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Effizient verpackt: SMT DC/DC-Wandler im 3D-Power-Packaging von RECOM

Schukat gibt einen Einblick in die neue Technologie

Eine neue effiziente Verpackungstechnologie ermöglicht DC/DC-Konverter mit verbesserter Leistung und Leistungsdichte bei erschwinglichem Preis.

Ausgangslage

Packaging bezeichnet das Umhüllen von empfindlichen elektronischen Bauteilen, um sie als Komponenten einfacher handhaben zu können. Dazu gehört etwa das Einsetzen eines nackten Chips in ein umspritztes Gehäuse mit Stiftanschlüssen, um einen IC herzustellen. Konventionelle Technologien zur Schaltungsmontage beruhen auf diskreten Bauteilen zur Durchsteck- oder Oberflächenmontage, die je nach Bedarf via manueller Bestückung oder Bestückungsautomaten auf einer Leiterplatte angebracht werden. Dabei ist ein und dasselbe Bauteil oft in verschiedenen Gehäuseoptionen erhältlich.

Da die Nachfrage nach immer höherer Leistung bei geringerer Gehäusegröße steigt, ist das richtige Komponentengehäuse entscheidend für die Spezifikation der Gesamtleistung geworden. Kleinere Komponenten sind jedoch schwieriger zu handhaben. Die höheren Schalt- und Betriebsfrequenzen, die in Designs mit hoher Leistungsdichte zum Einsatz kommen, haben zur Einführung neuer IC-Gehäusetechniken und Bestückungsmethoden geführt, die speziell darauf ausgelegt sind, die strengeren Anforderungen zu erfüllen. Eine davon ist die platzsparende 3D-Packaging-Technologie.

Lösung: Eine neue Technologie


Das 3D-Power-Packaging mit gestapelten, eingebetteten oder planaren Komponenten ermöglicht eine erhebliche Größenreduzierung ohne Kompromisse in Sachen Leistung und Funktionen. Durch die Reduzierung der Größe erhöht sich nicht nur die Leistungsdichte. Auch die Störfaktoren und Stromschleifen wurden verringert, sodass sich die elektromagnetische Beeinflussung (EMB) sogar bei hohen Schaltfrequenzen im Megahertz-Bereich kontrollieren lässt. Allerdings wird dadurch auch das Wärmemanagement kritischer. Die Leistung und das Temperaturverhalten eines DC/DC-Wandlers beispielsweise sind stark davon abhängig, in welcher Form dieser in der Endanwendung zum Einsatz kommt.

Einsatz bei DC/DC-Wandlern

DC/DC-Konverter mit geringem Stromverbrauch müssen trotz steigender Anforderungen an eine verbesserte Leistung und Leistungsdichte kostengünstig bleiben. Im Laufe der Zeit wurde mit vielen Formfaktoren experimentiert, oftmals mit SMT-Leiterplatten. Häufig kommen SIP-Versionen zum Einsatz, die jedoch die Montage erschweren, da die verwendeten THT-Komponenten wellen- oder auch handgelötet werden müssen.

Als Alternative für THT DC/DC-Wandler entwickelte RECOM Versionen, die wie alle anderen modernen SMT-Komponenten auch mit einer niedrigen Bauhöhe platziert und verlötet werden können. Um die Vorteile eines Konverter-Moduls gegenüber einem diskreten Design zu realisieren, musste der Footprint so klein wie möglich ausfallen. Mithilfe des 3D-Power-Packaging lässt sich dies erreichen, wobei der Hersteller hier zudem die Z-Achse für einen vertikalen Schichtaufbau nutzt und somit die beste Leistungsdichte seiner Klasse schafft.

► Beispiel: Nicht isolierte LGA Power-Module

Die Serien RPM, RPMB und RPMH sind ein Beispiel für höhere Ausgangsströme für ein 30W-Bauteil in einem thermisch optimierten 25-Pad-LGA-Gehäuse (Baugröße: 12,19 x 12,19 x 3,75mm). Für die Leistungsdichte sorgt eine mehrschichtige interne Leiterplatte. Für eine gute Wärmeleitfähigkeit und eine effiziente Nutzung des verfügbaren Platzes verwendet diese Durchkontaktierungen.
Der 3D-Aufbau der RPM-Serien besteht aus einer vierlagigen Leiterplatte mit einer Grundplatte, die von einem metallischen Gehäuse sechsseitig abgeschirmt und umschlossen ist, um eine sehr niedrige EMB zu erreichen. Diese Konstruktion ist zwar sehr aufwendig, hat aber wesentliche Vorteile: Sie benötigt nur ca. 1,4cm² Platz für eine ordnungsgemäße Wärmeableitung und liefert die volle Leistung bei Umgebungstemperaturen von über +85°C. Zudem befindet sich die komplexe Konstruktion vollständig in einem Modul. So kann der Endnutzer eine kostengünstige zweilagige Leiterplatte ohne teure Plugged Vias verwenden und trotzdem ein leistungsstarkes, kompaktes SMT-Bordnetzteil integrieren, bei dem er nicht auf Zwangsluftkühlung zurückgreifen muss:

Bei Schukat

Bei uns ist eine breite Auswahl an Serien von RECOM in der neuen Packaging-Technologie erhältlich. Neben den nicht isolierten LGA Power-Modulen bietet der Distributor unter anderem auch folgende weitere DC/DC-Wandler an, die ab Lager erhältlich sind:
• Nicht isolierte QFN-Power-Module (Serie RPX)
• Isolierte 12W-Wandler im SIP8-Gehäuse (Serie RS12-Z)
• Oberflächenmontierbare isolierte Wandler (Serien R1SX, R2SX, R1DX, R1ZX)
• Isolierte Wandler im SOIC-16-Gehäuse (Serie R05CT05S)

Beratung und Unterstützung zu den Produkten und Anwendungen erhalten Sie von unserem technischen Stromversorgungs-Vertriebsteam.




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