Page 45 - 材料分析層層把關先進製程設備零缺陷

GaNonCMOS:POL整合的下一步
作者:Stanislav Suchovsky，RECOM 研發工程師
相較於將GaN材料用於650V 範圍的「主流」作法，該計劃更著 重於針對伺服器應用以及汽車和 航太產業的100V以下DC/DC轉 換——即低功率PoL轉換器。來 自奧地利、比利時、德國、荷蘭和 愛爾蘭的11家業者和研究機構共 同加入了這項計劃。RECOM集團 也參與這些新技術的開發，為電源 轉換領域帶來創新、整合(3DPP) 和更可靠的解決方案。
熱路徑。IC和MOSFET可以放得 很近以降低寄生電感和實現更高 的開關速度。電阻和電容等小型被 動元件可以嵌入同一個空腔中，只 有較大的元件留在外面，例如磁性 元件、輸入或輸出電容。由於採用 FR4耐燃材料，電容較不受到來自 開關或IC熱壓力的影響。雖然3D 結構讓整個佈局變得更加複雜， 但它具有更小的開關和控制迴路 的優勢。其他重要的優點包括較小 的面積以及防止反向工程的保護。
無法嵌入時，要如何嵌入所需的 電感?磁性片材為解決之道。具 有某些磁性特性且非常薄的材料 (100-200μm)可加以切割成不同 的形狀後置於PCB上。PCB的佈 線形成了繞線結構。相較於緊湊 但較高的晶片電感，這種電感擁有 較大的面積，而且已經有好幾種採 用這種技術的應用案例了。減少空 間的最佳方法是讓電感的面積與 PCB上其他小元件的面積差不多 一樣(圖1)。
嵌入式技術
該計劃的重點之一是將元件 嵌入於PCB中。使用嵌入式技術， 可在PCB核心中隱藏一個或多個 元件。嵌入的主要限制是元件的 厚度在其於各種環境條件下的行 為和表現。嵌入式元件可以是IC、 開關或被動元件，使用哪一種元件 取決於設計目標。厚銅層與嵌入式 元件的接腳連接可以形成明確的
另一種方法是降低PCB的厚 度。例如，在降壓轉換器的設計 中，電感通常是最高的元件。如果 需要非常扁平的設計，可能無法 找到合適的薄型電感，而這項計 劃實現了嵌入磁性元件的想法。 但是當特定參數的晶片尺寸太大
圖2描繪了內層中使用繞組環 形磁芯形狀來形成環形電感。其他 形狀和繞組結構也可能可行，取決 於可用空間、必要的耦合、電流容 量等因素。
DESIGN IDEAS
更小、更高效的電源轉換器是過 去幾十年來的發展方向，而這個 趨 勢 也 將 持 續 下 去。這 是 透 過 使用新的拓撲、新材料以及新式 整合製程而實現的。歐盟「展望 2020」(Horizon 2020)計畫的重 點就在於整合新材料，因而資助了 GaNonCMOS計劃。該計劃的目 標是將氮化鎵(GaN)和矽(Si)在不 同層級(PCB、堆疊和晶片)上進行 高密度整合，開發適用於高開關 頻率和PCB嵌入的新型軟磁材料。
圖3則是一個簡單的1:1變壓 器設計，磁性材料採用相同的環形
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