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面向綠色能源應(yīng)用的 3D 電源封裝®

面向綠色能源應(yīng)用的 3D 電源封裝®

2023/10/30 10:48:17

RECOM 的 3DPP? 技術(shù)正廣泛應(yīng)用于眾多綠色能源應(yīng)用中,滿足這類應(yīng)用對(duì)高效率和緊湊外形的要求。請(qǐng)?jiān)L問(wèn)我們的網(wǎng)站了解更多信息。

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圖 1:RECOM 的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器使用 3DPP? 技術(shù)實(shí)現(xiàn)超緊湊型電源解決方案(來(lái)源:RECOM)

功率半導(dǎo)體對(duì)于從智能手機(jī)到汽車的各種電子系統(tǒng)都不可或缺,改進(jìn)功率半導(dǎo)體可加速向綠色經(jīng)濟(jì)轉(zhuǎn)型。 

更新穎、更先進(jìn)的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)有助于提高效率、降低能耗。在設(shè)計(jì)創(chuàng)新以及碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新材料的推動(dòng)下,可打造出性能出色的 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,其轉(zhuǎn)換效率可達(dá) 95% 以上。綠色技術(shù)產(chǎn)品設(shè)計(jì)師注意到,從現(xiàn)在到 2027 年,全球可再生能源市場(chǎng)中所用功率半導(dǎo)體的數(shù)量預(yù)計(jì)將以 8%-10% 的復(fù)合年增長(zhǎng)率 (CAGR) 增長(zhǎng)。 

對(duì)功率半導(dǎo)體而言,一方面需要提高效率,另一方面則需要提高功率密度,以便設(shè)計(jì)人員在相同的尺寸內(nèi)實(shí)現(xiàn)更高功率。因此,新應(yīng)用可以在原有應(yīng)用所占用的空間中實(shí)現(xiàn)更多功能,或者以更小的占用空間實(shí)現(xiàn)同樣的功能??紤]到許多綠色應(yīng)用將機(jī)械設(shè)備替換為功效相同的電子設(shè)備,這一點(diǎn)尤為重要。例如,電動(dòng)汽車 (EV) 將皮帶驅(qū)動(dòng)的機(jī)械暖通空調(diào) (HVAC) 裝置和動(dòng)力轉(zhuǎn)向泵替換為功效相同的電子設(shè)備,這些電子設(shè)備仍然必須安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)罩下的有限空間內(nèi)。當(dāng)然,尺寸縮小也意味著重量減輕。對(duì)于單個(gè)設(shè)備而言,重量減輕帶來(lái)的益處并不明顯,但所有不起眼的重量減輕累加在一起,就能夠增加車輛的續(xù)航里程。

什么是3D電源封裝? (3DPP?)?

若要最大限度提升系統(tǒng)性能,就需要最大限度提升電源子系統(tǒng)的性能,包括所有電源、電源轉(zhuǎn)換設(shè)備、濾波器、保護(hù)設(shè)備及其互連裝置,如連接器、電線、電纜、電路板跡線等。 

需要考慮的指標(biāo)包括尺寸、重量和功率 (SwaP) 或 SwaP-C(如果包括成本)。3D電源封裝? (3DPP?) 是一種先進(jìn)的封裝技術(shù),可支持功率轉(zhuǎn)換設(shè)計(jì)人員將許多先進(jìn)技術(shù)納入高密度集成器件中,同時(shí)優(yōu)化 SWaP-C。3DPP? 采用尖端的組裝工藝,在最大限度提高功率密度的同時(shí)盡量減少占用空間。將 3DPP? 應(yīng)用于表面貼裝 DC/DC 轉(zhuǎn)換器時(shí),打造出的解決方案不僅具備出色的性能,還能達(dá)到極高的功率密度和極小的占用空間。最終,電源轉(zhuǎn)換產(chǎn)品的尺寸相比其他電源轉(zhuǎn)換模塊要小很多,并且仍保持了高效率及極小的占用空間。

 

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圖 2:3DPP? 技術(shù)使用許多先進(jìn)的制造工藝來(lái)縮小尺寸。(來(lái)源:RECOM)

3DPP? 技術(shù)支持將所需元器件直接安裝到引線框架上,無(wú)需內(nèi)部印刷電路板 (PCB),從而減小模塊內(nèi)所需的空間。尺寸減小后,工程師和設(shè)計(jì)人員可采用集成電源轉(zhuǎn)換模塊打造更為簡(jiǎn)化的 PCB 設(shè)計(jì),而無(wú)需采用成本更高的定制轉(zhuǎn)換器設(shè)計(jì)。 

當(dāng)然,若要應(yīng)用 3DPP? 技術(shù),制造工藝要取得多項(xiàng)進(jìn)步。比如,要能夠嵌入無(wú)源和有源器件,能夠融入倒裝芯片技術(shù),以及能夠通過(guò)技術(shù)手段最大程度減少由內(nèi)部封裝互連(如引腳、凸塊和焊盤(pán))引起的電感和電容寄生。同時(shí),還要推動(dòng)電感器和變壓器等平面磁性器件的開(kāi)發(fā),以便能夠以緊湊的外形構(gòu)建更清潔、控制更嚴(yán)格、可重復(fù)使用且可靠堅(jiān)固的磁性元器件。

RPX-1.0 DC/DC 轉(zhuǎn)換器:采用小型封裝的完整 DC/DC 降壓穩(wěn)壓器 

采用 3DPP? 技術(shù)的器件可提供多種封裝類型,包括平面網(wǎng)格陣列封裝 (LGA)、鷗翼形封裝、方形扁平無(wú)引腳封裝 (QFN)、銅柱凸塊封裝以及焊球陣列封裝,這些封裝類型都可以在空間受限的應(yīng)用中發(fā)揮重要作用。

RECOM 的 RPX-1.0 展示了 3DPP? 封裝技術(shù)的優(yōu)勢(shì)。這是一款非隔離式降壓穩(wěn)壓器電源模塊,采用散熱性能更高的 QFN 封裝,并集成了電感器。RPX-1.0 的尺寸僅為 3 mm×5 mm×1.6 mm,在尺寸上與集成電路 (IC) 相當(dāng)。輸入電壓范圍為 4 至 36 VDC,支持使用 5 V、12 V 或 24 V 電源供電。輸出電壓可通過(guò)兩個(gè)電阻器設(shè)置,范圍從 0.8 VDC 到 30 VDC。輸出電流高達(dá) 1 A,并提供全面保護(hù),防止連續(xù)短路、輸出過(guò)電流或過(guò)溫故障。

RECOM RPMB/RPMH 系列是一款 30 W 非隔離電源模塊,采用散熱性能更高的 25 焊盤(pán) LGA 封裝,尺寸為 11.7 mm × 12.19 mm × 3.75 mm。其高功率密度是通過(guò) 3DPP? 技術(shù)實(shí)現(xiàn)的,即采用多層內(nèi)部 PCB,利用插塞和盲孔實(shí)現(xiàn)良好的導(dǎo)熱性并有效利用可用空間。六面金屬屏蔽確保低 EMI。

3DPP? 封裝也可以適用于隔離拓?fù)洹xxCTxxS 系列是一款低成本、薄型 500 mW SMD 隔離式單輸出 DC/DC 轉(zhuǎn)換器,非常適合光伏供電傳感器、醫(yī)療和通信節(jié)點(diǎn)等需要可靠隔離的應(yīng)用。R05CT05S 就是其中一款解決方案,具有 5 V 輸入和用戶可定義的穩(wěn)壓?jiǎn)温?3.3 V 或 5 V 輸出。該器件沒(méi)有最低負(fù)載要求,標(biāo)準(zhǔn)隔離為 5 kVAC/min,并具有雙重患者保護(hù) (2MOPP),適用于醫(yī)療應(yīng)用。

結(jié)論

許多綠色能源應(yīng)用要求 DC/DC 轉(zhuǎn)換器以小巧的外形達(dá)到高效率。RECOM 的 3DPP? 技術(shù)正逐漸應(yīng)用于許多隔離式和非隔離式轉(zhuǎn)換器,使轉(zhuǎn)換器兼具高功率密度與小巧的尺寸。

審核編輯(
王靜
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