专利名称：具有嵌入磁芯的集成平面调压变压器的制作方法
技术领域：
本发明通常涉及通信技术。更具体地，本发明涉及一种制造嵌入平面磁性元件以及将平面磁体集成到通信连接器中的方法。
背景技术：
连接器已经因为最初研发其电话业务而被用于通信行业中。连接器已经经历了若干演变以使其可支持当前的10G/lG/100/10MbpS以太网。该技术将继续演变以与其他通信协议和要求电磁元件的电子设备一起支持出现的高速的40G和100G。随着通信系统已经开始将越来越多的单独的端口集合在一个盒子(即48端口的以太网开关或多端口的路由器)中，印刷电路板空间变得非常有价值。除了使印刷电路板增加无源元件以匹配来自于集成电路(ICs)和连接器的寄生效应之外，连接器制造商在连接器的演变中利用下一步通过尝试将外部磁性元件集成到连接器中以便减少系统印迹。要求磁性元件将用户与内部的电压浪涌隔离开，或者使电子设备与外部的高电压短路和浪涌隔离开。它们还限制看到从对符合与电子设备有关的规章制度是必需的系统发出的电磁干扰(EMI)发射。在目前的解决方案中，通过将这些手工缠绕的元件向下焊接到设置在RJ-45背面中的柱体或垫上，手工缠绕的电磁元件被集成到连接器壳体中。在单插口的壳体中，8个单独缠绕的磁性单元需要附连到合适的连接件然后被挤压到壳体的背面中。图l(a)_l(b)所示的为现有技术的元件100，其中图1(a)表示手工缠绕的导线102，其缠绕在圆环形或环面形磁体104周围，形成磁性单元106，图1 (b)表示传统的连接器108并且在实现该集成方面的难度。一旦所有的磁性单元106被插入，它们覆盖有凝胶材料以将它们保持在合适的位置。这耗时且出现较差的可重复性和性能，因为磁性单元106非常靠近并且它们的间隔难以控制。已经进行了一些努力以使用壳体中的导柱或导槽描述这些单元的位置但是这些由于成本和制造周期已经停止使用。对于这些手工缠绕的部件，控制泄露并平衡穿过中心抽头的主和辅助线匝实际上是不可能的。并且对于更高频率的应用，不能够控制阻抗和实现宽带特性。最后，这些元件由于手工缠绕的固有变化而不能用来建立子系统和模块。在其他组件中，水平供给PCB板可插入到壳体中，其允许制造商将无源元件和磁性元件放置在将再次用灌注材料限制的PCB上。尽管这相对于其他尝试提供了改进，但是其仍提供了有限的特性，因为磁性元件仍然是手工缠绕的然后进行放置，这限制了性能并且增加了制造成本。这些板还提供了一个其他功能，即要为连接器提供底座。OEM’ s (最早的设备制造商)现在开始考虑如何在它们的设备中达到下一个水平的集成。它们希望移动到它们的盒子上的96端口面板，这意味着连接器和PCB空间必须更加紧凑。连接器(不是RJ45连接器)必须更窄并且不可与目前设计提供的一样深。目前手工缠绕的磁性元件解决方案由于机械制约和手工装配不能满足该需要。目前，变压器是手工缠绕的，然后进行环氧树脂胶粘和封装。它们典型地为方形扁平无引脚封装(QFN)，鸥形翼或球栅阵列(BGA)封装。这些手工缠绕的元件用于非以太网的应用中例如机顶盒，RF路由器，RF手机，互联网和消费电子产品。当这些手工缠绕的变压器集成到连接器中时，它们会在PCB基片上并且以水平或竖直配置安装。这些是手工缠绕的和手工焊接的，附连到薄的印刷电路板然后附连到连接器内。关键的寄生参数不能受到控制，例如引起性能差的漏感和电容耦合。因此，需要研发低成本的，嵌入式平面磁性元件，其集成到窄的且浅的通信连接器中。还需要一种制造消除对铁氧体材料的损坏并降低EMI，使绕组匝数最大化的这样的装置并控制绕组寄生电感的有效且低成本的方法。
发明内容
本发明提供了一种集成平面变压器和电子元件，其包括至少一个设置在平面基片中的宽带平面变压器，其中每个宽带平面变压器包括平面基片，其中该平面基片处于完全固化和刚性状态，嵌入在完全固化和刚性平面基片中的铁氧体材料，其中该嵌入包括封装在弹性且非导电材料中的铁氧体材料。平面变压器还包括设置在嵌入铁氧体材料周围的互相缠绕的导体，其中互相缠绕的导体具有通过第一粘合层粘结到完全固化和刚性基片的顶部表面的顶部导体，以及通过第二粘合层粘结到完全固化和刚性基片的底部表面的底部导体，其中粘合层包括绝缘粘合剂。顶部和底部导体通过设置在铁氧体材料的每侧上的导电通孔以相互连接的型式连接，其中导电通孔跨过粘合层和跨过完全固化且刚性的平面基片形成相互缠绕的导体。平面变压器还包括至少一个连接到至少一个相互缠绕的导体的中心抽头。该集成平面变压器和电子元件还包括至少一个电子元件，其中所述电子元件被连接到宽带平面变压器的至少一个端子。 根据本发明的一个方面，平面基片可包括FR-4，热固性树脂或热塑性树脂。在本发明的另一方面中，相邻的顶部导体被设置成与它们之间的平行且预定的间隔一致以及相邻的顶部导体和底部导体被设置成使围绕嵌入铁氧体材料的绕组的数量最大化以降低绕组的寄生电感和漏感。在此，顶部导体和底部导体之间的间隔可在10微米到 500微米的范围内。在本发明的再一方面中，所述导电层使用层叠材料被层叠到平面基片，所述层叠材料可包括柔性环氧树脂，高温热塑性树脂，或填充高流动瓷的碳氢化合物。根据另一方面，中心抽头是阻抗匹配到差分阻抗的50%，其中任何非差分电流跟着中心抽头达到接地或可保持开路，与电网端接，以共模信号的阻抗匹配或过滤最优化。仍在本发明的另一方面中，铁氧体材料具有一形状，该形状可包括圆环形，环面形，U形，E形或条形。在此，圆环形铁氧体材料或环面形铁氧体材料的中心包括设置在其中的尺寸稳定的灌注化合物。而且，圆环形铁氧体材料或环面形铁氧体材料的中心包括设置在其中的热塑性元件，其中热塑性元件具有与平面基片的材料特性匹配的材料特性以及与圆环中心或环面中心的形状匹配的形状。
根据另一方面，击穿材料(breakdown material)设置成穿过宽带平面变压器的至少两个端子，其中所述击穿材料在暴露于范围为500V rms到10000V rms的电势下时动作。仍在另一方面中，集成平面变压器的所有外部表面覆盖有绝缘层，其中所述集成平面变压器的至少一个端子暴露。根据本发明的一个方面，宽带平面变压器和电子元件之间的连接包括设置成穿过基片中的至少一个孔的至少一个导电插针，其中所述至少一个导电插针是线性的或弯曲的。在再一方面，顶部导体包括泪珠形状，其中泪珠形状的窄端被连接到设置在铁氧体材料的圆环形或环面形的中心的内部导电元件，以及泪珠形状的宽端被连接到设置在铁氧体材料的圆环形或环面形的外侧周围的外部导电元件。在此，变压器电感器耦合有0到1 之间的耦合系数，其中该耦合是根据i)导电元件之间的间隔，或ii)泪珠状导体之间的间隔，或iii)在圆环形或环面形铁氧体中的开口跨距，或iV)根据绕组间主和辅助线圈的比例，或i)，ii), iii)和iv)，其中所述开口跨距包括气隙，其中气隙可包括至少一个接地通孔。在本发明的另一方面中，电子元件可以是要求绝缘或电磁功能的任何连接器。在此，连接器包括连接到平面变压器的至少一个端子的至少一个电触头。在本发明的一个方面中，至少一个宽带平面变压器包括宽带平面变压器的阵列。在本发明的再一方面中，至少一个电子元件包括连接器的阵列。在本发明的另一方面中，至少一个电子元件包括PCB’ s的阵列。根据另一方面，集成平面变压器和电子元件的底部表面包括焊垫。仍在另一方面，热管道被设置成以将在相互缠绕的导体产生的热抽出。在此，热管道可包括导热金属镀孔，至少一个导热金属层，设置在至少一个信号迹线上的另一导热金属，设置在集成平面变压器装置的边缘处的至少一个导热凸片，或围绕集成平面变压器和电子元件的边缘的导热材料。在再一方面，至少一个中心抽头设置在宽带平面变压器的顶部上。根据另一方面，电子元件设置在平面基片的顶部上以使其间的距离最小化来为中心抽头电流提供希望的匹配。在本发明的另一方面，宽带平面变压器还包括i)至少一个共模扼流器，其中每个共模扼流器提供信号成形和条件，或ii)M-电路，或i)和ii)，其中M-电路是支持用于特定功能和应用的嵌入宽带平面变压器的功能性的电路。在此，由M-电路支持的功能性可包括过滤功能，串扰消除功能，高电压抑制，EMI抑制，数字控制，LED控制，平衡-不平衡变压器控制以及电力管理功能性。在再一方面，集成包括堆叠，其中该堆叠包括第一宽带平面变压器和第一扼流器在第二宽带平面变压器和第二扼流器的顶部上以及过滤器和阻抗匹配元件在第一宽带平面变压器和第一扼流器的顶部上，其中在该堆叠中的宽带平面变压器的数量是根据希望的应用的。根据本发明的仍另一方面，集成包括堆叠，其中该堆叠包括扼流器在过滤器顶部上，其中过滤器设置在阻抗匹配元件的顶部上，阻抗匹配元件设置在宽带平面变压器上。在本发明的再一方面中，弹性且非导电材料包括至少一个过滤器，其中带过滤器的弹性和非导电材料具有高达平面基片的热膨胀系数的热膨胀系数。仍在本发明的另一方面中，钻孔设置在基片中，其中集成平面变压器和电子元件的热膨胀由钻孔控制。
通过结合附图阅读以下的详细描述将理解本发明的目的和优点，其中图l(a)_(b)表示使用手工缠绕的磁体建立的现有技术的连接器，其中所述手工缠绕的磁体使用传统的焊接方法集成到连接器壳体；图2(a)_(e)表示根据本发明，设置到紧凑阵列中的平面变压器；图3(a)_(b)表示根据本发明，建立在单元的紧凑阵列中以能使连接器制造商进行各种通道选项的连接器；图4(a)_(e)表示根据本发明，终端电阻器直接放置在磁性构件和中心抽头配置的顶部上；图5(a)_(e)表示根据本发明，安装到平面磁性元件的插口的背面，其中导体滑入到平面磁性元件基片上的孔中；图6表示根据本发明，安装到PCB的配置为将平面磁性元件连接到PCB的连接器， 其中另一接头被如所示地增加在该装置的底部；图7-10表示本发明的装置和工艺的各个实施例和方面；图ll(a)_(i)表示根据本发明，用于制作至少平面磁性构件的步骤；图12(a)_(b)表示根据本发明，将液晶聚合物(LCP)LCP用作平面基片和层叠层；图13表示根据本发明的平面磁性装置的非常高的电压性能；图14(a)_(c)表示根据本发明，如果在磁性元件的Fr_4的基底件中做成精确的开口，那么铁氧体将在热膨胀过程中看到如在PCB红外操作中看到的高水平的应力；图15(a)_(b)表示根据本发明，构成第一低应力的、具有与基底FR-4非常不同的另一上胶衍生物的粘合剂的层，由于回流从FR-4膨胀中吸收非常多的应力，因此层叠和其他压力和温度工艺为孔所需要的钻削提供稳定的基底材料；图16表示根据本发明，没有添加橡胶衍生物的低应力环氧树脂的层，用来将铜层粘着到保持铁氧体的基底Fr-4的顶部和底部；以及图17(a)_(d)表示根据本发明，具有附着的堆叠层和焊球的集成磁性电路。
具体实施例方式虽然以下的详细描述包含许多用于图示的细节，但是本领域内的任何技术人员将容易理解到以下示例性细节的许多变化和改变在本发明的范围内。因此，本发明的以下优选的实施例是在没有失去任何一般性并且没有对要求权利的本发明施加限制的情况下进行阐述的。本发明包括平面磁性元件，其中铁氧体或磁体作为元件嵌入到具有预成型开口的基底绝缘材料中，其中可为磁性(铁氧体)单元模制，路径为机械钻孔，或冲压预成型开口。 这些然后被封装在低应力的粘合剂中，例如低应力环氧树脂，设置成提供合适的电气环境。 铜层与通孔结合使得以前由手工缠绕的单元建立的磁性构件能够在与IC相似的较小元件中。这些单元可为单独的通道或成组的通道建立。图2(a)_(e)表示设置成阵列的平面变压器200，其中图2(a)表示处于完全固化和刚性状态的平面基片202。平面基片202被表示为具有凹口 204，在此例如示为圆孔，具有精确的公差，用于接收铁氧体材料206，例如在此示为圆环。这些孔可被钻过或钻有受控的深度到达希望的厚度。图2(b)表示具有形成泪珠状的顶部电极208的平面变压器的阵列，其中还示出的是设置在图2(a)中的环状铁氧体的内外边缘上的导电通孔210。还在图2(b)中示出的是使用绝缘粘合剂212粘结到平面基片202的顶部导体210，其中还示出的是设置在平面基片202的底面上用于粘结如图 2(c)所示的底部导体214的绝缘粘合剂212。在此，图2 (c)表示具有顶部导体208的椭圆形平面变压器200的阵列，该顶部导体表示为当该导体围绕嵌入的铁氧体206缠绕时具有非均勻的泪珠形状。如所示，泪珠状的顶部导体208布置成与它们之间的平行且预定的间隔相一致，相邻顶部导体208被设置成使围绕嵌入的铁氧体材料206的绕组的数量最大化以降低绕组寄生电感和漏感。图2(d)_(e)表示平面变压器200的阵列，为多通道应用布置的平面变压器200的阵列(参见图2 (e))，其中图2 (d)表示使用了圆环形/圆环状的铁氧体206，顶部导体208 具有相对均勻的泪珠形状，且在它们之间具有平行且预定的间隔，如上所述。图3 (a) - (b)表示堆叠的平面变压器300，例如平面变压器200，的结构，可竖直堆叠到连接器302的背面(参见图3(b))以使建立一个集成连接器单元304需要的空间最小化。因为许多集成连接器要求8个单独缠绕的铁氧体或磁性材料形状，例如用于盖住连接器302中的4个信号通道，根据本发明，由于平面变压器202的紧凑和耐用特性，来自制造商的连接器304的紧凑阵列(即1X4单元或2X6单元)已经扩展了元件选项(参见图 17，用于堆叠的细节)。本发明的替代实施方式将垫增加到通道磁性单元的底部。这些垫可类似于QFN封装或LGA (无引线栅格阵列)，允许集成的磁性单元200回流到连接器上的垫上或另一 PCB 基片上。如果使用高温焊剂，连接器仍具有在OEM’ s回流工艺中回流的能力，而对连接器 302没有影响。一个其他方面可包括增加到磁性单元200的底部的BGA垫。这些允许根据需要将通道堆叠在连接器中。工业中的连接器不仅为所述设备提供信号通道而且为外部设备提供电力。在这些应用中使用手工缠绕的难处在于从使用的导线中将热取出是非常困难的，因为其由具有导热性差的空气和低应力灌注材料包围。本发明提供了额外的铜层，额外的镀铜孔，或厚的信号迹线，其用作提取在绕组中产生的热的热管道。另外，铜或其他导电金属可放置或覆盖在平面装置的边缘周围。通过将孔或垫增加到板的边缘上，连接器制造商可将金属片附着到基片，其结合为连接器壳体的一部分以给基片提供散热器，用于增强热效率。与这些连接器有关的另一问题包括用于过滤和EMI控制需要的另一无源元件 (passives)。根据本发明，为了在将EMI带走方面是有效的，共模电流中心抽头被集成到宽带平面变压器。这些中心抽头是阻抗匹配到50%的差分阻抗以使任何差分电流将该通道带回到合适的接地。与信号看到的相比阻抗匹配到50%的差分阻抗越好，将被引出的电流越多。这导致更少的发射。在本发明以前，共模迹线通常从磁性元件到合适的接地运行较长的距离。另外，铜迹线的稍微变化可建立优化的共模抑制和电磁干扰(EMI)特性的电感。 而且，本发明提供了一种机构，用于使用分离元件减小共模噪声。
根据本发明，图4(a)_(e)表示结合的终端电阻器和磁性构件400，其中表示的是直接放置在磁性构件200的顶部上的终端电阻器302。这在目前用于集成连接器中的磁性元件上不可能的，因为铁氧体是手工缠绕的，如所示。理解到，其他元件可直接放置在嵌入在平面基片中的铁氧体的表面上，使该距离最小化并且为中心抽头电流提供完美的匹配。 这还有助于更加紧凑的设计。图4(c)表示中心抽头终端电路404的示意图，其将电阻性终端替代为范围为 0. 2-2. 5pF的电容性终端，该电容性终端可使用作为项目11的开路短接线(非物理元件) 或交指型或物理上表面安装的电容器来实现。该新颖的改变允许较好地控制漏感(L)，其被典型地控制并且处于l-15uH的范围以在共模转换下与电容器(C)谐振从而以希望的频率建立传输。更具体地，该频率经常是系统时钟的第一或第二谐波。重要的是注意到，电容器 C以具有高绝缘击穿电压的方式实施。这可实施为接地或屏蔽在出现电介质或空气时合理间隔开以实现隔离的短接线。谐振频率由L和C的乘积的平方根决定且与其成反比。图4(d)表示增强过滤串联LC陷阱406的示意图，其中图4(c)中的元件以选择的频率在传输路径中提供增强的抑制，而不引起功能性在通带中降低。这是通过如所示的插在扼流器和变压器之间或输入端和输出端的允许第一阶到第η阶椭圆低通滤波的LC陷阱 408来实现的。图4(e)表示增加到变压器和扼流器结合电路的2个LC陷阱的响应410的曲线图，其中通带直到600MHz是平坦的并且在700MHz-800MHz的希望频率处骤降，在该希望频率处蜂窝装置和手机应用易于辐射和泄漏能量。今天的高速连接器给以几百个MHz运行的信号提供信号路径。它们通常不得不在外部过滤以使来自如全球移动通信系统(GSM)手机的外部噪声源的干扰最小化。在平面的实施方式中，与硅器件和连接器匹配的外部过滤器和阻抗，其中所述连接器可包括RJ-45 连接器，可在一贯给用户提供精确的、高性能的解决方案的嵌入式平面变压器上的实际信号通道中实现。这还消除了 PCB板设计中的问题，例如增加通孔或测试点的能力。在手工缠绕的解决方案中，这些是不可能的。这些连接器中的铁氧体之间的串扰是关键的问题，因为手工缠绕的部件的间隔不能很好的控制。根据本发明的一个方面，该间隔由非常精确控制的板平版印刷术限定。在用于多通道的连接器的多层堆叠中，该间隔由层间隔板或过去用作层间的BGA球厚度或焊剂限定，其中在多层堆叠配置中的接地平面可用来提供变压器和扼流器之间，或变压器和扼流器对变压器和扼流器的电串扰。既然串扰衰减为在本发明中易于维持的迹线之间的距离的平方。通过扼流器和变压器之间每隔一排的通孔，改进已经发生在10-15db隔离度中。 这在每个通道内对于差分到共模能量的更高抑制和较低转换是有益的，反之亦然。然而，因为由本本发明提供的紧耦合和最小化控制的泄漏，该孔栅在具体实施中是很少要求的。因此，当堆叠元件时，由于相邻元件的连接器的高度限制增加顶部和底部通道之间的无限远的距离是不可行的。在存在元件或屏蔽的情况下，相互缠绕在主线匝和辅助线匝之间的泪珠和紧密空间使装置之上和之下的泄漏最小化并且对通道特性产生最小的影响。集成连接器包括与如图1(b)所示的RJ-45相似的插口，具有由金属，塑料或PCB 基底做成的外壳壳体以及集成的磁性元件。在现在的集成连接器中，这些磁性元件仅是用变压器铜线手工缠绕的铁氧体。这些导线然后被焊接到连接器底座中以防止磁性元件运动，灌注材料在放置之后被注入到铁氧体中。该材料必须是低应力的，例如硅树脂的变体。图5(a)_(e)表示实施有连接器500的平面磁性电感器。根据本发明的一个方面， 插口 502的背面安装到平面磁性元件200。在该实施方式中的互连件为滑入到平面磁性基片202上的孔506中的导体504。如果该实施方式要求多于一层的磁性元件来解决多个通道，另一些磁性元件层可通过通孔，焊垫或BGA球进行增加和互连。为了连接到PCB，另一接头508可如所示的增加在图5(e)中的装置的底部。通过使用更厚的铜迹线，这种到板的连接是非常有效的热通道以将热从连接器排出。这在电力连接器应用中例如PoE(以太网供电)中是关键的。图5(c)-(d)表示侧视图和透视图在该实施方式中将分别像什么。在此情况下，在这些连接器中经常使用的终端电阻器和电容器会被安装为如图5(e)所示。为制作该单元，会使用塑料或金属的基本框架。单独的基片会竖直地滑入就位，预装有用于终端/过滤的任何需要的无源元件，或需要保持串扰距离的隔板。图5(a)_(e)中所示的连接器导体组件可从前部插入到背面以使这些导体滑入到平面磁性基片上的合适开口中。焊剂或导电环氧树脂可用来将插口导体附着到基片中的通孔中。然后该组件可回流以实现最终连接。作为本发明的替代实施例，平面磁性元件可用作水平的基底。不是竖直附着平面磁性元件并且将连接器导体滑入到图5 (a)-(e)中的通孔中，导体可被做得更长并且弯曲另一 90度以使它们可接触水平板。该平面基片然后可如以前一样地进行堆叠。然而，这可延长总的连接器长度。在再一实施例中，导体插针可做得仅稍微长些然后在端部上弯曲。这些端部然后可被焊接成与水平板齐平同时它们通过塑料插入件进行保持，如图7所示。另外，嵌入边缘磁性模块可用作电和机械基底，用于建立集成连接器。该嵌入边缘磁性装置直接连接到具有插孔的母板PCB上或直接与通孔插针连接或其他连接方法，使嵌入边缘磁性装置竖直或处于1到179度之间的任何位置，如图7-9所示。图7表示单端口双高度的堆叠配置，图8表示具有EMI接地屏蔽和PoE+电力连接的单端口双高度的堆叠配置，图9(a)表示具有PoE+电力连接的双端口堆叠的嵌入边缘磁体。堆叠的嵌入平面磁性部分可为与主嵌入边缘模块/基片有关的许多不同的波形因数。嵌入边缘磁性模块/基片可用于许多配置中，例如1X1，1X2，2X1，IX 4，2X4，2X6等。另外，嵌入边缘磁性模块/基片可减小连接器的宽度和高度以在工业标准19”的可机架安装的系统内建立更高密度的开关。而且，嵌入边缘磁性元件能使高功率应用(PoE+)具有开口的背侧，允许从磁性元件产生的热传递到系统气流可穿过的翅片散热器或其他导热装置以及允许热从高密度集成的嵌入磁性平面连接器合适地散出。嵌入边缘磁性模块允许其他的嵌入平面磁性元件堆叠在其上以能使具有另一功能和能使形成较小的形状因数配置。该堆叠的嵌入平面磁性元件可结合共模扼流用于信号形成和调节以及M-电路。M-电路是支持用于特定功能和应用的嵌入平面磁性元件功能性的电路。这些M-电路的例子包括但不限于过滤器功能，串扰消除功能，高电压抑制和EMI抑制，数字控制，LED控制，平衡-不平衡变压器控制和电力管理功能等，例如图4(c)-(d)中讨论的例子。该M-电路可使用分立元件，硅片连接(倒装法或引线接合技术)和其他结构，其建立了电网功能。图8表示嵌入边缘模块/基片的配置，其能使最优的EMI屏蔽同时允许通过独特的层叠工艺散热，该层叠工艺能使与电绝缘具有导热性以支持高电力应用例如PoE+。另外，热环氧树脂和其他导热封装材料可用来帮助从铁氧体周围散热。中心抽头连接允许在不支撑母板PCB内的电源层的系统内的优化的电力分布， 这通过电力电缆中心抽头连接到嵌入边缘模块/基片的顶部上得以实现。堆叠接合可为如下变压器和扼流器的顶部上为变压器和扼流器，在变压器和扼流器的顶部上为过滤器和阻抗匹配，扼流器在过滤器，阻抗匹配和变压器的顶部上。图9(b)表示与铁氧体扼流器902 结合的基于铁氧体的变压器200的例子，其中扼流器902的顶部和底部绕组904/906给共模衰减提供了高水平的共模。图9(c)表示一些示例性的铁氧体形状，包括圆环状，环形，具有狗骨形状的中心壁的环形，U形状，E形状或条状。当使用图4(c)和4(d)中的端接方法时，可不需要铁氧体扼流器。该实施例示于图9(e)中，其中非铁氧体扼流器提供超过25MHz 的共模-共模衰减。以前的描述涵盖了耦合系数高于0. 9且小于1. 0的紧密耦合的电感器的变压器。 这是1:1的变压器所要求的，其中没有阻抗或电压转换。另一实施例是主线圈为M匝且辅助线圈为N匝以实现M:N变压器。然而，耦合系数可通过间隔电感器或在铁氧体铁芯中产生气隙得以设计以将耦合操控在0-0. 9之间。使电感器分离的另一技术是为每个电感器使用单独的铁氧体。这允许电感器和变压器如实施例为许多构件的标准部件一样描述的进行建立，所述构件可结合以形成元件例如EMI过滤器，共模扼流器，定向耦合器，平衡-不平衡变压器并且不限于这些功能。这些功能性可与嵌入平面磁性元件结合以建立系统水平的功能性用于一些应用中，例如要求模块或子系统功能的以太网，机顶盒，RF路由器，移动网络， 蜂窝和其他电子设备。图9c(i)-c(iii)是可插入到基板以制作这样的器件和元件的铁氧体的不同形状的例子。铁氧体不同支腿之间的气隙可插有接地通孔以改变不同子电感器之间的耦合。以前的主要描述讨论了使用圆环形或环面形铁氧体，因为它们对于以太网应用是最有用的。在图9(d)中，表示了平衡-不平衡变压器的实施例，其是三个终端装置，其中主线圈的一侧是接地的。从相对端出来的能量被完美地分开并且相位相反。平衡-不平衡变压器给差分输出提供了单端输入，反之亦然，以匹配阻抗并且用于许多RF应用中。嵌入边缘磁性基片/模块具有一排设置成垂直或倾斜45度，或在其间的任何位置，插入到存储器插孔中的装置。嵌入边缘磁性装置具有其自身的通孔插针，其直接附连到“母板”PCB。然而，使用与存储芯片相似的插孔连接器配置的类似配置也是可能的，或者满足可靠性要求的用于竖直附连的其他附连配置。除了该该基本的配置之外，专门的配置在本发明的范围内，其中插孔或其他连接可放置在顶缘上用于连接中心抽头或其他电路连接。该装置还集成到在将整个连接器安装到母板PCB中提供机械强度的连接器中。本发明的一个方面能使应用例如96端口高密度吉比特以太网开关，其不能通过传统的方法实现， 以及成本有效的PoE+以太网开关，因此通过与顶部边缘连接的合适的电绝缘使母板PCB层最小。以前的用于通过将铜线手工缠绕在磁性元件的周围做成的电磁元件的技术具有性能，可重复性，成本以及质量方面的限制，其中性能由单个可如何一致地将铜线环缠绕在磁性元件周围同时使用镊子在显微镜下工作来决定的。对于为以太网市场制作的变压器， 这限制产量小于每个工人每小时20个部件。自动机械执行该工作对于用于通信工业中的小形状因数还没有证明是成本有效的。以前尝试解决铁磁材料的坯板可插入FR-4的层之间(一种类型的低介电常数环氧树脂具有嵌入玻璃绳以提供刚性)的问题已经限定为没有成功，因为使用的铁磁材料的类型是昂贵的，易碎的并且对于应力高度敏感。它们还没有提供任何可用的将磁性材料对准在嵌入材料中的方法，该方法需要保证性能，可重复性和可靠性。为了获得需要的电感水平，该铁氧体材料必须足够厚。薄薄沉积的铁氧体材料提供了太低水平的电感。为了以该方式产生具有要求水平的电感的部件，会要求将大量的单独元件组合在一起，因此使得在正常的应用太大而不能安装在小连接器之后。在正常的变压器中使用的铁氧体通过机械压力形成更厚的单元。然而，它们特别易碎，其中该材料本质上对应力高度敏感。用于嵌入这些材料的问题在于用于PCB材料的环氧树脂被设计成为刚性的以便为另几层铜图案结构和附连的集成电路提供基底。本发明提供了孔，该孔通过选路/钻孔，冲压或预形成在为例如FR4，热固性树脂或热塑性树脂的刚性的，完全固化的材料的平面基片中，以便为磁性元件(铁氧体)提供开口，该开口做得比磁性元件(铁氧体)大以使它们可占据正常的制造公差。热固性树脂可以是填充有瓷粒的碳氢化合物，该瓷粒提供了较高的玻璃化温度(Tg)，低速运动以及与铜匹配的热膨胀系数，环氧树脂用来封装铁氧体。一旦磁性件(铁氧体)设置在开口中，它们被环氧树脂围绕/封装并且精确定位。磁性件的中心孔填充有环氧树脂，塑性材料或其他材料，它们是填充孔的插头。根据本发明的一个方面，具有填料的低应力的环氧树脂的夹层被用作FR-4基底和铁氧体之间的中间层。低应力的环氧树脂然后被提供，其用来将铁氧体锁定就位而在制造工艺中发现或在操作使用中发现的温度范围内没有在其上施加应力。根据一个方面，夹层是固体的，足以允许钻孔和通孔穿过其电镀。这要求双酚，树脂基底，其具有装载以给混合物提供刚度的添加的硅。丁二烯被加入以便为铁氧体提供低应力环境。制作环氧树脂的关键件是加入每个元件而不允许形成气泡。这要求所述材料被慢慢地混合在一起然后放置在真空中以在使用之前消除任何气泡。应当显而易见的是可使用实现在本文中的整个范围描述工序的其他粘合材料。本发明还提供了一种还简单地将几层铜添加在基底基片之上和之下的低应力的方法，因此避免了层叠在磁性元件上的另一 FR-4的有害影响。在地板完成之后，涂覆铜之前，该材料在不均勻的表面上散开。该平面基片在顶部和底部上使用低应力树脂，高热塑性树脂或高流动性填充陶瓷的碳氢化合物材料而层叠有导电材料。为了产生具有一致特性的部分，磁性元件(铁氧体)必须被精确放置以使当实现缠绕的通孔被产生时它们干涉或接触铁氧体。图10(a)表示孔和铁氧体1000的关系的顶视图。如所示，理想的放置孔1002 与铁氧体壁1004合理地分开。大于50微米的距离是希望的。在所示的实施例中，孔1002 距离内壁1004为150微米或6密耳。当通孔台靠近铁氧体时，铁氧体将破碎并且引起电感和特性的降低。图10(b)表示具有不合适的太靠近铁氧体的钻孔的破碎铁氧体。在孔放置之后部件的任何移动将导致铁氧体在钻孔过程中破碎或性能变化；铁氧体破碎或钻孔进入到铁氧体材料的通孔“边缘”损坏元件的特性。平面基片使用低应力环氧树脂，高温热塑性树脂(LCP)或填充有高横向流动瓷的碳氢化合物材料在顶部和底部上层叠有导电材料。图 10 (C)表示作为示例性结构的，连接到位于铁氧体元件1004的内外侧的导电通孔1002的顶部导体1006的布局的顶视图。图ll(a)_(i)表示根据本发明的一个方面用于制作平面变压器200的工序1100。 如图11(a)所示，钻孔1102设置在完全固化和刚性的基片1104中。图11(b)表示铁氧体材料1106设置钻孔1102中。铁氧体材料然后封装在如图11 (c)所示的弹性的且非导电材料1108中。图11(d)表示顶部导体1110和顶部导体1112使用绝缘粘合剂1114被粘结到平面基片1104表面。图11(e)表示钻过顶部导体1110，顶部粘合层1114，弹性且非导电材料1108，平面基片1104，底部粘合层1114，以及底部导体1112的通孔1116，其中通孔1116 然后被清理。图11(f)表示通孔1112被金属覆盖以产生导电通孔1118。导电通孔1118然后通过导电层(1110/1112)的顶部和底部的表面被做成均勻的，如图11(g)所示。图11(h) 表示通过从光刻掩膜或其他可比的方法形成在导电层(1110/111 中的顶部导体1120和底部导体1122。图ll(i)表示完成的带宽平面变压器1100的横截面视图，其中所有的外部表面已经被覆盖有绝缘层11M。另一些层可通过将另一些层层叠在使用微通孔彼此连接的导电层(1110/1112) 的顶部和底部上进行添加。填充高横向流动瓷的碳氢化合物填充瓷的复合材料的例子是来自于Rogers Corporation，称为4450F，其也是理想的，用于将增加另一些绝缘层和更高密度的布线。还可通过使一片4450F或其他这样的薄片在一侧上层叠有铜以建立铁氧体和低应力环氧树脂可装配在其中的槽来准备平面基片。之后在低应力环氧树脂中描述的成分有助于减轻层叠压力防止阻止铁氧体的特性。本发明的替代方法允许用户利用有机聚合物基底，例如液晶聚合物(LCP)，其中孔已经被预作并且包括使铁氧体位于其上的柱体。铁氧体可利用渐缩插入件机械振动就位或用拾放机进行放置。超低应力的材料例如硅树脂然后可用来围绕铁氧体，因为通孔通过LCP 放置。一厚层的FR-4可层叠在铁氧体之上然后整个工艺可以如上述标准PCB工艺一样的进行。当使用LCP时，该层可用作比平面基片更高的Tg以使当之下的材料流动时限制流动。将LCP用作平面基片和层叠层的另一结构1200被表示在图12(a)_(b)中。在此， 平面基片1202可被控制如所示的钻孔深度和插入的铁氧体1204，其中对于低温液晶聚合物(LCP) 1202，孔深度可距离底部为0. 1毫米那么低。热塑性材料像LCP可以模制形式或以电路层叠形式使用。当将低温度LCP用作平面基片1202时，早前描述的其他材料可被消除并且防止非均勻的界面；在存在或不存在压力的情况下，LCP可适应高温度以能使模制在铁氧体周围。在环状或环形铁氧体204的中心，可将由LCP做成的内孔尺寸的一柱体插入 (参见图14(b)和图16)。热塑性材料开始流动超过它们的温度模量( 180度)然后在典型为280-350度的玻璃化温度(Tg)达到高流动状态。更高温度的LCP1208或更高温度的热塑性树脂用来层叠和保持刚性同时将铜1206层叠在顶部和底部上。然后可使用早前表示的工艺来完成通孔和形成在LCP基板上的迹线。另一些铜层1206可通过使用在顶部和底部上具有铜的另一些粘合材料得以添加。而且，为分离的SMT，模板以及封装模板形式的M-电路1208可使用相同的工艺嵌入到铁氧体1204附近。图12(b)表示邻近铁氧体的电路。图12(a)表示使用深度受控的钻出的微孔连接到M-电路1208。这些通孔可使用机械钻或激光钻形成。CO2激光器逐一地穿过软材料例如环氧树脂并且在硬材料处例如铜和焊垫处停止穿过。而且，一旦通孔被钻出，铁氧体被放置，覆盖FR-4或半固化片的另一些铜层可层叠在该层上，用于支撑铁氧体，其中该层叠工艺要求实现压力和热。在该层叠的工艺中，覆盖铁氧体的树脂被破坏。没有另外的平面化，正常的FR-4不会提供足够的液胶以盖住平面基片中的不均勻性。另外的叠层留出开口的气隙，其将在正常的可靠性测试中分层。也不必粘附到引起可靠性问题的铁氧体材料。前述技术防止平面度温度。一旦铜被附连，需要厚度一致的焊剂掩膜，典型地为2层焊剂掩膜或用于电压保护的特殊材料，来改进击穿电压的问题并且通孔可被完全电镀。如在现有技术中注意到的，在没有另一新颖方法的情况下，PCB工艺不能容易地与需要的磁性材料相适应。对于作为变压器操作的部件的关键要求是它们提供了电绝缘。以太网部件必须能够支持1500V rms AC —分钟。这是通过使用一层焊剂掩膜或其他材料来实现的，其产生了用于导电性的绝缘。典型地，需要两层焊剂掩膜。另外，关键是用非导电材料填充通孔。制造电磁元件要求大量的通孔放置在不规则形状的铁氧体周围。这弓丨起不均勻的表面。这些隆脊和显著通孔的数量允许气隙，其在高压应力下损坏。另外，其对于确保存在于环氧树脂或封装材料中的任何气泡在固化工艺之前被移除。不需要其他的技术，这些部件将不会通过这些类型的连接器要求的标准。图13表示为平面磁性装置产生非常高的电压能力的具体实施技术1300。该薄的击穿材料1302层可同时用来产生平行板电容器，用于分离直流阻塞或过滤/匹配应用，以及在在1500V rms会损坏的电路之前产生高的击穿电压。该配置可为在范围为500V rms 到10000V rms的击穿电压提供支持，这取决于在电路之间使用的材料。击穿材料的放置是关键的。RF-4或基片材料选择路径并冲压而成以及击穿材料在层叠工艺之前流入并固化。 其另一实施例是要在PCB焊剂掩膜中开辟出垫以及穿过表面沉积击穿材料。在铁氧体的尺寸，需要获得要求的开路电感的线圈匝数，以及可通过具有闭环磁路的某些形状实现的线圈的实际匝数之间存在权衡。根据再一方面，通过集中在圆周上，仍具有闭环路径的新颖形状得以产生，并且可具有足够的通孔以使电感最大化，其中它们可被做得非常窄以便于多通道部件(每个通道多个铁氧体和多个通道)。Fr-4是用于PCB基底材料的通常的环氧树脂和玻璃复合材料，其热膨胀系数通常是铁氧体磁性材料的6被那么大。这意味着如果精确的开口在Fr-4的基座件中被做成用于如图14(a)中所示的磁性元件，铁氧体将在热膨胀过程中看到在PCB红外回流操作中看到的高水平的应力。既然铁氧体非常易碎，这导致芯体破碎，损坏电磁元件特性。图14(b) 表示铁氧体良好对准孔尺寸的例子。作为替代，可做成更大的开口以提供间隙来适应制造铁氧体公差和应力问题，然而，由于由该结构中或与期望的通孔对准不合适的结构中的气隙引起的分层，这些导致可靠性问题，消除了在根据本发明的方法中制作部件的主要优点之一。现有的用来填充该间隙的环氧树脂将由于在聚合物中形成的高应力链而在铁氧体上产生不适当的应力。低应力的化合物例如硅树脂没有提供足够坚固的平台以在其中钻且形成通孑L。根据本发明的另一方面，低应力的环氧界面设置在具有高的CTE的FR-4和敏感的、易碎的铁氧体之间。该层由例如为低应力环氧树脂的第一低应力粘合剂组成，其具有另外的上胶衍生物，与基底FR-4大不相同。其提供了非常低的膨胀模量以使当板上的温度增加时其变得更像橡胶并且吸收由于FR-4膨胀施加在其上的大部分的应力并且还提供一种稳定的基底材料，用于如图15(a)_(b)可见的需要钻孔，并且其仍足够硬以保护在材料上的通孔圆筒和迹线。这对能够使用用于支撑磁性铁氧体的PCB基底是关键的。没有它，这样的进展是不可能的。粘合剂，例如环氧树脂，可首先分发在铁氧体开口中或可在它们放置之后分发，然而，通过首先放置低应力材料然后允许铁氧体进入给定的开口中，部件易于自我对准以使环氧树脂在所有侧面是均勻的。允许部件放置然后半固化，因此消除了上述的对准问题。一旦铁氧体锁定就位，可通过使用在板的边缘上的对准目标进行进一步地处理，这是在钻铁氧体开口之前要做的。这允许标准的PCB处理，其对实现可工作的电磁元件是关键的。在某些情况下，应力释放孔或槽可钻入到铁氧体开口的中心，从而允许材料以较小的问题膨胀或收缩。而且，塑料或类似材料可用作插头以填充到铁氧体的中心孔中。另外，一层添加有橡胶衍生物的低应力环氧竖直可用来将铜层附连到保持铁氧体的基底Fr-4的顶部和底部。该材料可通过多个简单的工艺例如丝网印刷术或简单的橡胶刷散布进行涂覆。关键在于移除任何气泡。该材料起作用以将铜粘合到FR-4以及在嵌入的铁氧体之上提供一致的表面，而没有引起FR-4叠层看到的正常温度和应力。这还关键的是之后在该工艺中给焊剂掩膜提供了平坦的表面，其是电压击穿要求所需要的。图16表示平面变压器1600的横截面视图，其中嵌入铁氧体1602包封在粘结叠层 1604中，例如特别低的应力的环氧树脂粘结叠层。导电通孔1606被表示为定位在铁氧体 1602的每侧上。表示了一部分完全固化和刚性的基片1608，例如FR-4或其他刚性板材，以及绝缘叠层1610被表示为粘结导电层1612。根据本发明，用于帮助使板平整并且消除击穿电压的问题的另一方法是要将通孔充分电镀有铜或其他材料。这消除了如果不覆盖在通孔圆筒中因高强度场引起击穿电离点的问题并且与现有技术所述的大不相同。解释此的一个新颖的方式是在元件的顶部和底部上产生球形栅格区域(BGA)垫。 在底部上，部件设计有BGA垫布局。这些可被正常回流以附连到用户的印刷电路板。这消除了在更高频率下的许多问题，因为微小的间距球提供了比用在传统手工缠绕的变压器上的正常引线更低的电感和电阻。在许多应用中，使用需要的最终产品是与塑性封装中的集成电路尺寸类似的元件。制造商通常不希望将复杂的PCB工艺用于可仅占据的PCB的元件。本发明的一个方面是为IC形式的装置，其允许制造商继续在较大的板子上采用他的高容量的工艺并且当需要时利用本发明的为PCB格式的处理单元的优点。通过将板子切片成具有类似于方形扁平无引脚封装(QFN)或无引线栅格阵列(LGA)的BGA球或垫的单独的较小单元，在总的解决方案中提供了显著的改进。在本发明的一个方面中，该工艺始于由电介质，通常为FR-4做成的基底材料，但是对于更高频率的部件，这可以是其他的材料。该材料是以标准尺寸和厚度制造的并且作为一板块进行交付。嵌入磁性元件的制造商会通过该板块中的大于要使用的铁氧体的布线开口而开始。这些开口必须做得做够大以保持铁氧体和FR-4之间的间隙，其解释在热循环过程中看到的任何膨胀。一旦该开口被做成，所述板被紧密地放置在表面上，其形成铁氧体开口的底部。通过增粘剂，硅，低应力的环氧树脂增加了材料的稳固性，然后低应力的丁二烯添加到每个开口。铁氧体通过标准的拾放机，或通过覆层形式的具有渐缩导孔机械振动器，得以放置。当允许放置到环氧树脂中时，铁氧体易于自我对准以使铁氧体材料均勻地分布在铁氧体周围。这对于确保结构中没有气隙是关键的，该气隙会使可靠性失败，并且确保合适放置，这是保证性能所需要的。低温固化用来将铁氧体锁定就位以及产生低应力聚合物链结构。
一旦在环氧树脂中具有铁氧体的板被固化，另外的几层薄的低应力环氧树脂被涂覆到基底。该材料的粘固与用来填充铁氧体开口是一样的，除了不考虑软化材料之外。通过用机械刷或丝网印刷工艺，该材料被均勻地散开或拉动穿过板。一层铜然后被涂覆到顶面上。该板被放置在真空盒中以提取可在铜之下的任何气泡。对于底层的铜这是重复的， 然后这些板被堆叠然后以更高的温度固化以锁定在聚合物中的低应力构件中。通孔可机械或激光钻出。在机械钻孔的情况下，必须小心以避免使环氧树脂过热。 这使得环氧树脂出问题并且使钻头破碎。要求多级钻头钻孔以穿过材料，而没有损坏钻头或没有在孔中留下大量碎屑。再次形成的环氧树脂碎屑可导致不合适地镀孔和可靠性问题。UV激光钻还可用来建立通孔开口。在某些情况下，铁氧体的质量使其对环氧树脂在其中心内的膨胀较敏感。如果需要温度范围扩展，那么必须设置某些应力释放件以允许内部的环氧树脂膨胀，而不使铁氧体破碎，或引起PCB迹线的分层。这可通过在钻孔过程中钻出另外的盲孔得以防止。这些被阻挡并且没有电镀；然而，当该装置暴露于温度极限下时，这为环氧树脂膨胀提供了空间。标准的PCB处理可用于无电镀，电镀以及板成型中。然而，为了防止由于在薄的通孔圆筒中的非常高的电势场引起击穿电压，这些通孔被完全填充。这也可通过导电聚合物来实现。这使坚固的顶面没有“凹处”用于焊剂掩膜的毛细作用。这使场在更宽的材料宽度范围内并且提供了平坦的表面用于焊剂掩膜没有气隙地被覆盖其之上。一旦这得以实现， 那么双层的焊剂掩膜必须增加到板上。这用来防止高电压击穿测试(高压绝缘试验)并且必须与所述板一致以使没有产生气隙，其在测试中会损坏。丝网印制部件允许制造商将它们的部件确认为它们的用户。另一些实时生产信息可被增加以容易确认在部件顶部上的装置信息。一旦这些板完成，完整的性能测试(困境中的在线测试)可在提供许多成本节省的同时在整个板上实现。部件可具有附连焊球。如果采用了 QFN封装，那么另一些更大的通孔被增加到钻孔和电镀工艺，其变为齿形结构。该板可被选择路径以提供单独的单元。 多种可能的解决方案是可用的，因为这些单元可被堆叠，水平或竖直使用，插入到各种机械封装件或电缆组件中。另外，简单的压配合“咬合”配置可得以实现。图17(a)_(c)表示堆叠选项1700，其中焊球1702设置在集成平面变压器和电子元件1704的底侧和顶侧上。图 17(b)表示设置为用于堆叠的集成元件1704上的底垫1706和顶垫1708，以及图17(c)表示集成元件1704上的底垫1706用于堆叠到没有焊垫的作为顶层和绝缘层的集成元件1704上。现在已经根据几个示例性的实施例描述了本发明，这些实施例目的在于在所有方面都是图示性的，而不是限制性的。因此，本发明在具体的实施方式中可进行许多变化，对于本领域内的技术人员，这些变化来源于在此包括的描述中。例如使用来自于许多制造商例如3M，杜邦(DuPont)和乐爵士(Rogers)的具有更高的在2到1000的绝缘常数的其他层叠材料可用作基板或层叠材料。导体材料的变化可用在铜可用铝、银或金替代的地方，用于增加导电性并减小损失。发明者没有示出膜片固定技术，其可以是膜片附连，凸块附连，引线粘结。其他实施例是铁氧体孔足够大以使M-电路可嵌入到铁氧体腔或铁氧体材料的内部。一些应用例如天线和其他EMI收集技术可被实施为用于能量收集和超宽带。所有这样的变化被认为是在本发明的由以下权利要求和它们的合法等价物限定的范围和精神内。
权利要求
1. 一种集成平面变压器和电子元件，包括a.至少一个设置在平面基片中的宽带平面变压器，其中每个所述宽带平面变压器包括1.平面基片，其中所述平面基片处于完全固化和刚性状态；ii铁氧体材料，其中所述铁氧体材料嵌入在所述完全固化和刚性的平面基片中，其中所述嵌入包括封装在弹性且非导电材料中的所述铁氧体材料；iii.设置在所述嵌入铁氧体材料周围的互相缠绕的导体，其中所述互相缠绕的导体包括通过第一粘合层粘结到所述完全固化和刚性基片的顶部表面的顶部导体，以及通过第二粘合层粘结到所述完全固化和刚性基片的底部表面的底部导体，其中所述粘合层包括绝缘粘合剂，其中所述顶部和底部导体通过设置在所述铁氧体材料的每侧上的导电通孔以相互连接的型式连接，其中所述导电通孔跨过所述粘合层和跨过所述完全固化且刚性的平面基片形成相互缠绕的导体；iv.至少一个连接到至少一个相互缠绕的导体的中心抽头；以及b.至少一个电子元件，其中所述电子元件被连接到所述宽带平面变压器的至少一个端子。
2.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述平面基片选自于包括 FR-4，热固性树脂或热塑性树脂的组。
3.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中相邻的所述顶部导体和所述底部导体被设置成与它们之间的平行且预定的间隔一致以及所述相邻的顶部导体和底部导体被设置成使围绕所述嵌入铁氧体材料的所述绕组的数量最大化以降低绕组的寄生电感和漏感。
4.根据权利要求3所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述顶部导体之间的间隔在10微米到500微米的范围内。
5.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述导电层使用层叠材料被层叠到所述平面基片，所述层叠材料选自于包括柔性环氧树脂，高温热塑性树脂，或填充高流动瓷的碳氢化合物的组。
6.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述中心抽头是阻抗匹配到差分阻抗的50%。
7.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述铁氧体材料具有一形状，该形状选自于包括圆环形，环面形，U形，E形或条形的组。
8.根据权利要求7所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述圆环形的铁氧体材料或环面形的铁氧体材料的中心包括设置在其中的尺寸稳定的灌注化合物。
9.根据权利要求7所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述圆环形的铁氧体材料或环面形的铁氧体材料的中心包括设置在其中的热塑性元件，其中该热塑性元件包括与所述平面基片的材料特性匹配的材料特性以及与所述圆环的中心的形状或所述环面的中心的形状匹配的形状。
10.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述击穿材料设置成穿过所述宽带平面变压器的至少两个端子，其中所述击穿材料在暴露于范围为500V rms到 10, 000V rms的电势下时动作。
11.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述集成平面变压器的所有外部表面覆盖有绝缘层，其中所述集成平面变压器的至少一个端子暴露。
12.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述宽带平面变压器和所述电子元件之间的连接包括设置成穿过所述基片中的至少一个孔的至少一个导电插针， 其中所述至少一个导电插针是线性的或弯曲的。
13.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述顶部导体包括泪珠形状，其中该泪珠形状的窄端被连接到设置在所述铁氧体材料的圆环形或环面形的中心中的内部导电元件，以及所述泪珠形状的宽端被连接到设置在所述铁氧体材料的圆环形或环面形的外侧周围的外部导电元件。
14.根据权利要求13所述的集成平面变压器和电子元件，其中变压器电感器耦合有0 到1之间的耦合系数，其中该耦合是根据i)所述导电元件之间的间隔，或ii)所述泪珠状导体之间的间隔，或iii)在所述圆环形或所述环面形的铁氧体中的开口跨距，或iv)根据所述绕组间主和辅助线圈的比例，或i)，ii), iii)和iv)，其中所述开口跨距包括气隙，其中该气隙可包括至少一个接地通孔。
15.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述电子元件包括要求绝缘或电磁功能的任何连接器。
16.根据权利要求15所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述连接器包括连接到所述平面变压器的至少一个端子的至少一个电触头。
17.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述至少一个宽带平面变压器包括所述宽带平面变压器的阵列。
18.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述至少一个电子元件包括所述连接器的阵列。
19.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述至少一个电子元件包括所述印刷电路板的阵列。
20.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述集成平面变压器和电子元件的底部表面包括焊垫。
21.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中热管道被设置成以将在所述相互缠绕的导体产生的热抽出。
22.根据权利要求21所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述热管道选自于以下的组中，该组包括导热金属镀孔，至少一个导热金属层，设置在至少一个信号迹线上的另一导热金属，设置在所述集成平面变压器装置的边缘处的至少一个导热凸片，以及围绕所述集成平面变压器和电子元件的边缘的导热材料。
23.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述至少一个中心抽头设置在所述宽带平面变压器的顶部上。
24.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述电子元件设置在所述平面基片的顶部上以使二者之间的距离最小化来为中心抽头电流提供希望的匹配。
25.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述宽带平面变压器还包括i)至少一个共模扼流器，其中每个所述共模扼流器提供信号成形和条件，或ii)M-电路，或i)和ii)，其中所述M-电路是支持用于特定功能和应用的所述嵌入宽带平面变压器的功能性的电路。
26.根据权利要求25所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述由M-电路支持的所述功能性选自于以下的组中，该组包括过滤功能，串扰消除功能，高电压抑制，电磁干扰抑制，数字控制，发光二极管控制，平衡-不平衡变压器控制以及电力管理功能性。
27.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述集成包括堆叠，其中该堆叠包括至少第一所述宽带平面变压器和第一扼流器在第二所述宽带平面变压器和第二扼流器的顶部上以及过滤器和阻抗匹配元件在第一所述宽带平面变压器和所述第一扼流器的顶部上，其中在该堆叠中的所述宽带平面变压器的数量是根据希望的应用的。
28.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述集成包括堆叠，其中该堆叠包括扼流器在过滤器顶部上，其中所述过滤器设置在阻抗匹配元件的顶部上，所述阻抗匹配元件设置在所述宽带平面变压器上。
29.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中所述弹性且非导电材料包括至少一个过滤器，其中带所述过滤器的所述弹性和非导电材料具有高达所述平面基片的热膨胀系数的热膨胀系数。
30.根据权利要求1所述的集成平面变压器和电子元件，其中钻孔设置在所述基片中， 其中所述集成平面变压器和电子元件的热膨胀由所述钻孔控制。
全文摘要
本发明提供了一种集成平面变压器和电子元件，其包括至少一个设置在平面基片中的宽带平面变压器，其中每个所述宽带平面变压器包括处于完全固化和刚性状态的平面基片，嵌入在平面基片中的铁氧体材料，其中所述铁氧体材料封装在弹性且非导电材料中，设置在所述嵌入铁氧体材料周围的互相缠绕的导体，其中所述顶部和底部导体通过绝缘粘合剂粘结。所述顶部和底部导体通过设置在所述铁氧体材料的每侧上的导电通孔以相互连接的型式连接，并且跨过几层到达导体。平面变压器还包括至少一个连接到至少一个相互缠绕的导体的中心抽头。所述集成平面变压器和电子元件还包括被连接到所述宽带平面变压器的至少一个端子的至少一个电子元件。
文档编号H01F27/28GK102308346SQ200980156070
公开日2012年1月4日 申请日期2009年12月1日 优先权日2008年12月3日
发明者史蒂文.R.库比斯, 威廉.L.哈里森, 安-武.法姆, 希德哈思.达尔米亚, 詹姆斯.E.奎利希 申请人:平面磁性有限公司