Wafer-Level-Fertigung für Schaltregler-Induktivitäten
Preis von LDOs - aber 40 Prozent höhere Effizienz
Enpirion ist es gelungen, die Induktivitäten für einen DC/DC-Wandler auf Wafer-Ebene zu fertigen. Das senkt die Kosten gegenüber der Verwendung herkömmlicher Spulen deutlich, so dass die neuen Wandler LDOs ersetzen können, wobei sie einen bis zu 40 Prozent höheren Wirkungsgrad erreichen.
Wafer-Level-Magnetics nennt Enpirion die neue Technik. Dazu hat das Unternehmen eine besondere magnetische Legierung entwickelt, die mit Hilfe eines galvanischen Prozesses auf einen Silizium-Wafer abgeschieden und strukturiert wird. Die Prozesse sind CMOS-kompatibel. Nach der Vereinzelung des Wafers stehen Magnet-Chips mit einer Höhe von 500 µm zur Verfügung. Diese Chips wandern dann auf ein Substrat, auf dem zuvor eine Kupferspirale aufgebracht wurde. Beides zusammen bildet die Induktivität. Der DC/DC-Wandler-Contoller-IC mit integrierten Schaltern kann nun auf den Magnet-Chip oder neben dem Mangnet-Chip auf das Substrat gesetzt werden.
Auf diese Weise lässt sich im Falle des EL711, dem ersten Mitglied der neuen Familie, eine komplette Stromversorgung einschließlich der Kompensationsfunktionen auf einer Grundfläche von 42 mm² unterbringen. Mit seinem besonders schnellen Verhalten gegenüber Transienten erfüllt der EL711 die Anforderungen von leistungsstarken ASIC-, DSP- und FPGA-Cores in einer Vielzahl von Anwendungen. Die DC/DC-Wandler der EL700-Familie auf Basis der neuen WLM-Technik fertigt Enpirions Produktionspartner Jiangyin Changdian Advanced Packaging mit Hilfe von Standard-Prozesstechniken.
Zu der neuen Familie gehören Point-of-Load-DC/DC-Wandler (PoL), die sich durch ihre geringe Energieaufnahme auszeichnen. Die hohe Schaltfrequenz von 18 MHz reduziert den Ripple deutlich. Im Vergleich zu LDOs erreichen die Bausteine EL711 und EL712 eine bis zu 40 Prozent höhere Effizienz. Insgesamt erreichen sie einen Wirkungsgrad von bis zu 90 Prozent. Ausgelegt sind die 1- und 1,5-A-DC/DC-Wandler für Eingangsspannungen von 2,65 bis 5,5 V.
»Der hohe Integrationsgrad führt zu kurzen Entwicklungszeiten, geringen Kosten und hohen Leistungsdichten, die sich mit herkömmlichen integrierten Power-Systemen nicht erreichen lassen«, sagt Mark Cieri, Vice President of Sales and Corporate Marketing von Enpirion.
Der EL711 sitzt in einem 3 mm x 4,5 mm x 0,9 mm großen DFN-Gehäuse. Er ist pin-kompatibel zum 1,5-A-Switch-Mode-DC/DC-Wandler EL712. Beide Chips können als wirtschaftliche Alternative zu LDOs (Low Drop Out) eingesetzt werden.
Die Bausteine EL711 und EL712 sind exklusiv bei Future Electronics erhältlich. Der der EL711 kostet bei Abnahmemengen von 1.000 Stück 0,57 Dollar. Der EL712 steht ab dem ersten Quartal 2013 zur Verfügung. Für die schnelle Entwicklung bietet Future Electronics Evaluation-Boards für die Bausteine EL711 und EL712 an.
Entwickelt mit dem Ziel, monolithische Power System-on-Chips realisieren zu können, lässt sich die WLM-Technologie laut Mark Cieri auf einfache Weise auch auf andere mikromagnetische Anwendungen übertragen. Beispiele sind Mikrotransformatoren zur galvanischen Trennung von Signalen, Mikroelektromagnete für die Biowissenschaft, integrierte Magnetsensoren für die Navigation sowie Power-Mangement-ICs für portable Konsumergeräte.
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