CN102256443B - 占据电路板部件之上的空间的感应器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种占据电路板部件之上的空间的感应器以及制造组件的方法。组件可以包括具有顶面的电路板和安装在电路板的顶面上的电路部件。该方法可以包括将感应线圈放置在电路部件和电路板的顶面之上，并且将感应线圈、电路部件和至少一部分的电路板的顶面封装在磁性材料中。本发明还公开了根据这样的方法的组件。

Description

占据电路板部件之上的空间的感应器

技术领域

本发明涉及包括感应器的组件，所述感应器占据了电路板和/或安装在电路板上的电路部件之上的空间。

背景技术

这个部分提供了与本发明有关的背景信息，这不一定是现有技术。

许多电子电路包括感应器。在例如包括某些电源模块的某些电路中，电路的感应器是最大的部件之一，并且可能限制了在设计印刷电路板(PCB)布局、封装、壳体等等时的灵活性和/或限制选项。图1图示了一个这样的现有技术的电源模块100，该电源模块100包括电路板102和安装在电路板上的电路部件104。模块100还包括安装在电路板上的大(相对于部件104而言)感应器106。

发明内容

这个部分提供了本发明的一般概述，而不是本发明的全部范围或其所有特征的详尽披露。

根据本发明的一方面，公开了一种制造模块的方法，所述模块包括具有顶面的电路板和安装在所述电路板的所述顶面上的电路部件。该方法包括：将感应线圈放置在所述电路板的所述顶面上的所述电路部件之上；以及将所述感应线圈、所述电路部件和至少一部分的所述电路板的所述顶面封装在磁性材料中。

根据本发明的另一方面，一种模块包括：电路板，其具有顶面和底面；以及至少一个电路部件，其安装在所述电路板的所述顶面上。感应线圈放置在所述电路板的所述顶面和所述电路部件之上，并且磁性材料封装所述感应线圈、所述电路部件和至少一部分的所述电路板的所述顶面。

根据本发明的还有另一方面，一种功率转换器模块包括具有顶面和底面的电路板。至少一个开关安装在所述顶面上。感应线圈放置在所述电路板的所述顶面和所述开关之上。磁性材料封装所述感应线圈、所述开关和至少一部分的所述电路板的所述顶面。

从在此提供的描述中，进一步的适用性区域会变得明显。这个概述中的描述和特定例子目的只是为了说明，而不是打算限制本发明的范围。

附图说明

在此描述的附图目的只是为了对选择的实施例而不是对所有可能的实施方式进行说明，并且不是旨在限制本发明的范围。

图1是包括安装在电路板上的感应器的现有技术的模块。

图2是根据本发明的至少一方面的组件的顶视立体图。

图3是根据本发明的至少一方面的另一个组件的立体图。

图4是图3的组件的不同立体图。

图5是图3的组件的侧视图。

图6是图3的组件从图5中的视图旋转90度的侧视图。

图7是根据本发明的至少一方面的包括壳体的组件的分解图。

图8是其中附上壳体的图7的组件的局部切掉的侧视图。

贯穿附图中的几个视图，对应的标号指示对应的部分。

具体实施方式

现在参考附图来更加充分地描述示例实施例。

提供了示例实施例，以便本发明会变得详尽，并且会将范围充分地传达给本领域技术人员。阐述了众多的特定细节，比如特定部件、装置和方法的例子，以提供对本发明的实施例的详尽理解。对于本领域技术人员而言将会明显的是，不需要使用特定的细节，可以用许多不同的方式来实施示例实施例，并且没有一个应当被阐释为限制本发明的范围。在一些示例实施例中，没有详细地描述众所周知的过程、众所周知的装置结构和众所周知的技术。

在此使用的术语目的只是为了描述具体的示例实施例，而并不打算进行限制。如在此使用的那样，单数形式“一个”和“所述”同样可以旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指示。术语“包括”和“具有”是开放式的，并因此指定了所陈述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在性，但并不排除存在或添加一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组合。在此描述的方法步骤、过程和操作并不被阐释为一定需要它们按照所讨论或说明的具体顺序来执行，除非被特别地标识为执行的顺序。同样要理解的是，可以使用另外或代替的步骤。

当元件或层被称为处在另一个元件或层“上”，或者“接合到”、“连接到”或“耦合到”另一个元件或层时，它可以直接处在其它元件或层上或者直接接合到、连接到或耦合到其它元件或层，也可以存在中间的元件或层。与此形成对照，当元件被称为“直接”处在另一个元件或层“上”，或者“直接接合到”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一个元件或层时，不存在中间的元件或层。用于描述元件之间关系的其它措辞应当以类似的方式来解释(例如“之间”对比于“直接之间”、“相邻”对比于“直接相邻”等等)。如在此使用的那样，术语“和/或”包括相关联列举的项目中的一个或多个的任意和全部组合。

尽管可以在此使用术语第一、第二、第三等等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受限于这些术语。这些术语可以仅被用来区别一个元件、部件、区域、层或部分与另一个区域、层或部分。术语如在此使用的“第一”、“第二”和其它数字术语并不暗示序列或顺序，除非由上下文清楚地指示。因此，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分，而不会背离示例实施例的教导。

为了易于描述起见，在此可以使用空间相对的术语如“内部”、“外部”、“以下”、“之下”、“下面”、“之上”和“上面”等等，以描述如图所示的一个元件或特征对别的(一个或多个)元件或(一个或多个)特征的关系。空间相对的术语可以旨在包括除了附图中描绘的取向之外的使用或操作中的装置的不同取向。例如，如果附图中的装置被倒转，则被描述为在其它元件或特征“之下”或“以下”的元件会被取向为在其它元件或特征“之上”。因此，示例术语“之下”可以包括之上和之下两者的取向。装置可以进行另外取向(旋转90度或处在其它取向)，并且可以相应地解释在此使用的空间相对的描述符。

根据本发明的一方面，公开了一种制造组件的方法，所述组件包括具有顶面的电路板和安装在电路板的顶面上的电路部件。该方法包括将感应线圈放置在电路部件和电路板的顶面之上。该方法还包括将感应线圈封装在封装材料中。

封装材料可以是用于封装感应线圈的任何适当材料。材料可以是非磁性材料，也可以是磁性材料。

磁性材料可以是任何适当的磁性材料。例如，磁性材料可以包括粉状的铁、铁素体等等。代替地，磁性材料可以包括用磁性填料灌注的非磁性材料。材料例如可以包括用磁性填料灌注的塑料、用磁性填料灌注的固态接合弹性体等等。

封装材料和感应线圈可以形成用于模块的感应器。如果封装材料是非磁性的，则材料和感应线圈可以形成空心感应器。当封装材料是磁性材料时，磁性材料可以形成感应器的芯。通过以这种方式构建感应器，芯的横截面积被增强，并且感应系数可以被最大化。进一步，感应器可以位于通常没有任何有用电路的空间中(例如电路元件之间的空间并且无论如何在它们之上，诸如壳体、外壳、另一个电路板等等)。进而，磁性材料可以充当EMI屏蔽以包含(亦即限制、阻挡、防止、阻碍等等)从(一个或多个)电路部件发出的杂散磁场。

封装材料可以是导热材料。封装材料可以是固有导热的，并且/或者可以是因为添加到封装材料的导热材料而导热。导热材料可以用来从与其相接触或封装在其内部的物件传热。因此，封装材料可以充当用于额外散热的散热器和/或界面。

感应线圈可以电耦合到电路板。因此，感应线圈可以形成电路板上的电路的一部分。感应线圈可以通过任何适当的连接方式连接到电路板。例如，感应线圈可以通过表面安装技术、通孔技术等等进行连接。感应器可以机械地附接到电路板的电接头并由其物理地支持。代替地或者另外，组件可以包括另外的支持结构以机械地支持感应线圈。

组件还可以包括壳体。电路板、(一个或多个)电路部件和感应线圈可以放置在壳体的内部空间之内。在这样的实施例中，封装材料可以填充壳体的未被电路板、部件和感应线圈占据的基本上全部的内部空间。

组件可以是功率转换器组件。例如，组件可以是将要位于它将要向其供电的负载附近的非孤立的功率转换器模块(例如单相或多相)。(一个或多个)电路部件可以包括功率转换器中的电源开关如MOSFET。由感应线圈和封装磁性材料形成的感应器可以是用于功率转换器的功率感应器。多相实施例可以合并感应器之间的耦合。在至少一个实施例中，模块是具有降压式(buck)转换器拓扑的功率转换器模块。在另一个例子中，功率转换器还可以是孤立的功率转换器。在这种孤立的功率转换器中，需要芯绝缘以维持初级绕组和次级绕组之间的间隔。

可以使用任何适当的制造技术来形成根据本发明的模块。例如，在一个示例实施例中，通过将电路的所有部件附接到电路板来构造组件。感应线圈机械并且电连接到电路板。然后将附接有部件和感应线圈的电路板放置在模具中。然后将磁性材料模制到模具中的组件。通过在插入电路板之前将磁性材料放置在模具中，通过在插入电路板之后将磁性材料注入到模具中，等等，可以做到这一点。磁性材料可以用温度和/或压力来固化(取决于选择的特定磁性材料)。当磁性材料已固化时，可以从模具中去除包括封装在磁性材料中的电路板、(一个或多个)电路部件和感应线圈的组件。

在另一个示例实施例中，在壳体中直接将磁性材料模制到组件。在这样的实施例中，组件的壳体充当用于磁性材料的模具(其不被去除)。如上面讨论的那样构造组件。组件的壳体用作模具。然而在磁性材料固化之后，不从模具/壳体中去除电路板、部件、感应线圈和封装磁性材料。取决于壳体的内部形状，可以用磁性材料填充电路板的表面之上的壳体内部的一部分或全部。因此，可以用磁性材料填充壳体中的全部自由空间(例如壳体中的未被电路板、安装在电路板上的(一个或多个)部件和感应线圈占据的全部空间)。对于由感应线圈和磁性材料形成的感应器而言，这可以最大化和/或优化感应器芯的尺寸。

现在参考图2至8来讨论结合了在此披露的一个或多个方面的示例组件。

图2图示了一个示例组件200。组件200包括具有顶面和底面的电路板202。电路部件204(例如开关、集成电路等等)安装在电路板202的顶面上。感应线圈206放置在电路板202的顶面和电路部件204之上。感应线圈206、电路部件204和电路板202的顶面由磁性材料208封装。磁性材料208在图2中被图示为半透明的。

磁性材料208可以包括粉状的铁和/或铁素体。代替地，材料208可以包括用磁性填料灌注的非磁性材料。例如，磁性材料208可以是用磁性填料灌注的塑料、用磁性填料灌注的固态接合弹性体等等。磁性材料208和感应线圈206形成用于组件200的感应器。

磁性材料208可以是导热材料。磁性材料208可以是因为磁性材料的固有特性而导热，可以是因为将导热材料添加到磁性材料208而导热，也可以是因为这两者而导热。磁性材料208充当用于额外散热的散热器和界面。

图3-6图示了另一个示例组件300。组件300包括具有顶面和底面的电路板302。电路部件304(例如开关、集成电路等等)安装在电路板302的顶面上。感应线圈306放置在电路板302的顶面和电路部件304之上。感应线圈306、电路部件304和电路板302的顶面由磁性材料308封装。磁性材料308在图3-6中被图示为半透明的。

磁性材料308可以包括粉状的铁和/或铁素体。代替地，材料308可以包括用磁性填料灌注的非磁性材料。例如，磁性材料308可以是用磁性填料灌注的塑料、用磁性填料灌注的固态接合弹性体等等。磁性材料308和感应线圈306形成用于组件300的感应器。

磁性材料308可以是导热材料。磁性材料308可以是因为磁性材料的固有特性而导热，可以是因为将导热材料添加到磁性材料308而导热，也可以是因为这两者而导热。磁性材料308充当用于额外散热的散热器和界面。

感应线圈306可以包括线圈部分306A和引线部分306B。引线部分306B可以在一般垂直于线圈部分306A所形成的平面的方向上朝向电路板下垂。引线部分306B一般用于(例如电、机械等等)连接到在下面的电路板302。尽管被图示为整体形成的感应线圈306，但是感应线圈306可以通过分开的部件形成，比如对于一个或两个引线部分306B使用分开的部分来形成。

图7和8图示了另一个示例组件400。组件400包括具有顶面和底面的电路板402。电路部件404(例如开关、集成电路等等)安装在电路板402的顶面上。感应线圈406放置在电路板402的顶面和电路部件404之上。感应线圈406、电路部件404和电路板402的顶面由磁性材料408和壳体410封装。磁性材料408在图7和8中被图示为半透明的。

磁性材料可以包括粉状的铁和/或铁素体。代替地，磁性材料408可以包括用磁性填料灌注的非磁性材料。例如，磁性材料408可以是用磁性填料灌注的塑料、用磁性填料灌注的固态接合弹性体等等。磁性材料408和感应线圈406形成用于组件400的感应器。

磁性材料408可以是导热材料。磁性材料408可以是因为磁性材料的固有特性而导热，可以是因为将导热材料添加到磁性材料408而导热，也可以是因为这两者而导热。磁性材料408充当用于额外散热的散热器和界面。例如，壳体410可以是导热壳体，其允许热从感应线圈406和/或部件404通过磁性材料408和壳体410而被传递到壳体410周围的空气。

电路板402、部件404、感应线圈406和磁性材料408全都装配在壳体410的内部部分(有时也被称为内部容积或空间)。磁性材料408填充了壳体410的未被电路板402、部件404和感应线圈406占据的基本上全部的内部部分。

上面讨论的方面可以(单独地或者组合地)用于任何适当的组件和组件构造。例如，组件可以是岸面栅格阵列(landgridarray，LGA)组件、芯片上系统(systemonachip，SOC)、整体式应用等等。组件可以是电源组件。电源组件可以是任何适当类型的电源。例如，电源可以是单相电源、多相电源、孤立式电源、非孤立式电源等等。组件中的感应器可以是功率感应器、耦合感应器等等。进一步，在一些实施例中，可以包括多个感应线圈，它们例如可以是耦合感应器。

尽管使用了一般方形的电路板进行图示，但是在此披露的方面并不限于方形的电路板，而是可以使用任何形状(例如矩形、八边形、圆形等等)的电路板。

不需要通过封装材料来完全封装感应线圈。在至少一个实施例中，感应线圈的至少一部分没有封装在封装材料中。

上面讨论的方面和技术允许对感应器的形状进行优化以有利于效率和性能。通过使用壳体和壳体之内的电路之间的可用空间，可以制造更大且更有效的感应器。这样的感应器还可以帮助包含杂散磁场，并且对于FET小片允许更多面积。

为了图示和描述的目的已提供了对实施例的前述描述。并不旨在穷举或限制本发明。具体实施例的单独元件或特征一般并不限于该具体实施例，而是在可适用的情况下是可互换的，并且可以在选择的实施例中使用，即使没有具体地示出或描述。同样也可以以许多方式改变。这样的改变并不被认为是背离本发明，并且所有的这些修改都旨在包括在本发明的范围之内。

Claims (23)

1.一种组件，包括：

电路板，其具有顶面和底面；

至少一个电路部件，其安装在所述电路板的所述顶面上；

感应线圈，其放置在所述电路板的所述顶面和所述电路部件之上；以及

封装材料，其包括磁性材料，包括磁性材料的所述封装材料封装所述感应线圈的至少一部分、所述至少一个电路部件和所述电路板的顶面的至少一部分，其中包括磁性材料的所述封装材料和所述感应线圈形成感应器。

2.如权利要求1所述的组件，其中，所述磁性材料包括粉状的铁。

3.如权利要求1所述的组件，其中，所述磁性材料包括铁素体。

4.如权利要求1所述的组件，其中，所述磁性材料包括用磁性填料灌注的塑料。

5.如权利要求1所述的组件，其中，所述磁性材料包括用磁性填料灌注的固态接合弹性体。

6.如权利要求1所述的组件，其中，所述磁性材料是导热的。

7.如权利要求1所述的组件，其中，所述磁性材料封装全部的所述电路板的所述顶面。

8.如权利要求1所述的组件，其中，所述磁性材料形成感应器芯。

9.如权利要求1所述的组件，进一步包括具有内部容积的壳体，其中，所述电路板、所述电路部件和所述感应线圈容纳在所述壳体的所述内部容积之内，所述磁性材料填充未被所述电路板、所述电路部件和所述感应线圈占据的全部的所述内部容积。

10.如权利要求1所述的组件，其中，所述感应线圈包括适应于连接到所述电路板的引线部分，所述引线部分在垂直于所述感应线圈所限定的平面的方向上从所述感应线圈下垂。

11.如权利要求1所述的组件，其中，所述组件包括功率转换器组件，并且其中，所述至少一个电路部件包括电源开关。

12.一种制造组件的方法，所述组件包括具有顶面的电路板和安装在所述电路板的顶面上的电路部件，所述方法包括：

将感应线圈放置在所述电路部件和所述电路板的所述顶面之上；以及

将所述感应线圈的至少一部分、所述电路部件和所述电路板的顶面的至少一部分封装在包括磁性材料的封装材料中，其中，所述包括磁性材料的封装材料和所述感应线圈形成感应器。

13.如权利要求12所述的方法，其中，所述磁性材料是用磁性填料灌注的非磁性材料。

14.如权利要求13所述的方法，其中，所述非磁性材料是导热的。

15.如权利要求12所述的方法，其中，所述磁性材料是导热的。

16.如权利要求15所述的方法，其中所述电路板、所述电路部件和所述感应线圈放置在壳体的内部空间之内，并且其中所述磁性材料填充全部的所述壳体的所述内部空间。

17.一种功率转换器组件，包括：

电路板，其具有顶面和底面；

至少一个开关，其安装在所述电路板的顶面上；

感应线圈，其连接所述电路板并且放置在所述电路板的所述顶面和所述开关之上；以及

封装材料，其包括磁性材料，包括磁性材料的所述封装材料封装所述感应线圈、所述开关和至少一部分的所述电路板的所述顶面，其中，包括磁性材料的所述封装材料和所述感应线圈形成感应器。

18.如权利要求17所述的功率转换器组件，进一步包括具有内部部分的壳体，其中，所述电路板、所述开关和所述感应线圈容纳在所述壳体的所述内部部分之内，所述磁性材料填充未被所述电路板、所述开关和所述感应线圈占据的全部的所述内部部分。

19.如权利要求17所述的功率转换器组件，其中，所述功率转换器组件包括降压式转换器。

20.如权利要求17所述的功率转换器组件，其中，所述磁性材料是导热的。

21.如权利要求17所述的功率转换器组件，其中，所述磁性材料包括用磁性填料灌注的非磁性材料。

22.一种组件，包括：

电路板；

感应器，其安装到所述电路板；

部件，其安装到所述电路板，以及

封装材料，其包括磁性材料，包括磁性材料的所述封装材料封装所述感应器的至少一部分、所述部件和所述电路板的至少一部分，其中，所述感应器的至少一部分放置在所述部件之上。

23.如权利要求22所述的组件，其中，所述感应器包括感应线圈。