包括通风通道和多层绕组的嵌入式磁组件设备的制作方法

本发明涉及嵌入式磁组件设备。更具体地，本发明涉及包括通风通道和多层绕组的嵌入式磁组件设备。

背景技术：

1、电源设备(例如，变压器和转换器)涉及磁组件，例如变压器绕组和通常的磁芯。磁组件通常对该设备的重量和尺寸影响最大，使得小型化和成本降低变得困难。

2、在解决该问题时，已知提供低轮廓(lowprofile)变压器和电感器，其中磁组件嵌入在树脂基板中的空腔中，并且变压器或电感器的必要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镀铜层添加到基板的顶表面和/或底表面来形成用于电源设备的印刷电路板(pcb)。然后，设备所需的电子组件可以表面安装在pcb上。这允许构建明显更紧凑和更薄的设备。

3、例如，具有磁组件的封装结构可以集成到印刷电路板中。在该结构中，在由环氧基玻璃纤维制成的绝缘基板中形成空腔，并且将环形磁芯插入到该空腔中。然后用环氧树脂凝胶填充空腔中的其余空间，使得完全覆盖磁组件。然后固化环氧树脂凝胶，形成具有嵌入式磁芯的固体基板。

4、然后在环形磁组件的内圆周和外圆周上的固体基板中钻出用于形成初级绕组和次级绕组的通孔。然后将通孔镀上铜以形成过孔，并且在固体基板的顶表面和底表面上形成金属迹线，以将各个过孔一起连接成绕组配置并形成输入端子和输出端子。以这种方式，在磁组件周围产生线圈导体。线圈导体用于嵌入式变压器，并且具有初级绕组和次级绕组。嵌入式电感器可以以相同的方式形成，但在输入和输出连接、过孔的间距以及所使用的磁芯的类型方面可以变化。

5、以这种方式制造的设备具有许多相关联问题。具体地，当环氧树脂凝胶凝固时，可以在环氧树脂凝胶中形成气泡。在基板表面上的电子组件的回流焊接期间，这些气泡可以膨胀并导致设备故障。另外，由磁芯、环氧树脂凝胶和基板的热膨胀的系数之间的差异引入的机械应力可以导致磁芯破裂。

6、为了克服该问题，可以制造一种设备结构，其中不使用环氧树脂凝胶来填充空腔，并且在磁芯与空腔的侧面之间保持气隙。在这种情况下，初级绕组与次级绕组之间的间距必须很大以实现高隔离值，因为隔离仅受空气的介电强度的限制，在这种情况下是在空腔中或在设备的顶表面和底表面处。隔离值也可以因空腔或表面被湿气和/或污垢污染而受到不利影响。

7、为了最小化空腔的污染，中国台湾专利申请twm471030中已经提出了一种用于嵌入式磁组件设备的电路板封装结构100，其中空腔向嵌入式磁组件设备的外部是通风的。例如，图1示出了包括环形空腔116的母基板110，每个环形空腔116包括圆形磁组件130。如图所示，环形空腔116在方向d1上通过通道或狭槽118彼此连接。在将磁组件130放置在环形空腔116中之后，沿线段(例如，线l1至l4)切割母基板110，以产生具有面积a1的单独设备基板。如图2所示，沿线段l1和l2切割连接通道118在单独设备基板中的环形空腔116与设备基板的外部之间产生空气路径。

8、图2示出了单独嵌入式磁组件设备的绝缘基板301的示例。如图所示，绝缘基板301包括空腔302、以及形成在圆形空腔302与基板301的外边缘之间的两个通道303。通道303产生开口或通风口以允许空气在空腔302与基板301的外部之间流动。通道303的存在意味着空气可以在嵌入式磁组件设备的制造的后续阶段期间流入和流出空腔302。因此，形成空隙的可能性大大降低，这些空隙可以在制造的粘合剂固化阶段和稍后的回流焊接阶段期间对嵌入式磁组件设备造成损坏。此外，当完成嵌入式磁组件设备时，通道303和空腔302中的气隙有助于嵌入式磁组件设备在操作期间冷却。

9、然而，使用图2所示的基板301而形成的嵌入式磁组件设备具有固有问题。例如，图3和图15示出了通道303减少了可以用于定位通孔或过孔411、412、421、422的基板的面积，该通孔或过孔411、412、421、422将初级绕组410和次级绕组420的金属迹线413、423(在图3中示出但未在图15中示出)连接。增加绕组中的匝数需要更多的通孔，并且可能需要增加基板尺寸以容纳所需的增加面积。另外，用空气替代形成通道303所需的基板301的绝缘材料降低了通道区域中的介电强度。由于对抗高电压的介电强度较小，因此空气的通道303可以变成爬电路径和/或间隙路径。隔离值也可以因空腔或表面被污垢污染而受到不利影响。因此，磁芯和绕组之间可能需要更多的空间。

10、为了满足en/ul60950的绝缘要求，例如，对于电源参考电压(即，250vrms)，固体绝缘体需要0.4mm的隔离距离。图3是上绕组层暴露的嵌入式磁组件设备的顶视图。变压器的初级绕组410被示出在左侧，并且变压器的次级绕组420被示出在右侧。在隔离式dc-dc转换器中，例如，变压器的初级绕组410和次级绕组420必须彼此充分隔离。在图3中，基板305的中心区域(即，由芯腔的内壁包围的区域)(由同心虚线圆圈示出)限定初级绕组和次级绕组之间的隔离区域430。初级绕组410和次级绕组420的内过孔412和422之间的最小距离是隔离距离，并且在图3中由箭头432示出。

11、然而，图3所示的嵌入式磁组件设备具有初级绕组和次级绕组之间的耦合以及漏电感较高的问题。在操作中，大的漏电感导致电压浪涌，其可以导致连接电路(包括开关组件)损坏。此外，当电路在高频下操作时，漏电感会导致功率传输延迟和不良负载调节。磁芯内部的空间有限，并且如果需要更多的绕组匝数和对应通孔，同时保持最小隔离距离，则需要增加设备尺寸。

技术实现思路

1、为了克服上述问题，本发明的优选实施例提供了均具有改进的隔离特性的嵌入式磁组件设备。嵌入式磁组件设备可包括以下特征中的一个或多个：

2、1)第一电绕组和第二电绕组，其中第一电绕组比第二电绕组更靠近磁芯；

3、2)开口在磁芯的相同侧处的通风口；以及

4、3)提供电连接的侧节点。

5、本发明的优选实施例还提供了制造这种嵌入式磁组件设备的方法。本发明的优选实施例提供了可以从其制造嵌入式磁组件设备的单独基板的母基板以及制造这种单独基板的方法。

6、根据本发明的优选实施例，一种嵌入式磁组件设备包括绝缘基板，该绝缘基板包括空腔和在该空腔中的磁芯。绝缘基板包括将空腔连接到绝缘基板的外部的第一开口和第二开口，并且第一开口和第二开口设置在磁芯的相同侧上。

7、第一开口和第二开口可以沿绝缘基板的相同边缘设置。侧节点可以位于基板的边缘上。侧节点可以包括导电材料。盖可以设置在侧节点的第一端上方。嵌入式磁组件设备还可以包括设置在绝缘基板上的密封剂。

8、根据本发明的优选实施例，一种制造嵌入式磁组件设备的方法包括：在绝缘基板中形成空腔；在空腔与绝缘基板的第一边缘之间形成第一通道；在空腔与绝缘基板的第一边缘之间形成第二通道；以及在空腔中安装磁芯。

9、该方法还可包括在绝缘基板中形成导电孔。该方法还可以包括在绝缘基板上形成覆盖导电孔的盖。该方法还可以包括沿穿过导电孔的线切割绝缘基板和盖。

10、根据以下参考附图对本发明的优选实施例的详细描述，本发明的上述和其它特征、元件、特性、步骤和优点将变得更显而易见。