TI最新電感集成封裝技術(shù)MagPack，實現(xiàn)電源模塊功率密度翻倍

如何在有限的空間上提高功率密度，并且提高EMI能力，是電源設(shè)計者們長期以來面臨的挑戰(zhàn)。而電源模塊是應(yīng)對這一挑戰(zhàn)的方向。通過將各種無源器件集成到電源模塊中，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)功率密度的高效提升，還能幫助應(yīng)對外置無源器件帶來的EMI設(shè)計挑戰(zhàn)。

電感是在電源設(shè)計中常會用到的外部無源器件之一。在開關(guān)電源中，電感用于儲存能量，并在開關(guān)狀態(tài)切換時釋放能量，保證輸出電壓的穩(wěn)定。在DC-DC轉(zhuǎn)換器中電感更是起到關(guān)鍵作用，通過控制電感電流的變化實現(xiàn)電壓的升降轉(zhuǎn)換。

在傳統(tǒng)的開關(guān)電源設(shè)計中，電感元件通常采用分立器件的形式。然而，隨著設(shè)備尺寸的不斷縮小和功能的不斷增強，分立電感器的尺寸、效率和電磁干擾問題越來越突出。電感集成技術(shù)應(yīng)運而生，通過將電感直接集成到電源模塊中，既能提高功率密度，又能優(yōu)化熱管理和電磁兼容性。

在硅基電感的集成上，磁性材料、電性能優(yōu)化、屏蔽結(jié)構(gòu)等問題的研究，需要長時間的材料學(xué)科和制造工藝的技術(shù)積累。而TI近日在此方面實現(xiàn)了新的技術(shù)突破，宣布了其最新的電感集成封裝技術(shù)“MagPack”，并發(fā)布了搭載這一新的封裝技術(shù)的六款全新DC/DC電源模塊產(chǎn)品。

MagPack磁性封裝，將電源模塊功率密度翻倍

據(jù)悉，MagPack磁性封裝讓電源模塊在功率密度、散熱和EMI性能上均實現(xiàn)了突破。與前代產(chǎn)品相比，采用 MagPack 封裝技術(shù)，使得電源模塊的尺寸縮小多達 50%，功率密度增加一倍，同時仍然保持出色的散熱性能。采用了MagPack封裝技術(shù)的業(yè)界超小型6A電源模塊可將電磁干擾 (EMI) 輻射降低8dB，同時將效率提升高達2%。

“之所以強調(diào)封裝技術(shù)，是因為創(chuàng)新的封裝技術(shù)正在從根本上重塑電源模塊這個產(chǎn)品；同時TI也認(rèn)為這類封裝技術(shù)是電源管理芯片創(chuàng)新的一個重要方向?！钡轮輧x器升壓-升降壓開關(guān)穩(wěn)壓器產(chǎn)品線經(jīng)理姚韻若表示，“無論是電路系統(tǒng)設(shè)計如何發(fā)展，工程師們對于功率密度的追求是永遠不變的。我們的電源模塊采用全新的封裝方式，使我們的客戶工程師能在有限的布局布線空間下，實現(xiàn)以前不可能達到的功率密度水平?！?

據(jù)姚韻若透露，全新MagPack封裝技術(shù)來自TI Kilby Labs歷經(jīng)近十年的努力，才取得的技術(shù)突破。這項全新的封裝技術(shù)，結(jié)合了材料和工藝的改進：采用一種以專有新型設(shè)計材料制成的集成電感器，利用了TI特有的3D封裝工藝，從而實現(xiàn)了在更大限度上減少電源模塊的長度、寬度和高度。

而從TI的官方介紹來看，MagPack的優(yōu)勢有四點：

1-更高的功率密度和更小的解決方案尺寸：

MagPack 技術(shù)可以實現(xiàn)更高的功率密度和更小的整體解決方案尺寸。例如，TPSM82866A、TPSM82866C 和 TPSM82816 都比市場上的其他6A電源模塊尺寸更小。

功率密度被測量為每平方毫米的輸出電流。TPSM82866A 和 TPSM82866C 的功率密度幾乎達到 1A/mm2。

2-高效率和良好的熱性能：

MagPack 技術(shù)中的電感器與硅芯片相匹配，以減少 DC 和 AC 損耗。

這種優(yōu)化的電感器和封裝提供了高效率和低溫升，使電源模塊在高環(huán)境溫度下也能可靠運行。

3-易用性提高，加快上市時間：

使用 MagPack 技術(shù)的設(shè)備集成了電感器，簡化了電源設(shè)計中的選擇和布線問題。

這些模塊還減少了電磁干擾（EMI），提高了設(shè)計的易用性。

4-減少 EMI：

MagPack 技術(shù)使得電源模塊實現(xiàn)了屏蔽，不僅僅是電感器屏蔽，而是整個芯片、開關(guān)節(jié)點都在屏蔽封裝內(nèi)。

這種屏蔽技術(shù)顯著降低了輻射發(fā)射，提高了模塊的EMI性能。

其實對于電感集成的封裝技術(shù)，TI多年來一直在不斷創(chuàng)新中。此前的Embedded μSiP、Leaded packages、μSiL和MicroSiP等封裝技術(shù)也都提供了電感集成的相關(guān)產(chǎn)品，而此次MagPack的推出，進一步將電感集成的技術(shù)推向了新的高度。

姚韻若強調(diào)，最新的MagPack技術(shù)的電源模塊制造均是在TI內(nèi)部封裝測試工廠完成的，確保了產(chǎn)品的質(zhì)量以及供應(yīng)鏈的安全和可靠性，從而給客戶帶來了更多的價值。

全新電感集成電源模塊，助力全面電源設(shè)計

搭載MagPack封裝技術(shù)的電源模塊，TI一口氣推出了6款?！爸苯油瑫r開發(fā)六款產(chǎn)品其實是因為我們非?？春梦覀儾捎玫男滦痛判苑庋b技術(shù)MagPack，我們相信這個技術(shù)能夠最終給客戶帶來相應(yīng)的價值?！?

這6款電源模塊中，TPSM82866A和TPS82866C均是6A降壓模塊，電壓范圍為2.4～5.5V；其中TPS82866C集成了I2C接口。TPSM828303是3A降壓模塊，電壓范圍是2.25～5.5V，特色是集成濾波電容實現(xiàn)了低噪聲。TPSM82816和TPSM82813分別是6A和3A的模塊，特色是具備外部時鐘同步功能。TPSM81033則是一個同步升壓模塊，具備電源狀態(tài)指示、提供5.5V、5.5A谷值電流限制，適用于對電源管理要求嚴(yán)格的應(yīng)用。

這些模塊的共同特點是采用了MagPack集成電感器封裝技術(shù)，提供了高效的電源管理解決方案，適用于需要高功率密度、低噪聲和精確電壓控制的應(yīng)用場景。同時，大部分模塊還支持TI的DSC-Control控制方式，能夠?qū)崿F(xiàn)在不同工作狀態(tài)下電源模塊的功耗和精度平衡。

此次推出的六款電源模塊的應(yīng)用領(lǐng)域是非常廣闊，目前主要應(yīng)用在工業(yè)領(lǐng)域。使用電源模塊，也就意味著客戶工程師不需要花更多的精力逐一驗證各種的元器件，而是將電源芯片的驗證和電感的驗證結(jié)合在一起。TI的電源模塊都具有非常高的性價比，因為不僅僅幫助客戶工程師解決了他們在電源設(shè)計方面的痛點，同時也給他們帶來更快的設(shè)計開發(fā)周期。

姚韻若表示，“對于電源芯片產(chǎn)業(yè)和相關(guān)產(chǎn)品來說，其中很重要的一點就是功率密度，第二是EMI；我們的電源模塊能夠給客戶帶來這方面的優(yōu)勢或價值，幫助客戶解決功率密度和EMI的問題和痛點。這些電源模塊可以用在多樣的工業(yè)類的應(yīng)用場景中，比如醫(yī)療設(shè)備，包括手持式的醫(yī)療設(shè)備和對體積比較敏感的醫(yī)療設(shè)備。另外還有光模塊應(yīng)用，因為光模塊的尺寸大小是固定的，但目前通信或數(shù)據(jù)量處理要求光模塊在單位時間內(nèi)處理更多地數(shù)據(jù)量（從400G到800G甚至1.6T）；電源模塊的高功率密度就可以給光模塊在同樣的PCB板面積下面提供更高的傳輸速度。在未來工業(yè)類、消費類、通訊類等眾多應(yīng)用場景都會用到更多的電源模塊?！?

電源模塊未來：設(shè)計、工藝和封裝相輔相成，集成度進一步提高

對于電源模塊的未來，集成度的進一步提升是趨勢。隨著技術(shù)本身的發(fā)展可能會把越來越多的無源器件集成在一個系統(tǒng)上面。例如對于隔離電源產(chǎn)品，目前將變壓器集成到里面，將來也可能把上管或下管的bootstrap電容集成在里面，甚至有可能會把一些光耦集成到一起?！半S著技術(shù)的發(fā)展，越來越多的客戶會希望產(chǎn)品是高集成度的、尺寸縮小、容易使用、開發(fā)周期短，或者是驗證成本低，這可能會是未來多年的趨勢?！币嵢舴窒淼健?

在這種集成度逐步提高的趨勢下，其實對于電源IC和模塊廠商而言，考驗的是全方位的能力。因為隨著工藝制程的逐步提升帶來的是芯片的面積越來越小，但是沒有相應(yīng)的一些新型的封裝技術(shù)很難發(fā)揮這種小芯片的優(yōu)勢——比如說芯片的散熱問題會倒逼芯片設(shè)計者去思考封裝應(yīng)該是怎么樣的、封裝限制點在哪里。

而TI在封裝、工藝制程、IC設(shè)計領(lǐng)域有很多優(yōu)秀的工程師，并積累了很多的知識。此次開發(fā)的六款MagPack電源模塊，就來自TI的Kilby Labs研究院集結(jié)了TI在芯片設(shè)計、封裝、材料和工藝等方面的人才，才能一起開發(fā)出這么多優(yōu)秀的電源模塊產(chǎn)品。

姚韻若表示，除了這6款搭載了MagPack封裝技術(shù)的新品之外，TI的目標(biāo)是在MagPack技術(shù)上逐步推出更高輸出功率的電源模塊，比如10A甚至20A的電源模塊。而在像隔離和馬達驅(qū)動類的產(chǎn)品上，也都有可能會用上這一最新的技術(shù)。