[发明专利]电源模块及电源模块的制备方法

说明书

本发明提供一种电源模块及电源模块的制备方法，该电源模块包括芯片、被动元件和连接引脚，连接引脚设置于电源模块的出引脚面，连接引脚电连接芯片的芯片端子和被动元件中的至少其中之一；芯片在电源模块的出引脚面上的投影与被动元件在电源模块的出引脚面上的投影没有重叠，且芯片的出端子面与电源模块的出引脚面之间的夹角大于45°，小于135°。通过采用本发明的电源模块及电源模块的制备方法，由于芯片与被动元件平铺设置，相比堆叠式结构更易实现更小高度的电源模块；由于芯片基本上竖直放置，芯片与被动元件的连接更加直接，可减小电流阻抗和损耗或寄生电感，也利于减小电源模块的占地面积，使得结构更紧凑，功率密度更高。

技术领域

本发明涉及电力电子设备技术领域，特别涉及一种电源模块及电源模块的制备方法。

背景技术

随着功率和电流的需求增加，各种智能集成电路芯片的功能越来越多，功耗越来越大，主板上器件越来越多，要求功率模块具有更高的功率密度或单个模块具有更大的输出电流能力。为了提升效率、动态性能和集成度，云或端的智能集成电路芯片对供电模块的高度要求越来越高，并希望模块双向散热能力好；另外在数据中心和手机等智能终端中的空间约束也需要电源模块具有更小的高度。

如图1示出了数据中心一个单元的截面图，其中示出了散热器72、负载芯片73、数据中心主板74和模组壳体75。图中示意在数据中心主板74的上方放置电源模块100时，考虑与智能集成电路芯片，尤其是类似GPU(Graphics Processing Unit，显示处理单元)等的负载芯片73共用散热器72，往往需要电源模块具有小的高度h1，例如小于4mm。而在数据中心主板74的下表面贴装电源模块100时，高度h2需要小于2.5mm才可以满足大多数的应用场合。如图2所示，为手机类智能终端的内部空间排布示意图，其中示出了手机外壳78、电源模块100、显示屏76、电池77和手机主板79。相比于数据中心，在手机类的智能终端内对空间的需求更加苛刻，例如图2中示出了一个手机的截面示意图，在手机主板79的上表面的高度h3或下表面的高度h4往往只有1.2mm。

如图3和图4所示为现有技术中两种堆叠式电源模块的结构，即芯片1与被动元件2上下堆叠形成电源模块，此处被动元件2指的是电感、电容或变压器等无源器件，芯片1和被动元件2堆叠设置形成电源模块。这种结构虽然利于缩小占地面积(footprint)，但在高度的减小上则较为困难，因为两个器件堆叠在一起的高度总是会比单个器件的高度高些。另外，难以实现单个器件上下表面具有对称的散热性能，如图3中芯片1向下热阻容易做小，向上经过被动元件2的遮挡热阻较大，芯片1向下的散热性能会比向上的散热性能好。这样一侧的散热性能比另一侧的散热性能差，应用中需要与应用环境的散热路径匹配，否则很容易受应用环境中散热路径的限制而影响实际功率和电流的输出能力，例如当芯片朝向系统主板，被动被动元件堆叠在芯片上，如果系统主板的散热路径的热阻比较大，即使电源模块朝向系统主板的散热热阻很小，也会由于系统主板散热热阻的过大而导致电源模块的热量无法有效散出，从而影响电源模块的功率输出能力。

为智能集成电路芯片提供电源，除了采用堆叠式电源模块之外，还可以采用较为传统的离散器件(discrete)在主板上组装成电源模块，如功率器件、电感等平铺(即功率器件和电感在主板的投影上没有交叠)放置于主板上，彼此通过主板的走线进行电气连接，从而给智能集成电路芯片等负载提供电能。在这种做法中，芯片常常是端子侧朝向系统主板并表贴焊接到系统主板上，而芯片出端子的一面通常为其表面积较大的一面。这样做虽然可以实现较低的高度，但由于芯片一般较薄，而被动元件的高度一般高于芯片的高度，使得芯片上方的空间浪费，此外芯片的占地面积会比较大，使得电源模块的整体占地面积会比较大，另外芯片的端子是朝向电路板(系统主板)，不是朝向被动元件，芯片到被动元件的电流传输距离也会比较长。所以采用离散器件组装电源模块的方式，由于主板上器件众多需要考虑成品率问题，以及占地面积约束问题，还有当功率需求不断提升后对开发资源的需求增加等问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电源模块及电源模块的制备方法，电源模块的高度和占地面积更小。