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EETOP編譯整理自techinsights

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處理氮化鎵（GaN）時，與硅(Si)優化設備性能的額外因素有兩個。

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

氮化鎵的導熱性相對較差。(300K時約1.3W/cm.K，而硅(Si)為1.49W/cm.K和碳化硅（SiC）為3.7W/cm.K)

雖然體積熱導率不明顯低于硅，但請記住，電流密度較高——僅限于異質結周圍的小區域。

漸進式改進

雖然不理想，但傳統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）直接與銅引線框架粘合。在應用中使用時，標準的方法是直接用通孔開口安裝在散熱器上。

這個想法很好地轉移到碳化硅MOSFET它們的結構與硅對應物相似。然而，今天GaN該裝置是一種橫向設計，其結構有限Fujitsu代理制在芯片頂部。這意味著大部分冷卻優勢已經喪失。GaN結構的另一個挑戰是與布局有關。所有三個設備端子（柵極、源極和泄漏極）都需要焊盤和相關鍵合線，以某種方式安裝在芯片周圍。

使用GaN主要賣點之一是縮小產品尺寸。因此，對于分立TO-247包裝硅功率FET相同的電壓和電流等級GaN相應的設備可以包裝在表面QFN風格包裝。

不幸的是，從熱管理的角度來看，這使得問題更具挑戰性。請記住，更高的電流密度將需要更嚴格的包裝解決方案——QFN更小的芯片需要更多的熱管理，而不是更少。今天，一些制造商已經開始調整包裝以適應他們的應用。

以Navitas NV以6128為例，這是單片集成GaN IC，適合QFN多個輸出端口封裝。在最近的電源封裝報告圖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。這顯然足夠這個設備了；但值得注意的是，對于Navitas最近發布的帶"GaN Sense"的第三代GaN，他們專注于檢測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銅夾設計。他們最小化寄生電感的想法是通過刪除鍵合線再次發生。圖4顯示了電源包裝報告中PSMN3R9 Si MOSFET橫截面(請注意，該封裝也已應用于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。

圖5.Nexperia PSMN3R9.銅夾的源頭連接可見于封裝噴射蝕刻。

總結

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展的話題。有一些創新的解決方案來轉移設備端子，如焊盤下的電路(CUP)結構和穿GaN溝槽開始進入市場。

目前正在學術研究更好的熱界面材料和芯片連接方法。從傳統的焊接到用銀燒結，正在獲得動力。

氮化鎵在大功率模塊設計中還沒有找到立足點，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用于優良的散熱。

Power Integrations藍寶石襯底上的氮化鎵晶圓而不是硅襯底上的氮化鎵，學術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體一樣，沒有萬能的方法，我認為我們會看到更多的多樣性和定制的解決方案！