因應小尺寸/高效能需求　電源管理元件推陳出新

節能當道，電源管理元件的角色也更顯得舉足輕重，負責管理裝置各個元件、功能的用電，以延長電池續航力。不過，電源管理元件在更小的印刷電路板(PCB)中，須兼顧效能與散熱，元件的尺寸大小也是備受要求，因此電源管理廠商透過封裝方式，持續推出更小、效能更佳的元件，回應市場需求，並鞏固市場地位。

解決散熱問題　小封裝DC-DC穩壓器大勢所趨

在許多設計中，越高效能的電源管理IC，通常需要更大的電流與電容，但相對的，高電流則在散熱的設計上須更加斟酌，以免造成元件甚至整個系統的損壞，為在效能與熱能的產生間取得平衡，透過內建時脈及小封裝技術設計的直流對直流(DC-DC)穩壓器遂成為新的設計趨勢。

圖1　凌力爾特副總裁暨電源管理產品部總經理Don Paulus表示，現今每片PCB間的間距亦逐漸縮小，電源IC的高度也須受到限制，因此小封裝的產品將可更突顯優勢。

凌力爾特(Linear Technology)副總裁暨電源管理產品部總經理Don Paulus(圖1)表示，各種終端應用系統中，對於電壓端的需求都各不同，但系統效能卻是廠商一致追求的重點，不過，要達到更高的效能卻需要更大的電流才能實現，然而無可避免的電流損耗所造成熱能，卻讓許多設計工程師面臨極大的挑戰。但在DC-DC穩壓器中內建時脈，可進行多相操作，減少所需的大電容，以及透過具備低熱能阻抗的平面閘格陣列(LGA)的15毫米(mm)×15毫米×4.32毫米小封裝方式，將可有效降低元件熱能的產生，而小封裝也可讓產品即便在寸土寸金的PCB中，也可有加裝散熱片的空間，即可更進一步控制元件的溫升。

針對凌力爾特新產品μModule穩壓器LTM4628的優點，Paulus指出，新產品低熱阻LGA封裝及高運行效率，可透過無氣流的70℃環境溫度達到從12Vin至1Vout的全輸出功率DC-DC轉換，另外，新產品在設計上加入散熱片，舉例而言，當環境溫度為25℃，輸出為3.3伏特(V)，並有5瓦的漏失時，凌力爾特μModule穩壓器的溫度約為50℃，未加裝散熱片的產品則達57℃。凌力爾特應用工程經理張振原補充，溫升越少，也可讓元件壽命越長，而凌力爾特此系列穩壓器的產品設計所帶來的優勢，也可讓廠商提高小封裝產品的接受度。

μModule穩壓器適用於資料儲存、路由器、網路交換機、工業自動化、航空電子設備和醫療設備等。上述應用對於小封裝的穩壓器產品需求不高，原因在於這些應用的PCB空間皆相當大，對此，Paulus解釋，雖然新產品應用的設備皆屬大型，相對所需的元件數目將因設計複雜度的提高而增加，對於電源IC產品的需求數量也相對很大，因此PCB的空間永遠不足，可給予電源IC的空間也逐漸減少，因此整合度更高、更小封裝的電源產品仍是未來大勢所趨。

挾Micro SiP　TI電源IC整合電感與電容

不僅可攜式裝置訴求輕薄短小，甚至連伺服器等大型設備也朝向扁平、薄型化發展。因此為節省電路板空間，電源晶片的整合度要求也與日俱增，但並非所有包括電容與電感的離散元件都可輕易被整合，必須在效能與高整合度間權衡，而德州儀器(TI)透過新的Micro SiP封裝技術，已可成功整合電感與電容。

圖2　德州儀器亞洲市場開發高效能類比產品市場行銷經理何信龍表示，即便處理器整合電源IC可節省成本，但在高階應用，如智慧型手機，電源晶片獨立的架構已成趨勢。

目前市面上電源管理IC的整合度已相當高，幾乎僅剩下電感與電容等離散元件，不過整合電感或電容挑戰度很高，若要整合後的晶片尺寸也能維持一定程度的小，則必定會影響電源IC該有的效能水準。德州儀器亞洲市場開發高效能類比產品市場行銷經理何信龍(圖2)表示，整合電容比較容易，因為電容可以有縮小的空間，目前電源IC廠商也推出相關產品，唯會影響些許效能，而整合電感則須犧牲更多效能，原因在於電感為金屬線圈的架構，效能的關鍵在圈數越多與金屬線越粗，相對的要整合進一顆小小的電源IC中，效能降低是必然的，因此廠商在研發產品時，即面臨效能與晶片尺寸的抉擇。

為解決上述問題，德州儀器基於過去研發電源IC的基礎，以新的Micro SiP技術將電感與電容整合至電源IC中，且尺寸比一般電源模組小，何信龍指出，除了封裝技術外，提高DC-DC切換效率也可進一步縮小電源IC，即可有更多空間可整合電感與電容，另外，提升產品良率亦為方式之一，因此德州儀器的新產品即使整合電感與電容，整體尺寸仍僅6.7～9平方毫米，且效率可達90%以上。

此外，整合元件的優勢還包括設計更為簡單，何信龍表示，德州儀器的新產品系列將電感與電容整合為單一電源管理元件，讓設計工程師毋須額外分神處理電感及電容的電路設計與電磁干擾(EMI)等問題。不過，何信龍也不諱言，整合IC相對設計彈性低，因為固定電壓，無法依設計師需求調整，但也擁有產品可順利導入大量量產的優點。

深耕手機市場　快捷推音訊/USB充電元件

相較其他廠商往小尺寸、高效能電源管理元件的發展，快捷(Fairchild)則以推出完整手機相關電源產品，搶攻市場。為改善以手機聽音樂的品質，以及解決在電池尺寸無法擴大的情況下，如何透過通用序列匯流排(USB)快速且安全的充電，快捷推出高整合音訊檢測與USB開關充電器元件，以滿足手機市場廣大的需求，並展現深耕手機市場的決心。

圖3　快捷半導體亞洲區行動、運算、消費和通訊市場推廣及應用總監馬春奇表示，快捷在手機市場除了提供完整的解決方案外，也會針對客戶需求推出客製化產品。

快捷半導體亞洲區行動、運算、消費和通訊市場推廣及應用總監馬春奇(圖3)表示，過去手機廠商須利用數個離散元件雙比較器、類比開關、金屬氧化物半導體場效電晶體(MOSFET)及軟體控制達到音訊品質的提升。但由於手機的功能越來越多，為容納更多的模組，對於PCB上的元件數量與尺寸也更加斤斤計較。因此快捷推出整合上述離散元件的音訊插孔檢測和配置開關元件FSA8008，該元件在耳機插孔最初接觸耳機偏置電路時，可消除耳機路徑上的插入爆破音或滴答聲，還能簡化設計，並節省多達70%的電路板空間和15%的物料清單(BOM)成本。

除了檢測功能之外，馬春奇指出，新元件同時帶有整合式麥克風開關，允許處理器來配置音訊插孔，可以將普通的第三方耳機用於收聽音樂。

USB充電勢不可當

另一方面，USB已成為手機充電的大勢所趨，馬春奇指出，經由USB埠或交流對直流(AC-DC)適配器為單顆或兩顆鋰電池充電時，設計人員須要能提高充電速度及解決線性充電器散熱問題的解決方案，快捷具備USB On-the-Go(USB OTG)功能的USB相容鋰電池開關充電器FAN5400系列即可滿足此需求。他並強調，USB充電器元件採用的開關充電器技術與傳統的線性充電器最大的不同是，前者充電時間可較後者縮短三分之一，除充電效率更高之外，也可減少電池熱能的產生。

FAN5400備有與開關模式充電器互相整合的5伏特、300毫安培(mA)升壓穩壓器，並與充電器共用同一個電感，可減少外部元件數目。馬春奇表示，鋰電池開關充電器採用1.96毫米×1.87毫米CSP封裝，是市場上最小型同時提供充電器和USB OTG升壓功能的解決方案。

為順應目前手機發展趨勢，快捷陸續推出相關元件，馬春奇表示，目前快捷在手機各部分關鍵元件的研發已相當完整，涵蓋音訊、影像、USB、訊號、感測與計時，以及周邊核心、液晶顯示器(LCD)背光驅動器和射頻(RF)的電源管理，未來，快捷也將持續推出更符合市場需求的產品，以維持在手機市場的領導地位。