MagPack: la nuova tecnologia di packaging magnetico che rivoluziona i moduli di alimentazione per il futuro dell’elettronica

Un team internazionale di ingegneri di TI ha superato numerose sfide per sviluppare la nuova tecnologia di packaging MagPack™ per i moduli di alimentazione, un’innovazione che contribuirà a far progredire il futuro della progettazione dell’alimentazione.

 

Kenji Kawano è un maratoneta esperto e conosce bene il valore della pazienza e della perseveranza quando si punta a un traguardo lontano. Lo sviluppo di una nuova tecnologia è paragonabile a una maratona, con progressi graduali, inevitabili battute d’arresto e successi conquistati con fatica. Kenji, senior manager giapponese della divisione Power dei Kilby Labs, il nostro laboratorio di ricerca applicata dedicato all’innovazione e all’avanguardia, aveva già affrontato molte volte sfide come questa.

Kenji Kawano

 

Kenji e un team internazionale di progettisti, ricercatori e produttori presso la nostra azienda hanno investito parecchio tempo e lavoro nella progettazione di una tecnologia in grado di migliorare i moduli di alimentazione, vale a dire i componenti plug-and-play fondamentali nella progettazione elettronica.

MagPack è la nuova tecnologia proprietaria integrata di packaging magnetico per moduli di alimentazione che fornisce livelli di prestazioni finora irraggiungibili per i progettisti di applicazioni industriali, aziendali e di comunicazione.

«Questa tecnologia offre maggiore densità di potenza, maggiore efficienza e costi di sistema più bassi», ha dichiarato Kenji.

La necessità di maggiore efficienza

I moduli di alimentazione sono onnipresenti nelle tecnologie moderne. Grazie alla capacità di integrare più componenti elettronici in un unico package, aiutano i progettisti a ridurre i tempi di progettazione. Man mano che il mondo consuma più energia e le applicazioni diventano sempre più piccole, aumenta la necessità di ridurre le dimensioni dei moduli di alimentazione e incrementarne l’efficienza in modo da poterli integrare in dispositivi di piccole dimensioni come le penne digitali.

Anton Winkler, un ingegnere di sistemi e tecnico dei moduli presso la nostra azienda e di base in Germania, si stava già occupando di come migliorare le prestazioni dei moduli di alimentazione. Il suo lavoro in questo campo ha portato infine a una collaborazione a lungo termine con Kenji.

«Sapevo che anche Kenji stava lavorando su questo», ha spiegato Anton. «Quindi abbiamo avviato una collaborazione tra più team per lo sviluppo di questa tecnologia».

 

Principi di progettazione semplici, ma complessi da realizzare

Nella progettazione dei sistemi di alimentazione, le dimensioni sono importanti. Ai progettisti viene chiesto di aggiungere più potenza in spazi più piccoli, un compito per niente facile quando i componenti sono strettamente integrati tra loro e devono gestire tensioni diverse senza il rischio di cortocircuiti.

«Un carico deve ricevere la giusta quantità di energia, altrimenti non funziona correttamente o viene distrutto» spiega Kenji.

In genere, i moduli di alimentazione contengono semiconduttori collegati a un substrato e un induttore separato che immagazzina l’energia in un campo magnetico e aiuta a regolare il flusso di elettricità. Gli induttori possono rappresentare un collo di bottiglia in termini di efficienza e occupano molto spazio sulla scheda. La scelta del giusto induttore è un processo che può richiedere anche molto tempo ai progettisti.

Conoscendo questo dilemma, il team ha combinato l’induttore con il circuito integrato per risparmiare spazio e aumentare la densità di potenza. Il principio di progettazione era semplice, ma la sua realizzazione è stata una sfida. Il team ha utilizzato un approccio basato su reti neurali per ottimizzare l’induttore secondo le specifiche richieste. Il processo di stampaggio 3D del package ha permesso al team di sfruttare al massimo l’altezza, il peso e la profondità del package MagPack, che include l’induttore di potenza ottimizzato con un materiale proprietario di nuova progettazione.

«Sono stati necessari processi meccanici, elettrici e chimici. È stata una vera e propria impresa multidisciplinare», ha spiegato Anton.

I nuovi moduli di alimentazione offrono ai progettisti diverse opzioni per quanto riguarda le dimensioni e le prestazioni. Consentono agli ingegneri di dimezzare le dimensioni e raddoppiare la densità di potenza di una soluzione di alimentazione. Ad esempio, i progettisti di moduli ottici possono utilizzare un modulo di alimentazione con tecnologia MagPack per raddoppiare la densità di potenza mantenendo invariato il fattore di forma esistente. Questo aspetto è particolarmente importante in applicazioni come i data center, che consumano un’enorme quantità di energia.

La tecnologia consente inoltre di ridurre al minimo le perdite di sistema, abbassare la temperatura del modulo e attenuare le interferenze elettromagnetiche. In definitiva, l’impegno e la collaborazione dedicati allo sviluppo di questa tecnologia consentiranno ai progettisti di risparmiare fino al 45% del tempo nella progettazione dei moduli di alimentazione.

Una sfida allo status quo

Una volta terminati i prototipi è arrivato il momento di produrre i moduli di alimentazione su scala industriale. Il nostro team addetto al packaging ha gestito l’intero processo di produzione, procurando i materiali necessari e preparando nuovi strumenti per la produzione dei componenti. «È stata un’esperienza entusiasmante ma anche molto impegnativa», ha dichiarato John Carlo Molina, ingegnere responsabile del packaging che ha guidato i lavori di produzione nelle Filippine.

«Stavamo realizzando qualcosa di innovativo, che superava i limiti esistenti e introduceva nuove configurazioni di package», ha affermato John Carlo. «Ma sapevamo anche che il successo non sarebbe stato misurato solo per la sua originalità. Fin dal primo giorno, il nostro obiettivo è stato quello di sviluppare un prodotto affidabile e di alta qualità utilizzando un processo idoneo per la produzione su larga scala. Riuscire a spedire i primi campioni per i test è stato un grande sollievo e anche una forte motivazione per le fasi successive».

Sebbene si tratti di una nuova tecnologia, gli sviluppatori prevedono una sua implementazione in piccole e grandi applicazioni come il monitoraggio e la diagnostica dei pazienti, la strumentazione, il settore aerospaziale e della difesa, e i data center.

«Il mio obiettivo personale è continuare a espandersi in nuovi mercati e, infine, riuscire a soddisfare gli standard industriali necessari affinché diventi una tecnologia qualificata per il settore automotive» ha spiegato Anton.

Mentre la domanda di potenza aumenta esponenzialmente in tutti i settori e in tutte le applicazioni, la nuova tecnologia di packaging magnetico integrata MagPack contribuirà a ridefinire il futuro della progettazione dei sistemi di alimentazione, consentendo agli ingegneri di concentrare una maggiore potenza in spazi sempre più ridotti.

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