本發(fā)明涉及一種功率模塊，特別涉及一種具整合磁性組件的功率模塊。

背景技術(shù)：

隨著人類智慧化生活要求的提升以及對(duì)智能產(chǎn)品制造要求的提高、物聯(lián)網(wǎng)等的興起，社會(huì)對(duì)信息傳輸以及數(shù)據(jù)處理的需求也日益旺盛。其中針對(duì)集中式的數(shù)據(jù)處理中心而言，其最主要的關(guān)鍵單元即為服務(wù)器，而此類服務(wù)器的主機(jī)板則通常由中央處理單元(cpu)、芯片組(chipsets)、存儲(chǔ)器等等數(shù)據(jù)處理數(shù)字芯片和其供電電源及必要周邊元件所組成。然而隨著單位體積內(nèi)服務(wù)器處理能力的提升，也意味著這類數(shù)字芯片的數(shù)量、集成度亦隨之提升，進(jìn)而導(dǎo)致空間占用率和功耗的提升。因此，系統(tǒng)為這些數(shù)字芯片所提供的電源(因?yàn)榕c數(shù)據(jù)處理芯片同在一塊主機(jī)板上，又稱主機(jī)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(gè)服務(wù)器乃至整個(gè)數(shù)據(jù)中心的節(jié)能和占用面積的縮減。

由于前述數(shù)字芯片的供電要求通常以低電壓及大電流為之，而為了減少輸出引線的損耗和阻抗影響，多于主機(jī)板的位置上為其設(shè)置直接供電的電源，以盡量靠近數(shù)字芯片。因此，這類直接為芯片供電的電源，即被稱為點(diǎn)電源(pointoftheload，pol)。而這類點(diǎn)電源的輸入需要其他電源來提供。目前點(diǎn)電源典型的輸入電壓為12v左右。

另一方面，對(duì)于分散式的信息終端應(yīng)用而言，由于構(gòu)成元件及數(shù)字芯片等，其必須被集成在很小的空間內(nèi)并在長時(shí)間內(nèi)持續(xù)工作，而且其供電通常是采較低的工作電壓為之，通常由3v至5v的電池等電能存放裝置提供。因此為其供電的電源對(duì)高效率和高功率密度的要求更加迫切。

目前，針對(duì)低壓直流/直流(dc/dc)轉(zhuǎn)換場合，通常直接使用降壓式變換電路(buckcircuit)來實(shí)現(xiàn)，輸出0v至5v之間的各種電壓給相應(yīng)的數(shù)字芯片。如圖1所示，其是公開一降壓式變換電路的電路圖。降壓式變換電路包 括輸入濾波電容器cin、主開關(guān)管q1、續(xù)流管q2、電感器l以及輸出電容器co。輸入濾波電容器cin是與一電源連接，以接收輸入電壓vin。主開關(guān)管q1是進(jìn)行導(dǎo)通與截止的切換運(yùn)作，以調(diào)整輸出電壓vo及輸出電流io。降壓式變換電路的輸出電壓vo可提供能量給一負(fù)載rl，即如數(shù)字芯片或中央處理單元(cpu)等。

為了提升電源模塊性能，目前業(yè)界都在半導(dǎo)體部分和電感器l的優(yōu)化上分別努力，雖都做到相當(dāng)程度，但也使得兩者優(yōu)化的空間越來越小，限制了進(jìn)一步優(yōu)化的實(shí)現(xiàn)。

因此，如何發(fā)展一種新的功率模塊來解決現(xiàn)有技術(shù)所面臨的問題，實(shí)為本領(lǐng)域極需面對(duì)的課題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種功率模塊，其同時(shí)整合磁性組件與開關(guān)元件，使功率模塊可實(shí)現(xiàn)高效率及高功率密度，以有效降低功率模塊對(duì)系統(tǒng)主機(jī)板資源的占用，進(jìn)一步提高功率模塊產(chǎn)品的競爭力。

本發(fā)明另一目的在于提供一種功率模塊，其同時(shí)整合磁性組件與開關(guān)元件，以簡化工藝，增加可為設(shè)計(jì)的變化，同時(shí)優(yōu)化電路特性，集合更多功能于功率模塊之中。

本發(fā)明再一目的在于提供一種功率模塊，其磁性組件可通過調(diào)整上下磁芯之間的氣隙來調(diào)整磁性組件參數(shù)性能，且上下磁芯組合結(jié)構(gòu)可降低所需通孔的厚度，增加布線密度。另一方面，以磁性組件的磁芯作為載板，可提供機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)而減少功率模塊的整體厚度，提升產(chǎn)品的競爭力。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明提供一種功率模塊，包括磁性組件、開關(guān)元件、第一上導(dǎo)接部及第一側(cè)壁導(dǎo)接線路。磁性組件包括第一磁芯、第二磁芯以及容置空間。第一磁芯具有第一上表面、第一下表面及多個(gè)第一側(cè)壁通孔。第二磁芯與第一磁芯相組接。容置空間形成于第一磁芯及第二磁芯之間。開關(guān)元件設(shè)置于第一磁芯的第一上表面，且位于該容置空間之內(nèi)。第一上導(dǎo)接部設(shè)置于第一磁芯的第一上表面，且電連接至開關(guān)元件。第一側(cè)壁導(dǎo)接線路設(shè)置于第一側(cè)壁通孔，且電連接于第一上導(dǎo)接部。

為達(dá)上述目的，本發(fā)明更提供一種功率模塊，包括磁性組件、開關(guān)元件、 第一上導(dǎo)接部、第一下導(dǎo)接部及第一側(cè)導(dǎo)接線路。磁性組件具有容置空間、第一上表面、第一下表面及多個(gè)第一側(cè)壁通孔。第一上表面相對(duì)于第一下表面，第一側(cè)壁通孔連通于第一上表面及第一下表面之間，容置空間形成于第一上表面之上。開關(guān)元件設(shè)置于第一上表面，且位于容置空間之內(nèi)。第一上導(dǎo)接部設(shè)置于第一上表面，且電連接至該開關(guān)元件。第一下導(dǎo)接部設(shè)置于第一下表面。第一側(cè)壁導(dǎo)接線路設(shè)置于第一側(cè)壁通孔，且電連接于第一上導(dǎo)接部與第一下導(dǎo)接部之間。

本發(fā)明的功率模塊是利用磁芯做為布線的載板，以提供結(jié)構(gòu)支撐功能而一并將功率模塊中不同功能的芯片元件封裝整合至兩磁芯所構(gòu)成的磁性組件上，以使功率模塊實(shí)現(xiàn)高效率及高功率密度，有效降低電源功率模塊對(duì)系統(tǒng)主機(jī)板資源的占用，進(jìn)一步提高電源功率模塊產(chǎn)品的競爭力。

附圖說明

圖1是公開一降壓式變換電路的電路圖。

圖2是公開本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的功率模塊的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖3a至3d還公開圖2所示的功率模塊的部分結(jié)構(gòu)示意圖。

圖4a至4c是公開本發(fā)明較佳實(shí)施例的功率模塊的階段制造流程示意圖。

圖5是公開本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的功率模塊的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。

圖6是公開本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。

圖7是公開本發(fā)明第四較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。

圖8是公開本發(fā)明第五較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。

圖9a至9d是公開圖8的功率模塊各階段制造流程示意圖。

圖10是公開本發(fā)明第六較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。

圖11是公開本發(fā)明第七較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。

圖12是公開本發(fā)明第八較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。

圖13是公開本發(fā)明第九較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。

圖14是公開本發(fā)明另一實(shí)施例的磁性組件的仰視圖。

其中，附圖標(biāo)記說明如下：

1：功率模塊

11：磁性組件

111：第一磁芯

1111：第一上表面

1112：第一下表面

1113：第一側(cè)壁通孔

1114：絕緣包覆層

112：第二磁芯

1121：第二上表面

1122：第二下表面

1123：第二側(cè)壁通孔

113：容置空間

114：粘結(jié)材料

115：磁柱

116：非磁性區(qū)

12：開關(guān)元件

1201：第一電極

1202：第二電極

121：金屬接線

122：封裝層

131：第一上導(dǎo)接部

132：第一下導(dǎo)接部

133：第一側(cè)壁導(dǎo)接線路

14：第一串接繞組

141：第一上層繞組

142：第一下層繞組

143：第一側(cè)壁繞組

15：第二串接繞組

151：第二上層繞組

152：第二下層繞組

153：第二側(cè)壁繞組

151’：第二上導(dǎo)接部

152’：第二側(cè)壁導(dǎo)接線路

153’：第二下導(dǎo)接部

16：電連接材料層

17：絕緣介電層

18：導(dǎo)電層

181：導(dǎo)電通孔

182：被動(dòng)元件

19：電子元件

2：磁性基板

21：通孔結(jié)構(gòu)

22：絕緣封裝層

221：通孔結(jié)構(gòu)

222：連接元件

cin：輸入濾波電容

vin：輸入電壓

q1：主開關(guān)管

q2：續(xù)流管

l：電感

co：輸出電容

vo：輸出電壓

rl：負(fù)載

具體實(shí)施方式

體現(xiàn)本發(fā)明特征與優(yōu)點(diǎn)的一些典型實(shí)施例將在后段的說明中詳細(xì)敘述。應(yīng)理解的是本發(fā)明能夠在不同的態(tài)樣上具有各種的變化，其皆不脫離本發(fā)明的范圍，且其中的說明及附圖在本質(zhì)上是當(dāng)作的對(duì)其進(jìn)行說明用，而非用于限制本發(fā)明。

圖2是公開本發(fā)明第一較佳實(shí)施例的功率模塊的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。如圖所示，本發(fā)明功率模塊1至少包括磁性組件11、開關(guān)元件12、第一上導(dǎo)接部131、第一下導(dǎo)接部132及第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133。于本實(shí)施例中，磁性組件11包 括第一磁芯111、第二磁芯112以及容置空間113。第一磁芯111及第二磁芯112兩塊磁芯通過粘結(jié)材料114貼合形成磁性組件11，即可通過調(diào)整粘結(jié)材料114的高度而調(diào)整磁性組件參數(shù)，如電感量，進(jìn)而增加可為設(shè)計(jì)的變化。第一磁芯111具有第一上表面1111、第一下表面1112及多個(gè)第一側(cè)壁通孔1113。第二磁芯112與第一磁芯111相組接。容置空間113形成于第一磁芯111及第二磁芯112之間，且位于第一上表面1111之上。開關(guān)元件12設(shè)置于第一磁芯111的第一上表面1111，且位于容置空間113之內(nèi)。開關(guān)元件12的體積與尺寸小于構(gòu)成在第一磁芯111與第二磁芯112之間的容置空間113，以使開關(guān)元件12得以充份容置于容置空間113。另外，功率模塊1的第一上導(dǎo)接部131設(shè)置于第一磁芯111的第一上表面1111，且電連接至開關(guān)元件12的第一電極1201。第一下導(dǎo)接部132設(shè)置于第一磁芯111的第一下表面1112。第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133設(shè)置于第一側(cè)壁通孔1113，且電連接于第一上導(dǎo)接部131與第一下導(dǎo)接部132之間。藉以，使開關(guān)元件12整合構(gòu)裝于磁性組件11的容置空間113內(nèi)，并通過第一電極1201、第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133與第一下導(dǎo)接部132的導(dǎo)接路徑，俾使開關(guān)元件12實(shí)現(xiàn)輸入輸出。該導(dǎo)接路徑部分穿過磁性組件11水平方向窗口，從而開關(guān)元件12的第一電極1201，第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133與第一下導(dǎo)接部132形成磁性組件11的一匝線圈。于本實(shí)施例中，開關(guān)元件12可為一可控元件或一不可控元件，例如可為但不限于一mosfet(金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管)，igbt(絕緣柵雙極型晶體管)，ganhemt(氮化鎵高電子遷移率晶體管)或二極管，本發(fā)明并不以此為限?？商鎿Q地，至少一開關(guān)元件12可再結(jié)合多個(gè)無源元件而設(shè)置于磁性組件11的容置空間113內(nèi)，以有效利用磁性組件11的容置空間113，視需求調(diào)變配置而實(shí)現(xiàn)高密度功率的封裝。

于本實(shí)施例中，磁性組件11還包括一粘結(jié)材料114，設(shè)置于第一磁芯111的第一上表面1111的部分，以使第二磁芯112可通過粘結(jié)材料114而部分貼附于第一磁芯111，藉此使第一磁芯111與第二磁芯112相組接。粘結(jié)材料114可由相對(duì)磁導(dǎo)率接近于1的非導(dǎo)磁材料或相對(duì)磁導(dǎo)率大于1的導(dǎo)磁材料所構(gòu)成，且不以此為限。于本實(shí)施例中，第一磁芯111為i型磁芯，第二磁芯112為u型磁芯?？商鎿Q地，第二磁芯112亦可為i型或e型磁芯，第一磁芯亦可為u型磁芯或e型磁芯。第一磁芯111及第二磁芯112的構(gòu)成材料 可分別由鐵氧體、磁性膠材、鐵粉芯、低溫共燒磁性材料或金屬導(dǎo)磁材料所構(gòu)成，且兩者并不限于需由同一種材料所構(gòu)成，第一磁芯111及第二磁芯112的構(gòu)成材料可依據(jù)實(shí)際應(yīng)用需求而任施調(diào)整與變化，本發(fā)明并不以此為限。于本實(shí)施例中，第一磁芯111上的第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133與第一下導(dǎo)接部132可由導(dǎo)電材料所構(gòu)成，其可通過例如但不限于化學(xué)蒸鍍、濺鍍、電鍍、燒結(jié)等工藝所備制的單層或多層金屬層為之，所使用的導(dǎo)電材料可選自例如但不受限于銅、銀、鎳、金等金屬材料。于其他實(shí)施例中，第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133與第一下導(dǎo)接部132亦可通過印刷、噴涂等方式形成的導(dǎo)電復(fù)合材料為之，例如但不限于導(dǎo)電銀膠。此外，于本實(shí)施例中，開關(guān)元件12可為但不限于一可控元件或一不可控元件，如二極管或金屬氧化物半導(dǎo)體場效晶體管。此外，該開關(guān)元件12可為一平面型器件或一垂直型器件。在一實(shí)施例中，開關(guān)元件可為一裸芯片。

圖3a為圖2所示的功率模塊的第一磁芯的側(cè)視圖。圖3b為圖2所示的功率模塊的第一磁芯的俯視圖。圖3c為圖2所示的功率模塊的第一磁芯的仰視圖。如圖2及圖3a至3c所示，于本實(shí)施例中，開關(guān)元件12是為平面型器件，但不以此為限。開關(guān)元件12至少具有一第一電極1201。設(shè)置于第一磁芯111的第一上表面1111上的第一上導(dǎo)接部131具有至少一個(gè)端口，如圖3b所示，與開關(guān)元件12的第一電極1201形成電氣連接。第一上導(dǎo)接部131還可具有至少一電連接線路，部分電連接線路與部分端口相連。另一方面，設(shè)置于第一磁芯111的第一下表面1112上的第一下導(dǎo)接部132具有至少一個(gè)端口，部分端口可直接作為引腳，如圖3c所示，以集成功率模塊1的功率輸入/輸出端口，控制、驅(qū)動(dòng)信號(hào)端口，以及部分電連接線路。在一實(shí)施例中，第一磁芯111的第一下表面1112可不包括第一下導(dǎo)接部132，第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133具有至少一個(gè)端口，以集成功率模塊1的功率輸入/輸出端口，控制、驅(qū)動(dòng)信號(hào)端口。通過第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133的導(dǎo)接，第一上導(dǎo)接部131與第一下導(dǎo)接部132各線路端口相對(duì)位置可為的組合變化，均可視應(yīng)用需求而自由變化，本發(fā)明并不以此為限。

于一些實(shí)施例中，為增加第一磁芯111的絕緣性質(zhì)或?qū)τ诘谝淮判?11與第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133及第一下導(dǎo)接部132等導(dǎo)電線路之間的耐壓要求比較高時(shí)，可于第一磁芯111的第一上表面1111、第一下 表面1112及多個(gè)第一側(cè)壁通孔1113的表面先行設(shè)置一絕緣材料層。圖3d是公開本發(fā)明另一佳實(shí)施例的第一磁芯的側(cè)視圖。于本實(shí)施例中，第一磁芯111更具有一絕緣包覆層1114，設(shè)置于第一上表面1111、第一下表面1112及多個(gè)第一側(cè)壁通孔1113，以隔絕第一磁芯111與第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133及第一下導(dǎo)接部132等導(dǎo)電線路。其中絕緣包覆層1114的形成可通過例如但不限于層壓、印刷、浸漬、噴涂、氣相沉積等方式為之。第一側(cè)壁通孔1113表面的絕緣包覆層1114除了可以前述方式為之外，更可于通孔結(jié)構(gòu)填埋絕緣材料后再通過鉆孔或截切而形成。同樣地，第二磁芯112亦可如第一磁芯111增設(shè)絕緣包覆層1114，于此便不再贅述。

于前述實(shí)施例中，第一上導(dǎo)接部131及第一下導(dǎo)接部132通過第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133的電連接而于第一磁芯111構(gòu)成所需的導(dǎo)接線路。因此，本發(fā)明的功率模塊1更可通過整合的工藝而一并量產(chǎn)制得。圖4a至4c是公開本發(fā)明較佳實(shí)施例的功率模塊的階段制造流程示意圖。首先提供一具較大面積的磁性基板2，該磁性基板2的尺寸遠(yuǎn)大于需構(gòu)成磁性組件的第一磁芯的尺寸，于本實(shí)施例中，如圖4a所示的虛線是標(biāo)示出后續(xù)刀具將去除的截切區(qū)域，兩虛線的間距即為截切刀具所將截切去除的厚度；藉此該磁性基板2將可構(gòu)成2×2＝4組功率模塊1的第一磁芯111，即圖4a中每一虛線框選的封密區(qū)域即為單一磁性組件11的第一磁芯111的構(gòu)成區(qū)域。爾后，于多個(gè)第一側(cè)壁通孔1113所構(gòu)成的位置上，通過例如但不限于機(jī)械鉆孔、鐳射鉆孔、噴砂鉆孔、水刀鉆孔、化學(xué)蝕刻、等離子蝕刻等物理或化學(xué)的方法形成多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)21。接著，再通過例如但不限于化學(xué)鍍、濺射沉積等方法在磁性基板2的上下表面形成一上層金屬化層及一下層金屬化層(未圖示)。于本實(shí)施例中，該上層金屬化層及下層金屬化層并不限定為單一材料或者單一層數(shù)所構(gòu)成者，兩者均可以根據(jù)不同功能需求被設(shè)置成多層，以增加結(jié)合力或防止相鄰材料之間發(fā)生相互反應(yīng)，本發(fā)明并不以此為限。隨后，通過例如但不限于銅的金屬電鍍的方式，即可于多個(gè)通孔結(jié)構(gòu)21內(nèi)形成導(dǎo)電通孔(未圖示)，同時(shí)增加上層金屬化層及下層金屬化層的厚度。于本實(shí)施例中，導(dǎo)電通孔、上層金屬化層及下層金屬化層的較佳厚度范圍為5微米至300微米，可提供極佳的導(dǎo)電導(dǎo)熱性質(zhì)。通孔結(jié)構(gòu)21中可部分或完全填具導(dǎo)電材料，亦可于部分填具導(dǎo)電材料后再以絕緣或復(fù)合材料補(bǔ)強(qiáng)結(jié)構(gòu)，本發(fā)明并不以此為限。接著，通過 掩模顯影蝕刻工藝，即可分別通過在一掩模層保護(hù)下，對(duì)上層金屬化層及下層金屬化層進(jìn)行選擇性蝕刻，以定義出所需的多組第一上導(dǎo)接部131及第一下導(dǎo)接部132線路圖形，如圖4b所示。最后，以截切刀具沿兩虛線標(biāo)示的截切區(qū)域進(jìn)行截切后，即獲致4組功率模塊1的第一磁芯111，如圖4c所示。由于每一組功率模塊1的第一磁芯111均具獨(dú)立的第一上導(dǎo)接部131、第一下導(dǎo)接部132及第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133等導(dǎo)電線路，故每一個(gè)第一磁芯111可各自再組裝上至少一開關(guān)元件12，并將第二磁芯112通過粘結(jié)材料114貼附在第一磁芯111上而將開關(guān)元件12包覆于容置空間113內(nèi)，即可構(gòu)成如圖2所示的功率模塊1。于本實(shí)施例中，沿規(guī)則排列的通孔結(jié)構(gòu)21截切磁性基板2，便可獲致第一磁芯111的側(cè)壁與多個(gè)第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133的結(jié)構(gòu)，于大量同步生產(chǎn)時(shí)除可簡化工藝外，更可避免磁性組件于空間利用上的浪費(fèi)。此外本發(fā)明的功率模塊1同步整合第一磁芯111及第二磁芯112。同樣在滿足相同電感量以及平面尺寸的情況下，單塊磁芯的厚度將會(huì)是兩塊磁芯的兩倍。因此單塊磁芯結(jié)構(gòu)除了會(huì)增加磁芯鉆孔的難度外，其完整鉆孔的通孔亦將受電鍍工藝限制的影響，若采用單塊厚磁芯結(jié)構(gòu)時(shí)將會(huì)明顯增加鉆孔直徑，而引起空間的浪費(fèi)。除了工藝性的考量外，若采用單一磁芯，材料的特性就完全被磁芯的材料本身所決定。本發(fā)明的功率模塊1的磁心元件11采第一磁芯111與第二磁芯112的組合，可以通過調(diào)整磁芯之間的氣隙或任一材料的組合而增加設(shè)計(jì)的緯度，實(shí)現(xiàn)優(yōu)化的整體性能。

圖5是公開本發(fā)明第二較佳實(shí)施例的功率模塊的結(jié)構(gòu)側(cè)視圖。于本實(shí)施例中，該功率模塊1a是與圖2所示的功率模塊1相似，且相同的元件標(biāo)號(hào)代表相同的元件、結(jié)構(gòu)與功能，于此不再贅述。不同于圖2所示的功率模塊1，本實(shí)施例的功率模塊1a還包括第一串接繞組14及第二串接繞組15，其分別設(shè)置于第一磁芯111及第二磁芯112上。第一串接繞組14具有第一上層繞組141，第一下層繞組142及第一側(cè)壁繞組143。第一上層繞組141設(shè)置于第一磁芯111的第一上表面1111。第一下層繞組142設(shè)置于第一磁芯111的第一下表面1112。第一側(cè)壁繞組143設(shè)置于第一磁芯111的兩側(cè)壁的多個(gè)第一側(cè)壁通孔1113的部分，且第一上層繞組141與第一下層繞組142通過第一側(cè)壁繞組143以串接方式連接構(gòu)成第一串接繞組14。另一方面，第二串接繞組15具有第二上層繞組151，第二下層繞組152及第二側(cè)壁繞組153。第二上層繞 組151設(shè)置于第二磁芯112的第二上表面1121。第二下層繞組152設(shè)置于第二磁芯112的第二下表面1122。第二側(cè)壁繞組153設(shè)置于第二磁芯112的兩側(cè)壁的多個(gè)第二側(cè)壁通孔1123的部分，且第二上層繞組151與第二下層繞組152通過第二側(cè)壁繞組153以串接方式連接構(gòu)成第二串接繞組15。其中第二磁芯112上的第二串接繞組15可通過一電連接材料層16而導(dǎo)接至第一磁芯111上的第一串接繞組14。第一串接繞組14與第二串接繞組15的電連接可采串聯(lián)連接或并聯(lián)方式為之。當(dāng)?shù)谝淮永@組14與第二串接繞組15并聯(lián)時(shí)，可增加功率模塊1a的通流能力減小繞組損耗。而當(dāng)?shù)谝淮永@組14與第二串接繞組15串聯(lián)時(shí)，可增加功率模塊1a中繞組的匝數(shù)。于其他實(shí)施例中，第一串接繞組14與第二串接繞組15的布線設(shè)計(jì)更可進(jìn)行串并聯(lián)混合式連接，本發(fā)明并不以此為限。此外，第一串接繞組14與第二串接繞組15構(gòu)成于第一磁芯111與第二磁芯112的方式，與前述實(shí)施例中，第一上導(dǎo)接部131、第一下導(dǎo)接部132及第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133等導(dǎo)接電路構(gòu)成于第一磁芯11的方式相同，于此不再贅述?？商鎿Q地，于一些實(shí)施例中，開關(guān)元件12與第一上導(dǎo)接部131亦可構(gòu)成一匝線圈。

圖6是公開本發(fā)明第三較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。于本實(shí)施例中，該功率模塊1b是與圖5所示的功率模塊1a相似，且相同的元件標(biāo)號(hào)代表相同的元件、結(jié)構(gòu)與功能，于此不再贅述。不同于圖5所示的功率模塊1a，本實(shí)施例的功率模塊1b還包括一絕緣介電層17以及一導(dǎo)電層18。絕緣介電層17是設(shè)置于第一上導(dǎo)接部131及第一串接繞組14的第一上層繞組141之上，并可至少部分裸露第一上導(dǎo)接部131或第一串接繞組14的第一上層繞組141。部分裸露可通過打孔等方式實(shí)現(xiàn)，于絕緣介電層17上形成一導(dǎo)電通孔181，電連接于導(dǎo)電層18及第一上導(dǎo)接部131或?qū)щ妼?8及第一上層繞組141之間，以使導(dǎo)電層18可并聯(lián)或串聯(lián)至第一上導(dǎo)接部131或第一串接繞組14，而達(dá)到不同的應(yīng)用目的。例如導(dǎo)電層18可提供但不限于emi屏蔽作用，當(dāng)?shù)谝簧蠈?dǎo)接部131為功率層時(shí)，為避免其通過的電流和磁芯之間形成的漏磁通而作用到比較敏感的回路，導(dǎo)電層18的布設(shè)區(qū)塊至少有部分是可提供屏蔽的技術(shù)效果。可替換地，于其他實(shí)施例中，導(dǎo)電層18亦可做為開關(guān)元件12與第一上導(dǎo)接部131間的連接電路，或于其上再增設(shè)一被動(dòng)元件182而一并整合于容置空間113內(nèi)，實(shí)現(xiàn)更為復(fù)雜的電路設(shè)計(jì)，本發(fā)明并不以此為限， 且不再贅述。

圖7是公開本發(fā)明第四較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。于本實(shí)施例中，該功率模塊1c是與圖6所示的功率模塊1b相似，且相同的元件標(biāo)號(hào)代表相同的元件、結(jié)構(gòu)與功能，于此不再贅述。不同于圖6所示的功率模塊1b采用覆晶方式整合開關(guān)元件12，本實(shí)施例的功率模塊1c所整合的開關(guān)元件12是通過一金屬接線121而導(dǎo)接至上層導(dǎo)接電路層131。且功率模塊1c更具封裝層122，于開關(guān)元件12構(gòu)裝于第一磁芯111，并通過粘結(jié)材料114與第二磁芯112貼合后，再以封裝層122灌封容置空間113，包覆封裝的開關(guān)元件12。于進(jìn)行灌封時(shí)，為了防止第一磁芯111第一下表面1112的下層導(dǎo)接電路層132，可先行以薄膜材料進(jìn)行保護(hù)。此外，構(gòu)裝開關(guān)元件12的第一磁芯111通常采前述實(shí)施例的連片方式生產(chǎn)，為了灌封過程中的有效排氣，可以于第二磁芯112上設(shè)置有排氣孔(未圖示)，該排氣孔可為排氣功能而制作的氣孔，亦可為第二磁芯112中連接上下層電路而未被完全填實(shí)的第二側(cè)壁通孔1123(請(qǐng)參閱圖5)，本發(fā)明并不以此為限。

圖8是公開本發(fā)明第五較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。圖9a至9d是公開圖8所示的功率模塊各階段制造流程示意圖。如圖8及圖9a至9d所示，于本實(shí)施例中，功率模塊1d是與圖6所示的功率模塊1b相似，且相同的元件標(biāo)號(hào)代表相同的元件、結(jié)構(gòu)與功能，于此不再贅述。不同于圖6所示的功率模塊1b，本實(shí)施例的功率模塊1具有一嵌入式的開關(guān)元件12。首先，如圖9a所示，將開關(guān)元件12貼合于已構(gòu)成有第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133及第一下導(dǎo)接部132等導(dǎo)電線路的第一磁芯111的第一上表面1111，其中形成第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133及第一下導(dǎo)接部132等導(dǎo)電線路的方法與圖4a至4c中所示者相同，于此不再贅述。接著，通過例如但不限于熱壓、旋涂等方式，于第一磁芯111的第一上表面1111上形成一絕緣封裝層22，且覆蓋于開關(guān)元件12之上，如圖9b所示。隨后，通過例如但不受限于激光鉆孔、機(jī)械鉆孔等方式，形成通孔結(jié)構(gòu)221而使開關(guān)元件12的第一電極1201與第一上導(dǎo)接部131得以部分裸露，如圖9c所示，其中開關(guān)元件12的第一電極1201與第一上導(dǎo)接部131裸露的部分即為后續(xù)需金屬化導(dǎo)接的部分。接著，再通過例如但不受限于濺射、電鍍等金屬化的方式，填具通孔結(jié)構(gòu)221，同時(shí)構(gòu)成連接元件222的結(jié)構(gòu)，如圖9d所示。最后，通 過粘結(jié)材料114，將前述構(gòu)成有嵌入式開關(guān)元件12的第一磁芯111再通過粘結(jié)材料114與第二磁芯112貼合。于本實(shí)施例中，開關(guān)元件12的整合是采嵌入式布線方式實(shí)現(xiàn)，故更利于多層布線的實(shí)施，可進(jìn)一步優(yōu)化電路特性，同時(shí)集合更多功能。例如emi屏蔽保護(hù)功能等，本發(fā)明并不以此為限。此外，隨著半導(dǎo)體工藝技術(shù)的日益進(jìn)步，如芯片類的嵌入式開關(guān)元件12的厚度也越來越薄，甚至已低于50微米以下。由于本發(fā)明采用第一磁芯111作為承載電路的基板，可提供足夠的機(jī)械強(qiáng)度來支撐結(jié)構(gòu)，所以例如裸芯片等開關(guān)元件12亦可整合于本發(fā)明的磁性組件11中。于一些實(shí)施例中，絕緣封裝層22可以被設(shè)置覆蓋于整個(gè)第一磁芯111整個(gè)表面之上，上下磁芯貼合位置的多余材料可以在后道工序中采用鐳射、機(jī)械切割、銑等方式去除。于一些實(shí)施例中，第一磁芯111與第二磁芯112之間的容置空間113的空隙更可填充高粘結(jié)強(qiáng)度的膠材，或者高導(dǎo)磁材料的磁性膠，本發(fā)明并不以此為限。

圖10是公開本發(fā)明第六較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。于本實(shí)施例中，該功率模塊1e是與圖8所示的功率模塊1d相似，且相同的元件標(biāo)號(hào)代表相同的元件、結(jié)構(gòu)與功能，于此不再贅述。不同于圖8所示的功率模塊1d，本實(shí)施例的功率模塊1e的磁性組件11更由第一磁芯111、第二磁芯112及多個(gè)磁柱115所構(gòu)成。其中第一磁芯111與第二磁芯112均為i型磁芯，多個(gè)磁柱115通過粘結(jié)材料114組接于第一磁芯111與第二磁芯112之間。相較于圖8的磁性組件11由i型的第一磁芯111與u型的第二磁芯112構(gòu)成，本實(shí)施例中，兩i型的第一磁芯111與第二磁芯112更易于控制尺寸，也有助于第二磁芯112上形成導(dǎo)接電路。此外，更利于控制粘結(jié)材料114的厚度，即磁性組件11的氣隙。同時(shí)也可降低封裝灌膠的工藝要求。可替換地，第一磁芯111、第二磁芯112及多個(gè)磁柱115所構(gòu)成的磁性組件亦可應(yīng)用于前述實(shí)施例中，其他例如但不受限于覆晶型、金屬接線型、平面型或垂直型開關(guān)元件12的構(gòu)裝均得以整合于第一磁芯111與第二磁芯112構(gòu)成的容置空間113內(nèi)，于此不再贅述。

圖11是公開本發(fā)明第七較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。于本實(shí)施例中，該功率模塊1f是與圖5所示的功率模塊1a相似，且相同的元件標(biāo)號(hào)代表相同的元件、結(jié)構(gòu)與功能，于此不再贅述。不同于圖5所示的功率模塊1a，本實(shí)施例的功率模塊1f還包含一電子元件19，設(shè)置于第二磁芯112的第二上 表面1121，其中，該電子元件19可為但不限于電阻、電容、功率芯片、或其他周邊電子元件。當(dāng)電子元件19因厚度大于容置空間113而無法容置于其中時(shí)，電子元件19便可設(shè)置于同樣可提供作為結(jié)構(gòu)載板功能的第二磁芯112的第二上表面1121上。另外，于本實(shí)施例中，功率模塊1f的第一磁芯111上設(shè)置有第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133及第一下導(dǎo)接部132等導(dǎo)電線路外，功率模塊1f還包含第二上導(dǎo)接部151’、第二側(cè)壁導(dǎo)接線路152’及第二下導(dǎo)接部153’，分別設(shè)置于第二磁芯112的第二上表面1121、第二磁芯112的第二側(cè)壁通孔1123及第二磁芯112的第二下表面1122。第一上導(dǎo)接部131與第二下導(dǎo)接部153’更通過一電連接材料層16連接。因此，功率模塊1f便得以整合并增加布線密度。由于本發(fā)明第一磁芯111與第二磁芯112均具機(jī)械強(qiáng)度且可作為載板之用，故磁性組件11構(gòu)成的容置空間113可因應(yīng)開關(guān)元件12及附加的電子元件19的尺寸調(diào)變配置，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)高密度功率的封裝。

圖12是公開本發(fā)明第八較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。于本實(shí)施例中，該功率模塊1g是與圖6所示的功率模塊1b相似，且相同的元件標(biāo)號(hào)代表相同的元件、結(jié)構(gòu)與功能，于此不再贅述。不同于圖6所示的功率模塊1b，本實(shí)施例的功率模塊1g的磁性組件11由第一磁芯111及第二磁芯112所構(gòu)成，且第二磁芯112設(shè)置于第一磁芯111的第一上表面1111的部分區(qū)域，并形成容置空間113。于本實(shí)施例中，功率模塊1g還包含一電子元件19，設(shè)置于第一磁芯111的第一上表面1111，且不與第二磁芯112及容置空間113重疊，并電連接至第一上導(dǎo)接部131、第一側(cè)壁導(dǎo)接線路133與第一下導(dǎo)接部132。其中，該電子元件19可為但不限于電阻、電容、功率芯片、或其他周邊電子元件。于實(shí)際應(yīng)用時(shí)，電子元件19因容積或厚度大于容置空間113而無法容置于其中，但由于第一磁芯111可同時(shí)提供作為結(jié)構(gòu)載板的功能，故功率模塊1g可將電子元件19與設(shè)置于容置空間113的開關(guān)元件12一并整合于第一磁芯111的第一表面1111上，藉以有效地整合并增加布線密度，進(jìn)而減少功率模塊1g的整體厚度，提升產(chǎn)品的競爭力。

圖13是公開本發(fā)明第九較佳實(shí)施例的功率模塊的側(cè)視圖。于本實(shí)施例中，該功率模塊1h是與圖5所示的功率模塊1a相似，且相同的元件標(biāo)號(hào)代表相同的元件、結(jié)構(gòu)與功能，于此不再贅述。不同于前述實(shí)施例包含的平面型器 件，于本實(shí)施例中該功率模塊1h的開關(guān)元件12更為一垂直型器件。如圖所示，該功率模塊1h的開關(guān)元件12具有一第一電極1201，設(shè)置于開關(guān)元件12的下表面，且直接或間接通過一電連接層(未公開)與第一磁芯111的第一上表面1111的第一上導(dǎo)接部131電氣連接。此外，開關(guān)元件12更具有一第二電極1202，設(shè)置于開關(guān)元件12的上表面，直接或間接通過一電連接層(未公開)而電氣連接至布設(shè)于第二磁芯112的第二下表面1122的第二下導(dǎo)接部153’，且相對(duì)于開關(guān)元件12下表面的第一電極1201而構(gòu)成垂直型器件。其中開關(guān)元件12的第一電極1201與第二電極1201分別自該開關(guān)元件12的下表面及上表面導(dǎo)接而輸出，但并受不限于如本實(shí)施例中是分別與第一上導(dǎo)接部131及第二下導(dǎo)接部153’電氣連接。于一些實(shí)施例中，開關(guān)元件12的下表面的第一電極1201與上表面的第二電極1202可以通過金屬接線、連接元件或直接焊接貼合等不同方式而同時(shí)導(dǎo)接至第一上導(dǎo)接部131而自由變化構(gòu)成整合電路，本發(fā)明并不以此為限。同樣地，如圖2、圖6、圖7、圖8、圖10、圖11及圖12所載實(shí)施例中的開關(guān)元件12亦視實(shí)際應(yīng)用需求而替換成一垂直型器件，并實(shí)現(xiàn)如前述實(shí)施例的同質(zhì)應(yīng)用，本發(fā)明并不以此為限。

此外，由于前述實(shí)施例中，磁性組件11均采用第一磁芯111或第二磁芯112做為線路載板，故可減少使用不必要的結(jié)構(gòu)支撐元件避免空間利用的損失。另一方面，為避免磁性干擾的問題，除了可于第一磁芯111及第二磁芯112上集合遮罩層進(jìn)行保護(hù)外，亦可于第一磁芯111及第二磁芯112上構(gòu)成一非磁性區(qū)。圖14是公開本發(fā)明另一實(shí)施例的磁性組件的仰視圖。于本實(shí)施例中，該磁性組件11a是與圖5所示的磁性組件11相似，且相同的元件標(biāo)號(hào)代表相同的元件、結(jié)構(gòu)與功能，于此不再贅述。不同于圖5所示的磁性組件11，其結(jié)構(gòu)于第一磁芯111上還包括一非磁性區(qū)116。而其構(gòu)成方式是于第一磁芯111先形成一空心貫通區(qū)域后，再行填具絕緣材料而成。該非磁性區(qū)116同樣可布設(shè)電路或穿孔，以搭載對(duì)于磁性敏感的開關(guān)元件、電氣回路或其他電子元件。當(dāng)然，非磁性區(qū)116的構(gòu)成并不僅限于前述實(shí)施例所載的方式，且于其他實(shí)施例中，磁性組件11a亦可對(duì)應(yīng)構(gòu)成相同的非磁性區(qū)于第二磁芯112上，本發(fā)明并不以此為限。同樣地，圖6、圖7、圖8、圖10、圖11、圖12及圖13所載實(shí)施例中磁性組件11的第一磁芯111及第二磁芯112亦視實(shí)際應(yīng)用需求而構(gòu)成對(duì)應(yīng)的非磁性區(qū)，并實(shí)現(xiàn)如前述實(shí)施例的同質(zhì)應(yīng)用， 本發(fā)明并不以此為限。

于一些實(shí)施例中，針對(duì)降壓式變換電路而言，其電子元件與電感的配合并不受限，本發(fā)明是通過半導(dǎo)體和磁性組件(即電感)的整合而構(gòu)成各式應(yīng)用的功率模塊。簡單來說，電感的電感量事實(shí)上是由一閉合回路中的磁通鏈實(shí)現(xiàn)的。軟磁磁性組件的磁特性之所以得以體現(xiàn)，是基于閉合回路的電流所產(chǎn)生的磁通鏈的存在。即如磁場強(qiáng)度為一閉合回路對(duì)電流的積分(即該回路電流總和)，而磁通鏈密度則為磁材料對(duì)磁場強(qiáng)度的感應(yīng)。不同于傳統(tǒng)功率模塊的磁性組件僅以獨(dú)立電感的形式存在。本發(fā)明將例如但不受限于上下開關(guān)管組合放置在磁性組件構(gòu)成的容置空間內(nèi)，藉以于功率模塊的回路中實(shí)現(xiàn)一等效的電感。當(dāng)然，不同的電子元件組合放置在磁性組件構(gòu)成的容置空間內(nèi)，同樣得以在功率模塊的回路中實(shí)現(xiàn)一等效的電感。即于本發(fā)明的功率模塊中，任一需要電感的電流回路，可以將磁性組件的磁芯放置于該電流回路的任何位置，使該回路穿透磁性組件所構(gòu)成的容置空間內(nèi)，且電流回路包含磁性組件的有效截面積。因此，原先獨(dú)立存在的電感繞組便不再需要。從而減少了損耗和體積。而且，由于磁性組件的磁芯與電流回路中的其他元件緊密結(jié)合，更有利于減少整體構(gòu)裝的體積。本發(fā)明的功率模塊適用各種需要電感的回路應(yīng)用。例如但不受限于升壓轉(zhuǎn)換(boost)電路或諧振電路的功率模塊均適用之，本發(fā)明并不以此為限。

綜上所述，本發(fā)明提供一種功率模塊，其是利用磁芯做為布線的載板，以提供結(jié)構(gòu)支撐功能而一并將功率模塊中不同功能的芯片元件封裝整合至兩磁芯所構(gòu)成的磁性組件上，以使功率模塊實(shí)現(xiàn)高效率及高功率密度，有效降低電源功率模塊對(duì)系統(tǒng)主機(jī)板資源的占用，進(jìn)一步提高電源功率模塊產(chǎn)品的競爭力。此外，兩磁芯的表面及側(cè)壁更可利用串聯(lián)或并聯(lián)連接布設(shè)不同的繞組，提供不同應(yīng)用的繞組結(jié)構(gòu)。此外，利用側(cè)壁通孔串接而于磁性組件上形成的導(dǎo)接電路或繞組，一并整合電子元件。除可于一大面積的磁性基板上一并同步產(chǎn)制多個(gè)磁性組件，藉以簡化工藝外，側(cè)壁通孔的結(jié)構(gòu)應(yīng)用更可避免磁性組件于空間利用上的浪費(fèi)。磁性組件除可通過調(diào)整上下磁芯之間的氣隙來調(diào)整磁性組件參數(shù)性能，且上下磁芯組合結(jié)構(gòu)可降低所需通孔的厚度，增加布線密度。又，以磁性組件的磁芯作為載板，可提供機(jī)械強(qiáng)度，進(jìn)而減少功率模塊的整體厚度。另一方面，兩塊磁芯構(gòu)成的磁性組件結(jié)構(gòu)，除提供電 子元件整合并入的空間，更可依功率模塊的應(yīng)用需求而調(diào)變，進(jìn)而調(diào)整磁性組件的整體性能，并增加可為設(shè)計(jì)的變化。同時(shí)多重表面空間的提供亦有助于多層布線的施行，更可進(jìn)一步優(yōu)化電路特性，同時(shí)集合更多功能于功率模塊之中。

本發(fā)明得由本領(lǐng)域技術(shù)人員任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附權(quán)利要求所欲保護(hù)的范圍。