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从工艺到系统:高温厚膜混合集成电源的技术演进与应用突破

发布时间:2026年05月12日 17:14:38 | 来源:小编

高温电源的可靠性本质上取决于两个层面:一是有源器件的温度极限,二是无源网络和互连结构在温度循环和机械振动下的长期稳定性。厚膜混合集成电路技术正是从第二个层面切入,通过将电阻、导体浆料高温烧结在陶瓷基片上,并用金丝键合或倒装焊集成裸芯片,形成一个准单片化的功能模块,从而在微观结构上消除了传统PCB的环氧树脂粘接层和焊点疲劳风险。

 

智腾微电子依托自有MCM混合集成电路封装测试产线,将厚膜工艺系统性地应用于高温电源产品,形成了覆盖DC-DC、AC-DC、线性电源等多品类的厚膜混合集成电源谱系。以LHP10系列为例,这是一款典型的全厚膜工艺DC-DC模块,支持24~72V输入,10W输出,外壳尺寸仅39.2mm×23mm×8.01mm,工作壳温可达200℃。其内部集成了PWM控制器裸芯片、功率MOSFET、变压器绕组以及厚膜电阻网络和滤波电容,所有元件在陶瓷基板上通过金导体和介质层实现多层互连,整体封装于金属壳体内并灌胶密封。

 

厚膜工艺带来的工程收益集中体现在三个维度。其一,高温下的机械完整性大幅提升。陶瓷基板的热膨胀系数与裸芯片接近,温度从室温到200℃循环时,界面剪切应力远低于FR4基板的焊点应力,这从根本上降低了焊点开裂和键合丝脱落的风险。其二,厚膜电阻的温漂系数可控制在±100ppm/℃以内,且可通过激光调阻实现高精度,这为电压基准、反馈网络和过流采样提供了稳定的无源元件基础。其三,厚膜工艺天然支持多层布线和三维堆叠,可在有限面积内实现更高密度的电路集成,这对于钻铤内极受约束的径向安装空间至关重要。

 

在选型层面,用户面对的是“封装工艺”与“产品规格”的交叉决策。如果应用场景的壳温峰值超过175℃,且对长期可靠性有极高要求(如无故障工作时间数千小时),则厚膜工艺产品相对同功率等级的高温PCB模块具有明显的工艺冗余优势。手册数据显示,LHP10在200℃壳温下可提供40%额定功率,使用寿命参考值在更高温度下仍可维持可观的时长。对于175℃级别的应用,LMP系列(如LMP10、LMP16)采用金属灌封但混合了部分厚膜工艺,同样具备良好的性价比和可靠性表现。

 

从产业趋势看,随着深层油气勘探向7000米乃至万米深度推进,井下电子设备面临的温度、压力和振动量级持续攀升,传统的硅基器件和有机基板封装已逼近极限。厚膜混合集成技术凭借其材料体系的内在耐高温优势和结构可靠性,已成为该领域的关键使能技术之一。智腾在该方向已积累260余种高温系列产品,从芯片设计到模块封装再到系统集成形成了闭环能力,这种垂直整合模式对保障供应链自主可控和产品技术迭代均有积极意义。

 

对于从事井下仪器研发的工程师而言,将高温厚膜电源纳入系统方案时,应关注以下几点:一是明确壳温而非环境温度,因为模块在封闭腔体内的实际温度可能高于周围流体温度;二是合理评估功率降额曲线,确保在最严酷工况下仍有足够的功率裕量;三是在多模块系统中注意输出隔离和防潜通路设计,厚膜模块的紧凑尺寸使得多路供电的集中布局成为可能,但需配合隔离二极管避免互扰。


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