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使用 3-D SiP 模块提高功率密度并简化设计

导读:如今,设计人员要求缩小整体尺寸——以节省电路板空间、增加功能并为最终用户应用分配更多空间——所有这些都需要更少的空间分配给电源管理,这不仅需要 XY 缩小,还需要 3-D体积收缩。在可穿戴产品中,半导体行业最近看到系统级封装 (SiP) 技术的使用有所增加,这些用户需要更简单、更灵活的设计,但又需要满足具有挑战性的空间要求。我希望看到这种趋势继续下去。
关键字:
电源模块,3-D,封装

如今,设计人员要求缩小整体尺寸——以节省电路板空间、增加功能并为最终用户应用分配更多空间——所有这些都需要更少的空间分配给电源管理,这不仅需要 XY 缩小,还需要 3-D体积收缩。在可穿戴产品中,半导体行业最近看到系统级封装 (SiP) 技术的使用有所增加,这些用户需要更简单、更灵活的设计,但又需要满足具有挑战性的空间要求。我希望看到这种趋势继续下去。

事实上,TI 拥有 200 多种电源模块,适用于各种应用,以应对广阔的市场。SiP 封装技术易于使用并具有许多性能优势,包括出色的热特性和最小化的电磁干扰 (EMI)。但真正让 TI 的 SiP 与众不同的是使用 3-D 封装,这涉及在封装内将组件彼此叠置安装。对于注重空间的应用,3-D 封装为电源模块提供了更高的功率密度和显着减小的外形尺寸,节省了电路板空间,优化了整体印刷电路板 (PCB) 的占位面积,并支持了行业向小型化的趋势。

此外,3-D 封装通过将大电感放置在电源模块电路的其余部分上,从而优化空间,从而降低了体积要求。它还通过使无源组件更靠近有源控制器设备来提高电气性能,从而减少总信号长度。为了支持不同的行业需求、简化设计并提高体积功率密度,TI 使用了先进的 3-D 构造技术,从而形成了广泛的 SiP 封装产品组合。

在四方扁平封装无引线 (QFN) 封装中,一种 3-D 构造技术采用高跷(凸起)电感器技术,电感器放置在集成电路 (IC) 封装上(见图 1)。使用封装中封装 3-D 技术和相对简单的制造工艺,QFN SiP 具有出色的热性能和简单的引脚排列,使其易于使用。QFN 模块在工业、通信和企业市场中非常流行。

 使用 3-D SiP 模块提高功率密度并简化设计

1:一个 3-D QFN 模块,其封装放置在电感器下方

3-D 封装的另一个重要用途是将有源芯片嵌入层压基板内,并将无源器件放置在层压板顶部。一个例子是MicroSiP 模块,这是一个占用极小电路板空间并具有行业领先电流密度的微型模块(参见图 2)。MicroSiP 非常适合小型化系统,例如可穿戴和个人电子产品中的系统。

使用 3-D SiP 模块提高功率密度并简化设计

2:MicroSiP 横截面

还有非常创新且易于使用的晶体管外形 (TO) 封装功率模块,它利用了 3-D 封装。TO 模块具有双引线框架,有源芯片和无源器件放置在引线框架的任一侧,用于基于 3D 引线封装的 SiP 模块解决方案,占用的电路板空间很小。TO 非常适合在恶劣条件下运行的工业系统。TO 封装电源模块外部引线使电源的组装过程和安装非常容易,特别是对于不具备先进制造能力的组装场所。

为进一步使我们的解决方案缩小尺寸,不妨考虑选用TI的PicoStar™ IC封装和MicroSiP™模块。SiP代表封装内的系统,可整合常用功能以减少电路板占用空间。PicoStar则可将IC嵌入到封装基板中并在其上面堆叠其它无源组件,这最多能把器件内需要的空间减少一半。图1展示了这样的主要理念:电容器和电感器被放置在IC的上面。由于PicoStar封装的厚度是150μm,因此该模块的总厚度与常规封装型解决方案的总厚度没有太大差别。

能被堆叠的不仅有无源组件,还有印刷电路板(PCB)上面的IC。在可佩戴式应用(如智能手表和其它活动监视设备)中,借助PicoStar最终将充电器和电池能量监测器或充电器和直流(DC)/DC转换器置入一个MicroSiP模块里会产生重大意义,因为老是要用到它们。

TPS82740A是一款具有负载开关的超低功耗DC/DC转换器,采用TI MicroSiP封装并集成了所有必要的组件。解决方案总尺寸仅为2.3mm x 2.9mm,比许多采用QFN封装的IC都小。

此外,一定要选择具有最小尺寸的无源组件,但务必要核实电压和温度降额是否能满足应用需求。

为进一步使我们的解决方案缩小尺寸,不妨考虑选用TI的PicoStar™ IC封装和MicroSiP™模块。SiP代表封装内的系统,可整合常用功能以减少电路板占用空间。PicoStar则可将IC嵌入到封装基板中并在其上面堆叠其它无源组件,这最多能把器件内需要的空间减少一半。图1展示了这样的主要理念:电容器和电感器被放置在IC的上面。由于PicoStar封装的厚度是150μm,因此该模块的总厚度与常规封装型解决方案的总厚度没有太大差别。

能被堆叠的不仅有无源组件,还有印刷电路板(PCB)上面的IC。在可佩戴式应用(如智能手表和其它活动监视设备)中,借助PicoStar最终将充电器和电池能量监测器或充电器和直流(DC)/DC转换器置入一个MicroSiP模块里会产生重大意义,因为老是要用到它们。

TPS82740A是一款具有负载开关的超低功耗DC/DC转换器,采用TI MicroSiP封装并集成了所有必要的组件。解决方案总尺寸仅为2.3mm x 2.9mm,比许多采用QFN封装的IC都小。

此外,一定要选择具有最小尺寸的无源组件,但务必要核实电压和温度降额是否能满足应用需求。




来源:网络   作者:  2022/3/12 9:00:01
栏目: [ 电源]

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