专利名称：层叠电感器-电子封装组件及其制造技术的制作方法
技术领域：
一个实施例提供对传统技术作出改进的封装和组件的组合设计，这是通过提供更 好的形状因数、用户对电感器选择的灵活性以及对电感器产生的热量更好的热耗散机制来 完成的。背景图1示出电源模块98，该电源模块98包括封装件100、印刷电路板(PCB) 102、集 成电路芯片(IC) 104、电阻器R、电容器C、至少一个场效应晶体管106、从封装件向外伸出的 和形成封装件引线(或引脚)电触点或迹线108以及扼流圈，即电感器110。由包封材料 112形成封装件本体100，该包封材料112也填满器件102、104、106、108、110、R和C之间的 空隙。电感器110设计成阻断电气电路中的特定频率(或对其具有高阻)并同时使低得多 的频率的信号或直流电通过。也就是说，电感器110可用来阻断交流电(AC)同时使直流电 (DC)通过。此外，包封材料112可包括陶瓷、塑料、环氧树脂或其它绝缘材料。
发明内容
电路的一个实施例包括电路模块以及布置在模块上并电气耦合于模块的电感器。 例如，电路模块可以是电源模块，而电源模块和电感器可一起形成电源的一部分或全部。将 电感器布置在模块上可相比电感器布置在模块附近情形的电路或相比电感器布置在模块 的其它器件附近的模块内的情形的电路减少电路所占的面积。此外，将电感器布置在模块 外侧允许人们安装或更换电感器。
图1示出用于电源模块的传统封装件；图2示出层叠电感器封装组件的实施例；图3示出其中可实现层叠电感器封装组件的实施例的计算机系统的实施例；图4示出将电感器层叠于封装件的技术的实施例；图5示出将电感器层叠于封装件的技术的另一实施例；图6示出制造层叠的电感器封装组件的技术的实施例；图7示出制造层叠的电感器封装组件的技术的另一实施例；以及图8示出用于制造一个或多个层叠的电感器封装组件的技术的实施例的流程图。详细描述现在参考附图来描述一个或多个实施例，在附图中贯穿始终使用相同的附图标记 来引述相似的要素。在以下说明中，为便于解释，阐述了众多的具体细节以提供对一个或多个实施例透彻的理解。但是显而易见的是，没有这些具体细节也可实现一个或多个实施例。 在其他实例中，以框图形式示出公知的结构和设备以便于描述一个或多个实施例。图2示出层叠的电感器封装组件200的实施例。组件200包括层叠在模块(例如 电源模块)206上或位于其外部的至少一个电感器204。电感器204可包括扼流电感器、耦 合电感器或其它类型的电感器。电感器204处于模块206外部并通过模块的外部引线202 电气和机械地耦合于模块206。组件200的一个实施例的潜在优势是它允许模块206的用 户/客户选择电感器204的类型，并因此提供模块的灵活应用。例如，客户可选择耦合电感器作为至少一个电感器204。耦合的电感器包括两个或 更多个磁耦合电感器，例如，在变压器中，其中一个电感器内的电流变化诱发另一磁耦合电 感器两端的电压(而且可能有电流通过)。在另一示例中，客户可选择一个或多个非耦合的电感器(例如不与另一电感器磁 耦合的具有磁芯或空芯的电感器)作为至少一个电感器204，用来可控地和周期地存储和 释放能量。在又一示例中，客户可选择一个或多个扼流电感器作为至少一个电感器204。因此，图2的层叠电感器-封装组件200的一个实施例可提供比图1的模块98更 好的优点，其中在将电感器封装入封装件100前就对电感器作出选择。图2的层叠电感器封 装组件200的实施例的另一潜在优势是由于至少一个电感器204层叠在模块206的顶部并 在模块206外侧，因此能够更好地耗散由电感器204产生的热量。电感器204上面的开放 区域允许电感器产生的热量散逸；可将散热件安装在电感器顶部以进一步利于电感器204 冷却。电感器可能在工作中生热；事实上，电感器可能是电气电路中的最大热源之一，且如 果电感器的温度变得过高，则电感器可能出故障或造成其它电路器件故障。可使用散热件 或冷却风扇来使热量耗散。但可以说模块206的实施例通过将电感器204设置在模块206 外侧而提供天然的散热件。层叠的电感器封装组件200的实施例的另一潜在优势是由模块206内的电感器 204腾出的空间可用来实现额外的电路和功能。例如，多相电源模块可实现在模块206内而 不会增加模块的尺寸(相对于从模块封装件内去除电感器之前的模块)。多相解决方案提 供相位不同的多个电流输出信号(组合它们以产生单个经调节的输出电压)，它们的相位 一般相差360° /(相数)。多相解决方案相比单相解决方案可能需要附加的电路。或者， 组件200可形成产生用于向多个设备供电的多个经调节输出电压的多个电源。模块206可为器件102、104、106、112、202、R和C提供机械保护和稳定性以及器 件102、104、106、112、202、R和C之间的电气互连。模块206可以是直流(DC)-DC变压器模 块，该变压器模块是将DC源从一个电压电平转换成另一电压电平的电子电路。DC-DC变压 器可用于通过电池用DC功率供电的例如蜂窝电话和膝上计算机的便携式电子设备。也可 在负载点(PoL)模块中实现模块206，该负载点模块将合适的供电电压提供给，例如，微处 理器、数字信号处理器(DSP)或专用集成电路(ASIC)等处理器。PoL允许具有不同供电电 压的处理器和其它器件安装在同一主板上。图3示出其中可实现图2的层叠电感器封装组件200的实施例的计算机系统300 的实施例。计算机系统300可包括膝上计算机、台式计算机或例如iPhone 或Blackberry 的智能蜂窝电话。计算机系统300可包括PoL电源310，其中可采用层叠电感器-电子封装组件200。电源310可向一个或多个存储器302、微处理器304、数字信号处理器306、图形 处理器308和显示器312供电。PoL电源310可将不同输入电压提供给多个器件302、304、 306,308和312中的一个或多个。参照图4，可采用各种制造技术的一个或多个实施例来将图2的至少一个电感器 204附连于模块206的顶部。在一个实施例中，如图4所示，电子封装件引线402可在修剪 和成形操作中在例如电源模块的模块400的封装件406顶部弯折成倒J弯形。一个或多个 引线402可形成在封装件406顶表面的相对侧上。弯折引线402为电感器204的端子(或 焊点)提供焊料粘附区。这种技术被称为表面安装技术。在如图5所示的另一实施例中，至少一个电感器504通过将电感器504的引线(或 引脚)532,534插入各VIA孔M4、548而固定于模块500的封装件506。VIA表示“垂直互 连通达”，这是封装件506内的不同导体层之间的垂直电连接。VIA开口开始于封装件506 的顶表面并向下延伸至封装件506内的迹线。VIA可以是在模块500的不同层上的铜迹线 之间提供电连接的具有电镀孔的焊点，所述不同层包括例如图IWPCB 102的不同层。VIA 孔544和548可通过电镀，或填充以环形圈或小铆钉(图5未示出)而变得可导电。弓丨线 532和534也可由导电材料制成，由此将电感器504电连接和物理连接于模块500。孔544 和548被称为盲孔VIA，因为它们仅在封装件506的一侧(顶部)上露出。可在制造过程中 使用模制针在封装件本体506中形成盲孔M4548。图5所示的技术被称为插入式技术。在本发明的又一实施例中，使用重熔工艺以导电焊料糊填充盲孔544、548。重熔工 艺指加热和熔化焊料以使其与其它器件结合。在该技术中，用重熔工艺以焊料填充VIA孔 544,548.在这种技术中，电感器包括结合焊点，并通过填充孔M4548的焊料使电感器表 面安装于封装件506。再次运行重熔工艺以在孔544和M8的顶部将电感器的结合焊点附 连于焊料。在前面实施例中，例如焊料分配、丝网印和焊料点滴的技术可用来将焊料施加于 引线和孔。参见图6，可以在工厂中大量生产例如电源模块的电子模块，并可以批量生产。图 6示出四个模块606的成批产品600的实施例。以示例为目的示出四个模块606，并且成批 产品600可包括不同数量的模块。模块606的成批产品600可制造在管芯中，并在制造中 将每个模块606附连于从模块606向外伸出的例如金或硅的导电材料610。也可在一部分 制造工艺中使导电材料610互连成批的模块606。在修剪和成形工艺实施例中，根据模块的需求，将在每个模块606所有侧上的导 体材料610切割(或修剪)成不同尺寸和形状的条。在一个实施例中，在修剪和成形操作 中，以允许两侧上的条弯曲以在模块606的顶部形成倒J弯引线的方式，在每个模块606的 两侧上将导体材料610修剪成条602。可在修剪和成形操作中使用包括锯、切和激光切割的 不同技术实施例。在条602成形后，可弯曲条以在模块606的顶部形成两个倒J触点。参照图7，在一个实施例中，生产一批电感器以与一批例如电源模块的电子模块组 装。可使用前面结合图4-5所述的技术的实施例，将五个电感器11-15的一批产品704(每 个“电感器”可包括一个或多个电感器)附连于五个电子模块P1-P5的一批产品706的顶 部。可通过不同制造商在不同工厂制造电感器11-15和模块P1-P5。由于可在制造过程中 使电感器11-15耦合在一起，因此成批产品704可称为面板(panel)，同样，由于可在制造过 程中使模块P1-P5耦合在一起，因此成批产品706也被称为面板。
图7所示技术的实施例可称为“巧克力块”组装技术，因为面板704、706看上去 象巧克力块，它们各自包括，例如，相似的电感器11-15的五个互连件以及例如相似模块 P1-P5的五个互连件。为了方便制造，可在电感器11-15附连于模块P1-P5之后去除电感器 11-15之间的附连和模块P1-P5之间的附连。可通过在电感器面板704和模块面板706已 组装在一起后，通过将电感器11-15彼此分离并将模块P1-P5彼此分离而制成各层叠电感 器-封装组件200(图2)。图8示出示例性高层流程图800，表示，例如，图2的层叠电感器封装组件200的实 施例的用于制造层叠电感器封装组件的实施例。在步骤802处，模块设计者判断由，例如，图1的电感器腾出的模块空间是否可用 于向模块新增电路/功能，或者减小模块的尺寸是否更好。模块设计者则通过确定模块的 结构、功能和应用来设计模块。在步骤804处，模块设计者确定可适应模块的各种类型的电感器。在步骤806处，模块设计者选择将电感器固定于模块的技术，这类技术包括，例 如，表面安装(图4)、插入(图5)或一些其它技术。可能影响这种判断的一个因素是用 户-客户可能偏爱使用的电感器类型以及用户-客户偏爱的固定装置。在步骤808处，制造包括含彼此附连的一批模块的模块面板而不包括电感器。在步骤810处，制造出包括彼此附连的一批电感器的电感器面板。在步骤812处，电感器面板附连于模块面板的顶部。在步骤814处，将电感器彼此分离并将模块彼此分离以形成单个叠层电感器-封 装组件。实施例的潜在优势是电感器和相应模块可在组装后彼此分离。因此，如果电感器 或模块在现场出故障，则可用另外的电感器或模块更换它。因此，如果存在电感器或模块故 障而不是电感器和模块两者都有故障，则可修理组件而不需要更换整个组件。以上已经描述的内容包括所披露的主题事项的示例。当然，出于描绘所披露的主 题事项的目的而描述组件或方法的每一个中可以想到的组合是不可能的，但本领域内的普 通技术人员应该认识到，所披露的主题事项的许多其他组合和排列都是可能的。相应地，这 些实施例旨在涵盖落在公开内容的精神实质和范围内的所有此类替换、修改和变化。尤其和针对由前述器件、设备、电路、系统等执行的各个功能，除非另有说明，用来 描述这些器件术语(包括对“手段”的引用)旨在对应于实现所述器件的规定功能的任何 器件(例如功能等效)，即使它们结构上不等效于所披露结构，所披露结构实现本文所述示 例性方面的功能。此外，虽然已经关于若干实施例中的仅一个实施例公开某一具体特征，由于对任 何给定或具体的应用可能是需要的，可将这样的特征与另一实施例的一个或多个其它特征 组合。此外，在术语“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或其变化形式以及其它类似词语用于 详细描述或要求权益时，这些术语旨在以作为开放转接词的术语“包括”相同的方式涵盖而 不排除任何附加或其它元件。从上述内容可以理解的是，尽管在此为说明目的已经描述了一些特定实施例，但 在不偏离本公开的精神和范围的情况下可作出多种修改。此外，在针对特定实施例披露替 代方式的情形下，这种替代也可适用于其它实施例，即便没有专门声明过。
权利要求
1.一种电源，包括 电源模块；以及布置在所述模块上并电耦合于所述模块的第一电感器。
2.如权利要求1所述的电源，其特征在于，所述电源模块包括印刷电路板、集成电路芯 片、电阻器、电容器和晶体管。
3.如权利要求1所述的电源，其特征在于，所述电感器附连于所述电源模块。
4.如权利要求1所述的电源，其特征在于，所述电感器包括耦合电感器。
5.如权利要求1所述的电源，其特征在于，所述电感器包括扼流电感器。
6.如权利要求1所述的电源，其特征在于，所述电感器包括非耦合电感器。
7.如权利要求1所述的电源，其特征在于 所述电源模块包括器件；并且包封材料填充所述器件之间的空间。
8.如权利要求1所述的电源，其特征在于 所述电源模块包括孔；并且所述电感器包括设置在所述孔中的引线。
9.如权利要求8所述的电源，其特征在于，所述引线电并机械地将所述电感器耦合于 所述电源模块。
10.如权利要求1所述的电源，其特征在于所述电源模块包括从所述模块向外伸出并在所述模块的顶部上具有倒J弯曲结构的 多根引线；所述电感器附连于所述引线。
11.如权利要求10所述的电源，其特征在于，所述具有倒J弯曲结构的引线将所述电感 器电并机械地耦合于所述电子封装件。
12.如权利要求1所述的电源，其特征在于，所述电感器能从所述电源模块拆卸。
13.如权利要求1所述的电源，其特征在于，还包括设置在所述电源模块上并与之电耦 合的第二电感器。
14.如权利要求1所述的电源，其特征在于，还包括耦合于所述电源模块的电子器件。
15.如权利要求1所述的电源，其特征在于，还包括耦合于所述电源模块的电容器。
16.一种电路，包括 电路模块；以及布置在所述模块上并电耦合于所述模块的第一电感器。
17.如权利要求16所述的电路，其特征在于，所述电感器附连于所述电路模块。
18.一种方法，包括 制造一批彼此连接的电感器； 制造一批模块；将所述一批电感器附连于所述一批模块；以及将所述电感器彼此分离以形成多个组装件，每个组装件包括层叠在所述模块顶部上的 电感器。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，将所述电感器附连于所述模块包括将所述电感器的直引线插入所述模块的垂直互连通达(VIA)孔。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，将所述电感器附连于所述模块包括用焊 料糊填充所述电子封装件的VIA孔并在所述孔的顶部将所述电感器附连于所述焊料糊。
21.如权利要求20所述的方法，其特征在于，还包括 进行重熔工艺以用焊料糊填充所述VIA孔；并且再次进行所述重熔工艺以在所述孔的顶部将所述电感器附连于所述焊料糊。
22.如权利要求18所述的方法，其特征在于，将所述电感器附连于所述模块包括将所 述模块的外部引线弯曲成倒J弯曲结构，并使用焊料糊将所述电感器附连于所述引线。
23.如权利要求18所述的方法，其特征在于 所述电感器用绝缘材料条彼此相连；并且所述电感器的彼此分离是通过采用切割技术来实现的。
24.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述一批电感器的制造和所述一批电子 封装件的制造是在各自相应的工厂中完成的。
25.一种方法，包括将第一电感器设置在电源模块上；以及 将所述第一电感器电耦合于所述模块。
26.如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括将所述第一电感器附连于所述模块。
27.如权利要求沈所述的方法，其特征在于，将所述第一电感器电耦合和附连于所述 模块是几乎同时执行的。
28.如权利要求25所述的方法，其特征在于，还包括 将第二电感器设置在所述电源模块上；以及将所述第二电感器电耦合于所述模块。
29.—种系统，包括 包括第一集成电路的模块；布置在所述模块上并电耦合于所述模块的电感器；以及 耦合于所述第一集成电路的第二集成电路。
30.如权利要求四所述的系统，其特征在于 所述模块包括电源模块；以及所述第一集成电路包括电源控制器。
31.如权利要求四所述的系统，其特征在于，所述电感器耦合于所述第一集成电路。
32.如权利要求四所述的系统，其特征在于，所述第二集成电路设置在所述模块内。
33.如权利要求四所述的系统，其特征在于，所述第一和第二集成电路设置在相同管芯上。
34.如权利要求四所述的系统，其特征在于，所述第一和第二集成电路设置在各自相 应的管芯上。
35.如权利要求四所述的系统，其特征在于，所述第二集成电路包括处理器。
36.如权利要求四所述的系统，其特征在于所述模块能作用于在输出节点上产生供电电压；以及所述第二集成电路包括耦合于所述模块的所述输出节点的供电节点。
全文摘要
本发明涉及一种层叠电感器-电子封装组件及其制造技术。电路的一个实施例包括电路模块以及布置在模块上并电气耦合于模块的电感器。将电感器布置在模块上可相比电感器布置在模块附近情形的电路或相比电感器布置在模块的其它器件附近的模块内的情形的电路减少电路所占的面积。此外，将电感器布置在模块外侧允许人们安装或更换电感器。
文档编号H01L23/31GK102088241SQ20101059374
公开日2011年6月8日 申请日期2010年12月6日 优先权日2009年12月7日
发明者N·V·凯尔科, Z·摩苏伊 申请人:英特赛尔美国股份有限公司