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面向绿色能源应用的 3D 电源封装®

面向绿色能源应用的 3D 电源封装®

2023/10/30 10:48:17

RECOM 的 3DPP® 技术正广泛应用于众多绿色能源应用中,满足这类应用对高效率和紧凑外形的要求。请访问我们的网站了解更多信息。

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图 1:RECOM 的 DC/DC 转换器使用 3DPP® 技术实现超紧凑型电源解决方案(来源:RECOM)

功率半导体对于从智能手机到汽车的各种电子系统都不可或缺,改进功率半导体可加速向绿色经济转型。 

更新颖、更先进的 DC/DC 转换器设计有助于提高效率、降低能耗。在设计创新以及碳化硅 (SiC) 和氮化镓 (GaN) 等新材料的推动下,可打造出性能出色的 DC/DC 转换器,其转换效率可达 95% 以上。绿色技术产品设计师注意到,从现在到 2027 年,全球可再生能源市场中所用功率半导体的数量预计将以 8%-10% 的复合年增长率 (CAGR) 增长。 

对功率半导体而言,一方面需要提高效率,另一方面则需要提高功率密度,以便设计人员在相同的尺寸内实现更高功率。因此,新应用可以在原有应用所占用的空间中实现更多功能,或者以更小的占用空间实现同样的功能。考虑到许多绿色应用将机械设备替换为功效相同的电子设备,这一点尤为重要。例如,电动汽车 (EV) 将皮带驱动的机械暖通空调 (HVAC) 装置和动力转向泵替换为功效相同的电子设备,这些电子设备仍然必须安装在发动机罩下的有限空间内。当然,尺寸缩小也意味着重量减轻。对于单个设备而言,重量减轻带来的益处并不明显,但所有不起眼的重量减轻累加在一起,就能够增加车辆的续航里程。

什么是3D电源封装® (3DPP®)?

若要最大限度提升系统性能,就需要最大限度提升电源子系统的性能,包括所有电源、电源转换设备、滤波器、保护设备及其互连装置,如连接器、电线、电缆、电路板迹线等。 

需要考虑的指标包括尺寸、重量和功率 (SwaP) 或 SwaP-C(如果包括成本)。3D电源封装® (3DPP®) 是一种先进的封装技术,可支持功率转换设计人员将许多先进技术纳入高密度集成器件中,同时优化 SWaP-C。3DPP® 采用尖端的组装工艺,在最大限度提高功率密度的同时尽量减少占用空间。将 3DPP® 应用于表面贴装 DC/DC 转换器时,打造出的解决方案不仅具备出色的性能,还能达到极高的功率密度和极小的占用空间。最终,电源转换产品的尺寸相比其他电源转换模块要小很多,并且仍保持了高效率及极小的占用空间。

 

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图 2:3DPP® 技术使用许多先进的制造工艺来缩小尺寸。(来源:RECOM)

3DPP® 技术支持将所需元器件直接安装到引线框架上,无需内部印刷电路板 (PCB),从而减小模块内所需的空间。尺寸减小后,工程师和设计人员可采用集成电源转换模块打造更为简化的 PCB 设计,而无需采用成本更高的定制转换器设计。 

当然,若要应用 3DPP® 技术,制造工艺要取得多项进步。比如,要能够嵌入无源和有源器件,能够融入倒装芯片技术,以及能够通过技术手段最大程度减少由内部封装互连(如引脚、凸块和焊盘)引起的电感和电容寄生。同时,还要推动电感器和变压器等平面磁性器件的开发,以便能够以紧凑的外形构建更清洁、控制更严格、可重复使用且可靠坚固的磁性元器件。

RPX-1.0 DC/DC 转换器:采用小型封装的完整 DC/DC 降压稳压器 

采用 3DPP® 技术的器件可提供多种封装类型,包括平面网格阵列封装 (LGA)、鸥翼形封装、方形扁平无引脚封装 (QFN)、铜柱凸块封装以及焊球阵列封装,这些封装类型都可以在空间受限的应用中发挥重要作用。

RECOM 的 RPX-1.0 展示了 3DPP® 封装技术的优势。这是一款非隔离式降压稳压器电源模块,采用散热性能更高的 QFN 封装,并集成了电感器。RPX-1.0 的尺寸仅为 3 mm×5 mm×1.6 mm,在尺寸上与集成电路 (IC) 相当。输入电压范围为 4 至 36 VDC,支持使用 5 V、12 V 或 24 V 电源供电。输出电压可通过两个电阻器设置,范围从 0.8 VDC 到 30 VDC。输出电流高达 1 A,并提供全面保护,防止连续短路、输出过电流或过温故障。

RECOM RPMB/RPMH 系列是一款 30 W 非隔离电源模块,采用散热性能更高的 25 焊盘 LGA 封装,尺寸为 11.7 mm × 12.19 mm × 3.75 mm。其高功率密度是通过 3DPP® 技术实现的,即采用多层内部 PCB,利用插塞和盲孔实现良好的导热性并有效利用可用空间。六面金属屏蔽确保低 EMI。

3DPP® 封装也可以适用于隔离拓扑。RxxCTxxS 系列是一款低成本、薄型 500 mW SMD 隔离式单输出 DC/DC 转换器,非常适合光伏供电传感器、医疗和通信节点等需要可靠隔离的应用。R05CT05S 就是其中一款解决方案,具有 5 V 输入和用户可定义的稳压单路 3.3 V 或 5 V 输出。该器件没有最低负载要求,标准隔离为 5 kVAC/min,并具有双重患者保护 (2MOPP),适用于医疗应用。

结论

许多绿色能源应用要求 DC/DC 转换器以小巧的外形达到高效率。RECOM 的 3DPP® 技术正逐渐应用于许多隔离式和非隔离式转换器,使转换器兼具高功率密度与小巧的尺寸。

审核编辑(
王静
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