德州干式变压器电路集成和系统集成及封装工艺
德州干式变压器的发展方向是模块化?集成化和智能化?近几年来具有各种控制功能的专用芯片发展很迅速,如功率因数校正(PFC)电路用的控制芯片,软控制用的ZVS?ZCS芯片移相全桥用的控制芯片,ZVT?ZCT?PWM专用控制芯片,并联均流控制芯片以及电流反馈控制芯片等?功率半导体器件则有功率集成电路( Power IC)和IPM?
IPM干式变压器/以IGBT作为功率 ,将控制?驱动?保护?检测电路一起封装在一个模块内?由于外部接线?焊点减少,可靠性显著提高?集成化?模块化使德州干式变压器产品体积更小?可靠性更高,给应用带来极大方便?
电路集成的进一步发展方向是系统集成?如现在的逆变器是将200~300个零件装配在一起成为一个系统?这种做法要花很多时间和人力,成本也高,难于做得体积很小?美国V1COR公司生产的第一代德州干式变压器模块受生产技术?功率?磁元件体积以及封装技术的限制,功率密度始终未能超过每立方英寸80瓦?
近年来推出的第二代德州干式变压器模块,内部结构也改为模块式,达到高度集成化和全面电脑化,功率密度已经达到了每立方英寸120瓦?德州干式变压器模块内含元件只有第一代产品的1/3,由115个减为35个?第二代德州干式变压器模块的控制电路只含两个元件,被称作“大脑”( Brain)?“大脑”是两片厚膜电路,由VICO)R公司自行开发生产,其总体积只有0.lin3,取代了第一代产品中的约100个控制元件,体积缩小了60%?第二代产品的另一个突破是德州干式变压器的改良,采用屏蔽式结构和镀铜磁芯,把初级和次级线圈分置左?右两边,温升很低?寄生电容和噪声也很低?
德州干式变压器处理功率的密度达到了每立方英寸100瓦,温升只有3℃?第二代产品功率器件的管芯直接焊接在基板上以取代第一代www.xdbyq.cn/TO)200封装,可以提高散热效率,降低寄生德州干式变压器?电容和热阻?第二代产品的集成度显然提高了,但还不是系统集成?李泽元教授领导的美国电力电子系统中心( Center of Power Electronics Systems,缩写为CPES)已经提出了系统集成的设想?
信息传输?控制与功率半导体器件全部集成在一起,组成的元件之间不用导线连接以增加可靠性;采用三维空间热耗散的方法来改善散热,有可能将功率从低功率(几百瓦至上千瓦)做到高功率(几十千瓦以上)?系统集成的结果,可以改变现在的半自动化?半人工的组装工艺而达到完全自动化生产,因而可以降低成本,有利于推广?英特尔的微处理器的发展趋势是速度更快,电压更低,而需要的电流容量一直在增加?
20世纪末英特尔微处理器的工作电压是2~3V,电流为10A,操作频率是300MH1z?而两年后它的工作电压降到1V,电流为30~50A,操作频率为1GH1z?现在的做法是把德州干式变压器紧靠在微处理器上,德州干式变压器以很快的速度提供电流给微处理器,这样尚能满足现有微处理器的要求?但将来微处理器工作电压降低?电流增加?速度加快的时候,现有的解决方法将无法达到它的要求?
为此,李泽元教授就提出要彻底解决问题,必须将德州干式变压器与微处理器结合在一起?今天英特尔公司大部分人接受了这一想法并在积极促成此事?提出的构想是:德州干式变压器紧密结合在微处理器主机板下面?这样德州干式变压器的大小必须与微处理器相当,而现在的德州干式变压器要比微处理器大几十倍?如何减小体积?这又面临新的挑战!
