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電源類芯片介紹與電源轉換類芯片封裝清洗

發布日期:2023-07-10 發布者:合明科技 瀏覽次數:2760



1. 電源類芯片介紹

電源芯片是指對電源進行變換或者控制,為負載正常工作提供合適的電壓或者電流的集成電路芯片,是模擬集成電路中非常重要的芯片種類,一般包括電源轉換類芯片、參考基準類芯片,功率開關類芯片、電池管理類芯片等品類,以及一些特定應用場景的電源類產品。通常把電源轉換類芯片根據芯片架構分為DC-DC與LDO(low dropout regulator)兩種芯片。電源管理類芯片大致還可分為以下六種:

  • AC/DC調制IC,內含低電壓控制電路及高壓開關晶體管;
  • 功率因數控制PFC預調制 IC,提供具有功率因數校正功能的電源輸入電路;
  • 脈沖調制或脈幅調制PWM/ PFM控制IC,為脈沖頻率調制和/或脈沖寬度調制控制器,用于驅動外部開關;
  • 電池充電和管理IC。包括電池充電、保護及電量顯示IC,以及可進行電池數據通訊“智能”電池 IC;
  • 熱插板控制IC(免除從工作系統中插入或拔除另一接口的影響);
  • MOSFET或IGBT的開關功能ic。
對于處理器類復雜芯片或者有多顆負載芯片的復雜系統,往往需要多路電源軌,各路電源之間要符合嚴格的時序要求,有些系統還需求電壓監測,看門狗、通信接口等功能,將這些功能集成到以電源為主體的芯片就衍生出PMU,SBC等產品類別。


電源芯片在汽車電子系統中應用廣泛,汽車電子部件中會根據應用需求用到不同種類的電源芯片。隨著汽車向電動化、網聯化和智能化發展,單車電源芯片應用越來越多,新能源汽車電源芯片用量將超過百顆。

典型電源芯片應用案例,電源芯片在汽車電機控制器的應用,主要用于產生各類二級電源,如為主控芯片、相關采樣電路、邏輯電路、功率器件驅動電路提供工作電源或參考電平。

圖1是傳統的汽車電機控制器的電源方案,該方案可以滿足系統的供電需求,但無法滿足產品具備一定的功能安全要求。

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※資料來源:公開資料、編寫單位提供


圖2是在圖1方案基礎上,改用具有監測和診斷功能的SBC芯片,優化了弱電電源的監控及診斷功能,因此該架構具備了一定的功能安全等級(如ASIL B)。


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 ※資料來源:公開資料、編寫單位提供


圖3是在前兩者的基礎上,低壓電源的監控及診斷更為完善,同時增加了高壓/低壓的DC-DC備用電源,可以滿足最高安全等級(ASIL D)的需求,虛線框內備注了利用該電源芯片搭建的電源拓撲。


圖3:符合功能安全ASIL D的電源架構

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 ※資料來源:公開資料、編寫單位提供

(注,此處所展示的電源拓撲僅為一定范圍內調研的通用解決方案,不代表車在電機控制器內電源的所有應用案例,下同)。


2. 電源轉換類芯片閃存作為一種存儲介質,廣泛應用于固態硬盤,UFS,eMMC,SD卡,U盤等存儲產品中;閃存是一種非易失性存儲器,即斷電數據也不會丟失。

車載系統電源通常來自于電池,乘用車與商用車一般分別采用12V與24V電池電壓。由于車載系統特殊的工況,該電壓存在一定的波動范圍。對于車載系統中具體的用電芯片,往往不能直接使用電池電壓,需要電源轉換類芯片將電池電壓轉換到芯片所需的電壓值。以下對DC-DC開關電源與LDO線性電源兩類進行分析。
(1)DC-DC開關穩壓器
DC-DC開關穩壓器是指直流電壓到直流電壓穩壓器,常指開關電源。DC-DC芯片的功率管工作于高頻開關狀態,利用電感、電容進行儲能與濾波來達到電壓轉換的功能。
根據功率管是外置還是內部集成,可以把DC-DC芯片進一步分為直流轉換控制器與直流開關轉換器,通常針對大電流輸出場景采用直流轉換控制器架構,電流輸出較小的應用場景采用集成功率管的直流開關轉換器。根據輸出電壓與輸入電壓之間的關系,又可以分為Buck,Boost,Buck/Boost幾種常用拓撲架構,除此之外還有Sepic,Cuk,Zeta等拓撲架構,由于后者在車載系統中應用相對較少,本文不做展開。


3.電源轉換類芯片封裝清洗:

合明科技研發的水基清洗劑配合合適的清洗工藝能為芯片封裝前提供潔凈的界面條件。

水基清洗的工藝和設備配置選擇對清洗精密器件尤其重要,一旦選定,就會作為一個長期的使用和運行方式。水基清洗劑必須滿足清洗、漂洗、干燥的全工藝流程。

污染物有多種,可歸納為離子型和非離子型兩大類。離子型污染物接觸到環境中的濕氣,通電后發生電化學遷移,形成樹枝狀結構體,造成低電阻通路,破壞了電路板功能。非離子型污染物可穿透PC B 的絕緣層,在PCB板表層下生長枝晶。除了離子型和非離子型污染物,還有粒狀污染物,例如焊料球、焊料槽內的浮點、灰塵、塵埃等,這些污染物會導致焊點質量降低、焊接時焊點拉尖、產生氣孔、短路等等多種不良現象。

這么多污染物,到底哪些才是最備受關注的呢?助焊劑或錫膏普遍應用于回流焊和波峰焊工藝中,它們主要由溶劑、潤濕劑、樹脂、緩蝕劑和活化劑等多種成分,焊后必然存在熱改性生成物,這些物質在所有污染物中的占據主導,從產品失效情況來而言,焊后殘余物是影響產品質量最主要的影響因素,離子型殘留物易引起電遷移使絕緣電阻下降,松香樹脂殘留物易吸附灰塵或雜質引發接觸電阻增大,嚴重者導致開路失效,因此焊后必須進行嚴格的清洗,才能保障電路板的質量。

推薦使用合明科技水基清洗劑產品。

 


Tips:

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以上為本公司一些經驗的累積,因工藝問題內容廣泛,沒有面面俱到,只對常見問題作分析,隨著電子產業的不斷更新換代,新的工藝問題也不斷出現,本公司自成立以來不斷的追求產品的創新,做到與時俱進,熟悉各種生產復雜工藝,能為各種客戶提供全方位的工藝、設備、材料的清洗解決方案支持。

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