[發明專利]包括多層繞組的嵌入式磁性設備

在審

• 申請號: 202180076276.6
• 申請日: 2021-09-29
• 公開（公告）號: CN116547771A
• 公開（公告）日: 2023-08-04
• 發明（設計）人: 丹下貴之
• 申請（專利權）人: 株式會社村田制作所
• 主分類號: H01F27/28
• 分類號: H01F27/28
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 韓聰

一種設備包括：基板；磁芯，在基板中，并且包括孔；第一繞組，穿過孔并圍繞磁芯延伸；第二繞組，穿過孔、圍繞磁芯并圍繞第一繞組的一部分延伸；第一覆蓋物，位于基板的第一表面上，并位于第二繞組的第一部分上方；以及第二覆蓋物，位于基板的第二表面上，并位于第二繞組的第二部分上方。第一繞組和第二繞組僅圍繞同一半磁芯延伸。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2020年9月29日提交的美國專利申請No.63/084,702的優先權。該申請的全部內容通過引用并入本文。

技術領域

本發明涉及嵌入式磁性設備，并且具體地，涉及具有多層繞組的嵌入式磁性設備。

背景技術

電源設備包括諸如變壓器和磁芯之類的磁性組件。磁性組件通常對電源設備的重量和尺寸貢獻最大，使得小型化和成本降低變得困難。

為了解決該問題，已知提供了薄型變壓器和電感器，其中變壓器或電感器嵌入由樹脂制成的基板中的腔體中，并且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。基板可以是印刷電路板(PCB)，其在基板的頂表面和/或底表面上包括附加的阻焊層和鍍銅層。電源設備的電子組件可以表面安裝在基板上。這允許制作更緊湊且更薄的電源設備。

在一種已知方法中，具有磁性組件的封裝結構可以集成到印刷電路板中。在這種已知方法中，在由環氧樹脂基玻璃纖維制成的絕緣基板中形成腔體，在腔體中放置環形磁芯，然后用環氧樹脂凝膠填充腔體，使得完全覆蓋磁芯。然后使環氧樹脂凝膠固化，形成具有嵌入式磁芯的基板。為了提供初級變壓器繞組和次級變壓器繞組中包括的過孔和跡線，(1)在環形磁芯的內圓周和外圓周上的基板中鉆出通孔，(2)然后用銅鍍覆這些通孔以形成過孔，并且(3)在基板的頂表面和底表面上形成跡線，以將各個過孔連接在一起形成繞組結構，并形成輸入和輸出端子。以這種方式，圍繞磁芯創建線圈導體。嵌入式變壓器的線圈導體包括形成初級和次級側繞組的線圈。嵌入式電感可以以相同的方式形成，但在輸入和輸出連接、過孔間隔和所使用的磁芯類型方面可以有所不同。

然后可以將阻焊層添加到基板的頂表面和底表面，以覆蓋表面跡線，這允許將附加的電子組件安裝在阻焊層上。在電源設備中，例如，一個或多個晶體管和相關聯的控制電子器件(例如，集成電路(IC)和無源組件)可以安裝在阻焊層上。

以這種方式制造的電源設備具有若干相關問題。隨著環氧凝膠固化，氣泡可能形成在環氧凝膠中。在基板的表面上對電子組件進行回流焊接期間，這些氣泡可以膨脹并導致電源設備的故障。

備選地，可以使用第二種已知方法，其中環氧凝膠不用于填充腔體。在該方法中，首先在對應于環形磁芯的內圓周和外圓周的位置處在固體樹脂基板中鉆出通孔。然后電鍍這些通孔以形成變壓器繞組的豎直過孔，并且在過孔的頂部和底部上形成金屬封蓋。然后在過孔之間的固體樹脂基板中布置磁芯的環形腔體，并將環型磁芯放置在腔體中。腔體略大于磁芯，因此磁芯周圍可能存在氣隙。

一旦磁芯已插入腔體中，就將上環氧介電層和下環氧介電層添加到基板，以覆蓋腔體和磁芯。在上環氧層和下環氧層上鉆出通孔直至過孔的封蓋，然后對其進行電鍍，隨后在基板的頂表面和底表面上形成跡線以形成輸入和輸出端子。

當嵌入式磁性組件為變壓器時，初級繞組設置在磁芯的一側上，并且次級繞組設置在磁芯的與初級繞組相對的一側上。這種變壓器可以用于需要初級側和次級側之間的隔離的電源設備(例如，隔離式DC-DC轉換器)。隔離距離是初級繞組和次級繞組之間的最小間隔。

在上述這些已知方法中，初級繞組和次級繞組之間的間隔必須足夠大以實現高隔離值，因為在這種布置中，在腔體中或在設備的頂表面和底表面處，隔離僅受空氣的介電強度限制。隔離值也可能受到腔體或表面被污垢污染的不利影響。