嵌入式磁性部件裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及嵌入式磁性部件裝置，并且尤其涉及具有改善的隔離性能的嵌入式磁性部件裝置。
【背景技術】
[0002]電源裝置，例如變壓器和轉換器，包含磁性部件，例如變壓器繞組，并且經常包含磁芯。磁性部件通常對裝置的重量和尺寸貢獻最大，使得小型化和低成本化困難。
[0003]在解決這一問題時，已知的是提供小輪廓變壓器和電感器，其中，磁性部件被嵌入在樹脂基板中的空腔中，并且用于變壓器或電感器的必要的輸入和輸出電連接形成在基板表面上。然后可以通過將阻焊層和電鍍銅層添加到所述基板的頂表面和/或底表面來形成用于電源裝置的印刷電路板(PCB)。然后該裝置的必要的電子部件可以表面貼裝在PCB上。這使得能夠建立一個明顯地更緊湊并且更薄的裝置。
[0004]在US2011/0108317中，例如，對具有可以被集成到印刷電路板中的磁性部件的封裝結構以及用于制造所述封裝結構的方法進行了描述。在如圖1A-1到1E-2所示的第一方法中，由環(huán)氧樹脂基玻璃纖維制成的絕緣基板101具有空腔102(圖1A-1和1A-2)。細長的環(huán)形磁芯103插入到空腔102中(圖1B-1和1B-2)，并且所述空腔填充有環(huán)氧樹脂凝膠104(圖1C-1和1C-2)，以使磁性部件103被完全覆蓋。環(huán)氧樹脂凝膠104然后被固化，形成具有嵌入磁芯103的實心基板105。
[0005]然后在環(huán)形磁性部件103的圓周內側和圓周外側上在實心基板105中鉆出用于形成初級側和次級側變壓器繞組的貫通孔106(圖1D-1和1D-2)。貫通孔然后被電鍍有銅，以形成導通孔107并且金屬跡線108形成在實心基板105的頂表面和底表面上，以將相應的導通孔連接起來形成繞組結構(圖1E-1和1E-2)，并形成輸入和輸出端子109。以這種方式，在磁性部件周圍形成線圈導體。在圖1E-1和1E-2中所示的線圈導體用于嵌入式變壓器并且具有形成初級側和次級側繞組的左線圈和右線圈。嵌入式電感器可以以相同的方式形成，但是可以在輸入和輸出連接、導通孔的間距、以及所使用磁芯的類型方面變化。
[0006]然后阻焊層可以被添加到基板的頂表面和底表面上，從而覆蓋金屬表面端子線，允許另外的電子部件被安裝在所述阻焊層上。在為電源轉換器裝置的實例中，例如，一個或多個晶體管開關裝置和相關的控制電子裝置，例如集成電路(IC)和無源部件可安裝在表面阻焊層上。
[0007]以這種方式制造的裝置具有許多相關的問題。具體地，在環(huán)氧樹脂凝膠固化時，氣泡可能形成在環(huán)氧樹脂凝膠中。在基板的表面上的電子部件的回流焊接期間，這些氣泡可能膨脹而導致裝置失效。
[0008]US2011/0108317還描述了一種在其中不用環(huán)氧樹脂凝膠填充空腔的第二種技術。此第二種技術將關于圖2A-1至2E-2描述。
[0009]如圖2A-1和2A-2所示，首先在對應于細長的環(huán)形磁芯的內部和外部圓周的位置處將貫通孔202鉆入實心樹脂基板201中。然后對所述貫通孔202電鍍以形成變壓器繞組的豎直的導電導通孔203并且金屬帽204形成在導電導通孔203的頂部和底部上，如圖2B-1和2B-2所示。用于磁芯的環(huán)形空腔205然后在介于導電導通孔203之間的實心樹脂基板201中確定路線(圖2C-1和2C-2)，且環(huán)型磁芯206被放置在空腔205中(圖2D-1和2D-2)?？涨?05比磁芯206稍大，因此在磁芯206周圍可能存在空氣間隙。
[0010]一旦磁芯206已經被插入到空腔205中，上環(huán)氧樹脂介電層207(例如粘合粘絞層(adhesive bondply layer))被添加到該結構的頂部，以覆蓋所述空腔205和磁芯206。相應的層207在基板201的基底上也被添加到該結構的底部(圖2E-1和2E-2)。另外的貫通孔被鉆取穿過所述上和下環(huán)氧樹脂層207至導電導通孔203的帽204，并被電鍍，并且金屬跡線208隨后形成在該裝置的頂表面和底表面上，如之前那樣(圖2F-1和2F-2)。
[0011]如上所述，在圖1A-1至1E-2和圖2A-1至2F-2的嵌入式磁性部件是變壓器的實例，設置在環(huán)形磁芯的一側上的第一組繞組110、210形成初級變壓器線圈，并且在磁芯的相反側上的第二組繞組112、212形成次級繞組。這種變壓器可以用在電源裝置中，例如隔離式DC-DC轉換器，其中初級側和次級側繞組之間的隔離是必需的。在圖1A-1至1E-2和圖2A-1至2F-2所示的示例性裝置中，所述隔離是初級和次級繞組之間的最小間距的度量。
[0012]在以上圖1A-1至1E-2和圖2A-1至2F-2的實例中，初級側和次級側繞組之間的間距必須較大，以實現高隔離值，因為隔離僅由空氣的介電強度限定，在該實例中，由在空腔中或在該裝置的頂表面和底表面處的空氣的介電強度限定。隔離值也可能受到空腔的污染或具有污垢的表面的不利影響。
[0013]對于許多產品，需要安全機構的批準來保證隔離特性。如果所需的穿過空氣的隔離距離大，則將對產品尺寸產生負面影響。對于干線加強電壓(250Vms)，例如，跨越PCB從初級繞組到次級繞組需要大約5mm的間隔，以滿足EN/UL60950的絕緣要求。
[0014]我們已經認識到，理想的是提供一種嵌入式磁性部件裝置，其具有改進的隔離特性，并提供一種制造這種裝置的方法。
【實用新型內容】
[0015]本實用新型在現在將參考的獨立權利要求中進行限定。在從屬權利要求中描述有利的特征。
[0016]在第一方面，本實用新型提供一種嵌入式磁性部件裝置，包括:具有第一區(qū)段和第二區(qū)段的磁芯；由樹脂材料形成并且具有第一側和與第一側相反的第二側的絕緣基板，絕緣基板具有容納磁芯的空腔，在空腔的壁和磁芯之間具有空氣間隙；初級電繞組，所述初級電繞組穿過絕緣基板并設置在磁芯的第一區(qū)段周圍，初級電繞組的一部分出現在所述絕緣基板的第一側和第二側上;次級電繞組，所述次級電繞組至少穿過所述絕緣基板，設置在磁芯的第二區(qū)段周圍并且與初級電繞組間隔開，以便與初級電繞組隔離，次級電繞組的一部分出現在所述絕緣基板的第一側和第二側上;第一隔離屏障，所述第一隔離屏障為不是阻焊劑的樹脂材料，形成在所述絕緣基板的第一側上，所述第一隔離屏障至少覆蓋所述第一側的位于初級電繞組和次級電繞組之間的初級電繞組和次級電繞組最接近的部分，并與所述絕緣基板的第一側形成緊密結合連接;第二隔離屏障，所述第二隔離屏障為不是阻焊劑的樹脂材料，形成在所述絕緣基板的第二側上，所述第二隔離屏至少覆蓋所述第二側的位于初級電繞組和次級電繞組之間的初級電繞組和次級電繞組最接近的部分，并與所述絕緣基板的第二側形成緊密結合連接;其中初級電繞組包括:設置在所述絕緣基板的第一側上并且被第一隔離屏障覆蓋的第一上導電跡線;設置在所述絕緣基板的第二側上并且被第二隔離屏障覆蓋的第一下導電跡線;第一內導電連接器，所述第一內導電連接器設置在絕緣基板中磁芯的內周緣附近，形成第一上導電跡線和第一下導電跡線之間的電連接;和第一外導電連接器，所述第一外導電連接器設置在絕緣基板中磁芯的外周緣附近，形成第一上導電跡線和第一下導電跡線之間的電連接，并且其中次級電繞組包括:設置在所述絕緣基板的第一側上并且被第一隔離屏障覆蓋的第二上導電跡線;設置在所述絕緣基板的第二側上并且被第二隔離屏障覆蓋的第二下導電跡線；第二內導電連接器，所述第二內導電連接器設置在絕緣基板中磁芯的內周緣附近，形成第二上導電跡線和第二下導電跡線之間的電連接;和第二外導電連接器，所述第二外導電連接器設置在絕緣基板中磁芯的外周緣附近，形成第二上導電跡線和第二下導電跡線之間的電連接。
[0017]第一隔離屏障可以包括單個層，并且可以完全覆蓋絕緣基板的第一側。
[0018]替代地，第一隔離屏障可以包括多個層，并且可以完全覆蓋絕緣基板的第一側。
[0019]第二隔離屏障可以包括單個層，并且可以完全覆蓋所述絕緣基板的第二側。
[0020]第二隔離屏障可以包括多個層，并且可以完全覆蓋絕緣基板的第二側。
[0021]該裝置可以包括覆蓋第一隔離屏障的第一阻焊層和覆蓋第二隔離屏障的第二阻焊層。
[0022]絕緣基板可以包括基底絕緣基板和形成在基底絕緣基板上的覆蓋層，所述覆蓋層覆蓋容納所述磁芯的空腔并提供絕緣基板的第一表面。
[0023]該裝置可以進一步包括:第一連接圖案(landpattern)，所述第一連接圖案形成在第一隔離屏障的與覆蓋所述初級電繞組和所述次級電繞組的一側相反的表面上;和電子部件，所述電子部件安裝在第一連接圖案上。
[0024]該裝置可以進一步包括:第二連接圖案，所述第二連接圖案形成在第二隔離屏障的與覆蓋所述初級電繞組和所述次級電繞組的一側相反的表面上;和電子部件，所述電子部件安裝在第二連接圖案上。
[0025]絕緣基板、第一隔離屏障和第二隔離屏障可以由相同的材料制成。
[0026]第一隔離屏障和第二隔離屏障可以包括熱塑性材料或環(huán)氧樹脂材料。
[0027]在本實用新型的第二方面中，提供了一種制造嵌入式磁性部件裝置的方法，包括:a)制備由樹脂材料形成的并且在其中具有空腔的絕緣基板;b)在空腔中安裝磁芯，在空腔的壁和磁芯之間具有空氣間隙，磁芯具有第一區(qū)段和第二區(qū)段;c)形成隔離的初級電繞組和次級電繞組，所述初級電繞組和所述次級電繞組穿過所述絕緣基板并且設置在磁芯的第一區(qū)段和第二區(qū)段周圍，次級繞組與初級電繞組間隔開，以便與初級電繞組隔離，初級電繞組的一部分出現在所述絕緣基板的第一側和第二側上，并且次級電繞組的一部分出現在所述絕緣基板的第一側和第二側上;d)形成第一隔離屏障，所述第一隔離屏障為不是阻焊劑的樹脂材料，形成在所述絕緣基板的第一側上，所述第一隔離屏障至少覆蓋所述第一側的位于初級電繞組和次級電繞組之間的初級電繞組和次級電繞組最接近的部分，以與所述絕緣基板的第一側形成緊密結合連接；以及e)形成第二隔離屏障，所述第二隔離屏障為不是阻焊劑的樹脂材料，形成在所述絕緣基板的第二側上，所述第二隔離屏障至少覆蓋所述第二側的位于初級電繞組和次級電繞組之間的初級電繞組和次級電繞組最接近