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3-D-Leiterplatte Voll integrierter GaN-Leistungswandler in die Leiterplatte eingebettet

| Redakteur: Kristin Rinortner

Das Fraunhofer IAF hat einen monolithischen Multilevel-Spannungswandler auf GaN-Basis entwickelt. Das Einbetten des Halbleiters in die Leiterplatte ermöglichte einen Testaufbau, mit dem die Leistungsfähigkeit der Schaltung evaluiert werden konnte.

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Embedded Component Packaging: Das ECP-Modul von AT&S.
Embedded Component Packaging: Das ECP-Modul von AT&S.
(Bild: AT&S )

Das Fraunhofer IAF hat einen voll integrierten monolithischen Multilevel-Konverter in einer Hochvolt-AlGaN/GaN-on-Si-Technologie entwickelt. Die integrierte Inverter-Schaltung ist für maximale Spannungen von +/- 400 V und Ströme von 5 A ausgelegt.

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Der Multilevel-Wandler auf einer Fläche von 2 mm × 3 mm beinhaltet vier Transistoren und sechs Dioden. Er eignet sich für kompakte Spannungswandler-Anwendungen. Der DC/AC-Inverter-Betrieb konnte bei amerikanischer Netzspannung gezeigt werden.

Die Schaltung weist sehr kleine dynamische Verluste bei sehr hohen Frequenzen auf. Das ausgezeichnete Schaltverhalten des Multilevel-Konverters wurde mit einem Testaufbau auf Basis der ECP-Technik (Embedded Component Packaging) von AT&S demonstriert.

Die 3-D-Leiterplatte

Um den Chip zu evaluieren ist ein entsprechender Testaufbau erforderlich. Dabei ist das Packaging des „Dies“ ein wesentliches Kriterium. Im Fall von lateralen Bauelemente liegen Source-, Drain- und Gate-Pads auf einer Seite und die Rückseite des Dies wird zur Wärmeableitung genutzt.

Da der konventionelle Ansatz mit Wirebonds Einschränkungen mit sich brachte, wurde im zweiten Schritt der Evaluierung die ECP-Technik von AT&S genutzt.

Bei dieser Technologie werden die Leistungsbauelemente – wie der Multilevel Konverter – in das Leiterplattenmaterial eingebettet und können von beiden Seiten angebunden werden. Die Anbindung der Chips erfolgt direkt über verkupferte Micro-Vias. Damit werden niederohmige Verbindungen und deutlich geringere Induktivitäten im Vergleich zum Wirebonden erreicht. Die Rückseite des Dies wird ebenfalls über verkupferte Mico-Vias angebunden. Dadurch ergibt sich eine hervorragende Wärmeableitung.

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