使用 3-D SiP 模块提高功率密度并简化设计

[导读]如今，设计人员要求缩小整体尺寸——以节省电路板空间、增加功能并为最终用户应用分配更多空间——所有这些都需要更少的空间分配给电源管理，这不仅需要 XY 缩小，还需要 3-D体积收缩。在可穿戴产品中，半导体行业最近看到系统级封装 (SiP) 技术的使用有所增加，这些用户需要更简单、更灵活的设计，但又需要满足具有挑战性的空间要求。我希望看到这种趋势继续下去。

如今，设计人员要求缩小整体尺寸——以节省电路板空间、增加功能并为最终用户应用分配更多空间——所有这些都需要更少的空间分配给电源管理，这不仅需要 XY 缩小，还需要 3-D体积收缩。在可穿戴产品中，半导体行业最近看到系统级封装 (SiP) 技术的使用有所增加，这些用户需要更简单、更灵活的设计，但又需要满足具有挑战性的空间要求。我希望看到这种趋势继续下去。

事实上，TI 拥有 200 多种电源模块，适用于各种应用，以应对广阔的市场。SiP 封装技术易于使用并具有许多性能优势，包括出色的热特性和最小化的电磁干扰 (EMI)。但真正让 TI 的 SiP 与众不同的是使用 3-D 封装，这涉及在封装内将组件彼此叠置安装。对于注重空间的应用，3-D 封装为电源模块提供了更高的功率密度和显着减小的外形尺寸，节省了电路板空间，优化了整体印刷电路板 (PCB) 的占位面积，并支持了行业向小型化的趋势。

此外，3-D 封装通过将大电感放置在电源模块电路的其余部分上，从而优化空间，从而降低了体积要求。它还通过使无源组件更靠近有源控制器设备来提高电气性能，从而减少总信号长度。为了支持不同的行业需求、简化设计并提高体积功率密度，TI 使用了先进的 3-D 构造技术，从而形成了广泛的 SiP 封装产品组合。

在四方扁平封装无引线 (QFN) 封装中，一种 3-D 构造技术采用高跷（凸起）电感器技术，电感器放置在集成电路 (IC) 封装上（见图 1）。使用封装中封装 3-D 技术和相对简单的制造工艺，QFN SiP 具有出色的热性能和简单的引脚排列，使其易于使用。QFN 模块在工业、通信和企业市场中非常流行。

使用 3-D SiP 模块提高功率密度并简化设计

图 1：一个 3-D QFN 模块，其封装放置在电感器下方

3-D 封装的另一个重要用途是将有源芯片嵌入层压基板内，并将无源器件放置在层压板顶部。一个例子是MicroSiP 模块，这是一个占用极小电路板空间并具有行业领先电流密度的微型模块（参见图 2）。MicroSiP 非常适合小型化系统，例如可穿戴和个人电子产品中的系统。

使用 3-D SiP 模块提高功率密度并简化设计

图 2：MicroSiP 横截面

还有非常创新且易于使用的晶体管外形 (TO) 封装功率模块，它利用了 3-D 封装。TO 模块具有双引线框架，有源芯片和无源器件放置在引线框架的任一侧，用于基于 3D 引线封装的 SiP 模块解决方案，占用的电路板空间很小。TO 非常适合在恶劣条件下运行的工业系统。TO 封装电源模块外部引线使电源的组装过程和安装非常容易，特别是对于不具备先进制造能力的组装场所。

为进一步使我们的解决方案缩小尺寸，不妨考虑选用TI的PicoStar™ IC封装和MicroSiP™模块。SiP代表封装内的系统，可整合常用功能以减少电路板占用空间。PicoStar则可将IC嵌入到封装基板中并在其上面堆叠其它无源组件，这最多能把器件内需要的空间减少一半。图1展示了这样的主要理念：电容器和电感器被放置在IC的上面。由于PicoStar封装的厚度是150μm，因此该模块的总厚度与常规封装型解决方案的总厚度没有太大差别。

能被堆叠的不仅有无源组件，还有印刷电路板（PCB）上面的IC。在可佩戴式应用（如智能手表和其它活动监视设备）中，借助PicoStar最终将充电器和电池能量监测器或充电器和直流（DC）/DC转换器置入一个MicroSiP模块里会产生重大意义，因为老是要用到它们。

TPS82740A是一款具有负载开关的超低功耗DC/DC转换器，采用TI MicroSiP封装并集成了所有必要的组件。解决方案总尺寸仅为2.3mm x 2.9mm，比许多采用QFN封装的IC都小。

此外，一定要选择具有最小尺寸的无源组件，但务必要核实电压和温度降额是否能满足应用需求。