3D电源封装(3DPP)之进程.docx

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1、3D电源封装(3DPPa)之进程何为三罐里遮封装3DPP?在电子世界中,几平所有市场或应用空间为了将系统性能最大化，都高度依赖电源子系统，其中包括电源、电源转换设备、戏波器、保护装置和互连o暨、电线、电缆、电路板走线等)。因此,重点在于尺寸、至量和功率指标(又称作SWaP,与成本指标结合时则为SWaP-C)在不断追求优化SWhP-C的过程中，最好的方法是提而先进的封装技术，特别是三维电源封装(3DPP的。3DPP是一种新的尖端组装工艺，可达成最大功率密度和最小占地面积。当应用在表面贴装DCDC转换器时,3DPP可将高性能与最大功率密度和最小面积相结合，因此电源巴也会比其他电源转换模块小得多，并

2、且非常高效。3DPPa技术通过将固有组件直接安装到引线框架上，消除J对内部印刷电路板(PCB)的需求，从而减少转换组件所需的空间。举一个数量级的例子，新推出的3DPP轸开关t压器RPX1.0的尺寸仅311mx5rmx1.611n,几乎与淡成电蟹(IC)一样小。尺寸的减小使工程照和设计人员可以采用更流线型的集成电源转承PCB,无需追求昂贵的定制转换器设计。3DPPK技术让部件能有多种封装类型，包括焊盘网格阵列(1.GA)、鸥翼型、四方扁平无引线(QR0、铜柱凸块及焊球，为空间受限的应用带来极大的转变。RECOM概述/这方面的价值主张和改瓶产品，*实现小型化DC/DC转换器*为了更好地了解3DPP

3、和其他先进封装技术如何持续推动DC/DC转换罂的小型化，明智的做法是先深入地研究各种封装以及组件技术的进程。将原本分立的端性组合成个组件并不是个新概念，但这种方法在过去儿十年里有了很大的突破。在电源解决方案中，集成模块通常指的是分立式组件被紧密地装在薄薄的FR-4上面(也称为PCB),然后用某种塑料或金属盖粒盖封装。这些盖子主要是为了美观，给人一种单独的、类似IC组件的错觉，而金属盖也可以在电磁干扰(EMD或热缓解方面发挥作用。随后发生了将这些分立式组件集成到现在被称之为异构集成的过程。电气电子工程师协会(IEEE)电子封装协会(EPS)异构集成路线图(HIR)针对异构集成的定义如下：异构集成

4、是指将单独制造的组件集成到单,个更高级别的封装之中,以提离功能和改善操作特性。JHIR是众多利益相关行、行业援导拧以及研讨会和会议记录的结晶，是该领域先进技术(SOTA)的颠峰之作。大多数的开关电源拓扑(使用精心控制的开关来调制从一个电压到另一个电压的电源转换的拓扑)，关键的品质因数GOM)驱动尺寸与电源转换器的开关频率有关。开关频率与储能和波波器组件(即变压器、电感器、环形线圈、扼流圈、大容量、电解电容和安规电容等）的尺、j成反比，这些组件通常决定电源的整体尺寸和重量。较长互连产生的电感寄生效应和较商开关频率引起的快速电流转换v（t）4,didt*会对转换器的控制方案，传动系统造成灾难性的电

5、压尖峰（也称为瞬态）。系统的导体自然分离而产生的包容寄生效应和高开关频率引起的快速电压转换i（t）CdVdt*,会导致板槽的能址存储和循环电流，而这些电流会在任何环节中以不受欢迎的方式日出来。电力蚯设计越来越多使用宽带隙（WBG）功率半导体（即知化钱或GaM碳化硅或SiC等），这也带来了最好和最坏的一面。WBG器件能显著提高开关频率以及更i的热FOM（增强可靠性和功率密度），但同时也可能具有陡峭的学习曲线，以搭配改善后的功率密度FO乩虽然超出了讨论范围，但应该注意的是即使光是WBG器件的栅极驶动器电路就可能狂杂得多.因为开关速度和眠态都提高这与传统硅功率半导体的设计规则是背道而驰“而频磁性材制

6、的进步让WIiG解决方案有了关键的推动力，并且由于该领域的研究空白，在过去I年中受到了重点关注。由于对减小封装尺寸的需求、封装引超的它生效应以及支持半导体的SOTA有了更深的理解，我们的焦点就可以转到能够支持和有助于3DPPa产品的异构集成的其他组件上。缩小整体电源解决方案等同于也要缩小其他仃源器件（IC、开关）和无源器件（电阳器、电容器、电感器、二极管）,并嵌入异构排列中使它们更靠近在某一时刻，甚至内部封装互连（即引脚、凸点、焊盘等）也会变得困难并引发不需要的寄生效应。现在有许多可以嵌入无源和有源器件的技术。虽然不会在此深入探讨，但值得注意的是使用平面磁体已发挥了巨大作用。这指的是将传统的陂

7、性组件，也就是将线圈绕在大的芯上，转变为使用用绕在磁芯材料的PCB走线以得到更干净、可严格控制，同时也是可重复且耐用的磁性组件。图2-KEC（）MRPX系列负数点（Po1.）转换器的3DPP概*念如同任何重大技术的突破样，必须要解决不少挑故。将许多传统的分离制造流程结合在一起需要自适应供应链和学习曲线.子组件可能需耍额外的流程步骤，因此可能需要前往不同地方，或者将流程合并成一体的操作，而潦程臼我全食可能会存在学习曲线和相关的操作员培训。任何制造流程在经历转变时供应琏的上卜游都会产生连锁效应，包括组件和耗材加工、购置新的设备、更严格的环境控制、增强质量管理体系（QMS）监督、功能测试、枪包和返工

8、、处理和处置危险材料等。改善焦密度和功率密度的FOM电子设备的可靠性和使用寿命，取决丁系统调节局部环境和组件超度能力.虽然温度肯定不是控制质地指标的唯一因素（股小、最大或降额工作温度、平均故障间隔时间或MTBF、平均故障时间或MTTF,故障率或FIT等），但保持电子设备热舒适始终是达到预期的工作参数和使用寿命的好方法。3DPP将组件挤在更小的空间里，会面临来自热效应的挑战。这可能会以辐射热的形式膨响隔壁邻居，但可以透过移除大组件中的空白空间来降低热量，毕竟空气是极好的绝缘体（无论是热绝缘还是电绝缘）在任何结合/异质材料的系统中，一个全大的热挑战是试若平衡不同的热膨胀系数（小）。这个挑战在上述的

9、异构集成组件尤为明显，因为会产生所有先前独立流程的主要挑战，将金属、陶克、玻璃纤维、各种油墨、胶水或粘合剂，以及其他材料全部组合在i起。在另一面，3DPP*还提供更多的机会将热量从源头转移到更快且更有效地缓解热任的地方。诚少外部引脚并将表面贴装器件（SMD）电源模块直接连接到PCB的方法，能确保散热和质属（例如减少f人工插入引脚,焊点等问题）如下图所示，多层的内部PCB实现了i功率密度，利用塞孔和盲孔实现良好的导热性和可用空间。图3-RECOMRPM系列开关稳压器的内部3D图有效地排出热量也有助于将热量收到更大的热明量（系统电源平面必、更大的铺铜或相邻组件等），而封装外部也可以更好地在系统层级

10、上缓解热地（散热器、自然冷却或强制风冷、水冷底板或热界面材料（I1.M）等）.3DPP在关健应用中的价值我们很难在文章中将所有的3DPP*为产品带来的好处和功能论述完.虽然本文已列出许多因素，但还有一些因素在背后推动了关键应用的发展。在电子领域很少有利益相关者不受到供应链问题的影响，无论是供应保证、原材料采购、假旨品、关税，还是航运物流等方面。在关键应用中，因为几乎没有容错的余地，使用3DPP轸技术来整合流程可以帮助减轻上面列出的许多风险和麻烦。这不仅将更多流程整合到一个制造团队以提高他们的能力（如采购、企业资源规划（ERP）.质量和组件工程，而且还迫使团队紧密合作和跳出思维框架以确保成功。突

11、发的灾难事件（如天灾、玖治动荡等）凸显了这些要点的重要性，因为必须启动营运持续计划（BCP）以尽快在工厂甚至国家之间转移业务。随着潦程和供应链管理的整合，管理费用和物流成本也随之降低。更严格地控制和自动化组件的组装工艺和制造流程（尤其是磁性组件）能够提高产品的可靠;性，再加上规模经济效益，这就是推动SWaP优化和年度降价率的关键秘诀。关健应用的一个例子是医疗设备（以及其他有高隔离或安全要求的例子），3DPPH可以为这些应用增加很多价值。根据操作员保护措施（MOOP）和患者保护措施的级别，需要不同程度的安全匈E医疗隔离等级，图4-使用经济部件实现最而水平患者连接的医疗电源方案RECOM发布的R0

12、5CT05S实现了高水平的医疗级隔离，结合本文所述的3DPP%优势，是一个很好的DC/DC转换器实例.这是一款经济型05W部件，具有5V标称输入和3.3V、5丫、3.7V或5.4V的可选输出，可为低压差稳压港(1.DQ)典。该转换器采用紧凑的10.3三X7.7mSMD封装，高度仅2.65mm,非常适合空间受限的应用。该产品提供亮眼的医疗规格，2xMOPP/250Vac连续额定值以及符合IEC/EN60601-1的5kVac隔离电压.聚合电容仅3.5pF,250Vac/50Hz应用的漏电流可忽略不计。非医疗应用时额定值更加出色，符合EN62368T的800Vac增强型隔离C功率降硕工作温度高达140C,同时具有使能、同步和微调功能及欠压锁定。需要注意的是这些价值主张也可应用在非关键系统上，这些系统仍然需要为外部通信端口等地方提供低功率隔i,例如控制潺局域网络(CAN-bus),通用串行总线(范B)或以太网供电(皿)普遍存在于汽车、计算和消费应用领域。结论在考虑电子产品路线图的未来时,可能并不总是优先想到封装议题，但正如本文所论述的那样，有许多重要的性能和J贞曼因素都与封装直接相关。3DPPa和异构集成在封装方面，发展出革命性的跃进，为电源解决方案和在整体系统层级上进行SWaP-C优化时应予最优先考虑。刘清