Vicor全面提升Chip封裝技術(shù) 邁向電動(dòng)汽車、通信和計(jì)算以及工業(yè)三大領(lǐng)域發(fā)展

從HDBrick系列到如今的ChiP(Converter housed in Package)平臺(tái)功率器件模塊,Vicor一直在不斷創(chuàng)新，為電力系統(tǒng)工程師提供更高性能的解決方案。這些創(chuàng)新是對(duì)推進(jìn)四大基本技術(shù)支柱的堅(jiān)定關(guān)注的結(jié)果:電力輸送架構(gòu)、控制系統(tǒng)、拓?fù)浜痛虬?/p>

其中，第四大支柱——功率模塊封裝，自Vicor成立以來(lái)一直是他們的差異化產(chǎn)品。有幾個(gè)屬性可以實(shí)現(xiàn)高性能的功率模塊封裝，而Vicor在每一個(gè)屬性上都始終領(lǐng)先于行業(yè):

高功率和電流密度

熱熟練度

集成磁性

與大容量PCB組裝技術(shù)的兼容性

自動(dòng)化和可擴(kuò)展的大容量制造

高電流、高功率密度

Vicor電源模塊封裝開(kāi)發(fā)的每一環(huán)節(jié)都利用了新材料、有源和無(wú)源元件，最顯著的是基于更高開(kāi)關(guān)頻率的磁結(jié)構(gòu)改進(jìn)。更高的頻率是通過(guò)集成在Vicor專有控制ASIC中的拓?fù)浜涂刂葡到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)的。最近發(fā)布的第四代使功率密度和電流密度分別達(dá)到10kW/in3和2A/mm2，這是一個(gè)全新的交流和直流高功率前端變換器和點(diǎn)負(fù)載(PoL)電流倍增器系列。這些新一代模塊化電源解決方案正在正在改變電力傳輸網(wǎng)絡(luò)(PDNs)的架構(gòu)和設(shè)計(jì)方式。

Thermally?adept（熱內(nèi)能）封裝

放置元件的電源模塊內(nèi)的多層電路板設(shè)計(jì)復(fù)雜。它們需要特殊材料來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳的熱傳導(dǎo)，并在緊湊的空間中控制高電流和高電壓的流動(dòng)，同時(shí)將功率損耗降至最低。電路板在平面磁體的組裝中也起著關(guān)鍵作用，這可能是主要的功率損失來(lái)源。

多年來(lái)，在電源模塊開(kāi)發(fā)領(lǐng)域發(fā)生了重大的創(chuàng)新。2015年，Vicor推出了一種全新的Chip?封裝，該封裝通過(guò)完全雙面元件放置提高了功率密度。它從芯片的兩側(cè)提供熱量提取，最大限度地提高性能和額定功率。兩年后，鍍銅芯片的引入進(jìn)一步提升了Chip封裝，通過(guò)一種繞銅外殼的方式大大簡(jiǎn)化了散熱管理。

至此，ChiP 封裝式轉(zhuǎn)換器平臺(tái)受到多方好評(píng)。Vicor的ChiP平臺(tái)是新一代可擴(kuò)容的電源模塊，并且是業(yè)內(nèi)的新典范。憑借在高密度互連（HDI）襯底，集成先進(jìn)的磁性結(jié)構(gòu)、功率半導(dǎo)體器件和控制ASIC，ChiP具備卓越的熱管理能力，支持前所未有的功率密度?？蛻裟軌蚩焖俚貙?shí)現(xiàn)低成本的電源系統(tǒng)解決方案，以及以前所無(wú)法實(shí)現(xiàn)的系統(tǒng)尺寸，重量和效率。這些ChiP元件，體現(xiàn)了模塊化電源系統(tǒng)設(shè)計(jì)方法，設(shè)計(jì)人員利用ChiP作為基本構(gòu)件，設(shè)計(jì)一個(gè)高效能，符合成本效益的交流或直流源電源系統(tǒng)。

此外，高電壓高功率變換器利用熱內(nèi)能ChiP封裝，利用機(jī)箱安裝和通孔板安裝封裝選項(xiàng)，實(shí)現(xiàn)高達(dá)50kW的800V到400V雙向轉(zhuǎn)換，效率高達(dá)98.8%。

集成磁學(xué)

材料科學(xué)在提高功率封裝性能方面發(fā)揮著重要作用，特別是在多MHz水平下切換時(shí)。在電源模塊中的幾個(gè)磁性元件中，有一些與主電源開(kāi)關(guān)的柵驅(qū)動(dòng)電路有關(guān)，它們是非常小、低功率的組件。柵驅(qū)動(dòng)變壓器在減少柵驅(qū)動(dòng)損耗方面發(fā)揮著重要作用，并經(jīng)過(guò)多年的優(yōu)化和循環(huán)學(xué)習(xí)。

變頻器或調(diào)節(jié)器的主儲(chǔ)能芯在整體的模態(tài)性能中起著關(guān)鍵作用，它可能是功率損失的主要來(lái)源之一。對(duì)于更高的開(kāi)關(guān)頻率、更高的功率電平和更低的輸出電阻，Vicor不斷優(yōu)化繞組和PCB材料，以減小功率損耗并提高效率。

通過(guò)將儲(chǔ)能電感或變壓器集成到電源模塊中，并將其性能最大化，電力設(shè)計(jì)人員就不必再進(jìn)行通常困難且耗時(shí)的優(yōu)化電力轉(zhuǎn)換磁體的過(guò)程，從而可以減少整個(gè)電力系統(tǒng)的占用。Vicor電源模塊系列中，所有這些關(guān)鍵設(shè)計(jì)元素都被囊括其中的是當(dāng)前倍增器(current multiplier)中，它目前為一些最先進(jìn)的GPU和AI處理器提供高性能計(jì)算應(yīng)用。Vicor VTM、MCM和GCM能夠輸出超過(guò)1000安培的電流，同時(shí)可以直接將48V轉(zhuǎn)換為sub - 1V電平。這些裝置中的集成平面磁體經(jīng)過(guò)20年的優(yōu)化，電流倍增器現(xiàn)在達(dá)到了2A/mm2的電流密度水平，并計(jì)劃在不久的將來(lái)進(jìn)一步改進(jìn)。

與高容量PCB組裝技術(shù)的兼容性

表面貼裝回流焊是世界上所有高產(chǎn)量合同制造商(CM)普遍使用的焊接方法。Vicor全新SM芯片是一種鍍覆模壓封裝，用于印刷電路板的表面安裝附件，并與CM制造技術(shù)和設(shè)備兼容。封裝的電性和熱性通過(guò)焊接連接到模塊周邊的鍍層鑄件端子和主封裝的連續(xù)鍍層表面形成。SM芯片與錫鉛和無(wú)鉛釬料合金以及水溶性和不清潔的助焊劑化學(xué)品兼容;它們也可以被放置在PCB上。該封裝還被設(shè)計(jì)為能夠承受多面PCB組件的多次回流。Vicor還提供了詳細(xì)的SM - ChiP?回流焊建議，以確保成功實(shí)施。

大批量自動(dòng)化電源模塊制造

最初的Vicor VI Chip?封裝也是一種模壓封裝，但使用單個(gè)腔結(jié)構(gòu)制造。相比之下，Chip?是由標(biāo)準(zhǔn)尺寸的面板制作和切割而成，并充分利用了模塊內(nèi)部PCB的兩面，用于有源和無(wú)源組件。

封裝的熱管理需要雙面冷卻，以最大限度地提高性能和功率密度。從面板上制造和切割芯片的方式與從硅片上制造和切割芯片的方式非常相似，但無(wú)論模塊的功率水平、電流水平或電壓水平如何，芯片都是從相同尺寸的面板上切割出來(lái)的，這使得制造操作更加流暢、高效、可擴(kuò)展。

結(jié)論

Vicor將繼續(xù)走在提供模塊化高性能電力輸送網(wǎng)絡(luò)(PDN)的前沿的道路上，持續(xù)推進(jìn)電力輸送架構(gòu)、控制系統(tǒng)、拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和封裝這四大技術(shù)支柱。在高性能計(jì)算、電動(dòng)化車輛、衛(wèi)星通信和工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，每個(gè)支柱對(duì)于實(shí)現(xiàn)客戶對(duì)先進(jìn)系統(tǒng)開(kāi)發(fā)的性能要求都至關(guān)重要。然而，電源模塊封裝是所有創(chuàng)新元素匯聚的地方，材料科學(xué)和大量的獨(dú)創(chuàng)性技術(shù)，使得密度和效率等關(guān)鍵性能指標(biāo)得以實(shí)現(xiàn)。

Vicor以前的重點(diǎn)市場(chǎng)在軍工領(lǐng)域，現(xiàn)在Vicor正在向電動(dòng)汽車/混合動(dòng)力汽車（新能源汽車）、通信和計(jì)算以及工業(yè)（高鐵、測(cè)試與測(cè)量等）三大領(lǐng)域發(fā)展。這一戰(zhàn)略轉(zhuǎn)變加上Vicor一直來(lái)的技術(shù)優(yōu)勢(shì)，將為Vicor帶來(lái)更廣闊的發(fā)展空間。
比阿尼基：hfy