녹색 에너지를 위한 3D 파워 패키징

전력 반도체는 스마트폰에서 자동차에 이르는 모든 전기 시스템의 핵심 부품이며 전력 반도체의 개선은 녹색 경제를 향한 전환을 가속합니다.

보다 정교한 첨단 DC/DC 컨버터 설계는 효율성을 개선하여 에너지 소비량을 줄이는 데 일조합니다. 최고의 DC/DC 컨버터는 설계 혁신과 탄화규소(SiC) 및 질화갈륨(GaN)등과 같은 새로운 물질에 대한 접근성으로 더욱 높아져 변환 효율이 95% 이상입니다. 녹색 기술 제품 설계자는 예를 들어, 전 세계 재생 에너지 시장에서 사용되는 전력 반도체의 수는 현재~2027년 사이에 8~10%의 연평균증가율(CAGR)로 성장할 것으로 예측되고 있다는 점을 주목합니다.

효율성 증가는 퍼즐의 한 조각이며, 설계자가 동일한 용적에 더 많은 전력을 집어넣을 수 있도록 하기 때문에 개선된 전력 밀도는 또 다른 조각입니다. 따라서 새롭게 적용하면 프로세서와 동일한 공간에서 더 많은 기능을 제공하거나 더 적은 공간에서 동일한 기능을 제공할 수 있습니다. 이는 많은 녹색 분야에서 기계 장치를 전기 장치로 대체한다는 사실을 고려할 때 특히 중요합니다. 예를 들어, 전기차(EV)는 벨트 기반 기계 HVAC 유닛과 파워 스티어링 펌프를 엔진룸의 제한된 공간 내에 맞춰 넣어야 하는 전기 버전으로 교체합니다. 당연히, 크기가 줄면 중량도 감소합니다. 이는 단일 장치에서 보면 아무것도 아닌 것처럼 보일 수 있지만 이러한 모든 중량 감소는 차량의 다양성을 늘립니다.

3DPP(3D 파워 패키징)란 무엇인가?

시스템 성능 극대화에는 모든 전원 공급 장치, 전력 변환 장치, 필터, 보호 장치와 그 상호 연결(예: 커넥터, 와이어, 케이블, 회로 기판 트레이스 등)을 포함하는 전력 하위 시스템의 성능 극대화가 포함됩니다.

고려해야 할 지표에는 크기, 중량 및 전력(SwaP) 또는 비용이 포함되는 경우 SwaP-C가 포함됩니다. 3차원 파워 패키징(3DPP)은 전력 변환 설계자가 SWaP-C를 최적화하는 동시에 많은 첨단 기술을 통합된 고밀도 장치 내에 결합할 수 있는 고급 패키징 기술입니다. 3DPP는 최소한의 공간을 차지하면서 최대 전력 밀도를 달성하기 위해 첨단 어셈블리 프로세스를 채택합니다. 3DPP는 표면 실장형 DC/DC 변환기에 적용될 경우, 동급 최고의 성능과 최대 전력 밀도 및 최소 설치 공간을 겸비한 솔루션을 가능하게 합니다. 그 결과 다른 전력 변환 모듈보다 훨씬 작고 값비싼 공간을 차지하지 않으면서도 여전히 매우 효율적인 전력 제품이 탄생합니다.

3DPP 기술은 필요한 부품을 리드 프레임에 직접 장착하여 내부 인쇄회로기판(PCB)이 필요하지 않으므로 모듈 내에 필요한 공간이 줄어듭니다. 이러한 크기 감소를 통해 엔지니어와 설계자는 비용이 많이 드는 맞춤형 변환기 설계가 없어도 통합 전력 변환으로 보다 간소화된 PCB 프로파일을 얻을 수 있습니다.

당연히, 3DPP 기술로 나아가는 과정에는 제조 공정의 수많은 발전이 필요했습니다. 그중에는 수동 및 능동 장치를 둘 다 포함하는 기능, 플립 칩(Flip Chip) 기술의 통합과 내부 패키지 상호 연결(예: 핀, 범프 및 패드)로 인한 유도성 및 용량성 기생을 최소화하기 위한 기술이 포함됩니다. 유도체 및 트랜스포머 등과 같은 평판형 마그네틱의 발전은 소형 폼 팩터에서 더 깨끗하고, 정밀하게 제어되며, 반복 가능하고 강력한 마그네틱 부품을 구성할 수 있도록 하기 때문에 또 다른 주요 단계였습니다.

RPX-1.0 DC/DC 컨버터: 소형 패키지 내 완전한 DC/DC 벅 레귤레이터

3DPP 기술 기반 장치는 Land Grid Array(LGA), 갈매기 날개형, Quad-Flat No-Leads(QFN), 블록 및 필라, 솔더볼을 비롯한 여러 패키지 유형으로 제공되며 이 모두는 공간 제약이 있는 분야에서 차이를 만들 수 있습니다.

RECOM의 RPX-1.0은 3DPP 패키징 기술의 이점을 보여 줍니다. 이 제품은 열 성능이 강화된 QFN 패키지에 인덕터가 통합된 비절연형 벅 레귤레이터 전원 모듈입니다. RPX-1.0은 크기가 3mm × 5mm × 1.6mm에 불과해 집적회로(IC)와 크기가 비슷합니다. 입력 범위는 4~36VDC로, 5V, 12V 또는 24V 공급 전압을 사용할 수 있습니다. 출력 전압은 0.8VDC~30VDC 범위의 저항 두 개를 사용하여 설정할 수 있습니다. 출력 전류는 최대 1A이며 연속 단락, 출력 과전류 또는 과열로 인한 결함으로부터 완전히 보호됩니다.

RECOM RPMB/RPMH 시리즈는 11.7mm × 12.19mm × 높이 3.75mm 크기의 열 성능이 강화된 25패드 LGA 패키지 내에 들어 있는 30W 비절연형 전력 모듈 제품군입니다. 이러한 전력 밀도는 우수한 열 전도성과 가용 공간의 효율적인 사용을 위해 플러그 및 블라인드 비아를 활용하는 다층 내부 PCB인 3DPP로 달성됩니다. 6면 금속 차폐는 낮은 EMI를 보장합니다.

3DPP 패키징은 절연식 토폴로지에도 도움이 될 수 있습니다. RxxCTxxS는 PV 구동 센서 설치,의료 분야 및 강력한 절연에 필요한 통신 노드 등과 같은 분야에 이상적인 저렴한 로우 프로파일 500mW SMD 절연 DC/DC 단일 출력 컨버터 제품군입니다. R05CT05S는 5V 입력 및 사용자 정의 가능한 단일 조절식 3.3V 또는 5V 출력을 사용하는 단일 솔루션입니다. 최소 부하 요구 사항은 없습니다. 표준 절연은 의료 분야용 2MOPP 등급을 도입해 분당 5kVAC입니다.

결론

많은 녹색 에너지 분야에는 소형 폼 팩터에서 효율적으로 작동하는 DC/DC 컨버터가 필요합니다. RECOM의 3DPP 기술은 매우 작은 크기와 고출력 밀도를 결합하는 수많은 절연 및 비절연 컨버터에 사용되고 있습니다.