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(xiàn)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(xiàn)更高的效率，而且可以降低系統(tǒng)成本?！?/p>

對更高效率的需求

電源模塊普遍應用在現(xiàn)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(shù)字筆等小型設備中。

德州儀器來自德國的系統(tǒng)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(xiàn)起來卻很困難。該團隊使用基于神經網絡的方法根據(jù)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(xiàn)有的外形尺寸不變。對于數(shù)據(jù)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(tǒng)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(xié)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(xiàn)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(xiàn)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。”

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(shù)據(jù)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。”

隨著市場和應用的功率需求呈指數(shù)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(xiàn)更大功率。