《德州仪器LMG5200氮化镓半桥功率级》
2018-02-07 20:35:39   来源:麦姆斯咨询   评论:0   点击:

本报告对德州仪器LMG5200器件进行详细的逆向分析,包括器件设计、封装技术、制造工艺、成本和价格预估等。这是我们第一发现带有驱动器的半桥氮化镓场效应晶体管(GaN FET)设计,并采用先进的多芯片封装技术(PCB带有嵌入式通孔和倒装芯片)。

Texas Instruments’ LMG5200 GaN Power Stage

——逆向分析报告

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 德州仪器(TI)第一款80V氮化镓(GaN)半桥功率级,具有创新的封装!

德州仪器(TI)第一款80V氮化镓(GaN)半桥功率级,具有创新的封装!

自从2012年起,氮化镓(GaN)市场已经蓬勃发展,新的厂商不断出现。但是,由于技术还在不断改进,所以还没有形成标准。我们看到市场上有许多不同的解决方案共存。

相较于过去所使用的硅晶体管,氮化镓(GaN)能够让新的电源应用在同等电压条件下,以更高的切换频率运作。这代表在相同条件下,GaN能够较以硅为基础的解决方案实现更高的效率。

氮化镓(GaN)将在功率密集的应用中大展身手,它能够在保持或提升效率的同时,使电源装置变得更小巧。目前,GaN被应用于电子电源供应设计,将电力在交流和直流的形式间进行转换、改变电压电平并执行多种功能,以确保干净电力的可用性。对某些特定的产品来说,效能为最重要的考虑,然而还需视不同的应用而定。

麦姆斯咨询报道,德州仪器(TI)的LMG5200让工程师能够轻松地将GaN技术设计至电源解决方案中,进而超越传统上功率密度限制。基于数十年的电源测试专业经验,德州仪器针对GaN进行了数百万小时的加速测试,并建立了能够实现基于GaN电源设计的生态系统。

LMG5200特性:
- 集成15mΩ GaN FET和驱动器
- 80V连续电压,100V脉冲电压额定值
- 封装经过优化,可实现简单的PCB布局,无需考虑底层填料、爬电和余隙要求
- 超低共源电感可确保实现高压摆率开关,同时在硬开关拓扑中不会造成过度振铃
- 非常适合隔离式和非隔离式应用
- 栅极驱动器支持高达10MHz的开关频率
- 内部自举电源电压钳位可防止GaN FET过驱
- 电源轨欠压锁定保护
- 优异的传播延迟(典型值为29.5ns)和匹配(典型值为2ns)
- 低功耗

LMG5200器件集成了80V、10A驱动器和氮化镓(GaN)半桥功率级,采用增强模式氮化镓(GaN)FET提供了一套集成功率级解决方案。该器件包含两个80V GaN FET,它们由采用半桥配置的同一高频GaN FET驱动器提供驱动,封装形式为四方扁平无引线(QFN)封装。

LMG5200器件物理分析

LMG5200器件物理分析

LMG5200器件设计分析(样刊模糊化)

LMG5200器件设计分析(样刊模糊化)

GaN FET在功率转换方面的优势显著,因为其反向恢复电荷几乎为零,输入电容CISS也非常小。所有器件均安装在一个完全无键合线的封装平台上,尽可能减少了封装寄生元件数。LMG5200 器件采用 6mm x 8mm x 2mm无铅封装,可轻松贴装在PCB上。

LMG5200器件封装拆解分析

LMG5200器件封装拆解分析

LMG5200器件的输入与TTL逻辑兼容,无论VCC电压如何,都能够承受高达12V的输入电压。专有的自举电压钳位技术确保了增强模式GaN FET的栅极电压处于安全的工作范围内。

LMG5200器件配有用户友好型接口且更为出色,进一步提升了分立式GaN FET的优势。对于具有高频、高效操作及小尺寸要求的应用而言,该器件堪称理想的解决方案。与TPS53632G控制器搭配使用时,LMG5200能够直接将48V电压转换为负载点电压(0.5-1.5V)。

芯片分析

芯片分析

本报告对德州仪器LMG5200器件进行详细的逆向分析,包括器件设计、封装技术、制造工艺、成本和价格预估等。这是我们第一发现带有驱动器的半桥氮化镓场效应晶体管(GaN FET)设计,并采用先进的多芯片封装技术(PCB带有嵌入式通孔和倒装芯片)。

工艺流程分析(部分示例)

工艺流程分析(部分示例)

此外,本报告还将德州仪器LMG5200器件与GaN Systems、Transphorm和松下(Panasonic)的产品进行对比分析,包括封装和外延,以突出设计和制造工艺的差异,以及它们对器件尺寸和生产成本的影响。

报告目录:

Overview / Introduction
• Executive Summary
• Reverse Costing Methodology

Company Profile
• Texas Instruments

Physical Analysis
• Synthesis of the Physical Analysis
• Package Analysis
- Package opening
- Package cross-section
• FET Die
- FET die view and dimensions
- FET die process
- FET die cross-section
- FET die process characteristic
• IC Die
- IC die view and dimensions
- IC die process
- IC die cross-section
- IC die process characteristics

Power Stage Manufacturing Process
• FET Die Front-End Process
• FET Die Fabrication Unit
• IC Die Front-End Process
• IC Die Fabrication Unit
• Final Test and Packaging Fabrication Unit

Cost Analysis
• Synthesis of the Cost Analysis
• Yield Explanations and Hypotheses
• FET Die
- FET die front-end cost
- FET die probe test, thinning and dicing
- FET die wafer cost
- FET die cost
• IC Die
- IC front-end cost
- IC die probe test, thinning and dicing
- IC wafer cost
- IC die cost
• Complete Power Stage
- Packaging cost
- Final test cost
- Component cost

Price Analysis
• Synthesis of the Cost

Comparison
• Comparison between Panasonic, Transphorm, and GaN Systems’ HEMT

若需要《德州仪器LMG5200氮化镓半桥功率级》报告样刊,请发E-mail:wangyi#memsconsulting.com(#换成@)。

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