从事FPGA和ASIC用高速响应DC-DC转换器模块等研制的Bellnix公司,开发出了尺寸仅为10mm×10mm×3mm的DC-DC转换器模块。通过把电感器嵌入低温共烧陶瓷(LTCC)底板内部,实现了小型化。与该公司以往的同类产品相比,面积约为1/2,厚度约为3/4。
目前DC-DC转换器正处于模块化进程之中。美国凌力尔特科技(Linear Technology)已经上市了超小型DC-DC转换器模块。Bellnix此次开发的模块虽然在尺寸上不及凌力尔特科技的产品(6.25mm×6.25mm×2.32mm),但电感器置于LTCC底板内部,在技术上有所创新。日前,该公司董事长社长铃木正太郎就该模块的开发理念和技术重点接受了记者采访。
——请教实现小型化的技术重点。
铃木:最大重点是在LTCC底板内部嵌入电感值大且Q值较高的平面型电感器。通常,实现大电感值只需要提高导磁率(μ)即可。以平面型电感器为例,只要在线圈周围覆盖铁氧体材料,就可非常简单地提高导磁率。
然而,在LTCC底板内部置入铁氧体材料,使其与铜线圈一同烧结时极为困难。因为各种材料的热膨胀系数不同。烧结时可能破裂,即使不破裂,也无法实现设计的形状。为此,本公司与某陶瓷厂商联手,花了约2年的时间,对铁氧体材料、元件结构及烧结方法进行优化,成功解决了这一问题。
优化的详情不便透露。如果给出提示,竞争对手有可能效仿。模块开发比半导体芯片开发需要更多的资源。因为这是一个不断摸索的过程。有很多厂商在开发中受挫。我们没必要为这些竞争对手雪中送炭。
——与以往产品相比,电源性能的定位如何?
铃木:性能基本与本公司以往上市的模块产品相同。具体来说,输出电流达到了最大5A。而且,当输入为5V,输出为3.3V,输出电流为5A时,转换效率最大可高达94%。负载骤变时的响应特性也非常优秀。例如,当负载电流从0A升至5A时,输出电压能够在约160ns的时间内恢复到稳定状态。也就是具备了FPGA和ASIC要求的高速响应特性。
价格与该公司现有产品相同
——能否告知上市时的价格?
铃木:我们预定于2008年底投产“BSV-nano系列”。但是,投产模块的标准与此次开发品略有不同。因为我们正在考虑今年年底之前,把模块的高度从现在的3mm缩小至2mm。
缩小高度是因为在安装FPGA和ASIC之后,形成于印刷底板背面的焊锡的高度大约在2mm。也就是说,如果将模块高度缩小到2mm,而安装面积是10mm×10mm,就可以在载有FPGA和ASIC的印刷底板背面,安装DC-DC转换器模块。因为可以让FPGA与DC-DC转换器模块的距离达到极小。这才可说是“真正的POL(point of load)转换器”。
价格预定与本公司以往的同等产品基本相同。如上所述,因为电感器的性能高,所以开关频率达不到3MHz也没关系。对于本公司,达到3MHz的频率是容易实现的。因此,无需使用特殊的控制IC。几乎没有抬高价格的因素。
——请谈谈2008年底首款产品上市后会采取的开发方针。
铃木:首先,将进行提高输出电流的开发。电感器性能虽高,但这还不够。在高于开发品的电流通过时,会出现磁饱和问题。因此,我们考虑通过提高电感器性能,提高输出电流。
之后,要以进一步实现小型化、薄型化为目标进行改进。第1步,把现在安装在LTCC底板表面的输入输出电容器嵌入底板内部。第2步,在LTCC底板中央形成凹陷,以便装入控制IC。
成也电源败也电源
——最近几年,投产DC-DC转换器模块产品的企业越来越多。原因是什么?
铃木:自主设计电路,购买分立部件,在印刷底板上做成DC-DC转换器。这是绝大多数企业曾采用的方法。现在也还占是主流。但是,采用这一方法的企业正在逐渐减少。
这是因为,FPGA和ASIC厂商在以评估板和参考设计的形式,提供采用DC-DC转换器模块的“设计范本”。只要按照范本进行设计,基本可以实现正常工作。没有必要冒更改设计的风险。
实际上,虽然决定开发的依据是“如果DC-DC转换器只用这么多的部件构成,就可以自行设计”,但是,不少企业由于DC-DC转换器的故障,不得不重新设计印刷底板。而重新设计,需要增加相当于一辆高级车售价的资金。这绝不是一个可以忽略的小数目。
FPGA和ASIC使用的DC-DC转换器的设计难度正在逐年递增。除负载电流不断上升外,高速响应性也成为了要求。“不过是电源”的想法会酿成大祸。正所谓“成也电源败也电源”。