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Las fuentes de alimentación son fundamentales para el éxito de las aplicaciones en las que la alta eficiencia, la fiabilidad y el rendimiento son requisitos imperativos. Estos incluyen aplicaciones recientes en el sector automotriz, donde la electrificación en curso de la flota de vehículos presenta desafíos sin precedentes para aumentar el alcance y reducir el tiempo de carga, así como el tamaño y el peso de la red de suministro de energía. Los centros de datos, donde se almacenan y procesan enormes cantidades de datos (también gracias a la ayuda de algoritmos de inteligencia artificial), requieren soluciones de suministro de energía altamente eficientes que puedan operar las 24 horas del día, los 7 días de la semana, minimizando el consumo de energía y ocupando menos espacio y peso.
Vicor Corporation, líder de la industria en diseño y fabricación innovadores de módulos de potencia, celebró recientemente la apertura de una nueva planta de fabricación de 90 000 pies cuadrados con tecnología de punta en Andover, Massachusetts. La planta de fabricación de módulos de potencia, creada para satisfacer la demanda de las industrias de rápido crecimiento de electrificación automotriz y centros de datos/IA, es la primera planta de fabricación de CHiP (convertidor alojado en paquete) del mundo. La nueva fábrica establece el estándar para la fabricación de gran volumen escalable, rentable y confiable de módulos de potencia en los Estados Unidos.
Fábrica de chips Vicor
«Esta nueva fábrica de chips está integrada verticalmente, lo que significa que desarrollamos tecnología patentada y la reunimos bajo un mismo techo, en lugar de subcontratarla», dijo Tom Curatolo, director de ingeniería de aplicaciones de Vicor. «Creemos que esto nos hará mucho más eficientes para satisfacer nuestras necesidades actuales y crecientes de centros de datos y las tremendas demandas de la industria automotriz que aumentarán en el futuro cercano».
La nueva fábrica que se muestra en la Figura 1 se diseñó específicamente para construir algunos de los nuevos productos que Vicor está lanzando al mercado. Por ejemplo, las soluciones de suministro de energía vertical patentadas de Vicor requieren un mayor volumen de producción de sus piezas SM-ChiP, como: Requisitos que requieren los clientes de comunicaciones aeroespaciales y satelitales.
«Siempre hemos tenido una gran parte de nuestro negocio en el segmento aeroespacial y de defensa y esto ha continuado en nuestros nuevos productos avanzados», dijo Curatolo. «Este es un aspecto clave de nuestra fabricación porque cuando se trata de aplicaciones aeroespaciales, de defensa y similares a satélites, la confiabilidad es fundamental».
Estos productos incluyen el convertidor CC/CC DCM que regula y transforma, y conjuntos de chips que consisten en módulos reguladores PRM y multiplicadores de corriente VTM que también pueden moldearse y reforzarse para resistir las condiciones ambientales.
Además, la instalación y el proceso de fabricación utilizado en ella se han diseñado cuidadosamente para la sostenibilidad ambiental, utilizando prácticas de fabricación limpias y respetuosas con el medio ambiente que superan con creces los puntos de referencia de sostenibilidad de las instalaciones de fabricación de la competencia.
En estrecha colaboración con las agencias ambientales locales, estatales y federales, la operación se diseñó sin descarga de aguas residuales ni aire de escape. Las aguas residuales se reciclan en agua desionizada ultrapura, que se reutiliza en las operaciones normales. Vicor ha adoptado un enfoque de varias etapas para filtrar el agua a fin de garantizar la más alta calidad. En la fase inicial, las sustancias disueltas se solidifican para que puedan filtrarse fácilmente. La filtración adicional elimina las partículas orgánicas y los productos químicos residuales a través de una variedad de procesos químicos y de filtración mecánica.
Se ha estimado que este nuevo proceso sostenible de aguas residuales ahorrará hasta 20 millones de galones de agua cada año, lo cual es un logro sobresaliente. Además, las impurezas sólidas filtradas como parte del proceso se recogen y reciclan cuando es posible. Este proceso de varios pasos se basó en las mejores prácticas de la industria y se perfeccionó aún más para lograr altos niveles de pureza.
Proceso de fabricación de chips análogo al enfoque de semiconductores.
La nueva fábrica de chips integrados verticalmente utiliza una técnica de fabricación patentada análoga a la utilizada por las fábricas de obleas de semiconductores. Este proceso patentado diferencia a Vicor de sus competidores al permitir la producción de los productos de mayor densidad de potencia en el mercado, al tiempo que permite una mejor calidad, confiabilidad y escalabilidad.
El proceso (consulte la Figura 2) comienza con un panel desnudo análogo a una oblea de silicio, en el que se pueden montar y soldar varias instancias de módulos de alto rendimiento utilizando máquinas de recoger y colocar de última generación. Estos módulos incluyen PRM, DCM, VTM, BCM y más. Se pueden fabricar varios componentes a partir de estas placas y mezclarlos, unirlos y separarlos. O se pueden organizar juntos como una matriz. Este método de fabricación es, por tanto, muy flexible y ofrece un alto rendimiento (hasta 420.000 componentes por hora).
Una vez que los componentes SMT se colocan en la placa, se sobremoldean para crear un paquete confiable y térmicamente adecuado. Luego se enchapa el conjunto, realizando las conexiones así como la interfase térmica para el paquete. Finalmente, los módulos de potencia se separan entre sí mediante un proceso denominado «singulación». Luego, el producto final se somete a las pruebas de aceptación y calificación requeridas (incluida la exposición a la dosis total para las partes que van a una aplicación satelital) para garantizar que cumpla con las especificaciones de la hoja de datos y los estándares aplicables.
«El concepto es similar a la oblea de semiconductores, excepto que no es una oblea de semiconductores, es un panel», dijo Curatolo. «Es una placa de circuito patentada con múltiples capas fabricadas como una unidad y luego individualizadas».
Una gran ventaja de esta solución es que es un proceso de fabricación simple y repetible y hay mucho menos desperdicio. Si tuviera que hacer cada una de estas piezas individualmente, terminaría con mucho más desperdicio. También es más rentable y garantiza una mejor calidad. Según Vicor, los módulos más pequeños no solo tienen una mayor densidad de potencia, sino que también son más económicos de producir; al igual que en la industria de los semiconductores, el rendimiento y los costos se pueden mejorar al mismo tiempo.
«Este concepto de panel es un gran avance en la forma en que podemos producir cosas y hacerlo rápidamente», dijo Curatolo. «Esto es realmente importante en el entorno actual en el que te enfrentas a problemas de la cadena de suministro y estás bajo mucha presión para construir y llevar esos módulos al mercado de inmediato».
Prepárese para los nuevos mercados automotrices y de centros de datos de alto crecimiento
Los mercados actuales exigen cada vez más dispositivos más potentes. Esto se aplica a la industria automotriz, donde los vehículos eléctricos necesitan soluciones energéticas que sean eficientes, pequeñas y livianas, ya que el peso es un factor clave. La necesidad de los satélites es similar: como no hay mucho espacio para las piezas, cada una tiene que ser pequeña.
Además de las industrias automotriz, aeroespacial y de defensa, el centro de datos es otra industria clave para Vicor. «Centro de datos es un término general que abarca la IA, el aprendizaje automático, la informática de vanguardia y las aplicaciones que requieren una alta densidad de potencia», dijo Steve Germino, director de relaciones públicas y relaciones con los medios de Vicor. “La nueva fábrica nos permitirá satisfacer las demandas de estos mercados de rápido crecimiento. Nuestro proceso patentado diferencia a Vicor de nuestros competidores y establece un nuevo estándar para la fabricación de módulos de energía confiable, rentable y de alta calidad en los Estados Unidos”.
Vicor Chip Fab anuncia una nueva era en la fabricación de módulos de potencia. Desde el enfoque de automatización similar al de los semiconductores hasta el énfasis en la sostenibilidad, Vicor se ha centrado en la excelencia en la fabricación. Vicor ha tomado estas medidas no solo para respaldar la demanda de los clientes, sino también teniendo en cuenta la sostenibilidad, para mantener el control sobre todo el proceso de fabricación, que ahora incluye el recubrimiento bajo un mismo techo.
Este sistema de reciclaje sin aguas residuales es un complemento perfecto para los procesos de fabricación de última generación de Vicor, que se han desarrollado continuamente durante más de 40 años. Como diseñador y fabricante líder de soluciones de módulos de potencia de alto rendimiento, la nueva instalación respaldará una nueva era de crecimiento, avance e innovación en las próximas décadas.
