TWI909265B

TWI909265B - 電源模組架構及其製造方法

Info

Publication number: TWI909265B
Application number: TW112147377A
Authority: TW
Inventors: 施善富
Original assignee: 神基科技股份有限公司
Filing date: 2023-12-06
Publication date: 2025-12-21

Abstract

本發明公開一種電源模組架構及其製造方法，製造方法包括：取得原始電源電路的電路資料，並執行模組化步驟，以定義出原始電源電路所需的多個訊號引腳及模組空間；根據所需的訊號引腳及模組空間，依據目標電源模組架構產生自定義電源模組，其中，各自定義電源模組具有多個預設訊號引腳；執行電路成型程序，以將自定義電源模組形成於獨立電路板上；以及執行表面黏著技術程序，以將獨立電路板設置在主電路板上依據模組空間規劃出的預設區域中，以使獨立電路板附接並電性連接於主電路板。

Description

電源模組架構及其製造方法

本發明涉及一種裝置及方法，特別是涉及一種電源模組架構及其製造方法。

在電路設計的過程中，經常會將電源元件與其他硬體設計在相同主板上，而必須共享主板面積與內層走線空間。然而，電源元件的相關訊號通常具有快速切換的特性，這會導致某些高速訊號的不正常工作，進而在系統運作時發生異常而難以溯源。

此外，隨著電腦對於多功能的要求提升，在有限的空間內需要置入各式各樣的裝置，使得主板的可用面積越來越小。也因此，在進行電源元件與其他硬體的空間配置時，需要耗費大量時間人力協調如何優化，不僅增加線路的複雜度，也同時嚴重影響了電路設計的效率。

本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種電源模組架構及其製造方法，可提升電路設計效率並減少電源元件對電路板上其他硬體及訊號的影響。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是提供一種電源模組架構的製造方法，適用於預定設置有至少一原始電源電路的一主電路板，製造方法包括：取得該至少一原始電源電路的電路資料，執行一模組化步驟，以定義出該至少一原始電源電路所需的多個訊號引腳及一模組空間；根據所需的該訊號引腳及該模組空間，依據一目標電源模組架構產生至少一自定義電源模組，其中，各該自定義電源模組具有多個預設訊號引腳；執行一電路成型程序，以將該至少一自定義電源模組形成於一獨立電路板上；以及執行一表面黏著技術（surface mount technology，SMT）程序，以將該獨立電路板設置在該主電路板上依據該模組空間規劃出的一預設區域中，以使該獨立電路板同時附接與電性連接於該主電路板。

為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是提供一種電源模組架構，包括主電路板、獨立電路板及自定義電源模組。獨立電路板設置在主電路板上的預設區域中，其中，該預設區域係依據至少一原始電源電路的電路資料執行一模組化步驟所定義的一模組空間而劃分。自定義電源模組，設置在獨立電路板上且具有多個預設訊號引腳。其中，獨立電路板同時附接與電性連接於主電路板。

為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。

以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“電源模組架構及其製造方法”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。

圖1為本發明實施例的電源模組架構的製造方法的流程圖。參閱圖1所示，本發明實施例提供一種電源模組架構的製造方法，適用於預定設置有至少一原始電源電路的一主電路板。

在一些實施例中，主電路板可例如是主機板。在主機板中，電源電路的主要用途是將來自電源供應器的電力轉換成適合電子設備使用的電壓及電流，用來驅動主機板上的各種元件和積體電路（IC）。

舉例來說，原始電源電路可包含脈衝寬度調變（Pulse width modulation，PWM）控制器、開關驅動器、開關元件、電容及電感等組件。其中，PWM控制器可讀取中央處理器的核心電壓來輸出PWM訊號，並控制每個電源時相的運作時間。開關驅動器可接收PWM信號，並控制開關元件（例如上橋開關、下橋開關）的導通時間，調節電壓。開關元件可例如是金屬氧化物半導體（MOSFET）電晶體，可由開關驅動器控制。此外，電感可用於調節電壓，電容可用於濾波。

在電路設計的過程中，經常會將原始電源電路與其他硬體設計在相同的主電路板上，而必須共享使用面積與內層走線空間，且原始電源電路中的PWM訊號由於具有快速切換的特性，容易導致主電路板上的高速訊號異常。

針對上述問題，本發明提供一種製造方法，包括下列步驟：

步驟S10：取得原始電源電路的電路資料，執行模組化步驟，以定義出電源電路所需的多個訊號引腳及模組空間。

在模組化步驟中，可通過安裝有一產品的電路設計軟體（如OrCAD）的電子設備（如通用電腦）取得原始電源電路的電路資料，其可包含多組對應於不同系統電壓（如1.2V/2.5V/3.3V/5V）的電源電路。需要說明的，前述的電路設計軟體OrCAD為一套廣泛應用於電路設計的軟體，其可在視窗環境作業系統下執行，幫助硬體設計者進行電路設計。接下來，將所有的系統工作電壓、電流及功率級進行彙整，並列出負載並根據所需的輸出電壓和負載電流要求以對其進行組織安排，最後定義出原始電源電路所需的多個訊號引腳及模組空間。其中，原始電源電路所需的訊號引腳及對應的引腳類型可如下表一所示：

表一：

引腳編號	引腳類型
P1	+DVMAIN
P2	+V5A
P3	PWRON_5VA
P4	PWRON_3VA
P5	GND
P6	GND
P7	V5A_V3A_PWRGD
P8	+VDD3_EC
P9	+V3.3A
P10	+DVMAIN

如表一所示，訊號引腳可包括至少一個輸入電源引腳（例如，引腳類型PWRON_5VA）、至少一個輸出電源引腳（例如，引腳類型+V5A）及至少一個接地引腳（例如，引腳類型GND）。接著，將系統的物理限制納入考量，以在滿足隔離需求的前提下評估原始電源電路的所需空間。

此外，在本實施例所提供的表一中，引腳類型+DVMAIN是用於接上交流電源時提供系統作為主電源（例如，電壓位準為19V）；引腳類型+V5A是此電源電路所設計的輸出5V電源，供系統使用；引腳類型PWRON_5VA是用於提供此電源電路作為5V的電源開關訊號；引腳類型PWRON_3VA是用於提供此電源電路作為3V的電源開關訊號；引腳類型GND為接地引腳；引腳類型V5A_V3A_PWRGD是在此電源電路正常輸出3V/5V的電壓時，用於通過特定狀態（例如，高位準）指示並告知系統此電源電路可正常輸出電源；引腳類型+VDD3_EC是用於由此電源電路經過內部穩壓器產生3V的電源供系統組件，例如嵌入式控制器（Embedded Controller，EC）所使用；引腳類型+V3.3A則是用於此電源電路所設計的輸出3V電源供系統使用。然而，上述所述的引腳僅為舉例，本發明不限於此。

步驟S11：根據所需的訊號引腳及模組空間，依據目標電源模組架構產生自定義電源模組。

請參考圖2，其為本發明實施例的自定義電源模組的線路佈局圖。如圖2所示，可將經過模組化步驟的原始電源電路簡化為方塊的形式來表示自定義電源模組10，並依據上表一為自定義電源模組10設計多個預設訊號引腳P1至P10。此外，可為這些預設訊號引腳設定固定的電源引腳及訊號引腳，藉此可建立電源模組庫以節省往後重複規劃線路所耗費的時間。並且，自定義電源模組10的數量可為一或多個，本發明不限於此。

另一方面，請參考圖3，其為本發明實施例的目標電源模組架構的設計示意圖。如圖3所示，本發明的目標電源模組架構採用了獨立電路板20的設計，在步驟S11中，可依據圖2的線路圖將預設訊號引腳P1至P10以接觸銲點的形式設置在獨立電路板20的接合面200，而原始電源電路中的PWM控制器、開關驅動器、開關元件、電容及電感等組件則設置在獨立電路板20的非接合面202上，相關線路則依據需求設置在獨立電路板20中或非接合面202上。

因此，通過上述步驟，在硬體設計階段，只需要呼叫此電源模組庫，並將定義好的電源及訊號接上對應的自定義電源模組10即可完成。藉此，可提升設計佈線圖的走線時的效率，更減少線路的複雜度。並且，經過模組化的自定義電源模組可儲存為元件庫以供電路設計者利用，且可共用物料清單（Bill of Material，BOM）及工程變更清單（Engineering Change Notice，ECR），因此，在設計端及生產端均具備可重複利用性，進而節省人力成本。

步驟S12：執行電路成型程序，以將自定義電源模組形成於獨立電路板上。

在此步驟中，可依據所需要的金屬層數及線路，將帶有對應線路的金屬層印刷在一或多層壓板上，並通過蝕刻製程移除冗餘金屬部分，將層壓板接合後在表面形成阻焊層以形成獨立電路板20，接著，可將原始電源電路中的前述組件通過焊接或黏合方式設置在獨立電路板20的非接合面202上。此外，自定義電源模組10還包括形成於獨立電路板20中的多個自定義走線L1，例如，形成在靠近非接合面202的頂層金屬層中。獨立電路板20可具有一預定厚度，例如在0.1mm至3mm的範圍內，較佳可在0.2mm至1.1mm的範圍內。

步驟S13：執行表面黏著技術（surface mount technology，SMT）程序，以將獨立電路板設置在主電路板上依據模組空間規劃出的預設區域中，以使獨立電路板同時附接與電性連接於主電路板。

請參考圖4，其為本發明實施例的主電路板的設置面的俯視示意圖。如圖4所示，主電路板30的設置面上設置有多個原始訊號走線L0以及根據所需的模組空間規劃出的預設區域A0。在預設區域A0中，設置有分別對應預設訊號引腳P1至P10的多個接墊P0，且該些接墊接墊P0可通過SMT程序分別電性連接於預設訊號引腳P1至P10。在SMT程序中，可將錫膏透過鋼板 (stencil)印刷在主電路板30的預設區域A0中，且特別是位於接墊P0上方，接著將設置有自定義電源模組10的獨立電路板20依據預定的配置方式貼裝於主電路板30的預設區域A0中，並通過回流爐加熱，使錫膏熔化，使得預設訊號引腳P1至P10與主電路板30上的接墊P0形成牢固的機械電氣連接，使獨立電路板20可同時附接與電性連接於主電路板30。

可參考圖5，其為本發明實施例的電源模組架構的側視示意圖。

如圖5所示，經過步驟S13形成的電源模組架構40中，由於自定義走線L1是設置在具有預定高度的獨立電路板20的頂層金屬層中，可與原始訊號走線L0的高度不同。也因此，在本發明提供的電源模組架構40中，具有快速切換特性的訊號將可通過自定義走線L1傳輸，進而與通過原始訊號走線L0的高速訊號維持一定的隔離度而避免異常狀況。

[實施例的有益效果]

本發明的其中一有益效果在於，在本發明所提供的電源模組架構及其製作方法中，由於電源元件設計在獨立電路板上，而不需與設置在主電路板上的其他硬體共享主板面積與內層走線空間，並且，具有快速切換特性的訊號將可通過獨立電路板上的自定義走線傳輸，進而與通過主電路板上的原始訊號走線傳輸的高速訊號維持一定的隔離度而避免異常狀況。

此外，在本發明所提供的電源模組架構及其製作方法中，進行電源元件與其他硬體的空間配置時，由於原始電源電路已經過模組化，可大幅增加設計走線的效率，更減少線路的複雜度。並且，經過模組化的自定義電源模組可儲存為元件庫以供電路設計者利用，在設計端及生產端均具備可重複利用性，進而節省人力成本。

以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。

10:自定義電源模組 20:獨立電路板 200:接合面 202:非接合面 30:主電路板 40:電源模組架構 L1:自定義走線 L0:原始訊號走線 A0:預設區域 P0:接墊 P1至P10:預設訊號引腳 +DVMAIN,+V5A,PWRON_5VA,PWRON_3VA,GND,V5A_V3A_PWRGD,+V3.3A,+VDD3_EC:引腳類型 S10,S11,S12,S13:步驟

圖1為本發明實施例的電源模組架構的製造方法的流程圖。

圖2為本發明實施例的自定義電源模組的線路佈局圖。

圖3為本發明實施例的目標電源模組架構的設計示意圖。

圖4為本發明實施例的主電路板的設置面的俯視示意圖。

圖5為本發明實施例的電源模組架構的側視示意圖。

S10,S11,S12,S13:步驟

Claims

一種電源模組架構的製造方法，適用於預定設置有至少一原始電源電路的一主電路板，製造方法包括：取得該至少一原始電源電路的電路資料，執行一模組化步驟，以定義出該至少一原始電源電路所需的多個訊號引腳及一模組空間；根據所需的該訊號引腳及該模組空間，依據一目標電源模組架構產生至少一自定義電源模組，其中，各該自定義電源模組具有多個預設訊號引腳；執行一電路成型程序，以將該至少一自定義電源模組形成於一獨立電路板上；以及執行一表面黏著技術（surface mount technology，SMT）程序，以將該獨立電路板設置在該主電路板上依據該模組空間規劃出的一預設區域中，以使該獨立電路板同時附接與電性連接於該主電路板。
如請求項1所述的製造方法，其中，該獨立電路板的其中一表面設置有該些預設訊號引腳。
如請求項2所述的製造方法，其中，該主電路板上的該預設區域中設置有分別對應該些預設訊號引腳的多個接墊，且該些接墊通過該SMT程序分別電性連接於該些預設訊號引腳。
如請求項1所述的製造方法，其中，該些訊號引腳包括至少一輸入電源引腳、至少一輸出電源引腳及至少一接地引腳。
如請求項1所述的製造方法，其中，該至少一自定義電源模組形成於該獨立電路板上時具有多個自定義走線，該主電路板設置有多個原始訊號走線，且該些自定義走線的高度與該些原始訊號走線的高度不同。
一種電源模組架構，包括：一主電路板，該主電路板的一表面具有一預設區域，預定設置有至少一原始電源電路；一獨立電路板，設置在該主電路板上的該預設區域中，其中，該預設區域係依據該至少一原始電源電路的電路資料執行一模組化步驟所定義的一模組空間而劃分；以及一自定義電源模組，設置在該獨立電路板上且具有多個預設訊號引腳，其中該自定義電源模組為根據該至少一原始電源電路所需的多個訊號引腳及該模組空間，並依據一目標電源模組架構所產生；其中，該獨立電路板透過一表面黏著技術程序同時附接與電性連接於該主電路板。
如請求項6所述的電源模組架構，其中，該獨立電路板的其中一表面設置有該些預設訊號引腳。
如請求項7所述的電源模組架構，其中，該主電路板上的該預設區域中設置有分別對應該些預設訊號引腳的多個接墊，且該些接墊分別電性連接於該些預設訊號引腳。
如請求項6所述的電源模組架構，其中，該些訊號引腳包括至少一輸入電源引腳、至少一輸出電源引腳及至少一接地引腳。
如請求項6所述的電源模組架構，其中，該自定義電源模組還包括形成於該獨立電路板中的多個自定義走線，該主電路板設置有多個原始訊號走線，且該些自定義走線的高度與該些原始訊號走線的高度不同。