DC-DC转换器中的电流分布制造技术

本申请涉及DC‑DC转换器中的电流分布。提供一种DC‑DC转换器，包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；功率级，被附接至衬底的第一侧并且具有可操作用于提供DC‑DC转换器的输出相的有源半导体组件；电感器，被附接至衬底的第一侧并且通过在衬底的第一侧处的第一金属迹线被电连接到功率级；以及多个导电过孔，穿过衬底从第一侧延伸到第二侧。过孔被电连接至第一金属迹线。过孔中的至少一些过孔至少部分地被布置在功率级下方。一种组装这样的DC‑DC转换器的对应方法也被公开。

【技术实现步骤摘要】

本申请涉及DC-DC转换器，并且更具体地涉及DC-DC转换器中的电流分布。
技术介绍
DC-DC转换器包括有源组件和无源组件，包括诸如高侧和低侧功率晶体管之类的功率级组件，用于调节诸如处理器之类的负载的电压。每对高侧/低侧功率晶体管形成DC-DC转换器的输出相，其通过相应的输出电感器而被耦合到负载。DC-DC转换器的组件包括功率级组件和输出电感器，这些组件与负载一起被附接至印刷电路板(PCB)。PCB具有各种电气通路，用于电气地互连DC-DC转换器组件，包括将转换器的功率级晶体管电连接到负载。显著的废热在操作期间由功率级组件和输出电感器排出。从每个功率级和输出电感器至PCB的这种热能的传递是关键的设计考虑。
技术实现思路
根据DC-DC转换器的实施例，该DC-DC转换器包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；功率级，被附接至衬底的第一侧并且包括可操作用于提供DC-DC转换器的输出相的有源半导体组件；电感器，被附接至衬底的第一侧并且通过在衬底的第一侧处的第一金属迹线被电连接到功率级；以及多个导电过孔，穿过衬底从第一侧延伸到第二侧。过孔被电连接至第一金属迹线。过孔中的至少一些过孔至少部分地被布置在功率级下方。根据组装DC-DC转换器的方法的实施例，所述方法包括：提供具有相对的第一侧和第二侧的衬底和穿过衬底从第一侧延伸到第二侧的多个导电过孔；将功率级附接至衬底的第一侧，使得过孔中的至少一些过孔至少部分地被布置在功率级下方，所述功率级包括可操作用于提供DC-DC转换器的输出相的有源半导体组件；将电感器附接至衬底的第一侧，使得电感器通过在衬底的第一侧处的第一金属迹线电连接到功率级；以及通过导电过孔将第一金属迹线电连接至第二侧。本领域的技术人员通过阅读以下详细说明以及通过阅读随附的附图将会认识到附加的特征和优点。附图说明附图中的元件并不一定是相对于彼此按比例绘制。类似的附图标记表示对应的类似部分。各个图示的实施例的特征可以彼此组合，除非它们彼此排斥。在附图中描绘了实施例并且在以下的说明书中对这些实施例进行了详细说明。图1A示出了根据实施例的DC-DC转换器的功率级组件被附接至其上的诸如PCB之类的衬底的顶外层的部分的平面图。图1B示出了DC-DC转换器的输出相的电路示意图。图1C示出了衬底的底外层的部分的平面图。图1D示出了衬底的中间层的部分的平面图。图2示出了根据实施例的DC-DC转换器的功率级组件要被附接至其上的电路板的并排分层视图。图3示出了根据实施例在DC-DC转换器的功率级和相应电感器被附接至电路板的顶外层之后的电路板的实施例的平面图。图4示出了根据实施例的DC-DC转换器的功率级和相应电感器要被附接至其上的电路板的中间层的平面图。图5A到图5C示出了根据实施例将DC-DC转换器的功率级焊接至衬底的一侧的实施例。图6示出了根据实施例在将DC-DC转换器的功率级焊接至衬底的一侧中使用的焊膏模版的实施例的平面图。图7示出了在使用焊膏模版施加了焊膏之后，图1A中所示的衬底的顶外层的部分。图8A示出了根据实施例的DC-DC转换器的功率级组件要被附接至其上的诸如PCB之类的衬底的顶外层的部分的平面图。图8B示出了在所述输出电感器的附接之后，图8A中所示的衬底的顶外层的部分的平面图。图8C示出了图8A的衬底的底外层的部分的平面图。图8D示出了图8A的衬底的中间层的部分的平面图。具体实施方式根据本文所描述的实施例，DC-DC转换器包括具有高侧功率晶体管及低侧功率晶体管的至少一个功率级。功率晶体管可以被集成在同一半导体管芯中或在不同的管芯中。在任一情况下，每个高侧功率晶体管将负载可切换地连接到DC-DC转换器的输入电压，并且相应的低侧功率晶体管在不同时段将负载可切换地连接至地。每个功率级管芯可以是裸管芯，即未封装的管芯或者封装的管芯诸如模制管芯封装体或开放腔管芯封装体，且每对高侧和低侧功率级晶体管形成DC-DC转换器的输出相。每个输出相通过各自的电感器耦合到负载。在单对高侧和低侧功率级晶体管的情况下，DC-DC转换器是单相转换器。在两个或更多对高侧和低侧功率级晶体管的情况下，DC-DC转换器是多相转换器。在单相或者多相的情况下，每个功率级管芯和相应的输出电感器被附接至衬底，比如PCB。过孔穿过衬底从衬底的一侧延伸至另一侧。在功率级和电感器所附接至其上的衬底的那一侧上提供金属迹线。金属迹线间隔开并且彼此电隔离，并在衬底上为功率级组件提供输入、输出、接地和切换电压连接点。一些过孔被电连接至切换电压迹线，即功率级的输出和相应电感器的端子所附接至的金属迹线。这些过孔穿过衬底延伸至在衬底的相对侧上的相应金属迹线。被电连接至切换电压迹线的至少一些过孔被至少部分地布置在功率级下方，从而提高热能从功率级向衬底的背面的传递。切换电压迹线在PCB的一个或多个中间层中可以被复制并被电连接至与在衬底的正面处的切换电压迹线同一组的过孔，以减少此电通路的电阻。图1A示出了DC-DC转换器的功率级组件要被附接至其上的例如PCB(印刷电路板)的衬底100的正面102的部分的俯视平面图。图1A示出了在功率级组件的附接之前的衬底100。这样，仅仅每个功率级和对应的输出电感器的占用区域104、106被分别地示于图1A中。为了便于说明，在图1A中未示出诸如无源元件之类的其他功率级组件的占用区域。每个功率级要被附接到衬底100的正面102，并且包括可操作用于提供DC-DC转换器的输出相的有源半导体组件。DC-DC转换器具有一个以上的相，如所示。在一般情况下，DC-DC转换器如上所述可以是单相或多相转换器。例如，在图1A中所示出的衬底100的部分对应于多相转换器的左侧的两相和右侧的一相，其中，每个相的物理布局可以与图1A中所示出的相同或不同。DC-DC转换器可以具有更多或更少相。另外，在图1A中所示出的输出相布局可以针对多相转换器的各相而被复制或者如右侧所示被隔离，其被指派给不同的输出电压(不同环路)，并且因此输出相可以具有不同的布局。DC-DC转换器的功率级组件包括输入电容器、输出电容器、用于DC-DC转换器的各相并且包括成对的高侧和低侧功率晶体管的功率级以及用于将对应的功率级电连接至由DC-DC转换器调节的负载的电感器。每对高侧和低侧晶体管可以被集成在同一半导体管芯中或者被布置在分开的管芯中以形成DC-DC转换器的一个输出相，其通过电感器被电连接至负载。由高侧晶体管Q1、低侧晶体管和电感器108形成的一个相的相应电路示意图被示于图1B中。负载可以是高性能集成电路比如微处理器、图形处理器、网络处理器等，或者需要电压调节的其它类型集成电路比如POL(负载点)。为了便于说明在图1A中未示出负载要被附接至其上的衬底100的部分。衬底100的正面102包括用于电连接功率级组件的诸如铜迹线之类的各种金属迹线。金属迹线彼此分离以防止短路。对于DC-DC转换器的各相，金属迹线包括位于DC-DC转换器的输入电压电势(VIN)处的输入电压迹线110、位于DC-DC转换器的已调节输出电压电势(Vout)处的输出电压迹线112/114、处于地电势处的一个或多个接地迹线116以及电连接到功率级的切换电压输出的切换电压迹线118。衬底100的正面102还包括各种附接区域或本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种DC‑DC转换器，包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；功率级，被附接至所述衬底的所述第一侧，所述功率级包括可操作用于提供所述DC‑DC转换器的输出相的有源半导体组件；电感器，被附接至所述衬底的所述第一侧并且通过在所述衬底的所述第一侧处的第一金属迹线被电连接到所述功率级；和多个导电过孔，穿过所述衬底从所述第一侧延伸至所述第二侧，其中，所述过孔被电连接至所述第一金属迹线，其中，所述过孔中的至少一些过孔至少部分地被布置在所述功率级下方。

【技术特征摘要】
2015.06.29 US 14/753,9951.一种DC-DC转换器，包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；功率级，被附接至所述衬底的所述第一侧，所述功率级包括可操作用于提供所述DC-DC转换器的输出相的有源半导体组件；电感器，被附接至所述衬底的所述第一侧并且通过在所述衬底的所述第一侧处的第一金属迹线被电连接到所述功率级；和多个导电过孔，穿过所述衬底从所述第一侧延伸至所述第二侧，其中，所述过孔被电连接至所述第一金属迹线，其中，所述过孔中的至少一些过孔至少部分地被布置在所述功率级下方。2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，以交错的方式设置至少部分地被布置在所述功率级下方的所述过孔。3.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，所述电感器的第一端子被附接至所述第一金属迹线，以及其中，所述过孔的第一组沿所述第一端子的第一侧被布置，并且所述过孔的第二组沿着与所述第一端子的所述第一侧相对的所述第一端子的第二侧布置。4.根据权利要求3所述的DC-DC转换器，其中，由所述电感器的所述第一端子所覆盖的所述衬底的一部分没有所述过孔。5.根据权利要求3所述的DC-DC转换器，其中所述过孔的所述第一组沿着第一中心线对齐，并且所述过孔的所述第二组沿着与所述第一中心线平行延续的第二中心线对齐。6.根据权利要求3所述的DC-DC转换器，其中：所述电感器的第二端子被附接至所述衬底的所述第一侧上的输出电压金属迹线；所述输出电压金属迹线被间隔开并且与所述第一金属迹线电隔离；第一多个附加过孔沿着所述第二端子的第一侧被布置；第二多个附加过孔沿着与所述第二端子的所述第一侧相对的所述第二端子的第二侧被布置；以及所述第一多个附加过孔和所述第二多个附加过孔穿过所述衬底从所述第一侧延伸至所述第二侧。7.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，所述过孔从所述衬底的所述第一侧处的所述第一金属迹线延伸至所述衬底的所述第二侧处的第二金属迹线，并且其中，所述过孔被电连接至所述第二金属迹线。8.根据权利要求7所述的DC-DC转换器，其中，所述第二金属迹线与所述第一金属迹线垂直对齐并且具有与所述第一金属迹线相同的形状。9.根据权利要求7所述的DC-DC转换器，其中，所述衬底是电路板，其中所述第一金属迹线被布置在所述电路板的第一外层中，并且其中所述第二金属迹线被布置在所述电路板的第二外层中。10.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，所述电感器是通孔电感器，所述通孔电感器具有穿过所述衬底延伸至所述第二侧的端子。11.根据权利要求9所述的DC-DC转换器，其中，所述过孔延伸穿过第三金属迹线并且电连接到所述第三金属迹线，所述第三金属迹线被布置在所述电路板的...

【专利技术属性】
技术研发人员：B·唐，S·川口，A·阪井，E·托德罗夫，
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