Auf einen Blick

Über 60 Jahre Innovationen in der Gehäusetechnologie und ein reicher Erfahrungsschatz aus kompetenter Entwicklungsunterstützung nach dem Prinzip Von-Ingenieur-zu-Ingenieur sind in die GaN-Transistoren im Kunststoffgehäuse eingeflossen. Entwickler von Radarsystemen profitieren so von größtmöglicher Leistung auf kleinstmöglichem Raum.

Entwickler von Radar- und Kommunikationssystemen müssen ständig die optimale Balance zwischen Größe, Gewicht und Leistung für ihre individuellen Entwicklungen von Radarsystemen finden. Dies gilt für Anwendungen in der Geländeüberwachung, Flugsicherung, Grenzkontrolle, Marine, Luftfahrt und Wetterbeobachtung. Durch die hohen Anforderungen der neuen Generation mobiler Radarsysteme in Bezug auf Leistung, Zuverlässigkeit und Robustheit stoßen konventionelle Si- und GaAs-basierende Leistungstransistoren an ihre Grenzen.

Tabelle 1: Übersicht an GaN-in-Kunststoff-Komponenten und deren Leistungsparameter.

Tabelle 1: Übersicht an GaN-in-Kunststoff-Komponenten und deren Leistungsparameter.M/A-COM Technology Solutions

M/A-COM Technology Solutions (Macom), Massachusetts, USA, hat diese Herausforderung früh erkannt und begonnen, GaN-Leistungstransistoren im Kunststoffgehäuse für hochleistungsfähige Radar- und Kommunikationssysteme zu entwickeln. Die ersten GaN-Leistungstransistoren im Kunststoffgehäuse sind 90-, 50- und 15-W-Bauteile MAGX-000035-0900P, MAGX-000035-05000P und MAGX-000035-01500P im 3 x 6 mm großen DFN-Gehäuse. Die Bauteile können durch Ground/Thermal-Arrays auf Leiterplatten angebracht werden. Ein ausgeklügeltes Wärmemanagement erlaubt den zuverlässigen Betrieb der Bauteile bei 200 °C. Die GaN-in-Kunststoff-Serie beinhaltet auch eine 5-W-Variante in einem kleinen SOT-89-Gehäuse mit Abmessungen von 2,5 x 4,5 mm. Alle Transistoren sind für Frequenzen von bis zu 3,5 GHz optimiert (Tabelle 1).

Bild 1: Größenvergleich von Kunststoff- und Keramikgehäusen.

Bild 1: Größenvergleich von Kunststoff- und Keramikgehäusen.M/A-COM Technology Solutions

Im Pulsbetrieb liefern die Transistoren mehr als 100 W Ausgangsleistung und lassen Alternativen in Keramikgehäusen in Bezug auf Leistung, Größe und Gewicht weit hinter sich. Sie ermöglichen eine neue Generation hochleistungsfähiger, ultrakompakter Radarsysteme (Bild 1). Kunden erreichen mit diesen Produkten eine höhere Leistungsfähigkeit und profitieren von reduzierten Gesamtsystemkosten aufgrund der Verbesserungen in Sachen Größe, Gewicht und Kühlbedarf.

Gekapselt in winzigen DFN- und SOT-89-Gehäusen lassen sich die GaN-in-Kunststoff-Transistoren mit 50 V betreiben. Dadurch bieten sie hervorragende Leistung und Leistungsdichte, erhöhte Effizienz und geringere Impedanz durch weniger Störeffekte. Der Hochspannungsbetrieb kommt mit kleineren Energiespeicher-Kondensatoren und geringerer Stromaufnahme dem Gesamtsystemdesign zugute.

Proprietäre Wärmeableitungstechnologien

Bild 2: Bei 93 W Ausgangsleistung erreicht die Junction-Temperatur 113°C.

Bild 2: Bei 93 W Ausgangsleistung erreicht die Junction-Temperatur 113°C.M/A-COM Technology Solutions

Basierend auf jahrzehntelangen Erfahrungen im Bereich Radardesign leistete Macom Pionierarbeit bei der Entwicklung anspruchsvoller proprietärer Wärmeableitungstechnologien. So ist gewährleistet, dass die Zuverlässigkeit der GaN-Leistungsverstärker im Kunststoffgehäuse mit konventionellen GaN-basierenden Produkten in Keramikgehäusen vergleichbar ist. Macom optimiert das Transistor-Die-Layout und verwendet neue Methoden der Wärmeableitung und der Die-Montage. Unter extrem strengen Wärmebild-Testmethoden demonstriert der 90-W-Transistor eine Junction-Temperatur von weniger als 115 °C (80 °C Grundplatte) bei einer Ausgangsleistung von 93 W im Pulsbetrieb, 100 µs Puls sowie 10% Tastverhältnis auf standardmäßigen Rogers-Plattenmaterial (Bild 2).

Gewicht des Gesamtsystems beträchtlich verringern

Im Vergleich zu üblichen GaN-basierenden Produkten in Keramikgehäusen wiegen GaN-in-Kunststoff-Transistoren deutlich weniger. Das kann das Gewicht des Gesamtsystems beträchtlich reduzieren, da in einem typischen Radarsystem von heute hunderte von Leistungstransistoren zum Einsatz kommen. Weniger Gewicht verhilft mobilen Radarsystemen zu größerer Beweglichkeit.

Bild 3: Aufbau von Macoms Kunststoffgehäuse.

Bild 3: Aufbau von Macoms Kunststoffgehäuse.M/A-COM Technology Solutions

Mit Highpower-GaN-Transistoren im platzsparenden Kunststoffgehäuse können Entwickler von Radarsystemen sowohl die Vorteile der GaN-Technologie nutzen und damit höhere Leistungsdichten erreichen als auch die Größe und das Gewicht des Gesamtsystems reduzieren. Mit hochentwickelten Gehäuse- (Bild 3) und Wärmemanagement-Technologien maximiert Macon die Effizienz des Designs und die Zuverlässigkeit der Komponenten. Hand-in-Hand mit Entwicklern entsteht eine neue Generation hochleistungsfähiger robuster Radarsysteme, deren Möglichkeiten die konventioneller GaN-in-Keramikgehäuse übertrifft.

Bild 4: Beispiele von GaN-Transistoren in Kunstoffgehäusen.

Bild 4: Beispiele von GaN-Transistoren in Kunstoffgehäusen. M/A-COM Technology Solutions