CN102130571B - 一种电源封装及其装置 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种电源封装，包括电源能量转换单元，所述电源能量转换单元用于实现不同特征电能量间的转换；所述电源能量转换单元上设置导热导电板，所述电源能量转换单元下设置导电导热基板，所述导电导热基板下方设置至少一个金属化焊球。本发明通过向上传热的导热导电板，及向下传热的金属化焊球；显著减小从电源内部电源能量转换单元热点向上到顶部散热器及向下到底部外部印刷电路板间的热阻，具有向上及向下双面散热能力，散热效率高。

Description

一种电源封装及其装置
技术领域
本发明涉及电源技术领域，尤其涉及电源模块封装技术。
背景技术
随着电信、服务器等领域设备功率的不断增加、体积的不断减小，电源应用空间也越来越紧凑，高功率密度电源已成为未来的发展方向之一。
电源封装的散热能力直接决定了电源的热性能，及高温下模块的输出功率、效率等性能。为减小电源占板面积，一般电源模块的上下两个方向一般都会安装发热元器件，为提高电源模块的散热能力，通常采用电源模块上方加传统散热器与导热垫或导热胶结合的形式。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：现有的结构造成了电源能量转换单元上下两个方向散热能力的差异，由于下方元器件没有对应散热器，造成下方元器件的散热问题成为电源模块的散热瓶颈。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种高效散热的电源封装及其装置。
为了实现上述目的本发明实施例采取的技术方案是：
一种电源封装，包括电源能量转换单元，所述电源能量转换单元用于实现不同特征电能量间的转换，其特征在于，所述电源能量转换单元上覆盖导电导热板，所述电源能量转换模块下设置用于传导电源能量转换单元电能量及热量的导电导热基板，所述导电导热基板下方设置至少一个金属化焊球。
本发明实施例还提供一种电源封装装置，包括电源能量转换单元，所述电源能量转换单元包括一组半导体器件、一组被动元件及一组元件间导电电气连接部分，用于实现不同特征电能量间的转换；所述电源能量转换单元上覆盖导电导热板，所述电源能量转换模块下设置用于传导电源能量转换单元电能量及热量的导电导热基板，所述导电导热基板下方设置至少一个金属化焊球。
所述导热导电板包括本体和第一延伸部，所述本体至少从上向下延伸两个边缘形成第一延伸部，所述本体与电源能量转换单元的至少一个元器件或电气导电连接部分电气连接，所述导电导热基板与电源能量转换单元的至少一个元器件或电气导电连接部分电气连接。
所述第一延伸部边缘延伸形成第二延伸部，所述第二延伸部的下表面与所述金属化焊球的凸点共平面。
所述第二延伸部的下表面与所述金属化焊球的凸点焊接在印刷电路板上。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明实施例通过向上传热的导热导电板，及向下传热的金属化焊球；显著减小从电源内部电源能量转换单元热点向上到顶部散热器及向下到底部外部印刷电路板间的热阻，具有向上及向下双面散热能力，散热效率高。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电源模块封装底视图；
图2为本发明实施例提供的一种电源模块封装顶视图；
图3为本发明实施例提供的一种电源模块封装剖面图；
图4本发明实施例提供的一种电源模块封装装置剖面图；
图5为本发明实施例提供的另一种电源模块封装底视图；
图6为本发明实施例提供的另一种电源模块封装顶视图。
图中：100电源封装，1001导热导电板，1002第二延伸部，1003本体，1004电源能量转换单元，1005第一延伸部，1010导电导热基板，1011下导热盘，1012上导电盘，1013绝缘导热层，1020金属化焊球，1030元器件，1031半导体器件，1032电气导电连接部分，1040绝缘导热胶，1050电气连接。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1、图2和图3，一种电源封装，包括电源能量转换单元1004(图中虚线框内组件)，电源能量转换单元1004包括一组半导体器件、一组被动元件及一组元件间导电电气连接部分，用于实现不同特征电能量间的转换电源能量转换单元1004上覆盖导热导电板1001，电源能量转换单元1004下设置用于传导电源能量转换单元1004电能量及热量的导电导热基板1010，导电导热基板1010下方设置至少一个金属化焊球1020，
本发明实施例中，导热导电板与电源能量转换单元的连接方式不限定，本发明实施例通过向上传热的导热导电板，及向下传热的金属化焊球阵列；显著减小从电源内部电源能量转换单元热点向上到顶部散热器及向下到底部外部PCB(Printed Circuit Board，印刷电路板)间的热阻，具有向上及向下双面散热能力，散热效率高。
参见图1、图2和图3，进一步地，导热导电板1001包括本体1003和第一延伸部1005，本体1003从上向下延伸两端的边缘形成两个第一延伸部1005，本体1003与电源能量转换单元1004的至少一个元器件1030或电气导电连接部分1032电气连接。导电导热基板1010与电源能量转换单元1004的至少一个元器件1030或电气导电连接部分1032电气连接。
本实施例导热导电板下罩设电源能量转换单元，不仅具有双面散热的功能，而且通过导热导电板与电源能量转换单元的电气连接、及导电导热基板与电源能量转换单元的电器连接，减少了引线带来的寄生电感，及减少引入的器件电气应力问题，减小线路损耗。
参见图3，为了便于连接PCB板，第一延伸部1005边缘延伸形成第二延伸部1002，第二延伸部1002的下表面与金属化焊球1020的凸点共平面。电源能量转换单元的发热器件通过绝缘处理后与第二延伸部1002相连。
电源能量转换单元的部分发热器件，进一步可以通过绝缘处理，与第二延伸部1002相连作为向上传热的通道。两端的第二延伸部1002组成电源的输入输出引脚，作为电源与外部电路的连接。金属化焊球1020的阵列进一步可以作为非电源输入输出引脚，仅实现将电源热量传递至外部电路的通道。
参见图3，电源能量转换单元1004包括一组半导体器件1031、一组元器件1030及一组元件间电气导电连接部分1032，用于实现不同特征电能量间的转换；电气导电连接部分1032可以为金属板或PCB板等可提供电气互联的连接方式。
参见图3，导电导热基板1010包括上下导电层和绝缘导热层1013，所述上下导电层通过过孔或金属块实现电气连接，所述上下导电层之间设有绝缘导热层1013，所述上导电层上表面设有上导电盘1012，上导电盘1012上设置电源能量转换单元1004中的元器件，上导电盘1012电气连接电源能量转换单元1004，电源能量转换单元1004的发热器件与上导电盘1012连接，所述下导电层下表面设有下导电盘1011，金属化焊球1020对应设置在下导热盘1011下，导电导热基板1010的上导电层与电源能量转换单元1004间电气连接；对应相同电气网络上导电层的上导电盘1012与下导电层的下导电盘1011电气互连。
本发明实施例的上导电层拥有多个上导电盘1012，下导电层拥有多个下导电盘1011；多个金属化焊球1020沉积在下导电盘1011上，电源能量转换单元1004的发热器件进一步可以与上导电盘1012连接，然后依次通过上导电层、绝缘导热层1013和下导电层，将热量传递到下导电盘1011，再通过金属阵列的金属化焊球1020将电源能量转换单元热量传递至外部电路，作为向下传热的通道。本发明实施例的导电导热基板1010可以采用直接粘接铜箔基板(DBC)Direct Bond Copper；具有以下优点：由于采用厚铜，有良好的导电及散热能力；且铜与陶瓷有很强的粘接能力；而且铜与硅有较好的热膨胀系数CTE(Coefficient of thermalexpansion)匹配，因此此种导电导热基板有较长的寿命、周期良好的机械强度及机械稳定性；导电导热基板1010也可以采用PCB，其他以陶瓷材料作为绝缘导热层的导电导热基板也可匹配热膨胀系数CTE后，应用在此处作为导电导热基板。(例如低温烧结陶瓷基板LowTemperature Co-Fired Ceramic(LTCC)、高温烧结陶瓷基板High temperature co-fired ceramic(HTCC))
参见图3，作为优选，导热导电板1001或导电导热基板1010与电源能量转换单元1004之间设有绝缘导热片，也可以填充绝缘导热胶1040。
电源能量转换单元1004中的发热元件，在不需要与导热导电板1001或导电导热基板1010电气连接，仅需通过导热导电板1001或导电导热基板1010传热且需要电气隔离时，可以采用绝缘导热片置于电源能量转换单元1004中的发热元件与金属板导电板1001或导电导热基板1010间，使热量进一步均匀分布，且减少电源能量转换单元部分器件与外部环境的接触，提高电源可靠性。
参见图4，一种电源封装装置，高效散热电源封装100与外部PCB板200间通过焊锡300焊接在一起，即第二延伸部1002的下表面与金属化焊球1020的凸点焊接在PCB板200上；向下传热的金属化焊球阵列将电源热量向外部PCB板200传递；加强电源向下散热。
参见图5和图6，一种电源封装100，包括导热导电板1001，导热导电板1001下方设置电源能量转换单元，电源能量转换单元下方设置导电导热基板1010，导电导热基板1010下方设置多个金属化焊球1020，金属化焊球1020形成阵列，导热导电板1001从上向下延伸四个边缘形成第一延伸部，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与金属阵列的金属化焊球1020阵列的凸点共平面组成下表面，下表面为电源的输入输出引脚，作为电源与外部电路的连接。电源能量转换单元1004的部分发热点，进一步可以通过绝缘处理，与第二延伸部1002相连作为向上传热的通道。
本发明实施例通过向上传热的导热导电板，及向下传热的金属化焊球阵列；显著减小从电源内部电源能量转换单元热点到顶部散热器及底部外部PCB间的热阻，具有良好的双面散热能力，可以以较小的封装尺寸实现相同或更高的功率等级，显著提高电源模块的功率密度；通过导热导电板、导电导热基板的上导电盘与电源能量转换单元的电气连接减少了引线带来的寄生电感，及减少由其引入的器件电气应力问题，减小线路损耗。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种电源封装，包括电源能量转换单元，所述电源能量转换单元用于实现不同特征电能量间的转换，其特征在于，所述电源能量转换单元上覆盖导热导电板，所述电源能量转换模块下设置用于传导电源能量转换单元电能量及热量的导电导热基板，所述导电导热基板下方设置至少一个金属化焊球；
其中，所述导热导电板包括本体和第一延伸部，所述本体至少从上向下延伸两个边缘形成第一延伸部，所述第一延伸部边缘延伸形成第二延伸部，所述第二延伸部的下表面与所述金属化焊球的凸点共平面，所述本体与电源能量转换单元的至少一个元器件或电气导电连接部分电气连接，所述第二延伸部成为电源的输入输出引脚。
2.根据权利要求1所述的电源封装，其特征在于，所述导电导热基板与电源能量转换单元的至少一个元器件或电气导电连接部分电气连接。
3.根据权利要求1所述的电源封装，其特征在于，所述电源能量转换单元的发热器件与所述第二延伸部相连。
4.根据权利要求2所述的电源封装，其特征在于，所述电气导电连接部分包括金属板或PCB板。
5.根据权利要求1所述的电源封装，其特征在于，所述导热导电板与所述电源能量转换单元之间设有绝缘导热片或绝缘导热胶，所述导电导热基板与所述电源能量转换单元之间设有绝缘导热片或绝缘导热胶。
6.根据权利要求1-5任一项所述的电源封装，其特征在于，所述导电导热基板包括上下导电层，所述上下导电层通过过孔或金属块连接，所述上下导电层之间设有绝缘导热层，所述上导电层上表面设有上导电盘，所述上导电盘上设置所述电源能量转换单元的元器件，所述下导电层下表面设有下导电盘，所述金属化焊球对应设置在所述下导电盘下。
7.根据权利要求6述的电源封装，其特征在于，所述上导电层与电源能量转换单元间电气连接；所述上导电盘与下导电盘电气互连。
8.根据权利要求6述的电源封装，其特征在于，所述电源能量转换单元的发热器件与所述上导电盘连接。
9.一种电源封装装置，包括如权利要求1所述的电源封装，其特征在于，所述第二延伸部的下表面与所述金属化焊球的凸点焊接在印刷电路板上。
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