[发明专利]包括多层绕组的嵌入式磁性设备

说明书

一种设备包括：基板；磁芯，在基板中，并且包括孔；第一绕组，穿过孔并围绕磁芯延伸；第二绕组，穿过孔、围绕磁芯并围绕第一绕组的一部分延伸；第一覆盖物，位于基板的第一表面上，并位于第二绕组的第一部分上方；以及第二覆盖物，位于基板的第二表面上，并位于第二绕组的第二部分上方。第一绕组和第二绕组仅围绕同一半磁芯延伸。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2020年9月29日提交的美国专利申请No.63/084,702的优先权。该申请的全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本发明涉及嵌入式磁性设备，并且具体地，涉及具有多层绕组的嵌入式磁性设备。

背景技术

电源设备包括诸如变压器和磁芯之类的磁性组件。磁性组件通常对电源设备的重量和尺寸贡献最大，使得小型化和成本降低变得困难。

为了解决该问题，已知提供了薄型变压器和电感器，其中变压器或电感器嵌入由树脂制成的基板中的腔体中，并且变压器或电感器的必要的输入和输出电连接形成在基板表面上。基板可以是印刷电路板(PCB)，其在基板的顶表面和/或底表面上包括附加的阻焊层和镀铜层。电源设备的电子组件可以表面安装在基板上。这允许制作更紧凑且更薄的电源设备。

在一种已知方法中，具有磁性组件的封装结构可以集成到印刷电路板中。在这种已知方法中，在由环氧树脂基玻璃纤维制成的绝缘基板中形成腔体，在腔体中放置环形磁芯，然后用环氧树脂凝胶填充腔体，使得完全覆盖磁芯。然后使环氧树脂凝胶固化，形成具有嵌入式磁芯的基板。为了提供初级变压器绕组和次级变压器绕组中包括的过孔和迹线，(1)在环形磁芯的内圆周和外圆周上的基板中钻出通孔，(2)然后用铜镀覆这些通孔以形成过孔，并且(3)在基板的顶表面和底表面上形成迹线，以将各个过孔连接在一起形成绕组结构，并形成输入和输出端子。以这种方式，围绕磁芯创建线圈导体。嵌入式变压器的线圈导体包括形成初级和次级侧绕组的线圈。嵌入式电感可以以相同的方式形成，但在输入和输出连接、过孔间隔和所使用的磁芯类型方面可以有所不同。

然后可以将阻焊层添加到基板的顶表面和底表面，以覆盖表面迹线，这允许将附加的电子组件安装在阻焊层上。在电源设备中，例如，一个或多个晶体管和相关联的控制电子器件(例如，集成电路(IC)和无源组件)可以安装在阻焊层上。

以这种方式制造的电源设备具有若干相关问题。随着环氧凝胶固化，气泡可能形成在环氧凝胶中。在基板的表面上对电子组件进行回流焊接期间，这些气泡可以膨胀并导致电源设备的故障。

备选地，可以使用第二种已知方法，其中环氧凝胶不用于填充腔体。在该方法中，首先在对应于环形磁芯的内圆周和外圆周的位置处在固体树脂基板中钻出通孔。然后电镀这些通孔以形成变压器绕组的竖直过孔，并且在过孔的顶部和底部上形成金属封盖。然后在过孔之间的固体树脂基板中布置磁芯的环形腔体，并将环型磁芯放置在腔体中。腔体略大于磁芯，因此磁芯周围可能存在气隙。

一旦磁芯已插入腔体中，就将上环氧介电层和下环氧介电层添加到基板，以覆盖腔体和磁芯。在上环氧层和下环氧层上钻出通孔直至过孔的封盖，然后对其进行电镀，随后在基板的顶表面和底表面上形成迹线以形成输入和输出端子。

当嵌入式磁性组件为变压器时，初级绕组设置在磁芯的一侧上，并且次级绕组设置在磁芯的与初级绕组相对的一侧上。这种变压器可以用于需要初级侧和次级侧之间的隔离的电源设备(例如，隔离式DC-DC转换器)。隔离距离是初级绕组和次级绕组之间的最小间隔。

在上述这些已知方法中，初级绕组和次级绕组之间的间隔必须足够大以实现高隔离值，因为在这种布置中，在腔体中或在设备的顶表面和底表面处，隔离仅受空气的介电强度限制。隔离值也可能受到腔体或表面被污垢污染的不利影响。