電源裝置的制造方法
【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明是有關于一種電源裝置，且特別是有關于一種電源裝置的內部結構。
【背景技術】
[0002]隨著人類對智能生活要求的提升，社會對數(shù)據處理的需求日益旺盛。全球在數(shù)據處理上的能耗，平均每年達到數(shù)千億甚至數(shù)萬億度；而一個大型數(shù)據中心的占地面積可以達到數(shù)萬平方米。因此，高效率和高功率密度，是這一產業(yè)健康發(fā)展的關鍵指標。
[0003]數(shù)據中心的關鍵單元是服務器，其主板通常由CPU、Chipsets、內存等等數(shù)據處理芯片和它們的供電電源及必要外圍元件組成。隨著單位體積服務器處理能力的提升，意味著這些處理芯片的數(shù)量、集成度也在提升，導致空間占用和功耗的提升。因此，為這些芯片供電的電源(因為與數(shù)據處理芯片同在一塊主板上，又稱主板電源)，就被期望有更高的效率，更高的功率密度和更小的體積，來支持整個服務器乃至整個數(shù)據中心的節(jié)能和占地面積縮小。
[0004]在服務器的中，主板(Main Board PCB)用于進行能量和信號傳遞。主板上放置有數(shù)據處理芯片及其供電電源。服務器的外殼高度，通常為一個標準的數(shù)值，它可以用工業(yè)標準U來定義，如1U、1.5U、2U等(1U = 1.75inch = 44.45mm)。以IU即高度約40mm(因為有裝配工差等需要，IU實際尺寸不盡相同)服務器為例，主板通常為6?50層的PCB板，其造價相當昂貴。在一定服務器外殼高度的限制下，保證效率期望的同時，減小主板電源所占用主板的面積也即主板電源水平面積，不僅能減小體積，增加功率密度，而且能降低成本。本文中，稱電源單位水平面積的功率為“功率壓強”。
[0005]當用同一技術能力設計功率為Po的電源時，通常電源的體積V越大，其效率越容易做到較高，也即電源效率與其體積V成正比關系。而體積V等于高度H乘以水平面積S。功率壓強Pp則為Po/S。限定效率為固定目標，即效率保持不變。即可得到功率壓強Pp與高度H的關系:即H越大，Pp就可以越大。也即，要提高Pp，應當在高度H的利用上，思考解決方案。當然，如果是為了追求效率，根據前面的邏輯也應當充分利用高度。因此，如何利用高度是兼顧功率壓強Pp和效率的關鍵所在。
[0006]主板電源的厚度或者說高度較好的可以做到7mm甚至更薄，因此，在一定的服務器高度的限制下，如IU高度，其上方仍可以有大于20mm的空間。而其效率可以高至90%甚至以上，由于其功耗僅僅是數(shù)據處理芯片的幾分之一(如0.1倍)，事實上，有機會無需散熱單元即可自行處理熱問題。這樣主板電源上的空間就沒有充分的利用起來。
[0007]通常主板電源具體的做法一般包含兩種。其一是以PCB為載體，采用分立元件組裝而成。通過業(yè)界多年的努力，這種類型的主板電源實現(xiàn)了不錯的效率和功率密度。但由于分立元件組裝，需要必要的間隙、安規(guī)距離，影響了水平面積的進一步縮小，且高度不規(guī)則，也影響熱的后續(xù)處理。
[0008]而主板電源的另一種做法為采用一定的封裝技術，將電源各元件集成為一個很規(guī)則的元件。由于封裝技術的使用，使得其功率密度顯著提高，效率也不遜色，且規(guī)則的外形，有利于后續(xù)熱的處理，是不錯的解決方案。只是這種做法采用的封裝技術，主要追求通過主板電源高度的降低來實現(xiàn)其體積的縮小及功率密度的提高，而一味的降低高度將限制其在占地面積上的進一步縮小。因此，該解決方案僅是追求功率密度的較好方案之一，但在追求數(shù)據中心主板電源的功率壓強方面仍有較大欠缺。

【發(fā)明內容】

[0009]本發(fā)明即針對現(xiàn)有技術的不足之處，提出了新的解決方案，使得功率壓強和效率得到最大兼顧，適合對水平面積有較大限制的應用場合，例如數(shù)據中心等數(shù)據處理場合對電源的需求。
[0010]本發(fā)明的一方面是在提供一種電源裝置，其包括控制單元與功率單元，堆疊設置且毗鄰負載的位置，功率單元至少含一功率半導體器件，所述控制單元至少含一具備控制或者驅動能力的芯片；引腳，電性連接控制單元和功率單元；控制單元用于控制功率單元，使功率單元供電給毗鄰的負載。
[0011 ] 于一實施例中，控制單元與功率單元，堆疊設置設于主板上，所述主板還設有所述負載。
[0012]于一實施例中，電源裝置還包括:焊盤，分布于所述功率單元的側面和所述控制單元的側面，與所述引腳電性連接。
[0013]于一實施例中，引腳包括表面貼裝引腳，分布于功率單元和控制單元的外表面并與焊盤電性連接。
[0014]于一實施例中，表面貼裝引腳覆蓋功率單兀30%以上外表面積。
[0015]于一實施例中，引腳還包括直插引腳，直插引腳配合表面貼裝引腳實現(xiàn)功率單元/控制單元與主板的電性連接。
[0016]于一實施例中，焊盤還分布于功率單元與焊盤所在側面垂直的面。
[0017]于一實施例中，功率單元包括主功率單元部分和次功率單元部分，主功率單元部分的側面分布焊盤，次功率單元部分堆疊于主功率單元部分。
[0018]于一實施例中，功率單元與負載位于主板的同一面，控制單元位于主板與功率單元相對的另一面。
[0019]于一實施例中，電源裝置還包括一功率單元，兩功率單元和控制單元相互之間堆疊設于主板，控制單元通過引腳控制兩功率單元。
[0020]于一實施例中，兩功率單元分別為一第一級直流對直流變換器的功率單元和一第二級直流對直流變換器的功率單元；控制單元包括第一級直流對直流變換器的控制單元和第二級直流對直流變換器的控制單元。
[0021]于一實施例中，第一級直流對直流變換器為隔離型直流對直流變換器；第二級直流對直流變換器為非隔離調整型直流對直流變換器。
[0022]于一實施例中，非隔離調整型直流對直流變換器比隔離型直流對直流變換器靠近主板。
[0023]于一實施例中，兩功率單元中一功率單元包括一第一級直流對直流變換器的功率單元和一第二級直流對直流變換器的功率單元。
[0024]于一實施例中，第一級直流對直流變換器為隔離型直流對直流變換器，第二級直流對直流變換器為非隔離調整型直流變換器。
[0025]于一實施例中，隔離型直流對直流變換器包括:隔離型變壓器、若干原邊開關管和副邊開關管；非隔離調整型直流變換器為負載點降壓直流變換器。
[0026]于一實施例中，隔離變壓器、副邊開關管、用于隔離直流對直流變換器的輸出電容器和負載點直流變換器設置于同一個功率單元。
[0027]于一實施例中，原邊開關管設置于控制單元，控制單元還包括原邊開關管驅動電路、負載點直流變換器的控制驅動電路和控制芯片。
[0028]于一實施例中，原邊開關管位于靠近控制單元側面的位置。
[0029]于一實施例中，功率單元之間、功率單元與控制單元之間填充有導熱絕緣膠。
[0030]于一實施例中，功率單元與控制單元電性連接的引腳之間以及功率單元與功率單元電性連接的引腳之間填充有導電焊接材料。
[0031]于一實施例中，功率單元各包括一平面變壓器，兩個平面變壓器共用一磁芯。
[0032]于一實施例中，磁芯的氣隙設置于功率單元之間的堆疊間隙。
[0033]于一實施例中，功率單元包括若干開關器件以及承載開關器件的載板和包覆開關器件的絕緣封料；開關器件分布于靠近焊盤的位置。
[0034]于一實施例中，絕緣封料上設有配合引腳安裝的凹部。
[0035]于一實施例中，功率單元還包括電感和電容，電感、電容及開關器件位于載板上靠近功率單元側面的位置。
[0036]于一實施例中，焊盤包括一次側群焊盤與二次側群焊盤，一次側群焊盤與二次側群焊盤之間至少間隔一安規(guī)距離。
[0037]于一實施例中，一次側群焊盤包括第一信號焊盤與第一功率焊盤，第一功率焊盤的截面積大于第一信號焊盤的截面積。
[0038]于一實施例中，二次側群焊盤包括第二信號焊盤與第二功率焊盤，第二功率焊盤的截面積大于第二信號焊盤的截面積。
[0039]于一實施例中，第二功率焊盤的數(shù)量多于第一功率焊盤的數(shù)量。
[0040]于一實施例中，第一級直流對直流變換器為非隔離調整型直流對直流變換器；第二級直流對直流變換器為隔離非調整型直流對直流變換器。
[0041 ] 于一實施例中，第一級直流對直流變換器為升降壓電路。
[0042]本發(fā)明的另一方面是在提供一種電源裝置，電源裝置包括:控制單元、功率單元與引腳?？刂茊卧c功率單元堆疊設置且毗鄰設有數(shù)據處理芯片的負載的位置，功率單元至少含一功率半導體器件，控制單元至少含一具備控制或者驅動能力的芯片；引腳電性連接控制單元和功率單元；控制單元用于控制功率單元，使功率單元供電給毗鄰的負載。
[0043]于一實施例中，控制單元與功率單元堆疊設置設于主板上，主板還設有數(shù)據處理芯片的所述負載。
[0044]于一實施例中，電源裝置還包括:焊盤，分布于所述功率單元的側面和所述控制單元的側面，與所述引腳電性連接。
[0045]于一實施例中，電源輸入操作最高電壓高于20V，功率單元包含:至少含一變壓器，變壓器含至少一原邊和至少一副邊；至少含一同步整流組合和一輸出電容組合；高頻能量從原邊傳遞至副邊，并通過同步整流組合整流為直流后傳遞至輸出電容整合。
[0046]于一實施例中，控制單元由嵌入式工藝實現(xiàn)，厚度低于2毫米。
[0047]于一實施例中，功率單元為諧振型電路，操作頻率高于1MHZ。
[0048]于一實施例中，控制單元上方更堆疊一輸入濾波器。
[0049]于一實施例中，功率單元為一第一級直流對直流變換器；控制單元為和一第二級直流對直流變換器的功率單元。
[0050]于一實施例中，第一級直流對直流變換器為非隔離調整型變換器；第二級直流對直流變換器為非調整隔離型變換器。
[0051]于一實施例中，第一級直流對直流變換器為隔離型變換器；第二級直流對直流變換器為非隔離調整型變換器。
[0052]于一實施例中，電源裝置還包含至少散熱單元，該散熱單元置于焊盤或者引腳組合上方，且與焊盤或者引腳間的熱阻小于5攝氏度/瓦。
[0053]于一實施例中，散熱單元與焊盤或者引腳組合之間有絕緣材料。
[0054]綜上所述，本發(fā)明的技術方案與現(xiàn)有技術相比具有明顯的優(yōu)點和有益效果。通過上述技術方案，可達到相當?shù)募夹g進步，并具有產業(yè)上的廣泛利用價值。由于本發(fā)明采用了堆疊的結構，電源的高度就可以更好利用，在一定體積下，實現(xiàn)了更小的占地面積；同時又有足夠的體積保證高的效率，實現(xiàn)了高功率壓強和高效率的兼顧。也為實現(xiàn)更高特性的數(shù)據處理設備提供了支持。
[0055]以下將以實施方式對上述的說明作詳細的描述，并對本發(fā)明的技術方案提供更進一步的解釋。
【附圖說明】
[0056]為讓本發(fā)明的上述和其它目的、特征、優(yōu)點與實施例能更明顯易懂，所附附圖的說明如下:
[0057]圖1是依照本發(fā)明一實施例的一種電源裝置的側視圖；
[0058]圖2至圖16是依照本發(fā)明實施例所繪示的電源架構及堆疊內容分配；
[0059]圖17至圖19是依照本發(fā)明實施例所繪示的控制單元與功率單元可涵蓋的內容；
[0060]圖20至圖23是依照本發(fā)明實施例所繪示的堆疊結構設計；
[0061]圖24至圖34是依照本發(fā)明實施例所繪示的引腳布置；
[0062]圖35至圖40是依照本發(fā)明實施例所繪示的散熱處理架構；以及
[0063]圖41至圖43是依照本發(fā)明實施例所繪示的磁芯配置。
【具體實施方式】
[0064]為了使本發(fā)明的敘述更加詳盡與完備，可參照所附的附圖及以下所述各種實施例，附圖中相同的號碼代表相同或相似的組件。另一方面，眾所周知的組件與步驟并未描述于實施例中，以避免對本發(fā)明造成不必要的限制。
[0065]于實施方式與權利要求書中，涉及“I禹接(coupled