博客

年を追うごとに,自動車,クラウドコンピューティング,産業用オートオート，テレコム（5G）インフラなどの新闻成长アプリケーション集めています注目をセグメント异なりますが，システムのはますが，システムレベルで电脑変换やをように実现してかはは点がありいるには点があり.co2排出を�つつあります。电影，演算演算子，またまたブロックのいずれ，半导体はこれら需要を満たすのソリューションの重要事项といます重要事项いいます。この论のますはこの论の焦点焦点，これらのの焦点は，これらの各アプリケーションにおける。の动向を検讨し，イノベーティブなパワーパッケージングプラットフォームが电流的要件と热热をを満たそうとするするを満たととするするのををとするすることことことありありありありありありありありあり

自動車向け

今日の高級車のほとんどは,最大100個の電子制御ユニット(ECU)をネットワーク化した数百万行のコードを実行しています[1]。自動車の電動化,快適機能,先進運転支援システム(ADAS)のレベルが高くなるほど,多くの電力が必要になります。今日の高級車で提供されているこれらの先進機能のいくつかが標準的な車に移行するにつれ,電力システムの効率を犠牲にすることなく,コストを低減させることが不可避になります。今日の既存の車両では,水やオイルポンプ,エアコンコンプレッサー,アクティブロールコントロール,ヘッドライト,テールライトなどの機械的な補助負荷(一般的には5 ~ 7 kw未満)へ,12 vバッテリーから直接電力を供給しています。これらの負荷は,企業別平均燃費基準(咖啡馆:公司平均燃料经济性)や高出力のADASシステムなど,より厳しい排出基準を満たすための追加的な要件と相まって,効率を改善することを困難にしています。自動車部品メーカー(OEM)は長年にわたり,機械駆動部品を電気的なものに置き換えてきましたが,48 v電源システムのような新しいアーキテクチャへのニーズがさらに高まっています。将来的に48 v電源システムへの恒久的なシフトが起こるまで,短期的には,OEMとティア1サプライヤーはデュアルアーキテクチャ(12 vと48 v)を選択することができます。

自动车OEMやティア1は，最近，マイルドハイブリッド电流自动车（Mhev）というソリューションをいくつかししいますます例えば，アウディは，12vのレガシーシステムdc / dcコンバータを実実し，マイルドマイルド车のパワー强化のにに12kwのの荷载持つ（Bas）を导入した[2]。同様に，ダイムラーはsクラスに最大16kwのの容持つスタータージェネレータースタータージェネレーター合（ISG）を导入しました[2]。ダイムラーもアウディと同様，レガシー12v负荷用のdc / dcコンバータブロックをを装配してますます。ティア1サプライヤーvaleoは，自动运転と48vハイブリッドシステムをわせたeCruise4uプラットフォームを导入した。このプラットフォームの制品の一つe4awdは，ベルトベルト动词スタータージェネレーター（IBSG）と电动リア·アクスルドライブ（ERAD）ををにに合，22kwの销量ををわせ，22kwののをmhevシステムシステム加加，それにより燃费を17％向上しています。もう一つの自动车ティア1である的Delphiは，図1に示すように48Vハイブリッドシステムを导入しており，燃费を15％向上させるËクラススーパーチャージャーを搭载しています。このËクラススーパースーパーチャージャーシステム，ダイナミックスキップダイナミックスキップ（DSF）シリンダーシリンダー非活性非活性コンセプトしし，二氧化碳，二氧化碳量级13％低减することもます[2]。

48 v電源ネットへの移行により,ワイヤハーネスを細く軽量化することが可能となり,車両の軽量化や排出ガスの低減などのメリットが得られます。ステアリングラックや快適利便性機能などの機械コンポーネントの電動化が役に立つ一方で,モーター(25千瓦未満)を使ったマイルドなハイブリッド化には具体的に大きなメリットがあります。ある試算(1)によれば,MHEVは二氧化碳排出量を15%削減し,フルハイブリッドシステムのコストの約30%のコストで,約70%に相当するメリットが期待できます。フルハイブリッドが約4500ドルなのに対し,マイルドハイブリッドは1500ドル程度の追加コストで済むので,MHEV車の市場の成長が予測されます。さらに,48 v電源ネットは,車両とモノの接続性(V2X)とADASの両方での将来のアプリケーションのために,システムの対応(負荷制御のポイント)を提供するのにも役立ちます。今後10年間でレベル3から5の自動運転車の大量導入が予想されており,ADASシステムに対する電力の要求は急増する一方です。レベル4 /レベル5のシステムが10倍以上の電力を必要とするのに対し,現在のレベル2の能力は,1千瓦程度の電力ワット数を必要とするだけです。このため,48 vのMHEVシステムは,コスト面や排出ガス面でのメリットに加えて,拡大する電気自動車(EV)市場への玄関口としても注目されています。

クラウドコンピューティング

700年今日では,世界中で万超のデータセンターが,個人利用や企業利用から毎日生み出される250京バイト超のデータを管理するために必要とされています。今日までに作成された44ゼタバイト(44兆ギガバイト)のデータのうち,その90%は過去2年間に作成されたものです[3]。オーバー・ザ・トップ(OTT)ストリーミングサービス,5 g,モノのインターネット(物联网),ソーシャルメディアの出現により,ビッグデータはクラウドデータセンターとエッジデータセンター市場を大きく変容させると予想されています。代表的なデータセンターでは,データストレージ,データ処理,ネットワーキング,配信などのサービスを提供してきました。これらのサービスを管理するためには,数百メガワット程度の膨大な電力が必要とされます。データセンターの運営コストの40%までもが,サーバーのラックへの電力供給と冷却に必要なエネルギーから発生するものです[4]。電力使用効率(PUE)と総所有コスト(TCO)はデータセンター経営者がコストを削減し,利用率を向上させるための非常に重要な2つの指標です。ACグリッドから個々のサーバのマイクロプロセッサへの変換では,平均して,約30 ~ 35%の電力が浪費されています。この電力経路に沿って,主に3つの領域で損失を削減することができます。それは,ユニバーサル電源(UPS,グリッドからデータセンター),サーバーラック電源,個別サーバー電源です。2、3年前までは,データセンターは1ラックあたり4 ~ 5 kwで設計されていましたが,現在は1ラックあたり最大10千瓦までになっています。今後は最大30 kw以上のラック電力密度の増強がトレンドとなるはずです[5]。その結果,PUEが改善できるため,より小型で効率的な電源が必要となり,その結果,サーバーの密度が高まり,床面積1フィートあたりの収益(美元/米)が増加します。

電源アーキテクチャの考え方から,現在のデータセンターは,図2に示すように12 v電源ネットに設計されています。自動車の48 vシステムと同様に,データセンターの電源アーキテクチャも48 vへの移行に対応しています。このシフトの結果,電力密度の増加,配電損失(I2R損失は16倍)の低減,高効率化,配置の柔軟性,およびコスト効率の良いラック内UPSが実現します[5]。ラックレベルでのメリットは,バスバーのサイジング,ターボコンデンサーの数,銅損などの低減を考えれば明らかです。しかしながら,48 vからサーバーボードへの電圧変換を実現する具対的な方法が課題として残ります。中央処理装置(CPU)コアとダブルデータレート(DDR)メモリブロックのパワー強化には,従来のサブ1.8 vが必要です。降圧比が高い(48 v ~ 1.8 v)場合,スイッチング回路で近似の変換効率を実現することは困難です。交直流および直流からポイント・オブ・ロードまでを含む各電力変換ステージは,ラックレベルで近似またはそれ以上の効率を備えていなければなりません。システムレベルの整合性を満たすためには,フォームファクタの小型化と高出力の半導体パッケージングが重要です。

5 gインフラ

現在の4 gネットワークの欠点に対処するために,5 gネットワークは,非常に高い信頼性を持ちながら(エッジコンピューティング,レイテンシー),大規模トラフィック(無線オーバーイーサネット)および大容量(物联网,接続密度,帯域幅)を処理できることが期待されます。主な変更点は,新しいスペクトル,サイト数の増加,マルチアクセスエッジコンピューティングなどです。現在4 g LTEネットワークの伝送帯域の理論上の限度は約150 mbpsであり,5 gの要件を満たすことができません。より高い帯域幅を実現するために,5 gネットワークはより高い周波数のCバンドを使用しています。さらに,スループットを向上させるために,多入力多出力(MIMO)技術が重要です。図3に示すように,トポロジーの考え方から,既存の4 gネットワークでは,アンテナ,リモート・ラジオ・ヘッド(RRH),およびベースバンドユニット(BBU)が分離している分散型無線アクセス・ネットワーク(DRAN)アーキテクチャが好まれています。しかしながら5 gネットワークでは,ベースバンド機能を統合してセルサイトから集中型の場所へ移動させるために,集中型またはクラウド(C-RAN)配信が好まれる傾向があります。5 gネットワークでは、BBUのプールがエッジサイトにある間にRRHとアンテナが統合されることが予想されます。BBUプール(またはコアネットワーク)は,ルーター,物理インフラ,電気,冷却システムなどのネットワーク機器を含む同一の物理インフラを共有します。しかしながら,サイト数の増加とコンピューティング要件の増加により,ネットワークのエネルギー消費量はさらに増加します。

通信企业者によると，5gバンド机器1基极具电力は，类似类似成の4gの350％程度う言われいます[6] .5g bbuの消费电力は约300w，rruのの电力は30％负荷时で约900w（ピークで最大1.4kw）です。今后3年间でで周波数码が追のさと，ピーク时のの电力は约约それに増ししそれを超える，ミリ波超える加入ことで，ピーク电力は最大20kwまで上升可性ありあり[6]。既存の4g通信用电灯-48vで设计れていが，これらの电视ユニット5gのニーズに対応していいませんんんんんません。4gシステムの电视ケーブルの绝対电力损失は，电力の必要が1kw程度なので，低减する，倾向倾向あります。しかしながら，同じケーブルでも5gシステムでは绝対がも大声きく，ケーブル経由での电脑降降大大なりの电影装修と同様に，ひとたび电视がしきいの「「」，电力电阻圧をれとととれれれれれますれれれれれ。的な动作のにためためためをを约约约约-57vまで升圧するため，加载のdc / dcコンバータコンバータするするががあります[6]。その结果，5gネットワークの消费电力の増，电阻システム全に影响を与えます。

48 vが半導体に与える影響

これらの市场の要求要求要求にに応えるためためににににににになサプライヤーサプライヤーなな大大幅に増し幅に増しいます。自动车辆部门部门ます。自动车辆部门はます。自动车辆部门はます。自动车辆部门は，所以，マイルドマイルドは生产量档位の约1.5〜2％です，10年后は约15％にに大するとされれいます。そのその，マイルドハイブリッドシステム采采の，1台あたりのパワー半导の内容は约75ドルますは约はれれれれ。同様同様，ハイハイスケールや5Gデータセンターでの48V電源ネットへの移行に伴い、パワーデバイスの部品（BOM）は約40ドル増加すると設定されています。さらに、5Gインフラの展開により、キャビネットとブレード電源の両方に電源が必要なため、パワートランジスタのニーズが増えます。48Vエコシステムは、半導体サプライヤーが、これらのアプリケーション・セグメント間の相乗効果を適用するチャンスを提供します。新しい市場機会全体から見て、図４は重要なアプリケーションセグメントと個別の成長見通しを示しています。自動車やクラウドコンピューティングでは48V、5G電源では-57Vと、いずれにしろ、基礎となるアセンブリやテスト事業も、今後10年間で大きく成長すると予想されています。

パワーパッケージングが必要な技术トレンド

これまで検討してきたアプリケーションのトレンドを考えると,高効率,省スペース,高信頼性のパワー半導体ソリューションが,顧客が求めている共通のテーマです。30年以上にわたり,シリコン(Si)パワーMOSFET技術,パワーパッケージ,回路トポロジーのイノベーションにより,電力変換効率とコスト(美元/ W)は着実に改善されてきました。これまではSiが主力製品でしたが,性能指数(x路上罗恩,罗恩x qos)が,Siの理論上の限界に達しました。窒化ガリウム(GaN)のような新しい材料システムが市場に参入し,より優れた性能を提供しています。しかしながら,システムのメリットを実現するためには,達成可能な電気的メリットや熱的メリットをパッケージング技術が制限してはなりません。歴史的に,パワーデバイスのパッケージングは,長いリード線を持つ- 247や- - - - - - 220ののようなスルースルーホールパッケージ，d2pak，DPAK、SO-8.のようなリード線を持つ表面実装コンポーネントへと進化してきました。さらに,リードパッケージは,到リードレス(收费)やPQFN.�，信息性の考え方案から二律二律背反生命ます。

自動車での使用ケースが参考になります。ベルト駆動スターター発電機のアプリケーションには,電力システムからの中間レールが48 vである場合,約12 kwが必要です。モーターに電源を供給するためのインバータステージは,500年以上の電流を流しながら48 v以上の定格のMOSFETを使用します。一般的には,複数のMOSFETが並列に配置されて,フルパワーの要求を満たすことができます。完全な3相実装のためにデバイスがハイサイドとローサイドの両方で並列に配置されている電力ステージでは,特に電力ステージがモーター自体に一体化されているとき,プリント回路基板(PCB)のスペースが割増になります。このようなアプリケーションやワット数のケースで使用される一般的なパッケージであるD2PAK7 lは15 x10x4.4 mmのパッケージサイズです。しかしながら,電力ステージに複数のパッケージが必要になると,スペースが割増になってしまいます.D2PAKと同様に,人数(11.7×9.9×2.3毫米)も高出力で高信頼性アプリケーションに最適化されたモールドパッケージです。しかし,收费(図5)は30%の寸法の小型化と50%以上のフォームフィット小型化を提供し,コンパクトな設計と高電流性能,低熱抵抗(RthJC)を実現しています。もう一つの重要な点は,基板レベルでの信頼性の向上が求められている車載用半導体のために,ミッションプロファイルが進化していることです。

クラウドデータセンターおよびエッジデータセンターのサーバー電源装置には,CPUコア,DDRメモリ,およびスタンバイレール,ファン,ドライバなどのポイント・オブ・ロードへの電源供給など,さまざまな電力要件が存在します。分散型ポイント・オブ・ロード(POL)アーキテクチャが好まれるアプリケーションでは,単一パッケージのパワーブロックまたはパワーステージが最適な選択となります。柔軟に統合できるため,PQFN.（図6）のようなパッケージがます人気を集めいます.pqfnパッケージはいます.pqfnパッケージは，チップvsパッケージ比や露出たシンクををする能をし，サーバー电阻装饰の电力密度ををささせ。本体サイズのpqfnは，図6のpqfnデュアルデュアルスタックの画像に示されれいるようにに，铜（cu）クリップ技术ををををししてててののの。别のオプションとして，ゲートドライバをハイサイドとローサイドのfet（电力ステージ）にににして，drmosののようなスマートパワーを実现することもできできますをははははははははするするするするもできますをはははははするするすることものさらに，pqfnは，通信イン，ベースバンド，，dc / dcコンバータなどのアプリケーション使使れていいますますてててててててててててててててててててててててててててててててててててててててててててててててててていれててててれてててててててれれれいいいていい

48Vエコシステムのパワーパッケージングトレンドトレンド

繁体组立·テスト受托企业（Osat）の大厦サプライヤーの一道として，amkorは新闻の48vエコシステムで提供するするな制ラインアップをててますますますいい。サプライヤーサプライヤーとのパートナーシップパートナーシップから确立れたものパワーパッケージングは、公司马来西亚(ATM)と公司日本福井(JFI)の2つの異なる工場で対応しています。高度リードフレーム技術(XDLF),铜クリップインターコネクト,アルミニウム(Al)ウェッジボンディング,省スペース表面実装,フラットリード設計など,いくつもの価値創出と技術的差別化を幅広く提供しています。先に説明しました通り,パワーパッケージングはスルーホール()タイプから表面実装(SMD)タイプへと進化してきました。最近では、收费などのSMDリードレスパッケージが注目されています。これらのパッケージは,十分なパワーサイクルと温度サイクルをオンボードで備え(TCoB)え車載電子機器評議会のAEC-Q101規格に適合しています。しかしながら,信頼性,機能,パッケージ特性の面で制限が生じるケースがあります。その結果,最新の48 vエコシステムのパワーパッケージング市場の要件を満たすために,いくつかの新興パッケージングのアイデアが検討されています。

人数はIPCインターナショナルのIPC - 9701規格に基づき,チップサイズと厚みに応じて1000サイクル(オンボード)の標準要件を満たすことができます。しかしながら,高いチップvsパッケージ比および(または)拡張的信頼性を必要とする設計者は,それを課題と捉える可能性があります。一般的に使用されるボード基板は,FR4,铜ベースの金属間基板(IMS)またはAlベースのIMSです。しかしながら,艾尔ベースのIMSのような基板オプションを検討すると,熱係数が大幅に異なるため,人数の基板レベルでの信頼性の問題はさらに深刻化する可能性があります。铜リードフレームとAl-IMSとの不整合があれば,はんだ材料への応力が高くなり,はんだ疲労やクラックの原因となります。收费設計にガルウイングアプローチを援用することで（図７参照）、TOLGは信頼性レベルを大幅に向上させながら、同等の熱的および電気的性能を提供することができます。ガルウイング設計の柔軟性により、信頼性が格段に向上しています。拡張ストレスと信頼性が重要なシステム要件となっている場合に、エンドユーザーセグメントのミッションプロファイルの変化により、これは必須となります。

一方，データセンターのサーバーファームが48Vアーキテクチャアーキテクチャ移行する，pにに対応するするのと密度のの要件要件ををなりせる性能をでははせるせるトレンドではできさせるトレンドではしかなりさせるトレンドではしかませんせるはここではしかませませんははここここでまでまでませません×8毫米のように大大本体サイズのlfpak（図7参照）などなど新闻パッケージが新闻に导入されるのはことですですですですです。旧型の7ld2pakと比较すれば，8×8mmのLFPAKは寸法が60%小さく,体積も80%小さくなっています。インターコネクトの考え方から,ワイヤボンドは,電力製品の通電能力を決定します。D2PAKの場合,使用するボンドワイヤの最大径は20毫升です。しかしながらLFPAK 8×8毫米では,インターコネクトに铜クリップ技術を使用することで,通電能力が格段に向上します。クリップ技術によりワイヤボンドからの寄生抵抗とインダクタンスが大幅に低減されました。このパッケージングアプローチにより,達成可能な電力密度に対する懸念のいくつかは軽減されます。

サーバーアーキテクチャでは，マイクロプロセッサによって要求さ高度过渡応答応答が，polコンバータと电视レギュレータ采にました.1mhz超のた.1MHz超のた.1MHz超のた.1MHz超のた。このインピーダンスはではありんのインピーダンスは适切ません。で，amkorは，図8に示すに，パワートパワート用のチップパッケージング，powercsp™パッケージパッケージ研研してますます。この革新的なコンセプト，リードフレームをベースしたチップスケールで，トップ/，ワイヤーボンドおよび（または）cuクリップを排除し，低低生物抵抗ストレイインダクタンスをすることで，导导损失とスイッチング损失をに低减ことですインダクタンスさらにさらにさらにさらにできることことです低减低减低减は低减は低减ははははは低减ははははははは低减はははははははははははは低减は低减はは低减はと电力密度の実现にししますます.pqfnやlfpakのようなプラスチックのパワーパッケージにて，powercspのの设计はプロセスフローを略ことができことができことができことができことができことができことができことができことができことができことができ低减低减ことができ，powercspののパッケージング，マルチマルチ统合ののの提供し，コンバータインパッケージタイプソリューションソリューション実现ます。

サマリー

環境,経済、社会的要因に牽引されて,総所有コストを削減する高度なパワーエレクトロニクスソリューションの需要が増加します。新興の48 vエコシステムは,パワー半導体パッケージングセグメントが成功するためのゲートウェイを提供します。パワーパッケージには既に多くの種類がありますが,新たなトレンドに対応するために改善が必要です。チップvsパッケージ比の改善,パッケージの寄生の低減,通電性の高いインターコネクトの強化など,既存の幅広い製品ラインと革新的な最新アプローチにより,ソリューションを提供することができます。そのためには,これらの課題を解決するための強力な技術ノウハウと,顧客とのパートナーシップの確立が必要です。公司は,これらの要件を満たすことができるだけでなく,機器や設備に継続的な投資を行い,自動車をはじめとする電力関連の顧客に長期的なサポートを提供できるだけの財務ベースと技術力を保有しています。

著者：汽车战略营销SR经理Ajay Sattu.

参考文献:

[1] Manish梅农他“48 vアーキテクチャ:展開する排ガス規制に対応するためのOEMへのコスト効率の良い提案案”,2018年8月14日
[2]车辆制品IQ他「48V技术のの - 车载品牌IQ电子书书，2018年8月14日
[3] Branka vuleta他「毎日どれののののが创出れるか？」，2020年1月30日
[4]エネルギー·イノベーション他「どれだけエネルギーをデータセンターは実际使かかか？」，2020年3月17日
[5] Wiwynn他「48V：改良されたデータセンター向け电力仪」，2017年6月
[6]グローバルICTエネルギーエネルギー效率效率サミット他5G通信电力ターゲット」，2019年10月

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