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面向綠色能源應用的 3D 電源封裝®

面向綠色能源應用的 3D 電源封裝®

2023/10/30 10:48:17

RECOM 的 3DPP? 技術正廣泛應用于眾多綠色能源應用中,滿足這類應用對高效率和緊湊外形的要求。請訪問我們的網站了解更多信息。

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圖 1:RECOM 的 DC/DC 轉換器使用 3DPP? 技術實現超緊湊型電源解決方案(來源:RECOM)

功率半導體對于從智能手機到汽車的各種電子系統(tǒng)都不可或缺,改進功率半導體可加速向綠色經濟轉型。 

更新穎、更先進的 DC/DC 轉換器設計有助于提高效率、降低能耗。在設計創(chuàng)新以及碳化硅 (SiC) 和氮化鎵 (GaN) 等新材料的推動下,可打造出性能出色的 DC/DC 轉換器,其轉換效率可達 95% 以上。綠色技術產品設計師注意到,從現在到 2027 年,全球可再生能源市場中所用功率半導體的數量預計將以 8%-10% 的復合年增長率 (CAGR) 增長。 

對功率半導體而言,一方面需要提高效率,另一方面則需要提高功率密度,以便設計人員在相同的尺寸內實現更高功率。因此,新應用可以在原有應用所占用的空間中實現更多功能,或者以更小的占用空間實現同樣的功能。考慮到許多綠色應用將機械設備替換為功效相同的電子設備,這一點尤為重要。例如,電動汽車 (EV) 將皮帶驅動的機械暖通空調 (HVAC) 裝置和動力轉向泵替換為功效相同的電子設備,這些電子設備仍然必須安裝在發(fā)動機罩下的有限空間內。當然,尺寸縮小也意味著重量減輕。對于單個設備而言,重量減輕帶來的益處并不明顯,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、電源轉換設備、濾波器、保護設備及其互連裝置,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?) 是一種先進的封裝技術,可支持功率轉換設計人員將許多先進技術納入高密度集成器件中,同時優(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盡量減少占用空間。將 3DPP? 應用于表面貼裝 DC/DC 轉換器時,打造出的解決方案不僅具備出色的性能,還能達到極高的功率密度和極小的占用空間。最終,電源轉換產品的尺寸相比其他電源轉換模塊要小很多,并且仍保持了高效率及極小的占用空間。

 

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圖 2:3DPP? 技術使用許多先進的制造工藝來縮小尺寸。(來源:RECOM)

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

當然,若要應用 3DPP? 技術,制造工藝要取得多項進步。比如,要能夠嵌入無源和有源器件,能夠融入倒裝芯片技術,以及能夠通過技術手段最大程度減少由內部封裝互連(如引腳、凸塊和焊盤)引起的電感和電容寄生。同時,還要推動電感器和變壓器等平面磁性器件的開發(fā),以便能夠以緊湊的外形構建更清潔、控制更嚴格、可重復使用且可靠堅固的磁性元器件。

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

采用 3DPP? 技術的器件可提供多種封裝類型,包括平面網格陣列封裝 (LGA)、鷗翼形封裝、方形扁平無引腳封裝 (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用中發(fā)揮重要作用。

RECOM 的 RPX-1.0 展示了 3DPP? 封裝技術的優(yōu)勢。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。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。輸出電壓可通過兩個電阻器設置,范圍從 0.8 VDC 到 30 VDC。輸出電流高達 1 A,并提供全面保護,防止連續(xù)短路、輸出過電流或過溫故障。

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 LGA 封裝,尺寸為 11.7 mm × 12.19 mm × 3.75 mm。其高功率密度是通過 3DPP? 技術實現的,即采用多層內部 PCB,利用插塞和盲孔實現良好的導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撲。RxxCTxxS 系列是一款低成本、薄型 500 mW SMD 隔離式單輸出 DC/DC 轉換器,非常適合光伏供電傳感器、醫(yī)療和通信節(jié)點等需要可靠隔離的應用。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)壓單路 3.3 V 或 5 V 輸出。該器件沒有最低負載要求,標準隔離為 5 kVAC/min,并具有雙重患者保護 (2MOPP),適用于醫(yī)療應用。

結論

許多綠色能源應用要求 DC/DC 轉換器以小巧的外形達到高效率。RECOM 的 3DPP? 技術正逐漸應用于許多隔離式和非隔離式轉換器,使轉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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