CN101542651B

CN101542651B - 具有电感的电子电路的制造

Info

Publication number: CN101542651B
Application number: CN2007800421085A
Authority: CN
Inventors: 米夏埃尔·约伦; 霍斯特·勒姆
Original assignee: Koninklijke Philips Electronics NV
Current assignee: Koninklijke Philips NV
Priority date: 2006-11-14
Filing date: 2007-10-29
Publication date: 2012-03-21
Anticipated expiration: 2027-10-29
Also published as: CN101542651A; US7952460B2; US20100007456A1; WO2008059392A1; EP2084723A1

Abstract

电子电路具有电感器。电感器包括在基板(105)中或基板(105)上的第一数量的导电走线(108，...)。走线彼此分离。电感器包括第二数量的导电导线(120，...)。每个导线的末端都接触两个不同的走线。在第一数量的走线中，在导线已经连接时，存在与导线电绝缘的至少一个特定走线。可以通过在基板上使用标准化走线结构并且有选择性地漏掉一个或多个走线从而确定电感来制造这种电感器。

Description

具有电感的电子电路的制造

本申请与2005年12月22日提交的欧洲专利申请No.05112774.4(律师卷号为PH003883)相关，并入于此作为参考。

技术领域

本发明涉及包括电感器或变压器的电子电路，还涉及在电路中使用的电感器或变压器的制造方法。

背景技术

制造包括电感器或变压器的电子电路在有效而可靠地提供电感器或变压器方面具有一些问题。

美国专利4,536,733(并入于此作为参考)披露了一种利用其上缠绕初级绕组的环形铁氧体铁心的低漏感逆变变压器，描述了由压模导电夹片构成的次级绕组，排列该导电夹片来用由印刷电路互连结构形成的夹片互连结构围绕铁心和初级绕组部分。所述的导电夹片包括整数个引脚，用于与印刷电路板上的印刷电路布线相连接。通过导电夹片的印刷电路互连结构的图案来选择匝数比，从而通过相关联的印刷电路互连结构图案建立变压器结构匝数比。

美国专利5,461,353(并入于此作为参考)披露了一种包括多个层的多层印刷电路板。电感器位于中间层内，由顶层接地平面和底层接地平面屏蔽起来。在另一实施例中，电感器的电感可以通过电感调节转子或者电子电感调节装置进行调节。通过将位于第一表面上的第一金属化图案与位于印刷电路板层的第二表面上的第二金属化图案互连来形成电感器。

日本专利申请2002-075735公开了一种在印刷布线板上以矩阵形式排列的焊盘所形成的电感器。通过将焊盘在排列的方向上彼此连接，图案分支在该方向上形成布线图案。焊线接合任意的焊盘并且形成了相邻的布线图案。通过从构成布线图案的焊盘中选择出期望的焊盘来改变焊线的长度、布线图案的长度以及布线图案的数量之中的至少一种，可以调节电感器元件的电感值。

发明内容

本发明基于前述的欧洲专利申请No.05112774.4(律师卷号为PH003883)，在提交本申请时还没有预先公开。该未预先公开的欧洲专利申请披露了一种通过有效而可靠的方式制造电感器的方法。基本上，如下形成了根据该方法制成的电感器。在基板上或基板中提供一组导电走线。走线彼此电绝缘并且优选地平行并且均匀布置。在走线上方布置铁心材料，使得该材料将走线的末端露出。随后，在铁心材料上方布置一组导线(例如焊线或支持导线的载体)，使得导线末端接触导电走线的末端。一条导线的两个末端每一个都接触相邻走线中的不同一个，从而形成电感器。

本申请的发明创造探寻利用该方法，从而甚至在电感或变压器的制造过程中进一步提高便利性。本发明基于可如下使用的标准化组分的理解。

与在未预先公开的申请中的方法一样，在基板上或基板中形成一组导电走线。走线彼此电绝缘。优选地，随后在走线上方布置铁心材料，以使得走线的末端暴露。随后，提供第二数量的导电导线。针对每个导线，选择各自一对不同的走线。随后把每个导线与各自一对走线连接，使得在导线已经连接时至少存在一个与导线电绝缘的走线。因此，可以使用具有相同的走线布置的相同基板通过适当选择待漏掉的走线，由此确定电感器绕组的数量，来形成具有不同电感的电感器。

优选地，该方法被用来使用标准化基板来形成变压器。变压器包括例如通过铁心材料进行磁耦合的两个或多个电感器。如上面详述的，通过适当选择每个电感器的绕组数量，相同基板可用于具有不同输入电压和输出电压比率的变压器。

优选地，提供容纳在载体上的第二数量的导线。在适当放置载体之后，随后可以连接导线和走线。

本发明还涉及具有电感器的电子电路。电感器包括在基板中或基板上彼此分离的第一数量的导电走线，以及第二数量的导电导线。每个导线都连接到两个不同的走线；并且在第一数量的走线中，在导线已经连接时，至少存在一个与导线电绝缘的特定走线。本发明的电路可以具有两个或多个电感器从而包括变压器。形成至少一个电感器，使得走线中的一个或多个与导线分离。

多个线圈可以形成在铁氧体铁心的不同边，从而得到形成了具有不同变压比的变压器的多个电感器。选择一对电感器允许选择变压比，例如通过电源管理装置动态地选择电源电压。因此，本发明还涉及具有变压器的电路，除了首次提到的电感器以外，变压器包括至少一个第二电感器和第三电感器。变压器可操作来把第一电感器、第二电感器和第三电感器中的一个特定电感器上的输入电压转换成第一电感器、第二电感器和第三电感器中的另一个特定电感器上的输出电压。电路包括选择装置，用于选择特定电感器和另一个特定电感器，从而选择输入电压与输出电压之间的变压比。优选地，变压器包括铁磁体材料铁心。优选地，铁心具有多个断面的形状。断面中的每一特定断面均定位为与第一电感器、第二电感器和第三电感器中的特定一个共轴。

为了清楚起见，上述JP2002-075735没有指教或暗示漏掉走线。注意，公知的焊盘方法可能会以连接了但是未使用的焊盘的形式留下寄生元件。注意，焊盘的最小尺寸及其间距确定了根据JP2002-075735制成的电感器的特性。还要注意的是，焊盘需要基板上的宝贵空间。

附图说明

以示例方式并且参考附图进一步详细描述本发明，其中：

图1和图2是示出了根据本发明制造的变压器的示图；

图3是用来相对于走线正确定位导线从而形成电感器的元件的示图；以及

图4是示出了使用本发明的变压器的电源管理电路的示图。

在所有附图中，相似或对应的部件由相同的标号表示。

具体实施方式

为了转换AC电压电平或者在两个电子电路之间提供磁耦合，使用了变压器。变压器包括初级线圈和次级线圈。初级线圈接收待转换的输入电压并且在次级线圈产生变化的磁场。次级线圈提供输出电压。这些线圈的绕组数量之比确定了输入电压与输出电压之间的比率。如果在线圈内存在磁铁心来聚集磁通量，则增加了两个线圈之间的磁耦合。典型地使用了铁氧体铁心。针对例如便携式电子装置中的电源管理单元，使用控制电路来管理电压变换以在不需要电源时关闭设备并且防止由于出现短路引起的损坏。对于诸如以太网之类的接口，需要无直流信号，从而需要磁耦合来替代电耦合。

根据所需的电压，输入电压与输出电压之间的比率应该使得输出电压尽可能地接近电源电压以防止在诸如低压降稳压器(LDO)之类的新型稳压器中不必要的损失。由于电源电压可以根据装置的不同而改变，所以需要具有不同比率的多种不同变压器，并且这些变压器优选的是全部基于相同的占用面积。

因此，需要相同的方法来设置围绕铁氧体铁心的每个线圈的绕组数量。使用不同的焊线结构来设置是非常简单的方法。而且，对于例如以太网来说，还可以使用这种技术来处理无直流的交流耦合信号。

本发明是基于上面提到的在欧洲专利申请No.05112774.4(律师案号为PH003883)中描述的技术，围绕铁心的不同边放置了单独的线圈。通过改变连接到基板(例如PCB半导体基板)上的走线的导线结构，可以针对每个线圈单独设置匝数，从而设置变压器输入电压和输出电压之间的比率。诸如电源管理控制器或静电放电(ESD)保护装置之类的电路可以集成在同一个PCB上。可以将多个线圈缠绕在铁氧体铁心的不同边从而制造具有不同变压比的变压器，使得电源管理装置可以动态地选择电源电压。

首先对上面提到的欧洲专利申请No.05112774.4(律师案号为PH003883)中提及的技术进行了描述。随后给出示例来阐明把该技术应用于使用标准化部件进行电感器和变压器的制造中，从而分别产生具有不同电感和变压比的这种元件。

上面提到的技术包括制造具有铁心元件和围绕铁心元件布置的至少一个电导体的微电子装置的方法。这样的微电子装置的公知示例是变压器，包括铁心元件和具有围绕铁心元件布置的导电线的至少一个线圈。在许多这样的微电子装置中，对于铁心元件来说，不带自由端并且形如例如闭环是有利的。然而，在小型装置中，很难操控在由铁心元件所围空间中的线圈导线。前述方法包括下列步骤。提供具有支撑面和在支撑面内或支撑面上的导电走线的图案的基板。提供铁心元件以及一个或多个导电线。导线连接到基板处导电图案的走线。空间关系为铁心元件布置在走线和导线之间。线圈绕组是根据走线和导线实现的。对于导线形状来说，注意，在相对于基板的支撑面进行定位并且连接到走线之前，导线有可能弯成U形。然而，在把导线端连接到走线的过程中，导线或多或少地自动弯成适当的U形或C形也是有可能的。

当应用该方法用于制造具有至少一个导电线的微电子装置时，通过提供具有包括多个彼此延伸的走线的导电图案的基板，并且把多个导电线连接到走线以形成线圈，获得了线圈。通过把导线的一个端部连接到走线中的一条并且把导线的另一端部连接到走线中的另一条，每条导线都连接到两条不同的走线。以简单方式获得线圈，即，通过提供多个走线和导线，并且把每个导线的末端连接到不同的走线。这提供了获得至少两个同轴线圈的可能性，即，通过把每个导线连接到有至少一条其他走线在其间延伸的走线。

基板不必成为微电子装置的一部分。该方法可以包括另外的步骤，即，将材料施加到基板的支撑面并且部分地去除基板。通过使用任何适当的公知技术，例如公知的包覆成型技术可以实现把材料施加到支撑面的步骤。施加用于覆盖支撑面以及布置在该面上的任何部件的材料可以是任何适当的材料，并且可以包括环氧化物。通过使用任何适当的公知技术，例如湿法化学蚀刻也可以实现部分地去除基板的步骤。在基板包括诸如铜之类金属的情况，这一点尤其适用。

对于铁心元件来说，要注意的是，根据优选实施例，铁心元件的横截面圆周的形状与弯曲导线的形状彼此相适应。这具有以下优势，导线可以从铁心元件延伸较短距离，从而获得了所得到的线圈与铁心元件的绕组之间良好的磁耦合。铁心元件的横截面可以形成例如像梯形，其中顶面小于底面。在一个适当的实施例中，铁心元件包括铁氧体。

而且，特别是在基板的支撑面上施加材料的情况下，优选地是铁心元件包括螺柱，通过该螺柱把铁心元件布置在支撑面上。由于螺柱的存在，在支撑面和铁心元件之间还有一些间隔，从而允许材料流到铁心元件四周而不会出现残留有气泡的风险。依此方式，改善了工艺可靠性。

在以上工艺中施加的导线可以具有绝缘层，但是这不是必需的。在施加多个导线并且导线未被绝缘的情况下，采取措施以防止出现短路是很重要的。例如，可行的措施包括用电绝缘材料涂覆铁心元件的至少一部分。依此方式，防止导线通过铁心元件形成短路。

最好在布置导线的步骤之前，把铁心元件布置在走线和导线之间。结果，对于铁心元件来说，有可能仅由一个物理块组成，并且具有任意适当的形状，例如完全闭环的形状。

一般来说，在微电子装置配备有诸如控制器裸片等之类的微电子元件的情况下，这种微电子元件位于基板的支撑面上并且连接到基板的导电图案。特别地，在提供了环形铁心元件的情况下，使用由铁心元件所围的空间用于容纳微电子元件是有利的。

放置导线以及在导线和走线之间建立连接有各种方法。根据第一实施例，导线通过丝焊连接到走线。在处理过程中，铁心元件首先置于走线上，同时露出走线的端部。随后，导线布置在铁心元件之上，并且导线通过丝焊连接到走线。

在优选实施例中，基板是层状基板。层状基板包括布置在支撑面上的顶层走线以及布置在支撑面水平以下的嵌入层走线。嵌入层走线是可以从支撑面侧接触的。在使用层状基板制造微电子装置的工艺中，提供了导线组，其中每组的导线连接到每层的走线。依此方式，在给定空间中，获得了较多的线圈绕组。在导线没有绝缘层的情况下，优选地是，连接到不同层的走线的导线具有不同形状，从而防止短路的产生。

根据有关相对于走线来定位导线以及将导线和走线彼此连接起来的第二实施例，在载体上提供了导线。载体优选地是沿着导线预成型，从而与铁心元件横截面的形状相匹配。可以把载体制成可以在导线已经连接到走线之后整体或部分地去除。通过使用载体，很容易处理导线以及把导线放入相对于走线的合适位置。载体可以包括任何适当的材料并且可以采取任何适当的方式至少部分去除。例如，载体包括铝，并且通过湿法化学蚀刻至少部分去除载体。可替代地，载体包括电绝缘材料，诸如塑胶，其可以适当地滞留其中使得导线与周围的其他部件相绝缘。尤其在采用了相对细的多个导线的情况下，采用载体来支撑和隔开导线是有利的。可以采用各种方式来获得载体和导线的组合。例如，提供覆盖有导电线的薄片。随后通过在该薄片上切片来获得载体。

在很多应用中，优选地是把微电子装置制造成电子装置阵列的一部分，其中通过切割最终获得单独的微电子装置。在这种情况下，可以把载体提供为装载导电线组的较大薄片的一部分。在这种情况下，通过部分地切除装载导线的薄片部分，并且使得这些部分弯曲或者另外预形成这些部分，可以容易地获得期望的弯曲导线形状。

此外，在以多个微电子装置的阵列来制造微电子装置的情况下，如果基板成为装载大量导电元件图案的较大薄片的一部分，则是有利的。

使用上述方法获得的微电子装置可以是任何微电子装置，其具有铁心元件和围绕铁心元件布置的导电绕组。例如，微电子装置是适于抑制数据线中的不想要的信号或者适于转换电压的电感器或变压器。作为其他示例，微电子装置是天线、诸如USB保护装置之类的集成装置、用于功率半导体的互连夹片、或者生物感应装置。对于微电子元件来说具有多种应用，例如用于移动电话、数码相机、计算机和MP3播放器。能够以上述方式制造良好的微电子装置的特定示例是生物感应装置，特别是需要在表面上延伸导电线的生物感应装置。在此方面，要注意的是，在配置用于应用基于感应技术的GMR(巨磁阻)的生物感应装置中，磁珠可以在布置在表面上的导线中的电流影响下加以控制。

图1和图2是示出了使用标准化方法在本发明中制造的变压器100和200的示图。

参考图1，变压器100包括初级线圈102、次级线圈104以及使线圈102和104相互磁耦合的铁心106(例如铁氧体铁心)。如下在基板105上制造线圈102和104。首先，在基板105中或在基板105上形成多个导电走线，或者基板105已经包括了走线。为了使得附图清晰，仅示出了用于线圈102的走线108、110和112，以及用于线圈104的走线114、116和118。随后在走线108-118上方布置用于铁心106的材料，露出走线末端。随后在铁心106上方提供导线，每根导线与走线108-118中的不同一个的末端接触。同样，为了使得附图清晰，示出了用于线圈102的导线120、122和124，以及用于线圈104的导线126、128和130。

可以在模块中把导线120-124预制成U形，从而通过布置模块来布置导线。类似地，可以在其他模块中把导线126-130预制成U形。注意，模块中导线的方位使得当模块置于铁心106上面时，在一个特定导线与一个走线之间仅有单个触点从而形成电感器。注意，在环形铁心106内，可以布置诸如集成电路132之类的附加电路。还示出了较大焊盘，诸如铁心106周长外的焊盘134和136，以及周长内的较小焊盘，诸如焊盘138和140。提供较大焊盘用于连接到铁心106的周长外的元件，例如连接到如图所示的线圈102和104。提供较小焊盘用于连接到待定位在周长内的电路，诸如IC 132。注意，焊盘134、136以及焊盘138和140占用了相对较大的空间。尤其对于由铁心106围起来的区域来说，减小焊盘所占面积是有利的。因此，不把导线120-124和126-130通过焊盘连接到相关的走线，优选地是使用其他方式。例如，导线120-130可以由焊料制成并且例如位于预制外壳的顶部上，并且在把外壳密封到基板105期间，把导线焊接到走线。可替代地，导线120-130可以直接焊接到走线108-118的连接点。可以通过使用传统焊接技术、热超声技术或者只通过高压来完成焊接操作从而形成导线120-130中相关的一个与走线108-118中相关的一个之间的电连接。

优选地，走线是均匀的并且彼此平行布置。如果已经预制导线，这有助于导线的连接。这一点在下面参考图3进一步加以说明。

参考图2，以类似于图1中的变压器100的方法形成变压器200，但是在次级线圈201的空间结构上不同。针对这里的次级线圈201，使用了与图1中的次级线圈104相同数量的走线。针对次级线圈201使用了较少数量的导线，其中示出了导线202、204和206。在通过把导线与相关走线连接来形成次级线圈201过程中，漏掉了几根走线，它们是走线116、208、210和212，其保持与变压器200相绝缘并且没有形成变压器的功能部件。因此，可以使用具有相同数量的走线、相同的铁心、用于初级线圈102的相同导线结构的相同基板来形成变压器100和200，但是用于次级线圈104和201的导线结构不同。

图3是示出了用来相对于走线(例如走线108-112、走线114-118、走线208-212)正确定位导线(例如，导线120-124、导线126-130、导线202-206)从而在基板105上形成电感器的元件300的例子的示图。元件300包括具有字母C或U形横截面的载体302。在载体302内部，提供彼此分离并且相互平行的导线304。导线304的形状取决于载体302的形状和相对于载体302的导线方位。示图示出了导线垂直于载体302的纵向的方位。这仅仅是作为示例。根据以上所述，通过相邻的走线相对于铁心(诸如铁心106)的长度、宽度、间距和方位以及铁心尺寸和横截面来确定导线304的适合形状以及它们相对于载体302的方位。优选地，走线是均匀的，并且彼此平行布置成等间距(相邻走线之间的距离)。每个走线的主方向优选地选择与垂直于覆盖走线同时露出走线末端的铁心材料的主方向不同的方向。依此方式，由于导线300可以选择垂直于载体302的纵轴的方向，所以相对简单地构成元件300，只是需要考虑导线的间距以形成具有不同电感的线圈。载体302可以由任何适当的电绝缘材料制成，例如用于在基板105上可用按扣装配的弹性材料，从而使得绝缘功能与用于将载体附接到基板105上的匹配插口的可逆变形功能等相结合。同样参见申请人关于可弯曲箔片连接技术(例如US20050170560)的专利申请，并入于此作为参考。

图4是使用根据本发明制造的变压器的电路400的示图。电源管理装置400具有围绕铁氧体铁心106的不同边形成的多个电感器102、104和电感器402。这里假定电感器104和402具有不同的电感。这种结构形成了用于具有不同变压比的变压器的基础。选择一对电感器(例如电感器102和104)配置变压器选择了输入与输出之间的特定变压比，该变压比取决于其中电感器102和104中每一个的绕组数量。选择另一对电感器(例如电感器102和402)形成具有另一变压比的变压器。装置400还包括选择装置404，用于选择电感器102、104和402中的特定一个来接收输入电压V_in以及选择电感器102、104和402中的特定另一个来提供输出电压V_out，其中V_in和V_out的值确定变压比。通过输入端406处的控制信号完成选择。选择装置包括例如多个成对的控制开关来有选择地把电感器102、104和402中的一个连接到选择装置404的输入端来接收输入电压V_in以及把电感器102、104和402中的另一个连接到选择装置404的输出端以提供输出电压V_out。由此，选择装置404选择输入电压和输出电压之间的变压比。

Claims

1.一种制造包括电感器的电子电路的方法，其中所述方法包括步骤：

-提供其中或其上具有第一数量的导电走线的基板，所述导电走线彼此电绝缘；

-提供第二数量的导电导线；

-针对每个导线，选择各自一对不同的走线；

-把每个导线与各自一对走线连接，使得在导线已经连接时至少存在一个与导线电绝缘的走线。

2.如权利要求1的方法，其中电路包括另一个电感器，所述电感器和所述另一个电感器形成变压器，其中所述另一个电感器是通过以下步骤形成的：

-提供其中或其上具有第三数量的另外的导电走线的基板，所述导电走线彼此电绝缘；

-选择第四数量的另外的导电导线；

-针对每个另外的导线，选择各自的另外一对不同的走线；以及

-把每个另外的导线与各自的另外一对走线连接。

3.如权利要求1的方法，包括步骤：提供容纳在载体上的第二数量的导线并且把所述载体布置在所述基板上。

4.一种具有电感器的电子电路，其中电感器包括：

-位于基板上或基板中的彼此分离的第一数量的导电走线；以及

-第二数量的导电导线；其中：

-每个导线都与两个不同的走线接触；并且

-在第一数量的走线中，存在至少一个与导线电绝缘的特定走线。

5.如权利要求4的电路，其中电感器形成变压器的一部分。

6.如权利要求5的电路，其中：

-除了首次提到的电感器以外，变压器还包括至少一个第二电感器和一个第三电感器；

-所述变压器可操作来把第一电感器、第二电感器和第三电感器中的一个特定电感器上的输入电压转换成第一电感器、第二电感器和第三电感器中的另一个特定电感器上的输出电压；

-所述电路包括选择装置，用于选择所述特定电感器和所述另一个特定电感器，从而选择输入电压与输出电压之间的变压比。

7.如权利要求5的电路，其中所述变压器包括铁磁体材料的铁心，并且所述铁心具有多个断面的形状，所述断面中的每一特定断面与第一电感器、第二电感器和第三电感器中的特定一个共轴。