Termomekanisk tillförlitlighet för radiofrekvensförstärkare, med GaN/SiC effekttransistorer blyfria lod

Syfte och mål

Projektet har utökat kunskaperna om risker och möjligheter med GaN/SiC transistorer i kombination med blyfria lod för RF-applikationer. Detta är en viktig aspekt för Saab EDS för att framöver kunna formulera designkriterier gällande produkter som är beroende av halvledarteknologi av SiC och GaN. Bland annat har vi sett en ojämn temperaturfördelning vilket påverkar både chip och lod och position på ett framtida PCB. SP och Acreo har tillsammans ökat kunskaperna kring tester av RF-transistorer samt elektrisk och materialkarakterisering av halvledar-komponenter av SiC och GaN.

Resultat och förväntade effekter

Effektcykling motsvarande 20 års användning resulterade i 9 fallerande transistorer utav 21. RF-egenskaperna på dessa demonstratorer visar endast en vag försämring. Däremot ses tydligt hur förmågan att leda DC ström har försämrats succesivt. De termomekaniska effekterna från temperaturvariationer på 100 grader under 2300 cykler påverkar inte de blyfria loden nämnvärt. I jämförelse med blylod ser vi ingen skillnad. IR-mätningar i kombination med modellering visar en ojämn temperaturfördelning över transistorn vilket påverkar de 24 loden olika.

Upplägg och genomförande

Detta var ett ambitiöst projekt som innefattade design och produktion av demonstratorer uppbyggda av RF-designad PCB med kommersiell RF-transistor, två sorters blymaterial och två sorters termiskt ledande material. Två långtidstester och flera karakteriseringsmetoder har utförts. Projektet har försenats på grund av leveransproblem av komponenter. Trots detta har projektet fullföljts enligt ursprunglig experimentplan tack vare en förlängning av projekttiden och ekonomiska tillskott från alla projektpartners.