Le transistor GaN de 650V opte pour une architecture de refroidissement double face

Le composant en nitrure de gallium (GaN) de 650 volts de la série TP65H020G4PLSGBD de Renesas intègre un dispositif de refroidissement double face pour faciliter la conversion d'énergie. Il est spécifiquement conçu pour les architectures à courant continu haute tension (HVDC) de 800 volts dans les centres de données d'IA.

Gestion thermique dans les systèmes conversion haute densité
Alors que la demande en puissance des racks de centres de données passe de 120 kilowatts à l'échelle du mégawatt, l'espace physique et la dissipation thermique sont devenus des contraintes d'ingénierie majeures. Pour maintenir ces niveaux de puissance, le nouveau composant GaN se distingue des boîtiers traditionnels refroidis par le dessus. Il utilise une architecture à double refroidissement (DSC - dual-side-cooled) qui dissipe la chaleur à la fois par le haut et par le bas du composant. Cette gestion thermique à double voie réduit l'impédance thermique supérieure de 10%.

Le composant est logé dans un boîtier PQFN de 8x8 millimètres, réduisant l'encombrement de 57% par rapport au boîtier TOLT de 10x15 millimètres largement utilisé. Cette réduction dimensionnelle permet d'intégrer des capacités de puissance plus élevées dans des étages de convertisseurs de bus intermédiaires (IBC) 800 V limités en espace — qui abaissent la tension à 48 V, 12 V ou 6 V — ainsi que dans les étages de batteries de secours et de bancs de condensateurs.

Architecture du composant 
Basé sur une architecture GaN D-Mode Gen IV Plus, le circuit TP65H020G4PLSGBD offre une résistance à l'état passant de 20 milliohms (mΩ). La conception du semi-conducteur se caractérise par une faible charge de grille et une faible capacité de sortie, ainsi qu'une diode de roue libre intégrée conçue pour minimiser le recouvrement inverse. Opérant à une tension de seuil élevée qui fonctionne sans tension de polarisation de grille négative, le composant GaN peut être piloté à l'aide de pilotes de grille en silicium standard. Cette compatibilité permet aux ingénieurs de passer dans la plage de fréquences du mégahertz, minimisant ainsi le besoin d'importants composants passifs et réduisant le coût de la nomenclature (BOM) sans nécessiter de pilotes E-mode spécialisés.

Efficacité et évolutivité du système
Pour valider l'efficacité opérationnelle du composant, Renesas a développé un design de référence de transformateur CC LLC de 6 kilowatts (800 V à 48 V) contrôlé par un microcontrôleur RA6T3. Lors des tests du module, cette configuration a atteint une densité de puissance de 2,6 kilowatts par pouce cube. De plus, l'efficacité à pleine charge mesurée était supérieure de 0,21% à celle d'une carte équivalente utilisant un boîtier TOLT traditionnel. L'empreinte compacte du DSC optimise également l'agencement de la carte de circuit imprimé (PCB) en permettant un routage mieux adapté sur l'ensemble des transistors à effet de champ.

Le fabricant exposera le composant GaN de la série TP65H020G4PLSGBD et ses solutions d'alimentation 800 V associées lors de l'OCP Global Summit qui se tient du 12 au 15 octobre 2026 à San Jose, en Californie.

Contexte supplémentaire
Cette section détaille les spécifications techniques et l'analyse comparative concurrentielle qui ne sont pas incluses dans le communiqué de presse original.

Sur le marché des semi-conducteurs à large bande passante et haute tension, les composants GaN 650 V sont principalement évalués sur leur résistance à l'état passant, l'empreinte de leur boîtier et leurs mesures de résistance thermique. Des concurrents tels qu'Infineon Technologies, Navitas Semiconductor et Texas Instruments proposent des transistors à effet de champ GaN de 600 V à 650 V qui atteignent couramment des résistances à l'état passant comprises entre 15 et 30 mΩ. Cependant, la pratique standard de l'industrie pour la gestion thermique à haute puissance s'appuie fortement sur des boîtiers refroidis par le dessus (TSC) comme le TOLT (10x15 mm), qui extraient la chaleur vers le haut dans un dissipateur thermique dédié, mais limitent le transfert thermique vers le PCB.

L'intégration d'un double refroidissement (DSC) dans un boîtier PQFN plus petit de 8x8 mm offre un avantage volumétrique distinct. En permettant à la chaleur de circuler simultanément vers un dissipateur thermique supérieur et vers le bas à travers les vias thermiques du PCB, le boîtier DSC obtient une dissipation thermique équivalente ou supérieure dans moins de la moitié de l'espace sur la carte d'un composant TOLT. 

Publié avec l’assistance de l’IA par Aishwarya Mambet, rédactrice pour Induportals.

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