CN106158837B - 电压调节装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种电压调节装置，包括芯片封装结构。芯片封装结构包括导线架、电压调节芯片、封装打线、多层陶瓷电容。导线架具有接地端引脚、电源接收引脚。多层陶瓷电容的第一端通过封装打线耦接至电源接收引脚，且其第二端耦接至接地端引脚；或是，多层陶瓷电容的第一端耦接至电源接收引脚，且第二端通过封装打线耦接至接地端引脚。因此，本发明的电压调节装置通过将多层陶瓷电容与电压调节芯片一同封装至电压调节装置中，并且通过封装打线来形成熔丝元件，可以避免电容因为短路时造成的危险。
Description
技术领域
本发明涉及一种电压调节装置，尤其涉及一种车用电压调节装置。
背景技术
在现有的车用装置技术领域中，发电机的电压调节器需要搭配电源滤波电容来进行设计，以提供对射频干扰或电磁干扰的抑制。现有技术作法可能是在电压调节装置的刷架上或是刷架之外设置薄膜电容，若采用电容埋入刷架，则在高温埋入过程中，容易产生电容值漂移，进一步有可靠度降低并增加潜在失效爆开机率风险。另一现有技术作法例如使用电路板，并在电路板上放置薄膜电容或是多层电容，这种方式必须负担电路板成本。
如上所述，发电机电压调节器需要搭配电源滤波电容，此电容若是设计在刷架或是刷架之外，通常是采用薄膜电容的设计，会增加机构件设计困难或是需要更多的模具费用或是占用很大空间；例若是将此电容设计在电路板上则需要增加电路板原料成本与表面贴合技术(surface-mount technology,SMT)组装成本；若是在基板上采用多层电容，则在SMT后的分板过程中可能造成电容暗裂，造成高温短路而导致失效模式，并使整个系统有发生危险的可能。另外，现有技术的架构中，需要的装置体积及成本都很高，降低产品的价格竞争力。
发明内容
本发明提供一种电压调节装置，将电容封装至芯片封装结构中，以降低封装的成本并且兼具安全性。
本发明的电压调节装置包括芯片封装结构，芯片封装结构包括导线架、电压调节芯片、封装打线(bonding wire)、多层陶瓷电容(multiple-layer ceramic capacitor,MLCC)。导线架具有接地端引脚、电源接收引脚。电压调节芯片配置于一芯片座上。多层陶瓷电容的第一端通过封装打线耦接至电源接收引脚，且其第二端耦接至接地端引脚，或是，多层陶瓷电容的第一端耦接至电源接收引脚，且其第二端通过封装打线耦接至接地端引脚。
在本发明的一实施例中，上述的芯片封装结构包括封装胶体以包覆电压调节芯片、芯片座、封装打线、多层陶瓷电容以及导线架的至少一部分。其中，封装打线用以形成熔丝元件并搭配多层电容提供对射频干扰或电磁干扰的抑制。
在本发明的一实施例中，上述的多层陶瓷电容在发生短路现象时，封装打线所提供的传输路径被切断，以使多层陶瓷电容与电源接收引脚相隔离。
在本发明的一实施例中，上述的电源接收引脚用以连接储能装置。
在本发明的一实施例中，上述的储能装置为车用电瓶。
在本发明的一实施例中，上述的电压调节芯片具有至少电源接收焊垫，电源接收焊垫耦接至电源接收引脚。
在本发明的一实施例中，上述多层陶瓷电容至少为X7R等级，多层陶瓷电容的电容值大于0.47微法拉(μF)，多层陶瓷电容的工作电压大于25伏特(V)。
在本发明的一实施例中，上述的多层陶瓷电容为表面贴合技术(surface-mountdevices,SMD)电容。
在本发明的一实施例中，上述的多层陶瓷电容为弹性缓冲接脚(flexibleterminal)多层陶瓷电容。
在本发明的一实施例中，上述的封装打线的线径不小于1密尔(mil)，且长度不小于2毫米。
在本发明的一实施例中，上述的多层陶瓷电容于弯曲试验产生的失效模式通常保持在开路状态。
基于上述，本发明的电压调节装置通过将多层陶瓷电容与电压调节芯片一同封装至电压调节装置中，并且通过封装打线来形成熔丝元件，可以避免电容因为短路时造成的危险。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。
附图说明
图1为本发明一实施例的电压调节装置的示意图；
图2为本发明图1实施例的电压调节装置100的局部放大图；
图3为本发明实施例的电压调节装置的等效电路示意图；
图4为本发明电压调节装置100的区域A的另一实施例的示意图；
图5为本发明图4实施例的电压调节装置的等效电路示意图。
附图标记说明：
100、200：电压调节装置；
110、210：电压调节芯片；
120：导线架；
130、230：封装打线；
140：芯片座；
A：区域；
PAD1：电源接收焊垫；
PS：储能装置；
POW：外部电源；
GND：接地端引脚；
B：电源接收引脚；
C1、C2：电容；
EP：电极垫。
具体实施方式
请参照图1，图1为本发明一实施例的电压调节装置的示意图。电压调节装置100具有一芯片封装结构，在此芯片封装结构中包括电压调节芯片110、导线架120、电容C1以及封装打线130。导线架120上至少具有接地端引脚GND(图1未示出)、电源接收引脚B(图1未示出)以及芯片座140。电压调节芯片110配置于芯片座140上，另外，电容C1配置在导线架120上，并耦接在电源接收引脚B以及接地端引脚GND间。在本实施例中，电容C1可以是多层陶瓷电容(multiple-layer ceramic capacitor,MLCC)。
值得注意的是，电容C1的第一端可直接连接至接地端引脚GND，而电容C1的第二端可通过封装打线130来连接至电源接收引脚B。重点在于，本实施例的封装打线130可以作为熔丝元件，并且，当流经封装打线130的电流过大时，封装打线130可适时的被熔断，并藉以切断电容C1与电源接收引脚B连接路径。
另外，电压调节装置100上可具有封装胶体来包覆电压调节芯片110、芯片座140、封装打线130、电容C1以及导线架120的至少一部分。电容C1与电压调节芯片110被设置在相同的封装胶体中以形成单列式封装(Single inline package,SIP)的架构，然实际实施时不限于此，本发明的芯片封装架构可为其他任何型式的集成电路封装，例如双列式封装。
为更清楚说明本发明图1的实施例，以下请参照图2，图2为本发明图1实施例的电压调节装置100的局部放大图。图2为电压调节装置100的区域A的局部放大示意图。在图2中，电压调节芯片110上可具有多个焊垫，其中，电压调节芯片110可通过一个或多个的电源接收焊垫PAD1来连接至电源接收引脚B。其中，电源接收焊垫PAD1与电源接收引脚B的连接方式可以利用打线的方式来完成，然而本发明并不限制连接至电源接收引脚B的电源接收焊垫数量，换句话说，在不同实施例中，可以有多个电源接收焊垫通过打线与电源接收引脚B连接。如此一来，电容C1的第一端可以与电源接收焊垫PAD1以及电源接收引脚B相连接。
电源接收引脚B可用来接收外部的储能装置所产生的外部电源。电压调节芯片110则可通过与电源接收引脚B相耦接的电源接收焊垫PAD1来接收外部电源，并针对所接收的外部电源进行电压调整动作来产生工作电源。电压调节芯片110产生的工作电源可以供应给电子装置来工作，以应用在交通工具(例如汽车)上的电压调节装置100为例，工作电源可被供给至交通工具中的多个电子装置上。
另外，关于电容C1的配置细节，电容C1具有第一端以及第二端，其第一端被配置在电极垫EP上，并通过封装打线130来耦接至电源接收引脚B，且电容C1的第二端则耦接至接地端引脚GND。
以下请同步参照图2及图3。图3为本发明实施例的电压调节装置的等效电路示意图。在图3中，电压调节装置100可通过电源接收引脚B耦接至储能装置PS，并通过电源接收引脚B来接收储能装置PS所产生的外部电源POW。其中，储能装置PS可以是车用电瓶或电池。另外，在电压调节装置100中，封装打线130形成熔丝元件，并耦接在电源接收引脚B以及电容C1的一端间，电容C1的另一端则耦接至接地端引脚GND。接地端引脚GND则耦接至参考接地电压VSS。
关于本实施例的电压调节装置100的动作细节，电源接收引脚B可用以接收储能装置PS的外部电源POW，并将外部电源POW传送至电源调节芯片110。电源调节芯片110则针对外部电源POW进行电压调整的动作来产生工作电源。由于储能装置PS未必能够提供稳定的外部电源POW，为使电源调节芯片110可以产生稳定的工作电源，电容C1可以用来滤除外部电源POW上的高频噪声。
值得注意的是，当电容C1因故而生损坏时，电容C1的两个端点间可能会产生短路的现象。这个短路的现象会使流经封装打线130上的电流上升，并造成封装打线130上温度的增加。在当流经封装打线130上的电流大于一电流上限时，作为熔丝元件的封装打线130会因为逐渐上升的电流而被熔断，并藉以切断电容C1接收外部电源POW的路径，防止封装打线130上的电流持续增加而可能造成的危险。
值得一提的是，在当封装打线130被熔断后，电源调节芯片110仍可继续依据外部电源POW来进行电压调整动作，并持续产生工作电源给电子装置。换句话说，本实施例中的电压调节装置100仍可继续工作以维持交通工具(例如汽车)的运作，使用者可在此时间内将汽车行驶至保养厂来进行维修动作，降低因电容C1的损毁而产生的使用及维修上不方便的情况。
在本发明实施例中，设置于电压调节装置100中的电容C1可以为X7R等级以上的弹性缓冲接脚多层陶瓷电容。电容C1的尺寸可以是长度2.0mm、宽度1.25mm且高度0.6mm的表面贴合元件(surface mounted device,SMD)电容。另外，其工作电压大于25V，例如可以是50V，电容值大于0.47微法拉，例如可以是2.2μF，而其电容值的容值变动范围可以为±10％。电容C1提供的共振频率大于1MHz的表现较为优异。另外，电容C1是利用射出埋入方式设置于导线架中，也能避免电路板分板过程电容暗裂的问题。
在本实施例中，封装打线130的尺寸为长度可不小于2毫米(mm)且线径不小于1密尔(mil)。封装打线130的材质可以是铝，假设当10安培(A)的电流流过于封装打线130时，封装打线130可以在约2.5秒内被熔断。由于熔断的时间很短，所以在此过程中电压调节装置100的外表不会有明显的变化，同时也不会产生高温，可以避免电容短路造成的热事件(thermal event)，达到如同熔丝元件的功能。
值得一提的是，本实施例中，电容C1可以选择设置在弯曲试验失效模式时通常维持在开路状态的电容。而电容C1产生失效的原因，常见为受温度、应力或材料瑕疵影响而失效。
附带一提的，通过设置电容C1于电源接收引脚B与接地端引脚GND间，发生自电源接收引脚B的静电放电电流可以被电容C1有效的抑制。也就是说，电压调节装置100的静电放电保护的等级可以有效的被提升。
本实施例的电压调节装置100可应用单列直插式的封装(single inlinepackage,SIP)结构，因此可以提供良好的散热条件，也能降低外界因素干扰如潮湿环境等，同时方便于测试。由于单列直插式封装结构所采用的基板为导电架并非电路板，可以直接将芯片嵌入至导电架上，并直接进行焊线、封装及成型，在设计上相对于电路板的设计方式来的简易且低成本。
然而在本发明中，电容与封装打线的实施方式并不仅限于前述实施例的操作，接着请参考图4，图4为本发明电压调节装置100的区域A的另一实施例的示意图。在本实施例中，电容C2的第一端可直接连接至电源接收引脚B，再经由打线与电压调节芯片210上的电源接收焊垫PAD1连接。另外，电容C2的第二端可被配置在电极垫EP上，并通过封装打线230来耦接至接地端引脚GND。
与前述实施例不同的是，在图4中，封装打线230可以是耦接在接地端引脚GND以及电容C2的一端间，并且电容C2的另一端可以是耦接至电源接收引脚B。具体而言，当电容C2发生短路现象时，封装打线230所提供的传输路径会被切断，以使电容C2与该接地端引脚GND相隔离。
接着请一并参考图4及图5，图5为本发明图4实施例的电压调节装置的等效电路示意图。在图5的电压调节装置200中，封装打线230形成的熔丝元件耦接在接地端引脚GND以及电容C2的一端间，而电容C2的另一端耦接至电源接收引脚B，并通过电源接收引脚B来接收储能装置PS所产生的外部电源POW。关于本实施例中的其余操作细节可参考前述实施例，在此并不再赘述。简单来说，本发明的电容以及封装打线并不因耦接上的顺序而影响操作，芯片设计人员当可视实际操作的状况做适当的改变，在此并不加以设限。
综上所述，本发明的电压调节装置通过将多层陶瓷电容封装至芯片封装结构，并且通过封装打线耦接电压调节芯片以及储能装置，可以避免电容因为短路时造成的危险。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (10)
1.一种电压调节装置，其特征在于，包括：
芯片封装结构，包括：
导线架，具有接地端引脚、电极垫以及电源接收引脚；
电压调节芯片；
封装打线；以及
多层陶瓷电容，其包含一第一端及一第二端，其中：
所述第一端配置在所述电极垫上，并通过所述封装打线耦接至所述电源接收引脚，且所述第二端耦接至所述接地端引脚；或
所述第一端耦接至所述电源接收引脚，且所述第二端配置在所述电极垫上，并通过所述封装打线耦接至所述接地端引脚。
2.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述封装打线用以形成熔丝元件，当所述多层陶瓷电容发生短路现象时，所述封装打线所提供的传输路径被切断，以使所述多层陶瓷电容与所述电源接收引脚或所述接地端引脚相隔离。
3.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述电源接收引脚用以连接储能装置。
4.根据权利要求3所述的电压调节装置，其特征在于，所述储能装置为车用电瓶。
5.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述芯片封装结构包含芯片座以及封装胶体，所述电压调节芯片配置于所述芯片座上，所述封装胶体用以包覆所述电压调节芯片、所述芯片座、所述封装打线、所述多层陶瓷电容以及所述导线架的至少一部分，且所述电压调节芯片具有至少一电源接收焊垫，所述电源接收焊垫耦接至所述电源接收引脚。
6.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述多层陶瓷电容至少为X7R等级，所述多层陶瓷电容的电容值大于0.47微法拉，所述多层陶瓷电容的工作电压大于25伏特。
7.根据权利要求6所述的电压调节装置，其特征在于，所述多层陶瓷电容为表面贴合技术电容或为弹性缓冲接脚多层陶瓷电容。
8.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述芯片封装结构为单列直插式封装结构。
9.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述封装打线的线径不小于1密尔，且长度不小于2毫米。
10.根据权利要求1所述的电压调节装置，其特征在于，所述多层陶瓷电容于弯曲试验失效模式时保持在常开路状态。
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