位于耦合电感器之下的多相DC-DC转换器的功率级封装制造技术

一种多相DC‑DC转换器，包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；多个功率级封装，附接至衬底的第一侧，每个功率级封装包括能够操作以提供多相DC‑DC转换器的输出相的有源半导体部件；以及耦合电感器，附接至衬底的第一侧并且至少部分地覆盖功率级封装中的两个或更多个，耦合电感器包括绕在相同芯上的独立绕组。耦合电感器的每个绕组将由耦合电感器至少部分覆盖的功率级封装中的一个的输出电连接至衬底上的金属迹线，使得由耦合电感器至少部分覆盖的功率级封装的输出电连接至衬底上的相同金属迹线。

Power stage packaging of multiphase DC-DC converter under coupling inductor

A multi phase DC DC converter includes a substrate having a first side and a second side opposite; a plurality of power level package, connected to the first side of the substrate, each power package including active semiconductor component operation to provide the output of multiphase DC converter DC phase; and the coupled inductor. Attached to the first side connected to the substrate and at least partially covering the power package in two or more, including independent winding coupled inductor in the same core. Each winding of the coupled inductor by the coupled inductor is at least partially covered the power package in an electrical output connected to the metal traces on the substrate, at least in part by the coupled inductor output electric power cover package connected to the same line trace metal substrate.

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及多相DC-DC转换器，并且更特别地涉及多相DC-DC转换器部件在电路板上的优化布置。
技术介绍
多相DC-DC转换器包括数个有源和无源部件，这些部件包括功率级封装，用于调节负载(诸如处理器)的电压。每个功率级封装通过输出电感器耦合至负载。包括输出电感器的多相DC-DC转换器部件附接至印刷电路板(PCB)以及负载。该PCB具有各种电路径，用于将DC-DC转换器部件电性互连至负载，包括将该转换器的功率级封装电连接至负载。DC-DC转换器功率级封装通常在与输出电感器相同的平面内附接至PCB，这增加了PCB的大小。而且，用于PCB的常规布局设计实践使这样的多相DC-DC转换器部件布置进一步复杂化。
技术实现思路
根据多相DC-DC转换器的实施例，该多相DC-DC转换器包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；多个功率级封装，附接至衬底的第一侧，每个功率级封装包括能够操作以提供多相DC-DC转换器的输出相的有源半导体部件；以及耦合电感器，附接至衬底的第一侧并且至少部分地覆盖功率级封装中的两个或更多个。耦合电感器的每个绕组将由耦合电感器至少部分地覆盖的功率级封装中的一个的输出电连接至衬底上的金属迹线，使得由耦合电感器至少部分地覆盖的功率级封装的输出电连接至衬底上的相同金属迹线。通过阅读下文详细描述以及通过查看附图，本领域技术人员将认识到附加的特征和和优点。附图说明附图的元素相对于彼此并非必然按比例绘制。相似的参考数字表示对应的类似部分。各种说明性实施例的特征可以进行结合，除非它们彼此相排斥。附图中示出了实施例，并且在下面的说明书中对其作了详细描述。图1A示出了根据实施例的衬底(诸如PCB)的截面的俯视平面图，多相DC-DC转换器的部件附接至该衬底。图1B示出了具有叠加相电流的图1A衬底。图1C示出了在多相DC-DC转换器的电感器部件附接至衬底以便至少部分地覆盖多相DC-DC转换器的功率级封装之后的图1A衬底。图2示出了根据另一实施例的衬底(诸如PCB)的截面的俯视平面图，多相DC-DC转换器的部件附接至该衬底。图3示出了根据另一实施例的衬底(诸如PCB)的截面的俯视平面图，多相DC-DC转换器的部件附接至该衬底。图4示出了耦合电感器的透视图，该耦合电感器可以容纳位于该电感器之下的多相DC-DC转换器的两个功率级封装。图5示出了根据实施例的5-绕组耦合电感器的仰视平面图，该耦合电感器可以容纳位于该电感器之下的多相DC-DC转换器的五个功率级封装。图6示出了图5所示5-绕组耦合电感器以及多相DC-DC转换器的五个功率级封装待附接至其的衬底的布局视图。图7示出了在5-绕组耦合电感器附接至衬底以便至少部分地覆盖多相DC-DC转换器的五个功率级封装之后的图6衬底的布局视图。具体实施方式根据本文所述实施例，多相DC-DC转换器的功率级封装放置在一个或多个耦合电感器之下。每个功率级封装包括有源半导体部件(诸如功率晶体管)和对应的驱动电路，驱动电路用于将相电流经由
耦合电感器的绕组或经由单个电感器输送至由多相DC-DC转换器调节的负载来提供多相DC-DC转换器的输出相。每个功率级封装可以包括有源半导体部件以及对应的无源部件，这些有源半导体器件诸如为MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、驱动器等。无源部件可以不包括在该封包中而作为独立部件来提供。在每种情况下，功率级封装至少包括向负载提供多相DC-DC转换器的输出相所需的有源半导体部件，并且在附接至电路板(诸如PCB)以形成DC-DC转换器组件时放置在转换器的耦合电感器或单个电感器之下。例如，每个功率级封装可以具有高侧晶体管和低侧晶体管，用于通过对应的耦合电感器绕组或单个电感器而耦合至负载。每个功率级封装的高侧晶体管将负载可切换地连接至多相DC-DC转换器的输入电压，并且对应的低侧晶体管在不同时期将负载可切换地接地。图1A示出了衬底100(诸如PCB)的截面的从上向下观察的平面视图，多相DC-DC转换器的部件附接至该衬底。多相DC-DC转换器的部件包括各种电容器(VDRV、VCC、‘相(Phase)5’、‘相4’、Cboot、‘HF Cin’)以及将相电流输送至由多相DC-DC转换器调节的负载的功率级封装102、104、106、108、110。负载可以是高性能集成电路(诸如微处理器、图形处理器、网络处理器等)，或者需要电压调节的其他类型集成电路(诸如POL(负载点))。为便于说明，该负载未在图1A中示出。功率级封装102、104、106、108中的至少一些经由附接至衬底100的耦合电感器的绕组将相电流输送至负载。可选地，功率级封装110中的至少一个可以经由附接至衬底100的单个电感器将相电流输送至负载。可替换地，仅使用耦合电感器。图1A示出了电感器附接之前的衬底100。图1A示出了五种功率级封装102、104、106、108、110，功率级封装110中的一个在轻负载操作过程中(即，在负载电流需求低时)是有源的。通常，多相DC-DC转换器具有附接至衬底100的至少两个功率级封装。每个功率级封装102、104、106、108、110包括有源
半导体部件(诸如功率晶体管)以及用于提供多相DC-DC转换器的输出相的对应驱动电路。每个功率级封装102、104、106、108、110的部件可以单片集成在相同的半导体晶片中或封装为多芯片模块。功率级封装102、104、106、108、110的输出(VSW)是电绝缘的，但其通过电感器绕组连接至相同的输出金属迹线VOUT 112。图1B示出了具有叠加相电流的图1衬底100。每个功率级封装102、104、106、108、110的输出(VSW)电连接至衬底100的独立金属迹线114、116、118、120、122。由于衬底上相邻的功率级封装102、104、106、108、110的转过180度的定向，对应的相电流沿着由图1B中箭头指示的方向流入相应的金属迹线114、116、118、120、122。这样，每个功率级封装102、104、106、108、110的具有输入/输出(I/O)引脚或端子124的一侧背离相邻的功率级封装102、104、106、108、110的相同侧。每个相电流流入耦合电感器或单个电感器的绕组的一个端子，并从与衬底100的共用金属(输出)迹线112连接的相对端子流出，以产生多相DC-DC转换器的输出(Vout)。衬底100包括金属焊盘或台(landings)126，这些金属焊盘或台位于衬底100的与功率级封装102、104、106、108、110相同的侧上，用于附接多相DC-DC转换器的电感器部件。图1C示出了在多相DC-DC转换器的输出电感器部件128、130、132附接至衬底100之后的图1A衬底100。根据该实施例，第一耦合电感器128附接至衬底100的与第一和第二功率级封装102、104相同的侧，并且至少部分地覆盖这两个功率级封装102、104。这意味着，第一耦合电感器128与第一和第二功率级封装102、104具有重叠的覆盖区，使得当第一耦合电感器128安装或焊接至衬底100时第一耦合电感器128提供了充分的空隙，使得第一和第二功率级封装102、104位于第一耦合电感器128的下方并本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多相DC‑DC转换器，包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；多个功率级封装，被附接至所述衬底的所述第一侧，每个功率级封装包括能够操作以提供所述多相DC‑DC转换器的输出相的有源半导体部件；以及耦合电感器，被附接至所述衬底的所述第一侧并且至少部分地覆盖所述功率级封装中的两个或更多个功率级封装，所述耦合电感器包括绕在相同芯上的独立绕组，其中所述耦合电感器的每个绕组将由所述耦合电感器至少部分地覆盖的所述功率级封装中的一个功率级封装的输出电连接至所述衬底上的金属迹线，使得由所述耦合电感器至少部分地覆盖的所述功率级封装的输出电连接至所述衬底上的相同金属迹线。

【技术特征摘要】
2015.05.06 US 14/705,3471.一种多相DC-DC转换器，包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；多个功率级封装，被附接至所述衬底的所述第一侧，每个功率级封装包括能够操作以提供所述多相DC-DC转换器的输出相的有源半导体部件；以及耦合电感器，被附接至所述衬底的所述第一侧并且至少部分地覆盖所述功率级封装中的两个或更多个功率级封装，所述耦合电感器包括绕在相同芯上的独立绕组，其中所述耦合电感器的每个绕组将由所述耦合电感器至少部分地覆盖的所述功率级封装中的一个功率级封装的输出电连接至所述衬底上的金属迹线，使得由所述耦合电感器至少部分地覆盖的所述功率级封装的输出电连接至所述衬底上的相同金属迹线。2.根据权利要求1所述的多相DC-DC转换器，其中所述耦合电感器并不完全覆盖布置在所述耦合电感器之下的所述功率级封装，使得在所述耦合电感器之下的所述功率级封装的一个或多个端子不被所述耦合电感器覆盖。3.根据权利要求1所述的多相DC-DC转换器，其中所述金属迹线在所述耦合电感器之下从所述耦合电感器的第一边缘面延伸至所述耦合电感器的与所述第一边缘面相对的第二边缘面。4.根据权利要求1所述的多相DC-DC转换器，其中至少部分地由所述耦合电感器沿着所述耦合电感器的第一半部覆盖的每个功率级封装具有这样的定向，该定向从由所述耦合电感器沿着所述耦合电感器的第二半部至少部分地覆盖的每个功率级封装的定向转过180度。5.根据权利要求1所述的多相DC-DC转换器，其中所述耦合电感器的每个绕组具有端子对，并且其中所述功率级封装被布置在所述端子之间的间隙中。6.根据权利要求1所述的多相DC-DC转换器，其中所述耦合电感器的每个绕组具有端子对，其中所述端子均未被布置在所述耦合电感器的面向所述衬底的第一半部上，并且其中由所述耦合电感器至少部分地覆盖的每个功率级封装被布置在所述耦合电感器的所述第一半部之下。7.根据权利要求1所述的多相DC-DC转换器，其中所述功率级封装中的两个功率级封装由所述耦合电感器至少部分地覆盖，其中所述耦合电感器包括绕在相同芯上的两个独立绕组，并且其中这两个绕组中的每一个绕组将所述两个功率级封装中的一个功率级封装的输出电连接至所述衬底上的相同金属迹线。8.根据权利要求7所述的多相DC-DC转换器，其中所述两个功率级封装中的第一个功率级封装由所述耦合电感器的与所述两个功率级封装中的第二个功率级封装不同的半部至少部分地覆盖。9.根据权利要求1所述的多相DC-DC转换器，其中所述功率级封装中的至少两个功率级封装由所述耦合电感器至少部分地覆盖，其中所述耦合电感器包括绕在相同芯上的至少...

【专利技术属性】
技术研发人员：E·托德罗夫，B·唐，D·奇尔哈特，
申请(专利权)人：英飞凌科技奥地利有限公司，
类型：发明
国别省市：奥地利;AT