Гибридно-пленочные DC-DC источники питания

C 60-х годов прошлого века в электронной промышленности используются разработки, в которых применяется толстопленочная гибридная технологии. Преимущества таких применений вполне понятны при оценке их конструкций.

Базовая конструкция толстоплёночной гибридной сборки представлена на рис. 1.

Конструкция гибридно-пленочная

Рис.1. Основные элементы типовой толстопленочной гибридной сборки.

Толстоплёночная гибридная сборка представляет собой герметизированное устройство. Прямоугольный или квадратный в сечении трубчатый корпус обычно выполняется из ковара или холодно катаной стали. Приваривается он к основанию из аналогичного материала или из материала с соизмеримым коэффициентом теплового расширения для обеспечения минимальных нагрузок в местах соединений. Таким же образом крышка из этого же материала или материала с близким по значению коэффициентом теплового расширения приваривается к корпусу для формирования воздухонепроницаемой герметичной конструкции. Сборка толстоплёночной гибридной конструкции как правило начинается с процесса монтажа электронных компонентов (полупроводниковых кристаллов, конденсаторов, диодов и т.д.) пайкой или эпоксидным клеем к неизолированной толстоплёночной подложке, содержащей резисторы, нанесённые методом трафаретной печати. Обычно подложка делается из оксидированного алюминия (Al2O3), зачастую используется также бериллиевая керамика (BeO).

Проводники на подложке изготавливаются методом вакуумно термического нанесения плёнки; в случае больших значений тока применяется метод электрохимического наращивания меди. Трансформаторы, а также другие детали из магнитных материалов обычно присоединяются к подложке или основанию сборки теплопроводящим эпоксидным клеем. После чего подложка сборки припаивается или приклеивается к основанию. Сборка конструкции заканчивается присоединением рамки с выводами от подложки к внешним штыревым контактам ввода/вывода.

Перед установкой крышки и принятием необходимых мер по экранированию, выполняется тестирование электрических параметров, а также производится проверка требуемой функциональности и надлежащего качества изделия.

На рис. 2 показаны примеры конструкций современных DC/DC источников питания, выполненных с применением толстоплёночной гибридной технологии.

Примеры конструкций DC-DC преобразователей

Рис.2. Примеры DC-DC преобразователей, выполненных по толстопленочной гибридной технологии.

Преимущества гибридно-плёночной технологии

Гибридно-плёночная конструкция и структура обеспечивают много преимуществ по части как электрических, так и механических показателей источников питания.Отдельные полупроводниковые кристаллы в корпусах источников питания имеют наименьшие габариты. Это обеспечивает гибридной сборке минимально возможные размеры, что, как следствие, приводит к минимально возможной массе.Полупроводниковый кристалл имеет очень низкий профиль, который наименее критичен к воздействию вибрации и механическим ударам.Пассивные компоненты, такие, как конденсаторы, особенно многослойные, и магнитные компоненты имеют высокий профиль.  Для обеспечения их прочного соединения с подложкой используются эпоксидные материалы, выдерживающие требуемые ударные и вибрационные воздействия.В закрытом и герметизированном корпусе гибридного модуля источника питания обеспечивается практически безвлажностная среда, которая способствует долговременной работоспособности изделия. Сама влажность сразу не вызывает электрический отказ или коррозию, но при наличии загрязняющих веществ и электрического тока в схеме это может привести к электрохимической реакции, которая может ухудшить качество функционирования схемы или привести к отказу элемента.Корпус источника питания обеспечивает эффективное экранирование от большей части электромагнитных помех излучаемых от внешних устройств. Корпус также экранирует генерируемые источником питания электромагнитные помехи, защищая от их отрицательного воздействия другие электрические схемы и оборудование. При гибридной сборке короткие электрические соединения минимизируют паразитные реактивные составляющие, что приводит к более чистым формам сигналов и уменьшению числа фильтрующих компонентов.С точки зрения теплового режима гибридная сборка имеет очень короткие пути для отвода тепла от переходов полупроводниковых кристаллов на основание, что уменьшает температурные сопротивления и минимизирует повышение температуры переход-основание. При использовании гибридной технологии можно изготовить источник питания в объёме, который полностью соответствует необходимой поверхности охлаждения. Если увеличить площадь основания источника, то значительно улучшаются условия рассеивания тепла и снижается внутренняя температура устройства, что положительно сказывается на его надёжности.Все эти преимущества делают гибридную конструкцию наиболее перспективным выбором для тех применений, где главными критериями являются отличные технические характеристики, размер, масса и высокая надёжность.