DC/DC-Wandler Zweidimensionale Dünnfilm-Magnetkerne für DC/DC-Wandler höchster Dichte

Redakteur: Dipl.-Ing. (FH) Thomas Kuther

Enpirion hat eine neue Magnetlegierung zur Marktreife entwickelt, mit der sich sehr kleine passive magnetische Komponenten herstellen und auf integrierte Schaltkreise aufbringen lassen.

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Mark Cieri: „Kunden profitieren neben der kürzesten Entwicklungszeit von der Kombination aus geringen Kosten und höchster Leistungsdichte, die so mit anderen integrierten Power- Lösungen nicht möglich ist.”
Mark Cieri: „Kunden profitieren neben der kürzesten Entwicklungszeit von der Kombination aus geringen Kosten und höchster Leistungsdichte, die so mit anderen integrierten Power- Lösungen nicht möglich ist.”
(Bild: enpirion)

Bisher wurden magnetische Komponenten in drei Dimensionen gefertigt. Mit der WLM-Technik (Wafer Level Magnetics) dagegen lassen sich nun praktisch zweidimensionale, planare Dünnfilm-Magnetkomponenten realisieren und mit Standard-Waferprozessen auf CMOS-Substrate aufbringen. Die WLM-Technologie eignet sich bestens für die Massenproduktion und ist die Grundlage zur Herstellung der branchenweit ersten „Power“ System-on-Chips mit direkt auf Wafern aufgebrachten Magnetkomponenten.

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Die WLM-Technologie ist auf andere mikromagnetische Anwendungen übertragbar

Entwickelt mit dem Ziel, monolithische Power System-on-Chips realisieren zu können, lässt sich die WLM-Technologie auf einfache Weise auf andere mikromagnetische Anwendungen übertragen. Dies sind zum Beispiel Mikrotransformatoren zur galvanischen Trennung von Signalen, Mikroelektromagnete für die Biowissenschaft, integrierte Magnetsensoren für die Navigation sowie PMICs für portable Konsumergeräte.

Höhere Schaltfrequenz, kleinere Induktivitäten

„Eine Erhöhung der Schaltfrequenz erlaubt den Einsatz von Induktivitäten mit kleineren Werten“, erklärt Dr. Trifon Liakopoulos, Director of MEMS Technology und Enpirions Mitgründer. „Diese lassen sich mit WLM-Materialien im Anschluss an die CMOS-Produktion auf Wafer aufbringen. Wir haben eine amorphe Fe-Co-basierte Legierung, genannt FCA, entwickelt, die bei Frequenzen von über 20 MHz bei minimaler Beeinträchtigung der magnetischen Eigenschaften eingesetzt werden kann. Mit Wafer-Produktionsmethoden ist es möglich, für die Fotolithografie geeignete FCA-Magnetkerne kosteneffizient auf Silizium-Wafer aufzubringen.“

Für Leistungsschaltkreise mit einem oder mehreren Schichten geeignet

Die FCA-Legierung hat einen hohen Widerstandswert sowie eine niedrige Koerzitivkraft und behält bei Frequenzen über 20 MHz ihre hohe Permeabilität. Aufgrund ihrer hohen magnetischen Sättigung eignet sich die FCA-Legierung für Leistungsschaltkreise mit einem oder mehreren Schichten. FCA ist kompatibel zu Flip-Chip- und Wire-Bonding-Gehäusen und eignet sich für Reflow-Lötprozesse.

Sofort einsatzbereites Prozessmodul

Enpirion hat ein sofort einsatzbereites Prozessmodul entwickelt, das mit preiswert zu betreibendem Equipment die Beschichtung mit FCA auf 6- oder 8-Zoll-Wafern ermöglicht. Die Technologie wurde Anfang des Jahres erfolgreich in die Wafer-Produktion übernommen und in die Prozesse eingebunden. Enpirion produziert in dieser Fab die weltweit preiswertesten POL-DC/DC-Wandler mit geringer Rauschempfindlichkeit und niedrigem Energieverbrauch – die Modelle EL711 (1 A) und EL712 (1,5 A). Dies sind die industrieweit ersten Power System-on-Chips mit direkt auf dem Silizium aufgebrachten Magnetkomponenten.

Future Electronics als Partner

Mit Future Electronics als Partner macht Enpirion diese Bauteile weltweit verfügbar. Bei den neuen Produkten handelt es sich um die branchenweit preiswertesten DC/DC-Wandler in Enpirions PowerSoC-Technik. Ermöglicht werden die erzielten Kostenvorteile, indem man die für DC/DC-Wandler erforderliche Induktivität direkt und mit der hohen Wirtschaftlichkeit der Halbleiterherstellung auf Silizium-Wafer aufbringt.

Komplette Serie mit ICs in PowerSoC-Technologie

Die EL700-Familie ist eine komplette Serie mit ICs in PowerSoC-Technologie und geringem Energieverbrauch. Auf den Chips der PowerSoC-ICs befindet sich u.a. eine direkt auf dem Silizium aufgebrachte Induktivität.

Kostengünstige Point-of-Load-DC/DC-Wandler

Bei der EL700-Familie handelt es sich um kostengünstige Point-of-Load-DC/DC-Wandler (PoL) mit geringem Energieverbrauch und hohen Schaltfrequenzen von 18 MHz. Damit wird ein extrem geringer Ripple erzielt. Im Vergleich zu LDOs erreichen die Bausteine EL711 und EL712 eine bis zu 40% höhere Effizienz. Dies ergibt einen Wirkungsgrad von bis zu 90%. Ausgelegt sind die 1- und 1,5-A-Switch-Mode-DC/DC-Wandler für Eingangsspannungen von 2,65 bis 5,5 V. Es handelt sich um echte Enpirion Power-System-on-Chips. Auf einer Grundfläche von nur 42 mm2 enthalten die Bauteile MOSFET-Schalter, Controller, und Kompensationsfunktionen sowie eine winzige Induktivität direkt auf dem Silizium. Mit einem besonders schnellen Verhalten gegenüber Transienten erfüllt der EL711 die Anforderungen von leistungsstarken ASIC-, DSP- und FPGA-Cores in einer Vielzahl von Anwendungen.

Geringe Kosten und höchste Leistungsdichte

„Kunden profitieren neben der kürzesten Entwicklungszeit von der Kombination aus geringen Kosten und höchster Leistungsdichte, die so mit anderen integrierten Power- Lösungen nicht möglich ist,” erklärt Mark Cieri, Vice President of Sales and Corporate Marketing von Enpirion.

Komplette Bandbreite elektronischer Komponenten

„Wir freuen uns, zusammen mit Enpirion die EL700-Familie auf dem Markt anzubieten,” betont Dan Casey, Executive Vice President, von Future Electronics. „Wir sind stolz darauf, unseren Kunden die komplette Bandbreite elektronischer Komponenten zu bieten und konzentrieren uns dabei auf Lösungen wie die DC/DC-Wandler in PowerSoC-Technologie von Enpirion, welche die kürzeste Entwicklungszeit ermöglichen.”

Wirtschaftliche Alternative zu LDOs

Der EL711 befindet sich in einem DFN-Gehäuse mit den Maßen 3 mm x 4,5 mm x 0,9 mm. Er ist pin-kompatibel zum 1,5-A-Switch-Mode-DC/DC-Wandler EL712. Beide Bauteile können als wirtschaftliche Alternative zu LDOs (Low Drop Out) eingesetzt werden.

Exklusiv bei Future Electronic erhältlich

Die Bausteine EL711 und EL712 sind exklusiv bei Future Electronics erhältlich. Der EL712 wird ab Q1 2013 verfügbar sein. Future Electronics bietet auch Evaluation-Boards für die Bausteine EL711 und EL712 an.

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