CN106298701B - Dc-dc转换器中的电流分布 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及DC‑DC转换器中的电流分布。提供一种DC‑DC转换器，包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；功率级，被附接至衬底的第一侧并且具有可操作用于提供DC‑DC转换器的输出相的有源半导体组件；电感器，被附接至衬底的第一侧并且通过在衬底的第一侧处的第一金属迹线被电连接到功率级；以及多个导电过孔，穿过衬底从第一侧延伸到第二侧。过孔被电连接至第一金属迹线。过孔中的至少一些过孔至少部分地被布置在功率级下方。一种组装这样的DC‑DC转换器的对应方法也被公开。
Description
技术领域
本申请涉及DC-DC转换器，并且更具体地涉及DC-DC转换器中的电流分布。
背景技术
DC-DC转换器包括有源组件和无源组件，包括诸如高侧和低侧功率晶体管之类的功率级组件，用于调节诸如处理器之类的负载的电压。每对高侧/低侧功率晶体管形成DC-DC转换器的输出相，其通过相应的输出电感器而被耦合到负载。DC-DC转换器的组件包括功率级组件和输出电感器，这些组件与负载一起被附接至印刷电路板(PCB)。PCB具有各种电气通路，用于电气地互连DC-DC转换器组件，包括将转换器的功率级晶体管电连接到负载。显著的废热在操作期间由功率级组件和输出电感器排出。从每个功率级和输出电感器至PCB的这种热能的传递是关键的设计考虑。
发明内容
根据DC-DC转换器的实施例，该DC-DC转换器包括：衬底，具有相对的第一侧和第二侧；功率级，被附接至衬底的第一侧并且包括可操作用于提供DC-DC转换器的输出相的有源半导体组件；电感器，被附接至衬底的第一侧并且通过在衬底的第一侧处的第一金属迹线被电连接到功率级；以及多个导电过孔，穿过衬底从第一侧延伸到第二侧。过孔被电连接至第一金属迹线。过孔中的至少一些过孔至少部分地被布置在功率级下方。
根据组装DC-DC转换器的方法的实施例，所述方法包括：提供具有相对的第一侧和第二侧的衬底和穿过衬底从第一侧延伸到第二侧的多个导电过孔；将功率级附接至衬底的第一侧，使得过孔中的至少一些过孔至少部分地被布置在功率级下方，所述功率级包括可操作用于提供DC-DC转换器的输出相的有源半导体组件；将电感器附接至衬底的第一侧，使得电感器通过在衬底的第一侧处的第一金属迹线电连接到功率级；以及通过导电过孔将第一金属迹线电连接至第二侧。
本领域的技术人员通过阅读以下详细说明以及通过阅读随附的附图将会认识到附加的特征和优点。
附图说明
附图中的元件并不一定是相对于彼此按比例绘制。类似的附图标记表示对应的类似部分。各个图示的实施例的特征可以彼此组合，除非它们彼此排斥。在附图中描绘了实施例并且在以下的说明书中对这些实施例进行了详细说明。
图1A示出了根据实施例的DC-DC转换器的功率级组件被附接至其上的诸如PCB之类的衬底的顶外层的部分的平面图。
图1B示出了DC-DC转换器的输出相的电路示意图。
图1C示出了衬底的底外层的部分的平面图。
图1D示出了衬底的中间层的部分的平面图。
图2示出了根据实施例的DC-DC转换器的功率级组件要被附接至其上的电路板的并排分层视图。
图3示出了根据实施例在DC-DC转换器的功率级和相应电感器被附接至电路板的顶外层之后的电路板的实施例的平面图。
图4示出了根据实施例的DC-DC转换器的功率级和相应电感器要被附接至其上的电路板的中间层的平面图。
图5A到图5C示出了根据实施例将DC-DC转换器的功率级焊接至衬底的一侧的实施例。
图6示出了根据实施例在将DC-DC转换器的功率级焊接至衬底的一侧中使用的焊膏模版的实施例的平面图。
图7示出了在使用焊膏模版施加了焊膏之后，图1A中所示的衬底的顶外层的部分。
图8A示出了根据实施例的DC-DC转换器的功率级组件要被附接至其上的诸如PCB之类的衬底的顶外层的部分的平面图。
图8B示出了在所述输出电感器的附接之后，图8A中所示的衬底的顶外层的部分的平面图。
图8C示出了图8A的衬底的底外层的部分的平面图。
图8D示出了图8A的衬底的中间层的部分的平面图。
具体实施方式
根据本文所描述的实施例，DC-DC转换器包括具有高侧功率晶体管及低侧功率晶体管的至少一个功率级。功率晶体管可以被集成在同一半导体管芯中或在不同的管芯中。在任一情况下，每个高侧功率晶体管将负载可切换地连接到DC-DC转换器的输入电压，并且相应的低侧功率晶体管在不同时段将负载可切换地连接至地。每个功率级管芯可以是裸管芯，即未封装的管芯或者封装的管芯诸如模制管芯封装体或开放腔管芯封装体，且每对高侧和低侧功率级晶体管形成DC-DC转换器的输出相。每个输出相通过各自的电感器耦合到负载。在单对高侧和低侧功率级晶体管的情况下，DC-DC转换器是单相转换器。在两个或更多对高侧和低侧功率级晶体管的情况下，DC-DC转换器是多相转换器。
在单相或者多相的情况下，每个功率级管芯和相应的输出电感器被附接至衬底，比如PCB。过孔穿过衬底从衬底的一侧延伸至另一侧。在功率级和电感器所附接至其上的衬底的那一侧上提供金属迹线。金属迹线间隔开并且彼此电隔离，并在衬底上为功率级组件提供输入、输出、接地和切换电压连接点。
一些过孔被电连接至切换电压迹线，即功率级的输出和相应电感器的端子所附接至的金属迹线。这些过孔穿过衬底延伸至在衬底的相对侧上的相应金属迹线。被电连接至切换电压迹线的至少一些过孔被至少部分地布置在功率级下方，从而提高热能从功率级向衬底的背面的传递。切换电压迹线在PCB的一个或多个中间层中可以被复制并被电连接至与在衬底的正面处的切换电压迹线同一组的过孔，以减少此电通路的电阻。
图1A示出了DC-DC转换器的功率级组件要被附接至其上的例如PCB(印刷电路板)的衬底100的正面102的部分的俯视平面图。图1A示出了在功率级组件的附接之前的衬底100。这样，仅仅每个功率级和对应的输出电感器的占用区域104、106被分别地示于图1A中。为了便于说明，在图1A中未示出诸如无源元件之类的其他功率级组件的占用区域。
每个功率级要被附接到衬底100的正面102，并且包括可操作用于提供DC-DC转换器的输出相的有源半导体组件。DC-DC转换器具有一个以上的相，如所示。在一般情况下，DC-DC转换器如上所述可以是单相或多相转换器。例如，在图1A中所示出的衬底100的部分对应于多相转换器的左侧的两相和右侧的一相，其中，每个相的物理布局可以与图1A中所示出的相同或不同。DC-DC转换器可以具有更多或更少相。另外，在图1A中所示出的输出相布局可以针对多相转换器的各相而被复制或者如右侧所示被隔离，其被指派给不同的输出电压(不同环路)，并且因此输出相可以具有不同的布局。
DC-DC转换器的功率级组件包括输入电容器、输出电容器、用于DC-DC转换器的各相并且包括成对的高侧和低侧功率晶体管的功率级以及用于将对应的功率级电连接至由DC-DC转换器调节的负载的电感器。每对高侧和低侧晶体管可以被集成在同一半导体管芯中或者被布置在分开的管芯中以形成DC-DC转换器的一个输出相，其通过电感器被电连接至负载。由高侧晶体管Q1、低侧晶体管和电感器108形成的一个相的相应电路示意图被示于图1B中。负载可以是高性能集成电路比如微处理器、图形处理器、网络处理器等，或者需要电压调节的其它类型集成电路比如POL(负载点)。为了便于说明在图1A中未示出负载要被附接至其上的衬底100的部分。
衬底100的正面102包括用于电连接功率级组件的诸如铜迹线之类的各种金属迹线。金属迹线彼此分离以防止短路。对于DC-DC转换器的各相，金属迹线包括位于DC-DC转换器的输入电压电势(VIN)处的输入电压迹线110、位于DC-DC转换器的已调节输出电压电势(Vout)处的输出电压迹线112/114、处于地电势处的一个或多个接地迹线116以及电连接到功率级的切换电压输出的切换电压迹线118。衬底100的正面102还包括各种附接区域或焊盘120，用于将DC-DC转换器的不同功率级组件附接至衬底100的正面102。在PCB的情况下，衬底100的正面102对应于PCB的顶外层。
各相的输入电容器连接在衬底100的正面102处的输入电压迹线110和接地迹线116之间。各相的输出电容器连接在输出电压迹线112和接地迹线116之间。各相的高侧功率晶体管Q1的输入节点被连接到输入电压迹线110，使得高侧功率晶体管Q1可以将负载可切换地连接到DC-DC转换器的输入电压VIN。各相的低侧功率晶体管Q2的输入节点被连接到接地迹线116之一，使得低侧功率晶体管Q2在与高侧功率晶体管Q1活动时不同的时段将负载可切换地连接到地。两个功率晶体管Q1，Q2的输出节点被连接到切换电压迹线118。电感器的一个端子被附接到切换电压迹线118并且电感器的另一端子被连接到输出电压迹线112，从而使得功率晶体管Q1，Q2的输出节点通过电感器被电连接到衬底上的输出电压迹线112。多个过孔穿过衬底100从正面102延伸到背面122用于提供通过衬底100的电气通路和热通路。
图1C示出了在功率级部件附接之前衬底100的背面122。在衬底100的背面122也具有诸如铜迹线之类的各种金属迹线124、126、128、130，其分别对应于被布置在衬底100的正面102上的输入电压迹线110、输出电压迹线112、接地迹线128和切换电压迹线130。在一个实施例中，被布置在衬底100的背面122上的切换电压迹线130与被布置在衬底100的正面102上的切换电压迹线118垂直对齐并与之具有相同的占用区域(形状)。
衬底100的背面122也具有各种附接区域或焊盘132，用于将DC-DC转换器的不同功率级组件附接至衬底100的背面122。在PCB的情况下，衬底100的背面122对应于PCB的底外层。要被附接至衬底100的正面上的功率级的占用区域在图1C中用虚线框104示出，以便相对于在衬底100的背面122上的金属迹线124、126、128、130突出显示它们的位置。
第一组过孔134将在衬底100的正面102上的输入电压迹线110电连接至在衬底100的背面122上的对应的输入电压金属迹线124。第二组过孔136将在衬底100的正面102上的输出电压迹线112电连接至在衬底100的背面122上的对应的输出电压金属迹线126。第三组过孔138将在衬底100的正面102上的接地迹线116电连接至在衬底100的背面122上的相应的接地金属迹线128。第四组过孔140将在衬底100的正面102上的切换电压迹线118电连接至在衬底100的背面122上的对应的切换电压迹线130。在第四组中的至少一些过孔140至少部分地被布置在功率级下方，如由图1A和图1C中所示的功率级占用区域104所指示的那样。至少部分地被布置在功率级下方的过孔140增强了热能量从功率级至衬底100的背面122的传递。在一个实施例中，至少部分地被布置在功率级下方的过孔140以交错的方式被设置，即，被定位在或者如同被定位在中心线142的交替两侧。
图1D示出了例如在PCB的情况下在衬底100的中间层144的俯视图。诸如PCB之类的电路板通常具有插入在顶外层和底外层之间的若干中间层。例如，电路板可以具有10层、20层、30层或更多层。一些中间层可以是接地参考层，并且其他一些中间层可以是信号路由层。信号路由层和接地参考层常常交织以降低噪声。
可以在中间层144中的一个或多个层中形成附加切换电压迹线146，如图1D所示。过孔140将在电路板100的顶层102处的切换电压迹线110电连接至在电路板100的底外层122处的切换电压迹线130，过孔140也被电连接至被布置在电路板100的中间层144中的切换电压迹线146。被布置在图1D中所示的中间层144中的切换电压迹线146被图案化到被布置在同一中间层144中的接地金属迹线中并且与接地金属迹线148电绝缘。穿过板100从顶外层102延伸至底外层122的其他过孔134、136、138也与接地金属迹线148电绝缘。在另一个实施例中，中间层144可以是信号路由层而非接地参考层，并且被布置在中间层144中的切换电压迹线146与在该中间层144中的信号线电绝缘。切换电压迹线146可以在电路板100的一个或多个中间接地参考层和/或信号传送层144中被复制，并且被电连接至与在电路板100的顶外层102处的切换电压迹线110相同的过孔140，以减少这种电气通路的电阻。在某些情况下，在电路板100的底外层102的背面处的某些金属迹线或金属迹线的一部分可以用诸如环氧树脂之类的保护材料覆盖。代替从电路板100面朝外覆盖最底部切换电压迹线130的表面的保护材料，诸如热敏带之类的热界面材料可以接触最底部切换电压迹线130的表面，以提高该板100的热传递特性。
图2示出了DC-DC转换器的功率级组件要被附接至的多层电路板的并排分层视图。层200、202、204、206被层层堆叠，但图示为并排以便示出各个层的无障碍的细节。电路板的顶外层200包括：在DC-DC转换器的输入电压电势(VIN)处的输入电压迹线208、在DC-DC转换器的已调节输出电压电势(Vout)处的输出电压迹线210、在接地电势处的一个或多个接地迹线212以及切换电压迹线214。电路板的顶外层200还包括用于附接功率级的不同组件的各种附接区域或焊盘216。电路板的底外层206具有对应的输入电压迹线218、输出电压迹线220、接地迹线222和切换电压迹线224。在一个实施例中，被布置在电路板的底外层206处的切换电压迹线224与在所述电路板的顶外层200处的切换电压迹线214垂直地对齐，并与之具有相同的形状。
电路板被示出在顶外层200和底外层206之间插入有两个中间层202、204。在一般情况下，电路板可以包括多于或少于两个中间层。在每一种情况下，中间层202中的至少一个层可以具有附加切换电压迹线226，它被电连接到与电路板的顶外层200和底外层206处的切换电压迹线214、224相同的过孔228。具有附加切换电压迹线226的中间层202可以与电路板的顶外层200直接相邻。其他中间层204可以与底外层206直接相邻，并且可以具有整体式接地平面230，过孔228延伸穿过该平面，并且过孔228与该平面是电绝缘的。备选地，中间层202、204的顺序可以颠倒，使得具有附加切换电压迹线226的层202与底外层206直接相邻，并且具有整体式接地平面230的中间层204与顶外层200直接相邻。在一些情况下，为了改进的噪声隔离，具有附加切换电压迹线226的每一个中间层202被插入在具有接地平面230的相邻层204之间。在每一种情况下，电连接至输入电压迹线208、218的过孔232、电连接到输出电压迹线210、220的过孔234以及电连接到切换电压迹线214、224、226的过孔228与每一个中间接地平面230电绝缘。电连接到顶外层200和底外层206处的接地迹线212、222的过孔236也被电连接到每一个中间接地平面230。通常，电路板可以包括具有附加切换电压迹线226的一个或多个中间层，所述附加切换电压迹线226被电连接至与电路板的外层200、206处的切换电压迹线214、224相同的过孔228，并且被插入在中间接地平面230和顶外层或底外层200/206之间。被布置在电路板的不同层中的切换电压迹线214、224、226可以彼此垂直地对齐，并且具有相同的形状。
图3示出了在功率级300和相应的电感器302被附接至电路板的顶外层304之后本文中先前描述种类的电路板的从上往下俯视平面图。在这种情况下，每个功率级300包括集成在同一半导体管芯中的至少一对高侧和低侧功率晶体管。备选地，各相的功率晶体管可以在分开的离散管芯中来提供。在任一情况下，每个电感器302的第一端子306被附接到对应切换电压迹线308，并且电感器302的第二端子310被附接到该相的对应输出电压迹线312。电感器端子306、310在图3的上半部分的视图外，并且因此用虚线方框示出。在功率级300和电感器302的附接之前，电感器302之一所附接到的电路板的每个部分沿着图3的下半部分被再现，以说明被电连接到切换电压迹线308的过孔314相对于电感器端子306的位置和被电连接到输出电压迹线312的过孔316相对于电感器端子310的位置。电路板的顶外层304具有各种附接区域或焊盘318，用于附接电感器302的端子306、310。
被电连接到切换电压迹线308的过孔314的第一组320沿着每个电感器302的第一端子306的第一侧布置。被电连接到切换电压迹线308的过孔314的第二组322沿着与第一端子306的第一侧相对的每个电感器302的第一端子306的第二侧布置。在一个实施例中，沿着每个电感器302的第一端子306的第一侧布置的过孔314的组320沿着第一中心线324对齐。沿着每个电感器302的第一端子306的第二(相对)侧布置的过孔314的组322沿着与第一中心线324平行延续的第二中心线326对齐。
第一多个附加过孔328沿着每个电感器302的第二端子310的第一侧布置，而第二多个附加过孔330沿着与第二端子310的第一侧相对的每个电感器302的第二端子310的第二侧布置。附加过孔328、330延伸穿过电路板，并且在两侧被电连接到输出电压金属迹线312(电路板的底侧在图3中示出)。
在实施例中，由每个电感器302的第一端子310所覆盖的电路板的一部分332(也称为电感器占用区域或占地图案)没有过孔328、330。这样的配置在电感器302下方的每个接地参考平面中提供了开放电流通道412，如图4所示。
图4示出了电路板的中间层400。中间层400具有整体式接地平面402。除了被电连接到接地电势的过孔410以外的所有过孔404、406、408与接地平面402绝缘。由每个功率级电感器的第一端子所覆盖的中间电路板层400的一部分412(在视野外)没有过孔。图4还示出了对应的功率级晶体管的导通和截止状态。当高侧晶体管“上部FET”导通时，负载返回接地电流414使输入电源VIN处的环路闭合，如上部电路示意图中所示。当低侧晶体管“下部FET”导通时，输出电流通过相应的过孔410从负载流回接地以使功率级上的电流环路416闭合，如下部电路示意图中所示。当输出电流离开顶部电路板层上的功率级(在视野外)时，电流经过负载并且下降例如3至5密耳至图4中所示的中间内部接地层400，并将高密度输出电流416精确地反射(mirror)回到功率级。在功率级下方(在视野外)和在功率级的左边和右边的接地过孔410提供最短电流环路并提高功率级的热性能。从被每个功率级电感器的第一端子所覆盖的中间电路板层400的一部分412中消除过孔进一步提高了系统的电和热性能。
本文先前描述的DC-DC转换器的每个功率级可以使用任何标准管芯附接工艺如钎焊、烧结等而被附接至衬底。
图5A到图5C示出了将每个功率级焊接至衬底的第一侧的实施例。图5A示出了在DC-DC转换器的功率级将要被附接到其上的衬底的区域中施加到衬底的第一侧上的焊膏模版500。焊膏模版500具有多个开口502，其不暴露功率级(未示出)下方的过孔504，从而过孔504保持被焊膏模版500所覆盖并且被定位在开口502的贴边角落(facing corner)处。图5B示出了焊料掩模506，其被用于将焊膏508施加到具有焊膏模版500的衬底上。图5C示出了在经由焊料掩模506通过焊膏模版500中的开口502施加焊膏508之后功率级要被附接到其上的衬底510的区域。通过将过孔504定位在功率级下方，使得过孔504保持由焊膏模版500所覆盖并且处在焊膏模版500中的开口502的贴边角落处，防止焊膏填充过孔504的内部。功率级然后被放置在焊膏508上，焊膏508被回流以将功率级附接至电路板510的对应的金属迹线(在视野外)。
图6示出了与下覆的过孔504重叠的焊膏模版500的实施例，以便更详细地示出：在焊膏模版500中的开口502不暴露功率级下方的过孔504。这样，每个功率级下方的过孔504保持由焊膏模版500所覆盖并且被定位在开口502的贴边角落512处。
图7示出了在使用上述种类的焊膏模版500施加焊膏508之后图1A中示出的衬底100的顶外层102的部分。根据本实施例，每个功率级(由占用区域104表示)下方的过孔134、138、140被定位在施加到衬底100的顶外层102的焊膏508的贴边角落处。
图8A至图8D示出了图1A至图1D中所示出的衬底100的另一实施例。衬底100在本示例中被实现为PCB。图8A示出了在功率级组件的附接之前的衬底100的顶外层102，图8B示出了在输出电感器108的附接之后的顶外层102，图8C示出了衬底100的底外层122，和图8D示出了衬底100的中间层144。根据这个实施例，电感器和功率级组件被放置在衬底100的相同侧102，但是电感器108的端子600、602被焊接在相反侧122上。就此而言，电感器108是通孔电感器。通孔电感器108的端子600、602被插入在衬底100中形成的相应的开口604、606中。开口604、606延伸到衬底100的底侧122。端子600、602例如通过焊接而被连接至衬底100的底侧122处各自的附接区域或焊盘120，以完成相应的电相位连接，例如如图1C中示意性示出的那样。
空间相关的术语，诸如“下”、“之下”、“下方”、“上”、“之上”等，出于方便说明之目的而被使用，用于阐释一个元件相对于第二元件的定位。这些术语旨在涵盖器件的除了在图中所绘的定向之外的不同定向。另外，术语诸如“第一”、“第二”等，也用于描述各种元件、区域、部分等，并且并非旨在限制。贯穿本说明，类似的术语表示类似的元件。
在此处使用的术语“具有”、“含有”、“包含”、“包括”等是表示所表述的元件或者特征的存在的开放式术语，但是不排除附加的元件或者特征。“一”、“一个”和“该”、“所述”旨在包括复数形式和单数形式，除非上下文另外明确表示。
通过了解上述各种变型和应用的范围，应该理解本发明不受前述说明的限制，也不受对应附图的限制。而是，本发明仅受所附权利要求书及其法律等同物的限制。
Claims (14)
1.一种DC-DC转换器，包括：
衬底，具有相对的第一侧和第二侧；
功率级，被附接至所述衬底的所述第一侧，所述功率级包括可操作用于提供所述DC-DC转换器的输出相的有源半导体组件；
分立的电感器，被附接至所述衬底的所述第一侧并且通过在所述衬底的所述第一侧处的第一金属区域被电连接到所述功率级；和
多个导电过孔，穿过所述衬底从所述第一侧延伸至所述第二侧，
其中，所述过孔被电连接至所述第一金属区域，
其中，所述过孔中的至少一些过孔至少部分地被布置在所述功率级下方，
其中所述分立的电感器的第一端子附接到所述第一金属区域，
其中所述过孔的第一组沿所述第一端子的第一侧被布置，并且所述过孔的第二组沿着与所述第一端子的所述第一侧相对的所述第一端子的第二侧布置，
其中所述分立的电感器的第二端子被附接至所述衬底的所述第一侧上的输出电压金属区域；
其中所述输出电压金属区域被间隔开并且与所述第一金属区域电隔离，
其中第一多个附加过孔沿着所述第二端子的第一侧被布置，
其中第二多个附加过孔沿着与所述第二端子的所述第一侧相对的所述第二端子的第二侧被布置，
其中所述第一多个附加过孔和所述第二多个附加过孔穿过所述衬底从所述第一侧延伸至所述第二侧。
2.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，以交错的方式设置至少部分地被布置在所述功率级下方的所述过孔。
3.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，由所述分立的电感器的所述第一端子所覆盖的所述衬底的一部分没有所述过孔。
4.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中所述过孔的所述第一组沿着第一中心线对齐，并且所述过孔的所述第二组沿着与所述第一中心线平行延续的第二中心线对齐。
5.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，所述过孔从所述衬底的所述第一侧处的所述第一金属区域延伸至所述衬底的所述第二侧处的第二金属区域，并且其中，所述过孔被电连接至所述第二金属区域。
6.根据权利要求5所述的DC-DC转换器，其中，所述第二金属区域与所述第一金属区域垂直对齐并且具有与所述第一金属区域相同的形状。
7.根据权利要求5所述的DC-DC转换器，其中，所述衬底是电路板，其中所述第一金属区域被布置在所述电路板的第一外层中，并且其中所述第二金属区域被布置在所述电路板的第二外层中。
8.根据权利要求1所述的DC-DC转换器，其中，所述分立的电感器是通孔电感器，所述通孔电感器具有穿过所述衬底延伸至所述第二侧的端子。
9.根据权利要求7所述的DC-DC转换器，其中，所述过孔延伸穿过第三金属区域并且电连接到所述第三金属区域，所述第三金属区域被布置在所述电路板的第一中间层中，所述第一中间层被插入在所述第一外层和所述第二外层之间。
10.根据权利要求9所述的DC-DC转换器，其中，所述第三金属区域被图案化到接地金属区域中并且与所述接地金属区域电绝缘，所述接地金属区域被布置在所述第一中间层中。
11.根据权利要求9所述的DC-DC转换器，其中，所述第一中间层与所述电路板的所述第一外层直接相邻。
12.根据权利要求9所述的DC-DC转换器，其中，所述电路板包括被插入在所述第一中间层和所述第二外层之间的第二中间层，其中，接地金属区域被布置在所述第二中间层中，并且其中，所述过孔延伸穿过被布置在所述第二中间层中的所述接地金属区域并与所述接地金属区域电绝缘。
13.根据权利要求9所述的DC-DC转换器，其中，所述电路板包括被插入在所述第一中间层和所述第一外层之间的第二中间层，其中，接地金属区域被布置在所述第二中间层中，并且其中，所述过孔延伸穿过被布置在所述第二中间层中的所述接地金属区域并与所述接地金属区域电绝缘。
14.根据权利要求9所述的DC-DC转换器，其中，所述第一金属区域、所述第二金属区域和所述第三金属区域相互垂直对齐，并具有相同的形状。
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Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100414697C (zh) * | 2003-10-22 | 2008-08-27 | 大动力公司 | 在基板栅格阵列封装中应用的dc-dc转换器 |
| CN100521197C (zh) * | 2004-04-19 | 2009-07-29 | 株式会社瑞萨科技 | 半导体器件 |
| CN102918608A (zh) * | 2010-06-01 | 2013-02-06 | 高通股份有限公司 | 高电阻衬底中的具有可编程性的穿通孔电感器或变压器 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US6278264B1 (en) | 2000-02-04 | 2001-08-21 | Volterra Semiconductor Corporation | Flip-chip switching regulator |
| US6462950B1 (en) | 2000-11-29 | 2002-10-08 | Nokia Mobile Phones Ltd. | Stacked power amplifier module |
| JP4217438B2 (ja) * | 2002-07-26 | 2009-02-04 | Ｆｄｋ株式会社 | マイクロコンバータ |
| US7721232B2 (en) * | 2004-11-29 | 2010-05-18 | Infineon Technologies Ag | Designated MOSFET and driver design to achieve lowest parasitics in discrete circuits |
| US8598857B2 (en) * | 2005-12-19 | 2013-12-03 | Infineon Technologies Austria Ag | Methods and apparatus for a multiphase power regulator |
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| JP2008171965A (ja) * | 2007-01-11 | 2008-07-24 | Fuji Electric Device Technology Co Ltd | 超小型電力変換装置 |
| US10111333B2 (en) * | 2010-03-16 | 2018-10-23 | Intersil Americas Inc. | Molded power-supply module with bridge inductor over other components |
| TWI448226B (zh) * | 2010-09-21 | 2014-08-01 | Cyntec Co Ltd | 電源轉換模組 |
| JPWO2015019519A1 (ja) * | 2013-08-07 | 2017-03-02 | パナソニックＩｐマネジメント株式会社 | Ｄｃ−ｄｃコンバータモジュール |
| US9711279B2 (en) * | 2013-10-28 | 2017-07-18 | Infineon Technologies Austria Ag | DC-DC converter assembly with an output inductor accommodating a power stage attached to a circuit board |
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Patent Citations (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN100414697C (zh) * | 2003-10-22 | 2008-08-27 | 大动力公司 | 在基板栅格阵列封装中应用的dc-dc转换器 |
| CN100521197C (zh) * | 2004-04-19 | 2009-07-29 | 株式会社瑞萨科技 | 半导体器件 |
| CN102918608A (zh) * | 2010-06-01 | 2013-02-06 | 高通股份有限公司 | 高电阻衬底中的具有可编程性的穿通孔电感器或变压器 |
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