CN116466782A - 电压调节模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电压调节模块，包含第一印刷电路板组件、第二印刷电路板组件以及磁芯组件，第一印刷电路板组件包含一第一印刷电路板；第二印刷电路板组件包含第二印刷电路板、至少一输出电容、多个球格阵列及至少一焊盘，第二印刷电路板包含第一表面和第二表面，多个球格阵列设置于第二表面上，至少一焊盘与第一表面相邻设；磁芯组件设置于第一印刷电路板组件及第二印刷电路板组件之间，且与焊盘电性连接；其中输出电容内埋于第二印刷电路板组件内。

Description

电压调节模块

本申请是申请日为2019年09月23日、申请号为201910901123.5、发明名称为“电压调节模块”的专利申请的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种电压调节模块，尤其涉及一种可减少损耗、增加散热效率、增加抗压能力、可设置更多的输出电容及/或减小体积的电压调节模块。

背景技术

请参阅图1A及图1B，其中图1A为第一种公知电子装置的结构示意图，图1B为图1A所示的电压调节模块的结构示意图。如图1A及图1B所示，公知第一种电子装置1包含中央处理器(Central Processing Unit；CPU)11、电压调节模块12及系统板13。电压调节模块12用以转换所接收的输入电压为调节电压，并提供给中央处理器11，且电压调节模块12与中央处理器11皆设置于系统板13的第一表面上，另外，为了满足负载动态切换的要求，电压调节模块12的输出端靠近中央处理器11的供电输入端。

此外，电压调节模块12还具有输出电容14、印刷电路板(印刷电路板)15及磁性组件16。输出电容14设置于相对第一表面的系统板13的第二表面上，并与中央处理器11的供电输入端相邻。磁性组件16设置于印刷电路板15上，且在印刷电路板15和磁性组件16之间的空隙里可设置开关组件。印刷电路板15设置于系统板13的第一表面上，由此电压调节模块12产生的热能可通过印刷电路板15传送至系统板13，进而利用系统板13的散热系统(未图标)进行散热。

然而随着中央处理器11所需的电流越来越大，电子装置的体积要求越来越小，图1A所示的中央处理器11及电压调节模块12放置在同一侧的方式已不能满足负载动态切换的要求。请参阅图2，其为第二种公知电子装置的结构示意图。如图所示，为了减小电子装置的体积，并有效地提升电压调节模块的动态切换性能，公知第二种电子装置1’将电压调节模块12改为设置于系统板13的第二表面，即图1A中原来放置输出电容14的位置，使电压调节模块12与中央处理器11位于系统板13的相对表面上，相对应地，电压调节模块12内部组件的设置也须进行调整，以使输出电容从原先设置系统板13的第二表面上改为设置在电压调节模块12内，如此一来，可有效地减小了电子装置1’的体积，并且因输出电容14就近放置在电压调节模块12的输出端和中央处理器11的供电输入端，还可以有效地提升电压调节模块12的动态切换性能。

虽然上述第二种公知电子装置的电压调节模块可以有效地提升电压调节模块12的动态切换性能，仍存在许多问题需要克服。首先，第一个问题与第二个问题乃是因为电压调节模块的第一侧需与系统板焊接，电压调节模块的第二侧则通过散热片和弹簧螺丝等与电子装置的机壳固定，因此电压调节模块面临到第一个问题，即无法有效地将热能传送至电子装置的机壳，以通过机壳来散热，再者，电压调节模块面临到的第二个问题则是无法有效提升电压调节模块承受来自散热片和弹簧螺丝的压力。第三个问题则为由于输出电容改为设置在电压调节模块内，又电压调节模块的印刷电路板上通常包含多个球格阵列，因此考虑到球格阵列可能在受力不均而裂锡或掉锡的情况，影响产品的可靠性，故电压调节模块的印刷电路板的表面上需提供较大空间来对球格阵列的受力情况进行改良设计，如此一来，将对输出电容的设置空间造成局限，导致电压调节模块无法依据实际需求而设置更多的输出电容。第四个问题则为电压调节模块内通常存在用来传递信号的组件，例如由多个导接脚所构成的信号连接部，其中信号连接部的多个导接脚插设于电压调节模块的印刷电路板上，然由于信号连接部的导接脚之间的间距大，在相同的面积上，可以放置的导接脚个数少，故导接脚分布密度较小，且由于每个导接脚的截面积小，导致导接脚在插设的过程中可靠性差，另外，导接脚间的连锡亦容易短路。

因此，实有必要发展一种电压调节模块，以解决现有技术所面临的问题。

发明内容

本发明的目的为提供一种电压调节模块，其可有效地将热能传送至电子装置的机壳，以通过机壳来散热，并有效提升电压调节模块承受来自散热片和弹簧螺丝的压力的能力。

本发明的又一目的为提供一种电压调节模块，其可在印刷电路板上具有球格阵列时，仍有效地提供输出电容的设置空间，由此可设置更多的电容。

本发明的再一目的为提供一种电压调节模块，其利用导接用印刷电路板以及设置于导接用印刷电路板上的导电手指来取代公知用来传递信号的导接脚，由此导电手指所构成的脚位分布密度可提高，进而缩小电压调节模块的体积，同时提升电压调节模块的功率密度，并获得更多的空间来放置其它分立器件。

为达上述目的，本发明的较佳实施方式为提供一种电压调节模块，包含第一印刷电路板组件、一第二印刷电路板组件及一磁芯组件。第一印刷电路板组件包含一第一印刷电路板；第二印刷电路板组件包含第二印刷电路板、一输出电容、多个球格阵列及至少一焊盘，第二印刷电路板包含第一表面和第二表面，多个球格阵列设置于第二表面上，至少一焊盘与第一表面相邻设；磁芯组件设置于第一印刷电路板组件及第二印刷电路板组件之间，且与焊盘电性连接；其中输出电容内埋于第二印刷电路组件内。

本发明的有益效果在于，本发明的电压调节模块的输出电容内嵌于第二印刷电路板，故不但可增大与磁芯组件焊接的第二印刷电路板组件上的焊盘的面积，使第二印刷电路板上的球格阵列受力均匀，提升产品的可靠性，同时可设置更多的输出电容。

附图说明

图1A为第一种公知电子装置的结构示意图；

图1B为图1A所示的电压调节模块的结构示意图；

图2为第二种公知电子装置的结构示意图；

图3A为本发明第一较佳实施例的电压调节模块的结构示意图；

图3B为图3A所示的电压调节模块的另一视角的结构示意图；

图3C为图3A及图3B所示的第一印刷电路板的层剖面结构示意图；

图3D为图3A及图3B所示的第一印刷电路板的第一表面的组件部局示意图；

图4为图3A所示的电压调节模块的等效电路图；

图5为图4所示的输出电容内嵌于第二印刷电路板时，第二印刷电路板的剖面结构示意图；

图6为图4所示的输出电容以塑封方式设置于第二印刷电路板时，第二印刷电路板的剖面结构示意图；

图7为图4所示的输出电容内嵌于第二印刷电路板时，第二印刷电路板的一变化例的剖面结构示意图；

图8为图3A、图3B所示的磁芯组件的结构示意图；

图9A为本发明第二较佳实施例的电压调节模块的结构示意图；

图9B为图9A所示的电压调节模块的另一视角的结构示意图；

图10为图3A所示的信号连接部的放大结构示意图。

附图标记如下：

1、1’:电子装置

11:中央处理器

12、3:电压调节模块

13:系统板

14:输出电容

15:印刷电路板

16:磁性组件

30:驱动器金氧半场效应晶体管单元

L:输出电感

Cin:输入电容

Cout:输出电容

SW:第一端

Vin+:正输入端

Vin-:负输入端

Vo+:正输出端

Vo-:负输出端

40:控制电路

PWM1、PWM2、PWM3、PWM4:脉宽控制信号

50:第一印刷电路板组件

60:磁芯组件

70:第二印刷电路板组件

501:第一印刷电路板

502:第一塑封层

50a:第一表面

503:外表面

P1:第一焊盘

P2:第二焊盘

SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8:第三焊盘

511:通孔

512:盲孔

610:磁芯部

621、623、625、627:第一U型铜柱

703:第二印刷电路板

P4:第四焊盘

P5:第五焊盘

P6a、P6b、P6c、P6d:第六焊盘

711:盲孔

B:球格阵列

70a:第一表面

70b:第二表面

723:基板

724:界面层

731:第一电镀层

732:第二电镀层

733:多个第一绝缘层

734:多个第二绝缘层

727:焊盘

725、725’:第一导电通孔

726’:第二导电通孔

771:铜块

704:第二塑封层

611、613、615、617:磁芯单元

811、813、815、817:孔洞

641、642、643、644、645、646、647、648:顶面

651、653、655、657:底面

831、832、833:斜线区

841、842、843、844:第二磁力线交叠区

801、802、803、804:非磁力线交叠区

821、822、823、824、825、826、827、828:气隙

602:第三U型铜

603:第二U型铜柱

601:信号连接部

662:导接用印刷电路板

561、761:导接焊盘

663:导电手指

664:表面贴脚

具体实施方式

体现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上当作说明之用，而非用于限制本发明。

请参阅图3A、图3B及图4，其中图3A为本发明第一较佳实施例的电压调节模块的结构示意图，图3B为图3A所示的电压调节模块的另一视角的结构示意图，图4为图3A所示的电压调节模块的等效电路图。如图所示，本实施例的电压调节模块3可应用在电子装置内，其中为了满足电子装置内的中央处理器的大电流需求，电压调节模块3可例如为多相降压转换电路，以有效地增大电压调节模块3的输出电流能力。在电路结构上，电压调节模块3包含多个开关电路，例如驱动器金氧半场效应晶体管单元30(Driver and Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor；Dr.MOS，后面简称Dr.MOS30)、多个输出电感L、至少一输入电容Cin以及至少一输出电容Cout。

每一Dr.MOS 30串联连接于对应的电感L的第一端SW而构成一相Buck电路，故如图4所示，由于电压调节模块3包含由上到下的第一相Buck电路至第八相Buck电路，故Dr.MOS30及电感L的个数分别为八个，八相Buck电路的第一端并联电性连接后与电压调节模块3的输入电容Cin电性连接，以构成电压调节模块3的输入端(包含正输入端Vin+与负输入端Vin-)，而八相Buck电路的第二端(即每一电感L的第二端)并联电性连接后与输出电容Cout电性连接，以构成电压调节模块3的输出端(包含正输出端Vo+与负输出端Vo-，其中负输入端Vin-与负输出端Vo-为短路相接)。输出电容Cout的第一端可构成电压调节模块3的正输出端Vo+，输出电容Cout的第二端可构成电压调节模块3的负输出端Vo-。输入电容Cin的第一端与电压调节模块3的正输入端Vin+电性连接，输入电容Cin的第二端与电压调节模块3的负输入端Vin-电性连接。

于一些实施例中，Dr.MOS 30及包含晶体管开关及用来驱动晶体管开关的驱动器，且Dr.MOS 30包含一散热面而可进行单面散热。此外，电压调节模块3还包含控制电路40，控制电路40通过采样电压调节模块3的输出电压和各相Buck电路的输出电流而产生四组脉宽控制信号PWM1、PWM2、PWM3及PWM4，其中相邻的两组脉宽控制信号错相90度，每一组脉宽控制信号控制相邻的两相Buck电路，譬如脉宽控制信号PWM1用来控制第一Buck电路和第二相Buck电路，脉宽控制信号PWM2用来控制第三Buck电路和第四相Buck电路，脉宽控制信号PWM3用来控制第五Buck电路和第六相Buck电路，脉宽控制信号PWM4用来控制第七Buck电路和第八相Buck电路。

在实际结构上，为了增强电压调节模块3承担来自电子装置的机壳压力的能力，并使电压调节模块3有效地将热能传导至电子装置的机壳或散热片，电压调节模块3可包含两层以上结构，例如图3A及图3B所示的第一印刷电路板组件50、磁芯组件60及第二印刷电路板组件70的三层结构。第一印刷电路板组件50包含第一印刷电路板501和第一塑封层502。第一印刷电路板501的第一表面50a可供所有Dr.MOS 30和所有输入电容Cin通过焊锡焊接方式或者导电胶黏贴方式进行设置(如图3D所示)，其中Dr.MOS 30的散热面设置于第一印刷电路板501的第一表面50a上。第一塑封层502设置于第一印刷电路板501的第一表面50a上，用以利用塑封方式将第一印刷电路板501的第一表面50a连同所有Dr.MOS 30和所有输入电容Cin塑封成一体，其中第一塑封层502的外表面503为一平面，该外表面503可与电子装置的机壳或散热片相贴合而固接，且由于外表面503为平面，故增大了与机壳或散热片的接触面积，如此一来，不但有利于减小散热热阻而提升电压调节模块3的散热能力，还可以平均分配来自机壳的压力，增强第一印刷电路板组件50的抗压能力。

于一些实施例中，如图3B所示，第一印刷电路板501的第二表面50b上还包含两个第一焊盘P1、四组成对的第二焊盘P2、偶数个第三焊盘、多个通孔511和至少一盲孔512。第一焊盘P1可电性连接电压调节模块3的正输入端Vin+。第二焊盘P2可电性连接电压调节模块3的负输出端Vo-。偶数个第三焊盘，例如八个第三焊盘SW1、SW2、SW3、SW4、SW5、SW6、SW7、SW8中的每一个第三焊盘可电性连接于对应的电感L的第一端SW。通孔511贯穿第一印刷电路板501。盲孔512则未贯穿第一印刷电路板501。

请参阅图3C，其为图3A及图3B所示的第一印刷电路板的层剖面结构示意图。如图所示，于一些实施例中，每一Dr.MOS 30亦可改为包含两个相对的散热面(于此称第一散热面及第二散热面)而进行双边散热，其中第一散热面设置于第一印刷电路板501的第一表面50a上，再者，当第一塑封层502塑封了第一印刷电路板501的第一表面50a、所有Dr.MOS 30和输入电容Cin后，可以对第一塑封层502的外表面503进行打磨，使每一个Dr.MOS 30的第二散热面露出于第一塑封层502的外表面503，进而可通过散热片或者直接与电子装置的机壳贴合，如此一来，有利于进一步减小热阻，增强散热效果。

请参阅图3D，其为图3A及图3B所示的第一印刷电路板的第一表面的组件部局示意图。如图所示，于一些实施例中，八个Dr.MOS 30均分为第一排及第二排而设置在第一印刷电路板501的第一表面50a上，每一排中所有Dr.MOS 30的设置方向相同，而第一排中的Dr.MOS 30的设置方向则与第二排中的Dr.MOS 30的设置方向相反，由此使八个Dr.MOS 30与对应的电感L的第一端SW之间的走线可更短。输入电容Cin则均匀地设置在Dr.MOS的四周。

请再参阅图3A及图3B，于本实施例中，磁芯组件60与第一印刷电路板组件50相邻设，例如设置于第一印刷电路板组件50的下方而与第一印刷电路板501的第二表面50b相邻，且包含磁芯部610和至少一个第一U型铜柱，其中每一第一U型铜柱穿设磁芯部610，以利用第一U型铜柱的两个单边柱体构成两个电感，因此当电压调节模块3为八相Buck电路而具有八个电感L时，则磁芯组件60如图3A及图3B所示，包含四个第一U型铜柱621、623、625、627，其中四个第一U型铜柱621、623、625、627中的每一个U型铜柱的单边柱体构成八个电感L中对应的电感L的绕组。

由上可知，本发明的电压调节模块3乃是通过至少一第一U型铜柱穿设磁芯部610来构成至少两个电感L，因此八个电感L仅需四个第一U型铜柱即可，故节省第一U型铜柱的个数。此外，因为铜柱可有良好的支撑力与导热性，故第一U型铜柱可支撑于第一印刷电路板组件50与第二印刷电路板组件70之间，由此提升电压调节模块3承受来自于电子装置的机壳的压力的能力，并且利用铜的良好导热性，将电感L产生的热量进行快速且有效地传导，故可减小热传导路径中的热阻。更因为铜的低阻率，可以更好地减小电感的导通电阻，进一步减小电感的导通损耗，以提高电压调节模块3的转换效率。

请再参阅图3A、图3B及图4，于本实施例中，第二印刷电路板组件70包含第二印刷电路板703以及至少一输出电容Cout。至少一输出电容Cout可为但不限于内嵌在第二印刷电路板703内。第二印刷电路板703包含第四焊盘P4，四个第五焊盘P5，四个第六焊盘P6a、P6b、P6c、P6d、多个盲孔711及多个球格阵列(Ball Grid Array；BGA)B，其中第四焊盘P4，四个第五焊盘P5，四个第六焊盘P6a、P6b、P6c、P6d及多个盲孔711设置于第二印刷电路板703的第一表面70a上(即与磁芯组件60相邻的第二印刷电路板组件70的一面上)，且第四焊盘P4可电性连接电压调节模块3的正输入端Vin+，四个第五焊盘P5可电性连接电压调节模块3的负输出端Vo-，第六焊盘P6a、P6b、P6c、P6d可电性连接电压调节模块3的正输出端Vo+。多个球格阵列B设置于第二印刷电路板703的第二表面70b上，用以与电子装置的中央处理器放置在系统板上的球格阵列电气连接，其中第二印刷电路板703的第二表面70b上的多个球格阵列B与系统板上的球格阵列的间距及网络一一对应。多个该球格阵列B通过第二印刷电路板703内部走线而与第二印刷电路板703的第一表面70a上的多个焊盘电气连接。

由于电压调节模块因锁固等原因而承受来自电子装置的压力时，在第二印刷电路板703的第一表面70a均匀受力的情况下，第二印刷电路板703的第二表面70b所放置的多个球格阵列B中的每一个球格阵列B皆均匀受力。然而当球格阵列B受力不均匀时，受力过大的球格阵列B会造成裂锡或掉锡，影响产品的可靠性。此时便需要增大与磁芯组件60焊接的第二印刷电路板组件70的第一表面70a上的焊盘的面积，但是增大焊盘面积，将减小放置输出电容Cout的面积。所以在本发明中，电压调节模块3采用内嵌输出电容Cout或者塑封输出电容Cout的方式来解决如上问题，以下将进行说明。

请参阅图5，其为图4所示的输出电容内嵌于第二印刷电路板时，第二印刷电路板的剖面结构示意图。如图所示，首先，图5中仅以一个输出电容Cout内嵌于第二印刷电路板703方式来示例。第二印刷电路板703包含基板723、界面层724、第一电镀层731、第二电镀层732、多个第一绝缘层733及多个第二绝缘层734。基板723包含多个焊盘727，用以供输出电容Cout进行焊接，使输出电容Cout通过焊盘727固定在基板723上。界面层724，例如环氧树脂绝缘膜(AjinomotoBuild-up Film；ABF)，覆盖基板723放置输出电容Cout的第一表面及输出电容Cout上，界面层724在一定温度下烘烤一定时间，譬如180℃烘烤30分钟后，界面层724固化形成绝缘层。第一电镀层731以铜电镀并压合方式形成于界面层724的上表面和基板723的第二表面上，其厚度约为3OZ。而从图5中第二印刷电路板组件70的上下两个方向将界面层724和基板723的两个位置上打通孔并进行电镀，其中界面层724的两个通孔的位置及基板723的两个通孔的位置与两个焊盘727对应，使界面层724的两个通孔及基板723的两个通孔连接于与输出电容Cout焊接的两个焊盘727。在此基础上，从第二印刷电路板组件70的上下两个方向各自添加第一绝缘层733于基板723上及界面层724的第一电镀层731上，而两个第一绝缘层733的表面则电镀铜并压合形成3OZ厚度的第二电镀层732。然后再次从第二印刷电路板组件70的上下两个方向将第一绝缘层733的两个位置打通孔并进行电镀，其中第一绝缘层733的两个通孔的位置与两个焊盘727及界面层724的两个通孔对应，使第一绝缘层733的两个通孔连接于与输出电容Cout焊接的两个焊盘727及界面层724的两个通孔。接着，再次于位于第二印刷电路板组件70的上下两方向的第一绝缘层733上各自形成第二绝缘层734，并在两个第二绝缘层734的两个表面上电镀铜并压合形成3OZ厚度的电镀层，以形成第二印刷电路板703的第一表面70a和第二表面70b。然而从第二印刷电路板组件70的上下两个方向将第二绝缘层734的两个位置上打通孔并进行电镀，使第二绝缘层734的两个通孔连接于与输出电容Cout焊接的两个焊盘727、界面层724的两个通孔及第一绝缘层733的两个通孔，其中位于第二印刷电路板组件70上半部的第二绝缘层734的其中之一通孔、界面层724的其中之一通孔及第一绝缘层733的其中之一通孔相连通而形成第一导电通孔725，位于第二印刷电路板组件70下半部的界面层724的其中之一通孔及第一绝缘层733的其中之一通孔相连通而形成第一导电通孔725’，位于第二印刷电路板组件70上半部的第二绝缘层734的另一通孔、界面层724的另一通孔及第一绝缘层733的其中的另一相连通而形成第二导电通孔726，位于第二印刷电路板组件70下半部的界面层724的另一通孔及第一绝缘层733的另一通孔相连通而形成第二导电通孔726’。第一导电通孔725、725’电性连接输出电容Cout的第一端(正输出端Vo+)、第二电镀层732及第二印刷电路板703的第一表面70a、第二表面70b，第二导电通孔726、726’电气接输出电容Cout的第二端(负输出端Vo-)、第一电镀层731及第二印刷电路板703的第一表面70a、第二表面70b。采用输出电容Cout内嵌于第二印刷电路板703内的方法，可以为输出电容Cout提供更多的放置位置，而不受与第二印刷电路板703连接的其它器件的影响。

请参阅图6，其为图4所示的输出电容以塑封方式设置于第二印刷电路板时，第二印刷电路板的剖面结构示意图。如图所示，于一些实施例中，输出电容Cout可改以塑封方式设置于第二印刷电路板703上，更进一步而言，即输出电容Cout焊接固定于第二印刷电路板703的第一表面70a上，且第二印刷电路板组件70还包含多个铜块771及第二塑封层704。铜块771焊接固定于第二印刷电路板703的第一表面70a上，用以提供支撑功能。第二塑封层704用以利用塑封方式将第二印刷电路板703的第一表面70a连同所有输出电容Cout及多个铜块771塑封成一体。

于一些实施例中，每一铜块771可为矩形结构。再者，第二塑封层704可通过自然暴露或者打磨方式而使多个铜块771的上表面暴露于第二塑封层704表面，而每一第四焊盘P4则以电镀方式形成于第二塑封层704的上表面70a，并与暴露第二塑封层704的对应的铜块771导接。此外，多个铜块771的高度高于输出电容Cout的高度，由此确保在塑封且采用自然暴露或者打磨后，多个铜块771的上表面充分暴露于第二塑封层704。当然，第二印刷电路板组件70中的一个第四焊盘P4、四个第五焊盘P5与四个第六焊盘P6a、P6b、P6c、P6d都可以通过预埋铜块，塑封后露出其上表面，并电镀形成焊盘的方式实现。

请参阅图7，其为图4所示的输出电容塑封于第二印刷电路板时，第二印刷电路板的一变化例的剖面结构示意图。如图所示，于一些实施例中，铜块771亦可为梯形，且每一铜块771的面积较小的一面焊接固定于第二印刷电路板703的第一表面70a上，而多个铜块771的面积较大的一面则在塑封后通过自然暴露或者塑封后打磨后暴露于第二塑封层704表面，且多个铜块771暴露于第二塑封层704表面的位置可进行电镀，以形成所需的焊盘，例如第四焊盘P4及/或第五焊盘P5及/或第六焊盘P6a、P6b、P6c、P6d。

另外，考虑焊盘面积和可生产性，在图6或图7所示的实施例中，铜块771暴露于第二塑封层704表面的面积需大于1.3倍铜块771焊接固定于第二印刷电路板703的第一表面70a的面积。再者，在图6或图7所示的实施例中，通过对输出电容Cout进行塑封，以形成一个平面于第二印刷电路板组件70的表面上，而在该平面上可设置大面积焊盘，以提高第二印刷电路板组件70与磁芯组件60的接触面积，使得第二印刷电路板组件70的受力面积增大，而第二印刷电路板703的第二表面70b上的球格阵列B的均匀受力程度提高，由此提升产品的可靠性。

请再参阅图3A、图3B及图8，其中图8为图3A、图3B所示的磁芯部的结构示意图。如图所示，于一些实施例中，磁芯部610包含四个边缘相互嵌套的磁芯单元611、613、615及617，多个所述磁芯单元611、613、615及617可为四角为圆弧状的方形，例如图8所示，但不以此为限，亦可为圆形。每个磁芯单元的中心位置有一组两个平行的方形的孔洞811、813、815、817，每组孔洞811、813、815、817的大小和形状与四个第一U型铜柱621、623、625、627中对应的第一U型铜柱的单边柱体的大小和形状吻合，四个第一U型铜柱621、623、625、627可分别穿过孔洞811、813、815、817中对应的孔洞，以各自形成电感L，例如第一U型铜柱621穿过两个孔洞811后与磁芯单元611一起构成第一相Buck电路的电感L和第二相Buck电路的电感L，以此类推。

第一U型铜柱621包含两顶面641和642与底面651，两顶面641和642焊接固定并电气连接于第一印刷电路板501的第二表面50b上对应的两个第三焊盘SW1、SW2，底面651焊接固定并电气连接于第二印刷电路板组件70的第六焊盘P6a。第一U型铜柱623包含两顶面643和644和底面653，两顶面643和644焊接固定并电气连接于第一印刷电路板501的第二表面50b上对应的两个第三焊盘SW3和SW4，底面653焊接固定并电气连接于第二印刷电路板组件70的第六焊盘P6b。第一U型铜柱625包含两顶面645和646和底面655，两顶面645和646焊接固定并电气连接于第一印刷电路板501的第二表面50b上对应的两个焊盘SW5和SW6，底面655焊接固定并电气连接于第二印刷电路板组件70的第六焊盘P6c。第一U型铜柱627包含两顶面647和648和底面657，两顶面647和648焊接固定并电气连接于第一印刷电路板501的第二表面50b上对应的两个焊盘SW7和SW8，底面657焊接固定并电气连接于第二印刷电路板组件70的第六焊盘P6d。

在磁芯部610中，相邻两个磁芯单元的磁力线相互交叠，形成第一磁力线交叠区，如图8中所示的斜线区831、832及833，每个磁芯单元中，两个电感之间的磁力线也相互交叠形成第二磁力线交叠区841、842、843、844，每一第二磁力线交叠区位于对应的磁芯单元的两个孔洞之间的区域。在所示的三个第一磁力线交叠区831、832及833中，直流磁通量相互抵消，交流磁通量叠加。在所示的第二磁力线交叠区841、842、843、844中，直流磁通量和交流磁通量都相互抵消，但实际上因为采用同一脉宽控制信号的两相Buck电路中的器件参数和寄生参数并不完全相同，所以在第二磁力线交叠区841、842、843、844中，直流磁通量和交流磁通量并不能完全抵消，存在少量的直流磁通量和交流磁通量。于一些实施例中，每一个第一磁力线交叠区831、832及833的面积小于相对应的每个磁芯单元上非磁力线交叠区801、802、803、804的面积的2倍。而每一个第二磁力线交叠区841、842、843、844的面积小于相对应的每个磁芯单元上非磁力线交叠区801、802、803、804的面积的0.5倍。然如图8中所示的交叠区仅用于图示说明，并不代表真实的磁力线交叠区的形状。

每个磁芯单元611、613、615及617都包含两个气隙，即磁芯单元611包含气隙821、822，磁芯单元613包含气隙823、824，磁芯单元615包含气隙825、826，磁芯单元617包含气隙827、828，其中如图8所示。多个所述气隙两两对称分布在孔洞811、813、815、817的两侧，多个所述气隙平均分担磁压。另外，磁芯部610可为一体成型的磁芯，与四个第一U型铜柱621、623、625、627粘合一体后，安装于第一印刷电路板组件50和第二印刷电路板组件70之间。

另外，如图3A、3B所示，磁芯组件60还包含第二U型铜柱603、第三U型铜柱602。第三U型铜柱602的两个顶面通过焊接而与第一印刷电路板501的第二表面50b的两个第一焊盘P1电气连接并固定，同时第三U型铜柱602的底面通过焊接和第二印刷电路板组件70的第四焊盘P4电气连接并固定。每一第二U型铜柱603的两顶面通过焊接而与第一印刷电路板501的第二表面50b的对应的两个第二焊盘P2电气连接并固定，每一第二U型铜柱603的底面通过焊接而与第二印刷电路板组件70的第五焊盘P5电气连接并固定。另外，第三U型铜柱602、第二U型铜柱603及第一U型铜柱621、623、625、627的高度彼此相同或近似相同，且第三U型铜柱602及第二U型铜柱603的内壁形状贴合磁芯部610的形状，第三U型铜柱602及第二U型铜柱603的外壁则为平面。第三U型铜柱602、第二U型铜柱603及第一U型铜柱621、623、625、627支撑于第一印刷电路板组件50与第二印刷电路板组件70之间，由此提升电压调节模块3承受来自于电子装置的机壳的压力的能力，并且利用铜的良好导热性，将电感L产生的热量快速有效地传导到第二印刷电路板组件70，减小了热传导路径中的热阻。另外，因为第三U型铜柱602、第二U型铜柱603及第一U型铜柱621、623、625、627具有良好的支撑能力，故磁芯部610的高度可略低于第三U型铜柱602、第二U型铜柱603及第一U型铜柱621、623、625、627的高度，如此一来，可以减少磁芯部610承受的压力，防止磁芯部610在承受过大压力时产生碎裂。

另外，磁芯组件60的构成方法为将第三U型铜柱602、第二U型铜柱603及第一U型铜柱621、623、625、627的两个顶面朝上放置，并在第三U型铜柱602、第二U型铜柱603及第一U型铜柱621、623、625、627的U行底部的内面点胶，进而扣合于磁芯部610上，即可方便地装配成型磁芯组件60。而装配好的磁芯组件60可与第一印刷电路板组件50和第二印刷电路板组件70一体焊接，简化了生产工艺流程。由于第一U型铜柱621、623、625、627、第二U型铜柱603、第三U型铜柱602的形状跟磁性组件中所常见的U型磁芯的形状相似，故本发明附图中不再特别示出U型铜柱的形状。

再者，如图3A、3B，电压调节模块3还包含信号连接部601，信号连接部601包含多个导接脚，其中部分导接脚的第一端以焊接方式固设于第一印刷电路板501的通孔511内，其余导接脚的第一端以焊接方式固设于第一印刷电路板501的盲孔512内，每一导接脚的第二端以焊接方式固设于第二印刷电路板703的盲孔711内，信号连接部601用以传递第一印刷电路板组件50和第二印刷电路板组件70之间的控制信号，其中利用通孔511可以更佳地固定信号连接部601，盲孔512可以节省出第一印刷电路板501的第一表面50a来放置的分立器件，例如输入电容Cin等，以使电压调节模块3满足大功率密度的要求，而盲孔711可以节省出第二印刷电路板703的第二表面70b上的空间，以放置多个球格阵列B，也可以节省出第二印刷电路板703内嵌的空间来放置更多的分立器件，例如输出电容Cout等。

请参阅图9A、图9B及图10，其中图9A为本发明第二较佳实施例的电压调节模块的结构示意图，图9B为图9A所示的电压调节模块的另一视角的结构示意图，图10为图3A所示的信号连接部的放大平面结构示意图。如图所示，本实施例的电压调节模块3与图3A所示的电压调节模块3的结构与功能相似，故仅以相同符号标示，而不再进行赘述。惟本实施例的电压调节模块的信号连接部661并不具有导接脚，而是改由包含导接用印刷电路板662。此外，第一印刷电路板501的第二表面50b上并不具有如图3B所示的通孔511及盲孔512，而是改为包含多个导接焊盘561，第二印刷电路板703亦不具有如图3A所示的盲孔711，而是改为包含多个导接焊盘761。

导接用印刷电路板662包含多个导电手指663及多个表面贴脚664。多个导电手指663分别形成于导接用印刷电路板662的相对的第一侧面及第二侧面上，导接用印刷电路板662的第一侧面的每一导电手指663的设置位置与第二侧面的其中之一导电手指663的设置位置相对应而可为相同电气网络，但不以此为限，亦可为不同电气网络，此外，导电手指663可例如以镀金或镀锡等方式构成。多个表面贴脚664以电镀方式形成于位于第一侧面及第二侧面之间的导接用印刷电路板662的相对的顶面及底面上，而每一导电手指663的第一端与顶面上对应的表面贴脚664相连接而导接，每一导电手指663的第二端与底面上对应的表面贴脚664相连接而导接，其中当导接用印刷电路板662的第一侧面上任一导电手指663与第二侧面上对应的导电手指663为不同电气网络时，则不同电气网络的其中之一导电手指663所连接的两个表面贴脚664与另一导电手指663所连接的两个表面贴脚664没有电气连接，为断开状态。

于本实施例中，信号连接部661垂直放置在第一印刷电路板组件50和第二印刷电路板组件70之间，信号连接部661通过导接焊盘561和对应的表面贴脚664而与第一印刷电路板组件50焊接固定并电气连接，通过导接焊盘761和对应的表面贴脚664而与第二印刷电路板组件70焊接固定并电气连接。相较于公知电压调节模块的信号连接部因利用多个导接脚来做为传递信号的组件而存在的缺陷，本实施例的电压调节模块3的信号连接部661与第一印刷电路板组件50或第二印刷电路板组件70的焊盘焊接时，焊锡可以通过侧面走线爬锡，避免了焊锡向相邻脚位蔓延的可能性，有效地避免了两个脚位(表面贴脚664)连锡短路，从而信号连接部661相邻脚位之间的间距可以缩小，脚位分布密度可提高，进而进一步缩小整个电压调节模块3的体积，进一步提升电压调节模块3的功率密度。另外，在本实施例中，利用信号连接部661的印刷电路板厚度小的特点，也可以进一步地缩小信号连接部661的尺寸，来减小整个电压调节模块3的尺寸，并获得更多的空间来放置其它分立器件，譬如输出电容Cout。在另一实施例中，信号连接部661亦可通过单面布线或通过印刷电路板内层布线，来电气连接第一印刷电路板组件50和第二印刷电路板组件70。

在另一实施例中，信号连接部661可以黏合磁芯部610或第三U型铜柱602、第二U型铜柱603及第一U型铜柱621、623、625、627中至少一U型铜柱，以形成一个模块，由此将该模块直接装配在第一印刷电路板组件50和第二印刷电路板组件70之间，而由于信号连接部661借助于与磁芯部610或U型铜柱的粘合固定，不需要通孔或者盲孔的固定，可以有效防止在与第一印刷电路板组件50和第二印刷电路板组件70的焊接固定过程的发生倾斜，同时又缩小了电压调节模块3尺寸，并简化生产流程和生产周期。另外，因为垂直放置的信号连接部661的导接用印刷电路板662的高度可以精准地控制，更有利于实现磁芯组件60与第一印刷电路板组件50和第二印刷电路板组件70接触面的平整度。

另外，在本实施例中，第二印刷电路板703的第二表面70b需要放置球格阵列B，而第二印刷电路板703的第一表面70a(或称与磁芯组件60相邻的第二印刷电路板组件70的一面上)需与磁芯组件60焊接。在传统的生产工艺中，对于双面回流焊的流程为，第一表面刷锡膏贴放元器件后，回流焊接，然后再对第二表面刷锡膏贴放元器件后，回流焊接。因为在对第二表面进行回流焊接时，第一表面的焊点再次受热极易造成第一表面焊接点融化，造成元器件的脱落，所以对于体积和重量小的元器件，一般靠焊点焊锡的抓力，可以防止元器件的脱落，对于元器件重量大的元器件，一般会设定第二表面的回流焊接区的温度比第一表面回流焊接区的温度低5度，这样可以防止焊接第二表面时第一表面器件的脱落。但是对于本实施例，第一印刷电路板501的第二表面50b为内部焊接面，第二印刷电路板703的第一表面70a也为内部焊接面(或称与磁芯组件60相邻的第二印刷电路板组件70的一面上)，又装配好的电压调节模块3需要通过第二印刷电路板703的第二表面70b的多个球格阵列B与系统板再次焊接，故电压调节模块3内部焊点有二次重熔，器件发生移位的风险。同时又因为电压调节模块3与中央处理器处于系统板相对的两面，所以在将电压调节模块3与系统板焊接后，翻转系统板焊接中央处理器时，会造成电压调节模块再次受热，而因为电压调节模块自身重量大，极易造成球格阵列B、第二印刷电路板703的第一表面70a或者第一印刷电路板501的第二表面50b上的焊接点再次重熔，造成电压调节模块3内部器件的脱落分离。故为了防止此问题，于一些实施例中，将磁芯组件60与第二印刷电路板组件70或者第一印刷电路板组件50之间用导电胶粘合，通过加热固化导电胶，利用导电胶固化后再次受热不会发生融化和形变的特性，可以有效地解决在与系统焊接时带来的零件脱落或移位组件等问题，增强了电压调节模块3的产品装配的可靠性和方便性。同时从焊锡修改为导电胶，回流焊次数大幅度下降，提高了产品可靠性。

于其它实施例中，图3A、图3B所示的电压调节模块3及图9A、图9B所示的电压调节模块3可不具有第二印刷电路板组件70，而仅包含第一印刷电路板组件50和磁芯组件60，此时输出电容Cout则放置在电子装置的系统板上，而磁芯组件60的所有U型铜柱的底部则直接焊接或利用导电胶电气连接到系统板上相对应的焊盘上，换言之，即类似于由系统板直接构成图3A、图3B、图9A、图9B所示的第二印刷电路板组件70。

综上所述，本发明提供一种电压调节模块，其通过第一U型铜柱穿设磁芯部来构成电感，而由于铜柱具有良好的支撑力与导热性，故第一U型铜柱可支撑于第一印刷电路板组件与第二印刷电路板组件之间，由此提升电压调节模块承受来自于电子装置的机壳的压力的能力，并且利用铜的良好导热性，将电感产生的热量进行快速且有效地传导，故可减小热传导路径中的热阻。此外，本发明的电压调节模块的输出电容内嵌于第二印刷电路板或是以塑封方式设置于第二印刷电路板上，故不但可增大与磁芯组件焊接的第二印刷电路板组件上的焊盘的面积，使第二印刷电路板上的球格阵列受力均匀，提升产品的可靠性，同时可设置更多的输出电容。再者，由于本发明的电压调节模块的信号连接部包含具有多个导电手指及多个表面贴脚的导接用印刷电路板，故信号连接部与第一印刷电路板组件或第二印刷电路板组件的焊盘焊接时，焊锡可以通过侧面走线爬锡，避免了焊锡向相邻脚位蔓延的可能性，有效地避免了两个脚位连锡短路，从而信号连接部相邻脚位之间的间距可以缩小，脚位分布密度可提高，进而进一步缩小整个电压调节模块的体积，同时提升电压调节模块的功率密度。

Claims (18)

1.一种电压调节模块，其特征在于，包含：

一第一印刷电路板组件，包含一第一印刷电路板；以及

一第二印刷电路板组件，包含一第二印刷电路板、至少一输出电容、多个球格阵列及至少一焊盘，该第二印刷电路板包含一第一表面和一第二表面，多个该球格阵列设置于该第二表面上，至少一该焊盘与该第一表面相邻设；以及

一磁芯组件，设置于该第一印刷电路板组件及该第二印刷电路板组件之间，且与该焊盘电性连接。

2.如权利要求1所述的电压调节模块，其特征在于，该输出电容内埋于该第二印刷电路板组件内。

3.如权利要求2所述的电压调节模块，其特征在于，该输出电容内嵌于该第二印刷电路板内。

4.如权利要求2所述的电压调节模块，其特征在于，该输出电容以塑封方式设置于该第二印刷电路板组件内。

5.如权利要求4所述的电压调节模块，其特征在于，该第二印刷电路板组件还包含多个铜块及一第二塑封层，该铜块焊接固定于该第二印刷电路板的该第一表面上，用以提供支撑功能，该第二塑封层用以利用塑封方式将该第二印刷电路板的该第一表面、该输出电容及多个该铜块塑封成一体，其中每一该铜块的一上表面暴露于该第二塑封层，以形成至少一该焊盘。

6.如权利要求5所述的电压调节模块，其特征在于，每一该铜块为矩形。

7.如权利要求5所述的电压调节模块，其特征在于，每一该铜块为梯形，且每一该铜块的面积较小的一面焊接固定于第二印刷电路板上，而每一该铜块的面积较大的一面暴露该第二塑封层并利用电镀而形成至少一该焊盘。

8.如权利要求7所述的电压调节模块，其特征在于，每一该铜块暴露于该第二塑封层的面积大于1.3倍该铜块焊接固定于该第二印刷电路板的该第一表面的面积。

9.如权利要求2所述的电压调节模块，其特征在于，该第一印刷电路板组件包含该第一印刷电路板、多个开关电路及一第一塑封层，多个该开关电路设置于该第一印刷电路板的一第一表面上，该第一塑封层设置于该第一印刷电路板的该第一表面上并包覆多个该开关电路，该磁芯组件包含一磁芯部及至少一第一U型铜柱，该磁芯部具有多个孔洞，至少一该第一U型铜柱穿设于对应的两个该孔洞，以形成至少两个电感，每一该电感的一第一端与对应的该开关电路串联连接而形成一相电路。

10.如权利要求9所述的电压调节模块，其特征在于，该磁芯组件还包含至少一第二U型铜柱以及一第三U型铜柱，该磁芯部的高度低于该第一U型铜柱、该第二U型铜柱以及该第三U型铜柱的高度。

11.如权利要求10所述的电压调节模块，其特征在于，该第一印刷电路板的该第二表面上还包含两个第一焊盘及至少一组成对的第二焊盘，该第二印刷电路板组件还包含一第四焊盘及至少一第五焊盘，其中该第一焊盘及该第四焊盘电性连接该电压调节模块的一正输入端，该第二焊盘及该第五焊盘电性连接该电压调节模块的一负输出端，该第三U型铜柱焊接固定并电气连接于两个该第一焊盘及该第四焊盘，每一该第二U型铜柱焊接固定并电气连接于对应的一组成对的该第二焊盘及对应的该第五焊盘，且该第一U型铜柱、该第二U型铜柱以及该第三U型铜柱更支撑该第一印刷电路板组件及该第二印刷电路板组件。

12.如权利要求9所述的电压调节模块，其特征在于，该第一印刷电路板的该第二表面上还包含偶数个第三焊盘，该第二印刷电路板组件还包含至少一第六焊盘，每一第三焊盘与对应的该电感的该第一端电性连接，每一该第六焊盘电性连接该电压调节模块的一正输出端，每一该第一U型铜柱焊接固定并电气连接于对应的两个该第三焊盘及对应的该第六焊盘。

13.如权利要求2所述的电压调节模块，其特征在于，该第一印刷电路板还包含多个通孔和至少一盲孔，该第二印刷电路板还包含多个盲孔，而该电压调节模块还包含具有多个导接脚的一信号连接部，其中部分该导接脚的一第一端以焊接方式固设于该第一印刷电路板的该通孔内，其余该导接脚的该第一端以焊接方式固设于该第一印刷电路板的该盲孔内，每一该导接脚的一第二端以焊接方式固设于该第二印刷电路板的该盲孔内，该信号连接部用以传递该第一印刷电路板组件和该第二印刷电路板组件之间的控制信号。

14.如权利要求2所述的电压调节模块，其特征在于，该第一印刷电路板包含多个导接焊盘，该第二印刷电路板组件包含多个导接焊盘，该电压调节模块还包含一信号连接部，该信号连接部包含一导接用印刷电路板，该导接用印刷电路板包含多个导电手指及多个表面贴脚，多个该导电手指形成于该导接用印刷电路板的至少一侧面上，多个该表面贴脚以电镀方式形成于位于该导接用印刷电路板的一顶面及一底面上，而每一该导电手指的第一端与该顶面上对应的该表面贴脚相连接而导接，每一该导电手指的一第二端与该底面上对应的该表面贴脚相连接而导接，其中该信号连接部垂直放置在该第一印刷电路板组件和该第二印刷电路板组件之间，该信号连接部通过该第一印刷电路板的多个该导接焊盘和对应的该表面贴脚而与第一印刷电路板组件焊接固定并电气连接，并通过该第二印刷电路板组件的多个该导接焊盘和对应的该表面贴脚而与该第二印刷电路板组件焊接固定并电气连接，该信号连接部用以传递该第一印刷电路板组件和该第二印刷电路板组件之间的控制信号。

15.如权利要求9所述的电压调节模块，其特征在于，该磁芯组件利用一导电胶粘合于该第二印刷电路板组件及该第一印刷电路板组件之间。

16.如权利要求9所述的电压调节模块，其特征在于，还包含一输入电容，设置于该第一印刷电路板的该第一表面上，并被该第一塑封层包覆，且该输入电容的一第一端与该电压调节模块的一正输入端电性连接，该输入电容的一第二端与该电压调节模块的一负输入端电性连接。

17.如权利要求9所述的电压调节模块，其特征在于，该第一塑封层的一外表面为一平面。

18.如权利要求17所述的电压调节模块，其特征在于，每一该开关电路由一驱动器金氧半场效应晶体管单元所构成，且每一该驱动器金氧半场效应晶体管单元包含相对的一第一散热面及一第二散热面，该第一散热面设置于该第一印刷电路板的该第一表面上，该第二散热面露出于该第一塑封层的该外表面。