电源设计挑战多，搞定大电流可以解烦忧-原理图|技术方案

开场白的时候，提到了电源设计最重要的因素是电流，电流大小决定了电源设计的难度。那么电源的电流是这几年才开始变大的吗？早些年没有大电流的电源设计吗？答案当然是否定的！那么这些年电源设计的大电流和之前有什么区别呢？

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我的总结是：一个是高压大电流，一个是低压大电流。

 

高压大电流电源的设计难点                                                                                                           

时间退回十年或者二十年之前，那个时代不是没有大电流的电源设计，而是绝大多数大电流的单板，都是电源板或者背板。普通的功能板或者板卡类单板，由于芯片工作的IO电压大多是3.3V，5V，电流通常也不会太大，大多在10A以下，常见的就是几安培。而电源板或者背板，电流大的同时，电压也比较高，12V，36V，48V以上。所以我总结为高压大电流的设计挑战。

 

应对高压，我们要关注安规，注意各种安全距离，包括空气间隙，爬电距离等。关心阻燃，绝缘等安全相关的设计要求。这是另外一个很大的范畴，在这里就不一一赘述了，大家关心的可以找相关资料看看，一博科技也有相关的专家负责安规的设计。

 

 

这类［size=1em］PCB设计，也会有大电流，几十安培或者上百安培。但是这种板子有另外一个特点，就是上面基本不会出现功能电路，也就是说你的CPU，DDR颗粒，大规模的FPGA等，这些电路你不会放在电源板上去实现。电源板就是电源板，上面都是实现电源功能的元件，大的电感，电容，电阻，二极管……一个字总结，就是元件都很“大”。

 

这类设计应对大电流的设计挑战，解决方法也是简单粗暴的。尽量粗的走线，尽量宽的铜箔，如果还不能满足，那就厚铜，2oz不行就4oz，再不行就6oz，10oz，甚至12oz。我们在各研讨会都有展示的一款厚铜板，就是12oz的铜箔厚度设计。小小一块板子，显得非常厚重，我们的工艺专家东哥的介绍就是：居家旅行，防身必备 ^-^

 

而传统的设计规则应对这类电源板的大电流，也是简单粗暴的过设计。所以大家心目中的载流答案经常是非常保守的，比如1安培电流，大约需要40mil的线宽；而一个10~12mil的过孔，只能承载0.5安培的电流，我甚至听到有人回答说12mil的过孔承载0.2安培电流。我当时就在想，如果你的设计是20安培电流，那你需要打多少过孔呢？

 

所以我们来到电源设计的另一个挑战……

 

低压大电流电源的设计难点                                                                                                               

其实高压低压，并不是这两类问题的主要分界点。我真正想说的主要区别是，现在传统的功能电路，也就是我们设计的CPU，DSP，大规模的FPGA，Core电流经常就有几十安培，IO电源的电流也变得越来越大。电源设计的趋势如下图所示：

 

 

这时候的大电流，已经不可能使用厚铜板了，因为毕竟板上还有大量的信号线，线宽只有几mil。而铜皮的面积，有时候限于“层”资源以及大量的密集过孔，有限的铜皮面积也很难无限加大。

 

如下图的设计，密集的过孔，有限的板子面积以及层数，我们如何应对大电流设计的挑战呢？我们如何计算必须的载流通道（包括铜皮宽度及过孔数量）呢？

 

 

而低电压，也会带来另外设计难点。如上一篇文章说的，电流越大，一般来说对应的△I也就可能越大，一定的电感下，感应出的△V也就越大。而较低的电压，本身设计的裕量就小，设计的难度就变得更大。

 

如下图所示，DC和AC的问题，一起构成了电源设计的问题。

 

 

一个电源，要满足5%的设计裕量，是必须AC和DC一起考虑的。

 

 

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据最新报告1Q17 Micro LED次世代显示技术市场会员报告显示，Micro LED关键技术发展方向涵盖四大面向，包含磊晶与芯片技术、转移技术、键结技术（Bonding）、彩色化方案等。

 

转移技术                                                                                                                                          

以物理性的抓取为例，LuxVue采取透过静电力吸附微小组件的方式。而化学性的抓取以X－Celeprint为代表，利用ElaSTomer Stamp为介质，并且利用凡德瓦力来做抓取。除此之外，还有许多厂商各自开发许多种抓取方式。

 

薄膜转移的另一项核心技术在于如何去选择想要抓取的微米等级的薄膜磊晶，例如多数采用抓取力量的大小来控制想要选取的目标，例如前述提到的透过静电力，或是凡德瓦力，并针对想要特定抓取的目标施予不同程度的能量来做选择。除此之外，SONY也利用雷射烧灼的方式，来选取特定的目标目标。

 

最后，一般用于封装前将LED芯片内部电路用金线与基板做连接与电路导通。但是由于Micro LED的芯片过于微小，已经没有办法用一般的金属打线方式来与基板结合，因此需要用其他的方式来与基板做集合。因此未来的技术发展重点在于拿何种材料来进行接合与转移。

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