包括多层绕组的嵌入式磁性设备制造技术

一种设备包括：基板；磁芯，在基板中，并包括孔；第一绕组，延伸穿过孔，并围绕磁芯；以及第二绕组，延伸穿过孔，围绕磁芯，并围绕第一绕组的一部分。第一绕组和第二绕组仅围绕磁芯的相同一半延伸。相同一半延伸。相同一半延伸。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】包括多层绕组的嵌入式磁性设备
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2020年9月10日递交的美国专利申请No.63/076,530的权益。每个申请的全部内容通过引用并入本文。


[0003]本专利技术涉及嵌入式磁性设备，并且尤其涉及具有多层绕组的嵌入式磁性设备。

技术介绍

[0004]电源设备包括诸如变压器和磁芯之类的磁性组件。这些磁性组件通常对电源设备的重量和尺寸贡献最大，使小型化和降低成本变得困难。
[0005]为了解决这个问题，已知的是提供低剖面的变压器和电感器，其中变压器或电感器嵌入在由树脂制成的基板中的腔中，并且变压器或电感器的必要的输入和输出电连接形成在基板表面上。基板可以是在基板的顶表面和/或底表面上包括额外的阻焊层和镀铜层的印刷电路板(PCB)。然后可以将电源设备的电子组件以表面安装方式安装在基板上。这允许制造更紧凑且更薄的电源设备。
[0006]在一种已知的公知方法中，可以将具有磁性组件的封装结构集成到印刷电路板中。在这种已知的方法中，在由环氧树脂基玻璃纤维制成的绝缘基板中形成腔，将环形磁芯放置在该腔中，并且然后，用环氧凝胶填充该腔，使得磁芯被完全覆盖。然后固化环氧凝胶，形成具有嵌入式磁芯的基板。为了提供初级变压器绕组和次级变压器绕组中包括的过孔和迹线，(1)在环形磁芯的内圆周和外圆周上的基板中钻出通孔，(2)然后对通孔进行镀铜以形成过孔，以及(3)在基板的顶表面和底表面上形成迹线以将相应过孔一起连接到绕组配置中并形成输入和输出端子。以这种方式，围绕磁芯形成了线圈导体。嵌入式变压器的线圈导体包括形成初级侧绕组和次级侧绕组的线圈。可以以相同的方式形成嵌入式电感器，但嵌入式电感器在输入和输出连接、过孔间距和所使用的磁芯类型方面可能有所不同。
[0007]然后可以将阻焊层添加到基板的顶表面和底表面以覆盖表面迹线，从而允许额外的电子组件安装在阻焊层上。在电源设备中，例如，一个或多个晶体管和相关联的控制电子器件(例如，集成电路(IC)和无源组件)可以安装在阻焊层上。
[0008]以这种方式制造的电源设备具有若干相关联的问题。在环氧凝胶凝固时可能会形成气泡。在基板表面上的电子组件的回流焊接期间，这些气泡会膨胀，并导致电源设备发生故障。
[0009]备选地，可以使用其中不使用环氧凝胶来填充腔的第二种已知方法。在该方法中，首先在与环形磁芯的内圆周和外圆周相对应的位置处将通孔钻入到固体树脂基板中。然后对通孔进行电镀以形成变压器绕组的竖直过孔，并在过孔的顶部和底部上形成金属帽。然后在过孔之间的固体树脂基板中路由布置磁芯的环形腔，并将环形磁芯放置在该腔中。该腔略大于磁芯，并且因此在磁芯周围可能存在气隙。
[0010]一旦已将磁芯插入到该腔中，则将上环氧介电层和下环氧介电层添加到基板以覆
盖该腔和磁芯。穿过上环氧层和下环氧层将通孔钻到过孔的稍后进行电镀的帽，并且随后在基板的顶表面和底表面上形成迹线以形成输入和输出端子。
[0011]当嵌入式磁性组件为变压器时，初级绕组设置在磁芯的一侧上，并且次级绕组设置在磁芯的与初级绕组相对的一侧上。这种变压器可以用在诸如隔离式DC
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DC转换器的电源设备中，其中需要在初级侧和次级侧之间进行隔离。隔离距离是初级绕组和次级绕组之间的最小间距。
[0012]在上述这些已知方法中，因为在这种布置中，在腔中或在设备的顶表面和底表面处隔离仅受空气的介电强度限制，所以初级绕组和次级绕组之间的间距必须足够大以实现高隔离值。隔离值也可能受到有污垢的腔或表面的污染的不利影响。
[0013]对于许多产品，需要安全机构批准来证明隔离特性。如果所需的空气隔离距离较大，则将对产品尺寸产生负面影响。对于电源增强电压(即，250Vrms)，跨过PCB从初级绕组到次级绕组需要大约5mm的间距，以满足EN/UL60950的绝缘要求。
[0014]因此，形成变压器的初级绕组和次级绕组的过孔的尺寸和间距在很大程度上是由电源设备的规格来确定的。过孔可以具有足够的直径，使得过孔可以成功地镀上金属，并且使得可以按适当的绕组图案形成迹线以将过孔连接在一起。此外，如果过孔被太紧密地放置在一起、或太靠近其他组件(例如，磁芯)，则电源设备的电容和隔离特性可能会受到不利影响。
[0015]为满足EN/UL60950的绝缘要求，例如，对于电源参考电压(即，250Vrms)，通过固体绝缘体需要0.4mm的隔离距离。图1是上绕组层被暴露的嵌入式磁性组件设备的顶部视图。变压器的初级绕组410在左手侧示出，并且变压器的次级绕组420在右手侧示出。例如，在隔离式DC
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DC转换器中，变压器的初级绕组410和次级绕组420必须彼此充分地隔离。在图1中，基板305的中心区域，即由核心腔(核心腔由同心虚线圆表示)的内壁划定的区域，限定了初级绕组410和次级绕组420之间的隔离区域430。初级绕组410和次级绕组420的内过孔412和422之间的最小距离是隔离距离，并且在图1中由箭头432示出。
[0016]图2表示图1中所示的已知设备的侧截面图。图2示出了芯405、形成初级绕组410的一部分的迹线413、形成次级绕组420的一部分的迹线423、外过孔411和421、以及内过孔412和422。如图所示，例如，初级侧和次级侧之间的距离432可以减小到约0.4mm，从而允许生产明显更小的设备、以及具有更高绕组数的设备。
[0017]然而，图1和图2所示的设备具有初级绕组410和次级绕组420之间的耦合以及高泄漏电感的问题。在运行中，大的泄漏电感会导致电压浪涌，电压浪涌会导致对所连接电路(包括开关组件)的损坏。另外，当电路以高频运行时，泄漏电感会导致功率传输延迟和负载调节不佳。芯内部的空间有限，并且如果需要更多的绕组匝数和对应的通孔，同时保持最小隔离距离，则需要增加设备尺寸。

技术实现思路

[0018]为克服上述问题，本专利技术的优选实施例提供了紧凑的嵌入式磁性组件设备，该嵌入式磁性组件设备具有缠绕在磁芯的一侧的绕组，并且具有改善的耦合和减小的泄漏电感。
[0019]根据本专利技术的优选实施例，一种嵌入式磁性组件设备包括：绝缘基板，包括第一
侧、与第一侧相对的第二侧、以及腔；磁芯，包括在腔中，并包括内周边和外周边；第一电气绕组，延伸穿过绝缘基板，并围绕磁芯；以及第二电气绕组，延伸穿过绝缘基板，并围绕磁芯。第一电气绕组和第二电气绕组中的每一个包括：上迹线，位于绝缘基板的第一侧上；下迹线，位于绝缘基板的第二侧上；内导电连接器，与磁芯的内周边相邻地延伸穿过绝缘基板，该内导电连接器分别限定相应上迹线和相应下迹线之间的电连接；以及外导电连接器，与磁芯的外周边相邻地延伸穿过绝缘基板，该外导电连接器分别限定相应上迹线和相应下迹线之间的电连接。第一电气绕组比第二电气绕组更靠近磁芯。
[0020]第二电气绕组的上迹线和下迹线可以比第一电气绕组的上迹线和下迹线宽。第二电气绕组可以包括两个外导电连接器，该两个外导电本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】1.一种嵌入式磁性组件设备，包括：绝缘基板，包括第一侧、与所述第一侧相对的第二侧、以及腔；磁芯，包括在所述腔中，并包括内周边和外周边；第一电气绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯；以及第二电气绕组，延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯，其中所述第一电气绕组和所述第二电气绕组中的每一个包括：上迹线，位于所述绝缘基板的所述第一侧上；下迹线，位于所述绝缘基板的所述第二侧上；内导电连接器，与所述磁芯的所述内周边相邻地延伸穿过所述绝缘基板，所述内导电连接器分别限定相应上迹线和相应下迹线之间的电连接；以及外导电连接器，与所述磁芯的所述外周边相邻地延伸穿过所述绝缘基板，所述外导电连接器分别限定所述相应上迹线和所述相应下迹线之间的电连接，所述第一电气绕组比所述第二电气绕组更靠近所述磁芯。2.根据权利要求1所述的嵌入式磁性组件设备，其中，所述第二电气绕组的上迹线和下迹线比所述第一电气绕组的上迹线和下迹线宽。3.根据权利要求1或2所述的嵌入式磁性组件设备，其中，所述第二电气绕组包括两个外导电连接器，所述两个外导电连接器在每一条所述相应上迹线和每一条所述相应下迹线之间。4.根据权利要求1至3中的一项所述的嵌入式磁性组件设备，其中，所述第二电气绕组与所述第一电气绕组重叠。5.根据权利要求1至4中的一项所述的嵌入式磁性组件设备，其中所述第一电气绕组的上迹线与所述第二电气绕组的上迹线在所述绝缘基板的不同层上，并且所述第一电气绕组的下迹线与所述第二电气绕组的上迹线在不同层上。6.根据权利要求1至5中的一项所述的嵌入式磁性组件设备，其中，所述磁芯为八边形形状。7.根据权利要求1至6中的一项所述的嵌入式磁性组件设备，还包括：第一隔离层，在所述第一电气绕组和所述第二电气绕组之间位于所述绝缘基板的所述第一侧上；以及第二隔离层，在所述第一电气绕组和所述第二电气绕组之间位于所述绝缘基板的所述第二侧上。8.根据权利要求7所述的嵌入式磁性组件设备，其中，所述第一隔离层和/或所述第二隔离层包括单层。9.一种电气电路，包括：电路基板；根据权利要求1至8中的一项所述的嵌入式磁性组件设备，安装到所述电路基板的第一表面；以及电子组件，在所述嵌入式磁性组件设备和所述电路基板之间安装在所述电路基板的所述第一表面上。
10.根据权利要求9所述的电气电路，其中，电子组件安装在所述电路基板的与所述第一表面相对的第二表面上。11.一种制造嵌入式磁性组件设备的方法，所述方法包括：在包括第一侧和与所述第一侧相对的第二侧的绝缘基板中形成腔；在所述腔内安装磁芯，所述磁芯包括内周边和外周边；形成延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯的第一电气绕组；以及形成延伸穿过所述绝缘基板并围绕所述磁芯的第二电气绕组；其中，所述第一电气绕组和所述第二电气绕组中的每一个包括：上迹线，位于所述绝缘基板的所述第一侧上；下迹线，位于所述绝缘基板的所述第二侧上；内导电连接器，与所述磁芯的所述内周边相邻地延伸穿过所述绝缘基板，所述内导电连接器分别限定相应上迹线和相应下迹线之间的电连接；以及外导电连接器，与所述磁芯的所述外周边相邻地延伸穿过所述绝缘基板，所述外导电连接器分别限定所述相应上迹线和所述相应下导电迹线之间的电连接；其中，所述第一电...

【专利技术属性】
技术研发人员：丹下贵之，
申请(专利权)人：株式会社村田制作所，
类型：发明
国别省市：