ECPE modular scaleable Power Electronics Building Block

In diesem Projekt soll eine intelligente Halbbrücke, bestehend aus zwei paralleln Dies, für einen 48 V, 10 kW "mild-hybrid" Inverter oder DC/DC Wandler erstellt werden. Dazu werden 100 V, 7 mΩ Galliumnitrid Dies von GaN Systems in einem Prepackage mit resistivem Temperatursensor integriert. Diese Prepackages werden anschließend in einer parallelen Halbbrückenkonfiguration auf die Hauptplatine gelötet. Auf der Hauptplatine befinden sich die nötigen Systemkomponenten und sowohl die Last-, als auch die Steueranschlüsse an die Peripherie.

Die Prepackages ermöglichen, ähnlich wie bei der monolithischen Integration, die Vereinigung von Sensorik in räumlich großer Nähe zum eigentlichen Chip. Außerdem kann durch die Kontaktierung der Rückseite eine optimale thermische Anbindung an Kühlkörper stattfinden.

Dazu wird auf einem Kupfersubstrat ein Prepreg laminiert, auf das die Thermistor-Schleife strukturiert wird. Anschließend wird der GaN Chip auf das Substrat gesintert und mit mehreren Lagen Prepreg umhüllt. Durch Mikro Vias werden die Kontakte zur Chip-Oberfläche hergestellt und die Leitungen auf der Oberfläche strukturiert.

Auf der Hauptplatine befinden sich die Gate-Treiber, der DC-Zwischenkreis, die Temperaturausleseschaltung, eine Temperaturabschaltungslogik und einen minimal-invasiven Stromsensor zur Bestimmung des Ausgangsstromes. Außerdem ist die Verbindung zum Kühlkörper angedeutet.

• Thermal Study on Leadframe Dimensioning for High Power Dissipation and Low Inductance Commutation Cells
• Gate Driver Concept for Parallel Operation of Low-Voltage High-Current GaN Power Transistors for Mild-Hybrid Applications (DOI:  10.1109/APEC42165.2021.9487194)
• Asymmetric Packages for Optimal Performance of GaN-HEMT using PCB Fabrication Technology
• A 48 V, 300 kHz, High Current DC/DC-Converter Based on Paralleled, Asymmetrical & Thermally Optimized PCB Embedded GaN Packages with Integrated Temperature Sensor (DOI:  10.23919/ISPSD50666.2021.9452241)