TW201701115A - 用於晶片供電的組裝結構、電子設備 - Google Patents

Abstract

本發明揭露了一種用於晶片供電的組裝結構、電子設備，組裝結構包含電路板，電路板提供第一電能；一晶片；以及一第一電源轉換模組，第一電源轉換模組電性連接於電路板和晶片，將第一電能變換為第二電能，並將第二電能供給至晶片；其中，電路板、晶片以及第一電源轉換模組堆疊形成組裝結構。本發明通過將電源轉換模組與電路板和晶片堆疊組裝，縮短了電源轉換模組到晶片之間的電流傳輸路徑，同時降低了佔用空間，減小了電流傳輸損耗，提高了系統效率，節省了系統空間資源。

Description

用於晶片供電的組裝結構、電子設備

本發明涉及一種組裝結構及電子設備，尤指一種用於晶片供電的組裝結構及包括該組裝結構的電子設備。

隨著人類對智能生活要求的提升，社會對數據處理的需求日益旺盛。全球在數據處理上的能耗，平均每年達到數千億甚至數萬億度；而一個大型數據中心的占地面積可以達到數萬平方米。因此，高效率和高功率密度，是這一產業健康發展的關鍵指標。

數據中心的關鍵單元是服務器，其主板通常由晶片、Chipsets、內存等數據處理晶片和它們的供電電源模組及必要外圍元件組成。隨著單位體積服務器處理能力的提升，意味著這些處理晶片的數量、集成度也在提升，導致空間佔用和功耗的提升。因此，為這些晶片供電的電源模組（因為與數據處理晶片同在一塊主板上，又稱主板電源模組），就被期望有更高的效率，更高的功率密度和更小的體積，來支持整個服務器乃至整個數據中心的節能和占地面積縮小。隨著晶片的運算速度提升，晶片功耗增加，但晶片的供電電壓卻逐步降低，供電電流因此大幅上升，導致從電源模組到晶片的電流傳輸路徑上的損耗大幅升高，降低了系統整體效率。

圖1A所示為現有的一種晶片安裝方式以及供電方式的結構示意圖。服務器主板11(Main Board)上放置有數據處理晶片12（Processor，例如中央處理器CPU，圖形處理器GPU，數據通信開關晶片以及其他大規模集成電路晶片等,圖1A中數據處理晶片以CPU為例）及其供電電源模組13（如可為DC/DC模組），此外晶片12上還放置有為數據處理晶片12散熱的散熱器14 （Heatsink）。由於晶片12通常是非常精密的器件，引腳數量眾多，有的可達2000個以上，為保證所有引腳與系統可靠連接，通常需要額外的結構件將晶片12固定在主板11上，如上圖的插座15（socket），晶片夾具16（CPU Clip），支撐板17（Support Plate），背板18（Back Plate）和螺絲19（screw）等，此外晶片12與電源模組13之間的主板11上還設置有電容111。這些結構件佔據了晶片12周邊大量的空間，使得電源模組13無法緊靠晶片12，從而導致了較長的電流傳輸路徑（Current Path）和較大的損耗。在一些應用中，這部分損耗甚至會達到晶片總功耗的2%。

圖1B所示是現有另一種晶片安裝方式以及供電方式的結構示意圖。一些高能耗的晶片12本體高度很低，而且需要比較大的散熱器14。電源模組的高度很難低於晶片本體高度，受散熱器尺寸限制，無法放到靠近晶片的位置，從而導致了較長的電流傳輸路徑（Current Path）和較大的損耗。

針對現有技術存在的問題，本發明的一個方面在於提供一種能夠縮短電源轉換模組到晶片之間的電流傳輸路徑，減小電流傳輸損耗，提高系統效率，並且可以減少空間佔用，節省系統資源的用於晶片供電的組裝結構以及包括上述組裝結構的電子設備。

本發明的一實施例中，一種用於晶片供電的組裝結構，包含：

一電路板，該電路板提供一第一電能；

一晶片；以及

一第一電源轉換模組，該第一電源轉換模組電性連接於該電路板和該晶片，將該第一電能變換為一第二電能，並將該第二電能供給至該晶片；

其中，該電路板、該晶片以及該第一電源轉換模組堆疊形成該組裝結構。

進一步，該第一電源轉換模組位於該晶片和該電路板之間。

進一步，該第一電源轉換模組具有一第一電連接面，該晶片具有一第二電連接面，該第一電連接面與該第二電連接面相互接觸並電性連接。

進一步，該第一電源轉換模組具有至少一功率輸出端，至少一該功率輸出端設置於該第一電連接面，與該第二電連接面電性連接。

進一步，該晶片具有至少一電能輸入端，至少一電能輸入端設置於該第二電連接面，至少一晶片的該電能輸入端與至少一第一電源轉換模組的該功率輸出端於垂直於該電路板的投影的至少一部分重合。

進一步，該第一電源轉換模組與該晶片的連接方式為焊接或壓接。

進一步，該組裝結構還包括一插座，該晶片電性連接於該插座。

進一步，該第一電源轉換模組至少部分的埋設於該插座。

進一步，該第一電源轉換模組電性連接於該插座，該第一電源轉換模組至少部分的通過該插座向該晶片提供該第二電能。

進一步，該第一電源轉換模組具有一第一電連接面，該晶片具有一第二電連接面，該第一電連接面與該第二電連接面相互接觸並電性連接。

進一步，該第一電源轉換模組和該插座集成為一體。

進一步，該晶片和該第一電源轉換模組分別位於該電路板的兩側。

進一步，該組裝結構還包含一背板，該第一電源轉換模組至少部分的埋設於該背板。

進一步，該背板與該第一電源轉換模組集成為一體 。

進一步，該組裝結構還包含一散熱器，該散熱器與該第一電源轉換模組連接。

進一步，該第一電源轉換模組具有一第一電連接面，該電路板具有一第三電連接面，該第一電連接面與該第三電連接面相互接觸並電性連接。

進一步，該第一電源轉換模組具有至少一功率輸入端和至少一功率輸出端，至少一該功率輸入端和至少一該功率輸出端設置於該第一電連接面，與該第三電連接面電性連接。

進一步，該組裝結構還包含一連接器，該連接器電性連接於該電路板和該第一電源轉換模組。

進一步，該組裝結構還包含一散熱器，該散熱器與該連接器連接。

進一步，該組裝結構還包括一插座，該晶片電性連接於該插座。

進一步，該第一電源轉換模組穿設於該電路板。

進一步，該組裝結構還包括一插座，該晶片電性連接於該插座。

進一步，該第一電源轉換模組至少部分的埋設於該插座。

進一步，該組裝結構還包括一屏蔽層，以屏蔽該第一電源轉換模組與周圍其他元件之間的電磁干擾；該屏蔽層至少部分設置於該第一電源轉換模組與該晶片之間。

進一步，該組裝結構還包括散熱器，該散熱器與該第一電源轉換模組連接，以對該第一電源轉換模組進行散熱。

進一步，該第一電源轉換模組具有至少一輸入端與至少一輸出端，至少一該輸入端與至少一該輸出端位於該第一電源轉換模組的同一面，或至少一該輸入端與至少一該輸出端位於該第一電源轉換模組的不同面，或至少一該輸入端與至少一該輸出端的至少一部分位於該第一電源轉換模組的同一面。

進一步，該組裝結構還包括一第二電源轉換模組，該第一電源轉換模組和該第二電源轉換模組位於該電路板的同一側，或該第一電源轉換模組和該第二電源轉換模組位於該電路板的兩側。

進一步，該第一電源轉換模組和該第二電源轉換模組的連接關係為級聯、並聯、或輸入串聯。

進一步，該第一電源轉換模組和該第二電源轉換模組的連接關係為級聯，該第一電源轉換模組的輸入電壓為400V或48V或12V，第二電源轉換模組的輸出電壓為12V或0.5V至5V。

進一步，該第一電源轉換模組包含一控制電路模組和一主電路模組。

進一步，該晶片、該控制電路模組、該主電路模組、該電路板以及該晶片堆疊形成該組裝結構。

進一步，該第一電源轉換模組至少部分的埋設於該電路板。

進一步，該晶片具有至少一電能輸入端，該第一電源轉換模組具有至少一功率輸出端，至少一晶片的該電能輸入端與至少一第一電源轉換模組的該功率輸出端於垂直於該電路板的投影的至少一部分重合。

本發明的一實施例中，一種用於CPU供電的組裝結構，包含：

一電路板，該電路板提供一第一直流電壓；

一CPU；以及

一DC/DC變換器，該DC/DC變換器電性連接於該電路板和該CPU，將該第一直流電壓變換為一第二直流電壓，並將該第二直流電壓供給至該CPU；

其中，該電路板、該CPU以及該DC/DC變換器按一堆疊順序形成該組裝結構，該堆疊順序依次為該CPU、該DC/DC變換器和該電路板；或該堆疊順序依次為該CPU、該電路板和該DC/DC變換器；或該堆疊順序依次為該CPU和該電路板且該DC/DC變換器至少部分的埋設於該電路板。

本發明的一實施例中，電子設備，包括：如上項所述之組裝結構。

進一步，該電子設備是服務器或電腦。

本發明的一個方面通過將電源轉換模組與電路板和晶片堆疊組裝，縮短了電源轉換模組到晶片之間的電流傳輸路徑的同時降低了佔用空間，減小了電流傳輸損耗，提高了系統效率，節省了系統空間資源。

11‧‧‧服務器主板
111‧‧‧電容
12‧‧‧數據處理晶片
13‧‧‧供電電源模組
14‧‧‧散熱器
15‧‧‧插座
16‧‧‧晶片夾具
17‧‧‧支撐板
18‧‧‧背板
19‧‧‧螺絲
2、10‧‧‧晶片供電的組裝結構
21、61、101‧‧‧電路板
22、62、102‧‧‧晶片
221、651‧‧‧功率輸入引腳
23、63、103‧‧‧電源轉換模組
231、232、631、632‧‧‧引腳
2311、6311‧‧‧部分功率輸入引腳
2312、6312‧‧‧部分信號輸入引腳
2321、6321‧‧‧部分功率輸出引腳
2322、6322‧‧‧部分信號輸出引腳
24、64、64’、104‧‧‧散熱器
25、65、105‧‧‧插座
27‧‧‧支撐板
28、68‧‧‧背板
3‧‧‧導熱材料
4‧‧‧導熱過孔
5‧‧‧電磁屏蔽層
69‧‧‧控制模組
69’‧‧‧功率轉換模組
7‧‧‧連接器

圖1A和圖1B為現有晶片供電組裝結構的示意圖；
圖2為本發明一實施例的電源轉換模組與晶片位於電路板同一側的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖2A為本發明一實施例的電源轉換模組部分埋設於插座且與電路板直接接觸的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖2B-圖2C為圖2A的晶片供電組裝結構中電源轉換模組與電路板之間通過接腳連接的示意圖；
圖2D-2E為本發明一實施例的電源轉換模組部分埋設於插座且與晶片直接接觸的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖2F-2G為本發明再一實施例的電源轉換模組全部埋設於插座的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖3A-3C為本發明一實施例的組裝結構中電源模組與晶片間引腳的分佈示意圖；
圖4A-4B為圖2A-2E所示實施例的晶片供電組裝結構的散熱示意圖;
圖5為包括電磁屏蔽層的一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖6為本發明一實施例的電源轉換模組與晶片位於電路板不同側的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖6A為本發明一實施例的電源轉換模組部分埋設於背板且與電路板直接接觸的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖6B-圖6C為圖6A的晶片供電組裝結構中電源轉換模組與電路板之間通過接腳連接的示意圖；
圖6D-6G為本發明一實施例的電源轉換模組部分埋設於背板且通過連接器與電路板接觸的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖6H-6I為本發明再一實施例的電源轉換模組全部埋設於背板的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖7A-圖7C為為本發明一實施例的組裝結構中電源模組與電路板間引腳的分佈示意圖；
圖8A-8E為一實施例的晶片供電組裝結構的散熱結構示意圖;
圖9為包括電磁屏蔽層的一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖10為電源轉換模組穿過電路板的一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖10A為電源轉換模組穿過電路板且部分埋設於插座的一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖10B為電源轉換模組與電路板之間相互獨立設置的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖10C為電源轉換模組與電路板一體集成設置的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖11為電源轉換模組包括兩電源轉換模組的一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖11A為電源轉換模組包括兩分體設置的控制模組和轉換模組的另一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖11B為兩電源轉換模組的另一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖；
圖12A-12G為電源模組之間的功能和相互連接關係的示意圖。

如圖2所示，為本發明一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖。晶片供電的組裝結構2包括電路板21，晶片22，以及電源轉換模組23；電路板21提供一第一電能；晶片22可以為CPU、GPU、內存等；電源轉換模組23電性連接於電路板21和晶片22，將第一電能變換為一第二電能，並將第二電能供給至晶片22。其中，電源轉換模組23可以位於晶片22和電路板21之間，並且相互之間堆疊形成組裝結構2，但本發明並不以此為限。電源轉換模組23的上表面與晶片22的下表面可以相互接觸並電性連接，電源轉換模組23的下表面與電路板11的上表面可以相互接觸並電性連接，但本發明並不以此為限。電源轉換模組23與晶片22的連接方式可以為焊接或壓接，但本發明並不以此為限。本實施例中，電源轉換模組23位於晶片22的下方且直接與晶片22電性連接，縮短了電源轉換模組23與晶片22間的電流傳輸距離，減少了電流傳輸損耗；此種堆疊結構還降低了在電路板21上的佔用面積，節省了整個系統的空間。

如圖2A所示，為本發明另一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖。本實施例的晶片供電組裝結構2與上述實施例的主要區別在於還包括插座25，晶片22電性連接於插座25，電源轉換模組23可以部分的埋設於插座25，電源轉換模組23的下表面可以露出插座25並且電源轉換模組23的下表面可以與電路板21的上表面電性接觸。電源轉換模組23可以電性連接於插座25。一實施例中，電源轉換模組23可以至少部分的通過插座25向晶片22提供第二電能。電源轉換模組23與插座25（Socket）可以作為兩個獨立組件通過裝配組裝起來，也可以通過封裝中採用的塑封技術(molding)或者嵌入式(embedded)技術集成為一個不可拆分組件，本發明並不以此為限。

電源轉換模組23包括輸入和輸出，電源轉換模組23的輸入可以為電源轉換模組23的功率輸入，或信號輸入，或同時包含兩者。如圖2B所示，電源轉換模組23的下表面上設置的輸入引腳231（Pin）與電路板21電性連接，功率輸入和/或信號輸入可以從電路板21直接傳遞到電源轉換模組23，如圖中箭頭所示。如圖2C所示，電源轉換模組23的下表面上設置的輸出引腳232（Pin）與電路板21電性連接，可以再經由電路板21和插座25與晶片22連接，功率輸出和/或信號輸出從電源轉換模組23依次經電路板21、插座25傳遞到晶片22，但本發明並不以此為限，如功率輸出和/或信號輸出可以從電源轉換模組23經過插座25傳遞到晶片22，或直接傳遞到晶片22等。引腳231、232與電路板21的連接方式可以是焊接，也可以是壓接等方式；引腳可以是平面式，也可以是插針式等方式，本發明並不以此為限。

如圖2D所示，為本發明另一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖。與圖2A-圖2C所示的實施例的主要區別在於，電源轉換模組23部分埋設於插座25，電源轉換模組23的上表面露出插座25並且電源轉換模組23的上表面與晶片22的下表面電性接觸。電源轉換模組23可以直接向晶片22提供第二電能，本發明並不以此為限。由於電源轉換模組23的上表面與晶片22的下表面可以直接電性接觸，使得電源轉換模組23的輸入和輸出也可以直接與晶片22連接。結合圖2E所示，功率和/或信號可以在晶片22與電源轉換模組13間傳遞，其中功率和/或信號傳遞方向可以如圖中箭頭所示。本實施例中電源轉換模組23與晶片22電性連接的引腳的設置位置、引腳與晶片的連接方式以及引腳的結構均已在圖2A-圖2C所示的實施例中說明，在此不再贅述，且本發明並不以此為限。

如圖2F所示，為本發明再一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖，其與圖2A-2E所示的實施例中電源轉換模組23部分埋設於插座25不同的是，本實施例中電源轉換模組23全部埋設於插座25，電源轉換模組23電性連接於插座25，電源轉換模組23通過插座25向晶片22提供第二電能。電源轉換模組23的輸入可以通過插座25與電路板21連接，輸入功率和/或信號從電路板21傳遞到插座25，再通過插座25傳遞到電源轉換模組23。電源轉換模組23與插座25的輸入功率和/或信號的連接可以在電源轉換模組23的側面或上面或下面或同時在多個面，如圖中的箭頭所示，但本發明並不以此為限。如圖2G所示，電源轉換模組23的輸出可以通過插座25與晶片22連接，輸出功率和/或信號從電源轉換模組23傳遞到插座25，再通過插座25傳遞到晶片22。電源轉換模組23與插座25的功率輸出和/或信號輸出的連接也可以在電源轉換模組23的側面或上面或下面或同時在多個面，如圖中的箭頭所示，但本發明並不以此為限。其中，電源轉換模組23可以與插座25集成為不可拆分的整體，或者電源轉換模組23與插座25可以是可拆分的組件，本發明並不以此為限。當電源轉換模組23與插座25集成為一體時，電源轉換模組23與插座25的連接可以經由內部的導體相連。而當電源轉換模組23與插座25是可拆分的組件時，電源轉換模組23與插座25的連接方式可以採用焊接或者壓接等方式。二者連接的引腳可以是平面式，也可以是插針式等方式。

電源轉換模組23輸出引腳的排布可以根據晶片22或插座25或電路板21上相應的引腳位置安排，以實現較短的功率和/或信號距離。如圖3A和3B所示，為電源轉換模組23與晶片22直接相連的情況下的引腳安排示意圖。其中圖3A是側視圖，圖3B是俯視圖。晶片22的功率輸入引腳（或電能輸入端）221用虛線圓形表示，可以分佈於晶片22表面不同的區域，且各區域的所接收的功率可以不同，圖中以電流值表示。電源轉換模組23的功率輸出引腳232（圖中以虛線框表示）可以根據晶片功率輸入引腳的位置排布，分佈在電源轉換模組23表面，如與晶片22的功率輸入引腳於垂直於電路板的投影重合，本發明並不以此為限。晶片22和電源轉換模組23可以根據所在區域的功率需求使用不同形狀尺寸和/或材質的引腳，以達到減小功率傳輸損耗的目的。電源轉換模組23表面各個區域的引腳可以是單個或多個。用於電性連接的表面，可以被稱為電連接面，如本實施例中電源轉換模組23的上表面可以稱為第一電連接面，晶片22的下表面可以稱為第二電連接面，但本發明並不以此為限。一實施例中，晶片具有至少一電能輸入端，可以設置於晶片的下表面或其他位置，電源轉換模組23的功率輸出端可以設置於其上表面或其他位置，且晶片的電能輸入端和電源轉換模組的功率輸出端可以於垂直於電路板方向的投影重合，以進一步減少電流路徑長度，但本發明並不以此為限。

結合圖4A和4B，電源轉換模組23的輸入引腳231與輸出引腳232可以位於電源轉換模組23的同一面（如頂面，底面）或不同面或部分位於同一表面部分位於不同面，本發明並不以此為限。電源轉換模組23的輸入引腳231與輸出引腳232可以採取相同或不同的連接方式與電路板21和晶片22相連。例如，圖3C中電源轉換模組23的部分功率輸入引腳2311(input power，如Vin+，Vin-，輔助電源輸入等)，部分信號輸入引腳2312(input signal，如輸入電壓取樣，輸入電流取樣等)和部分信號輸出引腳2322 (output signal，如過電流告警信號，模組過熱告警信號等)可以位於電源轉換模組23的底面與電路板21相連；部分功率輸出引腳2321(output power，如Vo+，Vo-等)，部分信號輸出引腳2322（如輸入電流彙報信號，輸出電流彙報信號等）和部分信號輸入引腳2312（如晶片端電壓取樣信號等）可以位於電源轉換模組23頂面與晶片22相連；部分功率輸入引腳2311（如Vin+，Vin-，輔助電源輸入等），部分功率輸出引腳2321（如Vo+，Vo-等），部分信號輸入引腳2312（如數字通信輸入等）和部分信號輸出引腳2322（如數字通信輸出等）可以位於電源轉換模組23的側面與插座25相連。

上述實施例中晶片12上還連接有散熱器24（heatsink），但本發明並不以此為限，例如散熱器不僅可以設置為與晶片連接，還可以直接與電源轉換模組13連接，用於對電源轉換模組13散熱。如圖4A和4B所示，為上述實施例的晶片供電組裝結構的散熱示意圖。如圖4A所示，熱可以通過電源轉換模組23和晶片22的連接從電源轉換模組23傳導到晶片22，也可以通過插座25橫向傳導，再向上傳導。為了讓電源轉換模組23的熱更好的傳導到周邊元件，可以在電源轉換模組23和周邊元件的縫隙或各相鄰零件的縫隙中填充導熱材料，如圖中在電源轉換模組23和晶片22之間以及插座25和晶片22直接填充了導熱材料3，熱可以通過導熱材料3從電源轉換模組23或插座25傳導到晶片22，再由晶片22傳導到散熱器24。只要所填充材料的導熱係數好於空氣，該方案就能夠幫助電源轉換模組23向周邊元件傳導熱量。

電源轉換模組23的發熱也可以通過電路板21橫向傳導到其他區域散發，如可以通過電路板21傳導到支撐板27，再由支撐板27散發。如圖4B所示，電源轉換模組23的發熱也可以通過導熱過孔4垂直方向傳導到電路板21的下表面再經由設置在下方的散熱器或背板28散發。為了讓電源轉換模組23的熱更好的傳導到電路板21和周邊元件，同樣可以在電源轉換模組23和電路板21，電路板21和周邊元件的縫隙或各相鄰元件的縫隙中填充導熱材料。電源轉換模組23的散熱可以通過上述圖4A和圖4B所示的組合方式或其他方式來實現，本發明並不以此為限。

如圖5所示，為包括電磁屏蔽層5的一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖。在電源轉換模組23的周圍存在因為功率變換而產生的電磁場（electro-magnetic field），如果處理不當，這些電磁場會耦合到附近的晶片22和/或晶片22的外圍電路中，造成晶片22的錯誤工作，這種現象叫做電磁干擾（electro-magnetic interference, EMI）。為了防止EMI，可以在電源轉換模組23周圍安裝電磁屏蔽層5（shielding）。根據需要，電磁屏蔽層5可以位於電源轉換模組23的一面或多面；其中任何一面上的電磁屏蔽層可以將該面完全覆蓋（完全屏蔽）或局部覆蓋（局部屏蔽）。屏蔽層5至少一部分可以位於晶片22及電源轉換模組23之間，並與電源轉換模組23、晶片22等垂直堆疊以降低乃至消除晶片22與電源轉換模組23之間的互相干擾。針對不同目的的屏蔽，例如電屏蔽或者磁屏蔽，屏蔽層5的材質可以相應為金屬材質如銅，鋁等，或者是磁性材料，如軟磁材料等。屏蔽層5可以作為單獨的組件安裝，也可以與電源轉換模組23和/或插座25集成在一起，也可以部分獨立、部分與其他組件集成。

上述實施例的晶片供電的組裝結構中堆疊方式為電源轉換模組23與晶片22位於電路板21的同一側。如圖6所示，為本發明另一實施例另一種晶片供電組裝結構6的堆疊方式。電源轉換模組63與晶片62分別位於電路板61的兩側，電源轉換模組63可以通過電路板61與晶片62電性連接，還可以設置一散熱器（未示）與電源轉換模組63直接連接。

如圖6A所示，為本發明另一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖。本實施例的晶片供電組裝結構與圖6相比還包括插座65和背板68，插座65位於晶片62和電路板61之間，並與晶片62和電路板61電性連接，電源轉換模組63可以部分的埋設於背板68，電源轉換模組63的上表面可以露出背板68並且電源轉換模組63的上表面可以與電路板61的下表面電性接觸。電源轉換模組63與背板68（Back plate）可以作為兩個組件單獨或組合使用，也可以集成為一個不可拆分的組件例如通過封裝的塑封技術(molding)或者嵌入式(embedded)技術將電源轉換模組63埋入背板68，本發明並不以此為限。

電源轉換模組63包括輸入和輸出，電源轉換模組63的輸入可以為電源轉換模組63的功率輸入，或信號輸入，或同時包含兩者。如圖6B所示，電源轉換模組63的上表面上設置的輸入引腳631（Pin）可以與電路板61電性連接，功率輸入和/或信號輸入可以從電路板61直接傳遞到電源轉換模組63，如圖中箭頭所示。如圖6C所示，電源轉換模組63的上表面上設置的輸出引腳632（Pin）可以與電路板61電性連接，再經由電路板61和插座65與晶片62連接，功率輸出和/或信號輸出可以從電源轉換模組63依次經電路板61、插座65傳遞到晶片62，本發明並不以此為限，如在部分實施例中，插座可以省去。結合圖6C所示，引腳631、632與電路板61的連接方式可以是焊接，也可以是壓接等方式。引腳631、632可以是平面式，也可以是插針式等方式。

如圖6D所示，為本發明另一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖。與圖6A-圖6C所示的實施例的主要區別在於，電源轉換模組63部分埋設於背板68，電源轉換模組63的下表面露出背板68並且電源轉換模組63的下表面直接與連接器7接觸。連接器7位於背板68的下方，可以跨過背板68將電路板61和電源轉換模組63連接，但本發明並不以此為限，連接器7能將電源轉換模組63與電路板61或晶片62電性連接即可。其中電源轉換模組63的下表面上設置的輸入引腳631（Pin）可以與連接器7連接，通過連接器7與電路板61電性連接，功率輸入和/或信號輸入可以從電路板61經由連接器7傳遞到電源轉換模組63，如圖中箭頭所示。如圖6E所示，連接器7也可以部分位於背板68與電路板61之間，此結構的功率輸入和/或信號輸入可以如圖中箭頭所示。連接器7的結構和樣式可以有多種變化，本發明並不以此為限。電源轉換模組63與連接器7的連接方式可以是焊接，也可以是壓接等方式；引腳631可以是平面式，也可以是插針式等方式。電路板61與連接器7的連接方式可以是焊接，也可以是壓接等方式，例如圖6E所示，連接器7與電路板61之間可以通過焊接相連，也可以用背板68將連接器7壓在電路板61上並使兩者之間的引腳（圖中未示出）相連；連接器7與電路板61連接的引腳可以是平面式，也可以是插針式等方式。連接器7與電路板61連接的位置可以位於電源轉換模組63的一側或多側。電源轉換模組63與電路板61間功率輸出和/或信號輸出通過引腳632從電源轉換模組63經由連接器7傳遞到電路板61，如圖6F-6G中箭頭所示。一實施例中，連接器7可以部分的穿過背板68，但本發明並不以此為限。一實施例中，連接器7可以被設計為幫助散熱的形態或結構，如其本身可以使用導熱材料製成，更可以設置一散熱器（未示）與連接器7連接，用於散熱。

如圖6H所示，為本發明再一實施例的晶片供電組裝結構的示意圖，其與圖6A-6E所示的實施例中電源轉換模組63部分埋設於背板68不同的是，本實施例中電源轉換模組63全部埋設於背板68。電源轉換模組63的輸入也可以通過背板68與電路板61連接，功率和/或信號從電路板61傳遞到背板68，再通過背板68傳遞到電源轉換模組63。電源轉換模組63與背板的功率輸入和/或信號輸入連接可以在電源轉換模組63的側面或上面或下面或同時在多個面，如圖中的箭頭所示。如圖6I所示，電源轉換模組63的輸出也可以通過背板68與晶片62連接，功率和/或信號從電源轉換模組63傳遞到背板68，再通過背板68依次傳遞到電路板61、插座65和晶片62，但本發明並不以此為限，在部分實施例中，插座可以省去。電源轉換模組63與背板68的功率輸出和/或信號輸出連接可以在電源轉換模組63的側面或上面或下面或同時在多個面，如圖中的箭頭所示。電源轉換模組63與背板68可以集成為不可拆分的整體，此時電源轉換模組63與背板68的連接可以經由內部的導體相連。電源轉換模組63與背板68也可以是可拆分的組件，電源轉換模組63與背板68的連接方式可以是焊接，也可以是壓接等方式。引腳（圖中未示）可以是平面式，也可以是插針式等方式。

電源轉換模組63輸出引腳632的排布可以根據晶片62或插座65或電路板61上相應的引腳位置安排，如可以和晶片的電能輸入端於垂直於電路板方向的投影重合，以實現較短的功率和/或信號距離。如圖7A和7B所示，為電源轉換模組63與電路板61直接相連的情況下的引腳安排示意圖。其中圖7A是側視圖，圖7B是俯視圖。插座65的功率輸入引腳651用虛線圓形表示，可以分佈於插座65表面不同的區域，且各區域的所需的功率可以不同，圖中以電流值表示。電源轉換模組63的功率輸出引腳632（圖中以虛線框表示）可以根據插座功率輸入引腳651的位置排布，分佈在電源轉換模組63表面，並根據所在區域的功率需求使用不同形狀尺寸和/或材質的引腳，以達到減小功率傳輸損耗的目的。在電源轉換模組63表面各個區域的引腳可以是單個或多個。本實施例中，晶片的電能輸入端和電源轉換模組的功率輸出端可以於垂直於電路板的投影部分重合，這樣可以進一步減少電流路徑長度，但本發明並不以此為限。

電源轉換模組63的輸入引腳631與輸出引腳632可以位於電源轉換模組63的同一面（如頂面，底面）或不同面或部分位於同一表面部分位於不同面。電源轉換模組63的輸入引腳631與輸出引腳632可以採取相同或不同的連接方式與電路板61和晶片62相連。例如，圖7C中電源轉換模組63的部分功率輸入引腳6311(input power，如Vin+，Vin-，輔助電源輸入等)，部分信號輸入引腳6312(input signal，如輸入電壓取樣，輸入電流取樣等)和部分信號輸出引腳6322(output signal，如過電流告警信號，模組過熱告警信號等)可以位於電源轉換模組63的底面，通過連接器7與電路板61相連；部分功率輸出引腳6321(output power，如Vo+，Vo-等)，部分信號輸出引腳6322（如輸入電流彙報信號，輸出電流彙報信號等）和部分信號輸入引腳6312（如晶片端電壓取樣信號等）可以位於電源轉換模組63的頂面，依次通過電路板61、插座65與晶片62相連；部分功率輸入引腳6311（如Vin+，Vin-，輔助電源輸入等），部分功率輸出引腳6321（如Vo+，Vo-等），部分信號輸入引腳6312（如數字通信輸入等）和部分信號輸出引腳6322（如數字通信輸出等）位於電源轉換模組63的側面與背板68相連。

如圖8A-8E所示，為上述圖6A-6F所示實施例的晶片供電組裝結構的散熱示意圖。如圖8A所示，為了讓電源轉換模組63的熱更好的傳導到電路板61和背板68，可以在電源轉換模組63和電路板61，電源轉換模組63和背板68，以及電路板61和背板68的縫隙中填充導熱材料6。如圖8B所示，電源轉換模組63的發熱也可以通過系統機殼8（Chassis）散發。可以在電源轉換模組63和系統機殼8，電源轉換模組63和背板68，以及機殼8和背板68的縫隙中填充導熱材料3，例如導熱矽脂或者導熱墊(thermal pad)等。如圖8C所示，電源轉換模組63的發熱可以通過連接器7散發，也可以通過電源轉換模組63下方設置的散熱器64’(heatsink2)散發。散熱器64’可以和連接器連接，也可以直接和電源轉換模組13連接，本發明並不以此為限。連接器7和電源轉換模組63下方設置的散熱器64’可以是各自獨立的組件，也可以是同一組件或一體成型等，例如在連接器7上通過衝壓或者銑等方法在連接器7的表面形成圖中所示的翅狀結構，例如如圖8E所示的結構。圖8D中的散熱器64’結構也可以用類似的方法處理，本發明並不以此為限。圖8D與圖8C相比的區別主要在於省略了其中的背板68。

為了防止EMI，可以在電源轉換模組63周圍安裝電磁屏蔽層5（shielding），如圖9所示。根據需要，電磁屏蔽層5可以位於電源轉換模組63的一面或多面；其中任何一面上的電磁屏蔽層可以將該面完全覆蓋（完全屏蔽）或局部覆蓋（局部屏蔽）。屏蔽層至少一部分位於晶片62及電源轉換模組63之間，並與電源轉換模組63、晶片62等垂直堆疊，可以降低乃至消除晶片62與電源轉換模組63之間的互相干擾。針對不同目的的屏蔽，例如電屏蔽或者磁屏蔽，屏蔽層的材質可以相應為金屬材質如銅，鋁等，或者是磁性材料，如軟磁材料等。屏蔽層可以作為單獨的組件安裝，也可以與電源轉換模組63和/或背板68集成在一起，也可以部分獨立、部分與其他組件集成。如果背板68全部或局部為金屬材質，也可以利用背板68金屬材質部分的全部或局部實現電磁屏蔽的功能。

如圖10所示，為本發明另一實施例的晶片供電組裝結構10的堆疊示意圖。電源轉換模組103（DC/DC）與晶片102為垂直方向的堆疊關係，電源轉換模組103穿過電路板101上的開孔並與晶片102電性連接。

如圖10A所示，為本發明另一實施例的晶片供電組裝結構的堆疊示意圖，其與圖10所示的晶片供電組裝結構主要區別在於，還包括插座105，電源轉換模組103可以部分埋入插座105。如圖10B所示，當電源轉換模組103的厚度小於等於電路板101時，電源轉換模組103可以僅穿過電路板101且不埋入插座105。圖10和10A中電源轉換模組103和電路板101之間可以為獨立的元件，通過後期的裝配組裝在一起。如圖10C所示，可以通過封裝中的塑封技術(molding)或者嵌入式(embedded)技術可以實現將電源轉換模組103與電路板101集成為一個不可拆分組件。在一實施例中，電源轉換模組13可以部分的埋設於電路板11中。

如圖11所示，電源轉換模組的數量可以不止一個，如兩個。該些電源轉換模組可以位於電路板的同側，或異側，或部分埋設於電路板中，本發明並不以此為限。

上述實施例說明了電源轉換模組23、63、103與晶片22、62、102及電路板21、61、101垂直堆疊的方式。這裡的電源轉換模組23、63、103可以包含功率轉換模組（或稱為主電路模組），功率轉換模組的轉換電路拓撲結構可以有很多種選擇，如Buck，flyback, forward等PWM型電路，LLC等諧振型線路等。而對控制轉換電路工作的控制電路可以集成於電源轉換模組23、63、103中，也可以獨立出來，組成一個單獨的控制模組。如圖11A所示，控制模組69（或稱為控制電路模組）可以與功率轉換模組69’，晶片62以及電路板61垂直堆疊。當然，功率轉換模組69’和控制模組69互換位置也可以，控制模組與功率轉換模組也可以位於電路板的同側，或部分的埋設於電路板中等，本發明並不以此為限。當然，控制模組69也可以不與功率轉換模組69’，晶片62等堆疊，而放置於電路板61一側。前面實施例中所描述的各個電源轉換模組23、63、103的擺放位置在這裡都適用於功率轉換模組69’和/或控制模組69。功率轉換模組69’，控制模組69以及晶片62例如CPU之間可以通過無線通訊的方式進行信號傳輸，也可以通過有線的方式，例如通過電路板61或者插座65上的信號線(圖中未示)進行連接通訊等。電源轉換模組13可以是DC/DC模組，但本發明並不以此為限。

如圖11B所示，第一模組（module1）,第二模組（module2）可以是功率轉換模組69’，也可以是電源轉換模組23、63、103，本發明並不以此為限。第一模組和第二模組（module2）可以是輸入串聯，並聯，級聯或這些連接方式的組合等，本發明並不以此為限，例如輸入串聯輸出並聯或輸入並聯輸出並聯等。功率轉換模組和/或電源轉換模組的數量可以是多個。多個模組的供電對象可以是晶片或其他負載或同時為晶片和其他負載供電。多個模組中的部分或全部可以與晶片位於主板同側，也可以位於主板的另外一側，也可以穿過主板的開孔或者埋入主板，也可以是這幾種方式的組合。多個模組中的任意單獨模組的輸入、輸出與系統的連接方式，模組的引腳排布與實現方式，模組散熱以及抗干擾的實現方式均可以採用前述實施例中所描述的一種或多種。

以上實施例中的組合結構都包含了插座以方便晶片與電路板進行其它信號的連接，而實際上，通過電源轉換模組與CPU進行堆疊的結構，CPU也可以直接通過電源轉換模組與電路板進行其它信號的連接。如圖11所示，在該組裝結構中，兩個模組分別位於主板兩側，CPU 22、62、102放置於第二模組（module 2）上方，散熱器24、64、104（Heatsink）放置於CPU 22、62、102上給CPU進行散熱，也可另設置位於第一模組（Module 1）下方。第二模組（Module 2）的引腳排布方式可以採用前面所述實施例中的任意一種。一實施例中，CPU可以通過第二模組的引腳接收第一模組的電源信號，並提供一些反饋控制信號給第一模組。CPU與主板上其它晶片之間的信號交換在前述實施例中可以通過插座與電路板連接後進行，在圖11中，這些信號也可以通過第二模組表面或內部的引線（trace）與主板21、61、101連接後進行，本發明並不以此為限。也就是說，第二模組不僅可以做為一個轉換模組提供電源給CPU，也可以作為一個連接結構對CPU與主板進行電性連接。

在一實施例中，電路板、CPU以及電源轉換模組（如DC/DC變換器）可以按一堆疊順序形成組裝結構，例如堆疊順序依次為CPU、DC/DC變換器和電路板；或CPU、電路板和DC/DC變換器；或CPU和電路板且DC/DC變換器至少部分的埋設於電路板中等，本發明並不以此為限。

如圖12A-12G所示，為兩個模組的幾種可能的功能和相互連接關係的示意圖。圖12A中兩模組組成兩級供電方式，模組1的輸入電壓舉例為400V，或48V或12V，模組2的輸出電壓舉例為12V或0.5V至5V的範圍等，本發明並不以此為限；圖12B中兩模組輸入輸出均為並聯關係；圖12C中兩電源模組為輸入串聯，輸出並聯的連接關係。圖12D中兩電源模組輸入端並聯，輸出分別為不同的負載供電。圖12E中兩電源模組輸入端串聯，輸出分別為不同的負載供電。圖12F中第二模組（Module 2）與第一模組（Module 1）可以通信。圖12G中第一模組是轉換模組，其輸出是同時帶有直流（DC）和高頻交流（high frequency AC，HFAC）成分的功率，第二模組是濾波器模組，將第一模組輸出的高頻交流成分濾除，將直流功率傳遞給晶片（CPU）。

電源模組或電源模組組合的輸入電壓或輸出電壓的數值，不僅可以理解為固定值，也可以理解為包含給定值的一範圍，例如，輸入電壓400V，不僅可以理解為輸入電壓是400V，也可以理解為包含400V的一範圍，如200V-500V；同理，輸入電壓48V，可以理解為18V-72V的範圍，輸入電壓12V可以理解為5V-15V的範圍等，本發明並不以此為限；輸出電壓，例如為0.5V-5V，可以理解為輸出電壓是可以根據需要而調整的穩定電壓，本發明並不以此為限。電源模組或電源模組組合的規格可以有多種選擇，例如400V轉48V，400V轉12V，400V轉0.5～5V，48V轉12V，48V轉0.5～5V，12V轉0.5～5V等，本發明並不以此為限。

本發明一實施例的電子設備，包括：如上項所述之組裝結構。其中，電子設備舉例為是服務器或電腦。

以上具體地示出和描述了本發明的示例性實施方式。應該理解，本發明不限於所揭露的實施方式，相反，本發明意圖涵蓋包含在所附申請專利範圍範圍內的各種修改和等效置換。

 

21‧‧‧電路板

22‧‧‧晶片

23‧‧‧電源轉換模組

Claims (20)

1. 一種用於晶片供電的組裝結構，包含：
   　　一電路板，該電路板提供一第一電能；
   　　一晶片；以及
   　　一第一電源轉換模組，該第一電源轉換模組電性連接於該電路板和該晶片，將該第一電能變換為一第二電能，並將該第二電能供給至該晶片；
   　　其中，該電路板、該晶片以及該第一電源轉換模組堆疊形成該組裝結構。
2. 如申請專利範圍第1項所述之組裝結構，其中該第一電源轉換模組位於該晶片和該電路板之間。
3. 如申請專利範圍第2項所述之組裝結構，其中該第一電源轉換模組具有一第一電連接面，該晶片具有一第二電連接面，該第一電連接面與該第二電連接面相互接觸並電性連接。
4. 如申請專利範圍第3項所述之組裝結構，其中該第一電源轉換模組具有至少一功率輸出端，至少一該功率輸出端設置於該第一電連接面，與該第二電連接面電性連接，該晶片具有至少一電能輸入端，該至少一電能輸入端設置於該第二電連接面，至少一該晶片的該電能輸入端與至少一該第一電源轉換模組的該功率輸出端於垂直於該電路板的投影的至少一部分重合。
5. 如申請專利範圍第2項所述之組裝結構，其中該組裝結構還包括一插座，該晶片電性連接於該插座。
6. 如申請專利範圍第5項所述之組裝結構，其中該第一電源轉換模組至少部分的埋設於該插座，其中該第一電源轉換模組電性連接於該插座，該第一電源轉換模組至少部分的通過該插座向該晶片提供該第二電能。
7. 如申請專利範圍第1項所述之組裝結構，其中該晶片和該第一電源轉換模組分別位於該電路板的兩側。
8. 如申請專利範圍第7項所述之組裝結構，其中該組裝結構還包含一背板，該第一電源轉換模組至少部分的埋設於該背板。
9. 如申請專利範圍第7項所述之組裝結構，其中該第一電源轉換模組具有一第一電連接面，該電路板具有一第三電連接面，該第一電連接面與該第三電連接面相互接觸並電性連接，
   　　該第一電源轉換模組具有至少一功率輸入端和至少一功率輸出端，且至少一該功率輸入端和至少一該功率輸出端設置於該第一電連接面，與該第三電連接面電性連接。
10. 如申請專利範圍第7項所述之組裝結構，其中該組裝結構還包含一連接器及一散熱器，該連接器電性連接於該電路板和該第一電源轉換模組，且該散熱器與該連接器連接。
11. 如申請專利範圍第7項所述之組裝結構，其中該組裝結構還包括一插座，該晶片電性連接於該插座。
12. 如申請專利範圍第1項所述之組裝結構，其中該第一電源轉換模組穿設於該電路板，
    　　該組裝結構還包括一插座，該晶片電性連接於該插座，且該第一電源轉換模組至少部分的埋設於該插座。
13. 如申請專利範圍第1項所述之組裝結構，其中該組裝結構還包括一屏蔽層，以屏蔽該第一電源轉換模組與周圍其他元件之間的電磁干擾；該屏蔽層至少部分設置於該第一電源轉換模組與該晶片之間。
14. 如申請專利範圍第1項所述之組裝結構，其中該組裝結構還包括散熱器，該散熱器與該第一電源轉換模組連接，以對該第一電源轉換模組進行散熱。
15. 如申請專利範圍第1項所述之組裝結構，其中該組裝結構還包括一第二電源轉換模組，該第一電源轉換模組和該第二電源轉換模組位於該電路板的同一側，或該第一電源轉換模組和該第二電源轉換模組位於該電路板的兩側。
16. 如申請專利範圍第1項所述之組裝結構，其中該第一電源轉換模組包含一控制電路模組和一主電路模組，其中該晶片、該控制電路模組、該主電路模組、該電路板以及該晶片堆疊形成該組裝結構。
17. 如申請專利範圍第1項所述之組裝結構，其中該第一電源轉換模組至少部分的埋設於該電路板。
18. 如申請專利範圍第1項所述之組裝結構，其中該晶片具有至少一電能輸入端，該第一電源轉換模組具有至少一功率輸出端，至少一該晶片的該電能輸入端與至少一該第一電源轉換模組的該功率輸出端於垂直於該電路板的投影的至少一部分重合。
19. 一種用於CPU供電的組裝結構，其中包含：
    　　一電路板，該電路板提供一第一直流電壓；
    　　一CPU；以及
    　　一DC/DC變換器，該DC/DC變換器電性連接於該電路板和該CPU，將該第一直流電壓變換為一第二直流電壓，並將該第二直流電壓供給至該CPU；
    　　其中，該電路板、該CPU以及該DC/DC變換器按一堆疊順序形成該組裝結構，該堆疊順序依次為該CPU、該DC/DC變換器和該電路板；或該堆疊順序依次為該CPU、該電路板和該DC/DC變換器；或該堆疊順序依次為該CPU和該電路板且該DC/DC變換器至少部分的埋設於該電路板。
20. 一種電子設備，包括：
    　　如申請專利範圍第1項至第19項中任一項所述之組裝結構。