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德州儀器全球團隊堅持克服挑戰(zhàn)，為電源模塊開發(fā)新的 MagPack? 封裝技術，這是一項將幫助推動電源設計未來的突破性技術。
作為一名經驗豐富的馬拉松運動員，Kenji Kawano 深知在奮力奔向遙遠終點的過程中，耐心和毅力極其重要。開發(fā)新技術也可以比作一場馬拉松，通過循序漸進的提升和不可避免地挫折，歷盡千辛萬苦才能取得成功。Kenji 來自日本，是 Kilby Labs（德州儀器的創(chuàng)新突破應用研究實驗室）電源部高級經理，曾多次經歷這樣的過程。
Kenji 和德州儀器的全球設計師、研究人員和制造商團隊投入了大量的時間和精力，致力于開發(fā)一種旨在改進電源模塊的技術，即電子設計的即插即用構建塊。
努力的成果是可用于電源模塊的全新專有 MagPack 集成磁性封裝技術，為工業(yè)、企業(yè)和通信應用的設計人員提供以前無法實現的性能水平。
Kenji 表示：“這項技術不但可以提供更高的功率密度，實現更高的效率，而且可以降低系統成本?！?/p>
對更高效率的需求
電源模塊普遍應用在現代技術中。它們將多個電子元件集成到一個封裝中，有助于減少設計人員在設計流程上花費的時間。然而，隨著全球范圍內耗電量越來越大，應用的尺寸越來越小，人們不斷要求減小電源模塊尺寸并提高其效率，以使電源模塊能夠裝入數字筆等小型設備中。
德州儀器來自德國的系統工程師和模塊技術專家 Anton Winkler 一直在努力提高電源模塊的性能。他在該領域的工作最終促成了與 Kenji 的長期合作。
Anton 表示：“我知道 Kenji 也一直在研究這個領域。因此，我們將這項工作看作一項跨多個團隊的技術開發(fā)?！?/p>
簡單的設計原理，復雜的實施過程
在電源設計中，尺寸至關重要。設計人員要滿足在更小的空間內提供更大功率的需求，這是一個很大的挑戰(zhàn)，因為不但要將元件緊密排列，而且必須處理不同的電壓而不能發(fā)生短路。
Anton 表示：“人們希望適量的能量流向負載。否則，負載將無法正常工作，甚至會遭到損壞?！?/p>
電源模塊通常包含連接到基板的半導體和單獨的電感器；電感器將能量存儲在磁場中并有助于平滑電流流動。電感器可能會成為效率瓶頸，并會占用大量布板空間。對設計人員而言，選擇合適電感器的過程耗時耗力。
認識到這個問題后，團隊將電感器與集成電路相結合，以節(jié)省體積并提高功率密度。盡管設計原理很簡單，但實現起來卻很困難。該團隊使用基于神經網絡的方法根據規(guī)格優(yōu)化電感器，而 3D 封裝成型工藝使該團隊能夠利用 MagPack 封裝技術的最大高度、重量和深度，其中包括采用專有新型設計材料制成的優(yōu)化功率電感器。
Anton 表示：“這項開發(fā)涉及機械、電氣和化學過程，委實是一項多學科任務?！?/p>
新的電源模塊為設計人員提供了尺寸或性能方面的選擇。它們可以讓工程師將電源解決方案的尺寸縮小一半，并將功率密度提高一倍。例如，光學模塊的設計人員可以使用采用 MagPack 技術的電源模塊來將功率密度提高一倍，而保持現有的外形尺寸不變。對于數據中心等消耗大量電能的應用而言，這一點尤為重要。
該技術還有助于最大限度地減少系統損耗、降低模塊溫度并減輕電磁干擾。開發(fā)該技術所付出的努力和協作最終意味著設計人員可以在電源設計上節(jié)省多達 45% 的時間。
挑戰(zhàn)現狀
原型準備妥當后，下一個任務是大規(guī)模生產電源模塊。德州儀器的封裝團隊負責制定制造流程、采購材料和準備新工具來生產元件。領導制造工作的菲律賓封裝工程經理 John Carlo Molina 表示這項工作既令人興奮，又讓人感到“壓力山大”。
John Carlo 表示：“我們正在打造一些開創(chuàng)性的產品，挑戰(zhàn)現狀并引入新的封裝配置。但我們知道，成功不能僅靠獨創(chuàng)性來衡量。從一開始，我們的重點就是使用可以支持大批量制造的工藝來開發(fā)可靠、高質量的產品。運送第一批樣品進行測試讓我們松了一口氣，也為下一階段的工作提供了巨大的動力?！?/p>
盡管這項技術尚屬新技術，但開發(fā)人員設想將它運用到例如患者監(jiān)護和診斷、儀器儀表、航空航天和國防以及數據中心等大小應用領域。
Anton 表示：“我的個人目標是繼續(xù)擴大我們可以涉足的市場，并最終達到使它成為汽車合格技術所必需的行業(yè)標準?！?/p>
隨著市場和應用的功率需求呈指數級增長，新的 MagPack 集成磁性封裝技術將有助于重塑電源設計的未來，使工程師能夠在比以往更小的空間內實現更大功率。
