堆叠式功率转换器组件的制作方法

本公开涉及堆叠式功率转换器组件，特别是高功率密度dc-dc转换器。

背景技术：

1、在智能电子系统(例如，物联网(iot)装置、发光二极管(led)照明装置和其他消费电子产品)中，一般趋势是越来越多的功能被封装到有限的空间中。因此这些系统需要更紧凑和更有效的功率转换器，优选地还具有更低的制造成本。

2、小型化功率转换器在实现上述目标中起重要作用，并且可以分为三类。第一类是片上电源系统(pwrsoc)，其中所有有源和无源部件都集成在同一管芯(die)上。第二类是封装中的功率系统(pwrsip)，其中转换器的单独的部件与功率管理集成电路管芯共同封装在一起。第三类是功率模块，其中预封装的分立部件组装在印刷电路板上。

3、开发较小功率转换器的一个挑战是小型化。朝向较小功率转换器的发展通常意味着更智能的3d布局，以在给定空间上填充尽可能多的特征。这意味着制造复杂性并因此意味着高成本。

4、因此，需要一种用于堆叠式功率转换器的解决方案，其具有改善的空间布局，同时保持制造工艺简单且相关联的成本低。

技术实现思路

1、本公开涉及一种用于执行输入电压和/或电流到输出电压和/或电流的功率转换的堆叠式功率转换器组件。根据第一实施例，所述堆叠式功率转换器组件包括：

2、-中介板；

3、-布置在所述中介板的顶部上的一个或多个集成电路，例如功率管理集成电路；

4、-堆叠在所述一个或多个集成电路的顶部上的一个或多个无源电部件；以及

5、-布置在所述一个或多个无源电部件与所述中介板之间并连接在所述一个或多个无源电部件与所述中介板之间的一个或多个载流金属条；

6、其中，所述一个或多个集成电路和所述一个或多个无源电部件配置成执行输入电压和/或电流到输出电压和/或电流的功率转换。

7、在中介板的顶部上布置并连接一个或多个集成电路和一个或多个载流金属条。更具体地，一个或多个集成电路可以是用于功率转换器(诸如降压转换器)的功率管理集成电路。一个或多个载流金属条可以是零欧姆表面安装器件电阻器或金属跳线。具有零欧姆表面安装器件电阻器或金属跳线的一个优点是，它们可以同时承载堆叠在一个或多个集成电路的顶部上并连接到载流金属条的一个或多个无源电部件的至少一些重量，并且承载功率转换器的相对高的电流。替代地，一个或多个载流金属条可以是电容器。一个或多个载流金属条配置用于承载堆叠式功率转换器组件的相对高的电流，其在下面进一步描述。一个或多个无源电部件可以是电感器，其通常是功率转换器中最大的无源电部件。通过使一个或多个无源电部件堆叠在一个或多个集成电路的顶部上，与常规的并排结构相比，堆叠式功率转换器表面积可以显著减小。使电容器作为一个或多个载流金属条的另一个优点是，电容器可以与一个或多个无源电部件(例如电感器)的一个端子直接连接。在大多数功率转换器架构中，电感器可以有利地连接到电容器以进行滤波功能。图1呈现了当前公开的堆叠式功率转换器组件的示例性布局。

8、根据一个实施例，一个或多个次级无源电部件(即电容器)可以布置并连接在中介板的顶部上。更具体地，一个或多个电容器可以用于抑制由功率转换生成的开关噪声。替代地或附加地，次级无源电部件可以布置在中介板上靠近一个或多个集成电路。

9、堆叠式功率转换器可以封装在模制材料中，更具体地封装在环氧树脂模制化合物中。这可以以多种方式实现，对于相同的堆叠式功率转换器组件使用不同的环氧树脂模制化合物。优选地，一个或多个集成电路和一个或多个载流金属条可以被封装，以便使堆叠式功率转换器组件对机械应力更具鲁棒性和弹性。

10、本公开还涉及一种组装堆叠式功率转换器的方法，其包括以下步骤：

11、-提供中介板；

12、-将一个或多个集成电路放置在所述中介板上并焊接在所述中介板上；

13、-将一个或多个载流金属条放置在所述中介板上并焊接在所述中介板上；以及

14、-将一个或多个无源电部件放置在所述载流金属条上并焊接在所述载流金属条上。

15、该方法提供了构建堆叠式功率转换器的不同步骤。第一组件包括布置并连接在中介板的顶部上的一个或多个集成电路和一个或多个载流金属条。该第一组件可以封装在第一模制材料中，更具体地，封装在环氧树脂模制化合物中。在研磨第一组件的上侧直到暴露一个或多个载流金属条的上表面之后，第二组件由布置并连接到载流金属条上表面的一个或多个无源电部件组成。第二组件可以封装在第二模制材料中，更具体地，封装在环氧树脂模制化合物中。图7a-d呈现了堆叠式功率转换器的不同封装可能性。替代地，一个或多个集成电路、一个或多个载流金属条和一个或多个无源电部件可以在一个模制工艺中封装。

16、如本领域技术人员将理解的，所描述的方法适用于堆叠式功率转换器的任何实施例，反之亦然。

技术特征：

1.一种堆叠式功率转换器组件，包括：

2.根据权利要求1所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述一个或多个无源电部件是表面安装器件(smd)部件。

3.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述一个或多个无源电部件包括片式电感器和/或片式电容器和/或陶瓷电容器。

4.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述中介板是印刷电路板、引线框基板或硅基板。

5.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述一个或多个载流金属条具有一个或多个基本上平坦的底表面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述一个或多个载流金属条承载所述一个或多个无源电部件。

7.根据权利要求6所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述一个或多个载流金属条配置用于承载所述堆叠式功率转换器组件的高电流。

8.根据权利要求7所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述堆叠式功率转换器组件的高电流为至少10ma、优选至少0.1a、更优选至少1a、更加优选至少50a、例如100a。

9.根据权利要求6-8所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述一个或多个载流金属条中的每一个具有至少0.1mm2、优选至少0.2mm2、更优选0.4mm2、更加优选0.5mm2的上表面。

10.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述一个或多个载流金属条是零欧姆smd电阻器和/或smd电容器。

11.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述一个或多个载流金属条包括在所述中介板的一端处的至少一个电阻器，例如零欧姆电阻器，以及在所述中介板的相对端处的至少一个电容器，例如smd电容器。

12.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述一个或多个载流金属条是金属跳线，和/或其中，所述一个或多个载流金属条是金属夹，例如铜夹。

13.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，还包括封装所述一个或多个集成电路和/或所述一个或多个载流金属条的模制材料。

14.根据权利要求13所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述模制材料还封装所述一个或多个无源电部件。

15.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述堆叠式功率转换器组件具有20mm2的最大表面，优选10mm2的最大表面，更优选6mm2的最大表面，更加优选4mm2的最大表面，最优选1mm2的最大表面。

16.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，其中，所述堆叠式功率转换器组件是dc-dc功率转换器组件，其中，所述dc-dc功率转换器具有多个输入电压电平和多个输出电压电平，并且其中，所述一个或多个集成电路配置成管理所述输入电压电平和所述输出电压电平之间的多个功率转换率。

17.根据前述权利要求中任一项所述的堆叠式功率转换器组件，还包括布置在所述中介板上并连接到所述中介板的一个或多个次级无源电部件。

18.一种组装堆叠式功率转换器的方法，包括以下步骤：

19.根据权利要求18所述的组装堆叠式功率转换器的方法，还包括以下步骤：在将所述一个或多个无源电部件放置在所述载流金属条上之前，通过第一模制工艺将所述中介板上的所述一个或多个集成电路和所述一个或多个载流金属条封装在第一模制材料中；

20.根据权利要求18-19中任一项所述的组装堆叠式功率转换器的方法，其中，所述堆叠式功率转换器是根据权利要求1-16中任一项所述的堆叠式功率转换器。

技术总结本公开涉及一种堆叠式功率转换器组件，包括：中介板，布置在所述中介板的顶部上的一个或多个集成电路，例如功率管理集成电路，堆叠在所述一个或多个集成电路的顶部上的一个或多个无源电部件，以及布置并连接在所述一个或多个无源电部件与所述中介板之间的一个或多个载流金属条，其中所述一个或多个集成电路和所述一个或多个无源电部件配置成执行输入电压和/或电流到输出电压和/或电流的功率转换。它还公开了一种组装堆叠式功率转换器的方法，其包括以下步骤：提供中介板；将一个或多个集成电路放置在所述中介板上；将一个或多个载流金属条放置在所述中介板上；以及将一个或多个无源电部件放置在所述载流金属条上。技术研发人员：A·M·阿玛尔,Y·A·A·努尔,H·勒·谭受保护的技术使用者：路特斯微系统公司技术研发日：技术公布日：2024/10/17