CN117393547A - 一种光伏优化器及封装结构 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种光伏优化器及封装结构，包括第一壳体以及容置在第一壳体中的封装结构，封装结构包括第一基板、封装模组、电路板以及导电件。第一基板包括第一金属层、绝缘层和金属基板，封装模组包括第二基板、功率器件和第一引脚，第二基板包括第二金属层、绝缘基板以及第三金属层，基于此，功率器件产生的热量通过第二基板传递给第一基板，再由第一基板传递给底板，通过底板、散热凸起或散热鳍片向外界散热。并且，导电件将第二金属层与电路板上的接地电位焊盘连接，第二金属层背离绝缘基板一侧的表面与第一金属层背离绝缘层一侧的表面连接，使第二金属层和第一金属层相互结合共同作为电磁屏蔽层，实现电磁屏蔽。

Description

一种光伏优化器及封装结构
技术领域
本申请涉及电子产品技术领域，尤其涉及到一种光伏优化器及封装结构。
背景技术
封装结构，在光伏优化器、电源模块及其他灌封或塑封产品等产品中被广泛应用。通常，封装结构内部集成功率器件，例如，金属氧化物半导体场效应(metal-oxide-semiconductor，MOS)晶体管。由于MOS晶体管具有较高的开关频率，在MOS晶体管频繁的导通和关断的过程中，会在周围环境中产生高频变化的磁场，进而在电路中感生出高次谐波分量。若功率器件直接同电网相连，会对电网注入高次谐波，恶化电网电能质量。并且，在工作时，MOS晶体管通常会流过高达几十安培的大电流，若MOS晶体管频繁开关，会在MOS晶体管内产生开关损耗和导通损耗，这些能量损耗会以热能的形式释放。若MOS晶体管释放出的热能不能及时传递至外部，MOS晶体管将面临高温烧毁的风险，影响封装结构整体的可靠性。
发明内容
本申请实施例提供一种光伏优化器及封装结构，用以实现散热和电磁屏蔽，提高光伏优化器整体的可靠性。
第一方面，本申请实施例提供了一种光伏优化器，该光伏优化器包括：第一壳体及封装结构，第一壳体包括盖板、底板和侧壁，侧壁固定在盖板和底板之间，底板背离盖板一侧的外壁上设置有向外延伸的散热凸起或散热鳍片，盖板、底板以及侧壁形成了具有容纳空间的封闭结构，封装结构设置在容纳空间中，即第一壳体内部具有容纳空间，封装结构设置于第一壳体内部。并且，封装结构包括：第一基板、封装模组、电路板以及导电件。其中，第一基板包括：依次层叠设置的第一金属层、绝缘层和金属基板，第一金属层位于绝缘层朝向第二基板一侧且金属基板背离绝缘层一侧的表面与底板朝向盖板一侧的内壁直接接触。并且，封装模组包括：第二基板、功率器件和第一引脚，第二基板包括依次层叠设置的第二金属层、绝缘基板以及第三金属层，其中，功率器件位于第三金属层背离绝缘基板一侧的表面上，且第三金属层具有与功率器件连接的驱动走线，第一引脚将驱动走线与电路板上的驱动焊盘连接。基于此，采用第一基板作为封装模组的衬底，并将金属基板直接与底板的内壁接触，以及在底板的外壁上设置散热凸起或散热鳍片，且散热凸起或散热鳍片能够大底板的散热面积，从而在功率器件工作时，功率器件产生的热量可通过第二基板传递给第一基板，传递给第一基板的热量能够依次通过金属基板、底板以及散热凸起或散热鳍片的散热路径尽快散发至外界，从而实现对功率器件产生的热量进行散热，不仅能够精简结构、减小模组体积，降低成本，还能够降低导热通路上的总热阻，及时将功率器件产生的热量尽快散发至外界，提高散热功能。
并且，第二金属层在电路板的正投影覆盖功率器件在电路板的正投影，且导电件将第二金属层与电路板上的接地电位焊盘连接，从而能够使第二金属层接入接地电位。以及，第二金属层背离绝缘基板一侧的表面与第一金属层背离绝缘层一侧的表面连接，可以使第二金属层和第一金属层相互结合共同作为电磁屏蔽层，实现对功率器件产生的磁场进行电磁屏蔽。此外，还能利用第一基板中的绝缘层实现绝缘，从而能够简化结构设计，降低生产难度及成本。
并且，散热凸起或散热鳍片能够增大底板的散热面积，从而提高底板的散热效率，进而提高光伏优化器的散热效率。具体地，散热凸起或散热鳍片可以为金属材质等，当散热凸起或散热鳍片和第一壳体均为金属材质时，散热凸起或散热鳍片可以与第一壳体一体成型。示例性地，第一壳体中的底板和侧壁可以一体成型，底板与侧壁可以采用卡接或焊接或螺丝铆接的方式，形成具有容纳空间的封闭结构。
另外，通过设置第一壳体，还有助于封装结构抵抗外力。
在一些实施例中，光伏优化器还能够包括第二壳体，第二壳体容置于第一壳体内部，封装结构设置于第二壳体内部。并且，为了提高散热功能，在第二壳体背离金属基板的一侧具有第一开口，使金属基板通过第一开口与第一壳体接触，从而使金属基板上的热量直接传递给第一壳体，进而能够通过第一壳体直接散热。在具体实施时，第一壳体的材料为金属材料，进一步提高散热功能。并且，还将第一壳体连接大地，以实现金属基板连接大地，从而实现接地保护。
并且，为了进一步提高散热功能，在第二壳体内部整体填充导热介质，导热介质采用灌封胶等材料。这样将导热介质和封装结构充满第二壳体的内部空间，并使导热介质与封装结构接触，能够加快封装结构的散热。
并且，散热凸起或散热鳍片可以设置在第一壳体背离金属基板的一侧且向外延伸。具体地，第二壳体的底板与第一壳体的底板接触，散热凸起或散热鳍片可以设置在第一壳体背离金属基板的底板上，从而散热凸起或散热鳍片可以距离金属基板较近设置，由此可以加快金属基板的热量散发。除了设置在第一壳体的底板上，散热凸起或散热鳍片还可以设置在第一壳体的侧壁上。
在一些实施例中，第一壳体上还可以设置有盖板，以便于第一壳体挂接连接在其他结构上。具体地，盖板可为金属材质。盖板可以为板状结构，盖板可以设置在第一壳体的第三开口处，具体地，第一壳体的第三开口处可以设置有凹槽结构，盖板可以插接在凹槽结构内，由此实现盖板与第一壳体的连接。
在一些实施例中，第二金属层背离绝缘基板一侧的表面与第一金属层背离绝缘层一侧的表面采用焊接方式直接焊接在一起，以使第二金属层背离绝缘基板一侧的表面与第一金属层背离绝缘层一侧的表面直接接触，从而使传导至第二金属层的热量能够直接传导至第一金属层，再经由绝缘层和金属基板尽快散发至外界，提高散热功能。或者，第二金属层背离绝缘基板一侧的表面与第一金属层背离绝缘层一侧的表面也可以采用热界面材料连接在一起，从而使传导至第二金属层的热量能够通过热界面材料传导至第一金属层，再经由绝缘层和金属基板尽快散发至外界。
在一些实施例中，考虑到对电磁屏蔽的要求，将第一金属层在电路板的正投影覆盖第二金属层和第三金属层在电路板的正投影。或者，将第一金属层在电路板的正投影与第二金属层和第三金属层在电路板的正投影重合。进一步地，将第一金属层在电路板的正投影覆盖第二基板在电路板的正投影，从而能够进一步对功率器件产生的磁场进行电磁屏蔽。或者，也可将第一金属层在电路板的正投影与第二基板在电路板的正投影重合。
在一些实施例中，绝缘层在电路板上的正投影覆盖第一金属层在电路板上的正投影。在实际应用中，金属基板还与外壳接触，外壳连接大地，从而使金属基板实现连接大地。然而，在工作时，功率器件通常会流过高达几十安培的大电流，考虑到安规要求，在具体实施中，还需要使绝缘层的厚度大于或等于0.2mm，以满足安规中的加强绝缘要求。在具体实施时，绝缘层的材料例如为聚丙烯(polypropylene，PP)材料，当然，绝缘层的材料还可以为其他可实现加强绝缘的材料，在此不作限定。
在一些实施例中，第三金属层还具有与驱动走线绝缘设置的转接部，绝缘基板具有贯穿的连接孔。并且，为了实现将第二金属层接地，使导电件包括第二引脚和转接件，并使转接件穿过连接孔将转接部与第二金属层电连接，以及使第二引脚将转接部与接地电位焊盘连接。由此设置，能够通过第二引脚、转接部以及转接件，实现将第二金属层、第一金属层与接地电位焊盘连接，从而使第二金属层和第一金属层具有接地电位，进而使结构稳定可靠，增强***可靠性。
在一些实施例中，转接件可以设置为填充在连接孔中的金属材料层。在工艺制备时，采用金属材料在连接孔中沉积金属材料层，使金属材料层填充连接孔，并使金属材料层与转接部实现相互电性连接。由此设置，可以通过金属材料层和第二引脚，使第一金属层和第二金属层实现接地，进而实现电磁屏蔽的功能。并且，采用金属材料层和第二引脚将第一金属层和第二金属层实现接地，还能够使结构稳定可靠，增强***可靠性。
在一些实施例中，转接件也可以设置为覆盖在连接孔的侧壁上的金属材料层。在工艺制备时，采用金属材料在连接孔的侧壁上沉积一层金属材料层，并使金属材料层与转接部实现相互电性连接。由此设置，可以通过金属材料层和第二引脚，使第一金属层和第二金属层实现接地，进而实现电磁屏蔽的功能。
在一些实施例中，转接件设置为金属线。其中，可以通过引线键合(wire bonding，WB)工艺形成金属线，从而使金属线穿过连接孔将转接部与第二金属层电连接。由此设置，可以通过金属线和第二引脚，使第一金属层和第二金属层实现接地，进而实现电磁屏蔽的功能。并且，采用金属线和第二引脚将第一金属层和第二金属层实现接地，还能够使结构稳定可靠，增强***可靠性。当然，转接件也可以设置为金属条带，在此不作限定。
在一些实施例中，连接孔具有背离第一基板一侧的顶部，并使转接部与连接孔的顶部的边缘之间具有第一间距，第一间距大于或等于第一设定安规距离，以满足安规要求。以及，使驱动走线与连接孔的顶部的边缘之间具有第五间距，并使第五间距大于或等于第一设定安规距离，以满足安规要求。示例性地，第一间距可以与第五间距相同。当然，第一间距也可以大于或小于第五间距。
在一些实施例中，连接孔具有朝向第一基板一侧的底部，并使第二金属层与连接孔的底部的边缘之间具有第二间距，第二间距大于或等于第二设定安规距离，以满足安规要求。
在一些实施例中，导电件也可以设置为金属柱。其中，金属柱的第一端与电路板上的接地电位焊盘连接，金属柱的第二端与第一金属层连接。由此设置，可以通过金属柱使第一金属层和第二金属层实现接地，进而实现电磁屏蔽的功能。并且，采用金属柱将第一金属层和第二金属层实现接地，还能够使结构稳定可靠，增强***可靠性。
在具体实施时，第一金属层可以具有屏蔽部、屏蔽走线以及屏蔽连接部，其中，屏蔽部可以为整面结构，屏蔽部背离绝缘层一侧的表面与第二金属层背离绝缘基板一侧的表面采用焊接或热界面材料连接在一起。并且，屏蔽部通过屏蔽走线与屏蔽连接部电连接，屏蔽连接部与金属柱的第二端连接。由此设置，可以使金属柱将第一金属层和第二金属层实现接地。当然，也可以使第一金属层设置为整面结构。
在一些实施例中，将第二金属层设置为整面结构，并使第二金属层的形状与绝缘基板的形状大致相同。并且，为了实现安规要求，可以使第二金属层的边缘与绝缘基板的边缘之间具有第四间距，并使第四间距大于或等于第三设定安规距离，以满足安规要求。并且，还使驱动走线与绝缘基板的边缘之间具有第三间距，通过使第三间距大于或等于第三设定安规距离，以满足安规要求。示例性地，第三间距可以与第四间距相同。当然，第三间距也可以大于或小于第四间距。
考虑到功率器件对散热要求，在具体实施时，可以将第二基板设置为覆铜陶瓷基板(direct bonding copper，DBC)或镀铜陶瓷基板(Direct Plate Copper，DPC)，则第二金属层和第三金属层的材料分别为铜，以利用DBC或DPC优良的导热性能，将功率器件工作时所产生的热量尽快散发至外界，进一步提高散热功能。
为了尽快的将功率器件产生的热量尽快散发至外界，还能够将第一基板设置为具有良好散热功能的铝基板，从而进一步降低导热通路上的总热阻，提高散热功能。
在一些实施例中，封装模组还包括封装胶，封装胶至少包裹第二金属层朝向绝缘基板的一侧，即将绝缘基板、功率器件均包裹起来。以及封装胶还包裹第一引脚的部分区域，具体地，第一引脚的第一端与驱动走线连接，第一引脚的第二端延伸至封装胶的外部并与驱动焊盘连接。并且，封装胶将第二金属层背离绝缘基板一侧的表面暴露出来，以使第二金属层背离绝缘基板一侧的表面能够与第一金属层朝向第二金属层一侧的表面连接，提高散热功能。另外，通过封装胶对第二金属层朝向绝缘基板的一侧进行包裹，还可以对第三金属层中的线路以及功率器件进行保护。
在一些实施例中，在导电件包括第二引脚和转接件时，封装胶还包裹第二引脚的部分区域，具体地，第二引脚的第一端与转接部电连接，第二引脚的第二端延伸至封装胶的外部并与接地电位焊盘连接。
第二方面，本申请实施例还提供了一种封装结构，该封装结构包括：第一基板、封装模组、电路板以及导电件。其中，第一基板包括：依次层叠设置的第一金属层、绝缘层和金属基板，第一金属层位于绝缘层朝向第二基板一侧。并且，封装模组包括：第二基板、功率器件和第一引脚，第二基板包括依次层叠设置的第二金属层、绝缘基板以及第三金属层，其中，功率器件位于第三金属层背离绝缘基板一侧的表面上，且第三金属层具有与功率器件连接的驱动走线，第一引脚将驱动走线与电路板上的驱动焊盘连接。基于此，在封装模组工作时，功率器件产生的热量可通过第二基板传递给第一基板，再通过第一基板向外界散热，从而采用第一基板和第二基板相互结合的方式，对功率器件产生的热量进行散热，不仅能够精简结构、减小模组体积，降低成本，还能够降低导热通路上的总热阻，及时将功率器件产生的热量尽快散发至外界，提高散热功能。
并且，该封装结构为如第一方面或第一方面的各种可能设计中的光伏优化器种的封装结构，该封装结构的其余实施方式可以参照上述光伏优化器中的封装结构的实施方式，重复之处不再赘述。
第三方面，本申请实施例还提供了一种光伏***，该光伏***包括：功率变换器、光伏组件以及光伏优化器；其中，光伏优化器的输入端与光伏组件连接，光伏优化器的输出端与功率变换器的输入端连接。光伏优化器用于将光伏组件输出的直流电转换后输出，功率变换器用于接收光伏优化器输出的直流电，并将接收到的直流电转换为交流电或直流电。并且，该光伏优化器为如第一方面或第一方面的各种可能设计中的光伏优化器，该光伏***解决问题的原理与前述光伏优化器可解决问题的原理相似，因此该光伏***的技术效果可以参照前述光伏优化器的技术效果，重复之处不再赘述。
附图说明
图1为本申请实施例提供的光伏***的应用场景示意图；
图2为本申请实施例提供的光伏优化器内的电路拓扑图；
图3a为本申请实施例提供的一种光伏优化器的结构示意图；
图3b为本申请实施例提供的一种封装结构的结构示意图；
图4a为本申请实施例提供的一种第二基板的俯视结构示意图；
图4b为图4a中沿AA’方向上的剖视结构示意图；
图5a为本申请实施例提供的又一种第二基板的俯视结构示意图；
图5b为图5a中沿AA’方向上的剖视结构示意图；
图6为本申请实施例提供的又一种封装结构的结构示意图；
图7a为本申请实施例提供的又一种第二基板的俯视结构示意图；
图7b为图7a中沿AA’方向上的剖视结构示意图；
图8为本申请实施例提供的又一种封装结构的结构示意图；
图9为本申请实施例提供的一种第一基板的俯视结构示意图。
附图标记：
100-光伏组件；200-光伏优化器；300-功率变换器；400-并网变压器；500-交流电网；600-负载；10-驱动器；20-功率变换电路；210-第一基板；213-第一金属层；212-绝缘层；211-金属基板；220-封装模组；230-第二基板；231-第二金属层；232-绝缘基板；233-第三金属层；240-功率器件；241-第一功率器件；242-第二功率器件；2331a/2331b-驱动走线；2332-转接部；250-第一引脚；260-电路板；270-导电件；271-第二引脚；272-转接件；2721-金属材料层；2722-金属线；273-金属柱；280-封装胶；2131-屏蔽部；2132-屏蔽走线；2133-屏蔽连接部；291-驱动焊盘；292-接地电位焊盘；293-第二壳体；294-导热介质；295-第一壳体；296-盖板；297-散热凸起；298-底板；299-侧壁；KX1-连接孔；d1-第一间距；d2-第二间距；d3-第三间距；d4-第四间距；d5-第五间距。
具体实施方式
为了使本申请的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本申请作进一步地详细描述。方法实施例中的具体操作方法也可应用于装置实施例或***实施例中。需要说明的是，在本申请的描述中可将“多个”理解为“至少两个”。另外，需要理解的是，在本申请的描述中，“第一”、“第二”等词汇，仅用于区分描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性，也不能理解为指示或暗示顺序。
应注意的是，本申请的附图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略对它们的重复描述。本申请中所描述的表达位置与方向的词，均是以附图为例进行的说明，但根据需要也可做出改变，所做改变均包含在本申请保护范围内。本申请的附图仅用于示意相对位置关系不代表真实比例。
为了方便理解本申请实施例提供的技术方案，下面首先说明一下本申请方案的应用场景。太阳能具有资源充足、长寿，分布广泛、安全、清洁，技术可靠等优点，利用太阳能进行发电具有无噪声、无污染、可靠性高等特点，在新能源发电领域具有良好的应用前景。本申请实施例提供的光伏***基于太阳能发电，适用于通过并网变压器将电能输出给交流电网，也适用于为基站设备(例如无市电或者市电差的偏远地区的基站设备)供电，或者为蓄电池供电，或者为交流电网中的家用设备(如冰箱、空调等)等多种类型的用电设备的供电，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。
图1为本申请实施例提供的光伏***的应用场景示意图。参照图1，光伏***包括：光伏组件100、光伏优化器200以及功率变换器300，光伏优化器200的输入端与光伏组件100连接，光伏优化器200的输出端与功率变换器300的输入端连接。在该光伏***中，光伏组件100可通过光生伏特效应将太阳光转化成直流电。示例性地，光伏组件100可以为光伏阵列或光伏组件组，一个光伏组件组可以由一个或者多个光伏组串并联组成，一个光伏组串可以由一个或者多个光伏组件串联得到。这里的光伏组件也可称为太阳能电池组件。换句话说，上述光伏组件可以由一个太阳能电池板中的所有光伏组件串联和/或并联组成，也可以为由一个太阳能电池板中的部分光伏组件串联和/或并联组成。
并且，光伏优化器200具备最大功率点追踪(Maximum Power Point Tracking，MPPT)功能，即光伏优化器200可对光伏组件进行最大功率点跟踪，使得光伏组件100保持较高的输出功率。光伏组件100输出的直流电经过光伏优化器的转换后输出至功率变换器300，功率变换器300可对接收到的直流电进行功率转换为交流电或直流电后输出。示例性地，功率变换器300可以包括逆变器，也可以包括直流变换器，具体可根据实际应用场景确定，在此不做限制。其中，逆变器可将接收到的直流电转化成交流电以为负载600供电，该负载600可包括交流电网中的通信基站或者家用设备等交流负载。或者，逆变器也可将接收到的直流电转化成交流电，该交流电通过并网变压器400的转换输出给交流电网500，实现并网。直流变换器可将接收到的直流电转化成符合负载需求的另一种直流电以为负载供电，该负载可包括蓄电池等直流负载。另外，光伏优化器利用MPPT功能，可使光伏***工作在全局MPPT，提高发电效率。
可理解的是，在光伏***中，光伏组件和光伏优化器的数量可分别为多个，每个光伏优化器可以连接一个或多个光伏组件，并且，该多个光伏优化器的输出端串联和/或并联后连接功率变换器。当光伏优化器的成本较低时，该光伏***可以为每个光伏组件均配置一个光伏优化器，使得每个光伏组件的输出功率均达到最大输出功率，这样可以提高***发电效率。
光伏优化器通过采用软件算法及电路拓扑，实现MPPT功能，以解决光伏组件因遮挡和朝向差异而造成的光伏***发电量降低的问题，实现光伏组件的最大功率输出，提升光伏***的发电效率。参照图2，图2为本申请实施例提供的光伏优化器内的电路拓扑图。光伏优化器包括：驱动器10和功率变换电路20，功率变换电路20包括第一MOS晶体管Q2、第二MOS晶体管Q1、功率电感L以及电容C。其中，第一MOS晶体管Q1的源极S1与光伏组件的负极以及第一端与输出端中的负端连接，第一MOS晶体管Q1的漏极D1与开关控制脚(Switch，SW)连接，第一MOS晶体管Q1的栅极G1与驱动器连接。第二MOS晶体管Q2的源极S2与光伏组件的正极连接，第二MOS晶体管Q2的漏极D2与开关控制脚连接，第二MOS晶体管Q2的栅极G2与驱动器连接。功率电感L的第一端与开关控制脚连接，第二端与输出端中的正端连接。电容C的第一端与输出端中的正端连接，第二端与输出端中的负端连接。驱动器向第一MOS晶体管Q1的栅极G1和第二MOS晶体管Q2的栅极G2输入驱动信号，以控制第一MOS晶体管Q1和第二MOS晶体管Q2的导通和关断，实现控制输出电压和输出电流的目标。可理解的是，图2所示的电路拓扑图仅作为示例，在实际应用时，功率变换电路还可设置为Boost电路、Buck-Boost电路、或Cuk电路、或全桥电路等，本申请对此不做限制。
在实际产品中，第一MOS晶体管和第二MOS晶体管通常设置在封装结构中。但是，随着行业的需求，第一MOS晶体管和第二MOS晶体管的开关频率越来越高，在第一MOS晶体管和第二MOS晶体管频繁的导通和关断的过程中，会在周围环境中产生高频变化的磁场，进而在电路中感生出高次谐波分量。若电路直接同电网相连，会对电网注入高次谐波，恶化电网电能质量。并且，在工作时，第一MOS晶体管和第二MOS晶体管通常会流过高达几十安培的大电流，若第一MOS晶体管和第二MOS晶体管频繁开关，会在第一MOS晶体管和第二MOS晶体管内产生开关损耗和导通损耗，这些能量损耗会以热能的形式释放。若第一MOS晶体管和第二MOS晶体管释放出的热能不能及时传递至外部，第一MOS晶体管和第二MOS晶体管将面临高温烧毁的风险，影响封装结构整体的可靠性。另外，现有中为了实现散热和电磁屏蔽，通常将上述电路拓扑设置在多层金属基板上，导致结构复杂，生产加工的工序较多，模组高度难以缩小，间接地增大了光伏优化器整体的体积，导致生产成本增加、界面热阻增大，散热效率较低。为此，本申请实施例提供一种封装结构，不仅能够实现散热和电磁屏蔽，提高封装模组整体的可靠性，还能够精简结构、简化制备工艺以及降低模组体积、降低生产成本。
图3a为本申请实施例提供的一种光伏优化器的结构示意图，图3b为本申请实施例提供的一种封装结构的结构示意图。参照图3a与图3b，光伏优化器包括第一壳体295及封装结构。其中，第一壳体295可以为金属材质，也可以为其他散热性能比较理想的材质。并且，具体地，第一壳体295可以包括盖板296、底板298和侧壁299，侧壁299固定设置在盖板296和底板298之间，盖板296和底板298以及侧壁299形成了具有容纳空间的封闭结构，封装结构设置在该容纳空间中。即第一壳体295内部具有容纳空间，封装结构设置于第一壳体295内部。并且，封装结构包括：第一基板210、封装模组220、电路板260以及导电件270，封装模组220位于第一基板210与电路板260之间。其中，第一基板210包括：依次层叠设置的第一金属层213、绝缘层212和金属基板211，第一金属层213位于绝缘层212朝向第二基板230一侧且金属基板211背离绝缘层212一侧的表面与底板298朝向盖板296一侧的内壁直接接触。并且，底板298背离盖板296一侧的外壁上设置有向外延伸的散热凸起297或散热鳍片。基于此，采用第一基板210作为封装模组220的衬底，并将金属基板211直接与底板298的内壁接触，以及在底板298的外壁上设置散热凸起297或散热鳍片，且散热凸起297或散热鳍片能够大底板298的散热面积，从而能够使第一基板210上的热量依次通过金属基板211、底板298以及散热凸起297或散热鳍片的路径尽快散发至外界。此外，还可以通过第一基板210为封装模组220提供保护、支撑等功效。
并且，封装模组220包括：第二基板230、功率器件240和第一引脚250，第二基板230包括依次层叠设置的第二金属层231、绝缘基板232以及第三金属层233，其中，功率器件240位于第三金属层233背离绝缘基板232一侧的表面上，且第三金属层233具有与功率器件240连接的驱动走线(例如2331a、2331b)，第一引脚250将驱动走线与电路板260上的驱动焊盘291连接。并且，电路板260例如为印刷电路板260(Printed circuit board，PCB)，电路板260上设置有驱动器，驱动器与驱动焊盘291连接。基于此，采用第二基板230作为功率器件240的封装载体，可以为功率器件240提供电连接、保护、支撑、散热、组装等功效。并且，在封装模组220工作时，功率器件240产生的热量可通过第二基板230传递给第一基板210，由于第一基板210中的金属基板211与第一壳体295接触，使传递至第一基板210的热量能够直接传递给底板298，通过底板298、散热凸起297或散热鳍片向外界散热，从而采用第一基板210、第二基板230、底板298以及散热凸起297或散热鳍片相互结合的方式，对功率器件240产生的热量进行散热，不仅能够精简结构、减小模组体积，降低成本，还能够降低导热通路上的总热阻，及时将功率器件240产生的热量尽快散发至外界，提高散热功能。
可理解的是，底板298的外壁上可以设置有多个散热凸起297或散热鳍片，能够大底板298的散热面积，从而提高底板298的散热效率，进而提高光伏优化器的散热效率。具体地，散热凸起297或散热鳍片可以为金属材质等，当散热凸起297或散热鳍片和第一壳体295均为金属材质时，散热凸起297或散热鳍片可以与底板298一体成型。示例性地，第一壳体295中的底板和侧壁可以一体成型，底板与侧壁可以采用卡接或焊接或螺丝铆接的方式，形成具有容纳空间的封闭结构。
继续参照图3a，光伏优化器还包括第二壳体293，第二壳体293内部也具有容纳空间。例如，第二壳体293可以为长方体状或圆柱体状等，本申请实施例对第二壳体293的形状不作限制。第二壳体293可以为塑胶材质，也可以为金属材质，本申请实施例对第二壳体293的材质也不作限制。
参照图3a，封装结构设置于第二壳体293内部，为了进一步提高散热功能，第二壳体293内部可以整体填充导热介质294，导热介质294采用灌封胶等材料。这样将导热介质294和封装结构充满第二壳体293的内部空间，并使导热介质294与封装结构接触，能够加快封装结构的散热。
并且，为了提高散热功能，第二壳体293背离金属基板211的一侧具有第一开口，金属基板211通过第一开口与第一壳体295接触，从而使金属基板211上的热量能够通过第一壳体295直接散热。并且，在实际应用中，还将第一壳体连接大地，以实现金属基板连接大地，从而实现接地保护。
并且，可以使第一壳体295的内壁可以与第二壳体293的外壁接触，由此可以加快第二壳体293内部器件热量的散发，还有助于第二壳体293抵抗外力。另外，第一壳体295的形状可以与第二壳体293的形状相适应。例如，第一壳体295具有一个底板、四个侧壁以及一个盖板，则第二壳体293也可以具有一个底板、四个侧壁以及一个盖板，且该底板、四个侧壁以及盖板形成了封闭空间。
并且，散热凸起297或散热鳍片可以设置在第一壳体295背离金属基板211的一侧且向外延伸。具体地，第二壳体293的底板与第一壳体295的底板接触，散热凸起297或散热鳍片可以设置在第一壳体295背离金属基板211的底板上，从而散热凸起297或散热鳍片可以距离金属基板211较近设置，由此可以加快金属基板211的热量散发。除了设置在第一壳体295的底板上，散热凸起297或散热鳍片还可以设置在第一壳体295的侧壁上。
在实际应用时，第一壳体295上还可以设置有挂耳结构，以便于第一壳体挂接连接在其他结构上。具体地，挂耳结构可为金属材质。挂耳结构可以为板状结构，挂耳结构可以设置在第一壳体295的盖板背离底板一侧。
另外，考虑到功率器件240对散热要求，在具体实施时，可以将第二基板230设置为覆铜陶瓷基板(direct bonding copper，DBC)或镀铜陶瓷基板(Direct Plate Copper，DPC)，则第二金属层231和第三金属层233的材料分别为铜，以利用DBC或DPC优良的导热性能，将功率器件240工作时所产生的热量尽快散发至外界，进一步提高散热功能。可理解的是，第二金属层231和第三金属层233的材料也可以采用其他导热性能较好的金属材料，即将第二基板230设置为其他类型的基板来提高散热。
进一步地，为了尽快的将功率器件240产生的热量尽快散发至外界，还能够将第一基板210设置为具有良好散热功能的铝基板，从而进一步降低导热通路上的总热阻，提高散热功能。
在实际应用中，功率器件240可包括功率变换电路中的部分或全部器件，并且功率器件240中包括的器件的数量及排布情况，可以根据封装结构硬件性能的实现及硬件电连接要求等具体确定，本申请实施例对此不作限制。示例性地，参照图3a与图3b，功率器件240包括：第一功率器件241和第二功率器件242，其中，第一功率器件241可以为第一MOS晶体管，第二功率器件242可以为第二MOS晶体管，则第一MOS晶体管对应设置在241所在的位置，第二MOS晶体管对应设置在242所在的位置。并且，结合图2所示的电路拓扑图，驱动走线需要具有多条，该多条驱动走线中具有第一MOS晶体管对应连接的驱动走线2331a和第二MOS晶体管也具有对应连接的驱动走线2331b，以及信号输入和输出的信号线，接地走线，输入电源电压的走线等多种不同功能的信号线。本申请以驱动走线包括2331a和2331b为例进行说明。并且，第一MOS晶体管和第二MOS晶体管对应连接的驱动走线需要分别通过对应的第一引脚250与电路板260上对应的驱动焊盘291连接，电路板260上设置有驱动器，驱动器与驱动焊盘291连接，从而实现驱动器向第一MOS晶体管和第二MOS晶体管输入驱动信号，控制第一MOS晶体管和第二MOS晶体管的导通和关断。当然，在功率器件240还包括功率电感L以及电容C时，第三金属层233中还具有与其对应的驱动走线。并且，可理解的是，图3a与图3b是以第二MOS晶体管对应的驱动走线2331b通过对应的第一引脚250与驱动焊盘291连接为例进行示意，对于其余不同功能的驱动走线，其可以通过对应的第一引脚与对应的驱动焊盘连接，而对于其余驱动走线通过第一引脚250与驱动焊盘291的连接方式可以同理得到，在此不作赘述。
继续参照图3a与图3b，通过使第二金属层231在电路板260的正投影覆盖功率器件240在电路板260的正投影，且导电件270将第二金属层231与电路板260上的接地电位焊盘292连接，从而能够使第二金属层231接入接地电位。并且，由于第二金属层231背离绝缘基板232一侧的表面与第一金属层213背离绝缘层212一侧的表面连接，可以使第二金属层231和第一金属层213相互结合共同作为电磁屏蔽层，实现对功率器件产生的磁场进行电磁屏蔽，尤其是能够实现SW点处的电磁兼容性(Electromagnetic compatibility，EMC)屏蔽功能，此外，还能利用第一基板210中的绝缘层212实现绝缘，从而能够简化结构设计，降低生产难度及成本。
在具体实施时，第二金属层231背离绝缘基板232一侧的表面与第一金属层213背离绝缘层212一侧的表面可以采用焊接方式直接焊接在一起，以使第二金属层231背离绝缘基板232一侧的表面与第一金属层213背离绝缘层212一侧的表面直接接触，从而使传导至第二金属层231的热量能够直接传导至第一金属层213，再经由绝缘层212和金属基板211尽快散发至外界，提高散热功能。或者，第二金属层231背离绝缘基板232一侧的表面与第一金属层213背离绝缘层212一侧的表面也可以采用热界面材料连接在一起，从而使传导至第二金属层231的热量能够通过热界面材料传导至第一金属层213，再经由绝缘层212和金属基板211尽快散发至外界。
继续参照图3a与图3b，导电件270包括第二引脚271和转接件272，并且，第三金属层233还具有与驱动走线2331a、2331b绝缘设置的转接部2332，绝缘基板232具有贯穿的连接孔KX1，转接件272穿过连接孔KX1将转接部2332与第二金属层231电连接，第二引脚271将转接部2332与电路板260上的接地电位焊盘292连接。基于此，通过在绝缘基板232上设置连接孔KX1，并在连接孔KX1中设置转接件272，从而通过第二引脚271、转接部2332以及转接件272，实现将第二金属层231、第一金属层213与接地电位焊盘292连接，从而使第二金属层231和第一金属层213具有接地电位，进而使结构稳定可靠，增强***可靠性。
在具体实施时，为了降低转接件272的电阻，将转接件272的材料设置为金属材料。进一步地，为了降低接触电阻，可以使转接件272的材料与第三金属层233以及第二金属层231的材料相同。例如，在第二基板230为DBC或DPC时，转接件272的材料为铜。
本申请中转接件272的结构具有多种实施方式。在一些示例中，参照图4a与图4b，图4a为本申请实施例提供的一种第二基板的俯视结构示意图，图4b为图4a中沿AA’方向上的剖视结构示意图，其中，转接件272可以设置为填充在连接孔KX1中的金属材料层2721。在工艺制备时，采用金属材料在连接孔KX1中沉积金属材料层2721，使金属材料层2721填充连接孔KX1，并使金属材料层2721与转接部2332实现相互电性连接。由此设置，可以通过金属材料层2721和第二引脚271，使第一金属层213和第二金属层231实现接地，进而实现电磁屏蔽的功能。并且，采用金属材料层2721和第二引脚271将第一金属层213和第二金属层231实现接地，还能够使结构稳定可靠，增强***可靠性。
在又一些示例中，参照图5a与图5b，图5a为本申请实施例提供的又一种第二基板的俯视结构示意图，图5b为图5a中沿AA’方向上的剖视结构示意图，其中，转接件272可以设置为覆盖在连接孔KX1的侧壁上的金属材料层2721。在工艺制备时，采用金属材料在连接孔KX1的侧壁上沉积一层金属材料层2721，并使金属材料层2721与转接部2332实现相互电性连接。由此设置，可以通过金属材料层2721和第二引脚271，使第一金属层213和第二金属层231实现接地，进而实现电磁屏蔽的功能。
参照图4a与图5a，可以将第二金属层231设置为整面结构，并使第二金属层231的形状与绝缘基板232的形状大致相同。并且，为了实现安规要求，可以使第二金属层231的边缘与绝缘基板232的边缘之间具有第四间距d4，并使第四间距d4大于或等于第三设定安规距离，以满足安规要求。并且，还使驱动走线与绝缘基板232的边缘之间具有第三间距d3，通过使第三间距d3大于或等于第三设定安规距离，以满足安规要求。示例性地，第三间距可以与第四间距相同。当然，第三间距也可以大于或小于第四间距。
考虑到对电磁屏蔽的要求，参照图3a与图3b，将第一金属层213在电路板260的正投影覆盖第二金属层231和第三金属层233在电路板260的正投影。或者，将第一金属层213在电路板260的正投影与第二金属层231和第三金属层233在电路板260的正投影重合。进一步地，将第一金属层213在电路板260的正投影覆盖第二基板230在电路板260的正投影，从而能够进一步对第一MOS晶体管和第二MOS晶体管产生的磁场进行电磁屏蔽。或者，也可将第一金属层213在电路板260的正投影与第二基板230在电路板260的正投影重合。
在实际应用中，金属基板211还与外壳接触，外壳连接大地，从而使金属基板211实现连接大地。然而，在工作时，第一MOS晶体管和第二MOS晶体管通常会流过高达几十安培的大电流，考虑到安规要求，在具体实施中，还需要使绝缘层212的厚度大于或等于0.2mm，以满足安规中的加强绝缘要求。进一步地，还能够将绝缘层212在电路板260上的正投影覆盖第一金属层213在电路板260上的正投影，以满足第一金属层213和金属基板211之间的加强绝缘要求。在具体实施时，绝缘层212的材料例如为聚丙烯(polypropylene，PP)材料，当然，绝缘层212的材料还可以为其他可实现加强绝缘的材料，在此不作限定。
继续参照图3a与图3b，封装模组220还包括封装胶280，封装胶280至少包裹第二金属层231朝向绝缘基板232的一侧，即将绝缘基板232、功率器件240均包裹起来。以及封装胶280还包裹第一引脚250的部分区域，具体地，第一引脚250的第一端与驱动走线2331b连接，第一引脚250的第二端延伸至封装胶280的外部并与驱动焊盘291连接。并且，封装胶280将第二金属层231背离绝缘基板232一侧的表面暴露出来，以使第二金属层231背离绝缘基板232一侧的表面能够与第一金属层213朝向第二金属层231一侧的表面连接，提高散热功能。另外，通过封装胶280对第二金属层231朝向绝缘基板232的一侧进行包裹，还可以对第三金属层233中的线路以及功率器件240进行保护。
并且，参照图3a与图3b，在导电件270包括第二引脚271和转接件272时，封装胶280还包裹第二引脚271的部分区域，具体地，第二引脚271的第一端与转接部2332电连接，第二引脚271的第二端延伸至封装胶280的外部并与接地电位焊盘292连接。
图6为本申请实施例提供的又一种封装结构的结构示意图，图7a为本申请实施例提供的又一种第二基板的俯视结构示意图，图7b为图7a中沿AA’方向上的剖视结构示意图。参照图6至图7b，封装结构包括：第一基板210、封装模组220、电路板260以及导电件270。本实施例与图3b所示实施例的不同之处在于：转接件272设置为金属线2722。本实施例中的其余内容可与图3b所示实施例中的内容基本相同，在此不作赘述。
参照图6至图7b，转接件272设置为金属线2722。其中，可以通过引线键合(wirebonding，WB)工艺形成金属线2722，从而使金属线2722穿过连接孔KX1将转接部2332与第二金属层231电连接。由此设置，可以通过金属线2722和第二引脚271，使第一金属层213和第二金属层231实现接地，进而实现电磁屏蔽的功能。并且，采用金属线2722和第二引脚271将第一金属层213和第二金属层231实现接地，还能够使结构稳定可靠，增强***可靠性。当然，转接件272也可以设置为金属条带，在此不作限定。
为了实现安规要求，参照图6至图7b，连接孔KX1具有背离第一基板210一侧的顶部，并使转接部2332与连接孔KX1的顶部的边缘之间具有第一间距d1，第一间距d1大于或等于第一设定安规距离，以满足安规要求。以及，使驱动走线与连接孔KX1的顶部的边缘之间具有第五间距d5，并使第五间距d5大于或等于第一设定安规距离，以满足安规要求。示例性地，第一间距可以与第五间距相同。当然，第一间距也可以大于或小于第五间距。
为了实现安规要求，参照图6至图7b，连接孔KX1具有朝向第一基板210一侧的底部，并使第二金属层231与连接孔KX1的底部的边缘之间具有第二间距d2，第二间距d2大于或等于第二设定安规距离，以满足安规要求。
图8为本申请实施例提供的又一种封装结构的结构示意图，图9为本申请实施例提供的一种第一基板的俯视结构示意图。参照图8与图9，封装结构包括：第一基板210、封装模组220、电路板260以及导电件270。本实施例与图3b所示实施例的不同之处在于：导电件270设置为金属柱273。本实施例中的其余内容可与图3b所示实施例中的内容基本相同，在此不作赘述。
参照图8与图9，导电件270设置为金属柱273。其中，金属柱273的第一端与电路板260上的接地电位焊盘292连接，金属柱273的第二端与第一金属层213连接。由此设置，可以通过金属柱273使第一金属层213和第二金属层231实现接地，进而实现电磁屏蔽的功能。并且，采用金属柱273将第一金属层213和第二金属层231实现接地，还能够使结构稳定可靠，增强***可靠性。
在具体实施时，金属柱273可以设置为金属铜柱。当然，金属柱273还可以设置为其他材料的金属柱，在此不作限定。
参照图9，第一金属层213可以具有屏蔽部2131、屏蔽走线2132以及屏蔽连接部2133，其中，屏蔽部2131可以为整面结构，屏蔽部2131背离绝缘层212一侧的表面与第二金属层231背离绝缘基板232一侧的表面采用焊接或热界面材料连接在一起。并且，屏蔽部2131通过屏蔽走线2132与屏蔽连接部2133电连接，屏蔽连接部2133与金属柱273的第二端连接。由此设置，可以使金属柱273将第一金属层213和第二金属层231实现接地。当然，也可以使第一金属层213设置为整面结构，在此不作限定。
以上内容，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。

Claims (17)

1.一种光伏优化器，其特征在于，包括：第一壳体及封装结构；
所述第一壳体包括盖板、底板和侧壁，所述侧壁固定在所述盖板和所述底板之间，所述底板背离所述盖板一侧的外壁上设置有向外延伸的散热凸起或散热鳍片，所述盖板、所述底板以及所述侧壁形成了具有容纳空间的封闭结构，所述封装结构设置在所述容纳空间中；
所述封装结构包括：第一基板、封装模组、电路板以及导电件；其中，所述第一基板包括：依次层叠设置的第一金属层、绝缘层和金属基板，所述第一金属层位于所述绝缘层朝向所述第二基板一侧，且所述金属基板背离所述绝缘层一侧的表面与所述底板朝向所述盖板一侧的内壁直接接触；
所述封装模组包括：第二基板、功率器件和第一引脚，所述第二基板包括依次层叠设置的第二金属层、绝缘基板以及第三金属层，其中，所述功率器件位于所述第三金属层背离所述绝缘基板一侧的表面上，且所述第三金属层具有与所述功率器件连接的驱动走线，所述第一引脚将所述驱动走线与所述电路板上的驱动焊盘连接；
其中，所述第二金属层在所述电路板的正投影覆盖所述功率器件在所述电路板的正投影，且所述导电件将所述第二金属层与所述电路板上的接地电位焊盘连接，所述第二金属层背离所述绝缘基板一侧的表面与所述第一金属层背离所述绝缘层一侧的表面连接。
2.如权利要求1所述的光伏优化器，其特征在于，还包括：第二壳体，所述第二壳体容置于所述第一壳体内部，所述封装结构设置于所述第二壳体内部，所述第二壳体背离所述金属基板的一侧具有第一开口，所述金属基板背离所述绝缘层一侧的表面通过所述第一开口与所述底板接触；
所述第二壳体内部还填充有导热介质，所述导热介质和所述封装结构充满所述第二壳体的内部空间。
3.如权利要求1或2所述的光伏优化器，其特征在于，所述第一金属层在所述电路板的正投影覆盖所述第二基板在所述电路板的正投影。
4.如权利要求3所述的光伏优化器，其特征在于，所述绝缘层在所述电路板上的正投影覆盖所述第一金属层在所述电路板上的正投影。
5.如权利要求1-4任一项所述的光伏优化器，其特征在于，所述第三金属层还具有与所述驱动走线绝缘设置的转接部，所述绝缘基板具有贯穿的连接孔；
所述导电件包括第二引脚和转接件，所述转接件穿过所述连接孔将所述转接部与所述第二金属层电连接，所述第二引脚将所述转接部与所述接地电位焊盘连接。
6.如权利要求5所述的光伏优化器，其特征在于，所述转接件为覆盖在所述连接孔的侧壁上的金属材料层；
或者，所述转接件为填充在所述连接孔中的金属材料层。
7.如权利要求5所述的光伏优化器，其特征在于，所述转接件包括：金属条带或者金属线。
8.如权利要求7所述的光伏优化器，其特征在于，所述连接孔具有背离所述第一基板一侧的顶部，所述转接部与所述连接孔的顶部的边缘之间具有第一间距，所述驱动走线与所述连接孔的顶部的边缘之间具有第五间距，所述第一间距和所述第五间距大于或等于第一设定安规距离。
9.如权利要求7或8所述的光伏优化器，其特征在于，所述连接孔具有朝向所述第一基板一侧的底部，所述第二金属层与所述连接孔的底部的边缘之间具有第二间距，所述第二间距大于或等于第二设定安规距离。
10.如权利要求1-4任一项所述的光伏优化器，其特征在于，所述导电件包括金属柱；
所述金属柱的第一端与所述电路板上的接地电位焊盘连接，所述金属柱的第二端与所述第一金属层连接。
11.如权利要求1-10任一项所述的光伏优化器，其特征在于，所述驱动走线与所述绝缘基板的边缘之间具有第三间距，所述第二金属层与所述绝缘基板的边缘之间具有第四间距；
所述第三间距和所述第四间距分别大于或等于第三设定安规距离。
12.如权利要求1-11任一项所述的光伏优化器，其特征在于，所述第一基板包括铝基板；和/或，
所述第二基板包括：陶瓷覆铜板或镀铜绝缘基板。
13.如权利要求1-12任一项所述的光伏优化器，其特征在于，所述封装模组还包括：封装胶，所述封装胶至少包裹所述第二金属层朝向所述功率器件的一侧，所述第一引脚的第一端与所述驱动走线连接，所述第一引脚的第二端延伸至所述封装胶的外部并与所述驱动焊盘连接。
14.如权利要求13所述的光伏优化器，其特征在于，在所述导电件包括第二引脚和转接件时，所述第二引脚的第一端与所述转接部电连接，所述第二引脚的第二端延伸至所述封装胶的外部并与所述接地电位焊盘连接。
15.一种封装结构，其特征在于，包括：第一基板、封装模组、电路板以及导电件；
所述第一基板包括：依次层叠设置的第一金属层、绝缘层和金属基板，所述第一金属层位于所述绝缘层朝向所述第二基板一侧；
所述封装模组包括：第二基板、功率器件和第一引脚，所述第二基板包括依次层叠设置的第二金属层、绝缘基板以及第三金属层，其中，所述功率器件位于所述第三金属层背离所述绝缘基板一侧的表面上，且所述第三金属层具有与所述功率器件连接的驱动走线，所述第一引脚将所述驱动走线与所述电路板上的驱动焊盘连接；
其中，所述第二金属层在所述电路板的正投影覆盖所述功率器件在所述电路板的正投影，且所述导电件将所述第二金属层与所述电路板上的接地电位焊盘连接，所述第二金属层背离所述绝缘基板一侧的表面与所述第一金属层背离所述绝缘层一侧的表面连接。
16.如权利要求15所述的封装结构，其特征在于，所述第三金属层还具有与所述驱动走线绝缘设置的转接部，所述绝缘基板具有贯穿的连接孔；
所述导电件包括第二引脚和转接件，所述转接件穿过所述连接孔将所述转接部与所述第二金属层电连接，所述第二引脚将所述转接部与所述接地电位焊盘连接。
17.如权利要求15所述的封装结构，其特征在于，所述导电件包括金属柱；
所述金属柱的第一端与所述电路板上的接地电位焊盘连接，所述金属柱的第二端与所述第一金属层连接。
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