打破陈规：磁性封装新技术将如何重塑电源模块的未来

德州仪器全球团队坚持克服挑战，为电源模块开发新的 MagPack™ 封装技术，这是一项将帮助推动电源设计未来的突破性技术。

作为一名经验丰富的马拉松运动员，Kenji Kawano 深知在奋力奔向遥远终点的过程中，耐心和毅力极其重要。开发新技术也可以比作一场马拉松，通过循序渐进的提升和不可避免地挫折，历尽千辛万苦才能取得成功。Kenji 来自日本，是 Kilby Labs（德州仪器的创新突破应用研究实验室）电源部高级经理，曾多次经历这样的过程。

Kenji 和德州仪器的全球设计师、研究人员和制造商团队投入了大量的时间和精力，致力于开发一种旨在改进电源模块的技术，即电子设计的即插即用构建块。

努力的成果是可用于电源模块的全新专有 MagPack 集成磁性封装技术，为工业、企业和通信应用的设计人员提供以前无法实现的性能水平。

Kenji 表示：“这项技术不但可以提供更高的功率密度，实现更高的效率，而且可以降低系统成本。”

对更高效率的需求

电源模块普遍应用在现代技术中。它们将多个电子元件集成到一个封装中，有助于减少设计人员在设计流程上花费的时间。然而，随着全球范围内耗电量越来越大，应用的尺寸越来越小，人们不断要求减小电源模块尺寸并提高其效率，以使电源模块能够装入数字笔等小型设备中。

德州仪器来自德国的系统工程师和模块技术专家 Anton Winkler 一直在努力提高电源模块的性能。他在该领域的工作最终促成了与 Kenji 的长期合作。

Anton 表示：“我知道 Kenji 也一直在研究这个领域。因此，我们将这项工作看作一项跨多个团队的技术开发。”

简单的设计原理，复杂的实施过程

在电源设计中，尺寸至关重要。设计人员要满足在更小的空间内提供更大功率的需求，这是一个很大的挑战，因为不但要将元件紧密排列，而且必须处理不同的电压而不能发生短路。

Anton 表示：“人们希望适量的能量流向负载。否则，负载将无法正常工作，甚至会遭到损坏。”

电源模块通常包含连接到基板的半导体和单独的电感器；电感器将能量存储在磁场中并有助于平滑电流流动。电感器可能会成为效率瓶颈，并会占用大量布板空间。对设计人员而言，选择合适电感器的过程耗时耗力。

认识到这个问题后，团队将电感器与集成电路相结合，以节省体积并提高功率密度。尽管设计原理很简单，但实现起来却很困难。该团队使用基于神经网络的方法根据规格优化电感器，而 3D 封装成型工艺使该团队能够利用 MagPack 封装技术的最大高度、重量和深度，其中包括采用专有新型设计材料制成的优化功率电感器。

Anton 表示：“这项开发涉及机械、电气和化学过程，委实是一项多学科任务。”

新的电源模块为设计人员提供了尺寸或性能方面的选择。它们可以让工程师将电源解决方案的尺寸缩小一半，并将功率密度提高一倍。例如，光学模块的设计人员可以使用采用 MagPack 技术的电源模块来将功率密度提高一倍，而保持现有的外形尺寸不变。对于数据中心等消耗大量电能的应用而言，这一点尤为重要。

该技术还有助于最大限度地减少系统损耗、降低模块温度并减轻电磁干扰。开发该技术所付出的努力和协作最终意味着设计人员可以在电源设计上节省多达 45% 的时间。

挑战现状

原型准备妥当后，下一个任务是大规模生产电源模块。德州仪器的封装团队负责制定制造流程、采购材料和准备新工具来生产元件。领导制造工作的菲律宾封装工程经理 John Carlo Molina 表示这项工作既令人兴奋，又让人感到“压力山大”。

John Carlo 表示：“我们正在打造一些开创性的产品，挑战现状并引入新的封装配置。但我们知道，成功不能仅靠独创性来衡量。从一开始，我们的重点就是使用可以支持大批量制造的工艺来开发可靠、高质量的产品。运送第一批样品进行测试让我们松了一口气，也为下一阶段的工作提供了巨大的动力。”

尽管这项技术尚属新技术，但开发人员设想将它运用到例如患者监护和诊断、仪器仪表、航空航天和国防以及数据中心等大小应用领域。

Anton 表示：“我的个人目标是继续扩大我们可以涉足的市场，并最终达到使它成为汽车合格技术所必需的行业标准。”

随着市场和应用的功率需求呈指数级增长，新的 MagPack 集成磁性封装技术将有助于重塑电源设计的未来，使工程师能够在比以往更小的空间内实现更大功率。