电源装置的制造方法
【技术领域】
[0001 ] 本发明是有关于一种电源装置，且特别是有关于一种电源装置的内部结构。
【背景技术】
[0002]随着人类对智能生活要求的提升，社会对数据处理的需求日益旺盛。全球在数据处理上的能耗，平均每年达到数千亿甚至数万亿度；而一个大型数据中心的占地面积可以达到数万平方米。因此，高效率和高功率密度，是这一产业健康发展的关键指标。
[0003]数据中心的关键单元是服务器，其主板通常由CPU、Chipsets、内存等等数据处理芯片和它们的供电电源及必要外围元件组成。随着单位体积服务器处理能力的提升，意味着这些处理芯片的数量、集成度也在提升，导致空间占用和功耗的提升。因此，为这些芯片供电的电源(因为与数据处理芯片同在一块主板上，又称主板电源)，就被期望有更高的效率，更高的功率密度和更小的体积，来支持整个服务器乃至整个数据中心的节能和占地面积缩小。
[0004]在服务器的中，主板(Main Board PCB)用于进行能量和信号传递。主板上放置有数据处理芯片及其供电电源。服务器的外壳高度，通常为一个标准的数值，它可以用工业标准U来定义，如1U、1.5U、2U等(1U = 1.75inch = 44.45mm)。以IU即高度约40mm(因为有装配工差等需要，IU实际尺寸不尽相同)服务器为例，主板通常为6?50层的PCB板，其造价相当昂贵。在一定服务器外壳高度的限制下，保证效率期望的同时，减小主板电源所占用主板的面积也即主板电源水平面积，不仅能减小体积，增加功率密度，而且能降低成本。本文中，称电源单位水平面积的功率为“功率压强”。
[0005]当用同一技术能力设计功率为Po的电源时，通常电源的体积V越大，其效率越容易做到较高，也即电源效率与其体积V成正比关系。而体积V等于高度H乘以水平面积S。功率压强Pp则为Po/S。限定效率为固定目标，即效率保持不变。即可得到功率压强Pp与高度H的关系:即H越大，Pp就可以越大。也即，要提高Pp，应当在高度H的利用上，思考解决方案。当然，如果是为了追求效率，根据前面的逻辑也应当充分利用高度。因此，如何利用高度是兼顾功率压强Pp和效率的关键所在。
[0006]主板电源的厚度或者说高度较好的可以做到7mm甚至更薄，因此，在一定的服务器高度的限制下，如IU高度，其上方仍可以有大于20mm的空间。而其效率可以高至90%甚至以上，由于其功耗仅仅是数据处理芯片的几分之一(如0.1倍)，事实上，有机会无需散热单元即可自行处理热问题。这样主板电源上的空间就没有充分的利用起来。
[0007]通常主板电源具体的做法一般包含两种。其一是以PCB为载体，采用分立元件组装而成。通过业界多年的努力，这种类型的主板电源实现了不错的效率和功率密度。但由于分立元件组装，需要必要的间隙、安规距离，影响了水平面积的进一步缩小，且高度不规则，也影响热的后续处理。
[0008]而主板电源的另一种做法为采用一定的封装技术，将电源各元件集成为一个很规则的元件。由于封装技术的使用，使得其功率密度显着提高，效率也不逊色，且规则的外形，有利于后续热的处理，是不错的解决方案。只是这种做法采用的封装技术，主要追求通过主板电源高度的降低来实现其体积的缩小及功率密度的提高，而一味的降低高度将限制其在占地面积上的进一步缩小。因此，该解决方案仅是追求功率密度的较好方案之一，但在追求数据中心主板电源的功率压强方面仍有较大欠缺。
【发明内容】
[0009]本发明即针对现有技术的不足之处，提出了新的解决方案，使得功率压强和效率得到最大兼顾，适合对水平面积有较大限制的应用场合，例如数据中心等数据处理场合对电源的需求。
[0010]本发明的一方面是在提供一种电源装置，其包括控制单元与功率单元，堆叠设置且毗邻负载的位置，功率单元至少含一功率半导体器件，所述控制单元至少含一具备控制或者驱动能力的芯片；引脚，电性连接控制单元和功率单元；控制单元用于控制功率单元，使功率单元供电给毗邻的负载。
[0011 ] 于一实施例中，控制单元与功率单元，堆叠设置设于主板上，所述主板还设有所述负载。
[0012]于一实施例中，电源装置还包括:焊盘，分布于所述功率单元的侧面和所述控制单元的侧面，与所述引脚电性连接。
[0013]于一实施例中，引脚包括表面贴装引脚，分布于功率单元和控制单元的外表面并与焊盘电性连接。
[0014]于一实施例中，表面贴装引脚覆盖功率单兀30%以上外表面积。
[0015]于一实施例中，引脚还包括直插引脚，直插引脚配合表面贴装引脚实现功率单元/控制单元与主板的电性连接。
[0016]于一实施例中，焊盘还分布于功率单元与焊盘所在侧面垂直的面。
[0017]于一实施例中，功率单元包括主功率单元部分和次功率单元部分，主功率单元部分的侧面分布焊盘，次功率单元部分堆叠于主功率单元部分。
[0018]于一实施例中，功率单元与负载位于主板的同一面，控制单元位于主板与功率单元相对的另一面。
[0019]于一实施例中，电源装置还包括一功率单元，两功率单元和控制单元相互之间堆叠设于主板，控制单元通过引脚控制两功率单元。
[0020]于一实施例中，两功率单元分别为一第一级直流对直流变换器的功率单元和一第二级直流对直流变换器的功率单元；控制单元包括第一级直流对直流变换器的控制单元和第二级直流对直流变换器的控制单元。
[0021]于一实施例中，第一级直流对直流变换器为隔离型直流对直流变换器；第二级直流对直流变换器为非隔离调整型直流对直流变换器。
[0022]于一实施例中，非隔离调整型直流对直流变换器比隔离型直流对直流变换器靠近主板。
[0023]于一实施例中，两功率单元中一功率单元包括一第一级直流对直流变换器的功率单元和一第二级直流对直流变换器的功率单元。
[0024]于一实施例中，第一级直流对直流变换器为隔离型直流对直流变换器，第二级直流对直流变换器为非隔离调整型直流变换器。
[0025]于一实施例中，隔离型直流对直流变换器包括:隔离型变压器、若干原边开关管和副边开关管；非隔离调整型直流变换器为负载点降压直流变换器。
[0026]于一实施例中，隔离变压器、副边开关管、用于隔离直流对直流变换器的输出电容器和负载点直流变换器设置于同一个功率单元。
[0027]于一实施例中，原边开关管设置于控制单元，控制单元还包括原边开关管驱动电路、负载点直流变换器的控制驱动电路和控制芯片。
[0028]于一实施例中，原边开关管位于靠近控制单元侧面的位置。
[0029]于一实施例中，功率单元之间、功率单元与控制单元之间填充有导热绝缘胶。
[0030]于一实施例中，功率单元与控制单元电性连接的引脚之间以及功率单元与功率单元电性连接的引脚之间填充有导电焊接材料。
[0031]于一实施例中，功率单元各包括一平面变压器，两个平面变压器共用一磁芯。
[0032]于一实施例中，磁芯的气隙设置于功率单元之间的堆叠间隙。
[0033]于一实施例中，功率单元包括若干开关器件以及承载开关器件的载板和包覆开关器件的绝缘封料；开关器件分布于靠近焊盘的位置。
[0034]于一实施例中，绝缘封料上设有配合引脚安装的凹部。
[0035]于一实施例中，功率单元还包括电感和电容，电感、电容及开关器件位于载板上靠近功率单元侧面的位置。
[0036]于一实施例中，焊盘包括一次侧群焊盘与二次侧群焊盘，一次侧群焊盘与二次侧群焊盘之间至少间隔一安规距离。
[0037]于一实施例中，一次侧群焊盘包括第一信号焊盘与第一功率焊盘，第一功率焊盘的截面积大于第一信号焊盘的截面积。
[0038]于一实施例中，二次侧群焊盘包括第二信号焊盘与第二功率焊盘，第二功率焊盘的截面积大于第二信号焊盘的截面积。
[0039]于一实施例中，第二功率焊盘的数量多于第一功率焊盘的数量。
[0040]于一实施例中，第一级直流对直流变换器为非隔离调整型直流对直流变换器；第二级直流对直流变换器为隔离非调整型直流对直流变换器。
[0041 ] 于一实施例中，第一级直流对直流变换器为升降压电路。
[0042]本发明的另一方面是在提供一种电源装置，电源装置包括:控制单元、功率单元与引脚。控制单元与功率单元堆叠设置且毗邻设有数据处理芯片的负载的位置，功率单元至少含一功率半导体器件，控制单元至少含一具备控制或者驱动能力的芯片；引脚电性连接控制单元和功率单元；控制单元用于控制功率单元，使功率单元供电给毗邻的负载。
[0043]于一实施例中，控制单元与功率单元堆叠设置设于主板上，主板还设有数据处理芯片的所述负载。
[0044]于一实施例中，电源装置还包括:焊盘，分布于所述功率单元的侧面和所述控制单元的侧面，与所述引脚电性连接。
[0045]于一实施例中，电源输入操作最高电压高于20V，功率单元包含:至少含一变压器，变压器含至少一原边和至少一副边；至少含一同步整流组合和一输出电容组合；高频能量从原边传递至副边，并通过同步整流组合整流为直流后传递至输出电容整合。
[0046]于一实施例中，控制单元由嵌入式工艺实现，厚度低于2毫米。
[0047]于一实施例中，功率单元为谐振型电路，操作频率高于1MHZ。
[0048]于一实施例中，控制单元上方更堆叠一输入滤波器。
[0049]于一实施例中，功率单元为一第一级直流对直流变换器；控制单元为和一第二级直流对直流变换器的功率单元。
[0050]于一实施例中，第一级直流对直流变换器为非隔离调整型变换器；第二级直流对直流变换器为非调整隔离型变换器。
[0051]于一实施例中，第一级直流对直流变换器为隔离型变换器；第二级直流对直流变换器为非隔离调整型变换器。
[0052]于一实施例中，电源装置还包含至少散热单元，该散热单元置于焊盘或者引脚组合上方，且与焊盘或者引脚间的热阻小于5摄氏度/瓦。
[0053]于一实施例中，散热单元与焊盘或者引脚组合之间有绝缘材料。
[0054]综上所述，本发明的技术方案与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。通过上述技术方案，可达到相当的技术进步，并具有产业上的广泛利用价值。由于本发明采用了堆叠的结构，电源的高度就可以更好利用，在一定体积下，实现了更小的占地面积；同时又有足够的体积保证高的效率，实现了高功率压强和高效率的兼顾。也为实现更高特性的数据处理设备提供了支持。
[0055]以下将以实施方式对上述的说明作详细的描述，并对本发明的技术方案提供更进一步的解释。
【附图说明】
[0056]为让本发明的上述和其它目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下:
[0057]图1是依照本发明一实施例的一种电源装置的侧视图；
[0058]图2至图16是依照本发明实施例所绘示的电源架构及堆叠内容分配；
[0059]图17至图19是依照本发明实施例所绘示的控制单元与功率单元可涵盖的内容；
[0060]图20至图23是依照本发明实施例所绘示的堆叠结构设计；
[0061]图24至图34是依照本发明实施例所绘示的引脚布置；
[0062]图35至图40是依照本发明实施例所绘示的散热处理架构；以及
[0063]图41至图43是依照本发明实施例所绘示的磁芯配置。
【具体实施方式】
[0064]为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照所附的附图及以下所述各种实施例，附图中相同的号码代表相同或相似的组件。另一方面，众所周知的组件与步骤并未描述于实施例中，以避免对本发明造成不必要的限制。
[0065]于实施方式与权利要求书中，涉及“I禹接(coupled