APEC 2025最具顛覆性的技術(shù)

APEC2025上最有趣和最出乎意料的兩個(gè)發(fā)現來(lái)自 Ferric 和 Menlo Microsystems，這兩家相對較小的公司，他們的技術(shù)可能會(huì )對未來(lái)的電源設計產(chǎn)生巨大影響。

一個(gè)小小的開(kāi)關(guān)可能會(huì )引發(fā)大的變化

Menlo Microsystems 基于 MEMS 的開(kāi)關(guān)結構看似簡(jiǎn)單，與當今基于半導體的傳統機械開(kāi)關(guān)解決方案相比，具有許多優(yōu)勢。Menlo 的“Ideal Switch”結構是通過(guò)使用（大部分）標準 MEMS 工藝在玻璃基板上沉積靜電激活光束來(lái)制造大型陣列的（圖 1，頂部）。由此產(chǎn)生的設備具有低電阻、耐腐蝕的接觸表面。

圖1 . Menlo Microsystems 基于 MEMS 的“理想開(kāi)關(guān)”結構是通過(guò)在玻璃基板上沉積靜電激活光束（頂部）來(lái)制造大型陣列的。Menlo's 可以構建其堅固耐用、低電阻的微型繼電器的大型陣列，以支持電源和射頻開(kāi)關(guān)應用（下圖）。

該工藝可用于制造具有非常高電流密度和低寄生效應的堅固開(kāi)關(guān)陣列。它使它們能夠支持從 DC 到數十 GHz 的大功率開(kāi)關(guān)應用（圖 1，下圖）。

除了使用壽命長(cháng)和能夠支持微秒級的開(kāi)關(guān)速度外，這些獨特的開(kāi)關(guān)還顯示出其他幾個(gè)令人驚訝的特性。也許該開(kāi)關(guān)最重要（也是違反直覺(jué)）的方面是，它們開(kāi)路觸點(diǎn)之間的微小間隙非常小，以至于它不支持處理傳統開(kāi)關(guān)遇到的電離相關(guān)現象引起的電弧所需的條件。

Menlo Micro 電源設計高級總監 Chris Umminger 解釋說(shuō)，由于帕申定律，擊穿電壓在非常小的間隙和低氣體壓力下會(huì )增加，因為間隙變得太小，離子的平均自由程無(wú)法維持雪崩電離。

Menlo Micro 的技術(shù)是通過(guò)對幾種獨特的制造技術(shù)進(jìn)行十年或更長(cháng)時(shí)間的研究而實(shí)現的。為了有效地連接其堅固的微型繼電器，他們開(kāi)發(fā)了一種工藝，可以在玻璃基板上精確形成微孔，這些孔可以變成高導電性電鍍通孔（圖 2）。

圖2. Menlo 的微繼電器陣列使用傳統的光刻成型 2D 互連和高導電電鍍通孔的組合進(jìn)行連接。

與康寧玻璃的研發(fā)部門(mén)共同開(kāi)發(fā)，低電阻、低寄生通孔是關(guān)鍵突破之一，使得使用相同的技術(shù)構建用于電源開(kāi)關(guān)、電源管理和射頻應用的極其緊湊的高功率開(kāi)關(guān)設備成為可能（請參閱下面的視頻）。您可以下載一份白皮書(shū)，其中詳細介紹了 Menlo Micro 的 MEMS 電源開(kāi)關(guān)背后的技術(shù)。

微型電感器帶來(lái)強大的創(chuàng )新

Ferric 是我在 APEC 發(fā)現的另一個(gè)相對較小的公司的例子，它很有可能用一種非左翼技術(shù)顛覆一個(gè)既定的行業(yè)領(lǐng)域。它能夠在器件封裝內制造高質(zhì)量的單片功率電感器，以創(chuàng )建芯片級模塊，從而消除與外部元件相關(guān)的空間和寄生效應（圖 3）。

圖3. Ferric 能夠在其器件封裝中集成薄膜磁功率電感器，這使他們能夠制造緊湊的芯片級功率轉換器，集成接口、遙測、反饋控制和動(dòng)力總成電路。

Ferric 瞄準的第一個(gè)應用是高級穩壓器，以滿(mǎn)足當今超高功率 AI 處理器和高級服務(wù)器 CPU 的獨特需求。

雖然至少有十幾家公司提供了出色的解決方案來(lái)提供為現代 GPU 供電所需的幾乎不可能的電流，但 Feric 開(kāi)發(fā)了一種獨特的功能，可以在其設備封裝中集成薄膜磁性功率電感器，從而消除了對笨重外部元件的需求。因此，他們可以創(chuàng )建芯片級功率轉換器，集成接口、遙測、反饋控制和動(dòng)力總成電路（包括功率 FET、電感器和電容器）。

Ferric 聲稱(chēng)，這些設備（他們稱(chēng)之為集成穩壓器 （IVR））比其他常用轉換器解決方案小 25 倍，速度提高 >100 倍，效率提高 >30%。例如，采用 20 mm2 封裝的 Fe17XX IVR 系列能夠在 0.25 至 1.5 V 的輸出電壓范圍內提供 56 A 的電流。

除了高效率外，Ferric 的 IVR 還減少了實(shí)施目前使用的“陸地側封裝連接”和“背面 PCB 連接”垂直電源消除架構所需的 PCB 空間量。這兩種配置都允許轉換器提供相對較高的電壓和較低的電流，從而最大限度地減少其低電壓/大電流輸出到達 GPU 芯片所需的距離。

此外，由于其緊湊的外形尺寸，IVR 可用于“基板嵌入”配置。它們位于 GPU 載板 PCB 的基板內，大電流饋電減少到幾毫米（圖 4）。

圖4. Ferric 的 IVR 占用體積非常小，因此它們可以用于“基板嵌入”配置，其中它們位于 GPU 載板 PCB 的基板內。

除了與處理器制造商和系統集成商合作，將其轉換器集成到他們的產(chǎn)品中外，Ferric 還向 TSMC 授權單片電感器技術(shù)，用于其他高度集成的單片 CMOS 產(chǎn)品和 3D 芯片堆棧。