CN106898483B - 用于高功率模块的具有集成式磁性材料的隔离障壁的方法及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供用于具有磁性材料的隔离障壁的方法及设备。在一实例布置中，一种设备包含隔离层压材料(图8，800)，所述隔离层压材料包含：电介质核心(830)，其具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；至少一个导电层(852)，其被配置成上覆所述第一表面的第一变压器线圈；第一电介质层(860)，其环绕所述至少一个导电层；第一磁性层(812)，其上覆所述至少一个导电层；至少一个附加导电层，其被配置成上覆所述第二表面的第二变压器线圈(822)；第二电介质层(830)，其环绕所述至少一个附加导电层；及第二磁性层(810)，其上覆所述至少一个附加导电层。还公开了用于形成所述隔离障壁及附加设备布置的方法。

Description

用于高功率模块的具有集成式磁性材料的隔离障壁的方法及 设备
技术领域
本申请大体上涉及电路之间的流电隔离，且更具体地涉及利用磁性材料以进一步减少尺寸的集成电路流电隔离方法。
背景技术
电气系统之间的流电隔离连同用于控制较高电压系统的便宜低电压微处理器系统的推广是现代工业设备中已变得较重要的越来越需要的特征。存在能够电隔离系统的各种现有元件，但其仍允许耦合。那些元件能够包含用于磁耦合电路的变压器、用以通过辐射能量耦合的RF信号、使用光能的光隔离器或使用电场以耦合具有不同操作电压的电路的电容器。
尽管光隔离器为低速通信的良好解决方案，但其在DC到DC电力传送状况下是低效的。变压器在DC到DC应用中使用时是极高效的，但传统变压器由于绕组结构及所耗用的板材空间及封装高度的量较昂贵。例如印刷于PCB(印刷电路板)上的印刷变压器在成本及可重复性方面展现优于线绕变压器的一些改进，然而，这些变压器在电路板上使用大量覆盖区(footprint)且归因于随时间推移的湿气或其它污染物吸收也会遭受退化，从而导致较高泄漏并降低击穿隔离能力。另外，期望设计集成于封装相容形式中的变压器，从而使得其能够由传统封装组装设备放置且将具有免于外部污染物的附加保护层。另外，希望以在连同集成封装中的共同集成的电路一起操作时提高效率并最小化损耗的方式布置所述集成变压器。
卡纳克(Khanolkar)等人在2015年3月12日公开的标题为《集成电路中的多层高电压隔离障壁(Multilayer High Voltage Isolation Barrier in an IntegratedCircuit)》的美国专利申请公开案第2015/0069572号(其与本申请案一起共有且其全文据此通过引用的方式并入本文中)描述创建流电隔离集成电路。在上文参考的公开专利申请案中，公开了能够被制造并组装成集成电路封装的集成电路变压器，以有助于减轻传统线绕变压器的一些约束条件及限制以及解决现有已知印刷PCB变压器的一些限制。
图1在电路示意图100A及框图100B中描绘具有隔离变压器的简单电源供应器。图1的简单实例电源供应器具有输入到振荡电路120的编号102的输入电压Vin、隔离变压器110及产生编号104的输出电压Vout的输出整流电路130。称为振荡回路(tank circuit)的输出电路还具有电感器112。图1的电源供应器为典型DC-DC转换器电路，其中输入电路120随输入电压Vin振荡从而使得电压能够传输通过隔离变压器110。耦合通过变压器110的输出电压Vout由输出电路130整流。此电源供应器的框图100B示出Vin 102馈送进入到与隔离变压器110耦合的初级侧振荡器电路120。变压器绕组的次级侧耦合到产生Vout 104的整流电路130。图1的电源供应电路经由变压器110表征流电隔离，从而使得变压器的每一侧上的电压及电流域是独立的。在上文参考的公开专利申请案US 2015/0069572中，此电路实例公开为被小型化成集成电路封装。所述小型化主要通过在制造变压器110及振荡回路线圈112处创建多层层压材料隔离核心而达成。接着将包括输入电路120及输出电路130的单独组件安装在相同的集成电路封装中作为变压器层压材料。含有层压材料变压器的集成式电源供应电路比使用传统线绕变压器制造的电源供应器便宜得多。所得封装消耗较少板材空间，且其能够放置常用取放式组装设备；所有所述因素带来合乎需要的较少成本、较小产品。
图2在俯视图中描绘集成式两层空芯平面螺旋形变压器(变压器层压材料)200。此处使用的术语“空芯”是指建构绕组的方式。在此布置中，磁场路径并不受变压器周围的任何磁性材料的影响。在200中，如上文参考的公开申请案US 2015/0069572中所公开的现有技术变压器层压材料示出为具有空芯变压器210及印刷线圈212，所述两者对应于如图1中的电路图中所见的且编号为隔离变压器110及线圈112的类似元件。
变压器层压材料200的横截面如由图3中说明的线3-3'所示水平地定向。
在说明层压材料200的横截面的图3中，编号为310的初级线圈及编号为312的次级线圈示出为垂直堆叠布置以允许最直接的磁耦合。线圈310、312能够由(例如)铜导电材料或其它导电材料形成。为实现高电压隔离，层压材料200的核心319及半固化片(prepreg)层315、317、321、323能够由(例如)高压双马来酰亚胺三嗪(BT)层压材料制成。BT以其高电压击穿强度闻名，且可用作用于铜包覆层压材料、电路板及半固化片中的常用半导体及电子元件行业材料。半固化片为已用树脂(通常为环氧树脂)预浸渍的强化层压材料层的常用行业术语。在图3中的核心319的每一侧上方用于层315、317、321及323的半固化片材料包含固化剂且在并无附加树脂的情况下准备使用。半固化片的固化是通过如由制造商规定的热量与压力的组合实现。
图4在俯视图中描绘用于与上文所描述的现有已知隔离层压材料一起使用的现有技术封装引线框450。在图4中，引线框450具有指示用于图2中所描绘的变压器层压材料200的一般安装位置452的虚线。在位置460处提供用于输入电路的电路管芯连接焊盘区域，且提供用于输出电路462的第二管芯连接焊盘区域，所述电路结合变压器层压材料200及封装体(图4中未示出)能够用于产生封装的集成式流电隔离电路。在图4的引线框450中，空隙(void)454在管芯连接焊盘区域452中示出为位于变压器层压材料下面。此空隙454用以允许变压器层压材料的磁通量线较自由且有效地循环。尽管此空隙454改善线圈的耦合，但其也限制能够从使用引线框450形成的封装传送的热量的量。另外，当变压器层压材料用于引线框450上时，输入电路位置460及输出电路位置462能够经受来自变压器层压材料的磁通量的较高程度的EMI(电磁干扰)。
图5在正投影中描绘利用现有已知变压器层压材料用于提供隔离的现有技术集成式电源供应器集成电路501的特征。在图5中，类似于图4中的引线框450的引线框550固持(hold)输入电路520、具有隔离变压器510的变压器层压材料500及输出电路530。这些组件用于形成如图1中图解表示的具有流电隔离的简单电源供应器。层压材料500上的线圈512充当例如在图1中的电路图中示出为112的振荡回路电感器。在添加封装体(未示出)的情况下，这些组件能够在利用层压的变压器500的IC封装中形成集成式电源供应器。所述集成达成(例如)具有显著优于非集成式解决方案的尺寸及成本优势的封装的电源供应器。
因此，需要用于包含电路组件之间的经改善隔离的集成式装置的方法及设备的继续改善，以改善效率、增加功率处理容量、改善热传导并减少EMI。
发明内容
本申请案的布置克服用于集成式电源电路中的隔离的现有已知解决方案的不足。在所述布置中，磁性材料提供于包含变压器线圈的隔离层压材料的两侧上。磁性材料经配置以塑形磁通量以用于增加提供两个电路之间的流电隔离的变压器的性能及增强热传导性。
在一实例布置中，一种设备包含隔离层压材料，所述隔离层压材料进一步包含：电介质核心，其具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；至少一个导电层，其被配置成上覆所述第一表面的第一变压器线圈；第一电介质层，其环绕所述至少一个导电层；第一磁性层，其上覆所述至少一个导电层；至少一个附加导电层，其被配置成上覆所述第二表面的第二变压器线圈；第二电介质层，其环绕所述至少一个附加导电层；及第二磁性层，其上覆所述至少一个附加导电层。
在又一布置中，在上文所描述设备中，所述隔离层压材料进一步包含导电层，其形成上覆所述电介质核心的所述第一表面及所述第二表面中的一者的至少一个EMI屏蔽物(shield)；及电介质材料，其环绕所述EMI屏蔽物并使所述至少一个EMI屏蔽物与所述第一变压器线圈及所述第二变压器线圈绝缘。
在另一实例布置中，一种封装的集成电路包含：引线框，其具有用于放置第一半导体电路及第二半导体电路的第一部分及第二部分；及隔离层压材料，其安装在所述引线框的第三部分上且与所述第一部分及所述第二部分中的至少一者隔离，所述隔离层压材料包含：电介质核心，其具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；至少一个导电层，其被配置成上覆所述第一表面的第一变压器线圈；第一电介质层，其环绕所述至少一个导电层；第一磁性层，其上覆所述至少一个导电层；至少一个附加导电层，其被配置成上覆所述第二表面的第二变压器线圈；第二电介质层，其环绕所述至少一个附加导电层；及第二磁性层，其上覆所述至少一个附加导电层。
在又一布置中，上文所描述封装的集成电路进一步包含第一电路，其安置于所述引线框的所述第一部分上且耦合到所述第一变压器线圈；及第二电路，其安置于所述引线框的所述第二部分上且耦合到所述第二变压器线圈；其中所述第一电路及所述第二电路彼此流电隔离且来自所述第一电路的信号由所述第一变压器线圈及所述第二变压器线圈耦合到所述第二电路。
在再一布置中，一种方法包含：提供具有第一表面及与所述第一表面对置的第二表面的电介质核心材料；在第一导电层中形成上覆所述电介质核心的所述第一表面的第一变压器线圈；形成环绕所述第一导电层的第一电介质层；形成上覆所述第一变压器线圈的第一磁性层；在第二导电层中形成上覆所述电介质核心的所述第二表面的第二变压器线圈；形成环绕所述第二变压器线圈的第二电介质层；及形成上覆所述第二变压器线圈的第二磁性层。
使用本申请案的新颖布置使得集成电路能够在使用变压器线圈耦合的电路之间具有隔离，同时具有增加的热传导性、减少的EMI、较高功率容量及减少的损耗。
附图说明
为了较完整理解本文中描述的本申请案的方面的说明性实例及其优势，现在结合附图参考以下描述，其中：
图1描绘用于具有隔离变压器的简单电源供应器的现有已知方法的电路示意图及框图；
图2在俯视图中描绘具有集成式两层空芯平面螺旋形变压器的现有已知隔离层压材料；
图3在横截面图中描绘图2的隔离层压材料；
图4在俯视图中描绘用于与图2及图3的隔离层压材料一起使用的引线框；
图5在正投影中描绘利用提供隔离的印刷层压变压器的现有技术集成式电源供应器集成电路；
图6A-E在一系列横截面图中描绘用于形成包含隔离层压材料的本申请案的布置的制造步骤，其中磁性层环绕隔离层压材料；
图7A及7B说明示出由于使用包含磁性层的新颖布置而实现的变压器性质改善的一对曲线图；
图8在横截面图中描绘包含并入本申请案的方面的印刷电路隔离变压器布置的布置；
图9在另一横截面图中描绘本申请案的隔离变压器的附加布置的细节；及
图10在横截面图中描绘并入本申请案的隔离层压材料及磁性层的封装的集成电路布置。
除非另外指示，否则不同图中的对应标号及符号通常指代对应部分。绘制各图以清晰说明说明性实例布置的相关方面且其未必按比例绘制。
具体实施方式
下文详细论述并入本申请案的方面的各种说明性实例布置的制造及使用。然而，应了解，所公开的说明性实例提供能够体现在广泛多种特定情形中的许多可适用的发明概念。所论述特定实例及布置仅仅说明制造及使用各种布置的特定方式，且所描述实例并不限制本说明书的范围，也不限制所附权利要求书的范围。
举例来说，当本文中使用术语“耦合”以描述元件之间的关系时，如本说明书及所附权利要求书中所使用的术语应广义地解释，并且虽然术语“耦合”包含“连接”，但术语“耦合”并不限于“连接”或“直接连接”，而是替代地术语“耦合”可包含用介入元件(intervening element)形成的连接，且能够在描述为“耦合”的任何元件之间使用附加元件及各种连接。
在磁学领域中，众所周知能够使用各种材料重新导向并集中通量线。用于约束通量的可用材料包含铁磁性材料、铁氧体或亚铁磁性材料，其它材料能够包含锌(Zn)、镍(Ni)、锰(Mn)及其类似者。能够使用具有大于1的磁导率的各种材料。磁性金属一般来说能够包含(例如)含有铁、镍或钴的材料。铁氧体磁性材料能够包含陶瓷材料。在形成本申请案的方面的布置中，所述布置通过使用磁性材料在变压器层压材料的至少顶面及底面上产生磁性层来改善现有技术隔离技术。变压器层压材料的下面及顶部上的磁性材料层包围、约束并集中所述层之间的磁通量，从而在仍配合较小集成封装的情况下将空芯变压器改变为磁芯变压器。在利用当前申请案的布置的情况下，将磁性层施加到变压器层压材料的底面。磁性材料重新导向并约束引线框管芯连接焊盘上方的通量线，从而因此在现有技术方法中无需在变压器层压材料下面的引线框管芯连接焊盘中放置空隙。结果为在本申请案的新颖布置中具有将热能从变压器层压材料传导到封装引线框的改善的能力，此进而带来变压器层压材料的改善的功率处理能力且因此带来创建较高功率模块的能力。
除先前所描述布置之外，在附加替代性布置中，第二磁性层位于变压器层压材料的顶面上且创建上部磁性屏蔽物。上部磁性层结合底部磁性材料层起作用以封装并集中覆盖变压器的螺旋形线圈的两个磁性层之间的通量线。此第二磁性层减少来自封装外部可能的EMI渗透以及含有来自变压器层压材料的通量，从而使得减少或消除邻近电路上的EMI。另外，如稍后曲线图中将示出，磁性层约束并集中通量从而使得有效电感增加一倍多。有效电感值的增加允许输入及输出交换网络以较低频率操作，从而带来那些电路的效率增加且因此增加集成式电源供应模块的整体效率。
下图说明通过提供放置于封装内的磁性材料而并入当前申请案的方面的集成式电源供应器布置的制造步骤。
图6A-E在一系列横截面图中描绘具有用于含有磁通量的本申请案的方面的集成式电源供应器的一部分的制造。在实例结构600中，引线框管芯连接焊盘及指形焊点的横截面在图6A中示出为661。用于与所述布置一起使用的典型引线框的厚度可以处于300微米到40微米的范围内，但也能够使用其它厚度。能够使用已知用于引线框的各种材料。能够将镀层及涂层应用到引线框(例如贵金属、例如铜的导体)，且能够使用例如铂、金、钯、镍的防腐涂层。能够使用合金。
在图6B中，在描绘后续制造步骤之后的结构600的横截面中，通过已知工艺(通常通过使用焊料或粘合剂)将具有(作为一实例)处于300微米到400微米的范围内的厚度的磁性层665安装到引线框管芯连接焊盘661。磁性层665也能够按特定应用的需要具有其它厚度。在结构600的此组装阶段处，也能够将其它IC(未示出)，例如输入电路或输出电路安装到引线框管芯连接焊盘661。引线框管芯连接焊盘661的上部表面与磁性层665之间的完全接触允许良好热接触并且因此实现通过磁性材料及引线框的热分布。磁性层665能够变化但应具有大于约1的磁导率。
在图6C中，在附加处理步骤之后的另一横截面中示出结构600。在图6C中，使用已知工艺将具有(例如)处于300微米到400微米的范围内的厚度或其它厚度的印刷变压器层压材料667(其可类似于图3中的横截面中所示出的隔离层压材料200)连接到磁性层665。隔离层压材料能够具有BT树脂核心及形成于BT树脂核心的任一表面上的半固化片层，且能够并入铜或其它金属层以形成如上文所描述的变压器线圈。举例来说，用于半导体工艺中的替代性导体材料(例如，铝)能够用于形成线圈。
在图6D中，再次在附加处理步骤之后的横截面图中描绘结构600。在图6D中，所述图描绘在添加通过已知方法连接到变压器层压材料667的顶面的磁性层671之后的结构600。磁性层665及磁性层671提供用于包围、约束以及集中隔离层压材料667内的线圈的磁通量的导管。
在图6E中，在另一横截面图中且在对上文所描述的引线框管芯连接焊盘661、磁性层665及671的附加处理步骤之后描绘结构600。在图6E中，将键合线675添加到变压器层压材料667完成电连接。也可在此制造阶段处形成到其它组件的键合线。
结构600的最后步骤(图6A-E中未示出)为通过已知工艺(例如通过传送或注射模制)将组合封装于最后封装形式中。进一步预期(contemplate)可在磁性层665、671已就位情况下使变压器层压材料667进入制造阶段，从而减少此制造中的步骤数目，然而此预期的替代性方法仍创建封装屏蔽物与变压器层压材料的堆叠。
图6B到6E中的磁性层665及671的形成可通过若干替代性方法中的任一者实现，发明人预期的所述方法中的每一者且所述方法形成属于所附权利要求书的范围内的附加布置。能够使用具有约1或较大的磁导率的材料。在一实例方法中，使用将磁性粉末烧结或按压层压到100微米到500微米的厚度，其中厚度下限由材料的饱和程度确定且最大厚度由所允许最大封装厚度确定。在另一替代方法中，能够使用粉末及粘结剂形成磁性材料而无需烧结。另外，磁性材料能够形成为较大片件或层并按需要切割成一定尺寸。材料的形成无需与封装步骤同时进行。可以使用的磁性粉末包含铁氧体磁性材料及铁磁性材料。能够使用陶瓷材料。能够使用的附加替代性材料包含(但不限于)磁带或磁板。实例布置中已使用常常用于制造环形核心的可购得磁性粉末状材料，例如(但不限于)立方结构的铁氧体4F1及日立(Hitachi)NL12S。本文中的布置能够使用附加材料且不限于这些说明性实例。附加替代性布置能够使用铁氧体材料、铁磁性材料及将约束通量的其它材料形成。能够使用具有大于约1的磁导率的材料。本申请案的布置不限于使用任何特定磁性材料，且发明人将使用其它磁性材料的附加替代性布置预期为形成本申请案的附加方面，且这些替代例也属于所附权利要求书的范围内。
图7A到7B说明出于解释而不呈现任何原始数据的目的示出由于本申请案的磁性材料布置相比于现有已知方法所实现的变压器性质改善的一对曲线图。在图7A中的曲线图700中，纵轴示出以单位亨(Henry)增加的电感，且横轴示出以MHz增加的频率。数据线702指示不具有本申请案的布置的集成式磁性层的变压器的现有已知方法的电感响应，而数据线704指示具有新颖布置的磁性层的电感。曲线图指示包含磁性材料使电感值706增加超过一倍且减少最佳电感的频率。使用新颖方法降低了零交叉频率F0。此频移极大地改善PWM(脉冲宽度调制)电源供应器的效率。
在图7B中，在曲线图705中，纵轴示出增加的Q(Q为品质因数，其为电感器中的能量存储与能量损耗的比率)因数值且横轴示出从左到右以MHz增加的频率。数据线715指示在不具有本申请案的集成式磁性层的情况下所获得的电感响应，而数据线713指示在具有本申请案的新颖布置的磁性材料情况下所获得的电感。曲线图705指示集成式磁性材料能够使峰值Q频率降低到整1/10(full decade)(从100MHz到10MHz)同时加宽峰值面积。因此，使用本申请案的磁性层极大地改善变压器的性能。
图8在另一横截面中描绘并入形成本申请案的方面的布置的印刷电路变压器800的一部分。图8描绘以后接具有铜线圈822的铜包覆叠层820的底部磁性层810开始的印刷电路变压器的横截面，叠层820能够为(例如)半固化片层。应注意，在替代性布置中，例如铝的其它导体能够代替铜使用，且能够使用包含铜、铝或用于导体的其它材料的合金。在图8的非限制性实例中，接下来为后接具有铜层842的另一铜包覆叠层840的电介质核心830。接着，具有铜852的另一铜包覆叠层850后接叠层860。图8中的变压器800的顶部层为磁性层812。在图8的横截面中，铜822及852能够形成为(例如)如上文所描述的隔离变压器的初级及次级线圈。磁性层810及812用以含有磁通量。铜842形成创建连接到地面844的集成式EMI屏蔽物的至少一个平面。铜842能够是槽形平面以进一步抑制涡电流。使用铜平面842的目标是阻断电场但允许变压器的初级侧与次级侧之间的磁耦合。在附加布置中，形成用于附加EMI屏蔽的至少一个附加铜平面(未示出)，且此至少一个附加铜平面与变压器的第一侧和第二侧以及铜平面842中的每一者隔离。
在没有布置本申请案的布置的磁性层且印刷电路变压器使用空芯电介质的用于变压器的现有已知方法中，限制性因素包含将铜平面842放置为EMI屏蔽物要求变压器的初级与次级线圈之间的较大分离，此情况导致减少线圈之间的耦合且此减少的耦合进一步降低效率及线圈之间的电力传送。因此在现有已知方法中，使用EMI屏蔽物842将减少线圈852与822之间的耦合且因此降低性能。
与现有已知方法形成鲜明对比，在图8中所示出的结构中包含磁性层812及810的情况下，磁通量经较多集中，从而即使在线圈之间具有较大分离情况下仍提供变压器线圈之间的良好耦合。因为结构的底部上的磁性层810允许将隔离变压器800放置为完全接触管芯连接焊盘而不存在空隙，所以能够实现极好的热传递，从而进一步增加性能。能够由与磁性层810接触放置的引线框将热能传导入并且运输出封装。上部磁性材料层能够进一步用于增加热传递，例如，能够将散热片或例如导热焊盘的其它导热材料放置为与磁性层812接触且借此提供从封装的装置的附加热耗散。
在替代性布置中，附加EMI屏蔽物(图8中未示出)能够用于进一步增加所述布置的性能。使用放置于上部磁性材料层与下部磁性材料层之间的两个或更多个EMI屏蔽物形成也预期为形成本申请案的方面的附加布置，且所述布置属于本申请案的范围内。
图9在横截面图中描绘说明能够并入于隔离结构及电路中的非限制性实例布置的进一步细节的层压结构900。在此非限制性实例中，对应于先前图中的核心层830且在非限制性实例中具有约60微米的厚度的电介质核心930能够由(例如)BT树脂形成。一组半固化片材料层及金属层示出为布置于核心930的两侧上。举例来说，金属层942形成于核心930的上部表面上且在此非限制性实例中能够为约25微米厚。其它厚度能够用于形成附加替代例。金属能够为任何导体但可(例如)由铜或铜合金或铝形成。核心930上方的附加层包含后接另一半固化片层960及铜层958的半固化片层950及另一金属层952。阻焊剂层972上覆并保护金属层958的上部表面。上部磁性层912接着示出为安置在阻焊剂972上方。在一实例布置中，上部磁性层能够约300微米厚，然而，在替代性布置中，上部磁性层能够为其它厚度。
继续描述图9的实例布置，在核心930的底部表面上开始形成的层包含(例如)一系列金属层，其包含由半固化片层928、920分开的926、924、922，且最后，阻焊剂层974安置在底部金属层922的底部表面底下。在此非限制性说明性实例中，金属层包含具有约25微米的厚度的铜金属层。半固化片层能够具有各种厚度，例如45微米与55微米之间或包含45微米及55微米。阻焊剂层在此实例中能够为约50微米，但较大及较少厚度能够用于形成附加替代性布置。
底部磁性层910示出为安置于阻焊剂974的底部表面上且在此说明性实例中为约300微米厚。在所述布置中使用磁性材料能含有并控制来自形成于金属层中的变压器线圈的通量，从而增加性能并减少靠近变压器定位的电路中的EMI。使用磁性层允许增加热性能，这是归因于将磁性材料定位为与引线框上的管芯焊盘连接材料直接接触以允许高效热传递的能力。
虽然图9描绘形成本申请案的方面的实例布置，但所述布置及本申请案及所附权利要求书不限于所示出实例，且不同材料、不同厚度及较多或较少层的替代例能够用于形成也预期为形成本申请案的附加方面且属于所附权利要求书的范围内的附加布置。
图10在横截面图中描绘包含一实例应用中的新颖布置的磁性层及隔离变压器的封装的集成电路1000。在图10中，第一集成电路管芯1020可包含(例如)用于电源供应器中的初级侧电路的电路系统。集成电路管芯1020能够定位在引线框1061上的管芯连接焊盘上。隔离结构1011包含底部表面上的磁性层1010及层压隔离结构上方的上部磁性层1012。隔离结构1011安置在引线框1061上的第二管芯连接焊盘上且与其热接触。然而，在替代性布置中，隔离结构1011能够与次级电路1030一起放置在引线框的部分上。次级电路形成于第二集成电路管芯1030中，所述第二集成电路管芯安置在引线框1061的单独部分上且与变压器部分电隔离。引线框1061及包含初级集成电路管芯1020、次级集成电路管芯1030及隔离结构1011的组件都由模制化合物(molding compound)1062封装。在此非限制性实例中，完整封装的集成电路示出于小外形集成电路(SOIC)封装中，然而用于半导体行业中的其它封装类型也能够用于所述布置。所述布置是以提供通过隔离障壁的高效且高度集成式电力传送的目的形成。本申请案的新颖设备及方法能够用于各种应用，例如电源供应器、传感器、驱动器集成电路、指示器、控制面板及其类似者，且发明人将所述布置在这些应用中的使用预期为形成本申请案的附加方面。
在一实例布置中，一种设备包含隔离层压材料，所述隔离层压材料包含：电介质核心，其具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；至少一个导电层，其被配置成上覆所述第一表面的第一变压器线圈；第一电介质层，其环绕所述至少一个导电层；第一磁性层，其上覆所述至少一个导电层；至少一个附加导电层，其被配置成上覆所述第二表面的第二变压器线圈；第二电介质层，其环绕所述至少一个附加导电层；及第二磁性层，其上覆所述至少一个附加导电层。
在另一实例布置中，在上文所描述的所述设备中，所述设备进一步包含：导电层，其形成上覆所述电介质核心的所述第一表面及所述第二表面中的一者的至少一个EMI屏蔽物；及电介质材料，其环绕所述EMI屏蔽物并使所述EMI屏蔽物与所述第一变压器线圈及所述第二变压器线圈绝缘。
在又一实例布置中，上文所描述的设备进一步包含引线框，其具有管芯连接焊盘；且所述隔离层压材料安置在所述管芯连接焊盘上并通过所述第一磁性层及所述第二磁性层中的一者与所述管芯连接焊盘热接触。
在再一布置中，上文所描述的设备进一步包含，其中所述电介质核心进一步包含BT树脂。在又一布置中，在上文所描述的设备中，所述第一电介质层进一步包含半固化片材料。在再一布置中，在上文所描述的设备中，所述第一磁性层及所述第二磁性层是由烧结操作中的粉末状磁性材料形成。
在再另外布置中，在上文所描述的设备中，其中所述粉末状磁性材料包含铁氧体材料。在又一布置中，在上文所描述的设备中，所述第一磁性层进一步包含基于金属的磁性材料。在另外布置中，在上文所描述的设备中，所述第一磁性层进一步包含镍及/或锌材料。在再一布置中，在上文所描述的设备中，所述至少一个导电层进一步包含铜或铜合金。
在另一实例布置中，一种封装的集成电路包含：引线框，其具有用于放置第一半导体电路及第二半导体电路的第一部分及第二部分；及隔离层压材料，其安装在所述引线框的第三部分上且与所述第一部分及所述第二部分中的至少一者隔离，所述隔离层压材料进一步包含：电介质核心，其具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；至少一个导电层，其被配置成上覆所述第一表面的第一变压器线圈；第一电介质层，其环绕所述至少一个导电层；第一磁性层，其上覆所述至少一个导电层；至少一个附加导电层，其被配置成上覆所述第二表面的第二变压器线圈；第二电介质层，其环绕所述至少一个附加导电层；及第二磁性层，其上覆所述至少一个附加导电层。
在再一实例布置中，上文所描述的封装的集成电路进一步包含第一电路，其安置于所述引线框的所述第一部分上且耦合到所述第一变压器线圈；及第二电路，其安置于所述引线框的所述第二部分上且耦合到所述第二变压器线圈；其中所述第一电路及所述第二电路彼此流电隔离且来自所述第一电路的信号由所述第一变压器线圈及所述第二变压器线圈耦合到所述第二电路。
在又一实例布置中，在上文所描述的封装的集成电路中，所述隔离层压材料进一步包含导电层，其形成上覆所述电介质核心的所述第一表面及所述第二表面中的一者的至少一个EMI屏蔽物；及电介质材料，其环绕所述至少一个EMI屏蔽物并使所述至少一个EMI屏蔽物与所述第一变压器线圈及所述第二变压器线圈绝缘。
在再一实例布置中，在上文所描述的封装的集成电路中，所述电介质核心进一步包含BT树脂。在另一实例布置中，在上文所描述的封装的集成电路中，所述第一磁性层包含铁氧体材料。
在又一实例布置中，在上文所描述的封装的集成电路中，所述第一磁性层进一步包含基于金属的磁性材料。在再一实例布置中，在上文所描述的封装的集成电路中，其进一步包含环绕所述引线框及所述隔离层压材料的封装材料。
在另一实例布置中，一种方法包含：提供具有第一表面及与所述第一表面对置的第二表面的电介质核心材料；在第一导电层中形成上覆所述电介质核心的所述第一表面的第一变压器线圈；形成环绕所述第一导电层的第一电介质层；形成上覆所述第一变压器线圈的第一磁性层；在第二导电层中形成上覆所述电介质核心的所述第二表面的第二变压器线圈；形成环绕所述第二变压器线圈的第二电介质层；及形成上覆所述第二变压器线圈的第二磁性层。
在再一实例布置中，在上文所描述的方法中，所述方法包含通过烧结粉末状磁性材料形成所述第一磁性层。在又一实例布置中，在上文所描述的方法中，形成所述第一磁性层进一步包含从铁氧体材料形成层。
也能够对步骤次序及步骤数目进行各种修改以形成并入本申请案的方面的附加新颖布置，且这些修改将形成发明人预期为本申请案的部分且落入所附权利要求书的范围内的附加替代性布置。
尽管已详细地描述实例说明性布置，但应理解，能够在不脱离如由所附权利要求书定义的本申请案的精神及范围的情况下在本文中进行各种改变、替代及更改。
此外，本申请案的范围并不旨在限于本说明书中描述的工艺、机器、制品及物质组成手段、方法及步骤的特定说明性实例布置。如所属领域的一般技术人员将从本发明容易地了解，可根据所呈现说明性布置及所描述、建议或公开的替代性布置利用执行实质上相同于本文中所描述的对应实例布置的功能或实现实质上相同结果的目前现有或稍后待开发的工艺、机器、制品、物质组成、手段、方法或步骤。因此，所附权利要求书旨在在其范围内包含这些工艺、机器、制品、物质组成、手段、方法或步骤。

Claims (18)

1.一种用于高功率模块的具有集成式磁性材料的隔离障壁的设备，其包括：
第一电介质层，其具有上部表面和下部表面；
至少一个第一导电层，其被配置成在所述上部表面上方的第一变压器线圈；
第一磁性层，其在所述至少一个第一导电层上方；
第二电介质层，其在所述至少一个第一导电层和所述第一磁性层之间；
至少一个第二导电层，其被配置成在所述下部表面下方的第二变压器线圈；
第二磁性层，其在所述至少一个第二导电层下方，所述第一磁性层和所述第二磁性层被配置为约束并集中所述第一变压器线圈和所述第二变压器线圈之间的通量，以将所述第一变压器线圈和所述第二变压器线圈之间的有效电感增加到原来的至少两倍；
第三电介质层，其在所述至少一个第二导电层和所述第二磁性层之间；及
第三导电层，其在所述至少一个第一导电层和所述至少一个第二导电层之间形成电磁干扰屏蔽物即EMI屏蔽物，并且与所述至少一个第一导电层和所述至少一个第二导电层隔离。
2.根据权利要求1所述的设备，其中所述EMI屏蔽物包括铜。
3.根据权利要求1所述的设备，其进一步包括：
引线框，其具有管芯连接焊盘，所述管芯连接焊盘与所述第二磁性层导热接触，以为所述引线框提供热传递。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一电介质层包括BT树脂。
5.根据权利要求3或4所述的设备，其中所述EMI屏蔽物包括铜。
6.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一磁性层及所述第二磁性层是在烧结操作中由粉末状磁性材料形成的。
7.根据权利要求6所述的设备，其中所述粉末状磁性材料包括铁氧体材料。
8.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一磁性层包括具有大于1的磁导率的磁性材料。
9.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一磁性层包括含铁材料。
10.根据权利要求1所述的设备，其中所述第一磁性层包括包含镍及锌中的至少一者的材料。
11.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个第一导电层包括铜。
12.一种封装的集成电路，其包括：
金属引线框，其具有第一部分及第二部分；及
隔离层压材料，其安装在所述金属引线框的第三部分上且与所述第一部分及所述第二部分中的至少一者隔离，所述隔离层压材料包括：
第一电介质层，其具有第一表面及与所述第一表面相对的第二表面；
至少一个第一导电层，其被配置成在所述第一表面上方的第一变压器线圈；
第一磁性层，其在所述至少一个第一导电层上方；
第二电介质层，其在所述至少一个第一导电层和所述第一磁性层之间；
至少一个第二导电层，其被配置成在所述第二表面下方的第二变压器线圈；
第二磁性层，其在所述至少一个第二导电层下方，与所述金属引线框的所述第三部分传导性接触，所述第一磁性层和所述第二磁性层被配置为约束并集中所述第一变压器线圈和所述第二变压器线圈之间的通量，以将所述第一变压器线圈和所述第二变压器线圈之间的有效电感增加到原来的至少两倍；
第三电介质层，其在所述至少一个第二导电层和所述第二磁性层之间；及
第三导电层，其在所述至少一个第一导电层和所述至少一个第二导电层之间形成电磁干扰屏蔽物即EMI屏蔽物。
13.根据权利要求12所述的封装的集成电路，其进一步包括：
第一电路，其安置于所述金属引线框的所述第一部分上且耦合到所述第一变压器线圈；及
第二电路，其安置于所述金属引线框的所述第二部分上且耦合到所述第二变压器线圈；
其中所述第一电路及所述第二电路彼此流电隔离，且来自所述第一电路的信号由所述第一变压器线圈及所述第二变压器线圈耦合到所述第二电路。
14.根据权利要求12所述的封装的集成电路，其中所述隔离层压材料包括：
电介质层，其形成在所述EMI屏蔽物与所述第一磁性层和第二磁性层中的一个之间。
15.根据权利要求14所述的封装的集成电路，其中所述EMI屏蔽物包括铜。
16.根据权利要求12所述的封装的集成电路，其中所述传导性接触是导热接触。
17.根据权利要求12所述的封装的集成电路，其中所述第一磁性层包括从主要由铁氧体材料及基于金属的磁性材料组成的群组中选出的一种材料。
18.根据权利要求12所述的封装的集成电路，其进一步包括环绕所述金属引线框及所述隔离层压材料的封装材料。
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