嵌入式磁性構件變壓器裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及嵌入式磁性構件變壓器裝置，并且特別涉及具有降低的耦合性能和改進的隔離性能的嵌入式磁性構件變壓器裝置。
【背景技術】
[0002]已知的是，例如在US 2011/0108317A1中，提供較小輪廓的變壓器和感應器，其中磁性構件嵌入在樹脂基板內的空腔中，并且用于變壓器或感應器的必要的輸入電連接件和輸出電連接件形成在基板表面上。然后可以通過向基板的頂部表面和/或底部表面添加阻焊層和鍍銅形成用于電源裝置的印刷電路板(PCB)。用于裝置的必要的電子構件然后可以表面安裝在PCB上。
[0003]與常規的變壓器相比，嵌入式設計允許構造明顯更薄和更緊湊的裝置。這是所期望的，因為通常地用于將變壓器裝置安裝到PCB (例如電子裝置的母板)上的可用空間將是非常有限的。具有更小封裝的變壓器構件因此將能使更多構件安裝到PCB上，或能使PCB的整體尺寸降低，并因此降低整個裝置的整體尺寸。
[0004]在變壓器設計中，期望優化初級變壓器繞組和次級變壓器繞組之間的能量傳送。可能降低或妨礙高效能量傳送的典型因素包括繞組自身的電阻，有時稱為‘銅損耗’，還包括初級側和次級側之間的磁場的較差耦合。
[0005]為減輕這些因素中的第一個因素，已知的變壓器設計經常使用盡可能短的導線與繞組連接，從而減少與導線相關聯的電阻。然而，較短的導線或連接件是相對困難的并且難以制造，因此是勞動密集型的。這導致成品裝置的增加的生產成本和偶爾減少的可靠性。
[0006]為解決耦合問題，初級繞組和次級繞組可以被放置成彼此非常接近。在可選的設計中，初級繞組和次級繞組可以被交錯放置。然而，盡管將初級繞組和次級繞組放置成彼此接近有助于耦合，但是具有矛盾的需求，即需要將初級繞組與次級繞組電隔離。在隔離的變壓器設計中，通常通過將初級繞組和次級繞組彼此物理地分離以實現較高的隔離水平。在沒有明顯物理分離的情況下，可以通過使用絕緣材料以實現隔離。例如，對于線繞變壓器，可以使用三重絕緣導線。對于嵌入式變壓器設計，可以通過使用保形涂層或型芯涂層以使鐵素體磁芯絕緣來改進隔離。繞組還可以通過絕緣膠帶被絕緣，或可以通過增加變壓器尺寸或通過使用多層PCB從而將不同繞組放置在不同層上以被分離。然而，所有的這些技術都增加尺寸并且增加生產過程的成本。
[0007]已經認識到，需要能夠被縮小尺寸同時保持隔離并且優化能量傳送的嵌入式磁性構件變壓器設計。
【發明內容】
[0008]本發明被限定在現在應該參考的獨立權利要求中。在從屬權利要求中闡述了有利的特征。
[0009]在第一方面，本發明提供一種嵌入式變壓器裝置，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，并且在絕緣基板中具有空腔，所述空腔具有內圓周和外圓周；磁芯，所述磁芯被容納在空腔中，所述磁芯具有第一區段和第二區段；第一電繞組，所述第一電繞組穿過絕緣基板并且圍繞磁芯的第一區段布置；第二電繞組，所述第二電繞組穿過絕緣基板并且圍繞磁芯的第二區段布置；第一電繞組和第二電繞組中的每一個都包括:上導電跡線，所述上導電跡線布置在絕緣基板的第一側上；下導電跡線，所述下導電跡線布置在絕緣基板的第二側上；內部導電連接器，所述內部導電連接器穿過鄰近磁芯的內圓周的絕緣基板，所述內部導電連接器在相應的上導電跡線和相應的下導電跡線之間分別形成電連接；和外部導電連接器，所述外部導電連接器穿過鄰近磁芯的外圓周的絕緣基板，所述外部導電連接器在相應的上導電跡線和相應的下導電跡線之間分別形成電連接；上導電跡線和下導電跡線以及內部導電連接器和外部導電連接器形成第一電繞組和第二電繞組的相應的線匝；其中，第一電繞組或第二電繞組中的一個具有與另一個相比更少的線匝，并且與該另一個電繞組的上導電跡線和下導電跡線相比，該一個電繞組的上導電跡線和下導電跡線更寬。
[0010]對于第一電繞組或第二電繞組中的該一個電繞組，上導電跡線或下導電跡線可以沿徑向方向從外部導電連接器延伸到內部導電連接器，并且其中，在寬度方向上，上導電跡線或下導電跡線可以垂直于徑向方向延伸，填充鄰近的外部導電導通孔和內部導電導通孔之間的空間的至少一部分。
[0011]上導電跡線和下導電跡線還可以在其之間具有狹窄間隔，并且在寬度方向上較寬。
[0012]對于第一電繞組或第二電繞組中的該一個電繞組，上導電跡線和下導電跡線可以具有錐形寬度，具有跡線接觸外部導電連接器的較寬區段和跡線接觸內部導電連接器的較窄區段。
[0013]第一電繞組或第二電繞組中的該一個電繞組還可以包括至少一個或多個導電區域，所述至少一個或多個導電區域形成在基板的第一側或第二側上，并且與繞組中的第一個導電連接器或最后一個導電連接器連接，導電區域具有位于第一邊緣、第二邊緣和第三邊緣之間的大致三角形形狀，其中，第二邊緣和第三邊緣在它們彼此連接處大致形成直角。
[0014]第一繞組的內部導電連接器可以以多個弧形行設置，每行都被定位成距空腔的內圓周大致恒定的距離；并且，第二繞組的內部導電連接器可以以第一弧形行設置，所述第一弧形行被定位成距空腔的內圓周大致恒定的距離，所述大致恒定的距離足夠大以允許內部導電連接器的第二弧形行容納在第一弧形行和空腔的內圓周之間；其中，第二繞組的外部導電連接器可以以第一弧形行設置，所述第一弧形行被定位成距空腔的外圓周大致恒定的距離，并且所述大致恒定的距離足夠大以允許外部導電連接器的第二弧形行容納在第一弧形行和空腔的外圓周之間。
[0015]第一繞組的在最靠近空腔的內圓周的弧形行上的內部導電連接器可以設置在具有第一半徑的第一大致圓弧上；并且第二繞組的在第一弧形行上的內部導電連接器可以設置在具有第二半徑的、與第一大致圓弧同心的第二大致圓弧上；并且第一半徑可以大于第二半徑。
[0016]第一繞組可以與第二繞組間隔開，以在第一繞組和第二繞組之間提供電隔離。
[0017]嵌入式變壓器裝置可以進一步包括:第一隔離屏障，所述第一隔離屏障形成在絕緣基板的第一側上，至少覆蓋第一側的在第一電繞組和第二電繞組之間的、第一電繞組和第二電繞組最靠近的部分，并且與絕緣基板的第一側形成緊密結合連接；和第二隔離屏障，所述第二隔離屏障形成在絕緣基板的第二側上，至少覆蓋第二側的在第一電繞組和第二電繞組之間的、第一電繞組和第二電繞組最靠近的部分，并且與絕緣基板的第二側形成緊密結合連接。
[0018]嵌入式變壓器裝置可以進一步包括:輔助電繞組，所述輔助電繞組穿過絕緣基板并且圍繞磁芯布置，所述輔助電繞組包括:上導電跡線，所述上導電跡線布置在絕緣基板的第一側；下導電跡線，所述下導電跡線布置在絕緣基板的第二側；內部導電連接器，所述內部導電連接器穿過鄰近磁芯的內圓周的絕緣基板，所述內部導電連接器在相應的上導電跡線和相應的下導電跡線之間分別形成電連接；和外部導電連接器，所述外部導電連接器穿過鄰近磁芯的外圓周的絕緣基板，所述內部導電連接器在相應的上導電跡線和相應的下導電跡線之間分別形成電連接；其中，輔助繞組的內部導電連接器可以以多個弧形行設置，每行都被定位成距空腔的內圓周大致恒定的距離。
[0019]輔助繞組可以與第二繞組間隔開，使得在輔助繞組和第二繞組之間提供電隔離。
[0020]第一電繞組和/或第二電繞組中的該一個電繞組可以是第二電繞組，并且第二側電繞組可以形成變壓器繞組的次級側。
[0021 ] 在第二方面，本發明提供一種電源轉換器，包括嵌入式變壓器裝置，并且具有與第一電繞組連接的羅耶電路和與第二電繞組連接的同步整流電路。
[0022]在第三方面，本發明提供一種嵌入式變壓器裝置，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，并且在絕緣基板中具有空腔，所述空腔具有內圓周和外圓周；磁芯，所述磁芯被容納在空腔中，所述磁芯具有第一區段和第二區段；第一電繞組，所述第一電繞組穿過絕緣基板并且圍繞磁芯的第一區段布置；第二電繞組，所述第二電繞組穿過絕緣基板并且圍繞磁芯的第二區段布置；第一電繞組和第二電繞組中的每一個都包括:上導電跡線，所述上導電跡線布置在絕緣基板的第一側上；下導電跡線，所述下導電跡線布置在絕緣基板的第二側上；內部導電連接器，所述內部導電連接器穿過鄰近磁芯的內圓周的絕緣基板，所述內部導電連接器在相應的上導電跡線和相應的下導電跡線之間分別形成電連接；和外部導電連接器，所述外部導電連接器穿過鄰近磁芯的外圓周的絕緣基板，所述外部導電連接器在相應的上導電跡線和相應的下導電跡線之間分別形成電連接；上導電跡線和下導電跡線以及內部導電連接器和外部導電連接器形成第一電繞組和第二電繞組的相應的線匝；其中，對于第一電繞組或第二電繞組中的一個電繞組，上導電跡線或下導電跡線沿徑向方向從外部導電連接器延伸到內部導電連接器，并且其中，在寬度方向上，上導電跡線或下導電跡線垂直于徑向方向延伸，填充鄰近的外部導電導通孔和內部導電導通孔之間的空間的至少一部分。
[0023]在其他方面，還提供了一種制造嵌入式磁性構件裝置的方法。
【附圖說明】
[0024]現在將僅舉例說明并且參照附圖以描述本發明的實施例，其中:
[0025]圖1A至IG圖示了用于制造嵌入式磁性構件裝置的示例性技術；
[0026]圖2在從上向下的視圖中圖示了形成繞組構造的導電導通孔的本發明的第一實施例；
[0027]圖3圖示了圖2中的導電導通孔和內置導通孔以及繞組距離的布置；
[0028]圖4圖示了用于圖2和3中的導電導通孔的布置的跡線圖案；和
[0029]圖5圖示了其中嵌入式變壓器裝置形成自激振蕩推挽電路的一部分的實施例。
【具體實施方式】
[0030]本發明的示例性實施例采取嵌入式磁性構件變壓器裝置的形式，所述嵌入式磁性構件變壓器裝置具有圍繞嵌入在基板中的磁芯設置的第一繞組、第二繞組和輔助繞組。嵌入式磁性構件變壓器裝置可以有利地用作開關電源電子裝置的一部分，諸如羅耶(Royer)電路。圖2至6圖示了裝置的將在下文被具體地討論的第一實施例。
[0031]為了便于理解，現在將參照圖1A至IF描述制造嵌入式磁性構件變壓器裝置的示例性方法。在由目前的申請人提交的UK專利申請GB1414469.5和GB1