使用 3-D SiP 模塊提高功率密度并簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)

如今，設(shè)計(jì)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(jí)封裝 (SiP) 技術(shù)的使用有所增加，這些用戶需要更簡(jiǎn)單、更靈活的設(shè)計(jì)，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(shì)繼續(xù)下去。

事實(shí)上，TI 擁有 200 多種電源模塊，適用于各種應(yīng)用，以應(yīng)對(duì)廣闊的市場(chǎng)。SiP 封裝技術(shù)易于使用并具有許多性能優(yōu)勢(shì)，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(duì)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(shì)。

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(hào)長(zhǎng)度。為了支持不同的行業(yè)需求、簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)并提高體積功率密度，TI 使用了先進(jìn)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(duì)簡(jiǎn)單的制造工藝，QFN SiP 具有出色的熱性能和簡(jiǎn)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(chǎng)中非常流行。

圖 1：一個(gè) 3-D QFN 模塊，其封裝放置在電感器下方

3-D 封裝的另一個(gè)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(gè)例子是MicroSiP 模塊，這是一個(gè)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(gè)人電子產(chǎn)品中的系統(tǒng)。

圖 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(yùn)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(duì)于不具備先進(jìn)制造能力的組裝場(chǎng)所。

為進(jìn)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(dòng)監(jiān)視設(shè)備）中，借助PicoStar最終將充電器和電池能量監(jiān)測(cè)器或充電器和直流（DC）/DC轉(zhuǎn)換器置入一個(gè)MicroSiP模塊里會(huì)產(chǎn)生重大意義，因?yàn)槔鲜且玫剿鼈儭?

TPS82740A是一款具有負(fù)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(shí)電壓和溫度降額是否能滿足應(yīng)用需求。

為進(jìn)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(dòng)監(jiān)視設(shè)備）中，借助PicoStar最終將充電器和電池能量監(jiān)測(cè)器或充電器和直流（DC）/DC轉(zhuǎn)換器置入一個(gè)MicroSiP模塊里會(huì)產(chǎn)生重大意義，因?yàn)槔鲜且玫剿鼈儭?

TPS82740A是一款具有負(fù)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(shí)電壓和溫度降額是否能滿足應(yīng)用需求。