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Noticias de PCB
Dispositivos Gan de ultra alta potencia
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Dispositivos Gan de ultra alta potencia

Dispositivos Gan de ultra alta potencia

2021-09-14
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Author:Frank

La mayoría Dispositivos Gan La tensión actual en el mercado es de 28 voltios o 50 voltios. Dispositivos de tensión de funcionamiento de 28v más comunes, Sin embargo, algunos fabricantes pueden suministrar equipos de tensión de funcionamiento de 50 V para circuitos de mayor potencia. En la actualidad, La tensión de funcionamiento de 50 V es Dispositivos Gan Se puede lograr en condiciones que garanticen un rendimiento de trabajo fiable a largo plazo.. Sin embargo,, Algunas empresas han estado creciendo Dispositivos Gan Mayor voltaje de funcionamiento, adecuado para aplicaciones de mayor potencia, Y buscar una mejor solución de disipación de calor en estos escenarios de aplicación de alta potencia. Los autores se pusieron en contacto con varias empresas y obtuvieron algunos ejemplos de dispositivos con tensiones de funcionamiento superiores a 65v., Y recibir información de integrales Technologies y qorvo. Este artículo resume estos contenidos y resume algunas soluciones de enfriamiento que el autor ve en el mercado..
Develop high-voltage GaN to replace vacuum electronics
Many aerospace and defense radars, Comunicaciones por satélite, Y la industria, Ciencia y Medicina de los Placa de circuito impreso(ISM) systems require more reliable and rugged devices, Potencia de salida RF de varios kilovatios. These systems have historically relied on vacuum electronics (VED), such as traveling wave tubes (TWT), Generar kilovatios de electricidad. Para resolver la creciente complejidad y costo del sistema basado en ved, Este utilization rate of semiconductor-based solid-state power amplifiers (SSPA) has surpassed some low-frequency and low-power devices. Al principio, El Semiconductor utilizado es silicio ldmos. Más tarde, Arseniuro de galio también se utiliza. Para la fabricación de amplificadores de potencia de estado sólido, La mayoría de ellos ahora usan nitruro de galio. Sin embargo,, Los problemas del mercado de alta potencia siguen siendo resueltos principalmente por ved.
En aplicaciones de radar, Tecnología ldmos Debido a la limitación de baja frecuencia, se han logrado pocos progresos en la alta potencia de radiofrecuencia. Aunque la tecnología Gaas puede funcionar a más de 100 GHz, Su baja conductividad térmica y tensión de funcionamiento limitan su nivel de potencia de salida. Para realizar equipos de alta potencia, El amplificador Gaas requiere múltiples dispositivos paralelos, Por lo tanto, el costo de utilizar múltiples equipos reduce la eficiencia y aumenta el costo. 50 V Gan hoy/La tecnología sic puede proporcionar cientos de vatios de potencia de salida a alta frecuencia, Puede proporcionar la robustez y fiabilidad necesarias para el sistema de radar, Pero el desafío no es sólo eso..

Desde 2014, integra Technologies ha estado investigando y desarrollando en el campo de alta tensión (Hv) Gan / sic para ampliar aún más la tecnología y lograr el nivel de potencia de varios kilovatios necesario para la próxima generación de sistemas de radar. Debido a que los diseñadores de sistemas necesitan reducir los costos totales de funcionamiento del ciclo de vida y aumentar la complejidad del radar, es más urgente utilizar plataformas de fabricación comercial para promover soluciones de estado sólido. HV Gan / SIC de integra ha demostrado que la eficiencia puede superar el 80% para 100v CW con densidad de potencia de 10w / MM y 150v pulso con densidad de potencia de 20w / mm.

High-voltage GaN technology
Transistor-level operation at higher voltages opens up new degrees of freedom for the design of high-power RF amplifiers. Esta técnica permite un mejor equilibrio entre una mayor densidad de potencia y una mayor Impedancia. Esta flexibilidad hace que los transistores de un solo extremo de hasta 10 kW coincidan con 50 © cargas, A continuación, mediante la optimización adecuada de la sintonía armónica, 80% de eficiencia en frecuencia UHF. INTEGRA ha demostrado con éxito este rendimiento en bandas de frecuencia más altas, como las bandas L y X..

Uno de los desafíos a los que se enfrentan los equipos que funcionan en densidades de alta potencia de 10 a 20 W/MM es la transferencia de calor de la región efectiva del dispositivo Semiconductor. INTEGRA resuelve este problema de disipación de calor combinando la patente térmica de integra con HV Gan/Sic epitaxial, Diseño y embalaje del equipo.
Advantages of high-voltage GaN
For high-power systems in the 100kW range, El diseñador del sistema sólo puede utilizar la tecnología ved o 50 V Gan/Sic SSPA. Para el diseño de estado sólido, Para alcanzar la Potencia objetivo de varios kilovatios, se necesitan muchos equipos de potencia. HV Gan de integrara/Sic puede lograr una mayor potencia. Al mismo tiempo, Número de transistores de potencia RF, Puede reducir significativamente la complejidad del sistema y el costo total.

Por ejemplo, un sistema de 200 kW construido con transistores de 50 V y 1 kW requerirá más de 200 transistores para alcanzar la Potencia objetivo, pero esto dará lugar a combinaciones complejas de potencia y pérdidas de eficiencia asociadas. Para transistores Gan / SIC de alta tensión de 10 kW, el mismo sistema de 200 kW sólo necesita unos 20 transistores. Reducir significativamente el número de transistores y las complejas combinaciones de potencia que estos dispositivos aportan, garantizando al mismo tiempo una mayor eficiencia. Esto permite a los ingenieros de sistemas de radar diseñar radares más competitivos y de menor costo, lo que también reduce los costos operativos durante su vida útil.

La tecnología HV Gan / sic puede utilizar sustratos SIC de grado de producción a gran escala en lugar de materiales de sustrato más caros y limitados, como diamantes. El proceso HV Gan se basa en los principales materiales comerciales y plataformas de fabricación para reducir los costos.

Placa de circuito

HV Gan de integrara/Sic proporciona una alternativa sólida para ved, Su tecnología aprovecha las principales cadenas comerciales de suministro. Tecnología patentada de mejora térmica con integra, La plataforma resuelve los problemas de disipación de calor causados por el funcionamiento de alta densidad de potencia, Por lo tanto, se desarrolla una tecnología más fiable y poderosa para satisfacer las necesidades del radar de próxima generación..
160W GaN PA overcomes the heat dissipation problem of SMT packaging
Innovations in GaN technology allow devices to operate at higher powers, Tensión y frecuencia - todos estos son elementos clave del radar avanzado y otras comunicaciones de banda ancha en la banda L. La densidad de potencia de Gan es mayor que la de ldmos o Gaas.. Sin embargo,, Con el aumento del nivel de potencia RF, El rendimiento térmico debe optimizarse para mantener la temperatura de Unión del Semiconductor lo suficientemente baja como para minimizar el consumo de energía y garantizar una vida útil más larga del transistor.. When transistors are implemented using surface mount technology (SMT), the Placa de circuito impreso Requiere un diseño cuidadoso para optimizar el rendimiento de la disipación de calor.

Un ejemplo de referencia del amplificador de potencia (PA) para resolver este problem a de alta tensión y disipación de calor está diseñado con qorvo qpd1013. Qorvo qpd1012 es un transistor de alta movilidad electrónica (HEMT) de alta potencia y ancho de banda amplio. El equipo está equipado con una superficie estándar de 7,2 mm * 6,6 mm y un paquete de doble plano sin plomo (dfn). En comparación con el embalaje cermet tradicional, puede realizar un montaje de Placa de circuito impreso más simple.



Qpd1013 usando 0 de qorvo.5 μm Gan/Sic Technology, operable at 65v Voltage. Pa proporciona mayor eficiencia y ancho de banda más amplio, Múltiples escenarios de aplicación de DC a 2.7 GHz, Incluido el radar militar, Radiocomunicaciones móviles o militares terrestres. La banda de frecuencia de trabajo de la muestra pa incluye 1.2 a 1.8 GHz, Potencia de salida RF de 160w, La eficiencia es de aproximadamente el 55%, Como se muestra en la figura 5. Aunque la eficiencia de pa es impresionante, Consumo de energía superior a 100 W, Hacer hincapié en la necesidad de una solución eficaz de disipación de calor.



Para optimizar el rendimiento de disipación de calor, Diseño de referencia PA con tecnología de "moneda de cobre". Las monedas de cobre están incrustadas Placa de circuito impreso En el proceso de fabricación, se permite pasar del Transistor al Portador de Placa de circuito impreso. Aunque la tecnología de llenado de agujeros con cobre es muy común, también es la más económica, La tecnología de monedas de cobre puede proporcionar un mejor rendimiento de transferencia de calor.

Como se muestra en la figura 6, La moneda de cobre tiene un ligero efecto en el rendimiento de RF del amplificador, Debe tenerse en cuenta en el diseño. Aunque las monedas de cobre aumentan la resistencia térmica, Debe velarse por que: Placa de circuito impreso Plano, buen contacto entre la moneda de cobre y la almohadilla de tierra dfn. Cualquier brecha de aire o soldadura debilitará las ventajas inherentes de la moneda de cobre.