TWI629864B - 電源變換器及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種電源變換器，其包含載具、第一電子元器件、第二電子元器件及連接部。第一電子元器件配置於載具之下表面，第二電子元器件配置於載具之上表面。連接部之第一端電性耦接於載具之上表面或下表面。連接部之第二端係一焊墊結構貼合於第一電子元器件的遠離載具表面。載具配置於電源變化器高度之1/3至2/3處。連接部以第一電子元器件作為機械支撐而製成。

Description

電源變換器及其製造方法
本發明係有關於一種電源轉換技術，且特別是有關於一種電源變換器及其製造方法。
隨著智慧生活科技的進展，資料處理的需求亦日益增加。平均每年全球在資料處理上的能耗，達到數千億甚至數萬億度，此外，一個大型資料中心的占地面積往往高達數萬平方米。因此，高效率和高功率密度成為產業永續發展的關鍵指標。
資料中心的運行關鍵是伺服器，其主機板通常由CPU、Chipsets、記憶體等等資料處理晶片和它們的供電電源及必要週邊元件組成。晶片的供電需求為電壓低、電流大的電源，因此，為減少輸出引線的損耗和阻抗影響，需要直接為晶片供電的電源，而這些電源被稱為負載點(Point of the Load, POL)。
根據系統架構的不同，POL的輸入有12V、48V甚至400V不等。由於POL電壓低、電流大的特性，其腳位(Pin)的體積和阻抗，對POL電源的功率密度和效率會有非常直接的影響。因此，如何設計腳位是此類電源變換器的關鍵之一。若以適用範圍廣為考量來設計腳位，則電源變換器之體積較大、成本較高，且電能損耗較大。若以電源變換器之體積小、成本低及損耗低為考量來設計腳位，則其適用範圍較窄。
由此可見，上述現有的方式，顯然仍存在不便與缺陷，而有待改進。為了解決上述問題，相關領域莫不費盡心思來謀求解決之道，但長久以來仍未發展出適當的解決方案。
發明內容旨在提供本揭示內容的簡化摘要，以使閱讀者對本揭示內容具備基本的理解。此發明內容並非本揭示內容的完整概述，且其用意並非在指出本發明實施例的重要/關鍵元件或界定本發明的範圍。
本發明內容之一目的是在提供一種電源變換器及其製造方法，藉以改善先前技術的問題。
為達上述目的，本發明內容之一技術態樣係關於一種電源變換器。此電源變換器包含載具、第一電子元器件、第二電子元器件及第一連接部。上述載具包含上表面及下表面，第一連接部包含第一端及第二端。該些第一電子元器件配置於載具之下表面，該些第二電子元器件配置於載具之上表面。第一連接部之第一端電性耦接於載具之上表面或下表面。第一連接部之第二端係一焊墊結構貼合於第一電子元器件的遠離載具表面，上述載具配置於電源變換器高度之1/3至2/3處。第一連接部係以該些第一電子元器件作為機械支撐而製成。
為達上述目的，本發明內容之另一技術態樣係關於一種電源變換器的製造方法包含以下步驟：黏著第一電子元器件於引線框架上，其中引線框架包含固持部及連接部；切除引線框架的固持部；以第一電子元器件作為機械支撐而彎曲連接部，使連接部固定於第一電子元器件；黏著第一電子元器件於載具之下表面；黏著第二電子元器件於載具之上表面，以形成電源變換器，其中載具配置於電源變換器高度之1/3至2/3處。
因此，根據本發明之技術內容，本發明實施例藉由提供一種電源變換器及其製造方法，藉以改善電源變換器之腳位設計無法兼顧適用範圍廣及體積小、成本低及損耗低的問題。
在參閱下文實施方式後，本發明所屬技術領域中具有通常知識者當可輕易瞭解本發明之基本精神及其他發明目的，以及本發明所採用之技術手段與實施態樣。
為了使本揭示內容的敘述更加詳盡與完備，下文針對了本發明的實施態樣與具體實施例提出了說明性的描述；但這並非實施或運用本發明具體實施例的唯一形式。實施方式中涵蓋了多個具體實施例的特徵以及用以建構與操作這些具體實施例的方法步驟與其順序。然而，亦可利用其他具體實施例來達成相同或均等的功能與步驟順序。
除非本說明書另有定義，此處所用的科學與技術詞彙之含義與本發明所屬技術領域中具有通常知識者所理解與慣用的意義相同。
第1圖係依照本發明一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。如圖所示，電源變換器100包含載具PCB、第一電子元器件C1、第二電子元器件C2、第一連接部P1、第二連接部P2。本領域的技術人員應當理解，在第1圖所示之實施例中，電源變換器100包括第一連接部P1和第二連接部P2，然而本發明并不只局限於此，在其他的實施例中，電源變換器100可僅僅包括第一連接部P1，該第一連接部P1之第二端Pad1為一焊墊結構（pad），貼合於第一電子元器件C1之遠離該載具的表面。實質上，從第1圖亦可知曉，第二連接部P2與第一連接部P1的端子結構基本相同或相似。進一步而言，載具PCB包含上表面S1及下表面S2，第一連接部P1包含第一端Pin1及第二端Pad1，第二連接部P2包含第一端Pin2及第二端Pad2。於實現本發明時，載具PCB可為印刷電路板，而第一連接部P1及第二連接部P2可為接腳（Pin），然本發明並不以此為限，其僅用以例示性地說明本發明的實現方式之一。
於結構上，第一電子元器件C1配置於載具PCB之下表面S2，而第二電子元器件C2配置於載具PCB之上表面S1。第一連接部P1之第一端Pin1連接於載具PCB之下表面S2，此時，第一連接部P1與載具PCB採用表面黏著方式（Surface Mount Technology，SMT）進行連接。或者，在另一實施例中，第一連接部P1之第一端Pin1連接於載具PCB之上表面S1，此時，第一連接部P1與載具PCB採用直插方式進行連接。第一連接部P1之第二端Pad1系一焊墊結構，貼合於第一電子元器件C1的遠離載具PCB的表面。由圖中得以看出，載具PCB可配置於電源變換器高度之1/3至2/3處。此外，第一連接部P1係以第一電子元器件C1作為機械支撐而製成。
再者，第一連接部P1之第二端Pad1可用以與外部裝置（圖中未示）進行連接。因此，外部裝置可透過第一連接部P1之第二端Pad1及第一端Pin1而與載具PCB進行電性連接。類似地，第二連接部P2之第一端Pin2連接於載具PCB之下表面S2，或者在另一實施例中，第二連接部P2之第一端Pin2連接於載具PCB之上表面S1。第二連接部P2之第二端Pad2系一焊墊結構，貼合於第一電子元器件C1的遠離載具PCB的表面，此外，第二連接部P2之第二端Pad2可用以與外部裝置（圖中未示）進行連接。因此，外部裝置可透過第二連接部P2之第二端Pad2及第一端Pin2而與載具PCB進行電性連接。此外，第二連接部P2係以第一電子元器件C1作為機械支撐而製成。
在另一實施例中，載具PCB之下表面S2上可配置複數個第一電子元器件（如電子元器件C1、C4），這些第一電子元器件中之最高者（如電子元器件C1）與下表面S2的垂直高度為第一高度H1。載具PCB之上表面S1上可配置複數個第二電子元器件（如電子元器件C2、C3），這些第二電子元器件中之最高者（如電子元器件C2）與上表面S1的垂直高度為第二高度H2。上述第一高度H1、第二高度H2與載具PCB的厚度H3之和為電源變換器高度，載具PCB配置於電源變換器高度的1/3至2/3處。然本發明之電源變換器的結構並不以第1圖所示為限，其僅用以例示性地說明本發明的實現方式之一。
在一實施例中，由於連接部P1、P2係直接以第一電子元器件C1作為機械支撐而製成，因此，可使得連接部P1、P2與第一電子元器件C1之間的間隙近乎於零。再者，由於以第一電子元器件C1為機械支撐來製作連接部P1、P2，因此，連接部P1、P2本身的尺寸，可視電氣需求而定，無需額外考量本身的機械強度和裝配需要。因此，本發明實施例之電源變換器的連接部P1、P2之本體體積小，安裝所需的空間隨之變小，因而可大幅提升電源變換器的空間利用率，以達成較高的功率密度。另外，由於連接部P1、P2的尺寸僅以電性連接為考慮，因此，可以達成更小的損耗。此外，由於連接部P1、P2的體積小，因而可進一步降地製造成本。
在另一實施例中，連接部P1、P2可透過黏著劑以直接與第一電子元器件C1進行黏著。於再一實施中，第一電子元器件C1與第二電子元器件C2以載具PCB為中心線而上下對稱，如此，可以充分利用載具PCB資源，並有利於整個電源變換器的應力均勻分佈，因此，無需額外的應力解決方案，以避免採用額外的應力解決方案時，將導致電源變換器的體積增加的問題。在又一實施例中，上述之對稱的定義可為，第二高度H2不大於兩倍之第一高度H1，或第一高度H1不大於兩倍之第二高度H2。於一實施例中，第一電子元器件C1之高度等於第二電子元器件C2之高度。
在另一實施例中，連接部P1、P2可採用引線框架（lead frame），並以第一電子元器件C1作為機械支撐而製成。於再一實施例中，連接部P1、連接部P2與載具PCB的連接採用表面黏著方式。
第2圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。相較於第1圖所示之電源變換器100，第2圖之電源變換器200的連接部P1、P2與載具PCB之連接採用直插方式。舉例而言，連接部P1、P2連接於第一電子元器件C1且連接部P1、P2穿透載具PCB以連接於第二電子元器件C2。若連接部P1、P2與載具PCB由第1圖所示之表面黏著方式改為第2圖所示之直插方式，則可使連接部P1、P2與載具PCB之間的連接更加穩固，以減少載具PCB到連接部P1、P2的傳遞損耗，此一連接方式可適用於低壓大電流狀況。此外，如第2圖所示，連接部P2可位於載具PCB的最外側，亦即電源變換器200的最外側，如此一來，可進一步降低載具PCB的面積，以提升功率密度。
在另一實施例中，由於連接部P1、P2與第一電子元器件C1之間不一定需要電性連接，因此，第一電子元器件C1可為完整的電子元件，諸如為金屬氧化物半導體場效應晶體管或積體電路，此外，第一電子元器件C1亦可為完整的電子元件組合，諸如功率模組。再者，第一電子元器件C1亦可包含磁性元件鐵蕊的一部份。於再一實施中，第一電子元器件C1、第二電子元器件C2及載具PCB共同形成一電感元件，第一電子元器件C1與第二電子元器件C2分別為電感元件的鐵芯的一部分，此時，電源變換器200為升壓電路（Boost circuit）或降壓電路（Buck circuit）。
在又一實施例中，第一電子元器件C1、第二電子元器件C2及載具PCB共同形成變壓器，第一電子元器件C1與第二電子元器件C2分別為變壓器鐵芯的一部分。例如，電源變換器200可為隔離型直流對直流變換器（isolated DC/DC converter）。
第3圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。相較於第1圖所示之電源變換器100，第3圖之電源變換器300更包含第三電子元器件C1’及第四電子元器件C2’，分別配置於載具PCB的下表面S2和上表面S1，其中第三電子元器件C1’、第四電子元器件C2’及載具PCB共同形成一變壓器，第三電子元器件C1’與第四電子元器件C2’分別為變壓器鐵芯的一部分。
第4圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。相較於第3圖所示之電源變換器300，第4圖之電源變換器400包含複數個第一連接部P1及複數個第二連接部P2，第一連接部P1的每一者包含第一端Pin1以及第二端Pad1，而第二連接部P2的每一者包含第一端Pin2以及第二端Pad2。於結構上，第一連接部P1的第一端Pin1分別連接於第一電子元器件C1及第三電子元器件C1’，並連接於載具PCB。第一連接部P1的第二端Pad1用以與外部裝置（圖中未示）進行連接。第二連接部P2的第一端Pin2分別連接於第一電子元器件C1及第三電子元器件C1’，並連接於載具PCB。第二連接部P2的第二端Pad2用以與外部裝置（圖中未示）進行連接。由圖中得以看出，本發明實施例之電源變換器的結構對稱，因此，製作電源變換器的第一連接部P1及第二連接部P2較為簡單。此外，如第3圖與第4圖所示之電源變換器300、400，本發明實施例可選擇性依照實際需求而將第一連接部P1及第二連接部P2製作於單一元件（如元件C1）上，或製作於多個元件（如元件C1、C1’）上。
在另一實施例中，第三電子元器件C1’與第四電子元器件C2’透過載具PCB以形成變壓器鐵蕊。於再一實施中，第三電子元器件C1’與第四電子元器件C2’透過載具PCB以形成電感鐵蕊。
在又一實施例中，若第一電子元器件C1與第二電子元器件C2形成變壓器鐵蕊，且第三電子元器件C1’與第四電子元器件C2’形成電感鐵蕊，則電源變換器400包含隔離型直流對直流變換器及降壓型電源變換器，以形成一兩級架構。此架構較適合輸入輸出比例大的狀況，諸如48V及400V。
第5圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。相較於第2圖所示之電源變換器200，第5圖之電源變換器500更包含至少一直插接腳(如：Pin1’或Pin2’)，安裝於第一連接部P1之第二端Pad1，用以將焊墊連接方式轉換為直插連接方式。
第6圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。相較於第5圖所示之電源變換器500，第6圖之電源變換器600之連接部P1、P2之第二端Pad1、Pad2一一對應直插接腳Pin1’、Pin2’，並透過支架610來固定這些直插接腳Pin1’、Pin2’。這是因為同時配置多個直插接腳Pin1’、Pin2’時，其間之相互定位較為困難，因此，支架610可用以預先固定直插接腳Pin1’、Pin2’，隨後再將多個直插接腳Pin1’、Pin2’同時配置於連接部P1、P2上。如此，可簡化製作難度並有效控制精確度。
第7圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。相較於第6圖所示之電源變換器600，第7圖之電源變換器700更包含粘結層710，此粘結層710可用以黏合第一電子元器件C1與支架610，以防止直插接腳Pin1’、Pin2’於使用時脫落。在一實施例中，連接部P1或連接部P2可採用引線框架（lead frame）製作而成。
第8圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。如圖所示，由於電源變換器800之結構對稱，舉例而言，其第一電子元器件C1與第二電子元器件C2以載具PCB為中心線而上下對稱，因此，電源變換器800適合進行模造(Molding)製程，以使電源變換器800之結構更加牢固與可靠，並具備更佳之散熱能力。
第9圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。相較於第8圖，於第9圖中對電源變換器900上之模造材料910進行打磨製程，直到電源變換器900之部分結構外露為止，例如進行打磨製程直到第二電子元器件C2露出為止，以便進一步減小體積，並提升散熱能力。
第10圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。如圖所示，第一電子元器件C1包含第一表面S3及第二表面S4，上述第一電子元器件C1之第一表面S3配置於載具PCB之下表面S2。此外，電源變換器更包含晶片IC，此晶片IC配置於第一電子元器件C1之第二表面S4(亦即配置於第一電子元器件C1之遠離載具PCB的表面)。再者，晶片IC包含一個或多個接腳(如：接腳Pin3)，如此，晶片IC的信號可通過第一連接部P1及第二連接部P2來進行傳遞，或透過一個或多個接腳(如：接腳Pin3)來進行傳遞。
第11圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。如圖所示，電源變換器1100更包含軟性印刷電路板FPCB，此軟性印刷電路板FPCB配置於第一連接部P1之外側，軟性印刷電路板FPCB之一端Pad3連接載具PCB，另一端Pad4連接第一連接部P1之第二端Pad1。由於可藉由軟性印刷電路板FPCB，將信號由載具PCB傳送至第一連接部P1之第二端Pad1，因而可解決信號腳位數量較多的問題。此外，軟性印刷電路板FPCB之另一端Pad4可用以與外部裝置(圖中未示)進行連接，因此軟性印刷電路板FPCB可作為連接載具PCB與外部裝置的連接器。於再一實施中，軟性印刷電路板FPCB可透過異方性導電膠（Anisotropic Conductive Film, ACF）黏著於載具PCB。由於異方性導電膠ACF為各向異性導電，若採用異方性導電膠ACF來連接軟性印刷電路板FPCB與載具PCB，則可實現高精確度的多信號連接。
第12圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。相較於第2圖所示之電源變換器200，第12圖1200之電源變換器更包含至少一電子元器件C5及/或C6，內嵌於載具PCB中，如此，可進一步提升空間利用率。
第13圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。如第13圖所示，第一電子元器件C1之第一連接部P1的第一端Pin1與載具PCB的連接為直插式，形成直插式之步驟如後：於載具PCB上開一孔洞，以使第一連接部P1的第一端Pin1透過孔洞而穿透載具PCB；以及於載具PCB之孔洞上放置錫塊1310，以解決錫量不足的問題。錫量不足的原因是由於載具PCB上的其它元件通常為表面黏著裝置（surface mount device, SMD）板，焊錫的放置為鋼板印刷，因為這些元器件各板之間的距離可能很小，為了保證焊接品質，錫量不宜過多，亦即將鋼板做得比較薄，通常在0.1～0.2毫米之間。若第一電子元器件C1之第一連接部P1的第一端Pin1與載具PCB之間為直插式連接的話，為了方便安裝，需要將載具PCB上與第一連接部P1的第一端Pin相對應的孔洞開的較大。舉例而言，孔洞的直徑要比第一連接部P1的第一端Pin1的直徑大0.2毫米。如此，鋼板印刷的錫量就不足以填充第一連接部P1的第一端Pin1與孔洞之間的空隙1320，從而使得接觸電阻過大。故在孔洞上方放置相應體積的錫塊1310，以彌補錫量的不足。需說明的是，第13圖顯示的是製作過程，最終錫塊1310已填充進上述空隙1320，實際之電源變換器1300上不會有上述錫塊1310之存在。
請參閱第4圖，由於電源變換器400可包含複數個第一連接部P1的第一端Pin1及第二端Pad1與複數個第二連接部P2的第一端Pin2及第二端Pad2，在製作第4圖之電源變換器400時，需確保上述第一連接部P1的第一端Pin1及第二端Pad1與第二連接部P2的第一端Pin2及第二端Pad2之平整度。為確保上述平整度，本發明提供一套製作流程，以第14圖至第22圖加以說明。
第14圖至第22圖係依照本發明一實施例繪示一種電源變換器於製程中之部分結構示意圖。如第14圖所示，先行準備電源變換器之第一電子元器件C1、第一連接部P1及第二連接部P2，並將其結合為一組合結構。如第15圖所示，先行將載具PCB之下表面S2處，有與其電氣連接的元器件，以表面黏著技術安裝/焊接於下表面S2上。如第16圖所示，於上述組合結構與載具PCB之間塗上膠水，以將上述組合結構相應地插入載具PCB，並藉由與上述組合結構之下表面有黏力的平板B1以將上述組合結構與載具PCB連接，並可確保上述組合結構的平整度。由於上述組合結構之第一電子元器件C1可為磁性元件，因此，上述平板B1可為電磁吸盤，以與第一電子元器件C1之間產生吸力，而利於組裝。隨後，加溫固化膠水，以將上述組合結構與載具PCB定型，而能確保整體結構之平整度。組裝完成後，可視狀況移除上述平板B1。如第17圖所示，於載具PCB表面刷錫膏1710，並放置各元件，隨後進行焊接。如第18圖所示，將第二電子元器件C2黏接於載具PCB之上表面。
至第18圖之步驟，電源變換器已完成，如不需進行模造製程，則將拼板分離即可得到各個電源變換器。若需要繼續進行模造製程，則繼續進行第19圖至第22圖之流程。
如第19圖所示，以拼板周邊為支點，進行模造製程。由於本發明實施例之電源變換器之結構對稱，因此，模腔之分配十分有規律，模具成本因而較低且模流容易控制，製造良率高以進一步降低成本。如第20圖所示，完成模造製程後，可藉由磨砂等製程將下表面之膠水去除，以確保下表面之可焊性。此外，亦可於除膠後，進行鍍錫或鍍金等製程以提升下表面之可焊性。如第21圖所示，可藉由打磨製程將上方之模造材料磨除，以露出第二電子元器件C2，如此一來，即可大幅降低因模造製程為電源變換器帶來之額外體積。此外，經打磨製程之第二電子元器件C2的裸露表面十分平整，有利於安裝散熱器於其上，且散熱效果較佳。如第22圖所示，藉由切割製程，將電源變換器分離，而得到模造之電源變換器。此外，透過調整切割位置，可將電源變換器的第二連接部P2之外側裸露，將整體模造之電源變換器的體積降低。
第23圖係繪示依照本發明另一實施方式的一種電源變換器的製造方法之流程圖。如圖所示，本發明之電源變換器的製造方法2300包含以下步驟：
步驟2310：黏著第一電子元器件於引線框架上，其中引線框架包含固持部及連接部；
步驟2320：切除引線框架的固持部；
步驟2330：以第一電子元器件作為機械支撐而彎曲連接部，使連接部固定於第一電子元器件；
步驟2340：黏著第一電子元器件於載具之下表面；
步驟2350：黏著第二電子元器件於載具之上表面，以形成電源變換器，其中載具配置於電源變換器高度之1/3至2/3處。
為使本發明實施例之電源變換器的製造方法易於理解，請一併參閱第23圖及第24圖，第24圖係繪示依照本發明另一實施方式的一種電源變換器之製程示意圖。於步驟2310中，請參閱第24圖之流程2430，黏著第一電子元器件C1於引線框架2480上，其中引線框架2480包含固持部2460及連接部2470。於步驟2320中，請參閱第24圖之流程2440，切除引線框架2480的固持部2460，只留下引線框架2480的連接部2470。於步驟2330中，請參閱第24圖之流程2450，以第一電子元器件C1作為機械支撐而彎曲連接部2470，使連接部2470固定於第一電子元器件C1，第24圖之流程2450的上下兩圖分別用以顯示第一電子元器件C1之上下表面。
為使本發明實施例之電源變換器的製造方法易於理解，請一併參閱第23圖、第16圖及第18圖，於步驟2340中，請參閱第16圖及其相關說明，黏著第一電子元器C1件於載具PCB之下表面。於步驟2350中，請參閱第18圖及其相關說明，黏著第二電子元器件C2於載具PCB之上表面，以形成電源變換器，其中載具PCB配置於電源變換器高度之1/3至2/3處。
在一實施例中，請參閱第1圖，由本發明之製造方法2300所製成的電源變換器100之連接部P1、P2，是直接以第一電子元器件C1作為機械支撐而製成，因此，可使得連接部P1、P2與第一電子元器件C1之間的間隙近乎於零。在另一實施例中，連接部P1、P2可透過黏著劑以直接與第一電子元器件C1進行黏著。
於再一實施中，第一電子元器件C1與第二電子元器件C2以載具PCB為中心線而上下對稱，如此，可以充分利用載具PCB資源，並有利於整個電源變換器的應力均勻分佈，因此，無需額外的應力解決方案，以避免採用額外的應力解決方案時，將導致電源變換器的體積增加的問題。在又一實施例中，上述之對稱的定義可為，第二高度H2不大於兩倍之第一高度H1，或第一高度H1不大於兩倍之第二高度H2。於一實施例中，第一電子元器件C1之高度等於第二電子元器件C2之高度。
在另一實施例中，相較於第1圖所示之電源變換器100，由製造方法2300所製成的第2圖之電源變換器200的連接部P1、P2與載具PCB的連接採用直插方式。舉例而言，連接部P1、P2連接於第一電子元器件C1且連接部P1、P2穿透載具PCB以連接於第二電子元器件C2。若連接部P1、P2與載具PCB由第1圖所示之表面黏著方式改為第2圖所示之直插方式，則可使連接部P1、P2與載具PCB之間的連接更加穩固，以減少載具PCB到連接部P1、P2的傳遞損耗，此一連接方式可適用於低壓大電流狀況。
在又一實施例中，由於連接部P1、P2與第一電子元器件C1之間不一定需要電氣連接，因此，第一電子元器件C1可為完整的電子元件，諸如為金屬氧化物半導體場效應晶體管或積體電路，此外，第一電子元器件C1亦可為完整的電子元件組合，諸如功率模組，再者，第一電子元器件C1亦可包含磁性元件鐵蕊的一部份。於再一實施中，第一電子元器件C1、第二電子元器件C2及載具PCB共同形成一電感元件，第一電子元器件C1與第二電子元器件C2分別為電感元件的鐵芯的一部分，此時，電源變換器200為升壓電路（Boost circuit）或降壓電路（Buck circuit）。
在另一實施例中，第一電子元器件C1、第二電子元器件C2及載具PCB共同形成變壓器，第一電子元器件C1與第二電子元器件C2分別為變壓器鐵芯的一部分
於再一實施例中，相較於第1圖所示之電源變換器100，由製造方法2300所製成的第3圖之電源變換器300更包含第三電子元器件C1’及第四電子元器件C2’，分別配置於載具PCB的下表面S2和上表面S1，其中第三電子元器件C1’、第四電子元器件C2’及載具PCB共同形成一變壓器，第三電子元器件C1’與第四電子元器件C2’分別為變壓器鐵芯的一部分。
於再一實施例中，相較於第3圖所示之電源變換器300，由製造方法2300所製成的第4圖之電源變換器400包含複數個第一連接部P1及複數個第二連接部P2，第一連接部P1的每一者包含第一端Pin1以及第二端Pad1，而第二連接部P2的每一者包含第一端Pin2以及第二端Pad2。於結構上，第一連接部P1的第一端Pin1分別連接於第一電子元器件C1及第三電子元器件C1’，並連接於載具PCB。第一連接部P1的第二端Pad1用以與外部裝置（圖中未示）進行連接。第二連接部P2的第一端Pin2分別連接於第一電子元器件C1及第三電子元器件C1’，並連接於載具PCB。第二連接部P2的第二端Pad2用以與外部裝置（圖中未示）進行連接。由圖中得以看出，本發明實施例之電源變換器的結構對稱，因此，製作電源變換器的第一連接部P1及第二連接部P2較為簡單。此外，如第3圖與第4圖所示之電源變換器300、400，本發明實施例可選擇性依照實際需求而將第一連接部P1及第二連接部P2製作於單一元件（如元件C1）上，或製作於多個元件（如元件C1、C1’）上。
在另一實施例中，第三電子元器件C1’與第四電子元器件C2’透過載具PCB以形成變壓器鐵蕊。於再一實施中，第三電子元器件C1’與第四電子元器件C2’透過載具PCB以形成電感鐵蕊。
在又一實施例中，若第一電子元器件C1與第二電子元器件C2形成變壓器鐵蕊，且第三電子元器件C1’與第四電子元器件C2’形成電感鐵蕊，則電源變換器400包含隔離型直流對直流變換器及降壓型電源變換器，以形成一兩級架構。此架構較適合輸入輸出比例大的狀況，諸如48V及400V。
於再一實施例中，請參閱第5圖，本發明之電源變換器的製造方法2300更包含：黏著直插接腳Pin1’、Pin2’於連接部P1、P2，此直插接腳Pin1’、Pin2’用以與外部裝置（圖中未示）進行連接。
在另一實施例中，請參閱第6圖，本發明之電源變換器的製造方法2300更包含：以一支架610來固定直插接腳Pin1’、Pin2’。增加上述步驟是因為同時配置多個直插接腳Pin1’、Pin2’時，其間之相互定位較為困難，因此，支架610可用以預先固定直插接腳Pin1’、Pin2’，隨後再將多個直插接腳Pin1’、Pin2’同時配置於連接部P1、P2。如此，可簡化製作難度並有效控制精確度。在另一實施例中，請參閱第7圖，本發明之電源變換器的製造方法2300更包含：以粘結層710黏合第一電子元器件C1與支架610。如此一來，可防止直插接腳Pin1’、Pin2’於使用時脫落。
於再一實施例中，請參閱第8圖，本發明之電源變換器的製造方法2300更包含：對電源變換器800進行一模造(Molding)製程。由於電源變換器800之結構對稱，因此，電源變換器800適合進行模造(Molding)製程，以使電源變換器800之結構更加牢固與可靠，並具備更佳之散熱能力。請參閱第9圖，本發明之電源變換器的製造方法2300更包含：對電源變換器900上之模造材料910進行打磨製程，直到電源變換器900之部分結構外露為止。舉例而言，對電源變換器900上之模造材料910進行打磨製程以裸露第二電子元器件C2和/或第一電子元器件C1，或者，對電源變換器900上之模造材料910進行打磨製程以裸露連接部P2的外側，以便進一步減小體積，並提升散熱能力。
於再一實施例中，請參閱第10圖，步驟2340所述之黏著第一電子元器件C1於載具PCB之下表面的步驟包含：黏著第一電子元器件C1之第一表面S3於載具PCB之下表面S2。此外，本發明之電源變換器的製造方法2300更包含：透過膠水配置晶片IC於第一電子元器件C1之第二表面S4(亦即配置於第一電子元器件C1之遠離載具PCB的表面)；以及設置一個或多個接腳(如：接腳Pin3)於晶片IC的表面，如此，晶片IC的信號可通過第一連接部P1及第二連接部P2來進行傳遞，或透過接腳(如：接腳Pin3)來進行傳遞。
在又一實施例中，請參閱第11圖，連接部P1包含第一端Pin1和第二端Pad1，本發明之電源變換器的製造方法2300更包含：配置軟性印刷電路板FPCB以連接載具PCB與連接部P1之第二端Pad1。由於可藉由軟性印刷電路板FPCB，將信號由載具PCB傳送至連接部P1之第二端Pad1，因而可解決信號腳位數量較多的問題。此外，軟性印刷電路板FPCB可作為連接載具PCB與外部裝置的連接器。再者，上述透過軟性印刷電路板FPCB以連接載具PCB與連接部P1的步驟包含：透過異方性導電膠ACF以將軟性印刷電路板FPCB黏著於載具PCB。由於異方性導電膠ACF為各向異性導電，若採用異方性導電膠ACF來連接軟性印刷電路板FPCB與載具PCB，則可實現高精確度的多信號連接。
在另一實施例中，請參閱第12圖，本發明之電源變換器的製造方法2300更包含：內嵌電子元件C5及/或C6於載具中PCB。如此，可進一步提升空間利用率。
在又一實施例中，於製造方法2300所製成的電源變換器1300中，第一電子元器件C1之第一連接部P1的第一端Pin1與載具PCB的連接為直插式，形成直插式之步驟如後：於載具PCB上開一孔洞，以使第一連接部P1的第一端Pin1透過孔洞而穿透載具PCB；於載具PCB之孔洞上放置錫塊1310；以及以波峰焊（wave soldering）或回流焊（reflow soldering）的方式使錫塊1310填滿孔洞，以解決錫量不足的問題。需說明的是，第13圖顯示的是製作過程，最終錫塊1310已填充進空隙1320，實際之電源變換器1300上不會有上述錫塊1310之存在。
於再一實施例中，請參閱第16圖，第一電子元器件C1為磁性元件，本發明之電源變換器的製造方法2300更包含：塗佈膠水於磁性元件C1和載具PCB的連接位置；提供一電磁吸盤B1於磁性元件C1的遠離載具PCB的表面；藉由電磁吸盤B1產生的粘力吸合磁性元件C1和連接部P1；以及加溫固化所塗佈的膠水，以定位磁性元件C1與載具PCB。
所屬技術領域中具有通常知識者當可明白，電源變換器的製造方法2300中之各步驟依其執行之功能予以命名，僅係為了讓本案之技術更加明顯易懂，並非用以限定該等步驟。將各步驟予以整合成同一步驟或分拆成多個步驟，或者將任一步驟更換到另一步驟中執行，皆仍屬於本揭示內容之實施方式。
由上述本發明實施方式可知，應用本發明具有下列優點。本發明實施例藉由提供一種電源變換器及其製造方法，藉以改善電源變換器之腳位設計無法兼顧適用範圍廣及體積小、成本低及損耗低的問題。
此外，本發明實施例之電源變換器，特別適合用於高功率密度、高效率場合，諸如功率密度大於300W/inch3及效率高於90%的場合。本發明實施例之電源變換器的工作頻率可高於500KHz，而輸入電壓範圍可介於1V~400V之間。然本發明之電源變換器的實現方式並不以上述實施例為限，其僅用以例示性地說明本發明的實現方式之一。
再者，相較於現有技術，本發明實施例藉由提供一種電源變換器及其製造方法，尤其是對於連接部P1、P2之製作方式，具有更佳的電性能、熱性能與更高的功率密度。另外，其可充分使用空間，且生產方便，非常利於提高電源變換器之功率密度或者效率。此外，本發明實施例所示之具體結構、生產工藝、流程等，亦十分可行有效。因此，本發明實施例十分適合用以提升電源變換器的整體性能和性價比，特別是POL的整體性能和性價比。
雖然上文實施方式中揭露了本發明的具體實施例，然其並非用以限定本發明，本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不悖離本發明之原理與精神的情形下，當可對其進行各種更動與修飾，因此本發明之保護範圍當以附隨申請專利範圍所界定者為準。
100~1300‧‧‧電源變換器
610‧‧‧支架
710‧‧‧粘結層
910‧‧‧模造材料
1310‧‧‧錫塊
1320‧‧‧空隙
1710‧‧‧錫膏
2300‧‧‧方法
2310~2350‧‧‧步驟
2400‧‧‧流程圖
2410~2450‧‧‧流程
2460‧‧‧固持部
2470‧‧‧連接部
2480‧‧‧引線框架
ACF‧‧‧異方性導電膠
C1、C4‧‧‧第一電子元器件
C1’‧‧‧第三電子元器件
C2、C3‧‧‧第二電子元器件
C2’‧‧‧第四電子元器件
C5、C6‧‧‧電子元器件
FPCB‧‧‧軟性印刷電路板
H1‧‧‧第一高度
H2‧‧‧第二高度
H3‧‧‧厚度
IC‧‧‧晶片
P1‧‧‧第一連接部
P2‧‧‧第二連接部
Pad1‧‧‧第二端
Pad2‧‧‧第二端
Pad3‧‧‧軟性印刷電路板之一端
Pad4‧‧‧軟性印刷電路板之另一端
PCB‧‧‧載具
Pin1‧‧‧第一端
Pin1’‧‧‧直插接腳
Pin2‧‧‧第一端
Pin2’‧‧‧直插式接腳
Pin3‧‧‧接腳
S1‧‧‧上表面
S2‧‧‧下表面
S3‧‧‧第一表面
S4‧‧‧第二表面
為讓本發明之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能更明顯易懂，所附圖式之說明如下： 第1圖係依照本發明一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第2圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第3圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第4圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第5圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第6圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第7圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第8圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第9圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第10圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第11圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第12圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第13圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第14圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器於製程中之部分結構示意圖。 第15圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器於製程中之部分結構示意圖。 第16圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器於製程中之部分結構示意圖。 第17圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器於製程中之部分結構示意圖。 第18圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器於製程中之部分結構示意圖。 第19圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器於製程中之部分結構示意圖。 第20圖係依照本發明另一實施例繪示一種電源變換器於製程中之部分結構示意圖。 第21圖係依照本發明再一實施例繪示一種電源變換器於製程中之部分結構示意圖。 第22圖係依照本發明又一實施例繪示一種電源變換器的示意圖。 第23圖係繪示依照本發明另一實施方式的一種電源變換器的製造方法之流程圖。 第24圖係繪示依照本發明另一實施方式的一種電源變換器之製程示意圖。
根據慣常的作業方式，圖中各種特徵與元件並未依比例繪製，其繪製方式是為了以最佳的方式呈現與本發明相關的具體特徵與元件。此外，在不同圖式間，以相同或相似的元件符號來指稱相似的元件/部件。

Claims (28)

  1. 一電源變換器，包含：一載具，包含：上表面；以及下表面；一第一電子元器件，配置於該載具之該下表面；一第二電子元器件，配置於該載具之該上表面；以及一第一連接部，包含：一第一端，電性耦接於該載具之該上表面或該下表面，其中該第一連接部與該載具的連接採用表面黏著(Surface Mount Technology，SMT)方式或直插方式；以及一第二端，系一焊墊結構(pad)，貼合於該第一電子元器件的遠離該載具的表面，其中該第一端與該第二端係一體成形以共同構成該第一連接部；其中該載具配置於電源變換器高度之1/3至2/3處，該第一連接部係以該第一電子元器件作為機械支撐而製成。
  2. 如請求項1所述之電源變換器，更包含複數個第一電子元器件與複數個第二電子元器件，該些第一電子元器件中之最高者與該下表面的垂直高度為一第一高度，該些第二電子元器件中之最高者與該上表面的垂直高度為一第二高度，該第一高度、該第二高度與該載具的厚度之和為該電源變換器高度。
  3. 如請求項1所述之電源變換器，其中該第一電子元器件之高度等於該第二電子元器件之高度。
  4. 如請求項2所述之電源變換器，其中該第二高度不大於兩倍之該第一高度，或該第一高度不大於兩倍之該第二高度。
  5. 如請求項1所述之電源變換器，其中該第一電子元器件、該第二電子元器件及該載具共同形成一電感元件，該第一電子元器件與該第二電子元器件分別為該電感元件的鐵芯的一部分。
  6. 如請求項5所述之電源變換器，更包含：一第三電子元器件和一第四電子元器件，分別配置於該載具的下表面和上表面，其中該第三電子元器件、該第四電子元器件及該載具共同形成一變壓器，該第三電子元器件與該第四電子元器件分別為該變壓器鐵芯的一部分。
  7. 如請求項1所述之電源變換器，其中該第一電子元器件、該第二電子元器件及該載具共同形成一變壓器，該第一電子元器件與該第二電子元器件分別為該變壓器鐵芯的一部分。
  8. 如請求項1所述之電源變換器，其中該電源變換器更包含一直插接腳，安裝於該第一連接部之該第二端，用以將焊墊連接方式轉換為直插連接方式。
  9. 如請求項8所述之電源變換器，更包含複數個第一連接部，該些第一連接部之第二端一一對應該直插接腳，透過一支架來固定該些直插接腳。
  10. 如請求項9所述之電源變換器，更包含一粘結層，用以黏合該第一電子元器件與該支架。
  11. 如請求項9所述之電源變換器，其中，該些第一連接部採用引線框架(Lead frame)製作而成。
  12. 如請求項1所述之電源變換器，更包含：一晶片，配置於該第一電子元器件之遠離該載具的表面，該晶片表面設有一個或多個接腳。
  13. 如請求項1所述之電源變換器，更包含：一軟性印刷電路板，配置於該第一連接部之外側，該軟性印刷電路板的一端連接該載具，另一端連接該第一連接部之該第二端。
  14. 如請求項1所述之電源變換器，更包含內嵌於該載具中之至少一電子元件。
  15. 如請求項1所述之電源變換器，其中，該載具為一印刷電路板(Printed Circuit Board，PCB)。
  16. 一種電源變換器的製造方法，包含：黏著一第一電子元器件於一引線框架上，其中該引線框架包含一固持部及一連接部，其中該連接部包含一第一端和一第二端，該第一端與該第二端係一體成形以共同構成該連接部；切除該引線框架的該固持部；以該第一電子元器件作為機械支撐而彎曲該連接部，使該連接部固定於該第一電子元器件；連接該第一電子元器件於一載具之下表面；以及黏著一第二電子元器件於該載具之上表面，以形成一電源變換器，其中該載具配置於該電源變換器高度之1/3至2/3處，其中該連接部與該載具的連接採用表面黏著方式或直插方式。
  17. 如請求項16所述之製造方法，其中該連接部透過黏著劑以直接與該第一電子元器件進行黏著。
  18. 如請求項16所述之製造方法，更包含： 將該連接部穿透該載具，並連接至該第二電子元器件。
  19. 如請求項18所述之製造方法，其中將該連接部穿透該載具的步驟包含：於該載具上開一孔洞，以使該連接部透過該孔洞而穿透該載具；於該載具之該孔洞上放置一錫塊；以及以波峰焊(wave soldering)或回流焊(reflow soldering)的方式使該錫塊填滿該孔洞。
  20. 如請求項16所述之製造方法，其中該第一電子元器件、該第二電子元器件及該載具共同形成一電感元件，該第一電子元器件與該第二電子元器件分別為該電感元件的鐵芯的一部分。
  21. 如請求項16所述之製造方法，其中該第一電子元器件、該第二電子元器件及該載具共同形成一變壓器，該第一電子元器件與該第二電子元器件分別為該變壓器的鐵芯的一部分。
  22. 如請求項16所述之製造方法，更包含：黏著一直插接腳於該連接部之該第二端。
  23. 如請求項16所述之製造方法，其中該第一電子元器件包含一第一表面及一第二表面，該製造方法更包含：黏著該第一電子元器件之該第一表面於該載具之該下表面；透過膠水配置一晶片於該第一電子元器件之該第二表面；以及設置一個或多個接腳於該晶片的表面。
  24. 如請求項16所述之製造方法，更包含：配置一軟性印刷電路板以連接該載具與該連接部之該第二端。
  25. 如請求項16所述之製造方法，更包含：對該電源變換器進行一模造(Molding)製程；以及對該電源變換器上之模造材料進行打磨製程，直到該電源變換器之部分結構外露為止。
  26. 如請求項16所述之製造方法，其中，該第一電子元器件為一磁性元件，該製造方法更包含：塗佈膠水於該磁性元件和該載具的連接位置；提供一電磁吸盤於該磁性元件的遠離該載具的表面；藉由該電磁吸盤產生的粘力吸合該磁性元件和該連接部；以及加溫固化所塗佈的膠水，以定位該磁性元件與該載具。
  27. 如請求項26所述之製造方法，更包含：對該電源變換器進行一模造(Molding)製程；以及對該電源變換器上之模造材料進行打磨製程，以裸露該第二電子元器件和/或該第一電子元器件。
  28. 如請求項26所述之製造方法，更包含：對該電源變換器進行一模造(Molding)製程；以及對該電源變換器上之模造材料進行打磨製程，以裸露該連接部的外側。
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