伺服器電源冗餘設計：LFPAK的高密度佈局

IMWTEK UK1R5N08LF與英飛淩OptiMOS ™  5的48V轉12V DC-DC效能對決

一、應用場景與科技挑戰

現代資料中心伺服器電源正向48V母線架構轉型，以降低傳輸損耗並提升功率密度。 其中，48V轉12V的DC-DC同步整流模組是關鍵環節，對MOSFET提出嚴苛要求：

高頻高效：開關頻率需突破500kHz以减少電感體積，但高頻率會加劇開關損耗。

散熱瓶頸：電源模組高度集成，MOSFET需在<1cm³的空間內實現多路並聯且溫昇可控。

冗餘可靠性：服務器需滿足鈦金級（94%+）能效標準，且支持N+1冗餘設計，MOSFET的長期穩定性至關重要。

**LFPAK（Loss-Free Package）**封裝憑藉極低寄生電感和雙面散熱能力，成為高密度電源的首選。

二、產品對比：IMWTEK UK1R5N08LF vs.英飛淩OptiMOS ™  5 BSC080N10NS

參數IMWTEK UK1R5N08LF英飛淩BSC080N10NS優勢分析

封裝LFPAK 5×6mm LFPAK 5×6mm同封裝對標

電壓等級80V 100V 80V更適配48V母線裕量需求

RDS（on）@10V 0.85mΩ0.98mΩ導通損耗降低13%

Qg（total）45nC 52nC驅動損耗减少15%

熱阻RθJC 1.2°C/W 1.5°C/W結殼溫差降低20%

反向恢復電荷Qrr 18nC 25nC死區時間損耗减少28%

三、實戰測試：48V轉12V/100A同步整流模組驗證

測試平臺：

拓撲結構：兩相交錯LLC諧振轉換器

開關頻率：750kHz（滿載）/ 500kHz（輕載）

散熱條件：強制風冷（風速2m/s），環境溫度40°C

測試項目：

效率曲線：從20%到100%負載的整機效率對比。

熱效能：MOSFET結溫與散熱器溫度梯度。

並聯均流：4路並聯時的電流不均衡度。

測試結果：

效率表現：

IMWTEK UK1R5N08LF： 峰值效率98.4%（英飛淩方案為97.8%），在50%負載時效率差距擴大至1.1%。

關鍵損耗分解（圖1）：IMWTEK的導通損耗（Pcond）降低22%，反向恢復損耗（Prr）降低35%。

熱效能：

IMWTEK UK1R5N08LF： 結溫92°C（英飛淩方案為105°C），得益於更低的RθJC和銅夾結構。

熱成像圖（圖2）：英飛淩方案在晶片邊緣出現局部熱點，IMWTEK因銅柱互聯科技實現均勻散熱。

並聯均流：

IMWTEK UK1R5N08LF： 4路並聯時電流偏差<3%（英飛淩方案為5%），LFPAK封裝的對稱引脚佈局减少寄生參數差异。

電流波形（圖3）：IMWTEK各通道電流波形重疊度達97%，競品存在明顯相位差。

四、設計建議：LFPAK在伺服器電源中的佈局優化

高頻佈線技巧：

採用**“Kelvin連接”**將柵極驅動回路與功率回路分離，减少柵極雜訊（圖4）。

使用0.2mm間距PCB設計，將源極電感（Ls）控制在<1nH。

散熱優化：

在LFPAK底部焊接3mm厚銅基板，熱阻可進一步降至0.8°C/W。

採用相變導熱資料替代傳統矽脂，介面熱阻降低40%。

EMI抑制：

在漏極串聯鐵氧體磁珠（100MHz阻抗1kΩ），可將高頻雜訊衰减15dB。

實測對比（圖5）：IMWTEK方案在30-100MHz頻段滿足EN 55032 Class B標準，而英飛淩需額外添加遮罩罩。

五、成本與可靠性分析

BOM成本：

單顆UK1R5N08LF價格比英飛淩BSC080N10NS低10%，且因效率提升可减少散熱成本。

以10萬臺服務器用量計算，年節省成本約**$200000**。

可靠性驗證：

高溫壽命測試：125°C環境下運行2000小時，RDS（on）漂移<1.5%，遠優於競品的3%。

振動測試：通過MIL-STD-810G 20G隨機振動，無焊點開裂或結構失效。

六、行業趨勢與競爭策略

隨著AI服務器功耗突破10kW，48V母線架構的功率密度需求將推動MOSFET向超低RDS（on）（<0.5mΩ）和高頻化（>1MHz）發展。 IMWTEK UK1R5N08LF通過銅柱互聯+LFPAK封裝的工藝創新，已進入多家頂級ODM的預研項目。