松下通过GaN倒装芯片封装技术 电路开关速度提高1.7倍

松下首次参加了2014年5月于德国举行的功率电子领域全球最大规模的展会“PCIM Europe”。该公司的亮点展品是由采用GaN及SiC等新一代功率半导体元件构成的电源电路和模块产品。

松下积极展示的是采用600V耐压GaN功率晶体管的功率因数校正（power factor correction，PFC）电路。其特点是，与以前的电路相比，不仅尺寸小，而且可以实现高速开关。该电路属于PFC中省去普通整流电路的“无桥”（Bridgeless）型，由于不需要整流电路，因此可实现小型化。

松下的无桥PFC电路为“图腾柱型”（Totem Pole），与无桥型电路中使用普通超结（super junction，SJ）构造硅MOSFET的“双升压型”（Dual Boost）无桥PFC相比，部件数量大为减少（图1）。

据松下介绍，双升压型电路需要价格昂贵的SiC肖特基势垒二极管（SBD）和两个大型电感器。而图腾柱型电路不仅不需要SiC SBD，而且只需要一个电感器即可。

松下表示，即便与其他图腾柱型电路相比，该公司的产品也具备较高的开关速度。具体而言，能以170V/ns的速度开关GaN功率晶体管。这一速度比使用面向高速开关用途的表面封装型硅SJ型MOSFET时还要快约1.7倍。

电路的高速开关性能是通过对GaN功率元件采用倒装芯片封装，将寄生电感减小至2nH实现的。与功率元件采用普通封装“TO-220”的电路相比，寄生电感只有1/10左右。

之所以能够实现倒装芯片封装，是因为GaN功率晶体管可独立实现常闭（Normally-off运行状态）。目前，耐压600V的GaN功率晶体管大多为常开（Normally-on）运行状态。其他企业往往通过级联（Cascode）低耐压硅MOSFET来实现常闭运行状态。但级联电路使用的是外置硅MOSFET，不仅很难降低寄生电感，而且还会导致芯片数量增加。