Electrical and dielectric characterization of FR4 laminates for power electronics PCB applications: influence of resin content and multilayer structure

L’elettronica di potenza svolge un ruolo fondamentale nei moderni sistemi energetici, consentendo una conversione efficiente dell’energia in applicazioni quali la generazione da fonti rinnovabili, la mobilità elettrica, i sistemi di accumulo e le reti di distribuzione. La crescente richiesta di maggiore efficienza, compattezza e affidabilità ha portato a un aumento dei requisiti prestazionali dei convertitori di potenza, che devono operare a tensioni e frequenze di commutazione sempre più elevate. In questo contesto, i limiti dei dispositivi tradizionali basati su silicio hanno favorito l’introduzione di semiconduttori a banda larga, in particolare il nitruro di gallio (GaN), che consente minori perdite di commutazione, frequenze operative più elevate e maggiore densità di potenza. Le architetture più diffuse, basate su geometrie laterali, presentano tuttavia limitazioni quando sono richieste tensioni e potenze più elevate. Per superare tali vincoli, la ricerca si è concentrata sullo sviluppo di dispositivi GaN con geometria verticale, nei quali tensioni di blocco più elevate sono ottenute mediante strati di drift più spessi. In questo contesto, il progetto VERTIGO mira allo sviluppo di transistor di potenza verticali AlGaN capaci di operare fino a 1200 V e 50 A. Parallelamente, anche i componenti di sistema assumono crescente importanza. In particolare, il circuito stampato (PCB) non può più essere considerato soltanto un supporto meccanico, ma un elemento funzionale soggetto a elevati campi elettrici. Su queste basi, il presente lavoro analizza le proprietà elettriche e dielettriche del laminato FR4 ad alta Tg ISOLA PCL370HR mediante spettroscopia dielettrica a banda larga e prove di rigidità dielettrica, valutando l’influenza del contenuto di resina e della struttura multistrato sulla risposta elettrica del materiale e la sua idoneità per applicazioni di elettronica di potenza nei PCB.