CN112992476B - 变压器，以及封装模块 - Google Patents

变压器，以及封装模块 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种变压器及封装模块。所述变压器包括至少一个磁芯；以及基板，其内部包括平面绕组；其中，所述基板与至少一个所述磁芯叠层设置。由于封装基板的厚度很薄，且磁芯的厚度可以做到较薄，因此整个变压器的厚度可以做到很薄，以减小变压器的体积。在本发明中，变压器可以根据开关频率的大小调整磁芯的厚度。所述封装模块包括所述变压器与封装底板，其中，所述封装底板与所述变压器层叠设置。由于所述变压器很薄且所述封装底板与所述变压器层叠设置，整个封装模块仍然很薄，因此可以减小整个封装模块所占的面积。

Description

变压器，以及封装模块
技术领域
本发明涉及一种半导体技术，更具体地说，涉及一种变压器，以及一种封装模块。
背景技术
磁性元件与封装工艺结合一直是电源模组发展的一个重要问题。目前，多通过表面贴装技术(SMT)将磁性元件(如：变压器)焊接到内部包封有晶片的封装底板上(如图1所示)。随着开关频率的逐步提升，绕线式结构变压器由于制造工艺限制，其体积已经不容易随着开关频率的提升而减小。为此，本发明提供了一种变压器及封装模块，以减小变压器的体积从而同时减小包含所述变压器的封装模块的体积。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种变压器，以及封装模块，以减小变压器以及封装模块的体积。
根据本发明的第一方面，提供一种变压器，包括：至少一个磁芯；以及基板，其内部包括平面绕组；其中，所述基板与至少一个所述磁芯叠层设置。
优选地，所述基板的至少部分上表面被所述磁芯暴露。
优选地，所述变压器根据开关频率调整所述磁芯厚度。
优选地，所述开关频率越大，所述磁芯的厚度可设置的越薄。
优选地，所述变压器包括一个磁芯，所述一个磁芯位于所述基板的下表面，所述基板的上表面包括第一焊盘，所述基板的上表面和下表面相对。
优选地，所述变压器包括两个磁芯，所述两个磁芯分别位于所述基板的上表面和下表面，所述基板的上表面和下表面相对。
优选地，位于所述基板的上表面的磁芯的水平面积小于位于所述基板的下表面的磁芯的水平面积。
优选地，所述基板被位于其上表面的所述磁芯暴露的区域包括第一焊盘。
优选地，所述基板被设置为PCB绕组。
优选地，所述PCB绕组通过在PCB板的上表面和下表面覆金属材料形成。
优选地，所述金属材料优选为铜。
优选地，通过RDL工艺在PCB板的上表面和下表面形成所述金属材料。
优选地，所述PCB绕组至少包括4层绕组层。
优选地，所述平面绕组包括原边绕组与副边绕组，其在所述基板的上表面的边缘区域出线，以连接至所述第一焊盘。
优选地，所述磁芯形状为长方形或圆形或多边形。
优选地，所述磁芯材料为铁氧体或磁粉芯材料。
根据本发明的第二方面，提供一种封装模块，包括：任一上述所述的变压器；以及封装底板，其内部包封有晶片；其中，所述封装底板与所述变压器叠层设置，所述封装底板的上表面与所述变压器的磁芯接触。
优选地，所述封装底板的上表面的表面面积大于所述变压器下表面的表面面积。
优选地，所述封装底板的上表面包括第二焊盘。
优选地，包封所述封装底板和所述变压器以形成第一包封体。
优选地，所述封装底板的所述第二焊盘通过引线键合与所述变压器的第一焊盘连接。
优选地，所述第一包封体内填充有磁性粉末，以增加所述变压器磁通量以及屏蔽杂散磁通量。
综上所述，本发明公开了一种变压器及一种封装模块。所述变压器包括至少一个磁芯；以及基板，其内部包括平面绕组；其中，所述基板与至少一个所述磁芯叠层设置。由于封装基板的厚度很薄，且磁芯的厚度可以做到较薄，因此整个变压器的厚度可以做到很薄，以减小变压器的体积。所述封装模块包括所述变压器与封装底板，其中，所述封装底板与所述变压器层叠设置。在本发明中，由于所述变压器很薄且所述封装底板与所述变压器层叠设置，整个封装模块仍然很薄，因此可以减小整个封装模块所占的面积。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为现有技术的包含变压器的封装模块的结构示意图；
图2为本发明提供的第一种变压器的结构示意图；
图3a-3b图为本发明提供的变压器基板相关的结构示意图；
图4为本发明提供的第二种变压器的结构示意图；
图5为本发明提供的第一种封装模块的结构示意图；
图6为本发明提供的第二种封装模块的结构示意图。
具体实施方式
以下基于实施例对本发明进行描述，但是本发明并不仅仅限于这些实施例。在下文对本发明的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本发明。为了避免混淆本发明的实质，公知的方法、过程、流程、元件和电路并没有详细叙述。
此外，本领域普通技术人员应当理解，在此提供的附图都是为了说明的目的，并且附图不一定是按比例绘制的。
同时，应当理解，在以下的描述中，“电路”是指由至少一个元件或子电路通过电气连接或电磁连接构成的导电回路。当称元件或电路“连接到”另一元件或称元件/电路“连接在”两个节点之间时，它可以是直接耦接或连接到另一元件或者可以存在中间元件，元件之间的连接可以是物理上的、逻辑上的、或者其结合。相反，当称元件“直接耦接到”或“直接连接到”另一元件时，意味着两者不存在中间元件。
除非上下文明确要求，否则整个说明书和权利要求书中的“包括”、“包含”等类似词语应当解释为包含的含义而不是排他或穷举的含义；也就是说，是“包括但不限于”的含义。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。此外，在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
图2为本发明提供的第一种变压器的结构示意图。具体地，变压器10包括第一磁芯101、第二磁芯102以及基板103。在本发明提供的第一种变压器中，基板103内部包括平面绕组，其中，所述平面绕组包括原边绕组与副边绕组，基板103与第一磁芯101、第二磁芯102叠层设置，其中，基板103的侧面被第一磁芯101、第二磁芯102暴露。具体地，第一磁芯101位于基板103上表面，第二磁芯102位于基板103下表面，其中，第一磁芯101的水平面积小于第二磁芯102的水平面积，基板103的上表面与下表面相对，基板103内部平面绕组通过位于基板103上表面的第一焊盘出线。其中，所述第一焊盘包括两个原边焊盘104a与两个副边焊盘104b，其分别与原边绕组和副边绕组引线端子连接。在本发明提供的第一种变压器中，优选地，所述第一焊盘位于被第一磁芯101暴露的基板边缘区域。
在本发明提供的第一种变压器中，基板103的侧面被第一磁芯101、第二磁芯102暴露，在其他变压器中，所述基板的侧面也可被磁芯包围，在此并不做任何限制。在其他变压器中，所述第一焊盘也可位于所述基板的侧面，在此并不做任何限制。
在本发明提供的第一种变压器中，可选地，变压器10可以根据开关频率的大小调整第一磁芯101、第二磁芯102的厚度。其中，开关频率越大，磁芯的厚度可设置的越薄。可选地，第一磁芯101、第二磁芯102形状为长方形，圆形，多边形等。在本发明提供的第一种变压器中，第一磁芯101、第二磁芯102形状为长方形。可选地，第一磁芯101、第二102材料为铁氧体或磁粉芯材料。优选地，第一磁芯101、第二102材料为铁氧体。
在本发明提供的第一种变压器中，基板103被设置为在PCB板上覆金属材料以形成的PCB绕组。优选地，所述金属材料为铜。可选地，所述PCB绕组至少包括四层绕组。在本发明提供的第一种变压器中，以所述PCB绕组包含四层绕组为例进行阐述。
具体地，基板103包含两个PCB板，分别为第一PCB板以及第二PCB板。所述原边绕组形成于第一PCB板，所述副边绕组形成于第二PCB板，每层PCB板通过RDL工艺分别在其上下表面覆金属材料形成两层绕组。
在其他的变压器中，可以根据具体的变压器要求或者结构要求来选择所述PCB绕组包括几层绕组，包括几个PCB板，在此并不做限制。
图3a为其中一个PCB绕组的示意图。如图3a所示，在PCB板111的上下表面分别覆金属以形成两层绕组，其中，所述绕组是通过RDL工艺形成在所述PCB板的表面。所述两层绕组通过PCB板中的过孔107连接，所述PCB绕组通过其上表面两个焊盘出线。其中，所述焊盘包括焊盘104a1及焊盘104a2。焊盘104a1与PCB板111上表面绕组连接；焊盘104a2通过过孔108与PCB板111下表面绕组连接。所述另一PCB绕组的形成方式与其类似，在此不再赘述。
其中，在两个PCB绕组之间还填充有绝缘介质，例如，FR-4材料。两个PCB绕组通过在所述绝缘介质中形成导电通道而实现电连接。
图3b为基板103结构示意图。如图3b所示，所述第一PCB板与所述第二PCB板按上述方式形成四层绕组，具体地，每层绕组的形状如图3b所示，呈螺旋状。
图4为本发明提供的第二种变压器的结构示意图。所述第二种变压器与本发明的第一种变压器的区别在于，第二变压器只包括一个磁芯。如图4所示，变压器20包括磁芯202以及基板203。在本实施例中，基板203内部包括平面绕组，其中，所述平面绕组包括原边绕组与副边绕组，基板203与磁芯202叠层设置，基板203的侧面被磁芯202暴露。具体地，磁芯202位于基板203下表面，其中，基板203的上表面与下表面相对，基板203内部平面绕组通过位于基板203上表面的第一焊盘出线。其中，所述第一焊盘包括两个原边焊盘204a，其与所述原边绕组引线端子连接；以及两个副边焊盘204b，其与所述副边绕组引线端子连接。在本发明提供的第二种变压器中，优选地，所述第一焊盘位于被磁芯202暴露的基板边缘区域。
在本发明提供的第二种变压器中，可选地，变压器20可以根据开关频率的大小调整磁芯202的厚度。其中，开关频率越大，磁芯的厚度可设置的越薄。可选地，磁芯202形状为长方形，圆形，多边形等。在本发明提供的第二种变压器中，磁芯202形状为长方形。可选地，磁芯202材料为铁氧体或磁粉芯材料。优选地，所述磁芯材料为铁氧体。在本发明提供的第二种变压器中的基板203与本发明提供的第一种变压器中的所述基板相同，在此不再赘述。
与本发明提供的第一种变压器相比，在本发明提供的第二种变压器中，基板上表面未叠放磁芯，仅在基板下表面叠放磁芯，简化了制作工艺。
如上所述，本发明公开的所述变压器包括至少一个磁芯；以及基板，其内部包括平面绕组；其中，所述基板与至少一个所述磁芯叠层设置。由于封装基板的厚度很薄，且本发明中磁芯的厚度可以做到较薄，因此整个变压器的厚度可以做到很薄，以减小变压器的体积。此外，在本发明中，变压器可以根据开关频率调整磁芯的厚度.
图5为本发明提供的第一种封装模块的结构示意图。如图5所述，在本发明提供的第一种封装模块中，封装模块11包括本发明提供的第一种变压器10与封装底板105，所述封装底板105的内部包封晶片。其中，封装底板105通过绝缘材料包封所述晶片。封装底板105与变压器10叠层设置，封装底板105的上表面与变压器10的第二磁芯102接触，封装底板105的上表面包括第二焊盘106。其中，所述第二焊盘位于被所述变压器暴露区域，所述封装底板的水平面积大于所述变压器的水平面积。优选地，本发明提供的第一种封装模块中，所述封装底板的第二焊盘通过引线键合与变压器的第一焊盘连接以实现所述封装底板和所述变压器的电连接。本发明提供的第一种封装模块中，包封所述封装底板和所述变压器以形成第一包封体109，可选地，在所述第一包封体中包括磁性材料粉末，例如铁粉末或铁氧体粉末，以增加所述变压器磁通量以及屏蔽杂散磁通量。
图6为本发明提供的第二种封装模块的结构示意图。如图6所示，在本发明提供的第二种封装模块中，封装模块21包括本发明提供的第二种变压器20与封装底板205，所述封装底板205的内部包封晶片。其中，封装底板205通过绝缘材料包封所述晶片。封装底板205与变压器20叠层设置，封装底板205的上表面与变压器20的磁芯202接触，封装底板205的上表面包括第二焊盘206。其中，所述第二焊盘位于被所述变压器暴露区域，所述封装底板的水平面积大于所述变压器的水平面积。优选地，本发明提供的第二种封装模块中，所述封装底板的第二焊盘通过引线键合与变压器的第一焊盘连接以实现所述封装底板和所述变压器的电连接。本发明提供的第二种封装模块中，包封所述封装底板和所述变压器以形成第一包封体209，可选地，在所述第一包封体中包括磁性材料粉末，例如铁粉末或铁氧体粉末，以增加所述变压器磁通量以及屏蔽杂散磁通量。
如上所述，本发明公开了一种封装模块。所述封装模块包括变压器以及内部包封有晶片的封装基板，其中，所述封装底板与所述变压器叠层设置，所述封装底板的上表面与所述变压器的磁芯接触。其中，所述变压器通过引线键合与包封有晶片的封装底板连接。在本发明中，由于所述变压器很薄且所述封装底板与所述变压器层叠设置，整个封装模块仍然很薄，因此可以减小整个封装模块所占的面积。。
以上所述仅为本发明的优选实施例，并不用于限制本发明，对于本领域技术人员而言，本发明可以有各种改动和变化。凡在本发明的精神和原理之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (16)

1.一种变压器，包括：
两个磁芯，所述两个磁芯分别位于基板的上表面和下表面，所述基板的上表面的磁芯的水平面积小于位于所述基板的下表面的磁芯的水平面积，所述基板被位于其上表面的所述磁芯暴露的区域包括第一焊盘；以及
基板，其内部包括平面绕组，所述平面绕组包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组或副边绕组至少由分别形成于一个PCB板的上表面和下表面且相互连接的两层PCB绕组组成；
其中，所述基板与所述磁芯叠层设置，所述变压器的磁芯厚度根据设计指标所设置的开关频率确定，所述开关频率越大，所述磁芯的厚度越薄。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述基板的上表面和下表面相对。
3.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述PCB绕组通过在PCB板的上表面和下表面覆金属材料形成。
4.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，所述金属材料为铜。
5.根据权利要求3所述的变压器，其特征在于，通过RDL工艺在PCB板的上表面和下表面形成所述金属材料。
6.根据权利要求1所述变压器，其特征在于，所述平面绕组至少包括4层绕组层。
7.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，在所述基板的上表面的边缘区域出线，以连接至所述第一焊盘。
8.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁芯形状为长方形或圆形或多边形。
9.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述磁芯材料为铁氧体或磁粉芯材料。
10.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述基板的至少部分上表面被所述磁芯暴露。
11.一种封装模块，包括：
变压器；以及
封装底板，其内部包封有晶片；
其中，所述封装底板与所述变压器叠层设置，所述封装底板的上表面与所述变压器的磁芯接触；
所述变压器包括两个磁芯，所述两个磁芯分别位于基板的上表面和下表面，所述基板的上表面的磁芯的水平面积小于位于所述基板的下表面的磁芯的水平面积，所述基板被位于其上表面的所述磁芯暴露的区域包括第一焊盘；以及
基板，其内部包括平面绕组，所述平面绕组包括原边绕组和副边绕组，所述原边绕组或副边绕组至少由分别形成于一个PCB板的上表面和下表面且相互连接的两层PCB绕组组成；
所述基板与所述磁芯叠层设置，所述变压器的磁芯厚度根据设计指标所设置的开关频率确定，所述开关频率越大，所述磁芯的厚度越薄。
12.根据权利要求11所述的封装模块，其特征在于，所述封装底板的上表面的表面面积大于所述变压器下表面的表面面积。
13.根据权利要求11所述的封装模块，其特征在于，所述封装底板的上表面包括第二焊盘。
14.根据权利要求11所述的封装模块，其特征在于，包封所述封装底板和所述变压器以形成第一包封体。
15.根据权利要求13所述的封装模块，其特征在于，所述封装底板的所述第二焊盘通过引线键合与所述变压器的第一焊盘连接。
16.根据权利要求14所述的封装模块，其特征在于，所述第一包封体内填充有磁性粉末，以增加所述变压器磁通量以及屏蔽杂散磁通量。
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