技术的实用案例 ~产品介绍~ 村田的高性能半导体电源设计支持电容器/电感器内置电路板(Integrated Package Solution)

主要使用的技术: 应用/解决方案设计技术, 电源模块设计技术, 安装技术, 仿真技术, 测量技术, 可靠性技术, 电镀技术, 有机材料技术

电容器/电感器内置电路板(Integrated Package Solution)

概要

  • 内置电容/电感基板是一种基板解决方案,将专有的电容器和电感器技术直接集成到基板上,可根据应用要求灵活设计电气特性和尺寸。
  • 内置电容/电感基板既实现了电气性能的增强,又节省了空间,从而能够设计出高性能、高密度的电源。
  • 内置电容/电感基板的开发始于与半导体制造商的对话,通过原型制作和优化逐步演进。其未来目标是将电容器和电感器集成到单一单元中。

村田的内置电容/电感基板(Integrated Package Solution)

产品描述

村田的内置电容/电感基板不仅是嵌入式元件,更是一种高度灵活的电路板解决方案,可根据用户系统定制式样。

内置电容基板

内置电容基板是集成了电容器的板状产品,源于村田制作所导电聚合物铝电解电容器技术与多层板技术的融合。

内置的铝电解电容器通过专有的设计与制造工艺,被加工成厚度仅0.3至0.35毫米的薄型薄膜状结构,实现了与基板的集成。

该电容器内部设有通孔,双面平整的铜电极可实现激光通孔连接,便于从基板内部到表面的电气连接。

此外,其阵列结构设计可定制基板式样——包括阻抗特性、尺寸、电路布线和占位面积——以满足用户需求。

内置电容基板结构图
内置电容基板结构图

内置电感基板

内置电感基板是一款集成扁平线圈的电感器基板产品。

通过将多个扁平绕组线圈平行排列并嵌入基板内,可作为能够处理超过10A(安培)电流的功率电感器使用。

线圈直径和线宽可定制,可根据应用调整特性值。

内置电感基板结构图
内置电感基板结构图

产品优势

村田内置电容/电感基板技术运用专有工艺将无源元件嵌入基板,在增强电气性能的同时缩减空间需求,从而实现高性能、高密度的电源设计。

内置电容基板优势

内置电容基板通过降低高频带阻抗并提高响应速度,增强系统整体运行稳定性。其核心特征在于内部形成的通孔结构,该设计可缩短电流路径并保持低等效串联电感(ESL),同时具备高电流承载能力,使其成为垂直供电(VPD)的理想解决方案,并实现低功耗特性。

  • ※VPD技术通过缩短电源与负载间的布线距离(相较传统水平供电系统),有效降低电阻损耗从而增强系统性能。
内置电容的截面图
内置电容的截面图

内置电感基板优势

内置电感基板采用线圈阵列结构,通过展开螺线管线圈并将其平铺排列于基板上形成。该结构有效降低了高度限制。此外,其闭合磁路设计消除了磁通密度集中现象,最大限度减少磁通泄漏。这使得集成电路(IC)可直接安装于基板上,实现纤薄模块化设计。

采用内置电感的低高度模块
采用内置电感的低高度模块

产品演进

与半导体制造商的讨论激发了对元件集成概念的探索。

在内部开发过程中,尝试将多种类型电容器集成到基板上后,我们决定采用铝电解电容器技术进行开发,该技术特别适合高容量集成。经过多次原型制作和改进,我们确立了制造工艺和设计方案,最终演变为今日的产品。

目前,我们正在分别开发内置电容基板和内置电感基板。然而,我们的未来目标是将这两种元件集成到同一基板上。这种集成将实现更高的密度安装,并实现更稳定的电源供应。

优化电源供给的封装技术演进
优化电源供给的封装技术演进

产品应用

村田的内置电容/电感基板是专为满足AI数据中心市场需求而开发的产品。该市场正呈现大电流化趋势,对半导体性能提出更高要求,同时因功耗上升带来很大挑战。因此,兼具高性能与低功耗的半导体封装技术及电源设计的重要性日益凸显。内置部件基板通过将大电流环境下所需的被动元件直接集成于基板内,有效应对了这些挑战。

内置电容基板的应用场景

适用于需要高电流(>100A)的高性能半导体功率模块基板和封装基板。
应用示例:人工智能处理器的功率模块基板与封装基板

内置电容基板应用示意图
内置电容基板应用示意图

内置电感基板的应用场景

适用于高度受限的数据中心硬件中的功率模块基板。
应用示例:AI加速器与光收发器的功率模块基板

内置电感基板应用示意图
内置电感基板应用示意图

有关产品规格等,请查看产品信息网站。

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