CN106332499A - 一种用于芯片供电的组装结构、电子设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于芯片供电的组装结构、电子设备，该组装结构包含一电路板，该电路板提供一第一电能；一芯片；以及一第一电源转换模块，该第一电源转换模块电性连接于所述电路板和所述芯片，将所述第一电能变换为一第二电能，并将该第二电能供给至所述芯片；其中，所述电路板、所述芯片以及所述第一电源转换模块堆叠形成所述组装结构。本发明通过将电源转换模块与电路板和芯片堆叠组装，缩短了电源转换模块到芯片之间的电流传输路径，同时降低了占用空间，减小了电流传输损耗，提高了系统效率，节省了系统空间资源。

Description

一种用于芯片供电的组装结构、电子设备
技术领域
本发明涉及一种组装结构及电子设备，尤指一种用于芯片供电的组装结构及包括所述组装结构的电子设备。
背景技术
随着人类对智能生活要求的提升，社会对数据处理的需求日益旺盛。全球在数据处理上的能耗，平均每年达到数千亿甚至数万亿度；而一个大型数据中心的占地面积可以达到数万平方米。因此，高效率和高功率密度，是这一产业健康发展的关键指标。
数据中心的关键单元是服务器，其主板通常由芯片、Chipsets、内存等等数据处理芯片和它们的供电电源模块及必要外围元件组成。随着单位体积服务器处理能力的提升，意味着这些处理芯片的数量、集成度也在提升，导致空间占用和功耗的提升。因此，为这些芯片供电的电源模块(因为与数据处理芯片同在一块主板上，又称主板电源模块)，就被期望有更高的效率，更高的功率密度和更小的体积，来支持整个服务器乃至整个数据中心的节能和占地面积缩小。随着芯片的运算速度提升，芯片功耗增加，但芯片的供电电压却逐步降低，供电电流因此大幅上升，导致从电源模块到芯片的电流传输路径上的损耗大幅升高，降低了系统整体效率。
图1A所示为现有的一种芯片安装方式以及供电方式的结构示意图。服务器主板11(Main Board)上放置有数据处理芯片12(Processor，例如中央处理器CPU，图形处理器GPU，数据通信开关芯片以及其他大规模集成电路芯片等,图1A中数据处理芯片以CPU为例)及其供电电源模块13(如可为DC/DC模块)，此外芯片12上还放置有为数据处理芯片12散热的散热器14(Heatsink)。由于芯片12通常是非常精密的器件，引脚数量众多，有的可达2000个以上，为保证所有引脚与系统可靠连接，通常需要额外的结构件将芯片12固定在主板11上，如上图的插座15(socket)，芯片夹具16(CPU Clip)，支撑板17(Support Plate)，背板18(Back Plate)和螺丝19(screw)等，此外芯片12与电源模块13之间的主板11上还设置有电容111。这些结构件占据了芯片12周边大量的空间，使得电源模块13无法紧靠芯片12，从而导致了较长的电流传输路径(Current Path)和较大的损耗。在一些应用中，这部分损耗甚至会达到芯片总功耗的2％。
图1B所示是现有另一种芯片安装方式以及供电方式的结构示意图。一些高能耗的芯片12本体高度很低，而且需要比较大的散热器14。电源模块的高度很难低于芯片本体高度，受散热器尺寸限制，无法放到靠近芯片的位置，从而导致了较长的电流传输路径(Current Path)和较大的损耗。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种能够缩短电源转换模块到芯片之间的电流传输路径，减小电流传输损耗，提高系统效率，并且可以减少空间占用，节省系统资源的用于芯片供电的组装结构以及包括上述组装结构的电子设备。
为实现上述目的，一种用于芯片供电的组装结构，包含：
一电路板，该电路板提供一第一电能；
一芯片；以及
一第一电源转换模块，该第一电源转换模块电性连接于所述电路板和所述芯片，将所述第一电能变换为一第二电能，并将该第二电能供给至所述芯片；
其中，所述电路板、所述芯片以及所述第一电源转换模块堆叠形成所述组装结构。
进一步，所述第一电源转换模块位于所述芯片和所述电路板之间。
进一步，所述第一电源转换模块具有一第一电连接面，所述芯片具有一第二电连接面，该第一电连接面与该第二电连接面相互接触并电性连接。
进一步，所述第一电源转换模块具有至少一功率输出端，至少一该功率输出端设置于所述第一电连接面，与所述第二电连接面电性连接。
进一步，所述芯片具有至少一电能输入端，至少一电能输入端设置于所述第二电连接面，至少一芯片的所述电能输入端与至少一第一电源转换模块的所述功率输出端于垂直于所述电路板的投影的至少一部分重合。
进一步，所述第一电源转换模块与所述芯片的连接方式为焊接或压接。
进一步，所述组装结构还包括一插座，所述芯片电性连接于该插座。
进一步，所述第一电源转换模块至少部分的埋设于该插座。
进一步，所述第一电源转换模块电性连接于所述插座，所述第一电源转换模块至少部分的通过所述插座向所述芯片提供所述第二电能。
进一步，所述第一电源转换模块具有一第一电连接面，所述芯片具有一第二电连接面，该第一电连接面与该第二电连接面相互接触并电性连接。
进一步，所述第一电源转换模块和所述插座集成为一体。
进一步，所述芯片和所述第一电源转换模块分别位于所述电路板的两侧。
进一步，所述组装结构还包含一背板，所述第一电源转换模块至少部分的埋设于该背板。
进一步，所述背板与所述第一电源转换模块集成为一体。
进一步，所述组装结构还包含一散热器，该散热器与所述第一电源转换模块连接。
进一步，所述第一电源转换模块具有一第一电连接面，所述电路板具有一第三电连接面，该第一电连接面与该第三电连接面相互接触并电性连接。
进一步，所述第一电源转换模块具有至少一功率输入端和至少一功率输出端，至少一该功率输入端和至少一该功率输出端设置于所述第一电连接面，与所述第三电连接面电性连接。
进一步，所述组装结构还包含一连接器，所述连接器电性连接于所述电路板和所述第一电源转换模块。
进一步，所述组装结构还包含一散热器，该散热器与所述连接器连接。
进一步，所述组装结构还包括一插座，所述芯片电性连接于所述插座。
进一步，所述第一电源转换模块穿设于所述电路板。
进一步，所述组装结构还包括一插座，所述芯片电性连接于该插座。
进一步，所述第一电源转换模块至少部分的埋设于该插座。
进一步，所述组装结构还包括一屏蔽层，以屏蔽所述第一电源转换模块与周围其他元件之间的电磁干扰；所述屏蔽层至少部分设置于所述第一电源转换模块与所述芯片之间。
进一步，所述组装结构还包括散热器，该散热器与所述第一电源转换模块连接，以对所述第一电源转换模块进行散热。
进一步，所述第一电源转换模块具有至少一输入端与至少一输出端，至少一该输入端与至少一该输出端位于所述第一电源转换模块的同一面，或至少一该输入端与至少一该输出端位于所述第一电源转换模块的不同面，或至少一该输入端与至少一该输出端的至少一部分位于所述第一电源转换模块的同一面。
进一步，所述组装结构还包括一第二电源转换模块，所述第一电源转换模块和所述第二电源转换模块位于所述电路板的同一侧，或所述第一电源转换模块和所述第二电源转换模块位于所述电路板的两侧。
进一步，所述第一电源转换模块和所述第二电源转换模块的连接关系为级联、并联、或输入串联。
进一步，所述第一电源转换模块和所述第二电源转换模块的连接关系为级联，所述第一电源转换模块的输入电压为400V或48V或12V，第二电源转换模块的输出电压为12V或0.5V至5V。
进一步，所述第一电源转换模块包含一控制电路模块和一主电路模块。
进一步，所述芯片、所述控制电路模块、所述主电路模块、所述电路板以及所述芯片堆叠形成所述组装结构。
进一步，所述第一电源转换模块至少部分的埋设于所述电路板。
进一步，所述芯片具有至少一电能输入端，所述第一电源转换模块具有至少一功率输出端，至少一芯片的所述电能输入端与至少一第一电源转换模块的所述功率输出端于垂直于所述电路板的投影的至少一部分重合。
本发明的一种用于CPU供电的组装结构，包含：
一电路板，该电路板提供一第一直流电压；
一CPU；以及
一DC/DC变换器，该DC/DC变换器电性连接于所述电路板和所述CPU，将所述第一直流电压变换为一第二直流电压，并将所述第二直流电压供给至所述CPU；
其中，所述电路板、所述CPU以及所述DC/DC变换器按一堆叠顺序形成所述组装结构，所述堆叠顺序依次为所述CPU、所述DC/DC变换器和所述电路板；或所述堆叠顺序依次为所述CPU、所述电路板和所述DC/DC变换器；或所述堆叠顺序依次为所述CPU和所述电路板且所述DC/DC变换器至少部分的埋设于所述电路板。
本发明的电子设备，包括：如上所述的组装结构。
进一步，所述电子设备是服务器或计算机。
本发明通过将电源转换模块与电路板和芯片堆叠组装，缩短了电源转换模块到芯片之间的电流传输路径的同时降低了占用空间，减小了电流传输损耗，提高了系统效率，节省了系统空间资源。
附图说明
图1A和图1B为现有芯片供电组装结构的示意图；
图2为本发明一实施例的电源转换模块与芯片位于电路板同一侧的芯片供电组装结构的示意图；
图2A为本发明一实施例的电源转换模块部分埋设于插座且与电路板直接接触的芯片供电组装结构的示意图；
图2B-图2C为图2A的芯片供电组装结构中电源转换模块与电路板之间通过接脚连接的示意图；
图2D-2E为本发明一实施例的电源转换模块部分埋设于插座且与芯片直接接触的芯片供电组装结构的示意图；
图2F-2G为本发明再一实施例的电源转换模块全部埋设于插座的芯片供电组装结构的示意图；
图3A-3C为本发明一实施例的组装结构中电源模块与芯片间引脚的分布示意图；
图4A-4B为图2A-2E所示实施例的芯片供电组装结构的散热示意图；
图5为包括电磁屏蔽层的一实施例的芯片供电组装结构的示意图；
图6为本发明一实施例的电源转换模块与芯片位于电路板不同侧的芯片供电组装结构的示意图；
图6A为本发明一实施例的电源转换模块部分埋设于背板且与电路板直接接触的芯片供电组装结构的示意图；
图6B-图6C为图6A的芯片供电组装结构中电源转换模块与电路板之间通过接脚连接的示意图；
图6D-6G为本发明一实施例的电源转换模块部分埋设于背板且通过连接器与电路板接触的芯片供电组装结构的示意图；
图6H-6I为本发明再一实施例的电源转换模块全部埋设于背板的芯片供电组装结构的示意图；
图7A-图7C为为本发明一实施例的组装结构中电源模块与电路板间引脚的分布示意图；
图8A-8E为一实施例的芯片供电组装结构的散热结构示意图；
图9为包括电磁屏蔽层的一实施例的芯片供电组装结构的示意图；
图10为电源转换模块穿过电路板的一实施例的芯片供电组装结构的示意图；
图10A为电源转换模块穿过电路板且部分埋设于插座的一实施例的芯片供电组装结构的示意图；
图10B为电源转换模块与电路板之间相互独立设置的芯片供电组装结构的示意图；
图10C为电源转换模块与电路板一体集成设置的芯片供电组装结构的示意图；
图11为电源转换模块包括两电源转换模块的一实施例的芯片供电组装结构的示意图；
图11A为电源转换模块包括两分体设置的控制模块和转换模块的另一实施例的芯片供电组装结构的示意图；
图11B为两电源转换模块的另一实施例的芯片供电组装结构的示意图；
图12A-12G为电源模块之间的功能和相互连接关系的示意图。
具体实施方式
如图2所示，为本发明一实施例的芯片供电组装结构的示意图。芯片供电的组装结构2包括电路板21，该电路板21提供一第一电能；芯片22，芯片22可以为CPU、GPU、内存等；以及电源转换模块23，该电源转换模块23电性连接于所述电路板21和所述芯片22，将所述第一电能变换为一第二电能，并将该第二电能供给至所述芯片22。其中，电源转换模块23可以位于芯片22和所述电路板21之间，并且相互之间堆叠形成所述组装结构2，但本发明并不以此为限。电源转换模块23的上表面与芯片22的下表面可以相互接触并电性连接，电源转换模块23的下表面与电路板11的上表面可以相互接触并电性连接，但本发明并不以此为限。电源转换模块23与所述芯片22的连接方式可以为焊接或压接，但本发明并不以此为限。本实施例中，电源转换模块23位于芯片22的下方且直接与芯片22电性连接，缩短了电源转换模块23与芯片22间的电流传输距离，减少了电流传输损耗；此种堆叠结构还降低了在电路板21上的占用面积，节省了整个系统的空间。
如图2A所示，为本发明另一实施例的芯片供电组装结构的示意图。本实施例的芯片供电组装结构2与上述实施例的主要区别在于还包括插座25，芯片22电性连接于插座25，电源转换模块23可以部分的埋设于该插座25，电源转换模块23的下表面可以露出插座25并且电源转换模块23的下表面可以与电路板21的上表面电性接触。电源转换模块23可以电性连接于所述插座25。一实施例中，电源转换模块23可以至少部分的通过插座25向芯片22提供所述第二电能。电源转换模块23与插座25(Socket)可以作为两个独立组件通过装配组装起来，也可以通过封装中采用的塑封技术(molding)或者嵌入式(embedded)技术集成为一个不可拆分组件，本发明并不以此为限。
电源转换模块23包括输入和输出，电源转换模块23的输入可以为电源转换模块23的功率输入，或信号输入，或同时包含两者。如图2B所示，电源转换模块23的下表面上设置的输入引脚231(Pin)与电路板21电性连接，功率输入和/或信号输入可以从电路板21直接传递到电源转换模块23，如图中箭头所示。如图2C所示，电源转换模块23的下表面上设置的输出引脚232(Pin)与电路板21电性连接，可以再经由电路板21和插座25与芯片22连接，功率输出和/或信号输出从电源转换模块23依次经电路板21、插座25传递到芯片22，但本发明并不以此为限，如功率输出和/或信号输出可以从电源转换模块23经过插座25传递到芯片22，或直接传递到芯片22等。引脚231、232与电路板21的连接方式可以是焊接，也可以是压接等方式；引脚可以是平面式，也可以是插针式等方式，本发明并不以此为限。
如图2D所示，为本发明另一实施例的芯片供电组装结构的示意图。与图2A-图2C所示的实施例的主要区别在于，电源转换模块23部分埋设于该插座25，电源转换模块23的上表面露出插座25并且电源转换模块23的上表面与芯片22的下表面电性接触。电源转换模块23可以直接向芯片22提供第二电能，本发明并不以此为限。由于电源转换模块23的上表面与芯片22的下表面可以直接电性接触，使得电源转换模块23的输入和输出也可以直接与芯片22连接。结合图2E所示，功率和/或信号可以在芯片22与电源转换模块13间传递，其中功率和/或信号传递方向可以如图中箭头所示。本实施例中电源转换模块23与芯片22电性连接的引脚的设置位置、引脚与芯片的连接方式以及引脚的结构均已在图2A-图2C所示的实施例中说明，在此不再赘述，且本发明并不以此为限。
如图2F所示，为本发明再一实施例的芯片供电组装结构的示意图，其与图2A-2E所示的实施例中电源转换模块23部分埋设于插座25不同的是，本实施例中电源转换模块23全部埋设于该插座25，电源转换模块23电性连接于所述插座25，电源转换模块23通过所述插座25向所述芯片22提供所述第二电能。电源转换模块23的输入可以通过插座25与电路板21连接，输入功率和/或信号从电路板21传递到插座25，再通过插座25传递到电源转换模块23。电源转换模块23与插座25的输入功率和/或信号的连接可以在电源转换模块23的侧面或上面或下面或同时在多个面，如图中的箭头所示，但本发明并不以此为限。如图2G所示，电源转换模块23的输出可以通过插座25与芯片22连接，输出功率和/或信号从电源转换模块23传递到插座25，再通过插座25传递到芯片22。电源转换模块23与插座25的功率输出和/或信号输出的连接也可以在电源转换模块23的侧面或上面或下面或同时在多个面，如图中的箭头所示，但本发明并不以此为限。其中，电源转换模块23可以与插座25集成为不可拆分的整体，或者电源转换模块23与插座25可以是可拆分的组件，本发明并不以此为限。当电源转换模块23与插座25集成为一体时，电源转换模块23与插座25的连接可以经由内部的导体相连。而当电源转换模块23与插座25是可拆分的组件时，电源转换模块23与插座25的连接方式可以采用焊接或者压接等方式。二者连接的引脚可以是平面式，也可以是插针式等方式。
电源转换模块23输出引脚的排布可以根据芯片22或插座25或电路板21上相应的引脚位置安排，以实现较短的功率和/或信号距离。如图3A和3B所示，为电源转换模块23与芯片22直接相连的情况下的引脚安排示意图。其中图3A是侧视图，图3B是俯视图。芯片22的功率输入引脚(或电能输入端)221用虚线圆形表示，可以分布于芯片22表面不同的区域，且各区域的所接收的功率可以不同，图中以电流值表示。电源转换模块23的功率输出引脚232(图中以虚线框表示)可以根据芯片功率输入引脚的位置排布，分布在电源转换模块23表面，如与芯片22的功率输入引脚于垂直于电路板的投影重合，本发明并不以此为限。芯片22和电源转换模块23可以根据所在区域的功率需求使用不同形状尺寸和/或材质的引脚，以达到减小功率传输损耗的目的。电源转换模块23表面各个区域的引脚可以是单个或多个。用于电性连接的表面，可以被称为电连接面，如本实施例中电源转换模块23的上表面可以称为第一电连接面，芯片22的下表面可以称为第二电连接面，但本发明并不以此为限。一实施例中，芯片具有至少一电能输入端，可以设置于芯片的下表面或其他位置，电源转换模块23的功率输出端可以设置于其上表面或其他位置，且芯片的电能输入端和电源转换模块的功率输出端可以于垂直于电路板方向的投影重合，以进一步减少电流路径长度，但本发明并不以此为限。
结合图4A和4B，电源转换模块23的输入引脚231与输出引脚232可以位于电源转换模块23的同一面(如顶面，底面)或不同面或部分位于同一表面部分位于不同面，本发明并不以此为限。电源转换模块23的输入引脚231与输出引脚232可以采取相同或不同的连接方式与电路板21和芯片22相连。例如，图3C中电源转换模块23的部分功率输入引脚2311(input power，如Vin+，Vin-，辅助电源输入等)，部分信号输入引脚2312(input signal，如输入电压取样，输入电流取样等)和部分信号输出引脚2322(output signal，如过电流告警信号，模块过热告警信号等)可以位于电源转换模块23的底面与电路板21相连；部分功率输出引脚2321(output power，如Vo+，Vo-等)，部分信号输出引脚2322(如输入电流汇报信号，输出电流汇报信号等)和部分信号输入引脚2312(如芯片端电压取样信号等)可以位于电源转换模块23顶面与芯片22相连；部分功率输入引脚2311(如Vin+，Vin-，辅助电源输入等)，部分功率输出引脚2321(如Vo+，Vo-等)，部分信号输入引脚2312(如数字通信输入等)和部分信号输出引脚2322(如数字通信输出等)可以位于电源转换模块23的侧面与插座25相连。
上述实施例中芯片12上还连接有散热器24(heatsink)，但本发明并不以此为限，例如散热器不仅可以设置为与芯片连接，还可以直接与电源转换模块13连接，用于对电源转换模块13散热。如图4A和4B所示，为上述实施例的芯片供电组装结构的散热示意图。如图4A所示，热可以通过电源转换模块23和芯片22的连接从电源转换模块23传导到芯片22，也可以通过插座25横向传导，再向上传导。为了让电源转换模块23的热更好的传导到周边元件，可以在电源转换模块23和周边元件的缝隙或各相邻零件的缝隙中填充导热材料，如图中在电源转换模块23和芯片22之间以及插座25和芯片22直接填充了导热材料3，热可以通过导热材料3从电源转换模块23或插座25传导到芯片22，再由芯片22传导到散热器24。只要所填充材料的导热系数好于空气，该方案就能够帮助电源转换模块23向周边元件传导热量。
电源转换模块23的发热也可以通过电路板21横向传导到其他区域散发，如可以通过电路板21传导到支撑板27，再由支撑板27散发。如图4B所示，电源转换模块23的发热也可以通过导热过孔4垂直方向传导到电路板21的下表面再经由设置在下方的散热器或背板28散发。为了让电源转换模块23的热更好的传导到电路板21和周边元件，同样可以在电源转换模块23和电路板21，电路板21和周边元件的缝隙或各相邻元件的缝隙中填充导热材料。电源转换模块23的散热可以通过上述图4A和图4B所示的组合方式或其他方式来实现，本发明并不以此为限。
如图5所示，为包括电磁屏蔽层5的一实施例的芯片供电组装结构的示意图。在电源转换模块23的周围存在因为功率变换而产生的电磁场(electro-magnetic field)，如果处理不当，这些电磁场会耦合到附近的芯片22和/或芯片22的外围电路中，造成芯片22的错误工作，这种现象叫做电磁干扰(electro-magnetic interference,EMI)。为了防止EMI，可以在电源转换模块23周围安装电磁屏蔽层5(shielding)。根据需要，电磁屏蔽层5可以位于电源转换模块23的一面或多面；其中任何一面上的电磁屏蔽层可以将该面完全覆盖(完全屏蔽)或局部覆盖(局部屏蔽)。屏蔽层5至少一部分可以位于芯片22及电源转换模块23之间，并与电源转换模块23、芯片22等垂直堆叠以降低乃至消除芯片22与电源转换模块23之间的互相干扰。针对不同目的的屏蔽，例如电屏蔽或者磁屏蔽，屏蔽层5的材质可以相应为金属材质如铜，铝等，或者是磁性材料，如软磁材料等。屏蔽层5可以作为单独的组件安装，也可以与电源转换模块23和/或插座25集成在一起，也可以部分独立、部分与其他组件集成。
上述实施例的芯片供电的组装结构中堆叠方式为电源转换模块23与芯片22位于电路板21的同一侧。如图6所示，为本发明另一种芯片供电组装结构6的堆叠方式。电源转换模块63与芯片62分别位于电路板61的两侧，电源转换模块63可以通过电路板61与芯片62电性连接，还可以设置一散热器(未示)与电源转换模块63直接连接。
如图6A所示，为本发明另一实施例的芯片供电组装结构的示意图。本实施例的芯片供电组装结构与图6相比还包括插座65和背板68，插座65位于芯片62和电路板61之间，并与芯片62和电路板61电性连接，电源转换模块63可以部分的埋设于背板68，电源转换模块63的上表面可以露出背板68并且电源转换模块63的上表面可以与电路板61的下表面电性接触。电源转换模块63与背板68(Back plate)可以作为两个组件单独或组合使用，也可以集成为一个不可拆分的组件例如通过封装的塑封技术(molding)或者嵌入式(embedded)技术将电源转换模块63埋入背板68，本发明并不以此为限。
电源转换模块63包括输入和输出，电源转换模块63的输入可以为电源转换模块63的功率输入，或信号输入，或同时包含两者。如图6B所示，电源转换模块63的上表面上设置的输入引脚631(Pin)可以与电路板61电性连接，功率输入和/或信号输入可以从电路板61直接传递到电源转换模块63，如图中箭头所示。如图6C所示，电源转换模块63的上表面上设置的输出引脚632(Pin)可以与电路板61电性连接，再经由电路板61和插座65与芯片62连接，功率输出和/或信号输出可以从电源转换模块63依次经电路板61、插座65传递到芯片62，本发明并不以此为限，如在部分实施例中，插座可以省去。结合图6C所示，引脚631、632与电路板61的连接方式可以是焊接，也可以是压接等方式。引脚631、632可以是平面式，也可以是插针式等方式。
如图6D所示，为本发明另一实施例的芯片供电组装结构的示意图。与图6A-图6C所示的实施例的主要区别在于，电源转换模块63部分埋设于该背板68，电源转换模块63的下表面露出背板68并且电源转换模块63的下表面直接与连接器7接触。连接器7位于背板68的下方，可以跨过背板68将电路板61和电源转换模块63连接，但本发明并不以此为限，能将电源转换模块63与电路板61或芯片62电性连接即可。其中电源转换模块63的下表面上设置的输入引脚631(Pin)可以与连接器7连接，通过连接器7与电路板61电性连接，功率输入和/或信号输入可以从电路板61经由连接器7传递到电源转换模块63，如图中箭头所示。如图6E所示，连接器7也可以部分位于背板68与电路板61之间，此结构的功率输入和/或信号输入可以如图中箭头所示。连接器7的结构和样式可以有多种变化，本发明并不以此为限。电源转换模块63与连接器7的连接方式可以是焊接，也可以是压接等方式；引脚631可以是平面式，也可以是插针式等方式。电路板61与连接器7的连接方式可以是焊接，也可以是压接等方式，例如图6E所示，连接器7与电路板61之间可以通过焊接相连，也可以用背板68将连接器7压在电路板61上并使两者之间的引脚(图中未示出)相连；连接器7与电路板61连接的引脚可以是平面式，也可以是插针式等方式。连接器7与电路板61连接的位置可以位于电源转换模块63的一侧或多侧。电源转换模块63与电路板61间功率输出和/或信号输出通过引脚632从电源转换模块63经由连接器7传递到电路板61，如图6F-6G中箭头所示。一实施例中，连接器7可以部分的穿过背板68，但本发明并不以此为限。一实施例中，连接器7可以被设计为帮助散热的形态或结构，如其本身可以使用导热材料制成，更可以设置一散热器(未示)与连接器7连接，用于散热。
如图6H所示，为本发明再一实施例的芯片供电组装结构的示意图，其与图6A-6E所示的实施例中电源转换模块63部分埋设于背板68不同的是，本实施例中电源转换模块63全部埋设于背板68。电源转换模块63的输入也可以通过背板68与电路板61连接，功率和/或信号从电路板61传递到背板68，再通过背板68传递到电源转换模块63。电源转换模块63与背板的功率输入和/或信号输入连接可以在电源转换模块63的侧面或上面或下面或同时在多个面，如图中的箭头所示。如图6I所示，电源转换模块63的输出也可以通过背板68与芯片62连接，功率和/或信号从电源转换模块63传递到背板68，再通过背板68依次传递到电路板61、插座65和芯片62，但本发明并不以此为限，在部分实施例中，插座可以省去。电源转换模块63与背板68的功率输出和/或信号输出连接可以在电源转换模块63的侧面或上面或下面或同时在多个面，如图中的箭头所示。电源转换模块63与背板68可以集成为不可拆分的整体，此时电源转换模块63与背板68的连接可以经由内部的导体相连。电源转换模块63与背板68也可以是可拆分的组件，电源转换模块63与背板68的连接方式可以是焊接，也可以是压接等方式。引脚(图中未示)可以是平面式，也可以是插针式等方式。
电源转换模块63输出引脚632的排布可以根据芯片62或插座65或电路板61上相应的引脚位置安排，如可以和芯片的电能输入端于垂直于电路板方向的投影重合，以实现较短的功率和/或信号距离。如图7A和7B所示，为电源转换模块63与电路板61直接相连的情况下的引脚安排示意图。其中图7A是侧视图，图7B是俯视图。插座65的功率输入引脚651用虚线圆形表示，可以分布于插座65表面不同的区域，且各区域的所需的功率可以不同，图中以电流值表示。电源转换模块63的功率输出引脚632(图中以虚线框表示)可以根据插座功率输入引脚651的位置排布，分布在电源转换模块63表面，并根据所在区域的功率需求使用不同形状尺寸和/或材质的引脚，以达到减小功率传输损耗的目的。在电源转换模块63表面各个区域的引脚可以是单个或多个。本实施例中，芯片的电能输入端和电源转换模块的功率输出端可以于垂直于电路板的投影部分重合，这样可以进一步减少电流路径长度，但本发明并不以此为限。
电源转换模块63的输入引脚631与输出引脚632可以位于电源转换模块63的同一面(如顶面，底面)或不同面或部分位于同一表面部分位于不同面。电源转换模块63的输入引脚631与输出引脚632可以采取相同或不同的连接方式与电路板61和芯片62相连。例如，图7C中电源转换模块63的部分功率输入引脚6311(input power，如Vin+，Vin-，辅助电源输入等)，部分信号输入引脚6312(input signal，如输入电压取样，输入电流取样等)和部分信号输出引脚6322(output signal，如过电流告警信号，模块过热告警信号等)可以位于电源转换模块63的底面，通过连接器7与电路板61相连；部分功率输出引脚6321(output power，如Vo+，Vo-等)，部分信号输出引脚6322(如输入电流汇报信号，输出电流汇报信号等)和部分信号输入引脚6312(如芯片端电压取样信号等)可以位于电源转换模块63的顶面，依次通过电路板61、插座65与芯片62相连；部分功率输入引脚6311(如Vin+，Vin-，辅助电源输入等)，部分功率输出引脚6321(如Vo+，Vo-等)，部分信号输入引脚6312(如数字通信输入等)和部分信号输出引脚6322(如数字通信输出等)位于电源转换模块63的侧面与背板68相连。
如图8A-8E所示，为上述图6A-6F所示实施例的芯片供电组装结构的散热示意图。如图8A所示，为了让电源转换模块63的热更好的传导到电路板61和背板68，可以在电源转换模块63和电路板61，电源转换模块63和背板68，以及电路板61和背板68的缝隙中填充导热材料6。如图8B所示，电源转换模块63的发热也可以通过系统机壳8(Chassis)散发。可以在电源转换模块63和系统机壳8，电源转换模块63和背板68，以及机壳8和背板68的缝隙中填充导热材料3，例如导热硅脂或者导热垫(thermal pad)等。如图8C所示，电源转换模块63的发热可以通过连接器7散发，也可以通过电源转换模块63下方设置的散热器64’(heatsink2)散发。散热器64’可以和连接器连接，也可以直接和电源转换模块13连接，本发明并不以此为限。连接器7和电源转换模块63下方设置的散热器64’可以是各自独立的组件，也可以是同一组件或一体成型等，例如在连接器7上通过冲压或者铣等方法在连接器7的表面形成图中所示的翅状结构，例如如图8E所示的结构。图8D中的散热器64’结构也可以用类似的方法处理，本发明并不以此为限。图8D与图8C相比的区别主要在于省略了其中的背板68。
为了防止EMI，可以在电源转换模块63周围安装电磁屏蔽层5(shielding)，如图9所示。根据需要，电磁屏蔽层5可以位于电源转换模块63的一面或多面；其中任何一面上的电磁屏蔽层可以将该面完全覆盖(完全屏蔽)或局部覆盖(局部屏蔽)。屏蔽层至少一部分位于芯片62及电源转换模块63之间，并与电源转换模块63、芯片62等垂直堆叠，可以降低乃至消除芯片62与电源转换模块63之间的互相干扰。针对不同目的的屏蔽，例如电屏蔽或者磁屏蔽，屏蔽层的材质可以相应为金属材质如铜，铝等，或者是磁性材料，如软磁材料等。屏蔽层可以作为单独的组件安装，也可以与电源转换模块63和/或背板68集成在一起，也可以部分独立、部分与其他组件集成。如果背板68全部或局部为金属材质，也可以利用背板68金属材质部分的全部或局部实现电磁屏蔽的功能。
如图10所示，为本发明另一实施例的芯片供电组装结构10的堆叠示意图。电源转换模块103(DC/DC)与芯片102为垂直方向的堆叠关系，电源转换模块103穿过电路板101上的开孔并与芯片102电性连接。
如图10A所示，为本发明另一实施例的芯片供电组装结构的堆叠示意图，其与图10所示的芯片供电组装结构主要区别在于，还包括插座105，电源转换模块103可以部分埋入插座105。如图10B所示，当电源转换模块103的厚度小于等于电路板101时，电源转换模块103可以仅穿过电路板101且不埋入插座105。图10和10A中电源转换模块103和电路板101之间可以为独立的元件，通过后期的装配组装在一起。如图10C所示，可以通过封装中的塑封技术(molding)或者嵌入式(embedded)技术可以实现将电源转换模块103与电路板101集成为一个不可拆分组件。在一实施例中，电源转换模块13可以部分的埋设于电路板11中。
如图11所示，电源转换模块的数量可以不止一个，如两个。该些电源转换模块可以位于电路板的同侧，或异侧，或部分埋设于电路板中，本发明并不以此为限。
上述实施例说明了电源转换模块23、63、103与芯片22、62、102及电路板21、61、101垂直堆叠的方式。这里的电源转换模块23、63、103可以包含功率转换模块(或称为主电路模块)，该功率转换模块的转换电路拓扑结构可以有很多种选择，如Buck，flyback,forward等PWM型电路，LLC等谐振型线路等。而对控制转换电路工作的控制电路可以集成于该电源转换模块23、63、103中，也可以独立出来，组成一个单独的控制模块。如图11A所示，该控制模块69(或称为控制电路模块)可以与功率转换模块69’，芯片62以及电路板61垂直堆叠。当然，功率转换模块69’和控制模块69互换位置也可以，控制模块与功率转换模块也可以位于电路板的同侧，或部分的埋设于电路板中等，本发明并不以此为限。当然，控制模块69也可以不与功率转换模块69’，芯片62等堆叠，而放置于电路板61一侧。前面实施例中所描述的各个电源转换模块23、63、103的摆放位置在这里都适用于功率转换模块69’和/或控制模块69。功率转换模块69’，控制模块69以及芯片62例如CPU之间可以通过无线通讯的方式进行信号传输，也可以通过有线的方式，例如通过电路板61或者插座65上的信号线(图中未示)进行连接通讯等。电源转换模块13可以是DC/DC模块，但本发明并不以此为限。
如图11B所示，第一模块(module1),第二模块(module2)可以是功率转换模块69’，也可以是电源转换模块23、63、103，本发明并不以此为限。第一模块和第二模块(module2)可以是输入串联，并联，级联或这些连接方式的组合等，本发明并不以此为限，例如输入串联输出并联或输入并联输出并联等。功率转换模块和/或电源转换模块的数量可以是多个。多个模块的供电对象可以是芯片或其他负载或同时为芯片和其他负载供电。多个模块中的部分或全部可以与芯片位于主板同侧，也可以位于主板的另外一侧，也可以穿过主板的开孔或者埋入主板，也可以是这几种方式的组合。多个模块中的任意单独模块的输入、输出与系统的连接方式，模块的引脚排布与实现方式，模块散热以及抗干扰的实现方式均可以采用前述实施例中所描述的一种或多种。
以上实施例中的组合结构都包含了插座以方便芯片与电路板进行其它信号的连接，而实际上，通过电源转换模块与CPU进行堆叠的结构，CPU也可以直接通过电源转换模块与电路板进行其它信号的连接。如图11所示，在该组装结构中，两个模块分别位于主板两侧，CPU 22、62、102放置于第二模块(module 2)上方，散热器24、64、104(Heatsink)放置于CPU 22、62、102上给CPU进行散热，也可另设置位于第一模块(Module 1)下方。第二模块(Module 2)的引脚排布方式可以采用前面所述实施例中的任意一种。一实施例中，CPU可以通过第二模块的引脚接收第一模块的电源信号，并提供一些反馈控制信号给第一模块。CPU与主板上其它芯片之间的信号交换在前述实施例中可以通过插座与电路板连接后进行，在图11中，这些信号也可以通过第二模块表面或内部的引线(trace)与主板21、61、101连接后进行，本发明并不以此为限。也就是说，第二模块不仅可以做为一个转换模块提供电源给CPU，也可以作为一个连接结构对CPU与主板进行电性连接。
在一实施例中，电路板、CPU以及电源转换模块(如DC/DC变换器)可以按一堆叠顺序形成组装结构，例如堆叠顺序依次为CPU、DC/DC变换器和电路板；或CPU、电路板和DC/DC变换器；或CPU和所述电路板且DC/DC变换器至少部分的埋设于电路板中等，本发明并不以此为限。
如图12A-12G所示，为两个模块的几种可能的功能和相互连接关系的示意图。图12A中两模块组成两级供电方式，模块1的输入电压举例为400V，或48V或12V，模块2的输出电压举例为12V或0.5V至5V的范围等，本发明并不以此为限；图12B中两模块输入输出均为并联关系；图12C中两电源模块为输入串联，输出并联的连接关系。图12D中两电源模块输入端并联，输出分别为不同的负载供电。图12E中两电源模块输入端串联，输出分别为不同的负载供电。图12F中第二模块(Module 2)与第一模块(Module 1)可以通信。图12G中第一模块是转换模块，其输出是同时带有直流(DC)和高频交流(high frequency AC，HFAC)成分的功率，第二模块是滤波器模块，将第一模块输出的高频交流成分滤除，将直流功率传递给芯片(CPU)。
电源模块或电源模块组合的输入电压或输出电压的数值，不仅可以理解为固定值，也可以理解为包含给定值的一范围，例如，输入电压400V，不仅可以理解为输入电压是400V，也可以理解为包含400V的一范围，如200V-500V；同理，输入电压48V，可以理解为18V-72V的范围，输入电压12V可以理解为5V-15V的范围等，本发明并不以此为限；输出电压，例如为0.5V-5V，可以理解为输出电压是可以根据需要而调整的稳定电压，本发明并不以此为限。电源模块或电源模块组合的规格可以有多种选择，例如400V转48V，400V转12V，400V转0.5～5V，48V转12V，48V转0.5～5V，12V转0.5～5V等，本发明并不以此为限。
本发明一实施例的电子设备，包括：如上所述的组装结构。其中，所述电子设备举例为是服务器或计算机。
以上具体地示出和描述了本发明的示例性实施方式。应该理解，本发明不限于所公开的实施方式，相反，本发明意图涵盖包含在所附权利要求范围内的各种修改和等效置换。

Claims (36)

1.一种用于芯片供电的组装结构，其特征在于，包含：
一电路板，该电路板提供一第一电能；
一芯片；以及
一第一电源转换模块，该第一电源转换模块电性连接于所述电路板和所述芯片，将所述第一电能变换为一第二电能，并将该第二电能供给至所述芯片；
其中，所述电路板、所述芯片以及所述第一电源转换模块堆叠形成所述组装结构。
2.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块位于所述芯片和所述电路板之间。
3.如权利要求2所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块具有一第一电连接面，所述芯片具有一第二电连接面，该第一电连接面与该第二电连接面相互接触并电性连接。
4.如权利要求3所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块具有至少一功率输出端，至少一该功率输出端设置于所述第一电连接面，与所述第二电连接面电性连接。
5.如权利要求3所述的组装结构，其特征在于，所述芯片具有至少一电能输入端，该至少一电能输入端设置于所述第二电连接面，至少一所述芯片的所述电能输入端与至少一所述第一电源转换模块的所述功率输出端于垂直于所述电路板的投影的至少一部分重合。
6.如权利要求3所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块与所述芯片的连接方式为焊接或压接。
7.如权利要求2所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包括一插座，所述芯片电性连接于该插座。
8.如权利要求7所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块至少部分的埋设于该插座。
9.如权利要求8所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块电性连接于所述插座，所述第一电源转换模块至少部分的通过所述插座向所述芯片提供所述第二电能。
10.如权利要求7所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块具有一第一电连接面，所述芯片具有一第二电连接面，该第一电连接面与该第二电连接面相互接触并电性连接。
11.如权利要求7所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块和所述插座集成为一体。
12.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述芯片和所述第一电源转换模块分别位于所述电路板的两侧。
13.如权利要求12所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包含一背板，所述第一电源转换模块至少部分的埋设于该背板。
14.如权利要求13所述的组装结构，其特征在于，所述背板与所述第一电源转换模块集成为一体。
15.如权利要求12所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包含一散热器，该散热器与所述第一电源转换模块连接。
16.如权利要求12所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块具有一第一电连接面，所述电路板具有一第三电连接面，该第一电连接面与该第三电连接面相互接触并电性连接。
17.如权利要求16所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块具有至少一功率输入端和至少一功率输出端，至少一该功率输入端和至少一该功率输出端设置于所述第一电连接面，与所述第三电连接面电性连接。
18.如权利要求12所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包含一连接器，所述连接器电性连接于所述电路板和所述第一电源转换模块。
19.如权利要求18所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包含一散热器，该散热器与所述连接器连接。
20.如权利要求12所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包括一插座，所述芯片电性连接于所述插座。
21.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块穿设于所述电路板。
22.如权利要求21所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包括一插座，所述芯片电性连接于该插座。
23.如权利要求22所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块至少部分的埋设于该插座。
24.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包括一屏蔽层，以屏蔽所述第一电源转换模块与周围其他元件之间的电磁干扰；所述屏蔽层至少部分设置于所述第一电源转换模块与所述芯片之间。
25.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包括散热器，该散热器与所述第一电源转换模块连接，以对所述第一电源转换模块进行散热。
26.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块具有至少一输入端与至少一输出端，至少一该输入端与至少一该输出端位于所述第一电源转换模块的同一面，或至少一该输入端与至少一该输出端位于所述第一电源转换模块的不同面，或至少一该输入端与至少一该输出端的至少一部分位于所述第一电源转换模块的同一面。
27.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述组装结构还包括一第二电源转换模块，所述第一电源转换模块和所述第二电源转换模块位于所述电路板的同一侧，或所述第一电源转换模块和所述第二电源转换模块位于所述电路板的两侧。
28.如权利要求27所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块和所述第二电源转换模块的连接关系为级联、并联、或输入串联。
29.如权利要求27所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块和所述第二电源转换模块的连接关系为级联，所述第一电源转换模块的输入电压为400V或48V或12V，第二电源转换模块的输出电压为12V或0.5V至5V。
30.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块包含一控制电路模块和一主电路模块。
31.权利要求30所述的组装结构，其特征在于，所述芯片、所述控制电路模块、所述主电路模块、所述电路板以及所述芯片堆叠形成所述组装结构。
32.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述第一电源转换模块至少部分的埋设于所述电路板。
33.如权利要求1所述的组装结构，其特征在于，所述芯片具有至少一电能输入端，所述第一电源转换模块具有至少一功率输出端，至少一所述芯片的所述电能输入端与至少一所述第一电源转换模块的所述功率输出端于垂直于所述电路板的投影的至少一部分重合。
34.一种用于CPU供电的组装结构，其特征在于，包含：
一电路板，该电路板提供一第一直流电压；
一CPU；以及
一DC/DC变换器，该DC/DC变换器电性连接于所述电路板和所述CPU，将所述第一直流电压变换为一第二直流电压，并将所述第二直流电压供给至所述CPU；
其中，所述电路板、所述CPU以及所述DC/DC变换器按一堆叠顺序形成所述组装结构，所述堆叠顺序依次为所述CPU、所述DC/DC变换器和所述电路板；或所述堆叠顺序依次为所述CPU、所述电路板和所述DC/DC变换器；或所述堆叠顺序依次为所述CPU和所述电路板且所述DC/DC变换器至少部分的埋设于所述电路板。
35.一种电子设备，其特征在于，包括：如权利要求1-34任一项所述的组装结构。
36.如权利要求35所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备是服务器或计算机。
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