嵌入式磁性部件裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請(qǐng)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(shù)】
[0002]電源裝置，例如變壓器和轉(zhuǎn)換器，包含磁性部件，例如變壓器繞組，并且經(jīng)常包含磁芯。磁性部件通常對(duì)裝置的重量和尺寸貢獻(xiàn)最大，使得小型化和低成本化困難。
[0003]在解決這一問題時(shí)，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(gè)明顯地更緊湊并且更薄的裝置。
[0004]在US2011/0108317中，例如，對(duì)具有可以被集成到印刷電路板中的磁性部件的封裝結(jié)構(gòu)以及用于制造所述封裝結(jié)構(gòu)的方法進(jìn)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(xì)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(shí)心基板105。
[0005]然后在環(huán)形磁性部件103的圓周內(nèi)側(cè)和圓周外側(cè)上在實(shí)心基板105中鉆出用于形成初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)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(dǎo)通孔107并且金屬跡線108形成在實(shí)心基板105的頂表面和底表面上，以將相應(yīng)的導(dǎo)通孔連接起來形成繞組結(jié)構(gòu)(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(dǎo)體。在圖1E-1和1E-2中所示的線圈導(dǎo)體用于嵌入式變壓器并且具有形成初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)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(dǎo)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(zhuǎn)換器裝置的實(shí)例中，例如，一個(gè)或多個(gè)晶體管開關(guān)裝置和相關(guān)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(guān)的問題。具體地，在環(huán)氧樹脂凝膠固化時(shí)，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(dǎo)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(shù)。此第二種技術(shù)將關(guān)于圖2A-1至2E-2描述。
[0009]如圖2A-1和2A-2所示，首先在對(duì)應(yīng)于細(xì)長的環(huán)形磁芯的內(nèi)部和外部圓周的位置處將貫通孔202鉆入實(shí)心樹脂基板201中。然后對(duì)所述貫通孔202電鍍以形成變壓器繞組的豎直的導(dǎo)電導(dǎo)通孔203并且金屬帽204形成在導(dǎo)電導(dǎo)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(dǎo)電導(dǎo)通孔203之間的實(shí)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(jīng)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(jié)構(gòu)的頂部，以覆蓋所述空腔205和磁芯206。相應(yīng)的層207在基板201的基底上也被添加到該結(jié)構(gòu)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(dǎo)電導(dǎo)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(shí)例，設(shè)置在環(huán)形磁芯的一側(cè)上的第一組繞組110、210形成初級(jí)變壓器線圈，并且在磁芯的相反側(cè)上的第二組繞組112、212形成次級(jí)繞組。這種變壓器可以用在電源裝置中，例如隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器，其中初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)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(jí)和次級(jí)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(shí)例中，初級(jí)側(cè)和次級(jí)側(cè)繞組之間的間距必須較大，以實(shí)現(xiàn)高隔離值，因?yàn)楦綦x僅由空氣的介電強(qiáng)度限定，在該實(shí)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(qiáng)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(duì)于許多產(chǎn)品，需要安全機(jī)構(gòu)的批準(zhǔn)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(duì)產(chǎn)品尺寸產(chǎn)生負(fù)面影響。對(duì)于干線加強(qiáng)電壓(250Vms)，例如，跨越PCB從初級(jí)繞組到次級(jí)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(jīng)認(rèn)識(shí)到，理想的是提供一種嵌入式磁性部件裝置，其具有改進(jìn)的隔離特性，并提供一種制造這種裝置的方法。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0015]本實(shí)用新型在現(xiàn)在將參考的獨(dú)立權(quán)利要求中進(jìn)行限定。
[0016]根據(jù)本實(shí)用新型的第一方面，提供一種嵌入式磁性部件裝置，其包括:絕緣基板，所述絕緣基板由樹脂材料形成并且具有彼此面對(duì)的第一側(cè)和第二側(cè)，并且絕緣基板在其中具有空腔，空腔帶有內(nèi)空腔內(nèi)壁和外空腔內(nèi)壁;磁芯，所述磁芯被容納在空腔中，在空腔的內(nèi)壁和磁芯之間具有空氣間隙；電繞組，所述電繞組圍繞磁芯設(shè)置;其中所述電繞組包括:設(shè)置在所述絕緣基板中的內(nèi)導(dǎo)電連接器，所述內(nèi)導(dǎo)電連接器通過所述第一側(cè)和所述第二側(cè)，并且在所述磁芯的內(nèi)周緣附近;和設(shè)置在所述絕緣基板中的外導(dǎo)電連接器，所述外導(dǎo)電連接器通過所述第一側(cè)和所述第二側(cè)，并且在所述磁芯的外周緣附近;其中所述絕緣基板包括內(nèi)緊密結(jié)合連接邊界，所述內(nèi)緊密結(jié)合連接邊界位于絕緣基板的一起形成空腔的第一部分和第二部分之間，所述緊密結(jié)合連接邊界在空腔和內(nèi)導(dǎo)電連接器之間延伸；其中所述絕緣基板包括外緊密結(jié)合連接邊界，所述外緊密結(jié)合連接邊界位于絕緣基板的一起形成空腔的第一部分和第二部分之間，所述外緊密結(jié)合連接邊界在空腔和外導(dǎo)電連接器之間延伸;其中內(nèi)緊密結(jié)合連接邊界在任一所述內(nèi)導(dǎo)電連接器和所述空腔的內(nèi)空腔內(nèi)壁之間的最小距離定義為Dl;其中外緊密結(jié)合連接邊界在任一所述外導(dǎo)電連接器和所述空腔的外空腔內(nèi)壁之間的最小距離定義為D2;并且其中Dl和D2分別為0.4mm或者更大;其中電繞組進(jìn)一步包括:設(shè)置在所述絕緣基板的第一側(cè)上的上導(dǎo)電跡線；設(shè)置在所述絕緣基板的第二側(cè)上的下導(dǎo)電跡線；其中所述內(nèi)導(dǎo)電連接器分別形成在上導(dǎo)電跡線和下導(dǎo)電跡線之間的電連接；其中所述外導(dǎo)電連接器分別形成在上導(dǎo)電跡線和下導(dǎo)電跡線之間的電連接。
[0017]DI和D2可以分別在0.4mm_Imm的范圍內(nèi)?？商娲?，Dl和D2可以分別在0.4mm-
0.8mm的范圍內(nèi)。可替代地，Dl和D2可以分別在0.4mm-0.6mm的范圍內(nèi)。
[0018]磁芯可以具有第一區(qū)段和第二區(qū)段，并且其中所述電繞組包括圍繞所述第一區(qū)段設(shè)置的初級(jí)電繞組和圍繞所述第二區(qū)段設(shè)置的次級(jí)電繞組;其中初級(jí)電繞組和次級(jí)電繞組被隔離;并且其中初級(jí)電繞組和次級(jí)電繞組分別包括上導(dǎo)電跡線、下導(dǎo)電跡線、內(nèi)導(dǎo)電連接器以及外導(dǎo)電連接器。
[0019]絕緣基板可以包括基底基板和設(shè)置在基底基板上的覆蓋層，所述基底基板具有帶有成對(duì)內(nèi)壁的所述空腔，并且其中內(nèi)緊密結(jié)合連接邊界和外緊密結(jié)合連接邊界存在于基底基板和覆蓋層之間。
[0020]該裝置可以進(jìn)一步包括:第一隔離屏障，所述第一隔離屏障形成在所述絕緣基板的第一側(cè)上，至少覆蓋初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間最接近的部分，并與初級(jí)繞組和次級(jí)繞組形成緊密結(jié)合連接；以及第二隔離屏障，所述第二隔離屏障形成在所述絕緣基板的第二側(cè)上，至少覆蓋初級(jí)繞組和次級(jí)繞組之間最接近的部分，并與初級(jí)繞組和次級(jí)繞組形成緊密結(jié)合連接。
[0021]第一隔離屏障和/或第二隔離屏障可以僅包括單個(gè)層。
[0022]可替代地，第一隔離屏障和/或第二隔離屏障可以包括多個(gè)層。
[0023]絕緣基板可以包括熱塑性材料或環(huán)氧樹脂材料。
[0024]在本實(shí)用新型的實(shí)施例中，電子部件被安裝在所述絕緣基板的第一側(cè)和/或第二側(cè)上。
[0025]可替代地，電子部件可以被安裝在第一隔離屏障和/或第二隔離屏障上。
[0026]在另一方面，本實(shí)用新型提供一種包含嵌入式磁性部件裝置的電力電子裝置。
[0027]在另一方面，提供一種形成嵌入式磁性部件裝置的相應(yīng)方法。
【附圖說明】
[0028]現(xiàn)在將僅通過舉例說明的方式并參照附圖描述本實(shí)用新型的實(shí)施例，其中:
[0029]圖1A-1示出了用于制造包括嵌入式磁性部件的基板的第一種已知的技術(shù)的一個(gè)步驟的截面圖；
[0030]圖1A-2示出了用于制造包括嵌入式磁性部件的基板的第一種已知的技術(shù)的一個(gè)步驟的平面圖；
[0031]圖1B-1示出了用于制造包括嵌入式磁性部件的基板的第一種已知的技術(shù)的一個(gè)步驟的截面圖；
[0032]圖1B-2示出了用于制造包括嵌入式磁性部件的基板的第一種已知的技術(shù)的一個(gè)步驟的平面圖；
[0033]圖1C-1示出了用于制造包括嵌入式磁性部件的基板的第一種已知的技術(shù)的一個(gè)步驟的截面圖；