CN118317576A - 电源模块 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电源模块。电源模块包括第一电路板设有散热部件；第二电路板与第一电路板堆叠设置且相互连接，其中第二电路板设有至少一发热元件，至少一发热元件及散热部件分别位于第二电路板及第一电路板彼此相对的表面上；第三电路板与第二电路板堆叠设置且相互连接，且与用电设备相连接；导热件设置于第一电路板与第二电路板之间。导热件包括：第一导热部件沿垂直于第二电路板所在平面的方向延伸，且与第一电路板上的散热部件相接触；第二导热部件沿平行于第二电路板所在平面的方向延伸，且与第二电路板上的至少一发热元件相接触，其中，第一导热部件与第二导热部件相互连接。本发明的电源模块具有占用面积小且散热效率高等功效。

Description

电源模块

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种垂直供电架构的电源模块。

背景技术

目前，垂直供电架构的电源模块因其极佳的性能优势，正逐步被电力电子领域的集成***所采用。

现有的垂直供电电源模块通常采用双板堆叠架构。请参阅图1及图2，图1是现有技术中双板堆叠架构的电源模块的侧视图，图2是现有技术中双板堆叠架构的电源模块与用电设备相结合的示意图。电源模块10是由电路板11及电路板12以纵向堆叠方式形成为一整体，并通过设置于电路板12下方的BGA(球栅阵列封装)焊接球13而与用电设备20的***板21焊接形成电气连接。其中，用电设备20的被供电单元22与电源模块10分别布局在***板21的两侧。

现有技术的垂直供电的电源模块因其供电传送路径短、能量损耗小，而广泛应用在当前的电力电子技术领域。然而，相关产业的发展要求着垂直供电的电源模块需采用更小的尺寸架构，同时，随着尺寸的进一步减小，电源模块的散热问题也就显得格外重要。

因此，实有必要发展一种垂直供电的电源模块，以解决现有技术所面临的问题。需要说明的是，上述现有技术部分公开的信息仅用于加强对本发明的背景的理解，因此可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

发明内容

本发明的目的在于提供一种占用面积小、散热效率高的电源模块。

为了达成前述目的，本发明提供一种电源模块，用以对用电设备进行供电。电源模块包括第一电路板、第二电路板、第三电路板以及导热件。第一电路板设有散热部件。第二电路板与第一电路板堆叠设置且相互连接，其中第二电路板设有至少一发热元件，至少一发热元件及散热部件分别位于第二电路板及第一电路板彼此相对的表面上。第三电路板与第二电路板堆叠设置且相互连接，且与用电设备相连接。导热件设于第一电路板与第二电路板之间，且包括第一导热部件及第二导热部件。第一导热部件沿垂直于第二电路板所在平面的方向延伸，且与第一电路板上的散热部件相接触。第二导热部件沿平行于第二电路板所在平面的方向延伸，且与第二电路板上的至少一发热元件相接触，其中，第一导热部件与第二导热部件相互连接。

本发明的电源模块采用有别于现有技术的三层电路板架构，并结合在不同的电路板上分散设置发热元件、在电路板之间设置导热件的方式，实现了电源模块占用面积小且散热效率高的效果。

附图说明

图1是现有技术中双板堆叠架构的电源模块的侧视图。

图2是现有技术中双板堆叠架构的电源模块与用电设备相结合的示意图。

图3A是本发明实施例电源模块的分解示意图。

图3B是本发明实施例电源模块的另一角度分解示意图。

图4A是本发明实施例导热件的示意图。

图4B是本发明实施例导热件的另一角度示意图。

图5是本发明实施例电源模块与导热件间的热传导途径示意图。

附图标记如下：

10：电源模块

11、12：电路板

13：BGA焊接球

20：用电设备

21：***板

22：被供电单元

30：电源模块

31：第一电路板

311：散热部件

32：第二电路板

321：发热元件

321a、321b：热源矩阵

33：第三电路板

331：BGA焊接球

34：导热件

341：第一表面

3411：第一接触区域

342：第二表面

3421：第二接触区域

343：第一导热部件

344：第二导热部件

具体实施方式

现本发明特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本发明能够在不同的方式上具有各种的变化，其皆不脱离本发明的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作说明之用，而非用于限制本发明。

需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。

下面结合附图，对本发明的一些实施例做详细说明。在没有冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

请参阅图3A及图3B，图3A是本发明实施例电源模块的分解示意图，图3B是本发明实施例电源模块的另一角度分解示意图。本发明公开一种三层电路板垂直堆叠架构的电源模块30，其包括第一电路板31、第二电路板32、第三电路板33以及导热件34。第一电路板31、第二电路板32及第三电路板33依序垂直堆叠，并且，第一电路板31与第二电路板32相互连接，第二电路板32与第三电路板33相互连接，第三电路板33远离第二电路板32的一侧上设有BGA(球栅阵列封装)焊接球331，用以与用电设备(未显示)连接并进行供电。

有别于现有技术中采用双板堆叠架构的电源模块，本发明的电源模块30利用三层电路板的方式，可将电气元件可分散设置于三个电路板上，在同等输出功率的条件下，有效地减小了电源模块30的整体尺寸，并大幅减少了模块在用电设备的***板上的占用面积，从而提升用电设备***的集成能力。

对于三层电路板垂直堆叠架构的电源模块而言，中间电路板(第二电路板32)上发热元件的散热显得极为重要。由于电源模块30尺寸较小，且模块内部电气元件较多，使得第二电路板32上的发热元件321所产生的热量很难散发，进而影响电源模块30的整体性能。对此，本发明于第一电路板31与第二电路板32之间设置导热件34，并将第二电路板32上的发热元件321设置于第二电路板32朝向第一电路板31的表面上，同时，在第一电路板31朝向第二电路板32的表面上设置散热部件311，由此，第二电路板30上的发热元件321所产生的热量可经由导热件34传导至第一电路板31的散热部件311上，并最终散发到空气中，实现对第二电路板32较好的散热。进一步地，本发明的散热部件311包括但不限于金属片，例如铜片。此外，本发明的第二电路板32上的发热元件321包括但不限于，磁芯、功率半导体开关等。

需说明的是，在实际工作中，第一电路板31或第三电路板33上的电气元件在工作中也会发热，不过，这些电气元件所产生的热量较为容易散发，因此，本发明所称的发热元件特指位于第二电路板32上的发热元件。

请参阅图3A-图3B及图4A-图4B，其中，图4A是本发明实施例导热件的示意图，图4B是本发明实施例导热件的另一角度示意图。导热件34包括第一导热部件343及第二导热部件344，其中第一导热部件343沿垂直于第二电路板32所在平面的方向延伸，第二导热部件344沿平行于第二电路板32所在平面的方向延伸，并延伸于第一导热部件343的两侧，也就是说，导热件34形成为横向翼型结构。进一步地，导热件34包括朝向第一电路板31的第一表面341以及朝向第二电路板32的第二表面342，其中第一表面341上设有第一接触区域3411，用以接触第一电路板31上的散热部件311，第二表面342上设有第二接触区域3421，用以接触设置于第二电路板32上的发热元件321。

请再参阅图5，图5是本发明实施例电源模块与导热件间的热传导途径示意图。如图5内箭头所示，第二电路板32上的发热元件321所产生的热量先传导至第二导热部件344，再经由第一导热部件342传导第一电路板31的散热部件311，最终散发至空气中。

于一些实施例中，第一导热部件343于第二电路板31所在平面的投影面积小于第二导热部件344于第二电路板31所在平面的投影面积，即第二接触区域3421的投影面积大于第一接触区域3411的投影面积。如此设置，使得第二导热部件344可进一步覆盖更多的第二电路板32上的发热元件，同时，第一导热部件343又不会占用第一电路板31过多的空间，有利于在减小电源模块30尺寸的同时提高散热效率。

于一些实施例中，第一导热部件343还与第二电路板32相接触，从而减小第一电路板板31的应力，保护位于第二电路板32上的发热元件321。

于一些实施例中，第二导热部件344可设置于第一导热部件343的单侧或两侧。进一步地，第一导热部件343与第二导热部件344可以是两个独立的部件，也可以是一体成型的部件。

此外，本发明的导热件34是由导热材料所制成，如此一来，即使第一接触区域3411与第二接触区域3421的投影面积不对等，产生自发热组件321的热仍可顺利由第二接触区域3421传入、并于导热件34内传导，最终经由第一接触区域3411传出至散热部件311。其中导热件34可为金属导热件，例如，铜、铝等；导热件34也可为非金属导热件，例如，导热陶瓷、硅类导热件等，但不受限于此，任何具导热效果的导热件皆属本发明所主张范畴。

进一步地，可将第二电路板32上的多个发热元件321分散布局并分为热源矩阵321a、321b，第二导热部件344分别与热源矩阵321a、321b相接触。通过导热件34的第二导热部件344与第一导热部件343以不同延伸方向的设计，第二导热部件344可根据发热元件321/发热矩阵321a、321b的位置及形状进行设计，无需特意考虑第一电路板31上散热部件311的位置、大小以及其他电气元件的布局，进一步增加了发热元件321于第二电路板32上的设置弹性。换言之，本发明的导热件34的形状可依第二电路板31上的发热元件321与热源矩阵321a、321b及第一电路板31上的散热部件311及其他电气元件的位置而调整，从而保留了电气元件于各电路板上的设置空间。

此外，为了实现导热件34与发热元件321间的良好接触，第二电路板32上的发热元件321是以元件高度作为设置的依据，也就是说，每一个热源矩阵内所包括的发热元件321具有大致相近的元件高度，例如大致相等的高度。如图3A所示，热源矩阵321a内的发热元件321具有相近或相等的元件高度，热源矩阵321b内的发热元件321具有相近或相等的元件高度。

此外，导热件34与散热部件311之间可采直接接触的方式，也可采用涂胶或贴附导热介质的方式，或利用焊接、螺钉锁附等方式固定。同样地，导热件34与发热组件321之间可采直接接触的方式，也可采用涂胶或贴附导热介质的方式，或利用焊接、螺钉锁附等方式固定。但可依实际实施情况有所变化，不因此受限。

综上所陈，本发明提供有别于现有技术的三层电路板垂直堆叠架构的电源模块，并结合在不同的电路板上分散设置发热元件、在电路板之间设置导热件的方式，实现了电源模块占用面积小且散热效率高的效果。

须注意，上述仅是为说明本发明而提出的较佳实施例，本发明不限于所述的实施例，本发明的范围由如附权利要求书决定。且本发明得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然而皆不脱如附权利要求书所欲保护者。

Claims (10)

1.一种电源模块，用以对一用电设备进行供电，包括：

一第一电路板，设有一散热部件；

一第二电路板，与该第一电路板堆叠设置且相互连接，其中该第二电路板设有至少一发热元件，至少一该发热元件及该散热部件分别位于该第二电路板及该第一电路板彼此相对的表面上；

一第三电路板，与该第二电路板堆叠设置且相互连接，且与该用电设备相连接；以及

一导热件，设置于该第一电路板与该第二电路板之间，包括：

一第一导热部件，沿垂直于该第二电路板所在平面的方向延伸，且与该第一电路板上的该散热部件相接触；

一第二导热部件，沿平行于该第二电路板所在平面的方向延伸，且与该第二电路板上的至少一该发热元件相接触；

其中，该第一导热部件与该第二导热部件相互连接。

2.如权利要求1所述的电源模块，其中该第一导热部件于该第二电路板所在平面的投影面积小于该第二导热部件于该第二电路板所在平面的投影面积。

3.如权利要求1所述的电源模块，其中该第一导热部件还与该第二电路板相接触。

4.如权利要求1所述的电源模块，其中该第二导热部件设置于该第一导热部件的单侧或两侧。

5.如权利要求3或4所述的电源模块，其中该第一导热部件与该第二导热部件一体成型。

6.如权利要求1所述的电源模块，其中该发热元件为多个，多个该发热元件于该第二电路板上形成至少一个热源矩阵，该第二导热部件与该热源矩阵相接触。

7.如权利要求1所述的电源模块，其中该散热部件包括金属片。

8.如权利要求1所述的电源模块，其中该导热件包括金属导热件或非金属导热件。

9.如权利要求1所述的电源模块，其中该发热元件包括磁芯或功率半导体开关。

10.如权利要求1所述的电源模块，其中该第三电路板与该用电设备相对的表面上设有多个球栅阵列封装焊接球，以与该用电设备电气连接。