Tehopiirien vianhakua akustisesti

Akustisella emissiolla tarkkailtiin SiC Schottky -diodipiirin kulumisvaurioiden etenemistä reaaliaikaisesti ensimmäistä kertaa.

Suurempi kuva

Osakan yliopiston tutkijat käyttävät akustisia seurantaa piikarbidi tehopiirien vikatilanteiden kehittymisen havainnointiin. Tehoelektroniikalla hallitaan verkkovirtaa ja käyttösähköä tietokoneissa, ohjaustehostinjärjestelmissä, aurinkokennoissa ja monissa muissa tekniikoissa.

Tutkijat pyrkivät tehostamaan tehoelektroniikkaa käyttämällä piikarbidipuolijohteita. Käytön tuottamat väsymisvauriot, kuten halkeamat, ovat kuitenkin edelleen tekniikalle ongelmallisia. Komponenttien vaurioiden varhainen havaitseminen auttaisi tutkijoita ennakoimaan tulevia vikoja.

Äskettäin julkaistussa tutkimuksessa Osakan yliopiston tutkijat seurasivat reaaliajassa halkeamien etenemistä piikarbidi Schottky-diodissa tehonsyklien testeissä. Tutkijat käyttivät ainetta rikkomatonta analyysitekniikkaa, joka tunnetaan nimellä akustinen emissio, jollaista ei ole aiemmin raportoitu tähän tarkoitukseen.

Tehosyklien testin aikana tutkijat jäljittelivät laitteen toistuvaa työjaksottelua seuraten diodiin aiheutuneita vaurioita käyttöajan myötä. Kasvatettu akustinen emissio vastasi progressiivista vaurioita alumiininauhoille, jotka on kiinnitetty piikarbidi Schottky-diodiin. Tutkijat korreloivat seurattuja akustisia emissiosignaaleita piirivaurioiden tiettyihin vaiheisiin, jotka lopulta johtivat vikaantumiseen.

"Muutinanturi muuntaa akustiset emissiosignaalit tehokäyttötestien aikana sähkötehoksi, joka voidaan mitata", selittää johtava kirjoittaja ChanYang Choe. "Havaitsimme pursketyyppisiä aaltomuotoja, jotka ovat yhdenmukaisia laitteen väsymismurtumien kanssa."

Perinteinen tapa tarkistaa, onko teholähde vaurioitunut, on seurata lähtöjännitteen epänormaalia nousua tehosyklitesteissä. Perinteistä menetelmää käyttäen tutkijat havaitsivat, että ajosuuntajännite nousi äkillisesti, mutta vasta, kun komponentti oli lähellä täydellistä vikaantumista. Sitä vastoin akustisten emissioiden määrä oli paljon herkempi. Kaikki tai ei-mitään vasteen sijasta tehonsyklitesteissä havaittiin selkeitä trendejä akustisten emissioiden määrässä.

"Toisin kuin lähtöjännitekuviot, akustiset emissiokuviot osoittavat halkeamista kaikkiaan kolme vaihetta", sanoo vanhempi kirjoittaja Chuantong Chen. "Havaitsimme halkeamien alkamisen, etenemisen ja lopulta itse vian. Vahvistimme tulkintamme mikroskooppisella kuvantamisella."

Tätä aiemmin ei ole ollut olemassa herkkää varhaisvaroitusmenetelmää väsymishalkeamien havaitsemiseksi, jotka johtavat piikarbidisen Schottky-diodien täydelliseen vikaantumiseen.

Tulevaisuudessa tämä kehitystyö auttaa tutkijoita selvittämään, miksi piikarbidipiirit vikaantuvat ja auttaa siten suunnittelemaan kestävämpiä tehopiirejä.

Aiheesta aiemmin: Uutta puhtia piikarbidille