CN116437561A - 模块化电路及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种模块化电路及电子设备。该模块化电路包括芯片模块、供电模块、电源传输部件和散热模块，所述电源传输部件的一端与所述供电模块电连接，所述散热模块设置在所述芯片模块上并与所述电源传输部件的另一端电连接，所述散热模块用于对所述芯片模块散热以及对所述芯片模块供电。根据本发明的模块化电路，通过电源传输部件将散热模块和供电模块电连接，散热模块还为芯片模块供电，这样节省了电路板上的传输路径、节省了电路板的电源平面层，从而节省了电路板制板成本、减小大电流在电路板上造成的热损耗，这样设置还有利于电源传输部件内传输大电流时在空气中的散热，提高了散热效果。

Description

模块化电路及电子设备

技术领域

本发明涉及半导体领域，尤其涉及一种模块化电路及电子设备。

背景技术

随着交换机芯片速率的上升，交换机芯片的功耗也随之上升，并已经成为制约整个交换机散热、成本控制和可实现性的关键性问题。

传统交换机的电源通过PCB(Printed Circuit Board，印制电路板)上的VRM(Voltage Regulator Module，电压调节模块)的供电模块流经PCB进入芯片封装结构中。但是，越来越大的芯片电流需求导致需要PCB中提供越来越多的叠层来传输电源，电路板层数的增加使得PCB板厚的增加及成本的提高，且对大电流传输的散热效果不佳，同时降低了可实现性。

发明内容

本发明的目的是至少解决芯片所需的大电流导致电路板层数的增多或散热效果不佳的问题。该目的是通过以下技术方案实现的：

本发明的第一方面提出了一种模块化电路，所述模块化电路包括：

芯片模块；

供电模块；

电源传输部件，所述电源传输部件的一端与所述供电模块电连接；

散热模块，所述散热模块设置在所述芯片模块上并与所述电源传输部件的另一端电连接，所述散热模块用于对所述芯片模块散热以及对所述芯片模块供电。

根据本发明的模块化电路，通过电源传输部件将散热模块和供电模块电连接，散热模块还为芯片模块供电，这样节省了电路板上的传输路径、节省了电路板的电源平面层，从而节省了电路板制板成本、减小大电流在电路板上造成的热损耗，这样设置还有利于电源传输部件内传输大电流时在空气中的散热，提高了散热效果。

另外，根据本发明的模块化电路，还可具有如下附加的技术特征：

在本发明的一些实施例中，所述芯片模块包括：

芯片裸片，所述芯片裸片与所述散热模块绝缘导热连接；

封装基板，所述芯片裸片设置在所述封装基板上，所述散热模块通过所述封装基板与所述芯片裸片电连接。

在本发明的一些实施例中，所述芯片模块还包括导电部件，所述导电部件分别与所述散热模块和所述封装基板电连接。

在本发明的一些实施例中，所述散热模块为金属散热器，所述导电部件为金属封装盖板，所述金属封装盖板呈环形结构，且围绕所述芯片裸片的周向设置；

所述金属封装盖板的一侧全部贴合于所述金属散热器的底部，且与所述金属散热器导电接触；

所述金属封装盖板固定在所述封装基板上，且所述金属封装盖板的另一侧与所述封装基板顶层的电源层导电接触。

在本发明的一些实施例中，所述封装基板上设有多个电源层，多个所述电源层与所述金属封装盖板导电连接。

在本发明的一些实施例中，所述芯片裸片和所述金属散热器之间填充有绝缘导热填充物。

在本发明的一些实施例中，所述电源传输部件为电线软线或柔性电路板。

在本发明的一些实施例中，所述模块化电路还包括PCB电路板，所述电源传输部件架设在所述PCB电路板上。

在本发明的一些实施例中，所述供电模块内设置有电源滤波器。

本发明的第二方面提出了一种电子设备，包括上述的模块化电路。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的附图标记表示相同的部件。在附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施方式的芯片供电装置的结构示意图；

图2为图1的A-A剖视图(剖面线未示出)；

图3示意性地示出了根据本发明实施方式的芯片裸片封装在封装基板的结构示意图；

图4是图3的俯视图；

图5为本发明实施方式的供电方法的流程示意图。

附图标记如下：

100、模块化电路；

10、散热模块；11、金属散热器；12、紧固件；

20、芯片模块；21、封装基板；22、芯片裸片；23、导电部件；231、金属封装盖板；

30、电源传输部件；

40、绝缘导热填充物；

50、PCB电路板；

60、供电模块。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施方式。虽然附图中显示了本公开的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

应理解的是，文中使用的术语仅出于描述特定示例实施方式的目的，而无意于进行限制。除非上下文另外明确地指出，否则如文中使用的单数形式“一”、“一个”以及“所述”也可以表示包括复数形式。术语“包括”、“包含”、“含有”以及“具有”是包含性的，并且因此指明所陈述的特征、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除存在或者添加一个或多个其它特征、步骤、操作、元件、部件、和/或它们的组合。文中描述的方法步骤、过程、以及操作不解释为必须要求它们以所描述或说明的特定顺序执行，除非明确指出执行顺序。还应当理解，可以使用另外或者替代的步骤。

尽管可以在文中使用术语第一、第二、第三等来描述多个元件、部件、区域、层和/或部段，但是，这些元件、部件、区域、层和/或部段不应被这些术语所限制。这些术语可以仅用来将一个元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段区分开。除非上下文明确地指出，否则诸如“第一”、“第二”之类的术语以及其它数字术语在文中使用时并不暗示顺序或者次序。因此，以下讨论的第一元件、部件、区域、层或部段在不脱离示例实施方式的教导的情况下可以被称作第二元件、部件、区域、层或部段。

为了便于描述，可以在文中使用空间相对关系术语来描述如图中示出的一个元件或者特征相对于另一元件或者特征的关系，这些相对关系术语例如为“内部”、“外部”、“内侧”、“外侧”、“下面”、“下方”、“上面”、“上方”等。这种空间相对关系术语意于包括除图中描绘的方位之外的在使用或者操作中装置的不同方位。例如，如果在图中的装置翻转，那么描述为“在其它元件或者特征下面”或者“在其它元件或者特征下方”的元件将随后定向为“在其它元件或者特征上面”或者“在其它元件或者特征上方”。因此，示例术语“在……下方”可以包括在上和在下的方位。装置可以另外定向(旋转90度或者在其它方向)并且文中使用的空间相对关系描述符相应地进行解释。

如图1至图4所示，根据本发明的实施方式，提出了一种模块化电路100，包括芯片模块20、供电模块60、电源传输部件30和散热模块10。电源传输部件30的一端连接供电模块60，另一端连接散热模块10。散热模块10设置在芯片模块20上，散热模块10用于对芯片模块20散热以及对芯片模块20供电。

本实施方式中的模块化电路100，通过电源传输部件30将散热模块10和供电模块60电连接，散热模块10还为芯片模块20供电，这样节省了电路板上的电源传输路径、节省了电路板的电源平面层，从而节省了电路板制板成本、减小大电流在电路板上造成的热损耗，这样设置还有利于电源传输部件30内传输大电流时在空气中的散热，提高了散热效果。

需要理解的是，所述芯片模块20包括芯片裸片22和封装基板21，芯片裸片22通过绝缘导热填充物40与散热模块10绝缘导热连接，芯片裸片22设置在封装基板21上，由于工艺限制，电流无法直接从散热模块10底部直接传输到芯片裸片22，因此，需要散热模块10通过金属封装盖板231和封装基板21的电源层与芯片裸片22电连接来实现供电的目的。芯片裸片22与散热模块10绝缘导热连接，散热模块10不仅对芯片裸片22起到了散热的作用，且散热模块10与封装基板21导电连接，散热模块10将电流输送至封装基板21，又因为芯片裸片22封装在封装基板21上，所以封装基板21上的电流又被输送至芯片裸片22中，最终实现散热模块10中的电流传输至芯片裸片22的目的。

需要理解的是，芯片模块20还包括导电部件23，导电部件23分别与散热模块10和封装基板21电连接。导电部件23可以为金属封装盖板231。

具体的，当导电部件23为金属封装盖板231的时候，散热模块10为金属散热器11，该金属封装盖板231呈环形结构，金属封装盖板231设置在封装基板21上，并且围绕着芯片裸片22的周向设置。金属封装盖板231的一侧全部与金属散热器11的底部贴合并导电接触，另一侧全部与封装基板21贴合并导电接触。

需要理解的是，金属封装盖板231固定设置在封装基板21上，金属封装盖板231对封装基板21进行矫正。当封装基板21处于大电流的作用下会产生受热形变，为了减轻封装基板21的受热形变，增强封装基板21的机械强度，因此，需要金属封装盖板231固定在封装基板21之上。

具体的，金属封装盖板231的厚度应该略微大于芯片裸片22的厚度，这样当金属散热器11贴合设置在金属封装盖板231的顶部时，金属散热器11和芯片裸片22之间具有间隙。

可以理解的是，芯片裸片22和金属散热器11之间填充有绝缘导热填充物40，该绝缘导热填充物40可以为导热硅胶，保证了金属散热器11和芯片裸片22处于电位隔绝状态。

本实施方式中的金属封装盖板231采用金属材质，目的是起到导电的作用，将金属散热器11和封装基板21之间连通，即金属封装盖板231和封装基板21之间实现短路。本实施方式中的金属封装盖板231是不封口的，通过和金属散热器11的配合来实现密封的目的。所以本实施方式中的金属散热器11要完全覆盖在金属封装盖板231之上，这样才可以起到密封效果，保护芯片裸片22。

因此，为了金属封装盖板231和封装基板21的顶层实现短路，封装基板21的顶层不镀绝缘漆，这样封装基板21的顶层可以和金属封装盖板231之间物理接触，实现短路。这意味着封装基板21和金属封装盖板231相连接的一侧为电源层，即封装基板21的顶层为电源层，这样金属封装盖板231能将电流输送至封装基板21中。

可以理解的是，封装基板21中可以根据实际供电电流的大小选择电源层数的设置，封装基板21的第一层至第四层均可以电源层。

可以理解的是，封装基板21的中央位置设置有核心电源区域，芯片裸片22通过焊接连接的方式固定在核心电源区域上，用于使封装基板21的核心电源区域向着芯片裸片22供电。核心电源区域设置在封装基板21的中心是方便在封装基板21上设计布线，节约了封装基板21的使用面积。芯片裸片22和核心电源区域对应设置，优化封装基板21的布局，防止芯片裸片22中的管脚搭接错的问题发生。

需要理解的是，电源传输部件30可以为电线软线或者柔性电路板。采用电线软线或者柔性电路板为电源传输部件30，具有质量轻、厚度薄、可以自由弯曲折叠等优点。在封装的结构中，内部空间有限，并且PCB电路板50上还有多个电子元件，电源传输部件30要避开电子元件连接金属散热器11和PCB电路板50上的供电模块60，因此具有可自由弯曲折叠优点的电线软线或柔性电路板就可以发挥其优势，方便在PCB电路板50上布线。电线软线和柔性电路板的质量轻、厚度薄，减小了电子设备的重量和节约电子设备的内部空间。

需要理解的是，电源传输部件30架设在PCB电路板50上。PCB电路板50上设有多个电子元件或模块，但是一般电子元件或模块的厚度不大，只需要将电源传输部件30架设起来，就可以减少电源传输部件30在电子元件或模块之间弯曲折叠的情况发生。因为在大电流的情况下，电源传输部件30弯曲或折叠的部分可能会产生涡流，弯曲或折叠的部分会发热，导致电源传输部件30损毁，因此才需要将电源传输部件30架设起来，这样可以尽量避免电源传输设备弯曲或折叠。架设的方式除了可以减少电源传输部件30的路径之外，还可以使电源传输部件30的四周均裸露，即电源传输部件30的四周都为空气，更加有利于电源传输部件30内传输大电流时在空气中的散热。

具体的，架设的方式可以为PCB电路板50上固定有支架，将电源传输部件30放置在支架上。

在一些实施方式中，供电模块60内可以设置有电源滤波器。电源滤波器可以为电容。电源滤波器的设置可以抑制噪声，减少电源对PCB电路板50上其他元件产生的噪声影响。

如图5所示，本实施方式还提供了一种供电方法，用于上述的模块化电路100，包括如下步骤：

通过电源传输部件30接收从供电模块60传输的电流；

再将电流输送至封装基板21；

封装基板21向芯片裸片22供电。

本实施方式还提供了一种电子设备，包括上述的模块化电路100和PCB电路板50，模块化电路100的散热模块10通过紧固件12固定在PCB电路板50上。

可以理解的是，该电子设备可以是交换机，该交换机用于电信和数据通信技术领域。

可以理解的是，具体实施方式为提供一种交换机，因为随着交换机芯片带宽和速率的上升，交换机芯片的功耗也随之上升，并成为制约交换机散热、成本控制及可实现性的关键性问题。

具体的，本实施方式的交换机内部包括PCB电路板50和模块化电路100，模块化电路100包括封装基板21、芯片裸片22、金属散热器11和金属封装盖板231。封装基板21通过焊点固定在PCB电路板50上，PCB电路板50上还设置有供电模块60，供电模块60尽量设置在PCB电路板50的边缘，远离其他元器件，减小噪声对其他元器件的干扰。

封装基板21上具有核心供电区域，该核心供电区域设置在封装基板21的正中央。芯片裸片22对应设置在核心供电区域的上方，芯片裸片22通过焊接连接的方式固定在封装基板21的核心供电区域上。

金属散热器11和金属封装盖板231的材质为铜或铝合金，铜的导热性好，但价格较贵，加工难度较高，重量过大(很多纯铜散热器都超过了芯片对重量的限制)，热容量较小，而且容易氧化。而纯铝太软，不能直接使用，都是使用的铝合金才能提供足够的硬度，铝合金的优点是价格低廉，重量轻，但导热性比铜就要差很多，并且铝合金的导电率只有铜的导电率的三分之二。本实施方式中可以在铝合金散热器底座上嵌入一片铜板，既满足导热性能或导电性能也减轻重量。

封装基板21的顶层为电源层，即在制作封装基板21时，确保顶层不镀绝缘漆。封装基板21的顶层上设置有金属封装盖板231。该金属封装盖板231呈环形结构，且金属封装盖板231的厚度要略微大于芯片裸片22的厚度。金属封装盖板231围绕着芯片裸片22的周向设置，金属封装盖板231的一侧完全贴合在封装基板21上。

在金属封装盖板231的上方覆盖金属散热器11，该金属散热器11的横截面积要大于金属封装盖板231，即金属封装盖板231远离封装基板21的另一侧面完全贴合金属散热器11。金属散热器11和金属封装盖板231接触，即金属封装盖板231和金属散热器11之间可以导电。

金属散热器11通过紧固螺钉固定在PCB电路板50上，PCB电路板50上开设有通孔，金属散热器11的边缘也开设有通孔，紧固螺钉穿过PCB电路板50上的通孔和金属散热器11边缘的通孔，将金属散热器11紧紧固定在PCB电路板50之上。其中，紧固螺钉可以为绝缘材质或金属材质，只需要确保紧固螺钉与封装基板21的电源层相互绝缘和与金属封装盖板231相互绝缘即可。其中，可以为PCB电路板50的通孔表面包覆有绝缘层这种方式，防止PCB电路板50上的电源层与紧固螺钉之间接触导电。

金属散热器11和芯片裸片22并不直接接触，要保证金属散热器11和芯片裸片22处于电位隔绝状态，并且为了进一步保护芯片裸片22和散热，芯片裸片22和金属散热器11之间还要填充绝缘的导热硅胶。

金属散热器11通过柔性电路板连接供电模块60，供电模块60内还应该设置电源滤波器。该电源滤波器为线性型电源滤波器或交错性电源滤波器，其中，线性型电源滤波器主要由一个大电容和一个电感器组成，它们串联在电源输入端，以过滤掉电源中的高频噪声和其他干扰信号，该线性型电源滤波器结构简单，成本低廉，但滤波效果一般。另外，交错型电源滤波器是由若干个交错连接的电感器和电容器组成，它们串联在电源输入端和设备负载之间。该交错型电源滤波器结构能够过滤电源中的高、低频干扰信号，具有良好的滤波效果和稳定性。此外，电源滤波器还可以添加继电器、保险丝、开关等元器件，以增强其保护功能和灵活性。

该柔性电路板可以通过焊接的方式固定在金属散热器11上，也可以在金属散热器11上设置有和柔性电路板对接的接口，柔性电路板通过接口与金属散热器11连接。同理，该柔性电路板可以通过焊接的方式固定在供电模块60上，也可以在供电模块60上设置有和柔性电路板对接的接口，柔性电路板通过接口与供电模块60连接。

本市实施方式的柔性电路板只具有单面电路，内部具有铜或导电材料层，外部包覆有保护性覆盖的绝缘材料。该柔性电路板仅仅需要满足传输电源的目的即可。

柔性电路板是架设在PCB电路板50之上的，通过在PCB电路板50上架设支架，柔性电路板安装在支架的顶端。因为金属散热器11和供电模块60通过柔性电路板连接，此时金属散热器11的电位即为芯片所需的核心电压。又因为金属散热器11和金属封装盖板231之间导电，大电流从金属散热器11传输到金属封装盖板231，金属封装盖板231设置在封装基板21的顶层，封装基板21的顶层为电源层，那么大电流会传输至封装基板21的电源层。

封装基板21的电源层有了电流，通过封装基板21上的核心供电区域向芯片裸片22进行供电。本实施方式中需要通过金属散热器11、金属封装盖板231和封装基板21之间联合，才可以实现这种飞线式电源传输的实施方式。

具体的，供电方法为电流经过供电模块60的电源滤波器进行滤波后传输至金属散热器11，金属散热器11与金属封装盖板231之间相互导电，电流又传输至金属封装盖板231，又因封装基板21的顶层为电源层，金属封装盖板231直接设置在封装基板21的电源层之上，因此电流可以传输至封装基板21。当电流流入封装基板21的顶层后，核心供电区域的通孔通过电源管脚将电流导入芯片裸片22中，从而实现了电流从供电模块60到芯片裸片22的传输。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种模块化电路，其特征在于，所述模块化电路包括：

芯片模块；

供电模块；

电源传输部件，所述电源传输部件的一端与所述供电模块电连接；

散热模块，所述散热模块设置在所述芯片模块上并与所述电源传输部件的另一端电连接，所述散热模块用于对所述芯片模块散热以及对所述芯片模块供电。

2.根据权利要求1所述的模块化电路，其特征在于，所述芯片模块包括：

芯片裸片，所述芯片裸片与所述散热模块绝缘导热连接；

封装基板，所述芯片裸片设置在所述封装基板上，所述散热模块通过所述封装基板与所述芯片裸片电连接。

3.根据权利要求2所述的模块化电路，其特征在于，所述芯片模块还包括导电部件，所述导电部件分别与所述散热模块和所述封装基板电连接。

4.根据权利要求3所述的模块化电路，其特征在于，所述散热模块为金属散热器，所述导电部件为金属封装盖板，所述金属封装盖板呈环形结构，且围绕所述芯片裸片的周向设置；

所述金属封装盖板的一侧全部贴合于所述金属散热器的底部，且与所述金属散热器导电接触；

所述金属封装盖板固定在所述封装基板上，且所述金属封装盖板的另一侧与所述封装基板顶层的电源层导电接触。

5.根据权利要求4所述的模块化电路，其特征在于，所述封装基板上还设有多个电源层，多个所述电源层与所述金属封装盖板均导电连接。

6.根据权利要求4所述的模块化电路，其特征在于，所述芯片裸片和所述金属散热器之间填充有绝缘导热填充物。

7.根据权利要求1所述的模块化电路，其特征在于，所述电源传输部件为电线软线或柔性电路板。

8.根据权利要求7所述的模块化电路，其特征在于，所述模块化电路还包括PCB电路板，所述电源传输部件架设在所述PCB电路板上。

9.根据权利要求1所述的模块化电路，其特征在于，所述供电模块内设置有电源滤波器。

10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的模块化电路。

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