CN109003779A - 功率模块及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本公开涉及一种磁性组件及其适用的功率模块。该磁性组件包括第一磁芯、第二磁芯及第一串接绕组。第一磁芯与第二磁芯彼此接合。第一磁芯具有第一上表面，第一下表面、第一侧壁、第二侧壁、第一侧壁通孔以及第二侧壁通孔，其中第一侧壁通孔位于第一侧壁，第二侧壁通孔位于第二侧壁。第一串接绕组具有第一上层绕组、第一下层绕组、第一侧壁绕组以及第二侧壁绕组，其中第一上层绕组设置于第一上表面，第一下层绕组设置于第一下表面，第一侧壁绕组设置于第一侧壁通孔，第二侧壁绕组设置于第二侧壁通孔。第一上层绕组与第一下层绕组通过第一侧壁绕组连接，第二侧壁绕组连接于第一下层绕组，藉此串接构成第一串接绕组。

Description

功率模块及其制造方法

本申请是申请日为2016年3月3日，申请号为201610120906.6，发明名称为“磁性组件及其适用的功率模块”的发明专利申请的分案申请。

技术领域

本公开涉及一种磁性组件及功率模块，特别涉及一种优化的磁性组件及其适用的功率模块。

背景技术

随着人类智能化生活要求的提升以及对智能型产品制造要求的提高、物联网等的兴起，社会对信息传输以及数据处理的需求也日益旺盛。其中针对集中式的数据处理中心而言，服务器可谓其最主要的关键单元，而此类服务器的主板则通常由中央处理单元(CPU)、芯片组(Chipsets)、内存等等数据处理数字芯片和其供电电源及必要外围组件所组成。然而随着单位体积内服务器处理能力的提升，也意味着这类数字芯片的数量、集成度亦需随之提升，进而导致空间占用率和功率耗损的提升。因此，系统为这些数字芯片所提供的电源(因为与数据处理芯片同在一块主板上，又称主板电源)，就被期望有更高的效率，更高的功率密度和更小的体积，来支持整个服务器乃至整个数据中心的节能和占用面积的缩减。

由于前述数字芯片的供电要求通常以低电压及大电流实现，而为了减少输出引线的损耗和阻抗影响，多于主板的位置上为其设置直接供电的电源，以尽量靠近数字芯片。因此，这类直接为芯片供电的电源，即被称为点电源(Point of the Load，POL)，其电源的输入则需由其他外加电源所提供。目前服务器主板上点电源典型的输入电压为12V左右。

另一方面，对于分布式的信息终端应用而言，由于构成组件及数字芯片等其必须被集成在很小的空间内并在长时间内持续工作，而且其供电通常是采较低的工作电压实现，通常由3V至5V的电池等电能储放装置提供。因此为其供电的电源对高效率和高功率密度的要求更加迫切。

目前，针对低压直流/直流(DC/DC)转换场合，通常直接使用降压式变换电路(Buckcircuit)来实现，输出0V至5V之间的各种电压给相应的数字芯片。如图1所示，其公开一降压式变换电路的电路图。降压式变换电路包括输入滤波电容器Cin、主开关管Q1、续流管Q2、电感器L以及输出电容器Co。输入滤波电容器Cin是与一电源连接，以接收输入电压Vin。主开关管Q1是进行导通与截止的切换运作，以调整输出电压Vo及输出电流Io。降压式变换电路的输出电压Vo可提供能量给一负载RL，即如数字芯片或中央处理单元(CPU)等。

然而于前述电路中，电感器L无论是损耗还是体积都在转换器中占了相当大的比重。因此，如何提供一个高效率同时又是高空间利用率的电感器，是实现系统高效率高功率密度的重要前提。目前业界典型的电感解决方案有铁粉芯电感，低温共烧陶瓷(LTCC)电感，铁氧体电感等。其中铁粉芯电感由于其损耗较大，不适合于高效率的场合。而LTCC电感由于受层叠压合工艺的限制，金属绕线层的厚度通常较薄，其通流能力有限，只能用在小电流的应用场合。铁氧体电感则有两种形式，一种是将绕组设置在磁芯窗口内，这样会存在安装公差，绕组成型所需的R角等空间浪费，其空间利用率通常较低。

因此，如何发展一种新的磁性组件及其适用的功率模块来解决现有技术所面临的问题，实为本领域所需面对的课题。

发明内容

本公开的目的在于提供一种磁性组件及其适用的功率模块。可优化并整合磁性组件，使功率模块可以实现高效率和高功率密度，有效降低功率模块对系统主板资源的占用，进一步提高功率模块产品的竞争力。

本公开另一目的在于提供一种功率模块。整合优化的磁性组件可依功率模块的应用需求而调变，增加可为设计的变化，进一步优化功率模块的电路特性，同时集合更多功能于功率模块之中。

为达上述目的，本公开提供一种磁性组件，包括第一磁芯、第二磁芯及第一串接绕组。第一磁芯具有第一上表面、第一下表面、第一侧壁、第二侧壁、第一侧壁通孔以及第二侧壁通孔，其中第一侧壁通孔位于第一侧壁，第二侧壁通孔位于第二侧壁。第二磁芯具有第二上表面及第二下表面，且第二上表面或第二下表面至少部分贴附于第一磁芯的第一上表面或第一下表面。第一串接绕组具有第一上层绕组，第一下层绕组、第一侧壁绕组以及第二侧壁绕组，其中第一上层绕组设置于第一上表面，第一下层绕组设置于第一下表面，第一侧壁绕组设置于第一侧壁通孔，第二侧壁绕组设置于第二侧壁通孔。第一上层绕组与第一下层绕组通过第一侧壁绕组连接，第二侧壁绕组连接于第一下层绕组，藉此串接构成第一串接绕组。

为达上述目的，本公开更提供一种功率模块，其包括磁性组件、开关组件及导接垫片组。磁性组件包括至少第一磁芯、第二磁芯及第一串接绕组。第一磁芯具有第一上表面、第一下表面、第一侧壁、第二侧壁、至少一个第一侧壁通孔及至少一个第二侧壁通孔，其中第一侧壁通孔位于第一侧壁，第二侧壁通孔位于第二侧壁。第一串接绕组具有第一上层绕组、第一下层绕组、第一侧壁绕组及第二侧壁绕组。第二磁芯具有第二上表面及第二下表面，且第二上表面或第二下表面至少部分贴附于第一磁芯的第一上表面或第一下表面。第一上层绕组设置于第一上表面，第一下层绕组设置于第一下表面，第一侧壁绕组设置于第一侧壁通孔，第二侧壁绕组设置于第二侧壁通孔，且第一上层绕组与第一下层绕组通过第一侧壁绕组连接，第二侧壁绕组连接于第一下层绕组，藉此串接构成第一串接绕组。开关组件设置于第一磁芯的第一上表面或第一下表面。导接垫片组设置于第一磁芯的第一上表面或第一下表面，且与开关组件电连接。

附图说明

图1显示的是一降压式变换电路的电路图。

图2A显示的是本公开第一较佳实施例的磁性组件的侧视图。

图2B显示的是图2A磁性组件的部分立体结构示意图。

图2C显示的是图2A磁性组件的部分结构俯视图。

图2D显示的是图2A磁性组件的部分结构侧视图。

图3A至3C显示的是本公开较佳实施例的磁性组件的各阶段制造流程示意图。

图4A显示的是本公开第二较佳实施例的磁性组件的侧视图。

图4B显示的是图4A的磁性组件的另一实施态样的侧视图。

图5显示的是本公开第三较佳实施例的磁性组件的侧视图。

图6显示的是本公开第四较佳实施例的磁性组件的俯视图。

图7显示的是本公开第五较佳实施例的磁性组件的侧视图。

图8显示的是本公开第六较佳实施例的磁性组件的侧视图。

图9显示的是本公开第七较佳实施例的磁性组件的侧视图。

图10显示的是本公开第八较佳实施例的磁性组件的侧视图。

图11显示的是本公开第九较佳实施例的磁性组件的侧视图。

图12A至12D显示的是图11的磁性组件各阶段制造流程示意图。

图13显示的是本公开第十较佳实施例的磁性组件的侧视图。

图14显示的是本公开第十一较佳实施例的磁性组件的侧视图。

附图标记说明：

1、1a、1b、1c、1d、1e：磁性组件

11：第一磁芯

111：第一上表面

112：第一下表面

1131：第一侧壁

1132：第二侧壁

1133：第一侧壁通孔

1134：第二侧壁通孔

12：第一串接绕组

121：第一上层绕组

122：第一下层绕组

1231：第一侧壁绕组

1232：第二侧壁绕组

13：绝缘材料层

14：第二磁芯

141：第二上表面

142：第二下表面

1431：第三侧壁通孔

1432：第四侧壁通孔

144：气隙

15：黏结材料

16：绝缘介电层

161：上绝缘介电层

162：下绝缘介电层

17：第二层绕组

171：过孔

172：第二层上绕组

173：上下导接部

174：第二层下绕组

18：第二串接绕组

181：第二上层绕组

182：第二下层绕组

1831：第三侧壁绕组

1832：第四侧壁绕组

19：电连接材料层

2：磁性基板

23：通孔结构

31：电子器件

312：第二电极

314：上表面

315：下表面

32：导接布线

33：键合引线

331：通孔

332：连接组件

333：连接组件

341：第一导接电路

342：第一导接通孔

351：第二导接电路

352：第二导接通孔

36：封装层

37：附加组件

4：非磁性区域

5、5a、5b、5c、5d：磁性组件

Cin：输入滤波电容

Vin：输入电压

Q1：主开关管

Q2：续流管

L：电感

Co：输出电容

Vo：输出电压

RL：负载

具体实施方式

体现本公开特征与优点的一些典型实施例将在后段的说明中详细叙述。应理解的是本公开能够在不同的态样上具有各种的变化，其皆不脱离本公开的范围，且其中的说明及附图在本质上是当作对其进行说明用，而非用于限制本公开。

图2A显示的是本公开第一较佳实施例的磁性组件的侧视图。如图所示，磁性组件1包括第一磁芯11、第二磁芯14及第一串接绕组12。第一磁芯11为I型磁芯，第二磁芯14为U型磁芯。可替换地，第二磁芯14亦可为I型或E型，第一磁芯11可为U型或E型，本公开并不以此为限。于本实施例中，磁性组件1包括至少第一串接绕组12设置于第一磁芯11，且第二磁芯14更至少部分贴附于第一磁芯11而构成磁性组件1。图2B与2C更分别公开图2A的磁性组件的第一磁芯与第一串接绕组的立体结构示意图与俯视图。如图所示，本公开磁性组件1的第一磁芯11具有第一上表面111，第一下表面112、第一侧壁1131、第二侧壁1132、至少一个第一侧壁通孔1133以及至少一个第二侧壁通孔1134，其中第一侧壁通孔1133位于第一侧壁1131，第二侧壁通孔1134位于第二侧壁1132，第一侧壁1131与第二侧壁1132相对。第一串接绕组12具有第一上层绕组121，第一下层绕组122、一第一侧壁绕组1231以及第二侧壁绕组1232，其中第一上层绕组121设置于第一上表面111，第一下层绕组122设置于第一下表面121，第一侧壁绕组1231设置于第一侧壁通孔1133，第二侧壁绕组1232设置于第二侧壁通孔1134。第一上层绕组121与第一下层绕组122通过第一侧壁绕组1231连接，且第二侧壁绕组1232连接于第一下层绕组122，再部分连接至相邻的另一第一上层绕组121，因此通过串接第一上层绕组121、第一侧壁绕组1231、第一下层绕组122以及第二侧壁绕组1232可架构为第一串接绕组12。第二磁芯14具有第二上表面141及第二下表面142。本公开并不限制第一磁芯11与第二磁芯14的接合方式。第二磁芯14的第二下表面142至少部分贴附于第一磁芯11的第一上表面111。于本实施例中，第二磁芯14的第二下表面142则可通过一黏结材料15而至少部分贴附于第一磁芯11的第一上表面111，即如图2A所示。而该黏结材料15可由相对磁导率接近于1的非导磁材料或相对磁导率大于1的导磁材料所构成，本公开并不以此为限。可替换地，于其他实施例中，第二磁芯14并不限于U型者，其他如I型或E型者亦可适用于本公开。于前述实施例中，第一串接绕组12均可通过第一上层绕组121，第一下层绕组122、第一侧壁绕组1231及第二侧壁绕组1232于第一磁芯11的不同线路密度的串接而实现不同绕组匝数。可替换地，该第一串接绕组12可仅由第一上层绕组121、第一侧壁绕组1231及第二侧壁绕组1232所构成，而成为一单匣绕组结构，本公开并不以此为限。于实际应用时，磁性组件1的第一串接绕组11更可与一外部器件/载板(未公开)组配连接。其组配连接方式可通过第一串接绕组12的两导接端先分别连接至一个焊盘(未公开)，再通过该焊盘而与外部器件/载板相连。亦可由第一串接绕组12的第一上层绕组121、第一下层绕组122、第一侧壁绕组1231或第二侧壁绕组1232直接对应连接至外部器件/载板，导接处并不受限于单一表面。更甚者，可由临近第一上表面111或第一下表面112的第一侧壁绕组1231或第二侧壁绕组1232直接对应连接至外部器件，于临近第一上表面111或第一下表面112的第一侧壁绕组1231或第二侧壁绕组1232均具弧形表面，可提供更大的连接面积，同时也节省了专门的连接空间，当然本公开并不以此为限。

第一磁芯11及第二磁芯14则可由铁氧体、磁粉胶、铁粉芯、低温共烧磁性材料或金属导磁材料所构成，且两者并不限于需由同一种材料所构成，第一磁芯11及第二磁芯14的构成材料可依据电气性能的需求而自己搭配选用，本公开并不以此为限。另，第一磁芯11及第二磁芯14两块磁芯通过黏结材料15贴合成的磁性组件，即可通过调整黏结材料15的高度而调整磁性组件参数，如电感量，进而增加可为设计的变化。

于一些实施例中，为增加的第一磁芯11及第二磁芯14的绝缘性质或对于第一磁芯11与第一串接绕组12之间的耐压要求比较高时，可于第一磁芯11的第一上表面111、第一下表面112、多个第一侧壁通孔1133及多个第二侧壁通孔1134的表面与第二磁芯14的第二上表面141及第二下表面142先行包覆一绝缘材料层。图2D是公开图2A中第一磁芯与第一串接绕组的另一较佳实施态样的侧视图。于本实施例中，第一磁芯11更具有一绝缘材料层13，设置于第一上表面111、第一下表面112、多个第一侧壁通孔1133及多个第二侧壁通孔1134之上，以隔绝第一磁芯11与第一串接绕组12。其中绝缘材料层13的形成可通过例如但不限于层压、印刷、浸渍、喷涂、气相沉积等方式实现。而第一侧壁通孔1133及第二侧壁通孔1134表面的绝缘材料层13除了可以前述方式实现外，更可于通孔结构填埋绝缘材料后再通过钻孔或截切而形成，本公开并不以此为限。同样地，第二磁芯14亦可为相同的应用，于此不再赘述。

于一些实施例中，前述实施例中的第一串接绕组12的金属化层依附于第一磁芯11。于一些实施例中，本公开的磁性组件1中，第一串接绕组12与第一磁芯11的构成更可通过整合的工艺而一并量产制得。图3A至3C显示的是本公开较佳实施例的磁性组件的各阶段制造流程示意图。首先提供一具较大面积的磁性基板2，该磁性基板2的尺寸远大于需构成磁性组件1的尺寸，于本实施例中，该磁性基板2可构成2×2＝4组磁性组件1，即图3A中每一虚线框选的区域即为磁性组件1的构成区域。然后，于多个第一侧壁通孔1133与多个第二侧壁通孔1134所构成的位置上，通过例如但不限于机械钻孔、激光钻孔、喷砂钻孔、水刀钻孔、化学蚀刻、等离子蚀刻等物理或化学的方法形成多个通孔结构23。接着，再通过例如但不限于化学镀、溅射沉积等方法在磁性基板2的上下表面形成一上层金属化层及一下层金属化层(未图示)。于本实施例中，该上层金属化层及下层金属化层并不限定为单一材料或者单一层数所构成者，两者均可以根据不同功能需求被设置成多层，以增加结合力或防止相邻材料之间发生相互反应，本公开并不以此为限。随后，通过例如但不限于铜的金属电镀的方式，即可于多个通孔结构23内形成导电通孔(未图示)，同时增加上层金属化层及下层金属化层的厚度。于本实施例中，导电通孔、上层金属化层及下层金属化层的较佳厚度范围为5微米至300微米，可提供极佳的导电导热性质。接着，通过掩模显影蚀刻工艺，即可分别通过在一掩膜保护下，对上层金属化层及下层金属化层进行选择性蚀刻，进而定义出所需的多组第一上层绕组121及第一下层绕组122的线路图形，如图3B所示。最后，沿虚线截切即获致4个第一磁芯11，如图3C所示。每一第一磁芯11均具独立的第一串接绕组12，且每个第一串接绕组12均包括第一上层绕组121及第一下层绕组122通过第一侧壁绕组1231连接，以及第二侧壁绕组1232连接至第一下层绕组122而以串接方式构成于第一磁芯11。于本实施例中，第一磁芯11的第一侧壁1131上多个第一侧壁绕组1231或第二侧壁1132上多个第二侧壁绕组1232均沿通孔结构23而截切构成，于大量同步生产时除可简化工艺外，更可避免磁性组件于空间利用上的浪费。需要说明的是，设置于第一侧壁1131的第一侧壁通孔1133与设置于第二侧壁1132的多个第二侧壁通孔1134并不限定于如图3A-3C所示为彼此对称且孔径一致的通孔结构。于某些实施例中，第一侧壁通孔1133与第二侧壁通孔1134可为彼此不对称且孔径相异的通孔结构，而仅需于后续切割时通过采用合适厚度的切割刀片，便得以于第一侧壁1131与第二侧壁1132形成并曝露出所需的第一侧壁通孔1133与第二侧壁通孔1134的结构。由前述实施例的制造流程可知，若于一块磁芯上通过完整钻孔的通孔而非侧壁通孔连接时，完整钻孔的通孔于金属化工艺后形成绕组的电感，在满足相同电感量以及平面尺寸的情况下，会产生不必要的磁芯空间浪费。此外本公开的磁性组件1更可同步整合第一磁芯11及第二磁芯14。同样在满足相同电感量以及平面尺寸的情况下，单块磁芯的厚度将会是两块磁芯的两倍。因此单块磁芯结构除了会增加磁芯钻孔的难度外，其完整钻孔的通孔亦将受电镀工艺限制的影响，若采用单块厚磁芯结构时将会明显增加钻孔直径，而引起空间的浪费。

于本实施例中，当第一磁芯11上的第一串接绕组12的电路构成完成后，可以直接根据需要而以裁切方式分离后再与第二磁芯14贴合而获致多组磁性组件1。于其他实施例中，亦可将多组第二磁芯14对应架构完成第一串接绕组12的第一磁芯11而先行组配于磁性基板2上，完成组装后再进行裁切分割成多个独立的磁性组件1。

图4A显示的是本公开第二较佳实施例的磁性组件的侧视图。于本实施例中，该磁性组件1a是与图2A所示的磁性组件1相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图2A所示的磁性组件1，本实施例的磁性组件1a还包括一绝缘介电层16以及一第二层绕组17。第二磁芯14通过第二层绕组17及绝缘介电层16上方的黏结材料15而贴附于第一磁芯11。绝缘介电层16是设置于第一串接绕组12之上。第二层绕组17则设置于绝缘介电层16之上，且连接至第一上层绕组121以使该第二层绕组17可并联或串联至该第一串接绕组12。如图4A所示，绝缘介电层16至少部分设置于第一磁芯11的第一上表面111且覆盖第一串接绕组12的第一上层绕组121。第二层绕组17至少部分设置于绝缘介电层16上，并通过一通孔171而与第一串接绕组12并联连接。可替换地，于另一实施态样，如图4B所示，绝缘介电层16更具有上绝缘介电层161及下绝缘介电层162，分别至少部分设置于第一磁芯11的第一上表面111及第一下表面112，且分别覆盖第一串接绕组12的第一上层绕组121及第一下层绕组122。第二层绕组17则具有第二层上绕组172及第二层下绕组174，分别至少部分设置于绝缘介电层16的上绝缘介电层161及下绝缘介电层162上。第二层绕组17更具有一上下导接部173，连接第二层上绕组172及第二层下绕组174而构成第二层绕组17，并与第一串接绕组12串联连接。其中上下导接部173并不限于以通过第一磁芯11的通孔或通过第一磁芯11的侧壁的导接线路所构成。当然，于实际应用时，第二层下绕组174亦可直接设置于第一磁芯11的第一下表面112，并不与第一下层绕组122有所交迭。同时上下导接部173可设置于第一磁芯11的第一侧壁1131及第二侧壁1132，并不与第一侧壁绕组1231及第二侧壁绕组1232有所交迭。若第一磁芯11的第一下表面112的空间较小时，则可将位于第一磁芯11的第一下表面112的第一串接绕组12的第一下层绕组122和第二层绕组17的第二层下绕组174都以较细的布线构成，上下导接部173、第一侧壁绕组1231及第二侧壁绕组1232亦同，本公开并不以此为限，且不再赘述。当第二层绕组17与第一串接绕组12并联时，可增加磁性组件1a的通流能力减小绕组损耗。而当第二层绕组17与第一串接绕组12串联时，可增加磁性组件1a中绕组的匝数。于其他实施例中，第二层绕组17与第一串接绕组12的布线设计更可进行混合式连接，本公开并不以此为限。

图5显示的是本公开第三较佳实施例的磁性组件的侧视图。于本实施例中，该磁性组件1b是与图2A所示的磁性组件1相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图2A所示的磁性组件1，本实施例的磁性组件1b更具有一第二串接绕组18设置于第二磁芯14上。其中第二串接绕组18具有第二上层绕组181、第二下层绕组182、第三侧壁绕组1831及第四侧壁绕组1832。第二上层绕组设置181于第二磁芯14的第二上表面141。第二下层绕组182设置于第二磁芯14的第二下表面142。第三侧壁绕组1831设置于第二磁芯14的第三侧壁通孔1431。第四侧壁绕组1832设置于第二磁芯14的第四侧壁通孔1432。第二上层绕组181与第二下层绕组182通过第三侧壁绕组1831连接，且第四侧壁绕组1832更连接至第二下层绕组182，而以串接方式构成第二串接绕组18。其中第二磁芯14上的第二串接绕组18可通过一电连接材料层19而导接至第一磁芯11上的第一串接绕组12。当第二串接绕组18与第一串接绕组12并联连接时，可增加磁性组件1b的通流能力减小绕组损耗。当第二串接绕组18与第一串接绕组12串联连接时，可增加磁性组件1b中绕组的匝数。可替换地，第二串接绕组18与第一串接绕组12的布线设计更视需要而进行混合式连接，本公开并不以此为限。于本实施例中，第二磁芯14同样通过一黏结材料15而贴附于第一磁芯11。同样的，类似图2D所示的于第一磁芯11的第一上表面111、第一下表面112、多个第一侧壁通孔1133及多个第二侧壁通孔1134的表面先行包覆一绝缘材料层。第二磁芯14的第二上表面141、第二下表面142、第三侧壁通孔1431及第四侧壁通孔1432的表面亦先行包覆一绝缘材料层，以隔绝第二磁芯14与第二串接绕组18。同样的，类似图4所示的绝缘介电层16设置于第一串接绕组12之上。第二层绕组17则设置于绝缘介电层16之上，且连接至第一上层绕组121以使该第二层绕组17可并联或串联至该第一串接绕组12。第二串接绕组18之上亦设置一绝缘介电层。第三层绕组则设置于绝缘介电层之上，且连接至第二上层绕组181以使该第三层绕组可并联或串联至该第二串接绕组18。

由于前述实施例中，磁性组件1均采用第一磁芯11或第二磁芯14做为线路载板，故可减少使用不必要的结构支撑组件避免空间利用的损失。另一方面，为避免磁性干扰的问题，除了可于第一磁芯11及第二磁芯14上集合屏蔽层进行保护外，亦可于第一磁芯11及第二磁芯14上构成一非磁性区域。图6显示的是本公开第四较佳实施例的磁性组件的仰视图。于本实施例中，该磁性组件1c是与图2A所示的磁性组件1相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图2A所示的磁性组件1，其结构于第一磁芯11上还包括一非磁性区域4。而其构成方式是于第一磁芯11先形成一空心贯通区域后，再行填具绝缘材料而成。该非磁性区域4同样可布设电路或穿孔，以搭载对于磁性敏感的电气回路或其他电子器件。

另一方面，本公开第二磁芯14的构成材料可不同于第一磁芯11者。图7显示的是本公开第五较佳实施例的磁性组件的侧视图。于本实施例中，该磁性组件1d是与图4所示的磁性组件1a相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图4所示的磁性组件1a，本实施例中的第二磁芯14是由一磁性胶体材料所构成，其可直接通过例如但不受限于印刷等方式设置于已构成有第一串接绕组12的第一磁芯11的第一上表面111上。前述磁性胶体材料可利用有机材料做为基体而混入导磁材料所构成，同时兼具良好的成型性及磁特性，亦可通过加热方式实现固化。于一些实施例中，磁性胶体材料构成的第二磁芯14上更可进行布设更多的串接绕组或完成其他功能组件的布线，于此不再赘述，本公开也不以此为限。

图8显示的是本公开第六较佳实施例的磁性组件的侧视图。于本实施例中，该磁性组件1e是与图4所示的磁性组件1a相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图4所示的磁性组件1a，本实施例中的第二磁芯14更具有多个气隙144。由于磁性组件1e的磁性构成包括第一磁芯11及第二磁芯14。其中第一磁芯11的构成可与前述实施例均相似，或第一磁芯11亦可具有多个气隙144。于本实施例中，第一磁芯11和/或第二磁芯14的多个气隙144更具调整磁性组件参数的作用。

前述的实施例中的磁性组件均可适用于一功率模块中。图9显示的是本公开第七较佳实施例的磁性组件的侧视图。于本实施例中，磁性组件5还包括电子器件31以及导接布线32。本实施例中电子器件31设置于第二磁芯14的第二上表面141，同时电连接至第二磁芯14的第二上表面141的导接布线32上。于本实施例中，电子器件31是通过连接组件333而以覆晶方式贴合于导接布线32上，本公开并不以此为限。导接布线32可为第二磁芯14的第二上表面141的一金属线。此外，导接布线32亦可还包括第二导接电路351以及设置于第二导接通孔352内的导接电路，第二导接电路351设置于第二磁芯14的第二上表面141及第二下表面142，并通过设置于第二磁芯14的第二导接通孔352而上下导接。于本实施例中，导接布线32亦可包括第一导接电路341及第一导接通孔342内的导接电路，第一导接电路341设置于第一磁芯11的第一上表面111及第一下表面112，并通过设置于第一导接通孔342内的导接电路而上下导接。于一实施例中，第二导接电路351以及设置于第二导接通孔352内的导接电路可为第二串接绕组18的一部分，第一导接电路341及设置于第一导接通孔342内的导接电路可为第一串接绕组12的一部分。第一导接电路341是通过电连接材料层19与第二导接电路351电连接。因此，电子器件31即可整合于磁性组件5内。于本实施例中，电子器件31位于第二磁芯14的第二上表面141。于其它实施例中，电子器件31亦可位于第二磁芯14的第二下表面142，第一磁芯11的第一上表面111或第一磁芯11的第一下表面112。于本实施例中，电子器件31一并整合于第一磁芯11与第二磁芯14构成的磁性组件中，故可有效降低电源功率模块对系统主板资源的占用，进一步提高电源功率模块产品的竞争力。

图10显示的是本公开第八较佳实施例的磁性组件的侧视图。于本实施例中，该磁性组件5a是与图9所示的磁性组件5相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图9所示的磁性组件，本实施例的磁性组件包括需以一封装层36进行包覆封装的电子器件31及导接布线32。磁性组件的电子器件31，设置于第二磁芯14的第二上表面141，同时通过例如但不限于键合引线33电连接至第二磁芯14的第二上表面141的导接布线32上。由于第二磁芯14具结构强度，同时具低热膨胀系数，且材料性质与构成电子器件31的硅材料相近，故可将电子器件31、键合引线33与导接布线32而封装整合于第二磁芯14上，藉以进一步提高功率模块的功率密度。

图11显示的是本公开第九较佳实施例的磁性组件的侧视图。图12A至12D则是公开图11的磁性组件各阶段制造流程示意图。于本实施例中，该磁性组件5b是与图9所示的磁性组件5相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图9所示的磁性组件5，本实施例的磁性组件5b包括一嵌入式的电子器件31。首先，如图12A所示，将电子器件31贴合于已构成有第二导接电路351及第二导接通孔352的第二磁芯14的第二上表面141，其中第二导接电路351及第二导接通孔352构成于第二磁芯14的方法近似于图3A至3C中第一上层绕组121、第一下层绕组122及第一侧壁绕组1231构成于第一磁芯11的方法，于此不再赘述。接着，通过例如但不限于热压方式，于第二磁芯14的第二上表面141上形成一封装层36，且覆盖于电子器件31之上，如图12B所示。随后，通过例如但不限于激光钻孔的方式，形成通孔331而使第二导接电路351及电子器件31的第一电极得以部分裸露。接着，再通过例如但不限于溅射、电镀等金属化的方式形成的金属布线，填具通孔331，同时构成连接组件332的结构，如图12D所示。最后，通过黏结材料15，将前述构成有嵌入式电子器件31的第二磁芯14再与构成有第一串接绕组12、第一导接电路341及第一导接通孔342的第一磁芯11贴合，其中第一导接电路341同样通过电连接材料层19而电连接至第二导接电路351。于本实施例中，电子器件31的整合是采嵌入式布线方式实现，故更利于多层布线的实施，可进一步优化电路特性，同时集合更多功能。例如EMI遮蔽保护功能等，本公开并不以此为限。

图13显示的是本公开第十较佳实施例的磁性组件的侧视图。于本实施例中，该磁性组件5c是与图11所示的磁性组件相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图11所示的磁性组件，本实施例的磁性组件的嵌入式的电子器件1是整合于第一磁芯11的第一下表面112。另外，相较于前述实施例，本实施例的第二磁芯14的第二上表面141上所布设的第二导接电路351更具弹性，可另行搭载更多的附加组件37，例如电阻、电容、控制芯片、驱动芯片或功率组件等，本公开并不以此为限。

图14显示的是本公开第十一较佳实施例的磁性组件的侧视图。于本实施例中，该磁性组件5d是与图11所示的磁性组件相似，且相同的组件标号代表相同的组件、结构与功能，于此不再赘述。不同于图11所示的磁性组件，本实施例的磁性组件的嵌入式的电子器件31除了通过导接于其上表面314的连接组件332输入或输出外，还包括至少一第二电极312供以输入或输出。其中第二电极312设置于该电子器件31的下表面315而相对于第二磁芯14的第二上表面141，并通过连接组件333电连接于第二磁芯14的第二上表面141的导接布线32上。换言之，电子器件31包括上表面314以及与上表面314相对的下表面315，且下表面315与第二磁芯14的第二上表面141相邻。如本实施例中，电子器件31的第一电极(未图示)设置于上表面314，并通过连接组件332而导接至第二磁芯14的第二上表面141的导接布线32；而电子器件31的第二电极312设置于下表面315则可直接导接至第二磁芯的第二上表面的导接布线32。电子器件31可为一开关器件，如一可控的开关组件(MOSFET，SiC MOSFET，GaNHEMET，IGBT等)或不可控的开关组件(如二极管)。该开关器件可为一平面型器件或一垂直型器件。另，在一实施例中，电子器件可为一裸芯片。

综上所述，本公开提供一种磁性组件及使用该磁性组件的功率模块，其利用磁芯做为布线的载板，除可利用串联或并联连接布设不同的绕组以增加绕组的匝数或减小绕组损耗外，更可提供结构支撑功能而一并将功率模块中不同功能的绝缘材料层封装整合至磁芯所构成的磁性组件上，以有效降低电源功率模块对系统主板资源的占用，进一步提高电源功率模块产品的竞争力。此外，利用侧壁通孔串接而于磁芯结构上形成至少一绕组，除可于一大面积的磁性基板上一并同步产制多个磁性组件，藉以简化工艺外，侧壁通孔的结构应用更可避免磁性组件于空间利用上的浪费。另一方面，两块磁芯构成的磁性组件结构更可依据功率模块的应用需求而调变两块磁芯之间的黏结材料的高度，进而调整磁性组件的参数性能，并增加可为设计的变化。同时多重表面空间的提供亦有助于多层布线的施行，更可进一步优化电路特性，同时集合更多功能于功率模块之中。针对降压式变换电路而言，于不同应用的实施例中，其开关组件与电感器的配合并不受限，即可多组开关组件配合一个电感器、一组开关组件配合多个电感器或多组开关组件配合多个电感器，通过本公开功率模块中绕组、导接电路、导接穿孔及绝缘材料层的调变设计均得以整合。其中于多个电感器的应用实施例中，可通过图形的设计而分别现实多个独立电感或是耦合电感。

本公开得由本领域技术人员任施匠思而为诸般修饰，然皆不脱如附权利要求所欲保护者。

Claims (24)

1.一种功率模块，其包括：

一磁性组件，具有至少一上表面、至少一下表面以及至少一串接绕组，其中该至少一上表面相对于该至少一下表面；以及

一电子器件，设置于该磁性组件的该至少一上表面或该至少一下表面，且通过一导接布线电连接至该至少一串接绕组，其中该电子器件位于该磁性组件的该至少一上表面或至少一下表面的投影包络内。

2.如权利要求1所述的功率模块，其中该磁性组件包括：

一第一磁芯，具有一第一上表面，一第一下表面，一第一侧壁，一第二侧壁，至少一个第一侧壁通孔及至少一个第二侧壁通孔，其中该第一侧壁通孔位于该第一侧壁，该第二侧壁通孔位于该第二侧壁，该第一侧壁与该第二侧壁相对；

一第二磁芯，具有一第二上表面及一第二下表面，该第二磁芯的该第二下表面至少部分通过一粘结材料贴附于该第一磁芯的该第一上表面；以及

至少一第一串接绕组，具有一第一上层绕组，一第一侧壁绕组及一第二侧壁绕组，其中该第一上层绕组设置于该第一上表面，该第一侧壁绕组设置于该第一侧壁通孔，该第二侧壁绕组设置于该第二侧壁通孔，且该第一上层绕组与该第一侧壁绕组及该第二侧壁绕组连接而构成该第一串接绕组。

3.如权利要求2所述的功率模块，其中该第一串接绕组还包括一第一下层绕组，设置于该第一磁芯的该第一下表面，且该第一上层绕组与该第一下层绕组通过该第一侧壁绕组连接，该第二侧壁绕组连接于该第一下层绕组，藉此以串接方式构成该第一串接绕组。

4.如权利要求2所述的磁性组件，其中该第一磁芯或该第二磁芯还包括至少一个气隙。

5.如权利要求2所述的功率模块，其中该第一磁芯或该第二磁芯还包括一贯通区域，并填具有一非磁绝缘材料，以形成一非磁性区。

6.如权利要求2所述的功率模块，其中该第一磁芯具有一绝缘材料层，包覆于该第一上表面、该第一下表面、该第一侧壁通孔及该第二侧壁通孔，以隔绝该第一磁芯与该第一串接绕组。

7.如权利要求2所述的功率模块，其中该磁性组件还包括：

一绝缘介电层，设置于该第一串接绕组之上；以及

一第二层绕组，设置于该绝缘介电层之上，且并联或串联至该第一串接绕组。

8.如权利要求2所述的功率模块，其中该第二磁芯为一磁性胶层，设置于该第一磁芯的该第一上表面。

9.如权利要求2所述的功率模块，其中该第一串接绕组具有一金属化层，该金属化层依附于第一磁芯。

10.如权利要求2-9中任一项所述的功率模块，其中该第二磁芯还包括有一第三侧壁、一第四侧壁、至少一个第三侧壁通孔及至少一个第四侧壁通孔，其中该第三侧壁通孔位于该第三侧壁，该第四侧壁通孔位于该第四侧壁，该第三侧壁与该第四侧壁相对。

11.如权利要求10所述的功率模块，其中该第二磁芯还包括一第二串接绕组，该第二串接绕组具有一第二上层绕组、一第二下层绕组、一第三侧壁绕组及一第四侧壁绕组，该第二上层绕组设置于该第二磁芯的该第二上表面，该第二下层绕组设置于该第二磁芯的该第二下表面，该第三侧壁绕组设置于该第二磁芯的该第三侧壁通孔，该第四侧壁绕组设置于该第二磁芯的该第四侧壁通孔，且该第二上层绕组与该第二下层绕组通过该第三侧壁绕组连接，第四侧壁绕组连接于该第二下层绕组，藉此以串接方式构成该第二串接绕组。

12.如权利要求11所述的功率模块，其中该第二磁芯具有一绝缘材料层，包覆于该第二上表面、该第二下表面、该第三侧壁通孔及该第四侧壁通孔，以隔绝该第二磁芯与该第二串接绕组。

13.如权利要求11所述的功率模块，其还包括：

一绝缘介电层，设置于该第二串接绕组之上；以及

一第二层绕组，设置于该绝缘介电层之上，且并联或串联至该第二串接绕组。

14.如权利要求11所述的功率模块，其中该磁性组件还包括一电连接材料层，设置于第一串接绕组与该第二串接绕组之间，使该第一串接绕组与该第二串接绕组并联或串联连接。

15.如权利要求2所述的功率模块，其中该导接布线设置于该第一磁芯的该第一上表面或该第一下表面或者设置于该第二磁芯的该第二上表面或该第二下表面之上，且与该电子器件电连接。

16.如权利要求15所述的功率模块，其中该电子器件设置于该第一磁芯的该第一上表面或该第一下表面或者设置于该第二磁芯的该第二上表面或该第二下表面之上，且该磁性组件还包括一绝缘封装层，覆盖于该电子器件，且该电子器件通过一键合引线连接设置于该第一磁芯或该第二磁芯上的该导接布线。

17.如权利要求15所述的功率模块，其中该电子器件设置于该第一磁芯或该第二磁芯上，且该功率模块还包括一绝缘封装层，覆盖于该电子器件并暴露该电子器件的一第一电极及设置于该第一磁芯上或该第二磁芯上的该导接布线，并通过一金属布线连接该第一电极与该第一磁芯上或该第二磁芯上的该导接布线。

18.如权利要求17所述的功率模块，其中该电子器件还包括一第二电极，该第二电极设置于该电子器件的与该第一磁芯或该第二磁芯相邻的一侧上，且该第二电极连接设置于该第一磁芯上或该第二磁芯上的该导接布线。

19.如权利要求15所述的功率模块，其中该电子器件为裸芯片。

20.如权利要求1所述的功率模块，其中该功率模块还包括：

一封装层，设置于该磁性组件的该至少一上表面或该至少一下表面，覆盖于该电子器件之上，且部份裸露该至少一串接绕组及该电子器件的一电极；以及

其中该导接布线包括至少一导接孔及至少一第一金属化布线层，该至少一第一金属化布线层设置于该封装层上，该至少一导接孔连接该至少一第一金属化布线层至该电子器件的该电极与该至少一串接绕组。

21.一种功率模块的制造方法，包括步骤：

(a)提供一磁性组件，其中该磁性组件具有至少一上表面、至少一下表面以及至少一串接绕组，其中该至少一上表面相对于该至少一下表面；

(b)将一电子器件设置于该磁性组件的该至少一上表面或该至少一下表面，其中该电子器件位于该磁性组件的该至少一上表面或至少一下表面的投影包络内；以及

(c)形成一导接布线，电连接该电子器件与该至少一串接绕组。

22.如权利要求21所述的功率模块的制造方法，其中该步骤(c)还包括步骤：

(c1)形成一封装层，设置于该磁性组件的该至少一上表面或该至少一下表面，覆盖于该电子器件之上，且部份裸露该至少一串接绕组及该电子器件的一电极；以及

(c2)形成至少一导接孔及至少一第一金属化布线层，组配形成该导接布线，该至少一导接孔连接该至少一第一金属化布线层至该电子器件与该至少一串接绕组。

23.如权利要求22所述的功率模块的制造方法，其中该步骤(c1)通过一激光钻孔的方式形成至少一通孔，以部份裸露该至少一串接绕组或该电子器件的该电极。

24.如权利要求23所述的功率模块的制造方法，其中该步骤(c2)通过一溅射或电镀的金属化的方式填具该通孔，以构成该导接布线。