Imec y EUROPRACTICE anuncian a los ganadores del concurso de diseño de tecnología GaN-IC 2021

Un oblea de GaN cortada en dados, similar a lo que los ganadores podrán producir con imec.

Imec, el centro líder en investigación e innovación en nanoelectrónica y tecnologías digitales, y EUROPRACTICE han anunciado hoy a los ganadores del concurso de diseño de GaN-IC 2021. El objetivo del concurso es promover innovaciones en electrónica de potencia que utilicen la tecnología de nitruro de galio de Imec para la integración monolítica de circuitos electrónicos de potencia. El proyecto galardonado titulado "Half-bridge de alta tensión con drivers integrados y circuitos de control - todo Gallium Nitride" fue presentado por un equipo de investigación del Departamento de Circuitos Analógicos Integrados y Sistemas de RF de la Universidad RWTH Aachen. Las propuestas de ESAT-MICAS de la KU Leuven y la Universidad Leibniz de Hannover ocuparon el segundo y tercer lugar, respectivamente. Los diseños ganadores se implementarán en prototipos en la próxima serie de obleas multi-proyecto GaN-IC de 650V de imec, que comenzará a finales de octubre de 2021.

La integración monolítica de GaN-ICs desbloquea todo el potencial de la electrónica de potencia de GaN

La industria de la electrónica de potencia busca nuevas formas de desarrollar componentes más potentes, pequeños y rápidos que aumenten la densidad de potencia de los dispositivos. Para ello, las empresas podrían recurrir a la tecnología de nitruro de galio (GaN), que produce dispositivos de potencia con mayor resistencia a la ruptura, velocidades de conmutación más rápidas y menor resistencia en conducción. En otras palabras: la tecnología GaN permite superar claramente el rendimiento, la eficiencia, el tamaño y los costes de empaquetado de los chips de potencia basados en silicio. Además, funciona a temperaturas más altas. Esto ha despertado el interés de diversos sectores industriales, desde automoción y electrónica de consumo hasta proveedores de soluciones para centros de datos.

Los chips de potencia basados en GaN actuales ya han llevado las frecuencias de operación y los rendimientos de las fuentes conmutadas (SMPS) a niveles récord. Sin embargo, siguen siendo principalmente componentes discretos, mientras que la clave para desbloquear todo el potencial de la tecnología reside en reducir las inductancias parasitarias. En respuesta a este desafío, imec ha desarrollado su tecnología GaN-on-SOI, que permite la integración monolítica de circuitos lógicos y analógicos con componentes de potencia en un mismo chip. De esta manera, las inductancias parasitarias se reducen drásticamente, lo que conduce a una velocidad de conmutación mucho mayor.

Menores barreras de entrada para la tecnología GaN-IC de imec

Para hacer que los componentes y circuitos GaN-on-SOI sean más accesibles y fáciles de adquirir para sus clientes, imec ofrece a través de EUROPRACTICE una solución de obleas multi-proyecto (MPW). En el modelo MPW, los costes de máscara, procesamiento y desarrollo se distribuyen entre varios diseños de clientes, generalmente realizando lotes de prototipos de 40 chips de muestra.

Es la misma solución MPW que apoyó el concurso de GaN-IC, recientemente lanzado por imec y EUROPRACTICE, dirigido a equipos universitarios que nunca antes habían fabricado prototipos con la tecnología GaN-IC de imec.

Los proyectos ganadores

El equipo de la RWTH Aachen propuso un circuito basado en una etapa de salida de medio puente de alta tensión con drivers integrados y un nivelador de voltaje. Las aplicaciones posibles incluyen convertidores buck no aislados para apoyar la electrónica automotriz en sistemas de baja tensión para vehículos convencionales o híbridos, o circuitos de alta tensión para vehículos totalmente eléctricos.

Aunque soluciones multichip que combinan ICs de medio puente GaN con drivers integrados y desplazamiento de nivel están disponibles en un número limitado de proveedores, no existen convertidores GaN totalmente integrados. El diseño propuesto por el equipo de Aachen destaca por un nivel muy alto de integración de todos los ICs de GaN, integrando circuitos de potencia y control, eliminando la necesidad de controles o drivers externos.

El diseño propuesto por el equipo de KU Leuven incluye un IC de convertidor de potencia AC/DC directo, dirigido a productos en serie como cargadores y adaptadores para dispositivos móviles, así como a reguladores de convertidores de potencia integrados para automoción y electrónica de consumo.

Por último, el diseño de la Universidad de Hannover aprovecha las mayores frecuencias de conmutación de la tecnología GaN para mejorar la eficiencia de convertidores en modo offline para electrodomésticos y iluminación, con una potencia de 200 W, que representa el 60 % del consumo eléctrico en hogares en la UE, ayudando así a reducir el consumo energético.