阅读说明：本技术 电源模组和电源模组制作方法 (Power module and manufacturing method thereof ) 是由 包宇君 何正鸿 于 2020-05-26 设计创作，主要内容包括：本发明提供了一种电源模组和电源模组制作方法,设计电源模组技术领域。该电源模组包括基板和电感,基板内设有容置空腔和至少一个冷却装置,冷却装置设于容置空腔的外壁,电感安装在容置空腔内。电感产生的热量经过容置空腔的外壁传导至冷却装置,冷却装置用于吸收电感产生的热量并将其传导至基板外。该电源模组散热性能好,能有效将电感产生的热量传导至基板外,延长电源模组的使用寿命。(The invention provides a power supply module and a manufacturing method thereof, and belongs to the technical field of power supply modules. The power module comprises a substrate and an inductor, wherein a containing cavity and at least one cooling device are arranged in the substrate, the cooling device is arranged on the outer wall of the containing cavity, and the inductor is arranged in the containing cavity. The heat generated by the inductor is conducted to the cooling device through the outer wall of the accommodating cavity, and the cooling device is used for absorbing the heat generated by the inductor and conducting the heat to the outside of the substrate. The power module has good heat dissipation performance, can effectively conduct heat generated by the inductor to the outside of the substrate, and prolongs the service life of the power module.)

电源模组和电源模组制作方法

技术领域

本发明涉及电源模组技术领域，具体而言，涉及一种电源模组和电源模组制作方法。

背景技术

随着半导体行业的快速发展，电子产品的功能越来越丰富多样，并且趋于微型化、薄型化发展。因此，在半导体系统封装中，电源模组封装内部集成了控制控制芯片、功率管、电子器件、电感等分立器件，随着电源模组功率需求的增加，相对应需求电感的电流就越大，电感电流越大，发热就越大，导致整个封装内部热量就越大，不利于电子产品的稳定运行。

发明内容

本发明的目的包括，例如，提供了一种电源模组和电源模组制作方法，其具有良好的散热效果，能将封装结构内部电感产生的热量转移至基板外，提高电源模组运行的安全性和稳定性，延长使用寿命。

本发明的实施例可以这样实现：

第一方面，本发明实施例提供一种电源模组，包括基板和电感，所述基板内设有容置空腔和至少一个冷却装置，所述冷却装置设于所述容置空腔的外壁，所述电感安装在所述容置空腔内；

所述电感产生的热量经过所述容置空腔的外壁传导至所述冷却装置，所述冷却装置用于吸收所述电感产生的热量并将其传导至所述基板外。

在可选的实施方式中，所述冷却装置包括设置在所述基板内的循环冷却通道，所述循环冷却通道内设有冷却液。

在可选的实施方式中，所述循环冷却通道包括相互连通的第一分段和第二分段，所述第一分段内设有所述冷却液，用于吸收所述电感产生的热量；所述第一分段和所述第二分段形成高度差，所述冷却液在所述第一分段内吸收热量变为气态进入所述第二分段，所述第二分段与所述基板换热，使气态冷却液变为液态，并流回至所述第一分段中。

在可选的实施方式中，所述第二分段包括连通的换热段和回流段，所述换热段与所述第一分段的一端连接，所述回流段与所述第一分段的另一端连接；所述回流段相对所述换热段远离所述容置空腔。

在可选的实施方式中，所述回流段与所述第一分段之间设有防回流结构，用于防止所述第一分段中的冷却液进入所述回流段中。

在可选的实施方式中，所述防回流结构为倾斜流道，所述倾斜流道靠近所述第一分段的一端相对于靠近所述回流段的一端更低。

在可选的实施方式中，所述容置空腔内设有散热胶。

第二方面，本发明实施例提供一种电源模组制作方法，包括：

提供一基板，所述基板内设有容置空腔和至少一个循环冷却通道，所述至少一个循环冷却通道设置在所述容置空腔的外壁，并在所述循环冷却通道内注入冷却液；电感贴装于所述容置空腔内；

在所述基板的表面贴装控制芯片和电子元件；

塑封所述控制芯片和所述电子元件。

在可选的实施方式中，所述提供一基板的步骤还包括：

在第一基材上设置RDL线路和铜层；

在所述第一基材上设置第二基材，在所述第二基材上设置所述循环冷却通道，并向所述循环冷却通道中注入冷却液；

在所述第二基材上设置第三基材，以密封所述循环冷却通道；

在所述第一基材、所述第二基材和所述第三基材上设置安装凹槽，所述安装凹槽与所述循环冷却通道间隔设置；

在所述安装凹槽内贴装电感；

在所述安装凹槽内填充散热胶；

在所述第三基材上设置第四基材，以封闭所述安装凹槽，形成容置空腔；所述第四基材用于设置控制芯片和电子元件，并在所述第四基材上形成塑封体，以塑封所述控制芯片和所述电子元件。

在可选的实施方式中，所述在所述第二基材上设置所述循环冷却通道的步骤还包括：

设置首尾连通的第一分段、换热段和回流段，以使所述换热段和所述回流段相对所述第一分段具有高度差，且所述第一分段靠近所述容置空腔设置，所述回流段相对所述第一分段远离所述容置空腔设置；

在所述回流段中设置防回流结构。

本发明实施例的有益效果包括，例如：

本发明实施例提供的电源模组，通过在基板内设置容置空腔，用于容纳电感，结构更加紧凑，电源模组的封装尺寸更小，有利于电子产品薄型化、微型化的设计需要。在容置空腔的外壁设置至少一个冷却装置，冷却装置用于吸收容置空腔中电感产生的热量，并将热量传递至基板外，整个电源模组封装结构的散热性能好，有效防止封装结构内部的电子器件和控制芯片等被烧坏，延长电源模组的使用寿命。

本发明实施例提供的电源模组制作方法，在基板内设置用于容纳电感的容置空腔，在容置空腔的外壁设置循环冷却通道，并向循环冷却通道内注入冷却液，冷却液用于吸收电感产生的热量，并将热量和基板进行热交换，将热量传递至基板外，对整个封装结构起到良好的散热作用。该方法制作的电源模组，散热性能好，有利于延长电源模组的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明第一实施例提供的电源模组的结构示意图；

图2为本发明第一实施例提供的电源模组的循环冷却通道的结构示意图；

图3为本发明第二实施例提供的电源模组制作方法的主要步骤示意框图；

图4为提供的第一基材的结构示意图；

图5为在第一基材上分别设置第一铜层和第二铜层的结构示意图；

图6为在第一铜层上形成第一RDL线路的示意图；

图7为设置第二基材的结构示意图；

图8为设置第三铜层的结构示意图；

图9为设置冷却装置中冷却沟槽的结构示意图；

图10为注入冷却液后的结构示意图；

图11为设置第三基材的结构示意图；

图12为设置第四铜层的结构示意图；

图13为形成安装凹槽的结构示意图；

图14为贴装电感的结构示意图；

图15为设置第四基材的结构示意图；

图16为设置第五铜层的结构示意图；

图17为设置第二RDL线路的结构示意图；

图18为设置基板背面引脚的结构示意图；

图19为设置基板背面第六铜层的结构示意图。

图标：100-电源模组；110-基板；111-容置空腔；115-安装凹槽；120-电感；121-导电胶；123-散热胶；130-控制芯片；140-电子器件；15-第二RDL线路；150-冷却装置；151-循环冷却通道；152-第一分段；153-第二分段；155-冷却液；101-底部水平段；102-吸热段；103-换热段；104-回流段；105-防回流结构；113-吸热部；114-散热部；10-第一基材；12-第二基材；13-第三基材；14-第四基材；11-第一RDL线路；16-引脚；160-塑封体；21-第一铜层；22-第二铜层；23-第三铜层；24-第四铜层；25-第五铜层；26-第六铜层。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

在本发明的描述中，需要说明的是，若出现术语“上”、“下”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，若出现术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明的实施例中的特征可以相互结合。

第一实施例

图1为本发明第一实施例提供的电源模组100的结构示意图，请参考图1。

本实施例提供的一种电源模组100，包括基板110、电感120、控制芯片130和电子器件140，基板110内设有容置空腔111和至少一个冷却装置150，冷却装置150设于容置空腔111的外壁，电感120安装在容置空腔111内。电感120产生的热量经过容置空腔111的外壁传导至冷却装置150，冷却装置150用于吸收电感120产生的热量并将其传导至基板110外，该电源模组100具有良好的散热效果，能够防止电源模组100内由于发热量过大而烧毁控制芯片130或电子器件140等。

图2为本发明第一实施例提供的电源模组100的循环冷却通道151的结构示意图，请参考图2。图中不带标号的箭头表示冷却液155的流向。

本实施例中，冷却装置150包括设置在基板110内的循环冷却通道151，循环冷却通道151内设有冷却液155。进一步地，循环冷却通道151包括相互连通的第一分段152和第二分段153，第一分段152内设有冷却液155，用于吸收电感120产生的热量；第一分段152和第二分段153形成高度差，冷却液155在第一分段152内吸收热量变为气态进入第二分段153，第二分段153与基板110换热，使气态冷却液155变为液态，并流回至第一分段152中。容易理解，由于第一分段152和第二分段153之间存在高度差，冷却液155位于相对位置较低的第一分段152，冷却液155吸收电感120的热量后变为气态的冷却液155，气态冷却液155上升进入第二分段153，第二分段153中的气态冷却液155与基板110发生热交换，冷凝为液态的冷却液155，滴落至第一分段152中。

可选地，第一分段152包括连通的底部水平段101和靠近容置空腔111的吸热段102，第二分段153包括连通的换热段103和回流段104。其中，换热段103与第一分段152的吸热段102连接，且换热短与底部水平段101相对设置，回流段104与第一分段152的底部水平段101连接；回流段104相对换热段103远离容置空腔111，即回流段104与吸热段102相对设置，回流段104相对吸热段102也远离容置空腔111。由于循环冷却通道151设置在容置空腔111的外壁，即循环冷却通道151与容置空腔111间隔设置，循环冷却通道151与容置空腔111之间间隔有基板110本体。本实施例中，第一分段152的吸热段102靠近容置空腔111设置，吸热段102与容置空腔111之间的基板110本体为基板110的吸热部113，容置空腔111内电感120产生的热量通过该吸热部113传递至循环冷却通道151的吸热段102。第二分段153中的换热段103与基板110发生热交换，靠近循环冷却通道151的换热段103的基板110本体为基板110的散热部114，该散热部114用于将换热段103中的热量传导至基板110外部，即换热段103中的气态冷却液155与散热部114换热，散热部114与外部空气换热。气态冷却液155换热后变为液态，从回流段104滴落至底部水平段101，循环用于吸收电感120产生的热量并传导至基板110外。

可选地，本实施例中，在第一分段152中注入冷却液155，即第一分段152的底部水平段101填充冷却液155，第一分段152的吸热段102填充冷却液155，为了更好地使冷却液155吸热后能变为气态，在第一分段152与第二分段153之间形成空气段，即与底部水平段101相对设置的换热段103为空气段。冷却液155注入的高度约为第一分段152中吸热段102高度的70％至90％，可选地，冷却液155注入的高度为吸热段102高度的80％或85％，这样，可以更好地形成空气段，便于冷却液155与基板110的散热部114进行热交换。

需要说明的是，回流段104与第一分段152之间设有防回流结构105，用于防止第一分段152中的冷却液155进入回流段104中。本实施例中，防回流结构105设于回流段104，详细地，在回流段104靠近底部水平段101的一端设置防回流结构105。可选地，防回流结构105为倾斜流道，倾斜流道靠近第一分段152的一端相对于靠近回流段104的一端更低。这样，在换热段103变为液态冷却液155后，从回流段104滴落，倾斜流道的设置能防止第一分段152中的液态冷却液155回流至回流段104中。当然，并不仅限于此，防回流结构105还可以是设置单向阀，或者设置多个弯曲流道，以实现防回流的目的。

本实施例中，利用循环冷却通道151将电源模组100内部电感120产生的热量传导至基板110侧壁外部环境中，并且利用循环冷却通道151内高温毛细管效应，当冷却液155的温度达到冷却液155沸点时，冷却液155受到高温汽化形成蒸汽，由于基板110的吸热部113(即吸热端)和散热部114(即冷却端)形成温差，利用热传递原理，达到循环冷却通道151内热量的流动性，将循环冷却通道151内部的热能传导至基板110侧壁外部，达到散热目的。当循环冷却通道151内换热段103的温度冷却后，气态冷却液155将被转换为液体状态，并且液体流动回落到底部水平段101，依次循环，实现循环散热效果。

需要说明的是，本实施例中，循环冷却通道151的数量可以根据实际需要设计一个、两个、三个或更多个，多个循环冷却通道151沿容置空腔111的外壁均匀间隔分布。本实施例中，图中仅示出了两个循环冷却通道151的情形，两个循环冷却通道151分布在容置空腔111的两侧，同时起到散热作用，将容置空腔111内电感120产生的热量传导至基板110外部。可选地，本实施例中的冷却液155可以是无机液体或有机液体，包括但不限于水、醇类、酮类(例如丙酮)和氨水中的任意一种或多种，并且冷却液155的沸点不高于105摄氏度(℃)。

进一步地，容置空腔111内还设有散热胶123，散热胶123充满整个容置空腔111，利用散热胶123的特性，将电感120内部的发热传导至冷却循环通道上，散热胶123的设置进一步提升散热效果，加快散热效率。容易理解，电感120的底部通过导电胶121粘贴至底部铜层上，即第六铜层26(见图19)，电感120的底部能够通过底部铜层实现散热，电感120的四周以及顶部则通过散热胶123实现散热，散热效果好。

基板110的外表面贴装控制芯片130以及电子器件140，电子器件140包括但不限于电容和电阻，由于电感120设置在基板110内部的容置空腔111中，电感120与基板110外表面的控制芯片130以及电子器件140实现堆叠，有利于热量隔离，且结构更加紧凑，占用空间小，有利于缩减整个产品的封装尺寸，实现电子产品的小型化和轻薄化设计。

本发明实施例提供的电源模组100，通过将电感120设置在基板110内的容置空腔111，并在基板110内设置封闭的循环冷却通道151，循环冷却通道151用于将电感120产生的热量传递至基板110外，有利于实现电感120内部的散热。同时，在容置空腔111内填充散热胶123，能进一步增强散热效果。并且，将电感120设置在基板110内的容置空腔111中，电感120与基板110外表面的控制芯片130以及电子器件140等实现热量隔离，且结构更加紧凑，实现电感120与控制芯片130以及电子器件140的堆叠，体积小，缩小产品的封装尺寸。

第二实施例

图3为本发明第二实施例提供的电源模组100制作方法的主要步骤示意框图，请参考图3。

本发明实施例提供一种电源模组100制作方法，主要包括以下步骤：

S100：提供一基板110，基板110内设有容置空腔111和至少一个循环冷却通道151，至少一个循环冷却通道151设置在容置空腔111的外壁，并在循环冷却通道151内注入冷却液155。容易理解，该基板110可以在板厂内完成制作。

可选地，该基板110的制作步骤包括：

图4为提供的第一基材10的结构示意图，图5为在第一基材10上分别设置第一铜层21和第二铜层22的结构示意图，图6为在第一铜层21上形成第一RDL线路11的示意图，请参考图4至图6。

S110：在第一基材10上设置第一RDL线路11和铜层。可选地，在第一基材10的两侧分别设置第一铜层21和第二铜层22，第一铜层21采用蚀刻工艺设置第一RDL线路11，制作中，将第一RDL线路11通过保护膜保护起来，不需要的铜层图形被蚀刻去除。第二铜层22用于设置引脚16或焊盘。

图7为设置第二基材12的结构示意图，图8为设置第三铜层23的结构示意图，图9为设置冷却装置150中冷却沟槽的结构示意图，请参考图7至图9。

S120：在第一基材10上设置第二基材12，在第二基材12上设置第三铜层23。第三铜层23采用蚀刻工艺设置循环冷却通道151。制作中，将循环冷却通道151通过保护膜保护起来，不需要的铜层图形被蚀刻去除。此时，循环冷却通道151为具有上方开口的冷却沟槽。可选地，该循环冷却沟槽中设置有连通的第一分段152、换热段103和回流段104，且换热段103和回流段104相对第一分段152具有高度差，且第一分段152靠近容置空腔111设置，回流段104相对第一分段152远离容置空腔111设置。在回流段104中设置有防回流结构105。

图10为注入冷却液155后的结构示意图，图11为设置第三基材13的结构示意图，图12为设置第四铜层24的结构示意图，请参考图10至图12。

S130：向循环冷却通道151中注入冷却液155。即往冷却沟槽中注入冷却液155，注入过程中，先将底部水平段101填充满冷却液155，再缓慢注入以使冷却液155漫爬升至吸热段102高度的85％左右。

S140：在第二基材12上设置第三基材13，在第三基材13上层压第四铜层24。第四铜层24用于密封冷却沟槽，形成密闭的循环冷却通道151。

图13为形成安装凹槽115的结构示意图，图14为贴装电感120的结构示意图，请参考图13和图14。

S150：形成安装凹槽115。可选地，采用蚀刻工艺和/或激光开槽方式从第四铜层24往第一铜层21的方向开槽，形成安装凹槽115。安装凹槽115开设于第四铜层24、第三基材13和第二基材12，且安装凹槽115与循环冷却通道151间隔设置；本实施例中，安装凹槽115设置在两个循环冷却通道151之间。需要说明的是，本实施例中，铜层部分的开槽可以采用蚀刻工艺实现，第二基材12和第三基材13部分的开槽可以采用激光开槽方式实现。当然，也可以是其他开槽方式，这里不作具体限定。

S160：在安装凹槽115内贴装电感120。容易理解，安装凹槽115的槽底设于第一基材10和第二基材12之间，即在安装凹槽115的槽底贴装电感120，能确保电感120与第一RDL线路11连通。可选地，电感120通过导电胶121体固定在安装凹槽115的底部，且与第一RDL线路11电连接。之后，利用点胶机台，往安装凹槽115内填充散热胶123。

图15为设置第四基材14的结构示意图，图16为设置第五铜层25的结构示意图，图17为设置第二RDL线路15的结构示意图，请参考图15至图17。

S170：在第三基材13上设置第四基材14，以封闭安装凹槽115，形成容置空腔111。在第四基材14上层压第五铜层25。可选的，采用蚀刻工艺在第五铜层25上完成第二RDL线路15，并且使第二RDL线路15与第一RDL线路11电连接。

图18为设置基板110背面引脚16的结构示意图，图19为设置基板110背面第六铜层26的结构示意图，请参考图18和图19。

S180：对第二铜层22进行蚀刻，制作基板110背面的焊盘或引脚16。对第二铜层22进行蚀刻时，将焊盘或引脚16部分用保护膜保护起来，其余不需要的地方被蚀刻去除，完成基板110背面的焊盘或引脚16的制作，见图18。在第一基材10上与安装凹槽115相对应的位置采用激光开槽方式，形成底部凹槽，并在底部凹槽中电镀第六铜层26，见图19，这样，即可实现电感120底部通过底部的第六铜层26实现散热。需要说明的是，该第六铜层26可以分别与第一RDL线路11和电感120电连接，在其他可选的实施方式中，第六铜层26也可以不与第一RDL线路11和电感120电连接，只要实现电感120底部散热即可，这里不作具体限定。

S200：在基板110的表面贴装控制芯片130和电子器件140。可选地，控制芯片130和电子器件140设置在基板110的上表面，即靠近第四基材14的一侧表面。利用机台贴装芯片和电子器件140。其中，电子器件140包括但不限于电容和电阻。

贴装后，对控制芯片130和电子器件140进行塑封保护。可选地，塑封后，可在塑封体160表面进行激光刻字，印刻所需字符。最后，利用切割刀，将塑封好的产品，切成单颗，并将切割好的单颗产品打包出库。

需要说明的是，上述步骤仅仅是制作过程中的主要步骤以及原理的阐述，并不代表实际工艺。且由于循环冷却通道151的实际结构较复杂，基板110的形成可能并不限于第一基材10、第二基材12、第三基材13和第四基材14等，铜层的设置数量也并不仅限于上述步骤，基板110的材质可采用聚丙烯等，这里不作具体限定。此外，上述步骤中也可以适当调整先后顺序，比如步骤S180可以提前到步骤S110之前或之后进行，这里不作具体限定。

本实施例中未提及的其它部分内容，与第一实施例中描述的内容相似，这里不再赘述。

本发明实施例提供的电源模组100制作方法，可在基板110内形成间隔设置的容置空腔111和循环冷却通道151，容置空腔111用于安装电感120，控制芯片130和电子器件140设置在基板110的表面，可以实现电感120与控制芯片130以及电子器件140的堆叠设置，不仅可以实现热量隔离，还能够缩小产品的封装尺寸。循环冷却通道151设置在容置空腔111的外壁，可用于吸收容置空腔111中电感120产生的热量，并将该热量循环传导至基板110外，散热效果好。电感120的四周以及顶面的热量可通过容置空腔111内的散热胶123传递至循环冷却结构中，电感120底部的热量可通过底部的第六铜层26散热。因此，通过该方法制作的电源模组100，具有良好的散热性能，防止电子产品由于封装结构内热量过多导致控制芯片130和电子器件140被烧毁，有利于延长电子产品使用寿命，并且整体封装尺寸较小。

综上所述，本发明实施例提供的电源模组100和电源模组100制作方法，具有以下几个方面的有益效果：

本发明实施例提供的电源模组100和电源模组100制作方法，通过在基板110内部设置容置空腔111，将电感120安装在容置空腔111内，实现电感120与控制芯片130以及电子器件140在空间上的堆叠，缩小封装尺寸，同时实现热量隔离。并且，在容置空腔111的外壁设置循环冷却通道151，用于吸收容置空腔111中电感120产生的热量，并将热量传导至基板110外部，实现循环冷却的目的。其中，利用循环冷却通道151内的高温毛细管效应，当冷却液155的温度达到冷却液155沸点时，冷却液155受到高温汽化形成蒸汽，由于基板110的吸热部113和散热部114形成温差，利用热传递原理，达到循环冷却通道151内热量的流动性，将循环冷却通道151内部的热能传导至基板110侧壁外部，实现散热目的。当循环冷却通道151内换热段103中冷却液155与散热部114进行热交换，其温度冷却后，气态冷却液155将被转换为液体，并且液体流动回落到底部水平段101，依次循环，实现循环散热效果。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明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发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。