Semiconductores GaN

El pasado lunes, asistí a una pequeña conferencia sobre GaN y SiC en  Munich. Esta conferencia ha sido orientada para la industria, un tanto reticente a dar el paso a usar esta tecnología.


Para los menos expertos, GaN y SiC, son una nueva tecnología de semiconductores (lleva unos 10 años en el mercado), con especial interés en los transistores. Hoy hablaré sobre GaN.


Las principales mejoras en GaN son la baja capacidad parásita que tienen, lo que les permite trabajar a frecuencias de conmutación mucho más altas, sin necesidad de estar consiguiendo “Soft Switching”, ya que las pérdidas por conmutación, debidas a que las capacidades parásitas son muy bajas. Todo esto acompañado de unas resistencias de conducción (RDSON), bastante bajas.
Otra de las bondades de esta tecnología es el tamaño. En la Figura se puede apreciar que la diferencia de tamaño es ridícula.

Captura de pantalla 2017-12-12 a las 23.35.20

Aunque el tema del tamaño, no es algo que ponga de acuerdo a toda la comunidad, ya que, por un lado, permite obtener altas densidades de potencia (bien), pero por otro, disminuye mucho su capacidad de disipación de potencia, ya que no tiene casi superficie para hacerlo (mal). Y claro, los fabricantes también explican, que para que funcione correctamente, especialmente a altas frecuencias, es necesario que las distancias sean muy cortas para poder reducir las inductancias parásitas de las conexiones.

Por añadir un dato, las inductancias parásitas de las que se habla en GaN, rondan las unidades de nH, mientras que solamente la pata del transistor de Si de la figura ya representa unos 15 nH.

Otro de los grandes problemas de esta tecnología es su sensibilidad a romperse por la puerta. La tensión de control aplicada a la puerta, tiene que ser extremadamente precisa y de valores relativamente bajos (4-6 V), y si se excede, aunque sea poco el límite, se rompe con mucha facilidad. Esto, teniendo en cuenta que con ese package tan pequeño, la soldadura es muy complicada, hace la vida más difícil a la gente de desarrollo de prototipos.

Y por comentar algunos de los mensajes interesantes que saqué de la conferencia. Los fabricantes, intentan justificar el coste, con la reducción de otros componentes que se consigue al utilizar GaN. Lo que no cuentan es que el coste de desarrollo será 3 o 4 veces superior, por lo menos hasta que las empresas tengan la tecnología interiorizada e internamente madura.

Otra cosa que evitan comentar, es la poca capacidad de disipación que tienen, debido a sus pequeñas dimensiones. Sinceramente, esto no se puede solucionar poniendo más área de disipación? Quizás si, pero los fabricantes perderían la ventaja a altas frecuencias al aumentar los parásitos…
En sus demos, marcan máximos de disipación de 3 W, y cuando quieren conseguir disipar más, las técnicas de conexión del heat sink son bastante complejas y tediosas, sobretodo en fase prototipo.
No obstante, al ser tan pequeños, siempre se pueden poner varios en paralelo para conseguir dividir las pérdidas.

Y para terminar, voy a añadir el aspecto para mí más relevante que saqué del congreso. GaN es un dispositivo más con el que hacer diseños, no un substituto del Si y menos a corto plazo, de modo que hay que utilizarlo cuando las características y necesidades de un circuito lo pidan, como subir frecuencia o bajas capacidades, y sobretodo, complementarlo con Si. Uno de los diseños presentados de un PFC, usaba ambas tecnologías, con propósitos diferentes y el resultado era muy prometedor.

Para mi, GaN combinado con las tecnologías actuales, dará lugar a densidades de potencia no conocidas actualmente, y se hará en dos pasos. Primero, un desarrollo industrial de la tecnología y después habrá que entender cómo usar este nuevo super poder.

Responder

Introduce tus datos o haz clic en un icono para iniciar sesión:

Logo de WordPress.com

Estás comentando usando tu cuenta de WordPress.com. Cerrar sesión /  Cambiar )

Google photo

Estás comentando usando tu cuenta de Google. Cerrar sesión /  Cambiar )

Imagen de Twitter

Estás comentando usando tu cuenta de Twitter. Cerrar sesión /  Cambiar )

Foto de Facebook

Estás comentando usando tu cuenta de Facebook. Cerrar sesión /  Cambiar )

Conectando a %s