降低熱阻,改善散熱——為改善散熱和提高功率密度,中大功率模塊電源大都采用多塊印制板疊合封裝技術(shù),控制電路采用普通印制板置于頂層,而功率電路采用導(dǎo)熱性能優(yōu)良的板材置于底層。早期的中大功率模塊電源采用陶瓷基板改善散熱,這種技術(shù)為適應(yīng)大功率的需要,發(fā)展成為直接鍵合銅技術(shù)(Direct Copper Bond,DCB),但因為陶瓷基板易碎,在基板上安裝散熱器困難,功率等級不能做得很大。后來這一技術(shù)發(fā)展為用絕緣金屬基板(Insutalted Mental Substrate,IMS)直接蝕刻線路。*為常見的基板為鋁基板,它在鋁散熱板上直接敷絕緣聚合物,再在聚合物上敷銅,經(jīng)蝕刻后,功率器件直接焊接在銅上。為了避免直接在IMS上貼片造成熱失配,還可以直接采用鋁板作為襯底,控制電路和功率器件分別焊于多層(大于四層,做變壓器繞阻)FR-4印制板上,然后把焊有功率器件的一面通過導(dǎo)熱膠粘接在已成型的鋁板上固定封裝。不少模塊電源為了更利于導(dǎo)熱、防潮、抗震,進行了壓縮密封。*常用的密封材料是硅樹脂,但也有采用聚氨酯橡膠或環(huán)氧樹脂材料。后兩種方式絕緣性能好,機械強度高,導(dǎo)熱性能好,成為近年來模塊電源的發(fā)展趨勢之一,是提高模塊功率密度的關(guān)鍵技術(shù)。
二次集成和封裝技術(shù)——為提高功率密度,近年開發(fā)的模塊電源無一例外采用表面貼裝技術(shù)。由于模塊電源的發(fā)熱量嚴(yán)重,采用表面貼裝技術(shù)一定要注意貼片器件和基板之間的熱匹配,為了簡化這些問題,*近出現(xiàn)了MLP(Multilayer Polymer)片狀電容,它的溫度膨脹系數(shù)和銅、環(huán)氧樹脂填充劑以及FR4 PCB板都很接近,不易出現(xiàn)象鉭電容和磁片電容那樣因溫度變化過快而引起電容失效的問題。另外為進一步減小體積,二次集成技術(shù)發(fā)展也很快,它是直接購置裸芯片,經(jīng)組裝成功能模塊后封裝,焊接于印制板上,然后鍵合。這一方式功率密度更高,寄生參數(shù)更小,因為采用相同材料的基片,不同器件的熱匹配更好,提高了模塊電源的抗冷熱沖擊能力。李澤元教授領(lǐng)導(dǎo)的CPES在工藝上正在研究IPEM(IntegratedPower Electronics Module),它是一種三維的封裝結(jié)構(gòu),主要針對功率電路,取代線鍵合技術(shù)。
扁平變壓器和磁集成技術(shù)——磁性元件往往是電源中體積**、**的器件,減小磁性元件的體積就提高了功率密度。在中大功率模塊電源中,為滿足標(biāo)準(zhǔn)高度的要求,大部分的專業(yè)生產(chǎn)廠家自己定做磁芯。而現(xiàn)有的磁性供應(yīng)商只有飛利浦可以提供通用的扁平磁芯,且這種變壓器的繞組制作也存在一定難度。采用這種磁芯可以進一步減小體積,縮短引線長度,減小寄生參數(shù)。CPES一直在研究一種磁集成技術(shù),福州大學(xué)的陳為教授3年前在CPES研究了磁集成技術(shù),他們做的一個樣機是半橋電路,輸出整流采用倍流整流技術(shù),而且輸出端的兩個電感跟主變壓器集成在一個鐵芯里,**達到的功率密度為300W/in3。倍流整流技術(shù)適用于輸出電流大,對di/dt要求高的場合,比如在實現(xiàn)VRM的電路中就常常用這種整流電路。