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【氮化镓专栏】NV612X GaNFast™ 功率半导体器件的热处理

2020-06-08 11:58:51 小亿 786
介绍
最新的纳微GaNFast™ 电源集成电路NV6123/25/27,集成在6mmx8mm 的QFN封装内。这个封装增加了一个大的冷却片,用于降低封装的热阻和提高散热性能。
这种封装使高密度电源的设计更加可靠,特别是对于没有气流的全封闭充电器和适配器应用中。能够充分利用这些热效益,就必须在PCB布局、热接口和散热,全部设计妥当。正确的热管理可以最大限度地提高使用GaN功率电路时的效率和功率密度。
本文介绍PCB布局指南和示例,以帮助设计师设计;提供NV612X(3/5/7)的封装图,供工程师朋友设计电源layout 使用。


概述
普遍的NV6113/15/17 GaN功率器件(QFN 5x6mm )设计在各种高密度PD电源。对于具有更具挑战性的热环境的设计,这个更大的QFN 6x8mm GaN功率器件产品能更有效地去除热量。新的6x8 mm QFN封装的集成电路引脚包括(见图1)漏极(D)、源极(S)、控制管脚和一个大的冷却片(CP)。
亿思腾达(EASTWAY))—国家高新技术企业&中国电源与感应芯片集成服务领导品牌
图1 带有CP的NV6125 GaN 功率IC
控制管脚栅极驱动和GaN功率FET的开/关控制,并且外部功率转换电路的大部分开关电流从漏极流过GaN功率FET,并流向源管脚。一小部分开关电流确实流过芯片的硅衬底,并通过衬底流出。在封装内部,集成电路直接安装在冷却片上。图2所示。
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图2NV6125工作原理电流示意图     图3 带CP的NV6125 PCB示意图


因此,GaN功率管的功率损耗产生的热量必须通过冷却片(CP)、焊料和PCB排出。图3所示。
尽可能多地使用铜来连接封装焊接层增加散热面积是有帮助的。
使用热通孔将热量传递到PCB的另一侧或具有大铜平面的内层,然后在那里进行扩散和冷却。
冷却片连接到芯片基板,芯片基板可以相对于源极电平浮动+/-10V。
对于使用电流检测电阻的应用(CS采样),冷却片可以连接(图4)到源极引脚(在电流检测电阻RCS的顶部),或者连接到PGND以获得额外的PCB散热面积。
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图4 带有冷却片的简化示意图(连接到源极和连接到PGND)


PCB指南(不带CS检测电阻)


在设计氮化镓GaN功率电路的PCB版图时,为了达到可接受的器件温度,必须遵循几个准则。
必须使用热通孔将热量从顶层IC焊盘传导到底层,并使用大面积铜进行PCB散热。


以下布局步骤和说明了最佳实践布局,以实现最佳的IC热性能。
1)将GaNIC 6x8 mm QFN封装在PCB顶层。
2) 将控制所需的附加SMD部件放置在顶层(CVCC、CVDD、RDD、DZ)。将SMD部件尽可能靠近IC引脚!
3) 布置SMD部件、控制的走线连接全部垫在顶层。
4) 在冷却片和侧面的顶层放置大型铜区域。
5) 在冷却片内部和侧面放置热通孔。
6)在所有其他层(底部、mid1、mid2等)上放置较大的铜区域
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PCB指南(带CS检测电阻)


当使用放置在电源和PGND之间的电流检测电阻Rcs时,浮动冷却片允许PCB铜区延伸穿过电流检测电阻Rcs并直接连接到PGND。
当设计带有CS检测电阻的PCB时,应遵循以下步骤:
1) 将GaN IC 6x8 mm PQFN封装在PCB顶层。
2) 将控制所需的附加SMD部件放置在顶层(CVCC、CVDD、RDD、DZ)。将SMD部件尽可能靠近IC引脚!
3) 在顶层布置SMD组件、控制管脚和源极管脚的连接。
4) 在冷却片和侧边的顶层放置大型铜区域。
5) 在冷却片内部和侧边放置热通孔。
6) 在所有其他层(底部、mid1、mid2等)上放置较大的铜区域。
7)用通孔将冷却片铜区电位连接到PGND。
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NV6125与NV6115热比较
在65w高频准谐振反激演示板上测试和比较了NV6125(6x8mm)和NV6115(5x6mm)的热性能。
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两个部分在相似的交流输入、直流输出和效率条件下进行了测试。通过遵循推荐的PCB布局指南,对两个GaN 功率IC的PCB布局进行了优化。
结果表明,在低压AC 90V输入和满负荷条件下,NV6125在其外壳温度降低9.4摄氏度。
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NV6125 vs NV6115 Thermal Comparison (65 W HFQR, Ta =25 C)
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产品选择指南
下表显示了纳微针对不同电路拓扑和功率水平的GaN器件选型建议(仅限典型)。
  
拓扑架构
  
30W
45W
65W
150W
300W
  
QR
  
NV6113
NV6115 or NV6123
NV6125
N/A
N/A
  
ACF
  
NV6113(HS)NV6113(LS)
NV6113(HS) NV6115(LS) or NV6252
NV6113(HS) NV6125(LS)
N/A
N/A
  
PFC (CrCM)
  
N/A
N/A
N/A
NV6127
NV6127 X2
  
LLC
  
N/A
N/A
N/A
NV6113(HS)
NV6115(HS)
NV6113(LS)
NV6115(LS)


注明:本文来自亿思腾达FAE工程师的分享,仅供学习交流使用!


亿思腾达简介:


深圳亿思腾达集成股份有限公司成立于1998年,作为国家高新技术企业&中国电源与传感芯片集成服务商,专注电源管理和传感芯片集成服务20年,立足于多种自主研发的智能传感方案、特色照明方案,提供量产落地支持、核心器件供应、特色模组供应等商务模式,力求为客户提供优质全面的IC解决方案,帮助人们创造安全、节能、美好的高科技产品,实现亿思腾达让电子产品AI起来。



标签:   亿思腾达 亿思腾达FAE工程师 GaN器件