电源模块封装是一个独特的差异化因素，系统的供电网络或 PDN 由无源和有源组件组成，例如电缆、连接器、AC-DC 和 DC-DC 转换器和稳压器。随着功率水平的提高，以实现机械和液压系统的新功能和电气化，PDN 性能变得越来越重要，在某些情况下，由于 PDN 占用空间、重量和功率损耗，限制了终端系统的功能。

动力创新的四大支柱：

00001. 供电架构

00002. 电源转换拓扑

00003. 控制系统

00004. 功率模块封装

每个级别都有多个维度，每个维度都依赖于其他维度。四个层次的电源创新共同提升了电源模块的性能。架构 PDN 是任何电源系统工程师的第一步，出色的架构最终可以定义整体性能。架构开发涉及提出对优化性能至关重要的问题：何时转换、调节和隔离？PDN 内将使用和分配哪些电压？

答案会根据需要而有所不同，但解决方案的模块化元件是相同的，利用高频开关（电源转换）拓扑可以减小无源和磁性元件值，从而减小其尺寸，而零电压和零电流开关等创新控制系统可以显着降低功率损耗。

用于电路板、磁性元件、半导体和无源器件的先进材料可降低功率损耗和元件尺寸。

然而，如果不是因为功率模块封装的不断创新，所有这些都不会产生什么影响，最终定义了功率和电流密度。

模块化砖 DC-DC 转换器组件（因其外形尺寸而得名）推出，具有创新属性：

· 支持分布式电源架构

· 高效准谐振正激变换器拓扑

· 具有零电流开关 （ZCS） 的调频 （FM） 控制系统，可降低功率损耗

开关频率高达 1MHz 时，无源元件和磁性元件的物理尺寸显著减小，功率损耗的降低使功率模块具有突破性的功率密度，从而改变了电源行业。从砖块到VIChip和ChiP包装的转弯

与砖块相比，显著提高了功率密度，并改进了电源系统行业的电源组件设计方法：

00001. 分比式电源架构 （FPA?）

00002. 一种称为正弦振幅转换器 （SAC?） 的新型高频拓扑

00003. 零电压开关 （ZVS） 和零电流开关 （ZVC）

00004. 新型包装材料

新架构与更高频率的开关拓扑和控制系统 ZVS 和 ZCS 改进相结合，再次降低了功率损耗，并实现了更高水平的功率模块集成，从而推动了新封装 VI 芯片的开发。该封装是一个完全包覆成型的PCB组件，使用热效率高的模塑料，其中包含与主要供应商结合使用的专用材料。该模块在单独的模腔中制造，并包含J引线引脚，用于在客户的主板上进行表面安装。由此产生的新电源模块系列在为 IBM 为其超级计算机开发的低于 1V 的高电流处理器供电方面提供了突破性的性能。2015年，控制系统、拓扑、组件和材料的进一步改进使VIChip?封装得以重新设计，以利用进一步降低功率损耗、更高频率的控制系统和拓扑结构，从而提高功率和电流密度。新封装被称为 ChiP?（封装中的转换器），其构造和制造方法。新的ChiP封装的特点是其双面组件组装，同时从固定尺寸的面板切割而成，类似于硅芯片的制造和晶圆切割的方式。关键功率模块封装属性

· 电源模块封装最能体现公司的专业知识。有五个属性使转换器或稳压器模块封装真正达到世界级水平，从而实现高性能供电：高功率和电流密度

· 热熟练度

· 集成磁性元件

· 与大批量 PCB 组装技术的兼容性

· 使用大批量自动化制造技术进行模块生产

功率模块封装开发的每一步都利用了新材料、有源和无源元件，最值得注意的是，基于更高开关频率的磁性结构改进。

第四代ASIC实现了10kW / in的功率密度和电流密度3和 2A/毫米2分别实现了全新的交流和直流高功率前端转换器和负载点 （PoL） 电流倍增器系列。这些最新一代的模块化电源解决方案正在改变数据中心和汽车应用中 PDN 的架构和设计方式。

电源模块内的多层电路板设计复杂。它们需要特殊材料来实现最佳的热传导，并在最小的空间内管理高电流和高电压，同时最大限度地减少功率损耗。

双面元件布局可实现从两侧散热，以最大限度地提高性能和额定功率。镀铜 ChiP 进一步改进了 ChiP 封装，通过环绕式铜护套显著简化了热管理。

材料科学在提高功率封装性能方面发挥着重要作用，尤其是在多MHz电平开关时。

主储能核心在整体模块性能中起着关键作用，可能是电源系统设计中功率损耗的主要来源之一。磁芯、其绕组和 PCB 材料成分不断优化，以实现更高的开关频率、更高的功率水平和更低的输出电阻 （R外），以减少功率损耗，因为单个模块的电流水平上升到数百安培。通过将储能电感器或变压器集成到功率模块中并最大限度地提高其性能，电源系统设计人员可以摆脱优化外部电感器通常困难且耗时的过程，还可以减少整体电源系统占用空间。

一个捕获所有这些关键设计元素的电源模块系列是电流倍增器，它现在为高性能计算应用中使用的一些最先进的人工智能 （AI） 处理器提供动力。这些器件中的集成平面磁性元件已经过 12 年的优化，现在实现了 2A/mm 的电流密度水平，并计划进一步改进。

与大批量 PCB 组装技术的兼容性

全球所有大批量合同制造商 （CM） 都使用表面贴装回流焊。新型 SM-ChiP? 是一种电镀、包覆成型封装，用于表面贴装连接到印刷电路板，并与 CM 制造技术和设备兼容。封装的电气和热连接是通过沿模块周边和主封装主体的连续电镀表面与电镀卡斯配电器端子特征的焊接连接形成的。

使用大批量自动化制造技术进行模块生产

ChiP 由标准尺寸面板制成和切割而成，充分利用模块内部 PCB 的两侧用于有源和无源元件。从面板上制造和切割ChiP与硅芯片的制造和晶圆切割方式非常相似，从而实现了简化，大批量和高度可扩展的制造操作。

三维 ChiP 使能 AI 和高性能计算

ChiP封装的最新创新正在实现几个新的高增长应用。其中最苛刻的是先进的人工智能，其中处理器电流水平已升至 1000 安培以上。在这些应用中，PCB铜质电源层中的配电损耗已成为一个主要的损耗项，并限制了性能。

为了满足这些苛刻应用的要求，电源模块最小化阻抗的最佳位置是处理器正下方，并且电源模块的输出电源引脚与上述处理器的电源引脚阵列完全匹配。不幸的是，这也是储能所需的大量旁路电容器的最佳位置，以满足瞬时处理器功率需求，从而造成电路板布局冲突。

用于垂直供电的 ChiP 堆叠

多层堆叠技术已经解决了垂直供电 （VPD） 的挑战。新的VPD功率模块由电流倍增器层和“齿轮箱”层组成，该层固定旁路电容器并改变电流倍增器的间距以匹配上述AI处理器电源引脚图的间距和布局。这种新的多层封装技术使 AI 处理器电源系统设计人员能够以最佳方式提供电源，并为高性能计算 （HPC） 应用提供处理器的最大性能。

结论ChiP封装方法侧重于构成模块的每个组件和元件的小型化。