Gracias a una mejor figura de mérito,1 Los semiconductores de banda ancha (WBG) como el nitruro de galio (GaN) tienen una mayor densidad de potencia que el silicio y ocupan menos área en la matriz, lo que requiere tamaños de paquete más pequeños. Suponiendo que el área ocupada por un dispositivo es el principal determinante del rendimiento térmico, es razonable suponer que los dispositivos de menor potencia tienen una mayor resistencia térmica.3,4 Este artículo muestra cómo los FET de GaN de empaquetado a escala de chip (CSP) ofrecen un rendimiento térmico al menos tan bueno, si no mejor, que el de los MOSFET de silicio. Su rendimiento eléctrico superior permite reducir el tamaño de los FET de GaN, lo que aumenta la densidad de potencia y cumple los límites térmicos. Este comportamiento se ilustra mediante simulaciones detalladas de elementos finitos en 3D del diseño de PCB, mientras que también se proporciona validación experimental para respaldar el análisis.leer el artículo original aquí.2
Gestión térmica de dispositivos de potencia.
El mercado de la electrónica de potencia continúa demandando dispositivos más pequeños, más eficientes y más confiables. Los factores clave para cumplir con estos exigentes requisitos son la alta densidad de potencia (que puede reducir tanto el espacio ocupado como el costo de la solución) y una excelente gestión térmica (que puede mantener la temperatura del dispositivo bajo control). Los tres requisitos principales para los sistemas de gestión térmica de semiconductores de potencia son:
- Temperatura de unión (Tj) para evitar que aumente más allá del límite especificado. Por el factor de reducción, Tj Por lo general, más bajo que el valor de la hoja de datos.
- Debe proporcionarse aislamiento eléctrico entre el circuito de alimentación y el entorno circundante.
- Se absorben las tensiones mecánicas inducidas térmicamente que resultan de los coeficientes de expansión térmica del material que no coinciden.
La figura 1 muestra el sistema de gestión térmica más común para dispositivos de potencia. Consiste en un disipador de calor (que transfiere el calor de los semiconductores de potencia al entorno ambiental) y un aislante eléctrico (material de interfaz térmica o TIM) para separar el disipador de calor de metal. De uniones semiconductoras. La mayoría de los materiales dieléctricos tienen una conductividad térmica deficiente, por lo que existe un equilibrio entre el aislamiento eléctrico y la resistencia térmica.
Figura 1: El sistema de gestión térmica más común para CSP GaN FET
En los sistemas prácticos, los dispositivos de potencia a menudo se empaquetan en múltiples capas dieléctricas y metálicas y se montan en una PCB dieléctrica y multimetálica. Este montaje lleva acoplado un disipador de calor, lo que lo hace muy complicado.
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