本实用新型涉及微电子技术领域，尤其涉及一种热电转换系统及热电转换系统供电控制装置。
背景技术：
随着现代电子技术发展，模块及器件的集成和小型化要求越来越高，尤其是现在随着芯片功能不断增强，芯片所带来的功耗也越来越高，芯片工作过程中发生热量也越来越多，小尺寸的封装要求更是加剧了封装散热的问题的严重性。
热电冷却是利用了热电转换的原理，在模组中施加一定电压就可以实现其两面形成温度差，将冷端朝向芯片面，从而将芯片功耗所带来的功耗有效的传递到模块系统板上，从而起到冷却芯片的功能。
现有技术只是利用热电冷却将芯片在做功过程中所产生的热能以热量形式散发出去，无法实现将芯片所产生的热能回收利用，造成能源浪费。
技术实现要素：
本实用新型的目的在于克服现有技术无法回收利用芯片所产生的热能的不足，提供一种热电转换系统及热电转换系统供电控制装置。
本实用新型的技术方案提供一种热电转换系统，包括：电源管理模块、功率器件芯片、以及具有热电耦合器件的热电冷却基板，所述电源管理模块包括充电电池单元和外接电源单元，所述热电冷却基板的正面设置有覆盖所述热电冷却基板的电路层，所述电源管理模块和所述功率器件芯片通过所述电路层与所述热电冷却基板电互连，所述电源管理模块和所述功率器件芯片埋置在有机树脂层内。
进一步的，所述热电冷却基板的背面设置有焊球阵列球。
进一步的，所述热电冷却基板包括承载板，所述承载板上设有至少一个与热电耦合器件相对应的器件通孔组，所述热电耦合器件嵌入所述器件通孔组内，所述热电耦合器件对应的位置设有裸露出所述热电耦合器件上的管脚的开孔，所述承载板上还设有穿透所述承载板的穿模通孔，所述穿模通孔内填镀通孔金属，所述承载板的底部和顶部分别设有与所述通孔金属和所述管脚电连接的内层布线层，所述内层布线层上设有覆盖所述内层布线层的外层介质层，所述外层介质层与所述穿模通孔对应的位置设有盲孔，所述外层介质层上设有通过所述盲孔与所述管脚电连接的外层布线层，所述外层布线层覆盖所述外层介质层，所述外层布线层上设有覆盖所述外层布线层的阻焊层。
进一步的，所述承载板还包括第一子承载板和第二子承载板，所述第一子承载板上设有至少一个与所述热电耦合器件相对应的第一器件子通孔组，所述第二子承载板上设有至少一个与所述热电耦合器件相对应的第二器件子通孔组，所述热电耦合器件嵌入所述第一器件子通孔组和所述第二器件子通孔组内。
进一步的，所述第一子承载板的顶部设有与所述第一器件子通孔组内的所述热电耦合器件电连接的第一互连布线层，所述第二子承载板的底部设有与所述第二器件子通孔组内的所述热电耦合器件电连接的第二互连布线层，所述第二子承载板的底部叠加在所述第一子承载板的顶部。
进一步的，所述热电耦合器件包括N型器件和P型器件，每个所述器件通孔组包括两个器件子通孔，所述N型器件和所述P型器件分别嵌入两个所述器件子通孔内。
本实用新型的技术方案提供一种热电转换系统供电控制装置，包括：
充电电池启动模块，用于当热电转换系统的充电电池单元的电量大于等于预先设置的阈值时，启动所述充电电池单元为所述热电转换系统的功率器件供电；
外接电源启动模块，用于当所述充电电池单元的电量小于所述预先设置的阈值时，启动所述热电转换系统的外接电源单元为所述功率器件供电。
进一步的，所述充电电池启动模块还用于：当所述外接电源单元异常时，启动所述充电电池单元为所述功率器件供电，并发送异常报警信号。
采用上述技术方案后，具有如下有益效果：将电源管理模块和功率器件芯片封装在具有热电耦合器件的热电冷却基板上，通过热电冷却基板将功率器件芯片在做功过程产生的热能转化成电能，并使用电能对电源管理模块的充电电池单元进行充电，从而实现减少热电转换系统内部的热量的同时，能够对热能进行回收利用，节能环保，提高零部件使用寿命。
附图说明
参见附图，本实用新型的公开内容将变得更易理解。应当理解：这些附图仅仅用于说明的目的，而并非意在对本实用新型的保护范围构成限制。图中：
图1是本实用新型一实施例提供的一种热电转换系统的结构示意图；
图2是本实用新型可选实施例提供的一种热电转换系统的结构示意图；
图3是本实用新型另一实施例提供的一种热电转换系统的结构示意图；
图4是本实用新型一实施例提供的一种热电转换系统供电控制装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来进一步说明本实用新型的具体实施方式。
容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型实质精神下，本领域的一般技术人员可相互替换的多种结构方式以及实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或视为对实用新型技术方案的限定或限制。
在本说明书中提到或者可能提到的上、下、左、右、前、后、正面、背面、顶部、底部等方位用语是相对于各附图中所示的构造进行定义的，它们是相对的概念，因此有可能会根据其所处不同位置、不同使用状态而进行相应地变化。所以，也不应当将这些或者其他的方位用语解释为限制性用语。
实施例一
如图1所示，图1是本实用新型提供的一实施例提供的一种热电转换系统的结构示意图，包括：电源管理模块501、功率器件芯片502、以及具有热电耦合器件503的热电冷却基板504，电源管理模块包括充电电池单元5011和外接电源单元5012，热电冷却基板504的正面设置有覆盖热电冷却基板504的电路层，电源管理模块501和功率器件芯片502通过电路层与热电冷却基板504电互连，电源管理模块501和功率器件芯片502埋置在有机树脂层505内。
具体的，热电转换系统采用以下步骤进行封装而成：
步骤S1001，电路层制作：在热电冷却基板504的正面叠层半固化材料以及铜箔材料，通过层压方式实现电路层的制作；
步骤S1002，电源管理模块组装：电源管理模块501可以通过焊接、键合、贴装等方式集成在热电冷却基板504上，并通过电路层与热电冷却基板504电互连，需要说明的是，也可以通过外接导线使热电冷却基板504与电源管理模块501实现电互连；
步骤S1003，芯片封装：功率器件芯片502可以通过焊接、键合、贴装等方式集成在热电冷却基板504上，并通过电路层与热电冷却基板504和电源管理模块501电互连，需要说明的是，也可以通过外接导线使热电冷却基板504与功率器件芯片502实现电互连；
步骤S1004，塑封料制作：通过相关设备将电源管理模块501和功率器件芯片502埋置到有机树脂内，该树脂可以为模顶(molding)胶，也可以为其他的相关的环氧、聚酰亚胺(Polyimide，PI)、苯并环丁烯(Benzocyclobutene，BCB)等树脂材料，材料的形态可以为液态、固态、膜状等，所使用的设备可以为塑封机、压膜机、高温压机等。
下面对本实用新型的热电转换系统的工作原理进行说明，具体如下：
首先，初始状态，电源管理模块501通过外接电源单元5012对功率器件芯片502进行供电，功率器件芯片502使用外接电源单元5012提供的电能做功，产生热能。其次，热电冷却基板504将功率器件芯片502在做功过程产生的热能转换成电能，并使用电能对充电电池单元5011充电。然后，电源管理模块501检测充电电池单元5011的电量，当充电电池单元5011的电量大于等于预先设置的阈值时，启动充电电池单元5011为功率器件芯片502供电，当充电电池单元5011的电量小于预先设置的阈值时，启动外接电源单元5012为功率器件芯片502供电，实现对热能的回收利用，节能环保。
本实用新型提供的热电转换系统，将电源管理模块和功率器件芯片封装在具有热电耦合器件的热电冷却基板上，通过热电冷却基板将功率器件芯片在做功过程产生的热能转化成电能，并使用电能对电源管理模块的充电电池单元进行充电，从而实现减少热电转换系统内部的热量的同时，能够对热能进行回收利用，节能环保，提高零部件使用寿命。
在其中一实施例中，热电冷却基板504上还设置有焊球阵列球506。
具体的，通过倒装焊工艺制作与芯片相连接的微凸块(micro bump)，该bump的材料可以为铜柱凸块(Copper pillar bump)等，实现与外界互连，也可以通过栅格阵列封装(Land Grid Array，LGA)、方形扁平无引脚封装(Quad Flat No-leadPackage，QFN)等焊盘形式实现外界互连。通过在热电冷却基板上设置焊球阵列球，实现热电转换系统与外界互连。
实施例二
如图2所示，图2是本实用新型可选实施例提供的一种热电转换系统的结构示意图，包括：电源管理模块601、功率器件芯片602、以及具有热电耦合器件603的热电冷却基板604，电源管理模块601包括充电电池单元6011和外接电源单元6012，热电冷却基板604的正面设置有覆盖热电冷却基板604的电路层，电源管理模块601和功率器件芯片602通过电路层与热电冷却基板604电互连，电源管理模块601和功率器件芯片602埋置在有机树脂层605内；
热电冷却基板604包括承载板606，承载板606上设有至少一个与热电耦合器件603相对应的器件通孔组607，热电耦合器件603嵌入器件通孔组607内，热电耦合器件603对应的位置设有裸露出热电耦合器件603上的管脚的开孔608，承载板606上还设有穿透承载板606的穿模通孔609，穿模通孔609内填镀通孔金属610，承载板606的底部和顶部分别设有与通孔金属610和管脚电连接的内层布线层611，内层布线层611上设有覆盖内层布线层611的外层介质层612，外层介质层612与穿模通孔609对应的位置设有盲孔613，外层介质层612上设有通过盲孔613与管脚电连接的外层布线层614，外层布线层614覆盖外层介质层612，外层布线层614上设有覆盖外层布线层614的阻焊层615。
具体的，热电冷却基板采用以下步骤进行封装：
步骤S3001，备料开槽：选取与埋置的热电耦合器件603厚度匹配的承载板606，通过激光加工或机械加工的方式按照与热电耦合器件603匹配的尺寸加工相应的器件通孔组607，用于嵌入热电耦合器件603，器件通孔组607的数量与热电耦合器件603的尺寸有关，热电耦合器件603的尺寸越大，器件通孔组607的数量越多，多个器件通孔组607均匀间隔设置在承载板606上；
步骤S3002，埋置器件：热电耦合器件603包括N型器件6031和P型器件6032，每个器件通孔组607包括两个器件子通孔，分别将N型器件6031和P型器件6032分别嵌入埋置两个器件子通孔内，主要是通过承载板层压的方式实现，在此步骤中需要选取含胶量比较多半固化材料，通过高温或真空层压方式实现热电耦合器件603的承载板内埋。N型器件6031和P型器件6032通过间隔埋置方式进行排布，最终实现其串联方式；
步骤S3003，器件互连开窗：通过激光钻孔或光敏材料曝光显影等工艺方法实现N型器件6031和P型器件6032的上下电极的开孔608，要求实现露出电极金属，同时N型器件6031和P型器件6032的pad上无胶体的残留，在激光钻孔等工艺后通过除胶渣的方式实现；
步骤S3004，穿模通孔制作：在制作好的线路层对应互连位置以及外层线路互连的位置加工机械钻孔穿模通孔，并对孔内残胶进行清除；
步骤S3005，穿模通孔金属化：在所制作的穿模通孔609内填镀金属；
步骤S3006，内层布线层制作：通过化学镀铜，电镀，塞孔，磨平，化铜、二次电镀以及图形转移加工等步骤实现对内层布线层611的制作，并完成整个冷却模组的互连的同时实现模组外部的供电的连接；
步骤S3007，外层介质层层压：在内层布线层611上面叠层半固化材料以及铜箔材料，通过层压方式实现外层介质层612的制作；
步骤S3008，叠层盲孔的加工：在相应芯片互连和外部互连的pad位置通过激光钻孔工艺方式进行盲孔613的加工；
步骤S3009，外层线路制作：通过填孔电镀的工艺方法实现盲孔613的电镀以及表层线路层金属的制作，并曝光显影图形转移和蚀刻等工艺手段实现外层布线层614制作；
步骤S3010，阻焊绿油及表面涂覆层制作：在外层布线层614丝印或层压一层阻焊层615，通过曝光显影工艺方式实现焊接pad区域的开窗。
本实用新型提供的热电转换系统，将电源管理模块和功率器件芯片封装在具有热电耦合器件的热电冷却基板上，通过热电冷却基板将功率器件芯片在做功过程产生的热能转化成电能，并使用电能对电源管理模块的充电电池单元进行充电，从而实现减少热电转换系统内部的热量的同时，能够对热能进行回收利用，节能环保，提高零部件使用寿命。
在其中一个实施例中，器件通孔组607为多个，多个器件通孔组607均匀间隔设置在承载板606上。通过多个器件通孔组，进一步提高热电冷却基板的散热功能。
在其中一个实施例中，热电耦合器件603包括N型器件6031和P型器件6032，每个器件通孔组607包括两个器件子通孔6071，N型器件6031和P型器件6032分别嵌入两个器件子通孔6071内。通过将N型器件和P型器件嵌入器件子通孔内，实现在不影响原有承载板的尺寸的同时，使热电冷却基板具有散热功能，实现小型化。
实施例三
如图3所示，图3是本实用新型另一实施例提供的一种热电转换系统的结构示意图，包括：电源管理模块701、功率器件芯片702、以及具有热电耦合器件703的热电冷却基板704，电源管理模块701包括充电电池单元7011和外接电源单元7012，热电冷却基板704的正面设置有覆盖热电冷却基板704的电路层，电源管理模块701和功率器件芯片702通过电路层与热电冷却基板704电互连，电源管理模块701和功率器件芯片702埋置在有机树脂层705内；
热电冷却基板704包括承载板706，承载板706包括第一子承载板707和第二子承载板708，第一子承载板707上设有至少一个与热电耦合器件703相对应的第一器件子通孔组709，第二子承载板708上设有至少一个与热电耦合器件703相对应的第二器件子通孔组710，热电耦合器件703嵌入第一器件子通孔组709和第二器件子通孔组710内，第一子承载板707的顶部设有与第一器件子通孔组709内的热电耦合器件703电连接的第一互连布线层711，第二子承载板708的底部设有与第二器件子通孔组710内的热电耦合器件703电连接的第二互连布线层712，第二子承载板708的底部叠加在第一子承载板707的顶部，热电耦合器件703对应的位置设有裸露出热电耦合器件703上的管脚的开孔713，承载板706上还设有穿透承载板706的穿模通孔714，穿模通孔714内填镀通孔金属715，承载板706的底部和顶部分别设有与通孔金属715和管脚电连接的内层布线层716，内层布线层716上设有覆盖内层布线层716的外层介质层717，外层介质层717与穿模通孔714对应的位置设有盲孔718，外层介质层717上设有通过盲孔718与管脚电连接的外层布线层719，外层布线层719覆盖外层介质层717，外层布线层719上设有覆盖外层布线层719的阻焊层720。
具体的，为了提高热电冷却基板将热能转换为电能的效率，热电冷却基板采用以下步骤封装：
步骤S4001，备料开槽：选取与埋置的热电耦合器件703厚度匹配的第一子承载板707和第二子承载板708，通过激光加工或机械加工的方式按照与热电耦合器件703匹配的尺寸加工相应的第一器件子通孔组709和第二器件子通孔组710，用于嵌入热电耦合器件703，第一器件子通孔组709和第二器件子通孔组710的数量与热电耦合器件703的尺寸有关，热电耦合器件703的尺寸越大，第一器件子通孔组709和第二器件子通孔组710的数量越多，多个第一器件子通孔组709和第二器件子通孔组710分别均匀间隔设置在第一子承载板707和第二子承载板708上；
步骤S4002，埋置器件：热电耦合器件703包括N型器件和P型器件，每个第一器件子通孔组709和第二器件子通孔组710分别包括两个器件子通孔，分别将N型器件和P型器件嵌入埋置两个器件子通孔内，主要是通过承载板层压的方式实现，在此步骤中需要选取含胶量比较多半固化材料，通过高温或真空层压方式实现热电耦合器件703的承载板内埋。N型器件和P型器件通过间隔埋置方式进行排布，最终实现其串联方式；
步骤S4003，器件互连开窗：通过激光钻孔或光敏材料曝光显影等工艺方法实现N型器件和P型器件的上下电极的开孔713，要求实现露出电极金属，同时N型器件和P型器件的pad上无胶体的残留，在激光钻孔等工艺后通过除胶渣的方式实现；
步骤S4004，互连线路制作：通过化学镀或物理气相沉积(Physical Vapor Deposition，PVD)方式在第一子承载板707和第二子承载板708的顶部实现制作一层种子层，然后通过电镀方式加工线路金属层，并通过线路层将埋置器件实现串联连接，从而在承载板内部形成热电冷却模块；另外分别制作上下两层器件时候分别进行上层或下层的第一互连布线层707和第二互连布线层708的制作；
步骤S4005，叠层结合：将分别埋置有热电耦合器件703的第一子承载板707和第二子承载板708制作好第一互连布线层707和第二互连布线层708之后进行对应的叠层，叠层粘结通过半固化层压工艺实现；
步骤S4006，穿膜通孔制作：在第一子承载板707和第二子承载板708上制作穿透第一子承载板707和第二子承载板708的穿模通孔714，并对孔内残胶进行清除，第一子承载板707和第二子承载板708的互连是通过穿模通孔714结构实现并联，从而可以实现冷却级联的关系；
步骤S4007，穿模通孔金属化：在所制作的穿模通孔714内填镀金属；
步骤S4008，内层布线层制作：通过化学镀铜，电镀，塞孔，磨平，化铜、二次电镀以及图形转移加工等步骤实现对内层布线层716的制作，并完成整个冷却模组的互连的同时实现模组外部的供电的连接；
步骤S4009，外层介质层层压：在内层布线层716上面叠层半固化材料以及铜箔材料，通过层压方式实现外层介质层717的制作；
步骤S4010，叠层盲孔的加工：在相应芯片互连和外部互连的pad位置通过激光钻孔工艺方式进行盲孔718的加工；
步骤S4011，外层线路制作：通过填孔电镀的工艺方法实现盲孔718的电镀以及表层线路层金属的制作，并曝光显影图形转移和蚀刻等工艺手段实现外层布线层719制作；
步骤S4012，阻焊绿油及表面涂覆层制作：在外层布线层719丝印或层压一层阻焊层720，通过曝光显影工艺方式实现焊接pad区域的开窗，得到热电冷却基板。
需要说明的是，为了提高热电冷却基板将热能转换成电能的效率，热电冷却基板也可以嵌入多层串联的带有热电耦合器件的子承载板，只要将多层子承载板实现热电耦合器件的引出和互连，使电源管理模块和功率器件芯片与其能够互连即可。
本实用新型提供的热电转换系统，将电源管理模块和功率器件芯片封装在具有热电耦合器件的热电冷却基板上，通过热电冷却基板将功率器件芯片在做功过程产生的热能转化成电能，并使用电能对电源管理模块的充电电池单元进行充电，从而实现减少热电转换系统内部的热量的同时，能够对热能进行回收利用，节能环保，提高零部件使用寿命。
实施例四
如图4所示，图4是本实用新型一实施例提供的一种热电转换系统供电控制装置的结构示意图，本实施例的热电转换系统供电控制装置用于控制实施例一-实施例三中的热电转换系统，实现电源管理模块内的充电电池单元和外接电源单元之间的供电切换。该装置包括：
充电电池启动模块901，用于当热电转换系统的充电电池单元的电量大于等于预先设置的阈值时，启动充电电池单元为热电转换系统的功率器件供电；
外接电源启动模块902，用于当充电电池单元的电量小于预先设置的阈值时，启动热电转换系统的外接电源单元为功率器件供电。
本发明提供的热电转换系统供电控制装置，通过检测电源管理模块的充电电池单元的电量，当充电电池单元的电量大于等于预先设置的阈值时，启动充电电池单元为功率器件供电，否则启动外接电源单元为功率器件供电，实现对功率器件芯片在做功过程产生的热能进行回收利用，减少热电转换系统内部的热量的同时，节能环保，提高零部件使用寿命。
在其中一个实施例中，充电电池启动模块902还用于：当外接电源单元异常时，启动充电电池单元为功率器件供电，并发送异常报警信号。
外接电源单元异常是指外接电源突然断电、短路等不能正常工作的情况。当外接电源单元异常时，通过充电电池启动模块902启动充电电池单元为功率器件供电，系统进入安全模式，自动保存数据，防止数据丢失，并通过短信、蜂鸣器等方式提醒用户。
综上所述，本实用新型提供的热电转换系统及热电转换系统供电控制装置，将电源管理模块和功率器件芯片封装在具有热电耦合器件的热电冷却基板上，通过热电冷却基板将功率器件芯片在做功过程产生的热能转化成电能，并使用电能对电源管理模块的充电电池单元进行充电，从而实现减少热电转换系统内部的热量的同时，能够对热能进行回收利用，节能环保，提高零部件使用寿命。
以上所述的仅是本实用新型的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本实用新型原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本实用新型的保护范围。