电源转换器模块具有一个开关印刷电路板(PCB)，该开关PCB带有产生热量的功率晶体管。功率晶体管的接地、电源输入和电源输出通过开关PCB上的金属走线直接连接到焊接在开关PCB和系统PCB之间的中介层散热器。金属走线和中介层散热器同时将电源或接地电流和热量带离功率晶体管。这些电源和接地电流通过系统PCB和中介层散热器之间的直接焊点从中介层散热器继续流向系统PCB。中介层PCB与中介层散热器具有相同的厚度，将控制信号从系统PCB传送到开关PCB，绕过中介层散热器。中介层散热器有一个中介层部分焊接在PCB和翅片之间，超出了开关PCB的占位面积。
半导体封装，其端子焊接到所述开关PCB顶面上的焊盘上；
第一中介层散热器，其包括用于散热的冷却翅片和第一中介层部分，所述第一中介层部分的顶表面被焊接到所述开关PCB下表面的金属焊盘，所述第一中介层部分的底表面被焊接到所述系统PCB的金属焊盘；
第二中介层散热器，其包括用于散热的冷却翅片和第二中介层部分，所述第二中介层部分的顶表面被焊接到所述开关PCB下表面的金属焊盘，所述第二中介层部分的底表面被焊接到所述系统PCB的金属焊盘；中介层PCB，其顶表面的顶焊盘被焊接到所述开关PCB下表面的金属焊盘，其底表面的底焊盘被焊接到所述系统PCB的金属焊盘；
金属的第一热和电路径，其从所述半导体封装的第一端子，通过所述开关PCB的金属走线和通孔，通过所述开关PCB和所述第一中介层散热器之间的焊点，通过所述第一中介层散热器，并通过所述第一中介层散热器和所述系统PCB之间的焊点，到达所述系统PCB；以及金属的第二热和电路径，其从所述半导体封装的第二端子，通过所述开关PCB的金属走线和通孔，通过所述开关PCB和所述第二中介层散热器之间的焊点，通过所述第二中介层散热器，并通过所述第二中介层散热器和所述系统PCB之间的焊点，到达所述系统PCB；
其中，所述中介层PCB的底表面与所述第一中介层散热器的所述第一中介层部分的底表面平齐，并且与所述第二中介层散热器的所述第二中介层部分的底表面平齐；
其中，所述系统PCB的顶表面能够与所述中介层PCB、所述第一中介层散热器和所述第二中介层散热器的底表面齐平安装并焊接到焊盘。
所述半导体封装内的下拉晶体管，所述下拉晶体管的栅极由所述半导体封装的第一控制端控制，所述下拉晶体管的源极连接至所述半导体封装的接地端；
所述半导体封装内的上拉晶体管，所述上拉晶体管的栅极由所述半导体封装的第二控制端控制，所述上拉晶体管的源极或漏极连接到所述半导体封装的电源端；
所述开关PCB底表面上的金属焊盘，所述金属焊盘包括接地焊盘、电源焊盘、第一控制焊盘和第二控制焊盘；
所述开关PCB中多层图案化金属中的接地互连，所述接地互连将焊接在所述开关PCB顶表面上的所述半导体封装的接地端与所述底表面上的所述接地焊盘电连接和热连接起来；
所述开关PCB中多层图案化金属中的电源互连，所述电源互连将焊接在所述开关PCB顶表面上的所述半导体封装的电源端与所述底表面上的所述电源焊盘电连接和热连接起来；
所述开关PCB中多层图案化金属中的第一控制互连，所述第一控制互连将焊接在所述开关PCB顶表面上的所述半导体封装的第一控制端电连接到所述底表面上的所述第一控制焊盘；
所述开关PCB中多层图案化金属中的第二控制互连，所述第二控制互连将焊接在所述开关PCB顶表面上的所述半导体封装的第二控制端电连接到所述底表面上的所述第二控制焊盘；
第一中介层散热器，其包括第一冷却翅片和第一中介层部分，所述第一中介层部分的顶表面被焊接到所述开关PCB的所述接地焊盘，所述第一中介层部分的底表面被焊接到系统PCB顶表面上的接地金属焊盘；
其中，所述第一中介层散热器将接地电流从所述开关PCB传导到所述系统PCB，并使用所述第一冷却翅片散发由所述下拉晶体管产生的热量；
第二中介层散热器，其包括第二冷却翅片和第二中介层部分，所述第二中介层部分的顶表面被焊接到所述开关PCB的所述电源焊盘，所述第二中介层部分的底表面被焊接到所述系统PCB顶表面上的电源金属焊盘；
其中，所述第二中介层散热器将电源电流从所述系统PCB传导至所述开关PCB，并使用所述第二冷却翅片散发由所述上拉晶体管产生的热量；
中介层PCB，其具有多层图案化金属，所述中介层PCB的顶表面上有顶部中介层第一控制焊盘和顶部中介层第二控制焊盘，所述顶部中介层第一控制焊盘被焊接到所述开关PCB上的所述第一控制焊盘，所述顶部中介层第二控制焊盘被焊接到所述开关PCB上的所述第二控制焊盘；
所述中介层PCB的底表面上有底部中介层第一控制焊盘和底部中介层第二控制焊盘；
在所述中介层PCB中的多层图案化金属中的中介层第一控制互连，所述中介层第一控制互连将所述顶表面上的所述顶部中介层第一控制焊盘电连接到所述底表面上的所述底部中介层第一控制焊盘；
其中，所述底部中介层第一控制焊盘用于焊接到所述系统PCB顶表面上的第一控制金属焊盘；
其中，所述底部中介层第二控制焊盘用于焊接到所述系统PCB顶面上的第二控制金属焊盘。
3.根据权利要求2所述的热增强型电源转换器模块，其中所述中介层PCB的底表面与所述第一中介层散热器的所述第一中介层部分的底表面平齐，并且还与所述第二中介层散热器的所述第二中介层部分的底表面平齐；
其中，所述系统PCB的顶表面与所述中介层PCB、所述第一中介层散热器和所述第二中介层散热器的底表面齐平安装并焊接到焊盘上。
4.根据权利要求2所述的热增强型电源转换器模块，其中所述第一中介层散热器的所述第一中介层部分的顶表面和底表面之间的厚度、所述第二中介层散热器的所述第二中介层部分的顶表面和底表面之间的厚度和所述中介层PCB的顶表面和底表面之间的厚度均相同。
5.根据权利要求3所述的热增强型电源转换器模块，其中所述开关PCB具有第一边缘和与所述第一边缘相对的对立边缘；
其中，所述第一中介层散热器沿所述第一边缘安装，其中所述第一冷却翅片延伸到所述第一边缘之外；
其中，所述第二中介层散热器沿所述对立边缘安装，其中所述第二冷却翅片延伸到所述对立边缘之外。
6.根据权利要求5所述的热增强型电源转换器模块，其中所述第一中介层部分与所述第二中介层部分之间以及所述开关PCB下方形成一个空腔；其中所述中介层PCB放置在所述空腔内。
7.根据权利要求5所述的热增强型电源转换器模块，其中所述中介层PCB至少部分地位于所述第一中介层部分的凹口内或至少部分位于所述第二中介层部分的凹口内。
8.根据权利要求3所述的热增强型电源转换器模块，还包括：
在所述开关PCB的多层图案化金属中的电源输出互连，所述电源输出互连将所述开关PCB的电源输出节点电连接和热连接到所述开关PCB的底表面上的电源输出焊盘；
其中，所述上拉晶体管和所述下拉晶体管根据所述第一控制端和所述第二控制端进行电流切换，以在所述电源输出节点上产生电源输出；第三中介层散热器，其包括第三冷却翅片和第三中介层部分，所述第三中介层部分的顶表面被焊接到所述开关PCB的所述电源输出焊盘，所述第三中介层部分的底表面被焊接到所述系统PCB顶表面上的电源输出金属焊盘；
其中，所述第三中介层散热器将电源输出电流从所述开关PCB传导至所述系统PCB，并通过所述第三冷却翅片将所述上拉晶体管和所述下拉晶体管产生的热量散发出去。
9.根据权利要求8所述的热增强型电源转换器模块，其中，所述第二中介层散热器和所述第三中介层散热器沿着所述开关PCB的第一边缘安装；其中，所述第一中介层散热器沿着所述开关PCB的对立边缘安装，所述对立边缘与所述第一边缘相对。
10.根据权利要求3所述的热增强型电源转换器模块，其中所述第一冷却翅片和所述第二冷却翅片与所述开关PCB的平面平行。
11.根据权利要求3所述的热增强型电源转换器模块，其中所述第一冷却翅片和所述第二冷却翅片与所述开关PCB的平面垂直。
12.根据权利要求3所述的热增强型电源转换器模块，其中所述半导体封装的互连包括封装引线、焊球或封装引脚。
13.根据权利要求3所述的热增强型电源转换器模块，其中所述半导体封装包括两个封装，其中第一半导体封装包括所述下拉晶体管，其中第二半导体封装包括所述上拉晶体管。
形成在开关PCB中的接地走线，所述接地走线具有第一上焊盘和第一下焊盘，它们通过所述开关PCB中的金属走线和通孔连接在一起；形成在开关PCB中的电源输入走线，所述电源输入走线具有第二上焊盘和第二下焊盘，它们通过所述开关PCB中的金属走线和通孔连接在一起的；
安装在所述开关PCB上的封装中的第一功率晶体管，所述第一功率晶体管的接地端通过一个焊接到所述第一上焊盘的第一封装引线电连接；
安装在所述开关PCB上的封装中的第二功率晶体管，所述第二功率晶体管的电源输入端通过一个焊接到所述第二上焊盘的第二封装引线电连接；
第一中介层散热器，其包括冷却翅片和第一中介层部分；
第二中介层散热器，其包括冷却翅片和第二中介层部分；
其中，所述第一中介层散热器的冷却翅片和所述第二中介层散热器的冷却翅片位于所述开关PCB的周边之外；
其中，所述第一中介层部分和第二中介层部分至少部分地在所述开关PCB的周边之内；
其中，所述第一中介层部分的上表面被焊接到所述第一下焊盘，所述第一中介层部分的下表面被焊接到系统PCB的焊盘；
其中，所述第二中介层部分的上表面被焊接到所述第二下焊盘，所述第二中介层部分的下表面被焊接到所述系统PCB的焊盘；
中介层PCB，其厚度与所述第一中介层部分的厚度相同，并与所述第二中介层部分的厚度相同；以及形成在中介层PCB中的控制走线，每个控制走线都有控制上焊盘和控制下焊盘，它们通过所述中介层PCB中的金属走线和通孔连接在一起；
其中，所述控制下焊盘用于焊接至所述系统PCB的焊盘；
其中，所述中介层PCB上表面上的所述控制上焊盘被焊接到所述开关PCB下表面的下焊盘。
15.根据权利要求14所述的电源转换器模块，其中，所述控制走线包括用于控制所述第一功率晶体管的栅极和用于控制所述第二功率晶体管的栅极的控制信号。
16.根据权利要求14所述的电源转换器模块，其中所述系统PCB的周长大于所述开关PCB的周长。
17.根据权利要求14所述的电源转换器模块，还包括：
形成在所述开关PCB中的电源输出走线，所述电源输出走线有第三上焊盘和第三下焊盘，它们通过所述开关PCB中的金属走线和通孔连接在一起；
第三中介层散热器，其包括冷却翅片和第三中介层部分；
其中，所述第三中介层部分的上表面被焊接到所述第三下焊盘，所述第三中介层部分的下表面被焊接到所述系统PCB的焊盘。
18.根据权利要求17所述的电源转换器模块，其中，所述第三上焊盘连接到电源输出。
19.根据权利要求18所述的电源转换器模块，还包括：
电感器，其第一端子连接到所述第一功率晶体管和所述第二功率晶体管的输出，其第二端子驱动所述电源输出。
20.根据权利要求14所述的电源转换器模块，其中，所述第一功率晶体管位于第一封装中，所述第二功率晶体管位于第二封装中。
带有冷却翅片的热增强型中介层的电源转换器封装结构
【技术领域】
[0001] 本发明涉及电子模块，特别涉及在导电路径中具有散热器的开关模式电源(SMPS)模块。【背景技术】
[0002] 电源转换器广泛用于将一种电源电压转换为另一种电源电压。开关模式电源(SMPS)具有快速开启和关闭的晶体管，以使电流从电源输入电压端子流向电源输出电感器和电容器，这些电感器和电容器可以对负载进行滤波供电。
[0003] 图1显示了现有技术的一个开关模式电源(SMPS)。电源输入电压VIN+将被转换为电源输出电压VOUT+。输入和输出都使用一个公共接地GND，但有些系统有单独的接地。
[0004] VIN+和GND之间的输入电容器320对上拉晶体管302、306的漏极的输入进行滤波，而地连接到下拉晶体管304、308的源极。上拉晶体管302的源极和下拉晶体管304的漏极连接在一起，以通过电感器312驱动VOUT+，对输出电容器330充电。
[0005] 上拉晶体管302的栅极G1被驱动至高电平，以开启晶体管302一段时间，以对输出电容器330进行充电。一旦G1被驱动至低电平，下拉晶体管304的栅极被驱动为高电平，以对输出电容器330进行放电。G1、G2的信号通常是kHz频率范围内的时钟信号，调整占空比以获得特定输入电压VIN+的期望输出电压VOUT+。例如，通过增加G1相对于G2的高电平时间(占空比)，可以获得更高的VOUT+。
[0006] 同样，上拉晶体管306的源极和下拉晶体管308的漏极连接在一起，通过电感器314驱动VOUT+，以对输出电容器330进行充电。施加到晶体管306、308的栅极的开关信号可以与驱动晶体管302、304的栅极的开关信号异相180度，以减小输出纹波。
[0007] 晶体管302、304、306、308可以是n沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)，但最近正在使用氮化镓(GaN)晶体管，因为它们可以为特定的物理晶体管尺寸提供更高的电流。GaN晶体管允许更高密度的电源转换器模块，因为对于给定的电源转换器模块或封装尺寸，使用GaN器件可以提供更高的电源电流。
[0008] 较高密度的电源转换器模块的一个缺点是，非常高的电源电流会产生大量热量。电源转换器模块及其封装的热性能变得非常重要。通过GaN晶体管302、304、306、308的大电流产生的热量必须快速传导并消散，否则会产生热点。这些热点会损坏GaN晶体管，甚至会熔化模块内的焊点。
[0009] 传统上，散热器直接附着在开关晶体管或其他产生热量的集成电路(IC)封装的顶部。风扇可以提供更好的气流，将散热器的热量散发出去。
[0010] 不幸的是，晶体管封装通常由导热性差的材料制成，例如塑料或陶瓷。热量也可能通过封装底部的封装引线、引脚或焊球传导，这些引线、引脚或焊球将封装晶体管与外部系统电连接，例如该封装安装在印刷电路板(PCB)上的走线。然后，热量可以通过PCB分布，PCB的表面积通常比电源转换器模块大得多。但是，PCB还有隔热材料，如玻璃纤维，因此PCB能散发的热量可能是有限的。
[0011] 当电源转换器有一个焊球阵列连接到系统PCB上时，热量可以安全地通过球栅阵列(BGA)传递。然而，当焊球阵列不够大，或使用非BGA封装时，更多的热量通过更少的封装引线传递。然后，这些较少引线的焊点可能会成为热点，加热到熔化或损坏这些焊点的程度。PCB中的隔热材料可能会阻止这些热量以足够高的速率从这些焊点散发出去，从而导致局部热点和潜在的损坏。PCB的散热效率远低于金属散热器。
[0012] 需要一种电源转换器模块，其散热器集成到电源转换晶体管和系统PCB之间的电信号路径中。希望拦截通过电路径流向系统PCB的热量，并利用金属散热器有效地散去这些热量。与其将散热器附在封装顶部，不如将几个散热器焊接到封装的电气互连上，然后将这些散热器连接到系统PCB上，通过散热器进行电连接。【附图说明】
[0013] 图1显示现有技术的一个开关模式电源(SMPS)。
[0014] 图2显示带有介层散热器的电源转换器模块的侧视图，该介层散热器将热量和电信号传导至系统板。
[0015] 图3显示带有中介层散热器的电源转换器模块的组件分解图。
[0016] 图4显示带有中介层散热器的电源转换器模块的横截面图，其中突出显示金属PCB走线。
[0017] 图5显示带有中介层散热器的电源转换器模块的分解图，其中显示金属PCB走线。
[0018] 图6显示带有中介层散热器的电源转换器模块的分解图，其中突出显示焊接。
[0019] 图7显示最终组装的带有中介层散热器的电源转换器模块的侧视图，其中突出显示焊接。
[0020] 图8显示带有中介层散热器的电源转换器模块的底部3D视图。
[0021] 图9显示带有中介层散热器的电源转换器模块的顶部3D视图。
[0022] 图10显示带有中介层散热器和拐角放置的开关PCB的电源转换器模块的顶部3D视图。
[0023] 图11显示带有中介层散热器和拐角放置的开关PCB的电源转换器模块的底部3D视图。【具体实施方式】
[0024] 本发明涉及对电源模块的改进。下面的描述是为了使本领域普通技术人员能够在特定应用及其要求的背景下制造和使用本发明。对于本领域的技术人员来说，对优选实施例的各种修改是显而易见的，本文定义的一般原则也可应用于其它实施例。因此，本发明并不打算局限于所示和所述的特定实施例，而是要给予符合本文所公开的原则和新颖特征的最广泛的范围。
[0025] 图2显示带有中介层(interposer)散热器的电源转换器模块的侧视图，该中介层散热器将热量和电信号传导到系统板。开关PCB 30是一块电路板，其布线走线连接到安装在其顶表面的集成电路(IC)封装32、34。例如，IC封装32、34可以包含GaN开关晶体管，如图1的一个或多个晶体管302、304、306、308。其他器件如电容器或电感器可以安装到开关PCB的顶部或底部30，例如电容器36。
[0026] 开关PCB 30不直接安装到系统PCB 10上。相反，开关PCB30底部的金属走线焊盘被焊接到中介层散热器22、24。中介层散热器22的底部被焊接到系统PCB顶面上的金属走线焊盘，而中介层散热器24的底部被焊接到系统PCB顶面上的其他金属走线焊盘。例如，中介层散热器22可以连接到系统PCB 10上的接地走线，而中介层散热器24连接到系统PCB 10上的VIN+电源走线。位于中介层散热器24后面的另一个中介层散热器(未显示)可以连接到系统PCB 10上的VOUT+电源走线。
[0027] 一些控制信号快速切换，例如切换到晶体管302‑308(图1)的栅极G1‑G4。这些控制信号对大的电容负载很敏感，例如来自中介层散热器22、24的大电容负载。这些控制信号不连接到任何中介层散热器，而是通过中介层PCB 50连接到系统PCB 10。中介层PCB 50具有金属走线和通孔，用于从开关PCB 30底面的金属焊盘到系统PCB 10顶面的金属焊盘，为各种控制信号进行电连接。
[0028] 由中介层PCB 50添加到这些控制信号的电容远小于添加到电源和接地信号VIN+、VOUT+、GND(它们通过中介层散热器22、24)的电容。由于电源和接地信号已经有很大电容，如来自输入电容器320和输出电容器330(图1)的大电容，来自中介层散热器22、24的额外电容没有问题。
[0029] 中介层PCB 50位于中介层散热器22、24之间的空腔26中。中介层PCB 50的厚度与中介层散热器22、24的厚度大致相同。
[0030] 图3是带有中介层散热器的电源转换器模块的组件的分解图。开关PCB 30有安装在其上的IC封装32、34和电容器36，以形成一个子组件。该IC安装形成子组件之后，可以将中介层散热器22、24和中介层PCB 50固定到开关PCB 30的底面。一旦中介层散热器22、24和中介层PCB 50被焊接到开关PCB 30的子组件的底面，然后这个增强的子组件就可以焊接到系统PCB 10的顶面上。
[0031] 图4是带有中介层散热器的电源转换器模块的横截面图，突出显示金属PCB走线。开关PCB 30具有多个金属层41，这些金属层41被图案化为走线。一个金属层上的走线可以通过金属通孔连接到其他金属层上的走线以形成互连，该互连可以从顶部金属层上的金属焊盘传递到形成在PCB的底部金属层上的金属焊盘。系统PCB 10也有金属层11，这些金属层
11被图案化为走线，可以通过金属化通孔连接到其他金属层上的走线。
[0032] IC封装32有GaN晶体管，如下拉晶体管304(图1)，在切换大电流时产生热量。该晶体管的接地端连接到IC封装32底部的引线，该引线被焊接到开关PCB 30顶表面上的金属焊盘。互连42是由开关PCB 30顶面上的金属焊盘和开关PCB 30底面上的金属焊盘形成，可能还有在开关PCB 30内部的其他金属层上的走线，以及层之间的金属通孔。互连42是从IC封装32的焊接地线到中介层散热器22的金属通路。中介层散热器22的底部被焊接到系统PCB 10顶面上的金属焊盘，该金属焊盘通过金属化通孔连接到系统PCB 10内的其他金属层，形成互连12，该互连12连接到系统地线。
[0033] 来自IC封装32中GaN晶体管的接地回流(Ground return current)通过互连42，通过中介层散热器22的金属，到达互连12，然后到系统PCB 10的接地。由IC封装32中的这个GaN晶体管产生的热量也沿着互连42的金属通路通过开关PCB 30传导到中介层散热器22，其中散热翅片202提供大的表面积来消散该热量。因此，电流和热量都通过互连42从IC封装32带走。翅片202使中介层散热器22、互连42和互连12的温度比没有中介层散热器22而直接连接在一起的互连42和互连12的温度更低。中介层散热器22可由高传导金属构成，如铜或铝，可有效地传导热量和电。
[0034] IC封装34有GaN晶体管，如上拉晶体管302(图1)，在切换大电流时产生热量。该晶体管的电源端(VIN+图1)连接到IC封装34底部的引线，该引线被焊接到形成在开关PCB 30顶面上的金属焊盘。互连44由开关PCB 30的顶面上的金属焊盘和开关PCB 30底面上的金属焊盘形成，可能还有开关PCB 30内的其他金属层上的走线，以及层与层之间的金属通孔。互连44是从IC封装34的焊接VIN+电源引线到中介层散热器24的金属通路。中介层散热器24的底部被焊接到系统PCB 10顶面上的金属焊盘，该金属焊盘通过金属化通孔连接到系统PCB 10内的其他金属层，形成互连14，该互连14连接到系统PCB 10的电源输入电压VIN+。
[0035] IC封装34中的GaN晶体管的电源输入电流通过互连44，穿过中介层散热器24的金属，到达互连14，然后到系统PCB 10的VIN+电源输入。IC封装34中的这个GaN晶体管产生的热量也沿着互连44的金属路径通过开关PCB 30传导到中介层散热器24，其中翅片204提供大的表面积来消散这种热量。因此，流向IC封装34的电流和来自IC封装34的热量都由互连44承载。翅片204使中介层散热器24、互连44和互连14的温度比没有中介层散热器24而直接连接在一起的互连44和互连14的温度要低。
[0036] 其他晶体管端子如栅极G1，承载控制信号。例如，IC封装34中的上拉晶体管302的栅极G1连接到互连48，以通过开关PCB 30到达中介层PCB 50。互连58是由中介层PCB 50中的几层上的图案化金属走线和它们之间的通孔形成的。中介层PCB 50底部的金属焊盘被焊接到系统PCB 10顶部的金属焊盘，以连接到互连18，互连18连接到由系统PCB 10上其他电路产生的控制信号，或连接到由系统PCB 10的另一个子板上其他电路产生的控制信号。因此，控制信号(如栅极控制信号G1)从系统PCB 10，通过互连18到互连58，通过中介层PCB 50再到互连48，通过开关PCB 30到IC封装34，形成了一条电路。虽然互连58也携带着热量，当中介层散热器24通过互连44提供足够的冷却，以冷却IC封装34，使得互连58不会太热。
[0037] 热量和电流都流过互连42、44。热量由中介层散热器22的翅片202消散，对地的电流流经中介层散热器22。热量由中介层散热器24的翅片204消散，来自电源输入V+(图1的VIN+)的电流流过中介层散热器24。
[0038] 图5是带有中介层散热器的电源转换器模块的分解图，突出显示金属PCB走线。开关PCB 30有金属层41，金属层41被图案化为由金属化通孔互连的走线。互连42连接到IC封装32的一个或多个接地端，例如IC封装32底部的金属引线、弯曲引脚或焊球。互连44连接到IC封装34的一个或多个电源端子，例如金属IC封装34底部的引线、弯曲引脚或焊球。互连48连接到IC封装34的控制端。
[0039] 中介层PCB 50也有金属层，这些金属层被形成为金属走线，并有通孔连接金属层。互连58用于将控制信号直接从开关PCB 30连接到系统PCB 10，而不连接到中介层散热器。
[0040] 同样，系统PCB 10有金属层11，金属层11形成连接到地的互连12、连接到电源输入V+(图1的VIN+)的互连14、和连接到控制信号的互连18。
[0041] 在装配过程中，中介层PCB 50被放置在中介层散热器22、24之间的空腔26中，并被焊接到开关PCB 30的底部。然后将开关PCB 30、中介层散热器22、24和中介层PCB 50的组件连接并焊接到系统PCB 10。
[0042] 图6是带有中介层散热器的电源转换器模块的分解图，其中突出显示了焊接。在装配期间，焊剂被涂在开关PCB 30的底面。当开关PCB 30被放置在中介层散热器22、24和中介层PCB 50上并施加热量时，焊剂回流并粘在暴露的金属如金属焊盘上，以形成焊球64，连接到中介层散热器22、24和中介层PCB 50。焊剂也被施加到中介层PCB 50的顶表面上，以形成焊球66，在装配期间熔化成焊球64。
[0043] 同样，涂在系统PCB 10顶表面的焊膏在重新加热并压入中介层散热器22、24和中介层PCB 50(其有焊球68)的底部时形成焊球60。焊剂也被涂在中介层散热器22的表面。中介层散热器22可以在其表面上形成焊盘，或者在一些区域进行纹理处理，以提高焊料的附着力。
[0044] 图7是最终装配好的带有中介层散热器的电源转换器模块的侧视图，其中突出显示了焊接。焊球60、64在装配期间经过加热和回流形成焊点。互连42通过焊球64连接到中介层散热器22的顶部，而焊球60将中介层散热器22的底部连接到互连12，以形成接地路径，该路径也将热量从IC封装32带走，由中介层散热器22的翅片消散。
[0045] 同样，互连44通过焊球64连接到中介层散热器24的顶部，而焊球60将中介层散热器24的底部连接到互连14，以形成通向正电源的路径，该路径也将热量从IC封装34带走，由中介层散热器24的翅片消散。
[0046] 互连48通过焊球64连接到中介层PCB 50的顶部，而焊球60将中介层PCB 50的底部连接到互连18，形成控制信号的路径。
[0047] 图8是带有中介层散热器的电源转换器模块的底部3D视图。开关PCB 30的底部朝上。中介层散热器22、24、25防止开关PCB 30接触到系统PCB 10，在该底部3D视图中，系统PCB 10位于中介层散热器22、24、25之上。
[0048] 中介层散热器22可以接地，而中介层散热器24将来自系统PCB 10的电源输入VIN+连接到开关PCB 30。第三个中介层散热器25可用于连接系统PCB 10和开关PCB 30之间的电源输出VOUT+。
[0049] 在此变化例中，中介层PCB 50安装在中介层散热器22、24之间的间隙或空腔中。中介层PCB 50可以承载若干控制信号，如G1、G2、G3、G4(图1)，以及状态或其他信号。中介层PCB 50底部的焊球阵列68用于连接到系统PCB 10顶表面上的金属焊盘(未示出)。在该3D视图中，中介层PCB 50的底部和中介层散热器22、24、25的底部朝上，是齐平的，因此都可以焊接到系统PCB 10的顶面上。
[0050] 塑料外壳65将开关PCB 30的顶部包围在中介层散热器22、24、25之间。塑料外壳65保护IC封装32、34和其他元件。
[0051] 图9是带有垂直翅片的中介层散热器的电源转换器模块的顶部3D视图。开关PCB 30的顶部朝上。中介层散热器22、24、25防止开关PCB 30接触到系统PCB 10，在该顶部3D视图中，系统PCB 10位于中介层散热器22、24、25下方。中介层PCB 50焊接到开关PCB 30的底部，并隐藏起来。
[0052] 在该实施例中，中介层散热器22、24、25的翅片72是垂直的而不是水平的。水平支架78有从其向上延伸的垂直翅片72，而中介层部分76位于开关PCB 30和系统PCB 10之间(未示出)，在开关PCB 30和系统PCB 10之间传输电流。塑料外壳65覆盖住开关PCB 30以及安装在开关PCB 30顶部的IC封装32、34和其他元件。
[0053] 图10是电源转换器模块的顶部3D视图，带有中介层散热器和拐角放置(corner‑placed)的开关PCB。中介层散热器22、24、25有用于冷却的水平翅片。在这个变体中，中介层PCB 50(隐藏在下面)放置在中介层散热器22旁边，位于开关PCB 30的一个拐角。在这个变体中，开关PCB 30延伸到中介层散热器22、24、25之外。
[0054] 图11是带有中介层散热器和拐角放置的开关PCB的电源转换器模块的底部3D视图。中介层PCB 50放置在中介层散热器22的凹口中，在开关PCB 30的一个拐角。同样在此变化例中，开关PCB 30延伸到中介层散热器22、24、25之外。
[0055] 中介层PCB 50底部(在图11中朝上)的焊球阵列68用于连接到系统PCB 10顶表面上的金属焊盘(未显示)。中介层PCB 50的底部和中介层散热器22、24、25的底部，在该3D视图中朝上，是平齐的，从而可以在同一装配步骤中同时将它们焊接到系统PCB 10的顶表面。
[0056] 【替代实施例】
[0057] 发明人补充了若干其他实施例。例如，可以将热通孔添加到开关PCB 30或系统PCB 10，以帮助通过PCB进行热传递。可以使用热通孔阵列。其他热传递和散热技术可以与带有中介层散热器22的电源转换器模块结合使用。晶体管或电感器可以直接焊接到开关PCB 30凹口中的散热器上。
[0058] 可以有许多控制信号，每个控制信号都有其自己的互连48、58、18。状态或其他信号可以包括在这些控制信号中。当输入和输出使用单独的接地时，第二中介层散热器22可用于第二接地。中介层散热器22可以分成2个散热器，例如所示的中介层散热器24、25。连接到电源输出VOUT+的中介层散热器25可以改为连接到电感器314的左侧(图1)，而另一个中介层散热器可以连接到电感器312的左侧。这将提供更好的热传递，因为热路径不通过电感器312、314，但是中介层散热器直接连接到晶体管302‑308的输出端。可以添加额外的散热器。额外的散热器可以与其他散热器电隔离或电连接。
[0059] 一些电源转换器可能只有晶体管302、304，而没有晶体管306、308。电源转换器电路的其他变化是可能的。每个晶体管302‑308可以被封装在单独的IC封装32、34中，或者多个晶体管可以被封装在单个IC封装32中。图1只是一种拓扑结构；其他类型的电源转换器拓扑结构也可以替代。根据系统要求，散热器可以连接到电感器或晶体管的端节点，以获得额外的热路径。
[0060] 可以将其他传感和控制组件添加到开关PCB 30，例如，作为一个示例，以测量可能调整G1‑G4占空比的电源控制系统的电流或电压。
[0061] 更复杂的中介层散热器22、24、25是可能的，有各种复杂的形状。水平和垂直翅片都可以使用。可以在中介层散热器22上增加焊脚或焊盘，以便在中介层部分76的顶部和底部与开关PCB 30和系统PCB 10进行焊接连接。螺钉和螺栓的孔可以添加到中介层散热器22、24、25和开关PCB 30上。空腔26可以有各种形状和尺寸。中介层散热器22、24、25最好每个都是一体成形的结构，翅片和支架形成为一个金属件，以便更好地导热。例如，水平支架
78、垂直翅片72和中介层部分76都可以由相同的铜金属形成，这可以促进开关PCB 30更好的热传导。如果翅片和中介层部分76作为彼此分离的独立铜片，也许通过螺钉或其他紧固件固定在一起，会有较低的热传导，因此不如翅片和中介层部分是单一的集成金属块。
[0062] 中介层PCB 50可以放置在多个位置，例如在中介层散热器22的凹口中(图10‑11)。中介层散热器22的这个凹口不必在拐角处，可以是3个侧面都被中介层散热器22包围，而不是如图10‑11所示的只有2个侧面被中介层散热器22包围。中介层PCB 50也可以放置在中介层散热器24、25之间，如图8‑9所示，但也可以位于中介层散热器24或中介层散热器25的拐角处的凹口中。中介层PCB 50也可以放置在中介层散热器22和中介层散热器24之间，位于开关PCB 30的中间，如图2‑7所示。中介层PCB 50的许多其他放置方式也是可能的。此外，可能有一个以上的中介层PCB 50。中介层PCB 50的不对称或对称放置都是可能的。
[0063] 塑料外壳65是可选的，可以删除，或者可以用另一种保护方法代替。由于中介层散热器24连接到输入电压VIN+，如果人在电源转换器通电时触摸到中介层散热器24，就会有短路的危险。可以使用较大的机箱和外壳用于系统PCB 10，来阻止人接触到中介层散热器24。良好的系统设计可确保中介层散热器24不会发生短路。
[0064] 电感器312、314可以安装到开关PCB 30上，或者可以单独放置在开关PCB 30之外，用电线或电缆将电感器与开关PCB 30连接起来。电容器330的较大负载电容器也可以放在开关PCB 30之外，用电缆连接。
[0065] 由于地、电源输入和电源输出分别通过中介层散热器22、24、25，因此没有必要让地和电源通过中介层PCB 50。不过，电源和地可以通过中介层PCB 50，与通过中介层散热器22、24、25的路径并联。
[0066] 本发明的背景部分可以包含关于本发明问题或环境的背景资料，而不是描述他人的现有技术。因此，在背景技术部分中包含的材料并不是申请人对现有技术的承认。
[0067] 本文描述的任何方法或过程都是机器实施的或计算机实施的，旨在由机器、计算机或其他设备来执行，而不打算在没有机器辅助的情况下仅由人类执行。产生的有形结果可以包括报告或其他机器生成的显示在诸如计算机显示器、投影设备、音频生成设备和相关媒体设备的显示设备上，可以包括也是机器生成的硬拷贝打印输出。其他机器的计算机控制是另一个有形的结果。
[0068] 所述的任何优点和好处不一定适用于本发明的所有实施例。当“装置”一词出现在权利要求元素中时，申请人意在该权利要求元素落入35USC第112节第6款的规定。通常，在“装置”一词之前有一个或多个词的标签。在“装置”一词前面的一个或多个词是一个标签，目的是为了便于权利要求元素的引用，而不是为了表达结构上的限制。这种装置加功能的权利要求不仅要涵盖本文所述的用于执行该功能的结构及其结构等同物，而且要涵盖等效结构。例如，虽然钉子和螺钉具有不同的构造，但它们是等效结构，因为它们都执行紧固功能。未使用“装置”一词的权利要求不落入35USC第112节第6款的规定。信号通常是电子信号，但也可以是光信号，例如可以通过光纤线路传输。
[0069] 对本发明实施例的上述描述是为了说明和描述的目的而提出的。它并不打算是详尽的，也不打算将本发明限制在所公开的精确形式中。根据上述教学，许多修改和变化是可能的。其目的是本发明的范围不受本详细说明的限制，而是受附于权利要求书的限制。
