Imec et EUROPRACTICE annoncent les gagnants du concours de conception de technologie GaN-IC 2021

Une tranche de wafer en GaN, similaire à ce que les gagnants pourront produire avec imec.

Imec, le centre de recherche et d'innovation leader en nanoélectronique et technologies numériques, et EUROPRACTICE ont annoncé aujourd'hui les gagnants du concours de conception GaN-IC 2021. L'objectif du concours est de promouvoir l'innovation dans l'électronique de puissance en utilisant la technologie de nitrure de gallium d'Imec pour l'intégration monolithique de circuits électroniques de puissance. Le projet primé intitulé "High voltage half-bridge with integrated drivers and control circuits - all Gallium Nitride" a été soumis par une équipe de chercheurs du département de circuits analogiques intégrés et de systèmes RF de l'Université RWTH Aachen. Les propositions de l'ESAT-MICAS de la KU Leuven et de l'Université Leibniz de Hanovre ont respectivement obtenu la deuxième et la troisième place. Les conceptions gagnantes seront réalisées en prototypes dans le cadre de la prochaine série de wafers multi-projets GaN-IC 650V d'Imec, qui débutera fin octobre 2021.

L'intégration monolithique de GaN-ICs libère le plein potentiel de l'électronique de puissance GaN

L'industrie de l'électronique de puissance recherche de nouvelles approches pour développer des composants plus performants, plus petits et plus rapides, afin d'augmenter la densité de puissance des appareils. À cette fin, les entreprises pourraient se tourner vers la technologie de nitrure de gallium (GaN), qui produit des éléments de puissance avec une résistance à la décharge plus élevée, des vitesses de commutation plus rapides et une résistance en conduction moindre. En d'autres termes : la technologie GaN permet de surpasser nettement les puces de puissance à base de silicium en termes de performance système, d'efficacité, d'espace et de coûts d'emballage. Et elle fonctionne également à des températures plus élevées. Cela a suscité l'intérêt de nombreux secteurs industriels — des constructeurs automobiles et de l'électronique grand public aux fournisseurs de solutions pour centres de données.

Les puces de puissance basées sur GaN d'aujourd'hui ont déjà porté les fréquences de fonctionnement et les rendements des alimentations à découpage (SMPS) à des niveaux record. Cependant, elles restent principalement disponibles en tant que composants discrets, alors que la clé pour exploiter tout le potentiel de cette technologie réside dans la réduction des inductances parasites. Imec a répondu à ce défi en développant sa technologie GaN-sur-SOI, qui permet une intégration monolithique de circuits logiques et analogiques avec des composants de puissance sur une même puce. De cette manière, les inductances parasites peuvent être considérablement réduites, ce qui améliore nettement la vitesse de commutation.

Des barrières d'entrée plus faibles pour la technologie GaN-IC d'Imec

Pour rendre les composants et circuits GaN-sur-SOI plus abordables et plus facilement accessibles à ses clients, Imec propose une solution de wafers multi-projets (MPW) via EUROPRACTICE. Dans le cadre du modèle MPW, les coûts liés aux masques, à la fabrication et au développement sont répartis entre plusieurs projets clients, généralement pour des séries prototypes de 40 dies d'échantillons.

C'est cette même solution MPW qui a soutenu le concours GaN-IC récemment lancé par Imec et EUROPRACTICE, destiné aux équipes universitaires n'ayant jamais fabriqué de prototypes avec la technologie GaN-IC d'Imec.

Les projets gagnants

L'équipe de l'Université RWTH Aachen a proposé un circuit basé sur une étape de sortie à demi-pont haute tension avec pilotes intégrés et un level-shifter. Les applications possibles incluent des convertisseurs abaisseurs non isolés pour soutenir l'électronique automobile dans des systèmes basse tension pour véhicules conventionnels ou hybrides, ou des circuits haute tension pour véhicules entièrement électriques.

Bien que des solutions multi-puces combinant des ICs de demi-pont GaN avec pilotes intégrés et décalage de niveau soient disponibles auprès d'un nombre limité de fournisseurs, il n'existe pas de convertisseurs GaN entièrement intégrés. La conception proposée par l'équipe d'Aachen se distingue par un très haut degré d'intégration de tous les ICs GaN, intégrant les circuits de puissance et de commande, rendant superflues les commandes ou pilotes externes.

La conception proposée par l'équipe de la KU Leuven inclut un circuit convertisseur AC/DC de puissance direct, destiné à des produits en série tels que chargeurs et adaptateurs pour appareils mobiles, ainsi que des régulateurs de convertisseurs intégrés pour l'automobile et l'électronique grand public.

Enfin, la conception de l'Université de Hanovre exploite les fréquences de commutation plus élevées de la technologie GaN pour améliorer le rendement des convertisseurs hors ligne pour appareils ménagers et éclairage, d'une puissance de 200 W, qui représente 60 % de la consommation électrique domestique dans l'UE, contribuant ainsi à réduire la consommation d'énergie.