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EETOP編譯整理自techinsights

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處理氮化鎵（GaN）時(shí)，與硅(Si)優(yōu)化設(shè)備性能的額外因素有兩個(gè)。

由于GaN/AlGaN異質(zhì)結(jié)界面上的二維電子氣體(2DEG)通道，GaN具有快速開關(guān)的潛力。

氮化鎵的導(dǎo)熱性相對(duì)較差。(300K時(shí)約1.3W/cm.K，而硅(Si)為1.49W/cm.K和碳化硅（SiC）為3.7W/cm.K)

雖然體積熱導(dǎo)率不明顯低于硅，但請(qǐng)記住，電流密度較高——僅限于異質(zhì)結(jié)周圍的小區(qū)域。

漸進(jìn)式改進(jìn)

雖然不理想，但傳統(tǒng)的硅封裝可以用來包裝寬禁帶（WBG）器件，如GaN。TO-硅功率包裝通常用于硅功率MOSFET和IGBT，芯片底部（即泄漏極或集電極接觸點(diǎn)）直接與銅引線框架粘合。在應(yīng)用中使用時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)的方法是直接用通孔開口安裝在散熱器上。

這個(gè)想法很好地轉(zhuǎn)移到碳化硅MOSFET它們的結(jié)構(gòu)與硅對(duì)應(yīng)物相似。然而，今天GaN該裝置是一種橫向設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)有限Fujitsu代理制在芯片頂部。這意味著大部分冷卻優(yōu)勢(shì)已經(jīng)喪失。GaN結(jié)構(gòu)的另一個(gè)挑戰(zhàn)是與布局有關(guān)。所有三個(gè)設(shè)備端子（柵極、源極和泄漏極）都需要焊盤和相關(guān)鍵合線，以某種方式安裝在芯片周圍。

使用GaN主要賣點(diǎn)之一是縮小產(chǎn)品尺寸。因此，對(duì)于分立TO-247包裝硅功率FET相同的電壓和電流等級(jí)GaN相應(yīng)的設(shè)備可以包裝在表面QFN風(fēng)格包裝。

不幸的是，從熱管理的角度來看，這使得問題更具挑戰(zhàn)性。請(qǐng)記住，更高的電流密度將需要更嚴(yán)格的包裝解決方案——QFN更小的芯片需要更多的熱管理，而不是更少。今天，一些制造商已經(jīng)開始調(diào)整包裝以適應(yīng)他們的應(yīng)用。

以Navitas NV以6128為例，這是單片集成GaN IC，適合QFN多個(gè)輸出端口封裝。在最近的電源封裝報(bào)告圖1中可以看到端口annotated封裝底部。氮化鎵芯片位于冷卻墊上"CP"上的一側(cè)。這顯然足夠這個(gè)設(shè)備了；但值得注意的是，對(duì)于Navitas最近發(fā)布的帶"GaN Sense"的第三代GaN，他們專注于檢測(cè)和控制工作溫度的控制電路。

圖3.EPC焊料凸塊/焊條可見于2019年芯片底部

另一種降低電感的方法來自Nexperia銅夾設(shè)計(jì)。他們最小化寄生電感的想法是通過刪除鍵合線再次發(fā)生。圖4顯示了電源包裝報(bào)告中PSMN3R9 Si MOSFET橫截面(請(qǐng)注意，該封裝也已應(yīng)用于GaN器件）。

圖4.NexperiaPSMN3R9封裝橫截面。

圖5顯示了芯片的平面圖，它被噴射蝕刻以暴露銅夾。這直接焊接到芯片的源極觸點(diǎn)。

圖5.Nexperia PSMN3R9.銅夾的源頭連接可見于封裝噴射蝕刻。

總結(jié)

雖然用于寬帶器件(如GaN)定制包裝仍處于起步階段，但這是未來十年將看到激烈發(fā)展的話題。有一些創(chuàng)新的解決方案來轉(zhuǎn)移設(shè)備端子，如焊盤下的電路(CUP)結(jié)構(gòu)和穿GaN溝槽開始進(jìn)入市場(chǎng)。

目前正在學(xué)術(shù)研究更好的熱界面材料和芯片連接方法。從傳統(tǒng)的焊接到用銀燒結(jié)，正在獲得動(dòng)力。

氮化鎵在大功率模塊設(shè)計(jì)中還沒有找到立足點(diǎn)，但在尖端SiC在模塊中，我們開始看到特殊的陶瓷基板，如Si3N4和AlN用于優(yōu)良的散熱。

Power Integrations藍(lán)寶石襯底上的氮化鎵晶圓而不是硅襯底上的氮化鎵，學(xué)術(shù)研究研究了更奇怪的方法，如金剛石上的氮化鎵晶圓GaN。

就像所有的功率半導(dǎo)體一樣，沒有萬能的方法，我認(rèn)為我們會(huì)看到更多的多樣性和定制的解決方案！