專利名稱：基于引線框架的分立功率電感的制作方法
技術領域：
本發明主要涉及分立電感，特別涉及具有頂部及底部引線框架的分立電感，其內部連接引腳形成一圍繞閉環磁芯的線圈。
背景技術：
回顧現有技術中的分立電感已展現了多種結構，包括封裝繞線電感，其具有或圓形或平面的圍繞磁芯的繞線。典型的磁芯具有環形磁芯，“I”型圓筒磁芯，“T”型圓筒磁芯， 以及“E”型圓筒磁芯。其它的已知結構包括具有鐵粉磁芯和金屬合金壓粉磁芯的繞線。形成一設置有圍繞磁芯的繞線的表面安裝分立電感也是已知的。繞線電感的制造是一個低效率且復雜的步驟。開放的繞軸尤其用于使圍繞圓筒磁芯的繞線更便利。在環形磁芯的情況下，繞線必須重復穿過中心孔。不具有繞線的分立電感包括電磁線圈導體，例如題為“超小型功率轉換器 (Microminiature Power Converter) ”的美國專利6，930，584以及復合層電感。題為“芯片型電感(Chip-type Inductor)”的美國專利4，543，553，題為“薄板型電感(Lamination Type Inductor)”的美國專利5，032，815，題為“制造復合層芯片電感的方法(Method for Producing Multi-layered Chip Inductor) ” 的美國專利 6，630，881，和題為“薄板電感 (Laminated Inductor)，，的美國專利7，046，114都公開了典型的復合層電感。這些無繞線的分立電感要求復合層，并具有復雜的結構也不方便制造。考慮到現有技術的限制，在這一技術領域中存在對于能夠使用已有的科技方便地大量制造的分立功率電感的需求。在本領域中也存在可以提供低成本的分立功率器件的要求。在本領域中還要求分立功率電感的每一單位區間具有最大電感系數和最小電阻。在本領域中也需要一種結合了具有最少回轉數的較小物理尺寸的緊湊型分立功率電感，以提供較小的占用面積和較薄的外形。
發明內容
本發明所提供的分立功率電感克服了現有技術中存在的缺點 ，通過提供一種具有頂部和底部引線框架的功率電感，其內連接引腳形成一圍繞單一閉環磁芯的線圈，來達到本發明的目的。單一的磁芯層將功率電感每一單元區域的電感系數最大化。在本發明的一個方面中，底部引線框架包括多個底部引腳，每一個底部引腳都具有分別設置在其相應端部上的第一和第二連接段。底部引線框架還包括具有第一連接段的第一末端引腳和具有第二連接段的第二末端引腳。頂部引線框架包括多個頂部引腳，每一個頂部引腳都具有分別設置在其相應端部的第一和第二連接段。在本發明的另一個方面中，底部引線框架包括第一側和第二側，第一和第二側相對設置。第一組引腳組成第一側，第二組引腳組成第二側。第一組引腳包含具有一內部連接段的末端引腳。第一組引腳中的其余引腳包括內部和外部連接段。
底部引線框架的第二組引腳包括一具有外部連接段的末端引腳。第二組引腳中的其余引腳具有內部和外部連接段。底部引線框架還包括路徑引腳，其延伸至第一側和第二側之間。路線引腳具有內部及外部連接段。頂部引線框架包括第一側和第二側，第一和第二側相對設置。第一組引腳組成第一側，第二組引腳組成第二側。每一個頂部引腳都由一內部連接段和一外部連接段組成。 圍繞單一封閉環磁芯的線圈構成頂部和底部引線框架上的內部和外部連接段之間的內連接，磁芯夾在頂部和底部引線框架之間。頂部和底部引線框架的其中一個引腳具有一般的非線性階梯式結構，以使頂部引線框架的引腳耦合相鄰的底部引線框架上的引腳，形成圍繞磁芯的線圈。在本發明的另一方面，磁芯被圖案化為中間具有一窗口或一孔洞，以此實現頂部與底部引線框架引腳的內連接段之間的連接。在本發明的另一方面，一內部連接結構或芯片設置于磁芯的窗口中，以實現頂部與底部引線框架引腳的內部連接段之間的連接。內部連接芯片組成導電通路以耦合內部連接段。在本發明的另一方面，一外圍連接結構或芯片設置于磁芯的周圍，以實現頂部與底部引線框架引腳的外部連接段之間的連接。外圍連接芯片組成導電通路以耦合外部連接段。在本發明的另一方面，磁芯是實心的，且導電通路用來提供頂部與底部引線框架引腳的內部連接段之間的連接。在本發明的另一方面，磁芯是實心的，且導電通路用來提供頂部與底部引線框架引腳的內部和外部連接段之間的連接。在本發明的另一方面，頂部和底部引線框架的引腳是彎曲的，以此將其上的內部和外部連接段設置于一個與引線框架平面平行的平面上。在本發明的另一方面，頂部引腳是彎曲的，以此將其上的內部和外部連接段設置于一個與引線框架平面平行的平面上，而且底部引腳是平面的。本發明的優點在于其提供一緊湊的功率電感并最大化單元區域內的電感系數。 本發明的功率電感還提供了一種將小物理尺寸與最小匝數結合的功率電感，其具有較小的覆蓋面積和較薄的輪廓。另外，本發明所述的功率電感可以簡單地通過應用現有的半導體封裝技術低成本高產量地生產。至此，為了更好地理解下文中的對于本發明的詳細敘述，已相當寬泛地勾勒出了本發明的較重要的特征，而對本領域所作的貢獻也能夠被更好地認識。當然，本發明還有其它的特征將在下文中敘述，而其將形成權利要求所限定的內容。為此，在詳細敘述本發明的一個具體實施例之前，應當認識到本發明不受限于本申請文件中的功能元件的細節以及這些元件在下文中敘述的內容及附圖的范圍。本發明可以具有其它的具體實施方式
，并以多種途徑實施及實現。同時，也應當認識到，本文所用的語法和術語以及摘要，其意在敘述內容而不能被視作限制。因此，本領域的技術人員可以意識到，以本文公開的內容可以被方便地利用來作為其它的方法和系統的設計的基礎，以達到本發明的若干目的。所以，重要的是，在其沒有脫離本發明的精神及范圍的情況下，權利要求應當被視作包含了這樣的等效結構。
本發明的這些及其它方面和特點將通過下文中對于本發明的特殊實施方式的敘述及下列相應的附圖展示給本領域的普通技術人員；其中圖IA是本發明的基于引線框架的分立功率電感的第一種實施方式的俯視圖；圖IB中用虛線顯示了圖IA中的基于引線框架的分立功率電感的磁芯的俯視圖；圖IC是本發明的磁芯的俯視圖；圖ID是本發明的帶有一小溝槽的磁芯的俯視圖；圖IE是本發明的底部引線框架的俯視圖；圖IF是本發明的頂部引線框架的俯視圖；圖IG是圖IA中的基于引線框架的分立功率電感的側視圖；圖IH是圖IA中的基于引線框架的分立功率電感的完全封裝的剖視圖；圖2A是本發明的基于引線框架的分立功率電感的第二種實施方式的俯視圖；圖2B是圖2A中的基于引線框架的分立功率電感的側視圖；圖2C是本發明的底部引線框架的俯視圖；圖2D是圖2A中的基于引線框架的分立功率電感的完全封裝的剖視圖；圖3A是本發明的基于引線框架的分立功率電感的第三種實施方式的俯視圖；圖3B是本發明的頂部引線框架的俯視圖；圖3C是圖3A中的基于引線框架的分立功率電感的側視圖；圖3D是本發明的內部連接芯片的俯視圖；圖3E是圖3D中的內部連接芯片的剖視圖；圖4A是本發明的基于引線框架的分立功率電感的第四種實施方式的俯視圖；圖4B是本發明的底部引線框架的俯視圖；圖5A是本發明的基于引線框架的分立功率電感的第五種實施方式的俯視圖；圖5B是圖5A中的基于引線框架的分立功率電感的側視圖；圖5C是本發明的外圍內連接芯片的俯視圖；圖5D是本發明的頂部引線框架的俯視圖；圖6A是本發明的基于引線框架的分立功率電感的第六種實施方式的俯視圖；圖6B是本發明的磁芯的俯視圖；圖6C是圖6A中的基于引線框架的分立功率電感的側視圖；圖6D是本發明的底部引線框架的俯視圖；圖7A是本發明的基于引線框架的分立功率電感的第七種實施方式的俯視圖；圖7B是圖7A中的基于引線框架的分立功率電感的側視圖；圖8A是本發明的基于引線框架的分立功率電感的第八種實施方式的俯視圖8B是本發明的磁芯的俯視圖；圖8C是圖8A中的基于引線框架的分立功率電感的側視圖；圖9A是本發明的基于引線框架的分立功率電感的第九種實施方式的俯視圖；圖9B是本發明的磁芯的俯視圖；圖9C是本發明的底部引線框架的俯視圖；以及圖9D是本發明的頂部引線框架的俯視圖。
具體實施例方式
現結合附圖詳細敘述本發明，其作為本發明的舉例以使本領域的技術人員可以實施本發明。值得注意的是，下文中的附圖和舉例不意味著對本發明范圍的限制。其中某些本發明的組件可以部分或全部用已知的元件實現，在這些已知的元件中，只有對于理解本發明的必要的那部分將被闡述，而其余部分已知元件的細節描述將被省略，以免本發明內容不明確。另外，本發明通過圖釋的方式包含了現有及將來所知的此處涉及的等效元件。本發明提供一種基于引線框架的分立功率電感。本發明的具體實施方式
包括一具有形成于其中心的窗口或孔洞的磁芯，從而允許頂部和底部引線框架的引腳的內連接段相連接，以此形成將在此進一步說明的功率電感的線圈。磁芯優選環形結構并且厚度小于100 微米，以適應薄電感的應用。磁芯在高頻率的應用中可以由鐵酸鹽或納米晶鎳鐵合金制成， 在低頻率的應用中可以由鎳鐵合金，鎳鋅合金或其它適合的磁性材料制成。在本文中闡述的一種分立功率電感的主要應用是用于直流-直流功率轉換器，其工作頻率范圍為IMHz至 5MHz，輸出電流IA或更小，電感值的范圍在0. 4至2. 0 μ H，直流串聯電阻小于0. 15 Ω。依照本發明中的功率電感的線圈，其由內部連接的圍繞磁芯的頂部和底部引線框架的引腳的連接段組成。內部連接可以通過使用包括焊料和導體環氧樹脂這樣的標準半導體封裝材料技術實現。頂部及底部引線框架的厚度優選100至200微米之間，并通過在引線框架的制作中使用包括銅和其它常用合金的低電阻材料制成。與磁芯組合后，如果需要，本發明所提供的功率電感的總厚度可以小于1mm，這就可以適用于許多例如手持器件和移動電子產品的應用設備中。基于引線框架的分立功率電感的第一種實施方式的普通設計方案100如圖IA所示。電感100包括一磁芯110，一頂部引線框架120和一底部引線框架160，其引腳圍繞磁芯110內部連接。引線框架160由導體材料制成，優選金屬材料，包括銅，合金42，和鍍銅。 磁芯110包括一形成于其中間的窗口或洞孔115(圖1C)。參考圖1D，所示的磁芯IlOa具有一小溝槽117。溝槽117用于調整磁芯IlOa的特性，而磁芯的最終結構仍然提供了一個封閉的磁環。溝槽117的其中部分也可以類似一細孔，并延伸至完全穿過磁芯的一側。在本發明的所有實施方式中，具有或不具有溝槽的磁芯都可以使用。頂部和底部引線框架120和160都包括多個引腳。如圖IE所具體說明的，底部引線框架160包括設置于引線框架160第一側的第一組引腳160a, 160b和160c。引腳160a, 160b和160c具有非線性的階梯結構，以實現與頂部引線框架120的引腳之間的連接，從而形成將在本文中進一步公開的線圈。引腳160a作為末端引腳并具有位于平面C-C上的內部連接段161a，平面C-C平行于底部引線框架160的底部平面A-A，并位于其上方。圖IG為功率電感100的側視方向的概 圖，表示出了所參照的平面及引腳結構。在圖IG中省略了引腳160f和部分的磁芯110，以給出本實施方式簡化且更為清晰的側面輪廓。類似的簡化也應用于本文件的其它側視圖中。底部引腳160b和160c分別包括設置于平面C-C上的內部連接段161b和161c，平面C-C平行于引腳160b和160c平面部分的平面B-B，并位于其上方。底部引腳160b和160c還分別包括位于平面C-C上的外部連接段163b和163c。平面B-B與平面A-A位于同一平面或略高于于平面A-A。底部引線框架160還包括設置于引線框架160第二側的第二組引腳160e，160f和 160g。引腳160e，160f和160g具有非線性的階梯結構，以實現與頂部引線框架120的引腳之間的連接，從而形成將在本文中進一步公開的線圈。引腳160e作為末端引腳并具有位于平面C-C上的外部連接段163e。底部引腳160f和160g分別包括設置于平面C-C上的內部連接段161f和161g。底部引腳160f和160g還分別包括位于平面C-C上的外部連接段 163f和163g。底部引線框架160的引腳結構提供了一個用來設置與功率電感100組裝的磁芯110的溝槽。如圖IE中所示，底部引線框架還包括路徑引腳160d。路徑引腳160d包括設置于 C-C平面上的一內部連接段161d和一外部連接段163d。路徑段165d(設置在B-B平面上) 耦合設置于底部引線框架160的第一側的外部連接段163d和設置于底部引線框架160的第二側的內部連接段161d。參考圖1F，頂部引線框架120包括設置于頂部引線框架120第一側的第一組引腳 120a, 120b和120c。頂部引腳120a, 120b和120c具有非線性的階梯結構，以實現與底部引線框架160的引腳之間的連接，從而形成將在本文中進一步公開的線圈。頂部引腳120a， 120b和120c分別包括設置于平面D-D上的內部連接段121a，121b和121c，平面D-D平行于頂部引腳120a，120b和120c的平面部分所在的平面E-E，并位于其下方。頂部引腳120a， 120b和120c還分別包括位于平面D-D上的外部連接段123a，123b和123c。頂部引線框架120還包括設置于頂部引線框架120第二側的第二組引腳120d， 120e，和120f。頂部引腳120d，120e，和120f具有非線性的階梯結構，以實現與底部引線框架160的引腳之間的連接，從而形成將在本文中進一步公開的線圈。頂部引腳120d，120e， 和120f分別包括設置于平面D-D上的內部連接段121d，121e和121f。頂部引腳120d, 120e，和120f還分別包括設置于平面D-D上的外部連接段123d，123e，和123f。頂部引線框架120的引腳結構提供了一個由底部引線框架160的引腳形成的溝槽的覆蓋，其中設置有與功率電感100組裝的磁芯110。圍繞磁芯110形成的線圈在圖IB中顯示得最清楚，其中磁芯110由虛線表示。通過磁芯110的窗口 115，底部引線框架160的引腳160a，160b，160c，160d，160f，和160g的內部連接段耦合內部連接段121a, 121b，121c, 121d，121e和121f。底部引線框架160的引腳160b，160c, 160d, 160e, 160f和160g的外部連接段耦合圍繞磁芯110外圍邊緣的頂部引線框架 120 的外部連接段 123a, 123b, 123c, 123d, 123e 和 123f。弓丨腳160a的內部連接段161a耦合引腳120a的內部連接段121a。引腳120a的外部連接段123a耦合相鄰引腳160b的外部連接段163b。引腳120a的非線性階梯結構使其能夠對準并耦合外部連接段123a和163b。引腳160b的內部連接段161b耦合引腳120b的內部連接段121b。引腳160b的非線性階梯結構能夠使引腳160b的內部連接段161b在窗Π 115中與內部連接段161a相鄰設置。引腳120b的外部連接段123b耦合相鄰引腳160c 的外部連接段163c。和引腳120a的情況一樣，引腳120b的非線性階梯結構可以使其對準并耦合至外部連接段123b和163c。引腳160c的內部連接段161c耦合引腳120c的內部連接段121c。引腳160c的非線性階梯結構能夠使引腳160c的內部連接段161c在窗口 115 中與內部連接段161b相鄰設置。引腳120c的外部連接段123c耦合相鄰引腳160d的外部連接段163d，引腳120c的非線性階梯結構可以使其對準并耦合外部連接段123c和163d。路徑引腳160d的路徑段165d提供用線圈電路連接引腳160d的內部連接段161d 到引腳120f的內部連接段121f的連接路徑。引腳120f的外部連接段123f耦合到相鄰引腳160g的外部連接段 163g。引腳120f的非線性階梯結構可以使其對準并耦合外部連接段123f和163g。引腳160g的內部連接段161g耦合引腳120e的內部連接段121e。引腳 160g的非線性階梯結構可以使引腳160g的內部連接段161g在窗口 115中與內部連接段 161d相鄰設置。引腳120e的外部連接段123e耦合相鄰引腳160f的外部連接段163f。引腳120e的非線性階梯結構可以使其對準并耦合外部連接段123e和163f。引腳160f的內部連接段161f耦合到引腳120d的內部連接段121d。引腳160f的非線性階梯結構可以使引腳160f的內部連接段161f在窗口 115中與內部連接段161g相鄰設置。引腳120d的外部連接段123d連接相鄰末端引腳160e的外部連接段163e。分立功率電感100可包括末端引腳160a和160e，頂部與底部引腳框架120和160 的引腳之間的內部連接形成圍繞磁芯110的線圈。分立功率電感100可以通過封裝170封裝形成一表面可兼容安裝的封裝結構 180(圖1H)。封裝170可以包括常見的封裝材料。也可以選擇，包括混合有例如鐵磁體微粒的磁粉材料，以此屏蔽及優化磁性。如果平面B-B只略高于平面A-A，那么僅有末端引腳 160a和160e的部分穿過封裝170的底部表面暴露出來，用于外部連接，其余的底部引線框架160由封裝170覆蓋。基于引線框架的分立功率電感的第二種實施方式的一般設計200如圖2A所示，其中底部引線框架260的部分引腳用虛線表示。功率電感200在各個方面與功率電感100 — 致，除了如功率電感200的側視簡圖(圖2B)所示的，其底部引線框架260是平面的。詳細參考圖2C，底部引線框架260包括設置于引線框架260第一側的第一組引腳 260a, 260b和260c。引腳260a，260b和260c具有非線性階梯結構以實現與頂部引線框架 120的引腳的連接，從而形成將在本文中進一步公開的線圈。引腳260a作為末端引腳并具有內部連接段261a。底部引腳260b和260c分別包括內部連接段261b和261c。底部引腳 260b和260c還分別包括外部連接段263b和263c。底部引線框架260還包括設置于引線框架260第二側的第二組引腳260e，260f和 260g。引腳260e，260f和260g具有非線性階梯結構以實現與頂部引線框架120的引腳的連接，從而形成將在本文中進一步公開的線圈。引腳260e作為末端引腳并具有外部連接段 263e。底部引腳260f和260g分別包括內部連接段261f和261g。底部引腳260f和260g 還分別包括外部連接段263f和263g。底部引線框架260的引腳結構提供了一個平臺，在其上設置有與功率電感200組裝的磁芯110。如圖2C所示，底部引線框架260也包括一路徑引腳260d。路徑引腳260d包括一內部連接段261d和一外部連接段263d。路徑段265d將設置于底部引線框架260的第一側的外部連接段263d耦合到設置于底部引線框架260的第二側的內部連接段261d。如圖2A所示，圍繞磁芯110形成線圈。底部引線框架260的引腳260a，260b, 260c, 260d，260f和260g的內部連接段通過磁芯110的窗口 115耦合到內部連接段121a，121b， 121c, 121d, 121e 和 121f。底部引線框架 260 的引腳 260b，260c，260d，260e，260f 和 260g 的外部連接段耦合圍繞磁芯110外圍邊緣的頂部引線框架120的外部連接段123a，123b， 123c,123d,123e 和 123f。引腳260a的內部連接段261 a耦合引腳120a的內部連接段121a。引腳120a的外部段123a耦合相鄰引腳260b的外部連接段263b。引腳120a的非線性階梯結構能夠使其對準并耦合外部連接段123a和263b。引腳260b的內部連接段261b耦合引腳120b的內部連接段121b。引腳260b的非線性階梯結構能夠使引腳260b的內部連接段261b在窗口 115中與內部連接段261a相鄰設置。引腳120b的外部連接段123b耦合相鄰引腳260c的外部連接段263c。引腳120b的非線性階梯結構能夠使其對準并耦合外部連接段123b和 263c。引腳260c的內部連接段261c耦合引腳120c的內部連接段121c。引腳260c的非線性階梯結構能夠使引腳260c的內部連接段261c在窗口 115中與內部連接段261b相鄰設置。引腳120c的外部連接段123c耦合相鄰引腳260d的外部連接段263d。路徑引腳260d包括路徑段265d(圖2C)，其提供用線圈電路將引腳260d的內部連接段261d連接到引腳120f的內部連接段121f的連接路徑。引腳120f的外部連接段123f 耦合到引腳260g的外部連接段263g。引腳120f的非線性階梯結構可以使其對準并耦合外部連接段123f和263g。引腳260g的內部連接段261g耦合相鄰引腳120e的內部連接段 121e。引腳260g的非線性階梯結構可以使引腳260g的內部連接段261g在窗口 115中與內部連接段261d相鄰設置。引腳120e的外部連接段123e耦合相鄰引腳260f的外部連接段263f。引腳120e的非線性階梯結構可以使其對準并耦合外部連接段123e和263f。引腳260f的內部連接段261f耦合到引腳120d的內部連接段121d。引腳260f的非線性階梯結構可以使引腳260f的內部連接段261f在窗口 115中與內部連接段261g相鄰設置。引腳120d的外部連接段123d耦合相鄰引腳260e的外部連接段263e。分立功率電感200可包括末端引腳260a和260e，頂部與底部引腳框架120和260 的引腳之間的內部連接形成圍繞磁芯110的線圈。分立功率電感200可以通過封裝270封裝形成一表面可兼容安裝的封裝結構 280(圖2D)。封裝270可以包括常見的封裝材料。也可以選擇，包括混合有例如鐵磁體微粒的磁粉材料，以此屏蔽及優化磁性。基于引線框架的分立功率電感的第三種實施方式的一般設計300如圖3A所示，其中底部引線框架260的部分引腳用虛線表示。功率電感300包括平面底部引線框架260，一頂部引線框架320，其引腳圍繞磁芯110內部連接。一連接芯片330設置于窗口 115中(圖 3C)，并能夠實現頂部和底部引線框架引腳的內部連接段之間的連接。參考圖3B，頂部引線框架320包括設置于頂部引線框架320第一側的第一組引腳 320a, 320b和320c。頂部引腳320a，320b和320c具有非線性的階梯結構，以實現與底部引線框架260的引腳之間的連接，從而形成將在本文中進一步公開的線圈。頂部引腳320a， 320b和320c分別包括設置于頂部引腳320a，320b和320c的平面部分所在的平面A-A上的內部連接段321a，321b和321c。頂部引腳320a，320b和320c還分別包括位于平面B-B上的外部連接段323a，323b和323c，平面B-B平行于平面A-A并位于其下方。頂部引線框架320還包括設置于頂部引線框架320第二側的第二組引腳320d， 320e，和320f。頂部引腳320d，320e，和320f具有非線性的階梯結構，以實現與底部引線框架260的引腳之間的連接，從而形成將在本文中進一步公開的線圈。頂部引腳320d，320e， 和320f分別包括設置于平面A-A上的內部連接段321d，321e，和321f。頂部引腳320d，320e 和320f還分別包括設置于平面B-B上的外部連接段323d，323e，和323f。頂部和底部引線框架320和260的引腳的分別圍繞磁芯110的連接形成線圈。如圖3D和圖3E所示的內部連接 芯片330，包括六個分開設置的導電通孔330a， 330b，330c, 330d, 330e和330f (圖3A中以虛線表示)，其提供頂部引線框架320和底部引線框架260的引腳的內部連接段之間的內部連接。焊料凸塊340優選形成于內連接芯片330 的頂部與底部表面以構成內連接。如圖3A所示為圍繞磁芯110形成的線圈。底部引線框架260的引腳260a，260b， 260c，260d，260f和260g的內部連接段通過內部連接芯片330耦合頂部引線框架320的內部連接段 321a, 321b, 321c, 321d, 321e 和 321f。底部引線框架 260 的引腳 260b, 260c, 260d, 260e，260f和260g的外部連接段耦合圍繞磁芯110外圍邊緣的頂部引線框架320的外部連接段 323a, 323b, 323c, 323d, 323e 和 323f。弓丨線260a的內部連接段261a通過導電通孔330a耦合引腳320a的內部連接段 321a。引腳320a的外部連接段323a耦合相鄰引腳260b的外部連接段263b。引腳260b的內部連接段261b通過導電通孔330b耦合引腳320b的內部連接段321b。引腳320b的外部連接段323b耦合相鄰引腳260c的外部連接段263c。引腳260c的內部連接段261c通過導電通孔330c耦合引腳320c的內部連接段321c。引腳320c的外部連接段323c耦合相鄰引腳260d的外部連接段263d。路徑段265d(圖2C)通過導電通孔330f提供用線圈電路連接引腳260d的內部連接段261d到引腳320f的內部連接段321f的連接路徑。引腳 320f的外部連接段323f耦合相鄰引腳260g的外部連接段263g。弓丨腳260g的內部連接段 261g通過導電通孔330e耦合引腳320e的內部連接段321e。引腳320e的外部連接段323e 耦合相鄰引腳260f的外部連接段263f。弓丨腳260f的內部連接段261f通過導電通孔330d 耦合引腳320d的內部連接段321d。引腳320d的外部連接段323d耦合相鄰引腳260e的外部連接段263e。如第一及第二具體實施方式
一樣，頂部及底部引線框架引腳的非線性階梯結構可以使內部和外部連接段對準并留出空隙。分立功率電感300可包括末端引腳260a和260e，通過內連接芯片330構成頂部與底部引腳框架320和260的引腳之間的內部連接，從而形成圍繞磁芯110的線圈。分立功率電感300可以通過封裝形成一封裝結構(圖中未示出)。封裝可以包括常見的封裝材料。也可以選擇包括混合有例如鐵磁體微粒的磁粉材料，以此屏蔽及優化磁性。基于引線框架的分立功率電感的第四種實施方式的一般設計400如圖4A所示，其中底部引線框架460的部分引腳用虛線表示。功率電感400在各個方面與功率電感300 — 致，除了底部引線框架460 (圖4B)包括一具有路徑段465d的路徑引腳460d，路徑段465d 的末端為與引腳460g的內部連接段461g平行對準的內部連接段461d。基于引線框架的分立功率電感的第五種實施方式的一般設計500如圖5A和示，其中底部引線框架260的部分引腳用虛線表示。功率電感500包括磁芯110，一頂部引線框架520 (圖5D)，以及底部引線框架260，其引腳圍繞磁芯110內部連接。內連接芯片330 設置于窗口 115中(圖3C)，并能夠實現頂部和底部引線框架引腳的內部連接段之間的連接。一外圍內連接芯片550能夠實現頂部和底部引線框架引腳的外部連接段之間的連接。 頂部引線框架520包括一平面引線框架，其包括設置于引線框架520第一側的第一組引腳520a，520b和520c。第二組引腳520d，520e和520f設置于引線框架的第二側。 引腳520a包括一內部連接段521a和一外部連接段523a。引腳520b包括一內部連接段 521b和一外部連接段523b。引腳520c包括一內部連接段521c和一外部連接段523c。引腳520d包括一內部連接段521d和一外部連接段523d。引腳520e包括一內部連接段521e 和一外部連接段523e。引腳520f包括一內部連接段521f和一外部連接段523f。頂部引腳520a，520b，520c，520d，520e和520f具有非線性階梯結構，以構成與底部引線框架260 的引腳的連接，從而形成前述的線圈。外圍內連接芯片550包括一具有導電通孔550a，550b, 550c, 550d, 550e和550f的矩形結構。通孔550a，550b和550c沿外圍內連接芯片550的第一段551間隔設置。通孔 550d，550e和550f沿外圍內連接芯片550的第二段553間隔設置。通孔550a，550b，550c， 550d，550e和550f的間隔結構提供了頂部引線框架520和底部引線框架260的引腳的外部連接段之間的內連接。圍繞磁芯110形成的線圈如圖5A所示。引腳260a的內部連接段261a通過導電通孔330a耦合引腳520a的內部連接段521a。引腳520a的外部連接段523a通過通孔550a 耦合相鄰引腳260b的外部連接段263a。弓丨腳260b的內部連接段261b通過導電通孔330b 耦合引腳520b的內部連接段521b。引腳520b的外部連接段523b通過通孔550b耦合相鄰引腳260c的外部連接段263c。引腳260c的內部連接段261c通過導電通孔330c耦合引腳520c的內部連接段521c。引腳520c的外部連接段523c通過通孔550c耦合相鄰引腳 260d的外部連接段263d。路徑段265d(圖2C)通過導電通孔330f提供線圈電路以連接引腳260d的內部連接段261d和引腳520f的內部連接段521f。引腳520f的外部連接段523f 通過通孔550f耦合相鄰引腳260g的外部連接段263g。引腳260g的內部連接段261g通過導電通孔330e耦合引腳520e的內部連接段521e。引腳520e的外部連接段523e通過通孔 550e耦合相鄰引腳260f的外部連接段263f。弓丨腳260f的內部連接段261f通過導電通孔 330d耦合引腳520d的內部連接段521d。引腳520d的外部連接段523d通過通孔550d耦合相鄰引腳260e的外部連接段263e。如同在上述實施方式中一樣，頂部和底部引線框架引腳的非線性階梯結構提供了內部和外部連接段之間的對準和間隙。分立功率電感500包括末端引腳260a和260e，通過內連接芯片330和外圍內連接芯片550構成頂部與底部引腳框架520和260的引腳之間的內連接，從而形成圍繞磁芯 110的線圈。分立功率電感500可以通過封裝形成一封裝結構(圖中未示出)。封裝可以包括常見的封裝材料。也可以選擇包括混合有例如鐵磁體微粒的磁粉材料，以此屏蔽及優化磁性。基于引線框架的分立功率電感的第六種實施方式的一般設計600如圖6A所示， 其中底部引線框架660的部分引腳用虛線表示。功率電感600包括磁芯610，頂部引線框架320和底部引線框架660，其引腳圍繞磁芯610內部連接。磁芯610包括六個導電通孔 610a，610b，610c，610d，610e和610f(圖6A中以虛線表示)，其間隔結構提供頂部引線框架 320和底部引線框架660的引腳的內部連接段之間的內連接。具體請參考圖6D，底部引線框架660包括設置于引線框架660第一側的第一組引腳660a, 660b和660c，和設置于引線框架660第二側的第二組引腳660e，660f和660g。引腳660a作為末端引腳，還包括位于底部引線框架660的A-A平面上的內部連接段661a。圖 6C是功率電感600的側視圖，表示出了所參考的平面。底部引腳660b和660c分別包括設置于平面A-A上的內部連接段661b和661c 。底部引腳660b和660c還分別包括位于平面 B-B上的外部連接段663b和663c，平面B-B平行于平面A-A并位于其上方。底部引線框架660的引腳660e作為末端引腳，還包括位于B-B平面上的外部連接段663e。底部引腳660f和660g分別包括設置于平面A-A上的內部連接段661f和661g。 底部引腳660f和660g還分別包括位于平面B-B上的外部連接段663f和663g。圍繞磁芯610形成的線圈如圖6A所示。引腳660a的內部連接段661a通過通孔 610a耦合引腳320a的內部連接段321a。引腳320a的外部連接段323a耦合相鄰引腳660b 的外部連接段663a。引腳660b的內部連接段661b通過通孔610b耦合引腳320b的內部連接段321b。引腳320b的外部連接段323b耦合相鄰引腳660c的外部連接段663c。引腳 660c的內部連接段661c通過通孔610c耦合引腳320c的內部連接段321c。引腳320c的外部連接段323c耦合相鄰引腳660d的外部連接段663d。引腳660d包括路徑段665d (圖 6D)，路徑段665d通過通孔610f提供線圈電路以連接引腳660d的內部連接段661d和引腳 320f的內部連接段321f。引腳320f的外部連接段323f耦合相鄰引腳660g的外部連接段 663g。引腳660g的內部連接段661g通過通孔610e耦合引腳320e的內部連接段321e。引腳320e的外部連接段323e耦合相鄰引腳660f的外部連接段663f。引腳660f的內部連接段661f通過通孔610d耦合引腳320d的內部連接段321d。引腳320d的外部連接段323d 連接引腳660e的外部連接段663e。分立功率電感600包括末端引腳660a和660e，頂部與底部引腳框架320和660的引腳之間的內連接形成穿過磁芯610的線圈。分立功率電感600可以通過封裝形成一封裝結構(圖中未示出)。封裝可以包括常見的封裝材料。也可以選擇包括混合有例如鐵磁體微粒的磁粉材料，以此屏蔽及優化磁性。基于引線框架的分立功率電感的第七種實施方式的一般設計700如圖7A和7B所示，其中底部引線框架260的部分引腳用虛線表示。功率電感700包括磁芯610，頂部引線框架320和底部引線框架260。磁芯610包括六個導電通孔610a，610b，610c，610d，610e和 610f，其間隔結構提供頂部引線框架320和底部引線框架260的引腳的內部連接段之間的內連接。圍繞磁芯610形成的線圈如圖7A所示。引腳260a的內部連接段261a通過通孔 610a耦合引腳320a的內部連接段321a。引腳320a的外部連接段323a耦合相鄰引腳260b 的外部連接段263a。引腳260b的內部連接段261b通過通孔610b耦合引腳320b的內部連接段321b。引腳320b的外部連接段323b耦合相鄰引腳260c的外部連接段263c。引腳 260c的內部連接段261c通過通孔610c耦合引腳320c的內部連接段321c。引腳320c的外部連接段323c耦合相鄰引腳260d的外部連接段263d。引腳260d包括路徑段265d(圖 2C)，路徑段265d通過通孔610f提供線圈電路以連接引腳260d的內部連接段261d和引腳 320f的內部連接段321f。引腳320f的外部連接段323f耦合相鄰引腳260g的外部連接段 263g。引腳260g的內部連接段261g通過通孔610e耦合引腳320e的內部連接段321e。引腳320e的外部連接段323e耦合相鄰引腳260f的外部連接段263f。引腳260f的內部連接段261f通過通孔610d耦合引腳320d的內部連接段321d。引腳320d的外部連接段323d 耦合引腳260e的外部連接段263e。分立功率電感700包括末端引腳260a和260e，頂部與底部引腳框架320和260的引腳之間的內連接形成穿過磁芯610的線圈。分立功率電感700可以通過封裝形成一封裝結構(圖中未示出)。封裝可以包括常見的封裝材料。也可以選擇包括混合有例如鐵磁體微粒的磁粉材料，以此屏蔽及優化磁 性。基于引線框架的分立功率電感的第八種實施方式的一般設計800如圖8A和8C所示，其中底部引線框架260的部分引腳用虛線表示。功率電感800包括磁芯810，頂部引線框架520和底部引線框架260。磁芯810包括12個導電通孔810a，810b，810c，810d，810e， 810f，810g，810h，810i，810j，810k和810m(圖8A中以虛線表示)，其間隔結構提供頂部引線框架520和底部引線框架260的引腳的內部連接段之間的內連接。圍繞磁芯810形成的線圈如圖8A所示。引腳260a的內部連接段261a通過通孔 810a耦合引腳520a的內部連接段521a。引腳520a的外部連接段523a通過通孔810a耦合相鄰引腳260b的外部連接段263a。弓丨腳260b的內部連接段261b通過通孔SlOe耦合引腳520b的內部連接段521b。引腳520b的外部連接段523b通過通孔810b耦合相鄰引腳 260c的外部連接段263c。引腳260c的內部連接段261c通過通孔810f耦合引腳520c的內部連接段521c。引腳520c的外部連接段523c通過通孔810c耦合相鄰引腳260d的外部連接段263d。引腳260d包括路徑段265d(圖2C)，路徑段265d通過通孔810i提供線圈電路以連接引腳260d的內部連接段261d和引腳520f的內部連接段521f。引腳260g的外部連接段263g通過通孔810m耦合相鄰引腳520f的外部連接段523f。引腳520e的內部連接段521e通過通孔810h耦合引腳260g的內部連接段261g。引腳260f的外部連接段263f 通過通孔810k耦合相鄰引腳520e的外部連接段523e。引腳520d的內部連接段521d通過通孔810g耦合引腳260f的內部連接段261f。引腳520d的外部連接段523d通過通孔 SlOj耦合引腳260e的外部連接段263e。分立功率電感800包括末端引腳260a和260e，頂部與底部引腳框架520和260的引腳之間的內連接形成穿過磁芯810的線圈。分立功率電感800可以通過封裝形成一封裝結構(圖中未示出)。封裝可以包括常見的封裝材料。也可以選擇包括混合有例如鐵磁體微粒的磁粉材料，以此屏蔽及優化磁性。基于引線框架的分立功率電感的第九種實施方式的一般設計900如圖9A所示，其中底部引線框架960的部分引腳用虛線表示。功率電感900包括磁芯910 (圖9B)，一頂部引線框架920 (圖9D)，以及底部引線框架960 (圖9C)。頂部和底部引線框架920和960具有附加引腳(與上述實施方式相比較)，以此來提供額外的功率電感900的線圈匝數。額外匝數如圖所示設置在頂部和底部引線框架920和960的第三側。磁芯910包括間隔設置的導電通孔，提供頂部引線框架920和底部引線框架960 的引腳的內部和外部連接段之間的內連接。頂部引線框架920 包括弓ι腳 920a, 920b, 920c, 920d, 920e，920f，920g和 920h。弓|腳 920a, 920b, 920c, 920d, 920e，920f，920g 和 920h 各自分別包括平面內部連接 段 921a, 921b, 921c，921d，921e，921f，921g*921h。引腳 920a，920b，920c，920d，920e，920f，920g 和 920h 還各自分別包括平面外部連接段923a, 923b, 923c, 923d, 923e，923f，923g和923h。底部引線框架960 包括引腳 960a，960b，960c，960d，960e，960f，960g，960h 和 960i。底部引腳960b，960c，960d，960e，960f，960g和960h各自分別包括平面內部連接段 961b，961c，961d，961e，961f，961g 和 961h。底部引腳 960b，960c，960d，960e，960f，960g 和 960h還各自分別包括平面外部連接段963b，963c，963d，963e，963f，963g和963h。末端引腳960a包括一平面內部連接段961a。末端引腳960i包括一平面外部連接段963i。磁芯910 包括多個導電通孔 910a，910b，910c，910d，910e，910f，910g，910h，910i， 910j，910k，910m，910n，910o，910p 和 910q。通孔 910a，910b，910c，910d，910e，910f，910g， 910h，910i，910j，910k，910m，910n，910o，910p和910q的間隔設置結構提供頂部引線框架 920和底部引線框架960的引腳的內部和外部連接段之間的內連接。圍繞磁芯910形成的線圈如圖9A所示。引腳960a的內部連接段961a通過通孔 910d耦合引腳920a的內部連接段921a。引腳920a的外部連接段923a通過通孔910a耦合引腳960b的外部連接段963a。引腳960b的內部連接段961b通過通孔910e耦合引腳 920b的內部連接段921b。引腳920b的外部連接段923b通過通孔910b耦合引腳960c的外部連接段963c。引腳960c的內部連接段961c通過通孔910f耦合引腳920c的內部連接段921c。引腳920c的外部連接段923c通過通孔910c耦合引腳960d的外部連接段963d。 引腳960d的內部連接段961d通過通孔910g耦合引腳920d的內部連接段921d。引腳920d 的外部連接段923d通過通孔910h耦合引腳960e的外部連接段963e。引腳960e的內部連接段961e通過通孔910q耦合引腳920e的內部連接段921e。引腳920e的外部連接段 923e通過通孔910i耦合引腳960f的外部連接段963f。引腳960f的內部連接段961f通過通孔910p耦合引腳920f的內部連接段921f。引腳920f的外部連接段923f通過通孔 910 j耦合引腳960g的外部連接段963g。引腳960g的內部連接段961g通過通孔910ο耦合引腳920b的內部連接段921b。引腳920g的外部連接段923g通過通孔910k耦合引腳 960h的外部連接段963h。引腳960h的內部連接段961h通過通孔910η耦合引腳920h的內部連接段921h。引腳920h的外部連接段923h通過通孔910m耦合引腳960i。分立功率電感900包括末端引腳960a和960i，頂部與底部引腳框架920和960的引腳之間的內連接形成穿過磁芯910的線圈。本發明的基于引線框架的分立功率電感提供一緊湊的功率電感并最大化單元區域內的電感系數。使用具有單一磁芯結構的高效封閉磁環以達到有效的磁耦合。本發明的功率電感還提供了一種將小物理尺寸與最小匝數結合的功率電感，其具有較小的覆蓋面積和較薄的輪廓。另外，本發明所述的功率電感可以簡單地通過應用現有的半導體封裝技術低成本高產量地生產。可以看到上述的實施方式可以在本發明的范圍之內做出多種改變。另外，一個特別的實施方式的多個方面在不涉及本實施方式的其它方面的情況下，包含可以獲得專利的內容。再有，不同的實施方式的多個方面可以結合在一起。相應的，本發明的范圍應當由權利要求及其等價內 容來限定。
權利要求
1.一種基于引線框架的分立功率電感，包括一具有多個頂部引腳的頂部引線框架，每一個頂部引腳都具有位于其第一端的第一連接段和位于其第二端的第二連接段；一具有多個底部引腳的底部引線框架，每一個底部引腳都具有位于其第一端的第一連接段和位于其第二端的第二連接段；一磁芯，具有一貫穿開設于其中間位置的窗口，所述磁芯設置于頂部引線框架和底部引線框架之間，以此將頂部引線框架以交錯結構對準相應底部引線框架，其中，多個底部引腳的每個第一連接段耦合相應的多個頂部引腳的第一連接段，且多個底部引腳的每個第二連接段耦合相應的多個頂部引腳的第二連接段，以此形成圍繞磁芯的線圈；一設置在窗口中的連接結構，該連接結構包括多個貫穿形成的導電通孔，導電通孔是間隔分布的以提供多個頂部引腳與多個底部引腳之間的內連接，從而形成圍繞磁芯的線圈。
2.如權利要求1所述的基于引線框架的分立功率電感，其特征在于其中底部引線框架還包括具有第一連接段的第一末端引腳和具有第二連接段的第二末端引腳。
3.如權利要求2所述的基于引線框架的分立功率電感，其特征在于其中底部引線框架的每個底部引腳具有階梯結構，每個底部引腳的每個第一連接段設置于與相應第二連接段交錯的位置。
4.如權利要求2所述的基于引線框架的分立功率電感，其特征在于其中頂部引線框架的每個底部引腳具有階梯結構，每個頂部引腳的每個第一連接段設置于與相應第二連接段交錯的位置。
5.如權利要求2所述的基于引線框架的分立功率電感，其特征在于其中每個頂部引腳沿磁芯的一部分彎曲，其第一連接段和第二連接段設置于與頂部引線框架所在平面平行，并位于其下方的平面上；每個底部引腳沿磁芯的另一部分彎曲，其第一連接段和第二連接段設置于與底部引線框架所在平面平行，并位于其上方的平面上；第一末端引腳的第一連接段設置于與底部引線框架所在平面平行，并位于其上方的平面上；第二末端引腳的第二連接段設置于與底部引線框架所在平面平行，并位于其上方的平面上。
6.如權利要求2所述的基于引線框架的分立功率電感，其特征在于其中每個頂部引腳沿磁芯的一部分彎曲，其第一連接段和第二連接段設置于與頂部引線框架所在平面平行，并位于其下方的平面上；每個底部引腳是平面的。
7.如權利要求2所述的基于引線框架的分立功率電感，其特征在于其中每個頂部引腳沿磁芯的一部分彎曲，其第二連接段設置于與第一連接段所在平面平行，并位于其下方的平面上；每個底部引腳是平面的。
8.如權利要求7所述的基于引線框架的分立功率電感，其特征在于所述的導電通孔開設并凸起于窗口的兩側。
全文摘要
本發明涉及一種基于引線框架的分立功率電感。該功率電感包括頂部和底部引線框架，其引腳形成圍繞單一閉環磁芯的線圈。線圈包括頂部和底部引線框架之間的內部和外部連接段的內連接，和夾在頂部和底部引線框架之間的磁芯。頂部和底部引線框架的引腳中的若干個具有非線性階梯結構，以此使得頂部引線框架的引腳可以耦合相鄰的底部引線框架的引腳，以圍繞磁芯形成線圈。本發明的優點在于其提供一緊湊的功率電感并最大化單元區域內的電感系數。本發明的功率電感還提供了一種將小物理尺寸與最小匝數結合的功率電感，其具有較小的覆蓋面積和較薄的輪廓。另外，本發明所述的功率電感可以簡單地通過應用現有的半導體封裝技術低成本高產量地生產。
文檔編號H01F17/04GK102360730SQ20111035656
公開日2012年2月22日 申請日期2009年1月15日 優先權日2008年1月25日
發明者馮濤, 弗蘭茨娃·赫爾伯特, 張曉天, 魯軍 申請人:萬國半導體股份有限公司