Imec és az EUROPRACTICE kihirdetik a 2021-es GaN-IC-technológiai tervezési verseny nyerteseit

Egy felkockázott GaN szilárdtest, hasonló ahhoz, amit a győztesek az imec segítségével képesek lesznek előállítani. / Egy felkockázott GaN szilárdtest, hasonló ahhoz, amit a győztesek az imec segítségével képesek lesznek előállítani.

Az Imec, a vezető kutatás- és innovációs központ a nanoelektronika és digitális technológiák területén, valamint az EUROPRACTICE ma bejelentették a 2021-es GaN-IC tervezési verseny győzteseit. A verseny célja az innovációk ösztönzése a teljesítmény- és energiaelektronikában, amelyek az Imec gallium-nitrid technológiáját használják a teljesítmény-elektronikai áramkörök monolitikus integrációjára. A "High voltage half-bridge with integrated drivers and control circuits - all Gallium Nitride" című díjnyertes projektet az Aachen-i RWTH Egyetem Integrált Analóg Áramkörök és HF Rendszerek tanszékének kutatócsoportja nyújtotta be. Az ESAT-MICAS a KU Leuven-től és a Leibniz Hannoveri Egyetem javaslatai a második, illetve harmadik helyet foglalták el. A győztes tervek a közelgő, 650V GaN-IC Multi-Project Wafer (MPW) sorozatban valósulnak meg az imec által, amely 2021 október végén indul.

Monolitikus GaN-IC integráció feltárja a GaN teljesítmény-elektronikájának teljes potenciálját

A teljesítmény-elektronikai ipar új megközelítéseket keres, hogy erősebb, kisebb és gyorsabb komponenseket fejlesszenek, amelyek növelik a készülékek teljesítmény sűrűségét. Ennek érdekében a vállalatok a gallium-nitrid (GaN) technológiához fordulhatnak, amely magasabb áttörési szilárdságú, gyorsabb kapcsolási sebességű és alacsonyabb átmeneti ellenállású teljesítmény-alkatrészeket eredményez. Más szóval: a GaN-technológia lehetővé teszi, hogy a szilícium alapú teljesítménychipek jelentősen felülmúlhatók legyenek rendszerteljesítmény és hatékonyság, helyigény és csomagolási költségek tekintetében. És magasabb hőmérsékleteken is működik. Ez számos iparág érdeklődését keltette fel – az autóipartól és szórakoztató elektronikai vállalatoktól kezdve a adatközponti megoldásokat kínáló cégekig.

A mai GaN-alapú teljesítménychipek már rekord szintre emelték a kapcsolási frekvenciákat és a hatásfokot kapcsolóüzemű tápegységek (SMPS) esetében. Mégis, ezek főként diszkrét komponensek formájában érhetők el, míg a technológia teljes potenciáljának kiaknázásának kulcsa a parazita induktivitások csökkentésében rejlik. Az imec erre a kihívásra reagálva fejlesztette ki GaN-on-SOI technológiáját, amely lehetővé teszi a logikai és analóg áramkörök monolitikus integrációját a teljesítmény-alkatrészekkel ugyanazon a chipen. Ezáltal a parazita induktivitások drasztikusan csökkenthetők, ami jelentősen javítja a kapcsolási sebességet.

Alacsonyabb belépési küszöbök az imec GaN-IC technológiájához

Az imec az EUROPRACTICE-on keresztül Multi-Project Wafer (MPW) megoldást kínál, hogy GaN-on-SOI eszközöket és áramköröket tegyen elérhetőbbé és könnyebben hozzáférhetővé ügyfelei számára. Az MPW modellben a maszk, a gyártási folyamat és a fejlesztési költségek több ügyfélterv között oszlanak meg, általában 40 mintadarab prototípus futtatásával.

Ez ugyanaz az MPW megoldás, amely támogatja a nemrég indított GaN-IC versenyt az imec és az EUROPRACTICE által, amelyet olyan egyetemi csapatoknak szánnak, akik még soha nem készítettek prototípusokat az imec GaN-IC technológiájával.

A győztes projektek

A RWTH Aachen csapata egy olyan áramkört javasolt, amely egy magasfeszültségű félhíd kimeneti fokra épül, integrált meghajtókkal és szinteltolóval. Lehetséges alkalmazások közé tartoznak az izolálatlan buck konverterek az autóelektronikában, alacsony feszültségű rendszerekhez, vagy magasfeszültségű áramkörök teljesen elektromos járművekhez.

Bár a GaN félhíd IC-ket integrált meghajtókkal és szinteltolással kombináló multichip megoldások néhány gyártónál elérhetők, teljesen integrált GaN váltók még nem léteznek. Az Aachen-i csapat által javasolt kialakítás kiemelkedő mértékben integrálja az összes GaN-IC-t, magában foglalva a teljesítmény- és vezérlő áramköröket, így külső vezérlések vagy meghajtók nélkül működik.

A KU Leuven csapata által javasolt kialakítás egy közvetlen AC/DC teljesítmény-átalakító IC-t tartalmaz, amely célzottan olyan sorozatgyártott termékekre készült, mint töltők és adapterek mobil eszközökhöz, valamint integrált teljesítmény-átalakító szabályzók az autóipar és szórakoztató elektronika számára.

A Hannoveri Egyetem terve pedig a GaN technológia magasabb kapcsolási frekvenciáit használja fel, hogy növelje az offline váltók hatékonyságát háztartási készülékek és világítás esetében, 200 W teljesítményű tartományban, amely az EU háztartások energiafogyasztásának 60%-át teszi ki, így hozzájárulva az energiafogyasztás csökkentéséhez.