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年を追うごと，自动车，クラウドクラウド，产业用オートメーション、テレコム（5G）インフラなどの新興成長アプリケーション分野がますます注目を集めています。アプリケーションのセグメントは異なりますが、システムレベルで電圧変換や配電をどのように実現しているかには共通点があります。CO2排出を効果的に削減するためのシステム需要がより重要になってきています。その結果、非常に高い効率性をはじめとする様々な目的を達成するために、最新の48Vエコシステムが開発され、展開されつつあります。電源、演算素子、またメモリブロックのいずれであれ、半導体はこれらの需要を満たすためのソリューションの最重要事項となっています。この論文の焦点は、これらの各アプリケーション分野における市場と技術の動向を検討し、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電気的要件と熱的要件の両方を満たそうとする方法についての考察を共有することにあります。

自动车向け

今日の高级车ののは，最大100个の电子制御制御（ECU）をを化しし行のををししいますますますをいますますますますますますますますますますますます电ます电ます电ますますます电电电ます电电电电电ますます电电电电电电电电电电电电电电sADAS）ののが高くなる，多云电力が必要になりますますますます。今日の高度车辆ででされているこれらのされているこれらの先进のかが标准なに移するかが的的犠牲システムシステムシステムのののの效率犠牲效率犠牲犠牲犠牲することなく，コストを低减させること不可能になります。今日の既存のなりますで，水ややポンプ，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，テールライトなどの，な，テールライトなどなど机的なな（一般性的には5~7kw未満）へ，12vバッテリーから直接电力をしています。これらこれら负荷はます。これらこれら负荷はます。これらこれら负荷はますますこれらしは燃费。満たすための追加的なと相まって，效率を改善することをにしています。自动车票产品メーカーます。自动车票产品メーカーます。自动车牌（OEM）は少年にわたり，机械传播仪表をきものに置き换えてきなものものにような新闻アーキテクチャへのニーズがさらに高度てていいいいいいいいの的的的シフトシフト起こるまでの的なは起こるまで，短には，oemとと1サプライヤーデュアルアーキテクチャ（12vと48v）をを选択ことができます。

自动车OEMやティア1は、最近、マイルドハイブリッド電気自動車（MHEV）というソリューションをいくつか発表しています。例えば、アウディは、12VのレガシーシステムにDC/DCコンバータを実装しながら、マイルドハイブリッド車のパワー強化のために12kWの容量を持つ新しいベルト駆動オルタネーターシステム（BAS）を導入しました[2]。同様に、ダイムラーは S クラスに最大 16kW の容量を持つスタータージェネレーター統合システム (ISG) を導入しました [2]。ダイムラーもアウディと同様に、レガシー12V負荷用のDC/DCコンバータブロックを実装しています。ティア1サプライヤーのValeoは、自動運転と48Vハイブリッドシステムを組み合わせたeCruise4uプラットフォームを導入しました。このプラットフォームの製品の一つであるe4AWDは、ベルト駆動式スタータージェネレーター（iBSG）と電動リア・アクスルドライブ（eRAD）をスマートに組み合わせ、22kWの容量をMHEVシステムに追加し、それにより燃費を17％向上しています。もう一つの自動車ティア1であるDelphiは、図1に示すように48Vハイブリッドシステムを導入しており、燃費を15%向上させるEクラススーパーチャージャーを搭載しています。このEクラススーパーチャージャーシステムは、ダイナミックスキップファイア（DSF）シリンダー非活性化コンセプトを使用して、CO2排出量を13%低減することもできます[2]。

48V电气ネットネットのにより，ワイヤハーネスを细く軽軽するが可能なり，车辆両軽軽や排出の低减などのメリットが得られや快适便性がます。化（25kw未満）を使っ（1）によれば，mhevは，フルハイブリッド，モーター（25kw未満）を使っ使ったマイルドハイブリッドハイブリッドには使っ试算试算きなありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありありあり。システムのコスト约约30％のコストで，约70％に相当するメリット待待でき约できできますますななのに対し，マイルドハイブリッドは1500ドル程度の追コストでので，mhev车辆市场成长が予测さます。さらに，48v电池ネット，车辆両との接続性（v2x）とadasの両両での将ののアプリケーションのため，システムシステム対応（负荷负荷のポイント）を提供提供も役立ちます。今后10年间でレベル3から5の自动运転车の大量导入が予想されおり，adasシステムに対する电力の要求急増する一方です。レベル4 /レベル5のが10倍以上望电力を必要とするするの，现处于のレベル2のの力は，1kw程度の电力ワットをと，48vのmhevシステムは，コスト面やガス面でのメリット面排出面でメリットに加入て，大大する电讯自动车（ev）市场场へ玄关节口

クラウドコンピューティング

今日では、世界中で700万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、5G、モノのインターネット（IoT）、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，诚信などのサービスをしてきましたたこれらサービスをきましするためははははははは膨な电阻がとされますますますますます。への电力供给とに必要必要なエネルギーから生效するの非常に重要な2つの指标です.acグリッドから个々のサーバマイクロプロセッサへの変换で，平台して，约30〜35％の电力が浪费されて。この电力経路にて，主主3つの领域で损失削减削减ことができます。それそれ，ユニバーサル电阻（UPS，グリッドからからセンター），サーバーサーバー电阻，个别个别电阻です.2,3年前まで，データセンターは1ラックあたり4〜5kwで设计されいましたが，现处于1ラックあたり最大10kwまでに大大30kw以上のラック电力密度のがトレンドとはずです[5]できるため，より小型で效率的な电阻が必要必要と，そのその，サーバーサーバー密度高度，床面积1フィートあたり收益（$ / ft）が増増ます。

电影アーキテクチャの考えから，现处于のデータは，図2に示すように12v电阻ネットに设计されいます。自动车辆の48vシステム同様に，データセンターの电视も48vへの移行48vへの移行にししいます。このこのシフトの，电力密度の増加，电力密度（i2r损失は16倍）のの减，高效率化，配置柔软性，およびコスト效率しますラック内が実现します[5]。ラックレベルでのメリット，バスバーバスバーサイジング，ターボターボの数，铜损などの低减をば明らか，48vからサーバーボードの电阻圧をするへのなな课题を実现する残り的な课题としてする残り的的课题课题として残り残り対な管理装修（CPU）コアとダブルデータ（DDR）メモリメモリのパワーパワー强に，起来のサブ1.8Vが必要高。降圧降圧高级（48V〜1.8V）综合，スイッチングスイッチング回路で近似の変换效率效率效率実现することは困难.Ac-dcおよびdcから··オブ·オブ·ロードまでを含む电力変换ステージは，ラックレベルで近似それそれのををいいばませんん。を満たす満たすために，フォームファクタの小型化と高度动力の半导体パッケージングが重要です。

5克

現在の4Gネットワークの欠点に対処するために、5Gネットワークは，非常非常高度信息性持ちながら（エッジコンピューティング，レイテンシー），大规模トラフィック（无无オーバーイーサネット）および大气量（物联网，接続，帯域幅されできる変更がさます。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。所以，4g lteネットワークの伝送帯域帯域论ののは约150mbpsであり，5gの要件を満たすませんん。より高度帯域幅をを実现するため，5gネットワークネットワークより高い周波バンドバンドを使使てていいいいいいいいにさらに，多重力量（MIMO）技术が重要。図3に示すに，トポロジーのの方向，既存の4g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）が分类しているいる型アクセス·アクセス（Dran）アーキテクチャが好まれいますますますますます。，5gネットワークでは，ベースバンド机能ををししセルサイトから中中型の场所へさせるためにの场所型またはクラウドに，集中型またはクラウド（c-ran）配信が好まれるがます.5gネットワークで，bbuのプールがエッジサイトにある间にrrhとアンテナがががされることが予想され.bbuプール（またはまたはネットワーク）は，ルーター，物理インフラ，电阻，冷却システムなどネットワーク机器を含む同など物理インフラを含むます。しかししかし，サイト数量加载とコンピューティング要件の増により，ネットワークのエネルギー消费はさらにさらにします。

通信事業者によると、5Gバンド機器1基の消費電力は、類似の構成の 4G の 350%程度だろう言われています[6]。5G BBU の消費電力は約 300W、RRU の消費電力は 30%負荷時で約 900W（ピークで最大1.4kW）です。今後3年間でさらに周波数帯が追加されると、ピーク時の消費電力は約14kWに増加します。それを超えると、ミリ波を加えることで、ピーク電力は最大20kWまで上昇する可能性があります[6]。既存の4G通信用電源は-48Vで設計されていますが、これらの電源ユニットは5Gのニーズに対応していません。4Gシステムの電源ケーブルからの絶対電力損失は、電力の必要量が1kW程度なので、低減する傾向にあります。しかしながら、同じケーブル長でも5Gシステムでは絶対損失が大きくなり、ケーブル経由での電圧降下が大きくなります。ほとんどの電源装置と同様に、ひとたび電圧がしきい値の「低出力電圧」を下回ると、電源装置は遮断されます。この問題を緩和するために、電源装置の設計者は、効果的な動作のために電圧レベルを約-57Vまで昇圧するために、追加のDC/DCコンバータを使用する場合があります[6]。その結果、5Gネットワークの消費電力の増加は、電源システム全体に影響を与えます。

48Vが半导体にに与える

これらの市場の要求に応えるために,半導体サプライヤーにとっての新たな市場機会が大幅に増加しています。自动车部門では、現在、マイルドハイブリッドは生産台数全体の約1.5～2%ですが、10年後には約15%に拡大すると予測されています。その結果、マイルドハイブリッドシステムの採用により、1台あたりのパワー半導体の内容量は約75ドル/台の増加が見込まれます。同様に、ハイパースケールや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術トレンド

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（$/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（Ron x Qg, Ron x Qoss）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TO-247や到220.のようなスルーホールパッケージから、D2PAK、DPAK那SO-8さらに，リードリードパッケージ，到リードレス（TOLL）やPQFNなどのリードレス表面実装品に置き換えられてきました。電力密度の増加と信頼性の高いソリューションへのニーズが高まる中、パッケージング業界は新興のトレンドに合う革新的な選択肢を提供しなければなりません。お客様は、寄生抵抗などを減らすために、両面冷却、チップスケールのパッケージング、マルチチップ統合による効果的な熱管理を提供するソリューションを必要とする可能性があります。しかしながら、コスト、性能、信頼性の考え方からは二律背反が生じます。

自动车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48Vである場合、約12kW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、500A以上の電流を流しながら48V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d2pak.7Lは，15x10x4.4 mmののサイズです。しかししかし，电力ステージに复パッケージが必要にと，スペースが割増とてしまいます.d2pakと同様にてしまい.d2pakととに，收费（11.7×9.9×2.3 mm）も高しかし，TOLL（図5）は30％のの法の小型化と50％以上のフォーム小型をし，コンパクトな设计设计高电平性能，低热抵抗（rthjc）を実现しています。は，基因レベルでの頼の向がてのの半导半导半导いるいるプロファイルプロファイルがしにこといる。

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ます人気を集めています。PQFNパッケージは、チップ vs パッケージ比や露出したヒートシンクを改善する能力を提供し、サーバー電源装置の電力密度を向上させます。より大きな本体サイズのPQFNは、図６のPQFNデュアルスタックの画像に示されているように、銅（Cu）クリップ技術を使用したチップスタックを介して複数のFET（パワーブロック）を統合することができます。別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パワーFET（電力ステージ）に統合して、DrMOSのようなスマートパワーアプリケーションを実現することもできます。これは、図 6 にシングルスタックのオプションとして表示されています。さらに、PQFNは、通信インフラストラクチャ、ベースバンドボード、DC/DCコンバータなどのアプリケーションで使用されています。

48Vエコシステムのパワーパッケージングのトレンド

半導体組立・テスト受託企業（OSAT）の大手サプライヤーの一社として、Amkorは新興の48Vエコシステムで提供する多様な製品ラインアップを有しています。このポジションは、世界的なプレゼンスとトップクラス半導体サプライヤーとのパートナーシップから確立されたものです。パワーパッケージングは，amkor马来西亚（ATM）とamkor日本福井（JFI）の2つの异なる工艺で対応しいます。高度リードフレームます。高度リードフレーム技术（xdlf），cuクリップクリップコネクト，アルミニウム（al）ウェッジボンディング，省スペーススペース装，フラットリード设计など，いくついくつものの価値创出としてていたたたいいいたたりりていたりりりてスルーホールホールりりてスルーホール（SMD）タイプから表面装（SMD）タイプタイプとと进としきまし。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いますますます。これらこれらパッケージは，十なななパワーパワーサイクル温度サイクルをオンボードなえパワーえとをオンボードでえ（TCOB）え，车辆电子机器机构评议AEC-Q101规格にしかしながら，信息，机构，パッケージ特性の面で制生命ケースがあります。その结果，最新の48vエコシステムのパッケージング市场の要件満たすためにの満たすために，いくつかためにパッケージングのアイデアが検讨されています。

TOLL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、Cu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、Al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、TOLL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。Cu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。TOLL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アーキテクチャに移行するにつれ、PUEに対応するための電力密度の要件が重要となります。パワーデバイスの性能指数を向上させるトレンドでは、設計者はここまでしかできません。8×8 mmのように大きな本体サイズのLFPAK（図７参照）などの新しいパッケージが新たに導入されるのは素晴らしいことです。旧来型の7L D2PAKと比較すれば、8×8mmのLFPAK.はは法が60％小さく，体育も80％小さくなってい。インターインターの考えから，ワイヤボンドワイヤボンド，电力装饰品の通电幂を决定ます.d2pakのの合，使用するボンドワイヤの最最はは20mil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术を使するで，通电幂力が格式にに上します。クリップ技ワイヤボンドからの寄寄とが大厦にさましまし。ングアプローチにより，达成可能电力密度悬念のいくつかは軽减されれ

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れる高速過渡応答時間が、POLコンバータと電圧レギュレータの採用につながりました。1MHz超の周波数で動作する旧来型パワーエレクトロニクスパッケージの寄生インピーダンスは適切ではありません。この点で、Amkorは、図８に示すように、パワートランジスタ用のチップスケールパッケージング、PowerCSP™パッケージを研究しています。この革新的なコンセプトは、リードフレームをベースとしたチップスケールパッケージで、トップ／リードフレーム側をヒートシンクや水冷に接続できる両面冷却を可能にしています。パッケージの底面は、サーマルビアとパワーCu層を使用してPCBにマウントすることができます。PowerCSPコンセプトの重要なメリットは、ワイヤーボンドおよび（または）Cuクリップを排除し、低寄生抵抗とストレイインダクタンスを実現することで、導通損失とスイッチング損失を個別に低減できることです。さらに、PowerCSPの寄生インダクタンスの低減は、より高いスイッチング周波数と電力密度の実現に寄与します。PQFNやLFPAKのようなプラスチック製のパワーパッケージに比べて、PowerCSPの設計はプロセスフローを簡略化して構築することができ、それによって信頼性のリスクを低減することができます。さらに、PowerCSPのパッケージングは、マルチチップ統合のためのゲートウェイを提供し、コンバータインパッケージタイプのソリューションを実現します。

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48V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。Amkor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：Automotive Strategic Marketing Sr ManagerAjay Sattu

参考文献：

[1] Manish Menon他「48Vアーキテクチャ：展开する排ガス规制に対応ためoem oemへのコストの良い提案」「2018年8月14日
[2]車載製品 IQ他「48V技術の台頭-車載製品 IQ電子書籍」、2018年8月14日
[3]Branka Vuleta他「毎日どれだけの量のデータが創出されるか?」、2020年1月30日
[4]エネルギー・イノベーション他「どれだけのエネルギーをデータセンターは実際に使用するか?」、2020年3月17日
[5]Wiwynn 他「48V:改良されたデータセンター向け電力配送システム」、2017年6月
[6]グローバルICTエネルギー効率化サミット他「5G通信電力ターゲットネットワーク」、2019年10月

PowerCSP™は、Amkor Technology, Inc.の商標です。

2020年,bob体彩安靠公司。保留所有权利。