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电源类芯片介绍与电源转换类芯片封装清洗

发布日期:2023-07-10 发布者:合明科技 浏览次数:2432



1. 电源类芯片介绍

电源芯片是指对电源进行变换或者控制,为负载正常工作提供合适的电压或者电流的集成电路芯片,是模拟集成电路中非常重要的芯片种类,一般包括电源转换类芯片、参考基准类芯片,功率开关类芯片、电池管理类芯片等品类,以及一些特定应用场景的电源类产品。通常把电源转换类芯片根据芯片架构分为DC-DC与LDO(low dropout regulator)两种芯片。电源管理类芯片大致还可分为以下六种:

  • AC/DC调制IC,内含低电压控制电路及高压开关晶体管;
  • 功率因数控制PFC预调制 IC,提供具有功率因数校正功能的电源输入电路;
  • 脉冲调制或脉幅调制PWM/ PFM控制IC,为脉冲频率调制和/或脉冲宽度调制控制器,用于驱动外部开关;
  • 电池充电和管理IC。包括电池充电、保护及电量显示IC,以及可进行电池数据通讯“智能”电池 IC;
  • 热插板控制IC(免除从工作系统中插入或拔除另一接口的影响);
  • MOSFET或IGBT的开关功能ic。
对于处理器类复杂芯片或者有多颗负载芯片的复杂系统,往往需要多路电源轨,各路电源之间要符合严格的时序要求,有些系统还需求电压监测,看门狗、通信接口等功能,将这些功能集成到以电源为主体的芯片就衍生出PMU,SBC等产品类别。


电源芯片在汽车电子系统中应用广泛,汽车电子部件中会根据应用需求用到不同种类的电源芯片。随着汽车向电动化、网联化和智能化发展,单车电源芯片应用越来越多,新能源汽车电源芯片用量将超过百颗。

典型电源芯片应用案例,电源芯片在汽车电机控制器的应用,主要用于产生各类二级电源,如为主控芯片、相关采样电路、逻辑电路、功率器件驱动电路提供工作电源或参考电平。

图1是传统的汽车电机控制器的电源方案,该方案可以满足系统的供电需求,但无法满足产品具备一定的功能安全要求。

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※资料来源:公开资料、编写单位提供


图2是在图1方案基础上,改用具有监测和诊断功能的SBC芯片,优化了弱电电源的监控及诊断功能,因此该架构具备了一定的功能安全等级(如ASIL B)。


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 ※资料来源:公开资料、编写单位提供


图3是在前两者的基础上,低压电源的监控及诊断更为完善,同时增加了高压/低压的DC-DC备用电源,可以满足最高安全等级(ASIL D)的需求,虚线框内备注了利用该电源芯片搭建的电源拓扑。


图3:符合功能安全ASIL D的电源架构

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 ※资料来源:公开资料、编写单位提供

(注,此处所展示的电源拓扑仅为一定范围内调研的通用解决方案,不代表车在电机控制器内电源的所有应用案例,下同)。


2. 电源转换类芯片闪存作为一种存储介质,广泛应用于固态硬盘,UFS,eMMC,SD卡,U盘等存储产品中;闪存是一种非易失性存储器,即断电数据也不会丢失。

车载系统电源通常来自于电池,乘用车与商用车一般分别采用12V与24V电池电压。由于车载系统特殊的工况,该电压存在一定的波动范围。对于车载系统中具体的用电芯片,往往不能直接使用电池电压,需要电源转换类芯片将电池电压转换到芯片所需的电压值。以下对DC-DC开关电源与LDO线性电源两类进行分析。
(1)DC-DC开关稳压器
DC-DC开关稳压器是指直流电压到直流电压稳压器,常指开关电源。DC-DC芯片的功率管工作于高频开关状态,利用电感、电容进行储能与滤波来达到电压转换的功能。
根据功率管是外置还是内部集成,可以把DC-DC芯片进一步分为直流转换控制器与直流开关转换器,通常针对大电流输出场景采用直流转换控制器架构,电流输出较小的应用场景采用集成功率管的直流开关转换器。根据输出电压与输入电压之间的关系,又可以分为Buck,Boost,Buck/Boost几种常用拓扑架构,除此之外还有Sepic,Cuk,Zeta等拓扑架构,由于后者在车载系统中应用相对较少,本文不做展开。


3.电源转换类芯片封装清洗:

合明科技研发的水基清洗剂配合合适的清洗工艺能为芯片封装前提供洁净的界面条件。

水基清洗的工艺和设备配置选择对清洗精密器件尤其重要,一旦选定,就会作为一个长期的使用和运行方式。水基清洗剂必须满足清洗、漂洗、干燥的全工艺流程。

污染物有多种,可归纳为离子型和非离子型两大类。离子型污染物接触到环境中的湿气,通电后发生电化学迁移,形成树枝状结构体,造成低电阻通路,破坏了电路板功能。非离子型污染物可穿透PC B 的绝缘层,在PCB板表层下生长枝晶。除了离子型和非离子型污染物,还有粒状污染物,例如焊料球、焊料槽内的浮点、灰尘、尘埃等,这些污染物会导致焊点质量降低、焊接时焊点拉尖、产生气孔、短路等等多种不良现象。

这么多污染物,到底哪些才是最备受关注的呢?助焊剂或锡膏普遍应用于回流焊和波峰焊工艺中,它们主要由溶剂、润湿剂、树脂、缓蚀剂和活化剂等多种成分,焊后必然存在热改性生成物,这些物质在所有污染物中的占据主导,从产品失效情况来而言,焊后残余物是影响产品质量最主要的影响因素,离子型残留物易引起电迁移使绝缘电阻下降,松香树脂残留物易吸附灰尘或杂质引发接触电阻增大,严重者导致开路失效,因此焊后必须进行严格的清洗,才能保障电路板的质量。

推荐使用合明科技水基清洗剂产品。

 


Tips:

【阅读提示】

以上为本公司一些经验的累积,因工艺问题内容广泛,没有面面俱到,只对常见问题作分析,随着电子产业的不断更新换代,新的工艺问题也不断出现,本公司自成立以来不断的追求产品的创新,做到与时俱进,熟悉各种生产复杂工艺,能为各种客户提供全方位的工艺、设备、材料的清洗解决方案支持。

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