嵌入式磁性部件装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及嵌入式磁性部件装置，并且尤其涉及具有改善的隔离性能的嵌入式磁性部件装置。
【背景技术】
[0002]电源装置，例如变压器和转换器，包含磁性部件，例如变压器绕组，并且经常包含磁芯。磁性部件通常对装置的重量和尺寸贡献最大，使得小型化和低成本化困难。
[0003]在解决这一问题时，已知的是提供小轮廓变压器和电感器，其中，磁性部件被嵌入在树脂基板中的空腔中，并且用于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。然后可以通过将阻焊层和电镀铜层添加到所述基板的顶表面和/或底表面来形成用于电源装置的印刷电路板(PCB)。然后该装置的必要的电子部件可以表面贴装在PCB上。这使得能够建立一个明显地更紧凑并且更薄的装置。
[0004]在US2011/0108317中，例如，对具有可以被集成到印刷电路板中的磁性部件的封装结构以及用于制造所述封装结构的方法进行了描述。在如图1A-1到1E-2所示的第一方法中，由环氧树脂基玻璃纤维制成的绝缘基板101具有空腔102(图1A-1和1A-2)。细长的环形磁芯103插入到空腔102中(图1B-1和1B-2)，并且所述空腔填充有环氧树脂凝胶104(图1C-1和1C-2)，以使磁性部件103被完全覆盖。环氧树脂凝胶104然后被固化，形成具有嵌入磁芯103的实心基板105。
[0005]然后在环形磁性部件103的圆周内侧和圆周外侧上在实心基板105中钻出用于形成初级侧和次级侧变压器绕组的贯通孔106(图1D-1和1D-2)。贯通孔然后被电镀有铜，以形成导通孔107并且金属迹线108形成在实心基板105的顶表面和底表面上，以将相应的导通孔连接起来形成绕组结构(图1E-1和1E-2)，并形成输入和输出端子109。以这种方式，在磁性部件周围形成线圈导体。在图1E-1和1E-2中所示的线圈导体用于嵌入式变压器并且具有形成初级侧和次级侧绕组的左线圈和右线圈。嵌入式电感器可以以相同的方式形成，但是可以在输入和输出连接、导通孔的间距、以及所使用磁芯的类型方面变化。
[0006]然后阻焊层可以被添加到基板的顶表面和底表面上，从而覆盖金属表面端子线，允许另外的电子部件被安装在所述阻焊层上。在为电源转换器装置的实例中，例如，一个或多个晶体管开关装置和相关的控制电子装置，例如集成电路(IC)和无源部件可安装在表面阻焊层上。
[0007]以这种方式制造的装置具有许多相关的问题。具体地，在环氧树脂凝胶固化时，气泡可能形成在环氧树脂凝胶中。在基板的表面上的电子部件的回流焊接期间，这些气泡可能膨胀而导致装置失效。
[0008]US2011/0108317还描述了一种在其中不用环氧树脂凝胶填充空腔的第二种技术。此第二种技术将关于图2A-1至2E-2描述。
[0009]如图2A-1和2A-2所示，首先在对应于细长的环形磁芯的内部和外部圆周的位置处将贯通孔202钻入实心树脂基板201中。然后对所述贯通孔202电镀以形成变压器绕组的竖直的导电导通孔203并且金属帽204形成在导电导通孔203的顶部和底部上，如图2B-1和2B-2所示。用于磁芯的环形空腔205然后在介于导电导通孔203之间的实心树脂基板201中确定路线(图2C-1和2C-2)，且环型磁芯206被放置在空腔205中(图2D-1和2D-2)。空腔205比磁芯206稍大，因此在磁芯206周围可能存在空气间隙。
[0010]一旦磁芯206已经被插入到空腔205中，上环氧树脂介电层207(例如粘合粘绞层(adhesive bondply layer))被添加到该结构的顶部，以覆盖所述空腔205和磁芯206。相应的层207在基板201的基底上也被添加到该结构的底部(图2E-1和2E-2)。另外的贯通孔被钻取穿过所述上和下环氧树脂层207至导电导通孔203的帽204，并被电镀，并且金属迹线208随后形成在该装置的顶表面和底表面上，如之前那样(图2F-1和2F-2)。
[0011]如上所述，在图1A-1至1E-2和图2A-1至2F-2的嵌入式磁性部件是变压器的实例，设置在环形磁芯的一侧上的第一组绕组110、210形成初级变压器线圈，并且在磁芯的相反侧上的第二组绕组112、212形成次级绕组。这种变压器可以用在电源装置中，例如隔离式DC-DC转换器，其中初级侧和次级侧绕组之间的隔离是必需的。在图1A-1至1E-2和图2A-1至2F-2所示的示例性装置中，所述隔离是初级和次级绕组之间的最小间距的度量。
[0012]在以上图1A-1至1E-2和图2A-1至2F-2的实例中，初级侧和次级侧绕组之间的间距必须较大，以实现高隔离值，因为隔离仅由空气的介电强度限定，在该实例中，由在空腔中或在该装置的顶表面和底表面处的空气的介电强度限定。隔离值也可能受到空腔的污染或具有污垢的表面的不利影响。
[0013]对于许多产品，需要安全机构的批准来保证隔离特性。如果所需的穿过空气的隔离距离大，则将对产品尺寸产生负面影响。对于干线加强电压(250Vms)，例如，跨越PCB从初级绕组到次级绕组需要大约5mm的间隔，以满足EN/UL60950的绝缘要求。
[0014]我们已经认识到，理想的是提供一种嵌入式磁性部件装置，其具有改进的隔离特性，并提供一种制造这种装置的方法。
【实用新型内容】
[0015]本实用新型在现在将参考的独立权利要求中进行限定。在从属权利要求中描述有利的特征。
[0016]在第一方面，本实用新型提供一种嵌入式磁性部件装置，包括:具有第一区段和第二区段的磁芯；由树脂材料形成并且具有第一侧和与第一侧相反的第二侧的绝缘基板，绝缘基板具有容纳磁芯的空腔，在空腔的壁和磁芯之间具有空气间隙；初级电绕组，所述初级电绕组穿过绝缘基板并设置在磁芯的第一区段周围，初级电绕组的一部分出现在所述绝缘基板的第一侧和第二侧上;次级电绕组，所述次级电绕组至少穿过所述绝缘基板，设置在磁芯的第二区段周围并且与初级电绕组间隔开，以便与初级电绕组隔离，次级电绕组的一部分出现在所述绝缘基板的第一侧和第二侧上;第一隔离屏障，所述第一隔离屏障为不是阻焊剂的树脂材料，形成在所述绝缘基板的第一侧上，所述第一隔离屏障至少覆盖所述第一侧的位于初级电绕组和次级电绕组之间的初级电绕组和次级电绕组最接近的部分，并与所述绝缘基板的第一侧形成紧密结合连接;第二隔离屏障，所述第二隔离屏障为不是阻焊剂的树脂材料，形成在所述绝缘基板的第二侧上，所述第二隔离屏至少覆盖所述第二侧的位于初级电绕组和次级电绕组之间的初级电绕组和次级电绕组最接近的部分，并与所述绝缘基板的第二侧形成紧密结合连接;其中初级电绕组包括:设置在所述绝缘基板的第一侧上并且被第一隔离屏障覆盖的第一上导电迹线;设置在所述绝缘基板的第二侧上并且被第二隔离屏障覆盖的第一下导电迹线;第一内导电连接器，所述第一内导电连接器设置在绝缘基板中磁芯的内周缘附近，形成第一上导电迹线和第一下导电迹线之间的电连接;和第一外导电连接器，所述第一外导电连接器设置在绝缘基板中磁芯的外周缘附近，形成第一上导电迹线和第一下导电迹线之间的电连接，并且其中次级电绕组包括:设置在所述绝缘基板的第一侧上并且被第一隔离屏障覆盖的第二上导电迹线;设置在所述绝缘基板的第二侧上并且被第二隔离屏障覆盖的第二下导电迹线；第二内导电连接器，所述第二内导电连接器设置在绝缘基板中磁芯的内周缘附近，形成第二上导电迹线和第二下导电迹线之间的电连接;和第二外导电连接器，所述第二外导电连接器设置在绝缘基板中磁芯的外周缘附近，形成第二上导电迹线和第二下导电迹线之间的电连接。
[0017]第一隔离屏障可以包括单个层，并且可以完全覆盖绝缘基板的第一侧。
[0018]替代地，第一隔离屏障可以包括多个层，并且可以完全覆盖绝缘基板的第一侧。
[0019]第二隔离屏障可以包括单个层，并且可以完全覆盖所述绝缘基板的第二侧。
[0020]第二隔离屏障可以包括多个层，并且可以完全覆盖绝缘基板的第二侧。
[0021]该装置可以包括覆盖第一隔离屏障的第一阻焊层和覆盖第二隔离屏障的第二阻焊层。
[0022]绝缘基板可以包括基底绝缘基板和形成在基底绝缘基板上的覆盖层，所述覆盖层覆盖容纳所述磁芯的空腔并提供绝缘基板的第一表面。
[0023]该装置可以进一步包括:第一连接图案(landpattern)，所述第一连接图案形成在第一隔离屏障的与覆盖所述初级电绕组和所述次级电绕组的一侧相反的表面上;和电子部件，所述电子部件安装在第一连接图案上。
[0024]该装置可以进一步包括:第二连接图案，所述第二连接图案形成在第二隔离屏障的与覆盖所述初级电绕组和所述次级电绕组的一侧相反的表面上;和电子部件，所述电子部件安装在第二连接图案上。
[0025]绝缘基板、第一隔离屏障和第二隔离屏障可以由相同的材料制成。
[0026]第一隔离屏障和第二隔离屏障可以包括热塑性材料或环氧树脂材料。
[0027]在本实用新型的第二方面中，提供了一种制造嵌入式磁性部件装置的方法，包括:a)制备由树脂材料形成的并且在其中具有空腔的绝缘基板;b)在空腔中安装磁芯，在空腔的壁和磁芯之间具有空气间隙，磁芯具有第一区段和第二区段;c)形成隔离的初级电绕组和次级电绕组，所述初级电绕组和所述次级电绕组穿过所述绝缘基板并且设置在磁芯的第一区段和第二区段周围，次级绕组与初级电绕组间隔开，以便与初级电绕组隔离，初级电绕组的一部分出现在所述绝缘基板的第一侧和第二侧上，并且次级电绕组的一部分出现在所述绝缘基板的第一侧和第二侧上;d)形成第一隔离屏障，所述第一隔离屏障为不是阻焊剂的树脂材料，形成在所述绝缘基板的第一侧上，所述第一隔离屏障至少覆盖所述第一侧的位于初级电绕组和次级电绕组之间的初级电绕组和次级电绕组最接近的部分，以与所述绝缘基板的第一侧形成紧密结合连接；以及e)形成第二隔离屏障，所述第二隔离屏障为不是阻焊剂的树脂材料，形成在所述绝缘基板的第二侧上，所述第二隔离屏障至少覆盖所述第二侧的位于初级电绕组和次级电绕组之间的初级电绕组和次级电绕组最接近