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到IE所示的第一方法中，由環氧樹脂基玻璃纖維制成的絕緣基板101具有空腔102 (圖1A)。細長的環形磁芯103插入到空腔102中(圖1B)，并且所述空腔填充有環氧樹脂凝膠104 (圖1C)，以使磁性部件103被完全覆蓋。環氧樹脂凝膠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)。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)，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，在環氧樹脂凝膠固化時，氣泡可能形成在環氧樹脂凝膠中。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至2E描述。
[0009]如圖2A所示，首先在對應于細長的環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所示。然后，用于磁芯的環形空腔205布置在在介于導電導通孔203之間的實心樹脂基板201中(圖2C)，且環型磁芯206被放置在空腔205中(圖2D)。空腔205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)。另外的貫通孔被鉆取穿過所述上和下環氧樹脂層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)。
[0011]如上所述，在圖1和2的嵌入式磁性部件是變壓器的實例，設置在環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1和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1和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]因此，形成變壓器的初級和次級繞組的導通孔的尺寸和間距很大程度上由用于裝置的技術規范所確定。導通孔必須具有足夠大的尺寸以被成功地電鍍有金屬，并且從而金屬跡線能夠以適當的繞組圖案形成以將導通孔連接在一起。此外，如果導通孔被放置得過于彼此靠近或者靠近諸如磁芯的其他部件，裝置的電容和隔離特性將被不利地影響。
[0015]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。
【發明內容】
[0016]本發明在現在將參考的獨立權利要求中進行限定。
[0017]根據本發明的第一方面，提供一種嵌入式磁性部件裝置，包括:絕緣基板，所述絕緣基板具有第一側和與第一側相反的第二側，并且在所述絕緣基板中具有空腔，所述空腔具有內周緣和外周緣；磁芯，所述磁芯被容納在空腔中；電繞組，所述電繞組穿過絕緣基板并且圍繞磁芯設置；其中所述電繞組包括:設置在所述絕緣基板的第一側上的上導電跡線；設置在所述絕緣基板的第二側上的下導電跡線；內導電連接器，所述內導電連接器在鄰近磁芯的內周緣處貫穿絕緣基板，所述內導電連接器分別在相應的上導電跡線和相應的下導電跡線之間形成電連接；外導電連接器，所述外導電連接器在鄰近磁芯的外周緣處貫穿絕緣基板，其中所述外導電連接器分別在相應的第一上導電跡線和相應的第一下導電跡線之間形成電連接；其中，外導電連接器包括第一組外導電連接器和第二組外導電連接器；其中，第一組外導電連接器沿著空腔的外周緣設置并且與空腔的外周緣間隔開第一距離；以及其中，第二組外導電連接器被設置成與第一組外導電連接器相比與空腔的外周緣相距更大的距離；其中，第一和第二組外導電連接器中的每一個都通過上導電跡線中的一個或者下導電跡線中的一個電連接至內導電連接器中的一個。
[0018]絕緣基板的第一側和第二側可以是平面四邊形形狀，并且第二組外導電連接器可以位于平面四邊形形狀的角部。
[0019]在裝置中可以存在如下的區域:在該區域中，第二組外導電連接器中的連接器被連續地設置。
[0020]內導電連接器可以包括多組內導電連接器，各組沿著空腔的內周緣設置，并且與空腔的內周緣相距與其他組不同的距離。
[0021]第二組外導電連接器中的外導電連接器與第一組外導電連接器中的外導電連接器相比可以具有較大的截面面積。
[0022]電子部件可以被安裝在絕緣基板的第一側和/或第二側上。
[0023]磁芯可以具有第一區段和第二區段，并且所述電繞組包括圍繞所述第一區段設置的初級電繞組和圍繞所述第二區段設置的次級電繞組；其中初級電繞組和次級電繞組被彼此隔離；并且其中初級電繞組和次級電繞組分別包括上導電跡線、下導電跡線、內導電連接器以及外導電連接器。
[0024]所述裝置還可以包括: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上，以至少覆蓋第一側的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彼此最接近的部分，并與絕緣基板的第一側形成緊密結合連接；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上，以至少覆蓋第二側的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彼此最接近的部分，并與絕緣基板的第二側形成緊密結合連接。
[0025]第一隔離屏障和/或第二隔離屏障可以只包括單個層。可選地，第一隔離屏障和/或第二隔離屏障可以包括多個層。
[0026]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。
[0027]磁芯可以是細長的環狀、圓形環狀、有間隔