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從HD Brick系列到如今的ChiP(Converter housed in Package)平臺功率器件模組, Vicor一直在不斷創新,為電力系統工程師提供更高效能的解決方案。這些創新是對推進四大基本技術支柱的堅定關注的結果:電力輸送架構、控制系統、拓撲和打包。

其中,第四大支柱——功率模組封裝,自Vicor成立以來一直是他們的差異化產品。有幾個屬性可以實現高效能的功率模組封裝,而Vicor在每一個屬性上都始終領先於行業:

高功率和電流密度

熱熟練度

整合磁性

與大容量PCB組裝技術的相容性

自動化和可擴充套件的大容量製造

高電流、高功率密度

Vicor電源模組封裝開發的每一環節都利用了新材料、有源和無源元件,最顯著的是基於更高開關頻率的磁結構改進。更高的頻率是透過整合在Vicor專有控制ASIC中的拓撲和控制系統實現的。最近釋出的第四代使功率密度和電流密度分別達到10kW/in3和2A/mm2,這是一個全新的交流和直流高功率前端變換器和點負載(PoL)電流倍增器系列。這些新一代模組化電源解決方案正在正在改變電力傳輸網路(PDNs)的架構和設計方式。

Thermally‑adept(熱內能)封裝

多年來,在電源模組開發領域發生了重大的創新。2015年,Vicor推出了一種全新的Chip™封裝,該封裝透過完全雙面元件放置提高了功率密度。它從晶片的兩側提供熱量提取,最大限度地提高效能和額定功率。兩年後,鍍銅晶片的引入進一步提升了Chip封裝,透過一種繞銅外殼的方式大大簡化了散熱管理。

至此,ChiP 封裝式轉換器平臺受到多方好評。Vicor的ChiP平臺是新一代可擴容的電源模組,並且是業內的新典範。憑藉在高密度互連(HDI)襯底,整合先進的磁性結構、功率半導體器件和控制ASIC,ChiP具備卓越的熱管理能力,支援前所未有的功率密度。客戶能夠快速地實現低成本的電源系統解決方案,以及以前所無法實現的系統尺寸,重量和效率。這些ChiP元件,體現了模組化電源系統設計方法,設計人員利用ChiP作為基本構件,設計一個高效能,符合成本效益的交流或直流源電源系統。

此外,高電壓高功率變換器利用熱內能ChiP封裝,利用機箱安裝和通孔板安裝封裝選項,實現高達50kW的800V到400V雙向轉換,效率高達98.8%。

整合磁學

材料科學在提高功率封裝效能方面發揮著重要作用,特別是在多MHz水平下切換時。在電源模組中的幾個磁性元件中,有一些與主電源開關的柵驅動電路有關,它們是非常小、低功率的元件。柵驅動變壓器在減少柵驅動損耗方面發揮著重要作用,並經過多年的最佳化和迴圈學習。

透過將儲能電感或變壓器整合到電源模組中,並將其效能最大化,電力設計人員就不必再進行通常困難且耗時的最佳化電力轉換磁體的過程,從而可以減少整個電力系統的佔用。Vicor電源模組系列中,所有這些關鍵設計元素都被囊括其中的是當前倍增器(current multiplier)中,它目前為一些最先進的GPU和AI處理器提供高效能計算應用。Vicor VTM、MCM和GCM能夠輸出超過1000安培的電流,同時可以直接將48V轉換為sub - 1V電平。這些裝置中的整合平面磁體經過20年的最佳化,電流倍增器現在達到了2A/mm2的電流密度水平,並計劃在不久的將來進一步改進。

與高容量PCB組裝技術的相容性

表面貼裝回流焊是世界上所有高產量合同製造商(CM)普遍使用的焊接方法。Vicor 全新SM晶片是一種鍍覆模壓封裝,用於印刷電路板的表面安裝附件,並與CM製造技術和裝置相容。封裝的電性和熱性透過焊接連線到模組周邊的鍍層鑄件端子和主封裝的連續鍍層表面形成。SM晶片與錫鉛和無鉛釺料合金以及水溶性和不清潔的助焊劑化學品相容;它們也可以被放置在PCB上。該封裝還被設計為能夠承受多面PCB元件的多次迴流。Vicor還提供了詳細的SM - ChiP™迴流焊建議,以確保成功實施。

大批次自動化電源模組製造

最初的Vicor VI Chip®封裝也是一種模壓封裝,但使用單個腔結構製造。相比之下,Chip ™是由標準尺寸的面板製作和切割而成,並充分利用了模組內部PCB的兩面,用於有源和無源元件。

封裝的熱管理需要雙面冷卻,以最大限度地提高效能和功率密度。從面板上製造和切割晶片的方式與從矽片上製造和切割晶片的方式非常相似,但無論模組的功率水平、電流水平或電壓水平如何,晶片都是從相同尺寸的面板上切割出來的,這使得製造操作更加流暢、高效、可擴充套件。

結論

Vicor將繼續走在提供模組化高效能電力輸送網路(PDN)的前沿的道路上,持續推進電力輸送架構、控制系統、拓撲結構和封裝這四大技術支柱。在高效能計算、電動化車輛、衛星通訊和工業應用領域,每個支柱對於實現客戶對先進系統開發的效能要求都至關重要。然而,電源模組封裝是所有創新元素匯聚的地方,材料科學和大量的獨創性技術,使得密度和效率等關鍵效能指標得以實現。

Vicor以前的重點市場在軍工領域,現在Vicor正在向電動汽車/混合動力汽車(新能源汽車)、通訊和計算以及工業(高鐵、測試與測量等)三大領域發展。這一戰略轉變加上Vicor一直來的技術優勢,將為Vicor帶來更廣闊的發展空間。

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