如何选择POL稳压器并节省PCB电路板空间？（二）

几年前开发出了一种创新性模块封装方法，该方法利用可用气流帮助冷却。这种封装设计将一个散热器集成到模块封装中并完全模制化。在封装内部，散热器底部直接连至产生热量的MOSFET和电感器，而散热器顶部是一个裸露于封装顶部的平坦表面。这种新的封装内散热方法使PCB上的器件能够凭借气流快速冷却。

四、垂直结构：用叠置电感器作为散热器的POL模块型稳压器

POL稳压器中的电感器的大小取决于电压、开关频率、需要处理的电流及其结构。在模块化构成方法中，包括电感器在内的DC/DC电路完全模制并密封在一个塑料封装中，就像一个IC一样，与其他任何PCB组件相比，电感器对封装的厚度、体积和重量的决定性都更大。电感器也是一个PCB板上重要的发热源。

上述将散热器集成到封装中的方法有助于将MOSFET和电感器的热量传导到封装顶部，然后可以将热量散到空气、冷却板或无源散热器中。相对小型的小电流电感器很容易装入塑料模制封装中，这时这种方法很有效，但是当POL稳压器使用较大型、较大电流的电感器时，这种方法就不那么有效了，这时在封装内部放置磁性组件会迫使其他电路组件分隔得更远，从而显著扩大了封装在PCB上的占板面积。为了保持很小的占板面积，同时改善散热，封装工程师开发出了另一种巧妙的方法：垂直、叠置或3D结构。

大功率POL稳压器模块用3D(垂直)封装技术升高了电感器，并使电感器裸露于气流中作为散热器使用。DC/DC电路安装在电感器之下的衬底上，因此最大限度减小了所需占用的PCB面积，同时提高了热性能。铜夹为电感器提供了大电流通路，同时将电感器升高至高于衬底，从而减小了μModule封装所需的占板面积。

位于模制μModule封装顶部的电感器裸露于气流中，作为散热器使用，以从顶部散出热量。144个BGA焊球成排地专用于GND、VIN和VOUT。这些焊球合起来起到向PCB散热的作用。衬底中的铜有助于降低电气阻抗和热阻。

五、具裸露叠置电感器的3D封装：保持很小的占板面积、增大功率并改善散热

很小的PCB占板面积、更大的功率和更好的热性能，用3D封装可以同时获得这3种优势，3D封装是一种新的POL稳压器构建方法。LTM4636是一款μModule稳压器，内置了DC/DC稳压器IC、MOSFET、支持性电路和一个大型电感器，以降低输出纹波，并从12V输入向精确稳定的3.3V至0.6V提供40A负载电流。4个并联运行的LTM4636器件可均分电流，以提供160A负载电流。封装占PCB板的面积仅为16mmx16mm。该系列的另一个稳压器LTM4636-1检测过热和输入/输出过压情况，可断开上游电源或断路器以保护自身及其负载。

计算LTM4636的功率密度，而且所得数字可以安全地标榜为令人印象深刻，但是如上所述，功率密度数字没有讲出完整故事。这种μModule稳压器还为系统设计师带来了其他重要益处：令人印象深刻的DC/DC转化器效率带来PCB板的卓越热性能和无与伦比的散热能力。

为了最大限度减小稳压器的占PCB板面积(16mmx16mmBGA)，该电感器被升高了，并固定在两个铜引线框架结构上，以便其他电路组件(二极管、电阻器、MOSFET、电容器、DC/DCIC)可以焊接到电感器之下的衬底上。如果电感器放置在PCB板衬底上，μModule稳压器很容易就能占用超过1225mm2的PCB面积，而不是256mm2占板面积。

叠置电感器结构为系统设计师提供了紧凑的POL稳压器，并额外提供了出色的PCB热性能优势。LTM4636中的叠置电感器没有像其余组件那样，用塑料完全模制(密封)。相反，电感器直接裸露于气流中。电感器外壳采用了圆角形状，以改善空气动力学特性(实现最小流阻)。

六、热性能和效率

LTM4636是一款受益于3D封装技术或组件级封装(CoP)的40AμModule稳压器。封装体是一个完全模制的16mmx16mmx1.91mmBGA封装。LTM4636的电感器叠置在模制封装的顶部，从BGA焊球(总共144个)到电感器顶部的总封装高度为7.16mm。

除了从顶部散热，LTM4636还设计为从封装底部向PCB高效率散热。该器件有144个BGA焊球成排地专用于大电流流经的GND、VIN和VOUT。这些焊球合起来起到向PCB散热的作用。LTM4636为从封装顶部和底部散热而进行了优化。甚至在12V输入/1V输出这么大的转换比以及40A(40W)满负载电流和标准200LFM气流的情况下工作，LTM4636的封装温度也仅上升至比环境温度(25°C至26.5°C)高40°C。

七、具热平衡的140W、可扩展4x40AμModulePOL稳压器

一个LTM4636规定提供40A负载电流。两个采用电流均分模式(或并联)的LTM4636可支持80A电流，而4个并联的LTM4636支持160A电流。用并联LTM4636扩展PCB电源很容易：简单地拷贝和粘贴单个稳压器布局即可。

LTM4636的电流模式架构在40A构件之间实现精确的电流均分。精确的电流均分又产生一个在器件之间均匀分散热量的电源。在4个μModule组成的160A稳压器中，所有PCB上的器件运行时相互之间的温度差都在1°C之内，从而确保每个器件都不会过载或过热。这极大地简化了PCB的散热。

八、结束语

为组件密集排列的系统选择POL稳压器需要严格审查器件电压和电流额定值以外的规格参数。对封装热特性的评估是必不可少的，因为这一特性决定了冷却成本、PCB成本和最终产品的大小。3D(又称为叠置、垂直、CoP)技术的进步允许大功率POL模块型稳压器占用很小的PCB面积，但更重要的是，实现了高效率冷却。LTM4636是第一个受益于这种叠置封装技术的μModule稳压器系列的首款器件。作为一款以叠置电感器为散热器的40APOLμModule稳压器，该器件提供95%至88%的效率，满负载时温度仅上升40°C，占用16mmx16mmPCB面积。