TWI808606B - 電路堆疊結構 - Google Patents

Abstract

一種電路堆疊結構，其包括第一基板、控制晶片、散熱元件、被動元件、支撐板、第二基板及電感元件，將電感元件設置於電路堆疊結構內部，與控制晶片例如交換式電源控制晶片連接，透過支撐板讓大體積的電感元件可以設置於其中，控制晶片設置於第一基板予以外露，在控制晶片上設置散熱元件，以支撐板的複數導電元件來電性連接第一基板與第二基板。本發明達到模組化設計而節省成本以及簡化電路組裝的複雜度，可縮小電路的設置空間，本發明運作效率高且散熱較佳，增加產品競爭力。

Description

電路堆疊結構

本發明涉及一種電子零組件的組裝，特別是涉及一種電路堆疊結構。

傳統電路的組裝包含有控制器芯片及對應的被動元件、感測器等，因此電路組裝很多都以平面式或雙面式排列來進行，以面積來看不僅需要較大的電路板佈局空間，而且就算以雙面式排列組裝在製程上也有一定程度的複雜度。

而且當電路組裝中具有運算能力的芯片時，對於芯片的散熱問題則是不可避免的，因此電路組裝的散熱問題也是必須解決的課題。

有鑑於先前技術所提出的問題，本發明提供一種電路堆疊結構，予以解決電路組裝使用較大佈局空間、製程複雜以及芯片散熱的問題。

根據本發明的一實施例，提出了一種電路堆疊結構，其包括：一第一基板；一控制晶片，設置於該第一基板的上表面，該控制晶片電性連接該第一基板；複數被動元件，設置於該第一基板的上表面或下表面，該複數被動元件電性連接該第一基板；一第二基板；一支撐板，該支撐板設置於該第一基板與該第二基板之間，且該支撐板上設有複數導電元件；以及一電感元件，設置於該第一基板、該第二基板以及該支撐板所形成的容置空間內。其中該複數導電元件的第一端分別電性連接該第一基板，該第二基板電性連接該複數導電元件的第二端，該電感元件電性連接該第一基板或該第二基板。

本發明的可能技術效果在於達到模組化設計而節省成本以及簡化電路組裝的複雜度，可縮小電路的設置空間，本發明運作效率高且散熱較佳，增加產品競爭力。

為了能更進一步瞭解本發明為達成既定目的所採取之技術、方法及功效，請參閱以下有關本發明之詳細說明、圖式，相信本發明之目的、特徵與特點，當可由此得以深入且具體之瞭解，然而所附圖式僅提供參考與說明用，並非用來對本發明加以限制者。

1:電路堆疊結構

11:第一基板

111:上表面

112:下表面

113:基板電鍍通孔

12:控制晶片

121:散熱元件

122:第一晶片

123:第二晶片

13:被動元件

14:支撐板

140:框板

141:導電元件

142:第一端

143:第二端

15:第二基板

151:下表面

152:電接點

16:電感元件

161:第一電感

162:第二電感

163:第一端

164:第一端

165:第二端

166:第二端

200:容置空間

VIN:電源

VOUT:輸出接點

圖1呈現本發明一實施例所繪示電路堆疊結構的分解結構示意圖。

圖2呈現本發明一實施例所繪示電路堆疊結構的組合結構示意圖。

圖3呈現本發明一實施例所繪示框板以及複數導電元件的示意圖。

圖4呈現本發明一實施例所繪示電路堆疊結構中，第一電感與第二電感連接第一晶片與第二晶片的示意圖。

圖5呈現本發明一實施例所繪示第二基板設有複數電接點的示意圖。

以下是透過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電路堆疊結構”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可透過其它不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依 實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。

為了更清楚的說明本發明實施例中的技術方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發明的一些實施例，對於本領域通常知識及普通技能技術人員來說，在不付出過多努力的前提下，還可以根據這些附圖獲得其它的附圖。

本發明公開一種電路堆疊結構，可以進行電壓調整或處理(電源)信號，並且可以設置於電子產品的電源側進行信號處理，例如設置於交流轉直流(AC/DC)、直流轉直流(DC/DC)、直流轉交流(DC/AC)等信號處理電路中。其中電子產品可以例如是消費性電子產品、伺服器、處理器晶片、控制器晶片、第五代移動通信技術(5G：5th generation)應用的電子產品或人工智能(AI：artificial intelligence)應用的電子產品，以提供大電流的模組應用。

根據本發明的一實施例，請參閱圖1及圖2，圖1呈現本發明一實施例所繪示電路堆疊結構的分解結構示意圖。圖2呈現本發明一實施例所繪示電路堆疊結構的組合結構示意圖。

本發明提供一種電路堆疊結構1，其包括但不限於：一第一基板11、一控制晶片12、複數被動元件13、支撐板14、一第二基板15以及一電感元件16。其中控制晶片12設置於第一基板11的上表面111，控制晶片12電性連接第一基板11，控制晶片12上設置有一散熱元件121，控制晶片12可為交換式電源(Switching Power Supply，SPS)控制晶片，且散熱元件121可為散熱銅片，本發明不以前述為限。

在一實施例中，散熱元件121不排除可以是散熱鰭片或是配合以散熱膏塗佈加強散熱，且本發明不以前述為限。

複數被動元件13設置於第一基板11的上表面111或下表面112，複數被動元件13電性連接第一基板11，複數被動元件13可包括電阻器、電容器或電感器。在本實施例中，複數被動元件13可僅只設置為電容器而且在第一基板11的上表面111或下表面112，且本發明不以前述為限。

支撐板14設置於第一基板11與第二基板15之間，支撐板14上可設有孔洞或槽，而且孔洞或槽可為任意形狀，例如方形或圓形。且支撐板14上設有複數導電元件141。因此電感元件16設置於第一基板11、第二基板15以及支撐板14所形成的容置空間200內。

其中複數導電元件141的第一端142分別電性連接第一基板11。第二基板15電性連接複數導電元件141的第二端143，因此使得電感元件16容納在電路堆疊結構1內部以外，電感元件16也電性連接第一基板11或第二基板15，或者電感元件16同時電性連接第一基板11以及第二基板15。

由於電感元件16的體積通常較大，當電感元件16設置於第一基板11、第二基板15以及支撐板14之間時，電感元件16被第一基板11、第二基板15以及支撐板14所包覆，於外觀上基本上無法查看到電感元件16。因此在本實施例中，通常體積較大的電感元件16可以是功率型電感或濾波型電感，所以透過支撐板14包覆電感元件16的方式，並且讓電感元件16被支撐板14包覆時可輕易的電性連接至第一基板11以及第二基板15，故可大幅降低電路設計中元件占用的空間。而且電感元件16在線圈繞阻的類型中，電感元件16可為雙繞組或以上的電感元件，因此電感元件16的連接點可以是電極或繞阻線圈(的一端)，且本發明不以前述為限。

配合參閱圖3，圖3呈現本發明一實施例所繪示框板以及複數導電元件的示意圖。其中圖3所顯示可代表為框板一個視角的俯視圖或仰視 圖。

在一實施例中，支撐板14由複數框板(Frame Board)140構成，複數框板140相互堆疊，且每一框板140具有複數導電元件141。框板140的複數導電元件141為電鍍通孔(plated through hole，PTH)，每一框板140的複數導電元件141透過每一框板140的相互堆疊而使得彼此上下電性連接，並且堆疊於最上方的框板140的複數導電元件141的第一端142分別電性連接第一基板11，堆疊於最下方的框板140的複數導電元件141的第二端143分別電性連接第二基板15。

在一實施例中，複數框板140的數量可依據實際需求進行堆疊，改變整體電路堆疊結構1的設置高度，以容納不同大小及形式的電感元件16，以達到模組化的設計。

在一實施例中，當電感元件16設置為功率大電流電感器時，且將控制晶片12設置為交換式電源(Switching Power Supply，SPS)控制晶片時，可將電感元件16及各被動元件13為電容器而均整合在電路堆疊結構1內部。當以支撐板14並使用多個框板140來堆疊並包覆電感元件16，不僅能實現交換式電源設計的三維(3d)電路堆疊組裝，相較傳統組裝能縮小大量電路其平面設置的空間，將占用的組裝空間以堆疊組裝形式減化，並且所設計之支撐板14或各框板140以總高度最高7.8mm之形式時，可使最大總承載電流為144安培，當配合在電路堆疊結構1上方之散熱元件121(銅片)，並以電感元件16為雙繞組電感的兩電感設置形式時，可讓每相電源(信號)調整迴路的輸出電流最大為40安培，整體電路堆疊結構1運作最大電流為80安培，由於散熱佳，整體效率亦可提升為85%。

在一實施例中，每一框板140的高度以及容置空間200以孔洞或槽設置時，其高度以及孔洞或槽的大小、形狀均可調整，而且每一框板140 的高度可不相同，可設計成各框板140堆疊後於2.5mm~10mm的高度之間調整。能讓本發明達成模組化設計，可輕易的擴充或縮減，並縮小基板的電路佈局空間，以節省成本。

在一實施例中，因為第一基板11以及第二基板15上設置了控制晶片12、複數被動元件13以及電感元件16，以垂直式設置電路零件，以大幅降低並有效利用基板的電路佈局空間。

再配合圖4，圖4呈現本發明一實施例所繪示電路堆疊結構中，第一電感與第二電感連接第一晶片與第二晶片的示意圖。

其中控制晶片12可設為一第一晶片122與一第二晶片123，且電感元件16為雙繞組電感元件時，雙繞組電感元件的其中一繞組形成的第一電感161的第一端163透過第一基板11電性連接第一晶片122，雙繞組電感元件的其中另一繞組形成的第二電感162的第一端164透過第一基板11電性連接第二晶片123。另外雙繞組電感元件的雙繞組分別形成的第一電感161與第二電感162的各第二端165、166分別電性連接第二基板15，以導引至輸出接點VOUT。

在一實施例中，第二基板15透過複數框板140的複數導電元件141與第一基板11而電性連接控制晶片12(即電性連接第一晶片122與第二晶片123)。因此以第二基板15的電接點接收一電源(信號)VIN並使得電源(信號)VIN透過各框板140的複數導電元件141與第一基板11而傳輸給第一晶片122與第二晶片123，第一晶片122與第二晶片123進行電源(信號)VIN的調整，電源(信號)VIN經由電源調整後分別經由雙繞組電感元件的第一電感161與第二電感162後，由第二基板15的電接點輸出，也即輸出接點VOUT。

再配合圖5，圖5呈現本發明一實施例所繪示第二基板設有複數 電接點的示意圖。

其中第二基板15的下表面151設有複數電接點152，可以是圓形電接點或方形電接點(PAD)，複數電接點152的其中至少一個電接點152電性連接於電感元件16，以及複數電接點152電性連接相互堆疊的複數框板140的最下層框板140的複數導電元件141。

在一實施例中，當電感元件16為雙繞組電感元件時，雙繞組電感元件的至少兩電極接點或線端電性連接至複數電接點152的其中至少兩個。

在一實施例中，控制晶片12以及複數被動元件13的電接點可透過第一基板11的電路佈局線路以及複數框板140的複數導電元件141而導引連接至第二基板15。以及電感元件16的電接點可依序透過第一基板11、複數框板140的複數導電元件141而導引連接至第二基板15。而且也不排除將電感元件16的電接點先透過第二基板15電連接後，以複數框板140的複數導電元件141以及第一基板11電連接至控制晶片12，最後再透過前述方式將各元件具有的電接點導引回去第二基板15。因此透過第二基板15本身具有的電接點152而可形成信號輸入與輸出的電接點。

在一實施例中，如圖5，其中第二基板15的複數電接點152上可再設置有焊球(Solder Ball)或焊料凸塊(Solder Bump)，其圖未示，於SMT製程時，可快速安裝到其他的基板上，且本發明不以前述為限。

在一實施例中，透過各框板140的複數導電元件141的設置，並依照第一基板11與第二基板15的電路(線路)佈局，並再配合各框板140的複數導電元件141的導通連接，可使第二基板15的複數電接點152電性連通各電氣迴路，而可輕易透過複數電接點152連接外部的基板(圖未示)，讓電路堆疊結構1正常運作及方便組裝。亦即電路堆疊結構1也可再透過SMT 製程而組裝到外部的基板上(圖未示)。其中第一基板11與第二基板15的電路佈局線路依照控制晶片12、複數被動元件13、電感元件16以及框板140的導電元件141的設置形式及數量而定，而決定第二基板15的複數電接點152的設置數量及形式，且本發明不以前述為限。

在一實施例中，第一基板11與第二基板15可為多層板，可強化基板電路佈局的靈活度及模組化的程度，且本發明不以前述為限。

請繼續參閱圖1及圖2，其中當複數框板140的數量為複數個且例如為三個而相互堆疊時，在一實施例中，上層框板140的導電元件141依序電性連接中層框板140的導電元件141以及下層框板140的導電元件141。其中使得每一框板140以堆疊的方向為縱向作為基準，在上層、中層以及下層框板140的相同一個或複數位置上設置縱向連接的導電元件141，使得上層、中層以及下層框板140的導電元件141以縱向方式上下電性連接。

在一實施例中，每一框板140的導電元件141的設置形式不以縱向為限。根據設計需求，導電元件141也可為在框板140表面設置的導電金屬鉑，且形式、形狀及設置方向均不限。而且每一框板140的導電元件141設置為電鍍通孔(PTH)時，也可根據框板140的厚度或框板140的層數來將導電元件141設置成多段式連接，且本發明不以前述為限。

因此由圖2的圖例示出為上層、中層以及下層框板140的導電元件141以縱向電性連接的方式形成了複數信號或電源信號的傳輸路徑(即上層框板140的導電元件141、中層框板140的導電元件141以及下層框板140的導電元件141構成的信號傳輸路徑)，使得第一基板11與第二基板15之間可傳輸至少一或複數個信號或電源信號，且本發明不以前述為限。

在一實施例中，堆疊於最上方的框板140的複數導電元件 141的第一端142分別電性連接第一基板11的下表面112上的複數電接點(圖未示)。框板140的複數導電元件141以電鍍通孔(PTH)形式設置時，以環繞形式均勻分布於框板140上，且本發明不以前述為限。

在一實施例中，第二基板15電性連接堆疊於最下方的框板140的複數導電元件141的第二端143，即下層框板140的複數導電元件141的第二端143電性連接第二基板15上位於上表面的複數電接點(圖未示)，且本發明不以前述為限。

因此本發明不僅能將電感元件16設置於電路堆疊結構1的內部以減少電路的元件設置面積。而且控制晶片12為交換式電源控制晶片運作時產生的熱能也能透過設置於電路堆疊結構1的上端而讓散熱效果顯著提升。由於控制晶片12設置於電路堆疊結構1的上方，解決了芯片組裝製程複雜以及散熱的問題。

在一實施例中，為了更加便於堆疊組裝電路堆疊結構1，以適用於表面黏著技術(SMT：Surface Mount Technology)。因此電路堆疊結構1涵蓋電感元件16為雙繞組電感元件時，其雙繞組形成的第一電感161與第二電感162的第一端163、164分別透過第一基板11上的一基板電鍍通孔113而電性連接該第一基板11，並使得雙繞組電感元件的第一電感161與第二電感162透過第一基板11分別電性連接第一晶片122與第二晶片123，且本發明不以前述為限。

在一實施例中，電路堆疊結構1中可將第一基板11上的控制晶片12以及複數被動元件13透過表面黏著技術(SMT)安裝好以後，再依SMT製程以依序堆疊第二基板15、電感元件16、複數框板140以及第一基板11，以組裝完成電路堆疊結構1，但本發明不以前述SMT製程及堆疊的順序為限。

〔本發明的可能技術效果〕

本發明的可能技術效果在於達到模組化設計而節省成本，以及簡化電路組裝的複雜度，可縮小電路的設置空間。本發明運作效率高且散熱較佳，增加產品競爭力。

最後需要說明的是，於前述說明中，儘管已將本發明技術的概念以多個示例性實施例具體地示出與闡述，然而在此項技術之領域中具有通常知識者將理解，在不背離由以下申請專利範圍所界定的本發明技術的概念之範圍的條件下，可對其作出形式及細節上的各種變化。

1: 電路堆疊結構 11:第一基板 111:上表面 112:下表面 113: 基板電鍍通孔 12:控制晶片 121:散熱元件 13:被動元件 14:支撐板 140:框板 141:導電元件 142:第一端 143:第二端 15:第二基板 151:下表面 16:電感元件 200:容置空間

Claims (9)

1. 一種電路堆疊結構，其包括：一第一基板；一控制晶片，設置於該第一基板的上表面，該控制晶片電性連接該第一基板；複數被動元件，設置於該第一基板的上表面或下表面，該複數被動元件電性連接該第一基板；一第二基板；一支撐板，該支撐板設置於該第一基板與該第二基板之間，且該支撐板上設有複數導電元件；以及一電感元件，設置於該第一基板、該第二基板以及該支撐板所形成的容置空間內；其中該複數導電元件的第一端分別電性連接該第一基板，該第二基板電性連接該複數導電元件的第二端，該電感元件電性連接該第一基板或該第二基板；其中該支撐板由複數框板構成，該複數框板相互堆疊，且每一該框板具有該複數導電元件，該框板的該複數導電元件為電鍍通孔，每一該框板的該複數導電元件透過每一該框板的相互堆疊而使得彼此電性連接，堆疊於最上方的該框板的該複數導電元件的第一端分別電性連接該第一基板，該堆疊於最下方的框板的該複數導電元件的第二端分別電性連接該第二基板。
2. 如請求項1所述的電路堆疊結構，其中該控制晶片包括一第一晶片與一第二晶片，且該電感元件為雙繞組電感元件，該雙繞組電感元件的其中一繞組形成的第一電感第一端透過該第一基板電性連接該第一晶片，該雙繞組電感元件的其中另一繞組形成的第二電感第一端透過該第一基板電性連接該第 二晶片，該雙繞組電感元件的雙繞組形成的第一電感與第二電感的各第二端分別電性連接該第二基板。
3. 如請求項2所述的電路堆疊結構，其中該控制晶片為交換式電源控制晶片，該第二基板透過該複數框板的該複數導電元件與該第一基板而電性連接該控制晶片，該第二基板接收一電源並使得該電源透過各該框板的該複數導電元件與該第一基板而傳輸給該第一晶片與該第二晶片，該第一晶片與該第二晶片進行電源調整，該電源經由電源調整後分別經由該雙繞組電感元件的第一電感與第二電感後，由該第二基板輸出。
4. 如請求項2所述的電路堆疊結構，其中該雙繞組電感元件的雙繞組形成的第一電感與第二電感的第一端分別透過該第一基板上的一基板電鍍通孔而電性連接該第一基板，並使得該雙繞組電感元件的第一電感與第二電感透過該第一基板分別電性連接該第一晶片與該第二晶片。
5. 如請求項1所述的電路堆疊結構，其中該複數框板相互堆疊的高度為2.5mm~10mm。
6. 如請求項1所述的電路堆疊結構，其中該複數框板為三個相互堆疊。
7. 如請求項1所述的電路堆疊結構，其中該第二基板設有複數電接點，該複數電接點的其中至少一個該電接點電性連接於該電感元件，以及該複數電接點電性連接該相互堆疊的複數框板的最下層該框板的該複數導電元件。
8. 如請求項1所述的電路堆疊結構，其中該控制晶片上設置有一散熱元件，該散熱元件為散熱銅片。
9. 如請求項1所述的電路堆疊結構，其中該複數被動元件為電容器。

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