[发明专利]集成变压器模块

说明书

一种模块包括：衬底；金属层和绝缘层，层压在衬底上；金属制成的底部绕组，直接接触第一金属层或第二金属层；第一绝缘层，位于底部绕组上；磁芯，位于第一绝缘层上；第二绝缘层，位于磁芯上；金属制成之上绕组，位于磁芯和第二绝缘层的一部分上并且与第一金属层或第二金属层直接接触；第三绝缘层，位于顶部绕组上；电子组件，位于第三绝缘层上，其中，变压器的初级绕组和次级绕组由底部绕组和顶部绕组的部分限定，并且位于彼此相对的磁芯的两侧上。

技术领域

本发明涉及变压器。更具体地，本发明涉及一种可以用于DC-DC转换器或电源应用的集成变压器模块。

背景技术

传统电源和DC-DC转换器需要较大的分立磁性组件，例如变压器和电感器，这些组件具有固有损耗，发热，发射电磁干扰(EMI)，并且制造成本高。电池供电的手机和手持式应用需要小型的高效的且具有成本效益的组件。

因此，已经开发出较小的磁性组件和变压器，它们直接制造在衬底上，例如印刷电路板(PCB)或硅衬底。平面电感器之类的组件已经作为半导体芯片制造在硅衬底的表面上。这些组件已经使用半导体制造技术而制成类似于集成电路(IC)。然而，例如在美国专利No.10,244,633中所示，在带有无源组件的电源管理控制IC中，由于高压组件之间的间隙很小，使用由硅上金属层限定的变压器绕组不能在隔离的DC-DC转换器中提供足够的隔离。

此外，电路组件和变压器可以构建在同一个硅管芯上，但如果需要具有高电容值的电容器，例如陶瓷电容器，那么这些组件将无法配合在同一个硅片上。因此，大型电子组件需要位于与硅管芯分开的衬底上，并通过占用空间的铜迹线而连接。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供了电路模块，各自包括：集成到衬底中的变压器，该变压器可以与位于相同衬底上的其他组件连接并且可以用于大电流DC-DC转换器应用中。

根据本发明的优选实施例，使用位于衬底上的电镀覆金属层来制造模块中的变压器。一种包括带有磁芯的变压器的模块可以通过以下项制成：(1)与传统的衬底上变压器工艺不同的镀覆工艺，(2)将变压器连接到衬底上和/或衬底中的电子组件，以及(3)用绝缘模制材料对电子组件进行包覆模制。包覆模制变压器和电子组件提供环保和电隔离，使模块比未模制模块更小。此外，在硅衬底上共存的变压器的初级侧电路和次级侧电路通过PN结彼此电隔离，这允许减少或最小化每一个电路侧之间的距离。

根据本发明的优选实施例，一种变压器模块包括：衬底；多个金属层和多个绝缘层，层压在衬底上；变压器的由金属制成的第一底部绕组和第二底部绕组，第一底部绕组与多个金属层中的第一金属层直接接触，并且第二底部绕组与多个金属层中的第二金属层直接接触；多个绝缘层中的第一绝缘层，该第一绝缘层位于第一底部绕组和第二底部绕组上；磁芯，位于第一绝缘层上；多个绝缘层中的第二绝缘层，位于磁芯上；由金属制成的变压器的第一顶部绕组和第二顶部绕组，位于磁芯和第二绝缘层的一部分上，第一顶部绕组与多个金属层中的第一金属层直接接触，第二顶部绕组与多个金属层中的第二金属层直接接触；多个绝缘层中的第三绝缘层，位于第一顶部绕组和第二顶部绕组上；电子组件，位于第三绝缘层上并且与变压器连接；以及模制材料，位于电子组件上。第一底部绕组和第一顶部绕组包括在变压器的初级绕组中，并且第二底部绕组和第二顶部绕组包括在变压器的次级绕组中，变压器的初级绕组和次级绕组不彼此电连接。

衬底可以包括硅。变压器模块还可以包括位于衬底上的电路，其中变压器可以与电路位于衬底的同一侧上。变压器还可以包括在衬底中的PN结，该PN结将变压器的初级侧和次级侧隔离。变压器模块还可以包括输入-输出焊盘，该输入-输出焊盘位于衬底的与变压器所在衬底的一侧相对的相对侧上。顶部绕组可以在安装有电子组件的表面上方延伸。金属可以是铜。