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[導(dǎo)讀]如今,設(shè)計人員要求縮小整體尺寸——以節(jié)省電路板空間、增加功能并為最終用戶應(yīng)用分配更多空間——所有這些都需要更少的空間分配給電源管理,這不僅需要 XY 縮小,還需要 3-D體積收縮。在可穿戴產(chǎn)品中,半導(dǎo)體行業(yè)最近看到系統(tǒng)級封裝 (SiP) 技術(shù)的使用有所增加,這些用戶需要更簡單、更靈活的設(shè)計,但又需要滿足具有挑戰(zhàn)性的空間要求。我希望看到這種趨勢繼續(xù)下去。

如今,設(shè)計人員要求縮小整體尺寸——以節(jié)省電路板空間、增加功能并為最終用戶應(yīng)用分配更多空間——所有這些都需要更少的空間分配給電源管理,這不僅需要 XY 縮小,還需要 3-D體積收縮。在可穿戴產(chǎn)品中,半導(dǎo)體行業(yè)最近看到系統(tǒng)級封裝 (SiP) 技術(shù)的使用有所增加,這些用戶需要更簡單、更靈活的設(shè)計,但又需要滿足具有挑戰(zhàn)性的空間要求。我希望看到這種趨勢繼續(xù)下去。

事實上,TI 擁有 200 多種電源模塊,適用于各種應(yīng)用,以應(yīng)對廣闊的市場。SiP 封裝技術(shù)易于使用并具有許多性能優(yōu)勢,包括出色的熱特性和最小化的電磁干擾 (EMI)。但真正讓 TI 的 SiP 與眾不同的是使用 3-D 封裝,這涉及在封裝內(nèi)將組件彼此疊置安裝。對于注重空間的應(yīng)用,3-D 封裝為電源模塊提供了更高的功率密度和顯著減小的外形尺寸,節(jié)省了電路板空間,優(yōu)化了整體印刷電路板 (PCB) 的占位面積,并支持了行業(yè)向小型化的趨勢。

此外,3-D 封裝通過將大電感放置在電源模塊電路的其余部分上,從而優(yōu)化空間,從而降低了體積要求。它還通過使無源組件更靠近有源控制器設(shè)備來提高電氣性能,從而減少總信號長度。為了支持不同的行業(yè)需求、簡化設(shè)計并提高體積功率密度,TI 使用了先進的 3-D 構(gòu)造技術(shù),從而形成了廣泛的 SiP 封裝產(chǎn)品組合。

在四方扁平封裝無引線 (QFN) 封裝中,一種 3-D 構(gòu)造技術(shù)采用高蹺(凸起)電感器技術(shù),電感器放置在集成電路 (IC) 封裝上(見圖 1)。使用封裝中封裝 3-D 技術(shù)和相對簡單的制造工藝,QFN SiP 具有出色的熱性能和簡單的引腳排列,使其易于使用。QFN 模塊在工業(yè)、通信和企業(yè)市場中非常流行。

 使用 3-D SiP 模塊提高功率密度并簡化設(shè)計

1:一個 3-D QFN 模塊,其封裝放置在電感器下方

3-D 封裝的另一個重要用途是將有源芯片嵌入層壓基板內(nèi),并將無源器件放置在層壓板頂部。一個例子是MicroSiP 模塊,這是一個占用極小電路板空間并具有行業(yè)領(lǐng)先電流密度的微型模塊(參見圖 2)。MicroSiP 非常適合小型化系統(tǒng),例如可穿戴和個人電子產(chǎn)品中的系統(tǒng)。

使用 3-D SiP 模塊提高功率密度并簡化設(shè)計

2:MicroSiP 橫截面

還有非常創(chuàng)新且易于使用的晶體管外形 (TO) 封裝功率模塊,它利用了 3-D 封裝。TO 模塊具有雙引線框架,有源芯片和無源器件放置在引線框架的任一側(cè),用于基于 3D 引線封裝的 SiP 模塊解決方案,占用的電路板空間很小。TO 非常適合在惡劣條件下運行的工業(yè)系統(tǒng)。TO 封裝電源模塊外部引線使電源的組裝過程和安裝非常容易,特別是對于不具備先進制造能力的組裝場所。

為進一步使我們的解決方案縮小尺寸,不妨考慮選用TI的PicoStar? IC封裝和MicroSiP?模塊。SiP代表封裝內(nèi)的系統(tǒng),可整合常用功能以減少電路板占用空間。PicoStar則可將IC嵌入到封裝基板中并在其上面堆疊其它無源組件,這最多能把器件內(nèi)需要的空間減少一半。圖1展示了這樣的主要理念:電容器和電感器被放置在IC的上面。由于PicoStar封裝的厚度是150μm,因此該模塊的總厚度與常規(guī)封裝型解決方案的總厚度沒有太大差別。

能被堆疊的不僅有無源組件,還有印刷電路板(PCB)上面的IC。在可佩戴式應(yīng)用(如智能手表和其它活動監(jiān)視設(shè)備)中,借助PicoStar最終將充電器和電池能量監(jiān)測器或充電器和直流(DC)/DC轉(zhuǎn)換器置入一個MicroSiP模塊里會產(chǎn)生重大意義,因為老是要用到它們。

TPS82740A是一款具有負載開關(guān)的超低功耗DC/DC轉(zhuǎn)換器,采用TI MicroSiP封裝并集成了所有必要的組件。解決方案總尺寸僅為2.3mm x 2.9mm,比許多采用QFN封裝的IC都小。

此外,一定要選擇具有最小尺寸的無源組件,但務(wù)必要核實電壓和溫度降額是否能滿足應(yīng)用需求。

為進一步使我們的解決方案縮小尺寸,不妨考慮選用TI的PicoStar? IC封裝和MicroSiP?模塊。SiP代表封裝內(nèi)的系統(tǒng),可整合常用功能以減少電路板占用空間。PicoStar則可將IC嵌入到封裝基板中并在其上面堆疊其它無源組件,這最多能把器件內(nèi)需要的空間減少一半。圖1展示了這樣的主要理念:電容器和電感器被放置在IC的上面。由于PicoStar封裝的厚度是150μm,因此該模塊的總厚度與常規(guī)封裝型解決方案的總厚度沒有太大差別。

能被堆疊的不僅有無源組件,還有印刷電路板(PCB)上面的IC。在可佩戴式應(yīng)用(如智能手表和其它活動監(jiān)視設(shè)備)中,借助PicoStar最終將充電器和電池能量監(jiān)測器或充電器和直流(DC)/DC轉(zhuǎn)換器置入一個MicroSiP模塊里會產(chǎn)生重大意義,因為老是要用到它們。

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此外,一定要選擇具有最小尺寸的無源組件,但務(wù)必要核實電壓和溫度降額是否能滿足應(yīng)用需求。




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