來自社會的壓力越來越大，有關減少CO2排放的法規越來越多，這正推動著從汽車到電信行業的投資，以提高電力轉換效率和電氣化程度。諸如絕緣柵雙極晶體管（IGBT）之類的傳統基于硅的功率半導體技術從根本上限制了工作頻率，速度，并且具有較差的高溫性能和低電流特性。高壓Si FET的頻率和高溫性能也受到限制。因此，設計人員越來越希望在高效的銅夾封裝中使用寬帶隙（WBG）半導體。

功率氮化鎵技術

過去幾年中，GaN技術，特別是硅上GaN（硅上GaN）高電子遷移率晶體管（HEMT）技術已成為電源工程師的主要重點。提供許多應用所要求的高功率性能和高頻開關的承諾是顯而易見的。

在采用帶引線的TO-247封裝中采用共源共柵模式技術之后，市場上出現了許多趨勢，這些市場朝著RDS（開啟），更好的開關品質因數（FOM）和更低的電容方面的改進方向發展。

當涉及到器件穩定性和易操作性時，共源共柵配置可提供硅柵極的堅固且可靠的絕緣（電介質）柵極結構。這意味著共源共柵GaN FET具有±20 V的有效柵極額定值（等于現有的硅超結技術），并且可以由標準的具有成本效益的柵極驅動器以簡單的0-10或12 V驅動電壓來驅動，同時提供較高的柵極閾值4V的電壓可防止誤導通。

圖1：GaN FET的雙向特性

CCPAK：具有久經考驗的新型動力套件

自然地，GaN技術和操作模式是關鍵，但與任何FET器件封裝一樣，它都起著至關重要的作用。隨著市場轉向更高的開關頻率，傳統封裝（TO-220 / TO-247和D2PAK-7）的局限性越來越明顯。為了真正利用新型高壓WBG半導體的優勢，銅夾技術將優化電性能和熱性能。

圖2：CCPAK1212的內部布置

Nexperia提出了CCPAK封裝，以為Power GaN FET解決方案提供銅夾的優勢。CCPAK1212相當于TO-247機身尺寸的約五分之一（21.4％），或者比D2PAK-7緊湊的占地面積小10％，同時允許使用更低的Rdson產品，

通過消除內部引線鍵合，CCPAK的電感比含鉛封裝的電感低。圖3中的表突出顯示了CCPAK1212和TO-247工作在100 MHz時的比較，這導致總環路電感為2.37 nH，而幾乎為14 nH。但是，銅夾式封裝還有助于提供超低封裝電阻，包括<0.5 K / W的熱阻。

圖3：自感@頻率100 MHz

熱性能和半橋優勢

長期以來，熱管理一直是電源應用的設計挑戰。當設計中有用于容納大體積散熱器的空間時，將熱量從電路板和半導體組件中帶走相對容易。但是，隨著功率水平以及功率和電路密度的增加，這變得更加難以處理。

GaN和銅夾在熱容量和熱導率方面創造了650 V大功率FET的技術組合。

根據圖4中的仿真，工程師估計CCPAK的Rth僅為0.173°C / W，而TO-247的Rth為0.7°C / W。

圖4：熱仿真功率GaN FET（圖5）

無論是AC / DC PFC級，DC / DC轉換器還是牽引逆變器，大多數拓撲的基本構建模塊都是半橋。因此，在簡單的升壓轉換器中將GaN FET與Si FET進行比較時，GaN技術表現出了卓越的性能。

Nexperia的頂部冷卻GAN039-650NTB是半橋演示板中使用的解決方案-100 kHz時400 VIN和230 VOUT，占空比為57.4％，在環境溫度23.1°C下工作。

圖5：半橋演示效率

在ID為20 A的低端VDS的400 VDC降壓模式設置中，在接通和關斷期間，尖峰，過沖和振鈴幾乎可以忽略不計。這在噪聲和任何與硅相關的Qrr問題方面均具有優勢，效率結果為99％

圖6：CCPAK1212開關波形

編輯：hfy