專利名稱：一種電源封裝及其裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電源技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及電源模塊封裝技術(shù)。
背景技術(shù)：
隨著電信、服務(wù)器等領(lǐng)域設(shè)備功率的不斷增加、體積的不斷減小，電源應(yīng)用空間也 越來越緊湊，高功率密度電源已成為未來的發(fā)展方向之一。電源封裝的散熱能力直接決定了電源的熱性能，及高溫下模塊的輸出功率、效率 等性能。為減小電源占板面積，一般電源模塊的上下兩個方向一般都會安裝發(fā)熱元器件，為 提高電源模塊的散熱能力，通常采用電源模塊上方加傳統(tǒng)散熱器與導(dǎo)熱墊或?qū)崮z結(jié)合的 形式。在實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的過程中，發(fā)明人發(fā)現(xiàn)現(xiàn)有技術(shù)至少存在以下問題現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)造 成了電源能量轉(zhuǎn)換單元上下兩個方向散熱能力的差異，由于下方元器件沒有對應(yīng)散熱器， 造成下方元器件的散熱問題成為電源模塊的散熱瓶頸。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明實(shí)施例的目的是針對上述現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提供一種高效散熱的電源封裝 及其裝置。為了實(shí)現(xiàn)上述目的本發(fā)明實(shí)施例采取的技術(shù)方案是—種電源封裝，包括電源能量轉(zhuǎn)換單元，所述電源能量轉(zhuǎn)換單元用于實(shí)現(xiàn)不同特 征電能量間的轉(zhuǎn)換，其特征在于，所述電源能量轉(zhuǎn)換單元上覆蓋導(dǎo)電導(dǎo)熱板，所述電源能量 轉(zhuǎn)換模塊下設(shè)置用于傳導(dǎo)電源能量轉(zhuǎn)換單元電能量及熱量的導(dǎo)電導(dǎo)熱基板，所述導(dǎo)電導(dǎo)熱 基板下方設(shè)置至少一個金屬化焊球。本發(fā)明實(shí)施例還提供一種電源封裝裝置，包括電源能量轉(zhuǎn)換單元，所述電源能量 轉(zhuǎn)換單元包括一組半導(dǎo)體器件、一組被動元件及一組元件間導(dǎo)電電氣連接部分，用于實(shí)現(xiàn) 不同特征電能量間的轉(zhuǎn)換；所述電源能量轉(zhuǎn)換單元上覆蓋導(dǎo)電導(dǎo)熱板，所述電源能量轉(zhuǎn)換 模塊下設(shè)置用于傳導(dǎo)電源能量轉(zhuǎn)換單元電能量及熱量的導(dǎo)電導(dǎo)熱基板，所述導(dǎo)電導(dǎo)熱基板 下方設(shè)置至少一個金屬化焊球。所述導(dǎo)熱導(dǎo)電板包括本體和第一延伸部，所述本體至少從上向下延伸兩個邊緣形 成第一延伸部，所述本體與電源能量轉(zhuǎn)換單元的至少一個元器件或電氣導(dǎo)電連接部分電氣 連接，所述導(dǎo)電導(dǎo)熱基板與電源能量轉(zhuǎn)換單元的至少一個元器件或電氣導(dǎo)電連接部分電氣 連接。所述第一延伸部邊緣延伸形成第二延伸部，所述第二延伸部的下表面與所述金屬 化焊球的凸點(diǎn)共平面。所述第二延伸部的下表面與所述金屬化焊球的凸點(diǎn)焊接在印刷電路板上。本發(fā)明實(shí)施例提供的技術(shù)方案帶來的有益效果是本發(fā)明實(shí)施例通過向上傳熱的 導(dǎo)熱導(dǎo)電板，及向下傳熱的金屬化焊球；顯著減小從電源內(nèi)部電源能量轉(zhuǎn)換單元熱點(diǎn)向上到頂部散熱器及向下到底部外部印刷電路板間的熱阻，具有向上及向下雙面散熱能力，散 熱效率高。


為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案，下面將對實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述 中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些 實(shí)施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附 圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電源模塊封裝底視圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電源模塊封裝頂視圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電源模塊封裝剖面圖；圖4本發(fā)明實(shí)施例提供的一種電源模塊封裝裝置剖面圖；圖5為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種電源模塊封裝底視圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例提供的另一種電源模塊封裝頂視圖。圖中100電源封裝，1001導(dǎo)熱導(dǎo)電板，1002第二延伸部，1003本體，1004電源能 量轉(zhuǎn)換單元，1005第一延伸部，1010導(dǎo)電導(dǎo)熱基板，1011下導(dǎo)熱盤，1012上導(dǎo)電盤，1013絕 緣導(dǎo)熱層，1020金屬化焊球，1030元器件，1031半導(dǎo)體器件，1032電氣導(dǎo)電連接部分，1040 絕緣導(dǎo)熱膠，1050電氣連接。
具體實(shí)施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方 式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。參見圖1、圖2和圖3，一種電源封裝，包括電源能量轉(zhuǎn)換單元1004 (圖中虛線框內(nèi) 組件)，電源能量轉(zhuǎn)換單元1004包括一組半導(dǎo)體器件、一組被動元件及一組元件間導(dǎo)電電 氣連接部分，用于實(shí)現(xiàn)不同特征電能量間的轉(zhuǎn)換電源能量轉(zhuǎn)換單元1004上覆蓋導(dǎo)熱導(dǎo)電 板1001，電源能量轉(zhuǎn)換單元1004下設(shè)置用于傳導(dǎo)電源能量轉(zhuǎn)換單元1004電能量及熱量的 導(dǎo)電導(dǎo)熱基板1010，導(dǎo)電導(dǎo)熱基板1010下方設(shè)置至少一個金屬化焊球1020，本發(fā)明實(shí)施例中，導(dǎo)熱導(dǎo)電板與電源能量轉(zhuǎn)換單元的連接方式不限定，本發(fā)明實(shí) 施例通過向上傳熱的導(dǎo)熱導(dǎo)電板，及向下傳熱的金屬化焊球陣列；顯著減小從電源內(nèi)部電 源能量轉(zhuǎn)換單元熱點(diǎn)向上到頂部散熱器及向下到底部外部PCB(Printed Circuit Board, 印刷電路板)間的熱阻，具有向上及向下雙面散熱能力，散熱效率高。參見圖1、圖2和圖3，進(jìn)一步地，導(dǎo)熱導(dǎo)電板1001包括本體1003和第一延伸部 1005，本體1003從上向下延伸兩端的邊緣形成兩個第一延伸部1005，本體1003與電源能量 轉(zhuǎn)換單元1004的至少一個元器件1030或電氣導(dǎo)電連接部分1032電氣連接。導(dǎo)電導(dǎo)熱基 板1010與電源能量轉(zhuǎn)換單元1004的至少一個元器件1030或電氣導(dǎo)電連接部分1032電氣 連接。本實(shí)施例導(dǎo)熱導(dǎo)電板下罩設(shè)電源能量轉(zhuǎn)換單元，不僅具有雙面散熱的功能，而且 通過導(dǎo)熱導(dǎo)電板與電源能量轉(zhuǎn)換單元的電氣連接、及導(dǎo)電導(dǎo)熱基板與電源能量轉(zhuǎn)換單元的 電器連接，減少了引線帶來的寄生電感，及減少引入的器件電氣應(yīng)力問題，減小線路損耗。
參見圖3，為了便于連接PCB板，第一延伸部1005邊緣延伸形成第二延伸部1002， 第二延伸部1002的下表面與金屬化焊球1020的凸點(diǎn)共平面。電源能量轉(zhuǎn)換單元的發(fā)熱器 件通過絕緣處理后與第二延伸部1002相連。電源能量轉(zhuǎn)換單元的部分發(fā)熱器件，進(jìn)一步可以通過絕緣處理，與第二延伸部 1002相連作為向上傳熱的通道。兩端的第二延伸部1002組成電源的輸入輸出引腳，作為電 源與外部電路的連接。金屬化焊球1020的陣列進(jìn)一步可以作為非電源輸入輸出引腳，僅實(shí) 現(xiàn)將電源熱量傳遞至外部電路的通道。參見圖3，電源能量轉(zhuǎn)換單元1004包括一組半導(dǎo)體器件1031、一組元器件1030及 一組元件間電氣導(dǎo)電連接部分1032，用于實(shí)現(xiàn)不同特征電能量間的轉(zhuǎn)換；電氣導(dǎo)電連接部 分1032可以為金屬板或PCB板等可提供電氣互聯(lián)的連接方式。參見圖3，導(dǎo)電導(dǎo)熱基板1010包括上下導(dǎo)電層和絕緣導(dǎo)熱層1013，所述上下導(dǎo)電 層通過過孔或金屬塊實(shí)現(xiàn)電氣連接，所述上下導(dǎo)電層之間設(shè)有絕緣導(dǎo)熱層1013，所述上導(dǎo) 電層上表面設(shè)有上導(dǎo)電盤1012，上導(dǎo)電盤1012上設(shè)置電源能量轉(zhuǎn)換單元1004中的元器件， 上導(dǎo)電盤1012電氣連接電源能量轉(zhuǎn)換單元1004，電源能量轉(zhuǎn)換單元1004的發(fā)熱器件與上 導(dǎo)電盤1012連接，所述下導(dǎo)電層下表面設(shè)有下導(dǎo)電盤1011，金屬化焊球1020對應(yīng)設(shè)置在下 導(dǎo)熱盤1011下，導(dǎo)電導(dǎo)熱基板1010的上導(dǎo)電層與電源能量轉(zhuǎn)換單元1004間電氣連接；對 應(yīng)相同電氣網(wǎng)絡(luò)上導(dǎo)電層的上導(dǎo)電盤1012與下導(dǎo)電層的下導(dǎo)電盤1011電氣互連。本發(fā)明實(shí)施例的上導(dǎo)電層擁有多個上導(dǎo)電盤1012，下導(dǎo)電層擁有多個下導(dǎo)電盤 1011 ；多個金屬化焊球1020沉積在下導(dǎo)電盤1011上，電源能量轉(zhuǎn)換單元1004的發(fā)熱器 件進(jìn)一步可以與上導(dǎo)電盤1012連接，然后依次通過上導(dǎo)電層、絕緣導(dǎo)熱層1013和下導(dǎo)電 層，將熱量傳遞到下導(dǎo)電盤1011，再通過金屬陣列的金屬化焊球1020將電源能量轉(zhuǎn)換單 元熱量傳遞至外部電路，作為向下傳熱的通道。本發(fā)明實(shí)施例的導(dǎo)電導(dǎo)熱基板1010可以 采用直接粘接銅箔基板(DBC)Direct Bond Copper ；具有以下優(yōu)點(diǎn)由于采用厚銅，有良 好的導(dǎo)電及散熱能力；且銅與陶瓷有很強(qiáng)的粘接能力；而且銅與硅有較好的熱膨脹系數(shù) CTE(Coefficient of thermalexpansion)匹配，因此此種導(dǎo)電導(dǎo)熱基板有較長的壽命、周 期良好的機(jī)械強(qiáng)度及機(jī)械穩(wěn)定性；導(dǎo)電導(dǎo)熱基板1010也可以采用PCB，其他以陶瓷材料作 為絕緣導(dǎo)熱層的導(dǎo)電導(dǎo)熱基板也可匹配熱膨脹系數(shù)CTE后，應(yīng)用在此處作為導(dǎo)電導(dǎo)熱基 板。(例如低溫?zé)Y(jié)陶瓷基板LowTemperature Co-Fired Ceramic (LTCC)、高溫?zé)Y(jié)陶瓷基 板 High temperature co-fired ceramic (HTCC))參見圖3，作為優(yōu)選，導(dǎo)熱導(dǎo)電板1001或?qū)щ妼?dǎo)熱基板1010與電源能量轉(zhuǎn)換單元 1004之間設(shè)有絕緣導(dǎo)熱片，也可以填充絕緣導(dǎo)熱膠1040。電源能量轉(zhuǎn)換單元1004中的發(fā)熱元件，在不需要與導(dǎo)熱導(dǎo)電板1001或?qū)щ妼?dǎo)熱 基板1010電氣連接，僅需通過導(dǎo)熱導(dǎo)電板1001或?qū)щ妼?dǎo)熱基板1010傳熱且需要電氣隔離 時(shí)，可以采用絕緣導(dǎo)熱片置于電源能量轉(zhuǎn)換單元1004中的發(fā)熱元件與金屬板導(dǎo)電板1001 或?qū)щ妼?dǎo)熱基板1010間，使熱量進(jìn)一步均勻分布，且減少電源能量轉(zhuǎn)換單元部分器件與外 部環(huán)境的接觸，提高電源可靠性。參見圖4，一種電源封裝裝置，高效散熱電源封裝100與外部PCB板200間通過焊 錫300焊接在一起，即第二延伸部1002的下表面與金屬化焊球1020的凸點(diǎn)焊接在PCB板 200上；向下傳熱的金屬化焊球陣列將電源熱量向外部PCB板200傳遞；加強(qiáng)電源向下散熱。參見圖5和圖6，一種電源封裝100，包括導(dǎo)熱導(dǎo)電板1001，導(dǎo)熱導(dǎo)電板1001下 方設(shè)置電源能量轉(zhuǎn)換單元，電源能量轉(zhuǎn)換單元下方設(shè)置導(dǎo)電導(dǎo)熱基板1010，導(dǎo)電導(dǎo)熱基板 1010下方設(shè)置多個金屬化焊球1020，金屬化焊球1020形成陣列，導(dǎo)熱導(dǎo)電板1001從上向 下延伸四個邊緣形成第一延伸部，第一延伸部再延伸至下表面形成第二延伸部1002，第二 延伸部1002與金屬陣列的金屬化焊球1020陣列的凸點(diǎn)共平面組成下表面，下表面為電源 的輸入輸出引腳，作為電源與外部電路的連接。電源能量轉(zhuǎn)換單元1004的部分發(fā)熱點(diǎn)，進(jìn) 一步可以通過絕緣處理，與第二延伸部1002相連作為向上傳熱的通道。本發(fā)明實(shí)施例通過向上傳熱的導(dǎo)熱導(dǎo)電板，及向下傳熱的金屬化焊球陣列；顯著 減小從電源內(nèi)部電源能量轉(zhuǎn)換單元熱點(diǎn)到頂部散熱器及底部外部PCB間的熱阻，具有良好 的雙面散熱能力，可以以較小的封裝尺寸實(shí)現(xiàn)相同或更高的功率等級，顯著提高電源模塊 的功率密度；通過導(dǎo)熱導(dǎo)電板、導(dǎo)電導(dǎo)熱基板的上導(dǎo)電盤與電源能量轉(zhuǎn)換單元的電氣連接 減少了引線帶來的寄生電感，及減少由其引入的器件電氣應(yīng)力問題，減小線路損耗。以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和 原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種電源封裝，包括電源能量轉(zhuǎn)換單元，所述電源能量轉(zhuǎn)換單元用于實(shí)現(xiàn)不同特征 電能量間的轉(zhuǎn)換，其特征在于，所述電源能量轉(zhuǎn)換單元上覆蓋導(dǎo)電導(dǎo)熱板，所述電源能量轉(zhuǎn) 換模塊下設(shè)置用于傳導(dǎo)電源能量轉(zhuǎn)換單元電能量及熱量的導(dǎo)電導(dǎo)熱基板，所述導(dǎo)電導(dǎo)熱基 板下方設(shè)置至少一個金屬化焊球。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源封裝，其特征在于，所述導(dǎo)熱導(dǎo)電板包括本體和第一延 伸部，所述本體至少從上向下延伸兩個邊緣形成第一延伸部，所述本體與電源能量轉(zhuǎn)換單 元的至少一個元器件或電氣導(dǎo)電連接部分電氣連接，所述導(dǎo)電導(dǎo)熱基板與電源能量轉(zhuǎn)換單 元的至少一個元器件或電氣導(dǎo)電連接部分電氣連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源封裝，其特征在于，所述第一延伸部邊緣延伸形成第二 延伸部，所述第二延伸部的下表面與所述金屬化焊球的凸點(diǎn)共平面。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電源封裝，其特征在于，所述電源能量轉(zhuǎn)換單元的發(fā)熱器件 與所述第二延伸部相連。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電源封裝，其特征在于，所述電氣導(dǎo)電連接部分包括金屬板 或PCB板。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電源封裝，其特征在于，所述導(dǎo)熱導(dǎo)電板與所述電源能量轉(zhuǎn) 換單元之間設(shè)有絕緣導(dǎo)熱片或絕緣導(dǎo)熱膠，所述導(dǎo)電導(dǎo)熱基板與所述電源能量轉(zhuǎn)換單元之 間設(shè)有絕緣導(dǎo)熱片或絕緣導(dǎo)熱膠。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的電源封裝，其特征在于，所述導(dǎo)電導(dǎo)熱基板包括上 下導(dǎo)電層，所述上下導(dǎo)電層通過過孔或金屬塊連接，所述上下導(dǎo)電層之間設(shè)有絕緣導(dǎo)熱層， 所述上導(dǎo)電層上表面設(shè)有上導(dǎo)電盤，所述上導(dǎo)電盤上設(shè)置所述電源能量轉(zhuǎn)換單元的元器 件，所述下導(dǎo)電層下表面設(shè)有下導(dǎo)電盤，所述金屬化焊球?qū)?yīng)設(shè)置在所述下導(dǎo)熱盤下。
8.根據(jù)權(quán)利要求7述的電源封裝，其特征在于，所述上導(dǎo)電層與電源能量轉(zhuǎn)換單元間 電氣連接；所述上導(dǎo)電盤與下導(dǎo)電盤電氣互連。
9.根據(jù)權(quán)利要求7述的電源封裝，其特征在于，所述電源能量轉(zhuǎn)換單元的發(fā)熱器件與 所述上導(dǎo)電盤連接。
10.一種權(quán)利要求3所述的電源封裝裝置，其特征在于，所述第二延伸部的下表面與所 述金屬化焊球的凸點(diǎn)焊接在印刷電路板上。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施例公開了一種電源封裝，包括電源能量轉(zhuǎn)換單元，所述電源能量轉(zhuǎn)換單元用于實(shí)現(xiàn)不同特征電能量間的轉(zhuǎn)換；所述電源能量轉(zhuǎn)換單元上設(shè)置導(dǎo)熱導(dǎo)電板，所述電源能量轉(zhuǎn)換單元下設(shè)置導(dǎo)電導(dǎo)熱基板，所述導(dǎo)電導(dǎo)熱基板下方設(shè)置至少一個金屬化焊球。本發(fā)明通過向上傳熱的導(dǎo)熱導(dǎo)電板，及向下傳熱的金屬化焊球；顯著減小從電源內(nèi)部電源能量轉(zhuǎn)換單元熱點(diǎn)向上到頂部散熱器及向下到底部外部印刷電路板間的熱阻，具有向上及向下雙面散熱能力，散熱效率高。
文檔編號H02M1/00GK102130571SQ20111006824
公開日2011年7月20日 申請日期2011年3月21日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
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