роботи при 25 градусах.
Модель Кофіна Менсона: використовується для оцінки довговічності втомленості, викликаної термоциклуванням. Певний діод живлення виходить з ладу після 500 циклів термоциклування при -40 градусів ~125 градусів, що еквівалентно 10-річному терміну служби на місці.
Фізична модель надійності
Створіть модель прогнозування терміну служби на основі властивостей матеріалу та механізмів відмови.
Модель електронної міграції: розгляньте вплив щільності струму та температури на термін служби металевих шарів з’єднання. Тривалість роботи у відкритому ланцюзі діода, керованого GaN HEMT, викликаного міграцією електронів при щільності струму 10 А/мм², становить 50 000 годин.
Модель термічного опору: обчисліть температуру з’єднання та спрогнозуйте термін експлуатації через термічний опір (Rth). Діод DFN8 × 8 має температуру переходу 150 градусів і термін служби лише 20 000 годин при споживанні потужності 2 Вт.
Аналіз статистики
Збирайте дані про-несправності на місці та оцінюйте термін служби за допомогою статистичних методів, наприклад розподілу Вейбулла.
Певний постачальник комунікаційного обладнання: після відстеження 100 000 діодів протягом 3 років було виявлено, що B10 має термін служби (10% часу відмови) 80 000 годин, а B50 має термін служби 150 000 годин.
Аналіз режиму відмови: термічна відмова становить 60%, відмова від електричної напруги становить 25%, а механічна відмова припадає на 15%.
3, Стратегія оптимізації життя
Інновації в матеріалах і процесах
Напівпровідник із широкою забороненою зоною: термін служби SiC-діодів у 5 разів довший, ніж SiC-діоди при 200 градусах. 1200 В SiC SBD компанії Cree має напрацювання 200 000 годин при 175 градусах.
Технологія 3D-пакування: використання вертикального з’єднання TSV, зниження теплового опору на 40%. Діоди Amkor SiP мають контрольовану температуру переходу в межах 120 градусів при споживанні потужності 10 Вт.
Оптимізація шару пасивації: Введення композитного шару пасивації SiN/Al ₂ O ∝ для зменшення температурного коефіцієнта зворотного витоку з 0,5%/градус до 0,1%/градус.
Термічний менеджмент системного рівня
Мікроканальне рідинне охолодження: у базових станціях Huawei використовуються пластини мікроканального рідинного охолодження-на основі кремнію, які знижують температуру з’єднання діодів зі 150 градусів до 110 градусів і подовжують термін їх служби втричі.
Розсіювання тепла при зміні фази: композитний матеріал із зміною фази на основі парафіну, розроблений корпорацією ZTE, може поглинати 800 Дж тепла при точці зміни фази 120 градусів, затримуючи термічне старіння.
Інтелектуальне керування температурою: чіп TPS25940 від компанії TI динамічно регулює вихідний струм, визначаючи температуру упаковки, і обмежує струм до 70% від номінального значення при 150 градусах.
Оптимізація конструкції схеми
Технологія м’якого перемикання: перемикання нульової напруги (ZVS) усуває стрибки напруги під час зворотного відновлення, збільшуючи термін служби діода на 60%.
Синхронне випрямлення: замініть діоди MOSFET, щоб повністю усунути теплові втрати. Контролер синхронного випрямлення LM5164 від TI досягає ефективності 96% при частоті перемикання 1 МГц.
Конструкція резервування: застосовуючи архітектуру резервування N+1, модуль живлення певної базової станції 5G може підтримувати 95% продуктивності, навіть якщо виходить з ладу один діод.
https://www.trrsemicon.com/transistor/glass-пасивовані-мости-випрямлячі-tmbf310.html