CN108417570A - 一种电源模组 - Google Patents

Abstract

本发明涉及电源封装技术领域，提供了一种电源模组，包括封装机构和设置于封装机构内部的控制芯片和分立器件，封装机构包括基板、分别设置于基板侧边的管壳墙体和设置于管壳墙体顶端的密封盖板，基板、管壳墙体和密封盖板形成一个用于设置控制芯片和分立器件的密封空间，电感器设置于密封盖板的上方并与管壳墙体的顶端连接，控制芯片和分立器件设置于基板上；本发明提供的电源模组通过将电源模组的组件中高度最高的电感器设置在高度小于电感器的控制芯片和分立器件上方，从而使得电源模组尺寸变小；另外，电感器设置于密封空间外，避免电感器发出过高的热量损坏控制芯片和分立器件等重要器件，又可以提高散热效率。

Description

一种电源模组

技术领域

本发明属于电源封装技术领域，特别涉及一种电源模组。

背景技术

随着集成电路行业的发展，电子封装技术也在不断变革创新，先后出现了许多新技术和新结构，例如球栅阵列(Ball Grid Array，BGA)、倒扣焊(flip chip) 和晶圆级封装(Wafer Level Package，WLP)等，这些技术的不断推出，都有一个最主要的目的：提高组装密度和功率密度，即在更小的体积内集成更多的功能，提高单位体积所能承载的功率。特别是系统封装(System In a Package， SIP)的出现，标志着电子封装技术进入了一个新时代，系统封装将多个芯片和分立器件在封装内部组装在一起，构成一个系统或子系统。系统封装技术已经成为一种重要的先进封装和系统集成技术，它有助于实现电子产品的小型化和多功能化。

系统封装中，所有的芯片和电子元器件都组装在一个基板上，基板提供了这些器件的安装平台，同时实现他们的电气连通。电源模组，在封装内部集成了控制芯片、功率管、二极管、电阻、电容、电感器等分立器件，构成了一个完整的电源系统，使用时仅需要在封装外部进行简单的配置即可，具有极高的使用便利性和可靠性。

如图1，为一种电源模组的结构示意图，从图中可以看出，所有的器件都位于密封腔体91内，器件安装于基板92并通过基板92上的走线层93以及绑定线连接，其中分立器件94包含了电阻、电容、二极管、三极管和功率管等。基板95 的安装面为一个平面结构，即所有的器件，包括芯片95，电感器96以及分立器件94，都位于同一平面。对于DC/DC类型的电源模组，电感器96通常是所有器件中高度最高的，系统封装的高度通常由电感器96的高度决定。

上述的系统封装方式由于其工艺原因，在相同集成度条件下，其尺寸通常较大，与追求小尺寸化的发展方向相悖，同时基板还设置有管壳墙体结构，留给器件布局布线的空间更加狭小。对于DC/DC类电源模组，封装内部体积最大的器件通常是电感器，高度最高的器件也是电感器，电感器的尺寸直接决定了电源模组的封装尺寸。而随着电源模组功率的增加，电感器的电流能力也需要更强，这意味着电感器的尺寸需要加大，所以越是功率大的电源模组，通过上述的系统封装方式就越难实现。

热量也是封装设计需要重点关注的，因为器件的温度直接影响其关键性能指标和工作寿命，对于DC/DC电源模组，发热源主要来源于三个方面：控制芯片，分立器件，电感器，其功耗占比大致为1：3：1。电源模组内部温度超过150℃很可能会导致器件失效或者工作寿命缩短。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电源模组，以解决现有技术中存在的电源模组尺寸大，散热效果差的问题。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种电源模组，包括封装机构和设置于所述封装机构内部的控制芯片和分立器件，所述封装机构包括基板、分别设置于所述基板侧边的管壳墙体和设置于所述管壳墙体顶端的密封盖板，所述基板、管壳墙体和密封盖板形成一个用于设置所述控制芯片和分立器件的密封空间，所述电感器设置于所述密封盖板的上方并与所述管壳墙体的顶端连接，所述控制芯片和所述分立器件设置于所述基板上。

进一步地，所述管壳墙体包括侧墙和设置于所述侧墙顶端的凸台，所述电感器设置于所述台阶的顶面。

进一步地，所述封装机构还包括设置于所述侧墙顶部并位于所述凸台一侧端并且用于与电感器连接的电感焊盘，所述密封盖板设置于所述侧墙顶部并位于所述台阶的另一侧端。

进一步地，所述封装机构还包括设置于所述基板和所述管壳墙体内部并且用于连接所述控制芯片、分立器件和电感器的走线层。

进一步地，所述走线层包括设置于所述基板内部的并与所述控制芯片和所述分立器件连接的水平布线层和设置于所述管壳墙体内部并与所述电感器连接的垂直布线层，所述垂直布线层与所述电感焊盘连接。

进一步地，所述控制芯片和所述分立器件采用打线键合的方式或者倒扣焊的方式设置于所述基板上。

进一步地，所述分立器件包括功率管、电容、电阻和二极管。

进一步地，所述基板底面包括用于连接电路板的锡球。

进一步地，所述基板底面包括用于连接电路板的基板焊盘。

进一步地，所述基板和管壳墙体为陶瓷材质。

本发明提供的电源模组的有益效果在于：

首先，通过将电源模组的组件中高度最高的电感器设置在高度小于电感器的控制芯片和分立器件上方，充分利用了控制芯片和分立器件上方的空间，从而使得电源模组尺寸变小；其次，将控制芯片和分立器件设置于密封空间内，其可靠性高；最后，电感器设置于密封盖板的上方并与管壳墙体的顶端连接，即，电感器设置于密封空间外，密封空间内减少了电感器这个发热源，既可以避免电感器发出过高的热量损坏控制芯片和分立器件等重要器件，又可以将控制芯片和分立器件的额定功率进一步地提高。采用将电感器外置的方式，可以突破封装电源模组的功率瓶颈，在相同尺寸条件下，这种采用立体结构的封装电源模组，最大承受功率可提高30％以上。

附图说明

图1是现有技术中的电源模组的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的电源模组的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的采用倒扣焊设置方式的电源模组的结构示意图。

图中各附图标记为：

封装机构	1	管壳墙体	12	水平布线层	161
						控制芯片	2	密封盖板	13	垂直布线层	162
电感器	3	密封空间	14	走线层	16
						分立器件	4	凸台	121	键合线	17
基板	11	电感焊盘	15	锡球	18

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”或“设置于”另一个元件，它可以直接位于另一个元件上或者间接位于另一个元件上。当一个元件被称为“连接于”另一个元件，它可以是直接连接或间接连接至另一个元件。

需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明，而不是指示装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示相对重要性或指示技术特征的数量。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行更加详细的描述：

图2至图3示出了本发明实施例提供的一种电源模组。

如图2，本发明实施例提供的一种电源模组，包括封装机构1和设置于封装机构1内部的控制芯片2和分立器件4，封装机构1包括基板11、分别设置于基板11侧边的管壳墙体12和设置于管壳墙体12顶端的密封盖板13，基板 11、管壳墙体12和密封盖板13形成一个用于设置控制芯片2和分立器件4的密封空间，电感器3设置于密封盖板13的上方并与管壳墙体12的顶端连接，控制芯片2和分立器件4设置于基板11上。

上述电源模组的散热原理如下：

对于某些功率特别大的电源模组，仅靠基板11通过焊接锡球将热量传递至外界是不够的，或者其封装内部总的功耗已经超过了封装机构1的承受能力，这时需要减低内部器件的功耗或者增加散热路径。本实施例将电感器3安装于封装机构1外，直接对电感器3进行强制空气对流散热，减小了内部器件的功耗，同时电感器3还提供了一条可以通过强制空气对流散热的路径。

本实施例提供的电源模组的具有以下技术效果：

首先，通过将电源模组的组件中高度最高的电感器3设置在高度小于电感器3的控制芯片2和分立器件4上方，充分利用了控制芯片2和分立器件4上方的空间，可以采用横向面积较大而高度较小的电感器，从而使得电源模组尺寸变小；其次，将控制芯片2和分立器件4设置于密封空间内，其可靠性高；最后，电感器3设置于密封盖板13的上方并与管壳墙体12的顶端连接，即，电感器3设置于密封空间外，密封空间内减少了电感器3这个发热源，既可以避免电感器3发出过高的热量损坏控制芯片2和分立器件4等重要器件，又可以将控制芯片2和分立器件4的额定功率进一步地提高。采用将电感器3外置的方式，可以突破封装电源模组的功率瓶颈，在相同尺寸条件下，这种采用立体结构的封装电源模组，最大承受功率可提高30％以上。

进一步地，管壳墙体12包括设置于侧墙和设置于侧墙120顶端的的凸台 121，电感器3设置于凸台121的顶面。

进一步地，封装机构1还包括设置于侧墙120顶部并且位于凸台121一侧端并且用于与电感器3连接的电感焊盘15，密封盖板13设置于凸台121的另一侧端。该密封盖板13通常为金属材质，通过将电感焊盘15和密封盖板13 分设于凸台121的两侧端，避免了在将电感器3焊接至电感焊盘15时，焊料流动导致电感焊盘15和金属材质的密封盖板13之间发生短路。也可采用绝缘的密封盖板13来杜绝短路问题。

进一步地，封装机构1还包括设置于基板11和管壳墙体12内部并且用于连接控制芯片2、分立器件4和电感器3的走线层16。控制芯片2和分立器件 4在工作过程中将自身发出的热量传导至走线层16，而走线层16嵌于基板11 内部，并且在基板11内部延伸，一方面，控制芯片2和分立器件4可以将热量通过走线层16传导至基板11散热，另一方面，控制芯片2和分立器件4可以将热量通过走线层16传导至外置的电感器3进行散热。

进一步地，走线层16包括设置于基板11内部的并与控制芯片2和分立器件4连接的水平布线层161和设置于管壳墙体12内部并与电感器3连接的垂直布线层162，垂直布线层162与电感焊盘15连接。通过设置水平布线层161和垂直布线层162，加长了走线层16在基板11内部的水平方向和竖直方向上的长度，走线层16在基板11内部延伸的越长，其与基板11的接触面积越大，散热效果越好。同时，可以通过增大垂直布线层162的径向面积，控制芯片2和分立器件4的热量将更容易传导至电感器3，通过电感器3传导至外部环境，进一步提高散热效果。

进一步地，电感焊盘15的径向面积大于垂直布线层162的径向面积。通过设置该电感焊盘15使得在加工的过程中，降低电感器3的定位的精准度，降低安装难度，提高安装效率，并且较大面积的电感焊盘15与电感器3接触，利于电感器3的热量的传导，加速散热。

进一步地，控制芯片2和分立器件4采用打线键合的方式或者倒扣焊的方式设置于基板11上。如图3，采用倒扣焊时，由于没有键合线17的弧高，可以减小管壳墙体12的高度，以减小整个电源模组的封装高度。

进一步地，分立器件4包括功率管、电容、电阻和二极管。

进一步地，基板11底面包括用于连接电路板的锡球18。

在另外一个实施例里，基板11底面包括用于连接电路板的基板焊盘。

进一步地，基板11和管壳墙体12为陶瓷材质。陶瓷作为封装机构1的材料相对塑料作为封装机构1的材料，具有更高的可靠性，例如气密性和耐腐蚀性等，而且陶瓷封装具有更低的热阻，在大功率应用方面具有塑封封装无法比拟的优势。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种电源模组，其特征在于：包括封装机构和设置于所述封装机构内部的控制芯片和分立器件，所述封装机构包括基板、分别设置于所述基板侧边的管壳墙体和设置于所述管壳墙体顶端的密封盖板，所述基板、管壳墙体和密封盖板形成一个用于设置所述控制芯片和分立器件的密封空间，所述电感器设置于所述密封盖板的上方并与所述管壳墙体的顶端连接，所述控制芯片和所述分立器件设置于所述基板上。

2.如权利要求1所述的电源模组，其特征在于：所述管壳墙体包括侧墙和设置于所述侧墙顶端的凸台，所述电感器设置于所述台阶的顶面。

3.如权利要求2所述的电源模组，其特征在于：所述封装机构还包括设置于所述侧墙顶部并位于所述凸台一侧端并且用于与电感器连接的电感焊盘，所述密封盖板设置于所述侧墙顶部并位于所述台阶的另一侧端。

4.如权利要求3所述的电源模组，其特征在于：所述封装机构还包括设置于所述基板和所述管壳墙体内部并且用于连接所述控制芯片、分立器件和电感器的走线层。

5.如权利要求4所述的电源模组，其特征在于：所述走线层包括设置于所述基板内部的并与所述控制芯片和所述分立器件连接的水平布线层和设置于所述管壳墙体内部并与所述电感器连接的垂直布线层，所述垂直布线层与所述电感焊盘连接。

6.如权利要求1-5任一项所述的电源模组，其特征在于：所述控制芯片和所述分立器件采用打线键合的方式或者倒扣焊的方式设置于所述基板上。

7.如权利要求1-5任一项所述的电源模组，其特征在于：所述分立器件包括功率管、电容、电阻和二极管。

8.如权利要求1-5任一项所述的电源模组，其特征在于：所述基板底面包括用于连接电路板的锡球。

9.如权利要求1-5任一项所述的电源模组，其特征在于：所述基板底面包括用于连接电路板的基板焊盘。

10.如权利要求1-5任一项所述的电源模组，其特征在于：所述基板和管壳墙体为陶瓷材质。