带有冷却翅片的铜条热增强型中介层的电源转换器封装结构的制作方法

【】本发明涉及电子模块，特别涉及在导电路径中具有散热器的开关模式电源(smps)模块。

背景技术

0、
背景技术：

1、电源转换器广泛用于将一种电源电压转换为另一种电源电压。开关模式电源(smps)具有快速开启和关闭的晶体管，以使电流从电源输入电压端子流向电源输出电感器和电容器，这些电感器和电容器可以对负载进行滤波供电。

2、图1显示了现有技术的一个开关模式电源(smps)。电源输入电压vin+将被转换为电源输出电压vout+。输入和输出都使用一个公共接地gnd，但有些系统有单独的接地。

3、vin+和gnd之间的输入电容器320对上拉晶体管302、306的漏极的输入进行滤波，而地连接到下拉晶体管304、308的源极。上拉晶体管302的源极和下拉晶体管304的漏极连接在一起，以通过电感器312驱动vout+，对输出电容器330充电。

4、上拉晶体管302的栅极g1被驱动至高电平，以开启晶体管302一段时间，以对输出电容器330进行充电。一旦g1被驱动至低电平，下拉晶体管304的栅极被驱动为高电平，以对输出电容器330进行放电。g1、g2的信号通常是khz频率范围内的时钟信号，调整占空比以获得特定输入电压vin+的期望输出电压vout+。例如，通过增加g1相对于g2的高电平时间(占空比)，可以获得更高的vout+。

5、同样，上拉晶体管306的源极和下拉晶体管308的漏极连接在一起，通过电感器314驱动vout+，以对输出电容器330进行充电。施加到晶体管306、308的栅极的开关信号可以与驱动晶体管302、304的栅极的开关信号异相180度，以减小输出纹波。

6、晶体管302、304、306、308可以是n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)，但最近正在使用氮化镓(gan)晶体管，因为它们可以为特定的物理晶体管尺寸提供更高的电流。gan晶体管允许更高密度的电源转换器模块，因为对于给定的电源转换器模块或封装尺寸，使用gan器件可以提供更高的电源电流。

7、较高密度的电源转换器模块的一个缺点是，非常高的电源电流会产生大量热量。电源转换器模块及其封装的热性能变得非常重要。通过gan晶体管302、304、306、308的大电流产生的热量必须快速传导并消散，否则会产生热点。这些热点会损坏gan晶体管，甚至会熔化模块内的焊点。

8、传统上，散热器直接附着在开关晶体管或其他产生热量的集成电路(ic)封装的顶部。风扇可以提供更好的气流，将散热器的热量散发出去。

9、遗憾的是，晶体管封装通常由导热性差的材料制成，例如塑料或陶瓷。热量也可能通过封装底部的封装引线、引脚或焊球传导，这些引线、引脚或焊球将封装晶体管与外部系统电连接，例如该封装安装在印刷电路板(pcb)上的走线。然后，热量可以通过pcb分布，pcb的表面积通常比电源转换器模块大得多。但是，pcb还有隔热材料，如玻璃纤维，因此pcb能散发的热量可能是有限的。

10、当电源转换器有一个焊球阵列连接到系统pcb上时，热量可以安全地通过球栅阵列(bga)传递。然而，当焊球阵列不够大，或使用非bga封装时，更多的热量通过更少的封装引线传递。然后，这些较少引线的焊点可能会成为热点，加热到熔化或损坏这些焊点的程度。pcb中的隔热材料可能会阻止这些热量以足够高的速率从这些焊点散发出去，从而导致局部热点和潜在的损坏。pcb的散热效率远低于金属散热器。

11、专利申请us17676960显示了一种电源转换器模块，其散热器集成到电源转换晶体管和系统pcb之间的电信号路径中。通过电路径流向系统pcb的热量，被金属散热器拦截并被有效地散去。不是将散热器附在封装顶部，而是用焊球将几个散热器焊接到封装的电气互连上，然后将这些散热器连接到系统pcb上，通过散热器进行电连接。

12、焊球连接虽然有用，但熔点比其他元件低，因此可能成为故障点。希望用铜条或铜针取代这些焊球连接，以提高可靠性并增加电流流动的横截面。

技术实现思路

技术特征：

1.一种热增强模块，包括：

2.一种热增强型电源转换器模块，包括：

3.根据权利要求2所述的热增强型电源转换器模块，还包括：

4.根据权利要求2所述的热增强型电源转换器模块，其中所述底部中介层第一控制焊盘用于焊接到所述系统pcb顶表面上的第一控制金属焊盘；其中底部中介层第二控制焊盘用于焊接到所述系统pcb顶面上的第二控制金属焊盘；

5.根据权利要求4所述的热增强型电源转换器模块，其中所述开关pcb具有第一边缘和与所述第一边缘相对的对立边缘；

6.根据权利要求4所述的热增强型电源转换模块，其中所述第一传导条及所述第二传导条均为铜条。

7.根据权利要求4所述的热增强型电源转换模块，其中所述第一传导条通过烧结、焊接或钎焊的方式附接至所述第一中介层散热器；

8.根据权利要求4所述的热增强型电源转换器模块，其中所述第一传导条与所述第一中介层散热器一体形成，其中所述第一传导条是所述第一中介层散热器向下延伸的一部分；

9.根据权利要求4所述的热增强型电源转换器模块，其中所述第一传导条是从所述第一中介层散热器向下延伸的第一引脚阵列；

10.根据权利要求4所述的热增强型电源转换器模块，还包括：

11.根据权利要求10所述的热增强型电源转换器模块，其中，所述第二中介层散热器和所述第三中介层散热器沿着所述开关pcb的第一边缘安装；

12.根据权利要求4所述的热增强型电源转换器模块，其中所述第一冷却翅片和所述第二冷却翅片与所述开关pcb的平面平行。

13.根据权利要求4所述的热增强型电源转换器模块，其中所述第一冷却翅片和所述第二冷却翅片与所述开关pcb的平面垂直。

14.一种电源转换器模块，包括：

15.根据权利要求14所述的电源转换器模块，还包括从所述控制下焊盘向下延伸的控制引脚，其中所述控制引脚插入到所述系统pcb的孔中。

16.根据权利要求14所述的电源转换器模块，其中所述系统pcb的周长大于所述开关pcb的周长。

17.根据权利要求14所述的电源转换器模块，还包括：

18.根据权利要求17所述的电源转换器模块，其中，所述第三上焊盘连接到电源输出。

19.根据权利要求18所述的电源转换器模块，还包括：

20.根据权利要求14所述的电源转换器模块，其中，所述第一功率晶体管位于第一封装中，所述第二功率晶体管位于第二封装中。

技术总结
电源转换器模块具有一个开关印刷电路板(PCB)，该开关PCB带有产生热量的功率晶体管。功率晶体管的接地、电源输入和电源输出通过开关PCB上的金属走线直接连接到焊接在开关PCB和系统PCB之间的中介层散热器。附接到中介层散热器底部的铜条可插入到系统PCB的孔中进行连接。金属走线和中介层散热器将电源或接地电流和热量带离功率晶体管。这些电源和接地电流从中介层散热器通过铜条流向系统PCB。中介层PCB上有焊盘和焊球，以将控制信号从系统PCB传送到开关PCB，绕过中介层散热器。铜条可以烧结、焊接或钎焊方式附接到中介层散热器上，或与中介层散热器一体成型。

技术研发人员：许丹婷,吴坤,高子阳
受保护的技术使用者：香港应用科技研究院有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15