CN114141472B - 基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构 - Google Patents
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Abstract
本申请涉及基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，具体而言，涉及变压器结构领域。本申请提供的基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器包括：基板、导电层、第一线圈和第二线圈；本申请的变压器结构的第一接地部、第一线圈、第二接地部和第二线圈之间电连接，并且与基板和多个导电单元形成了一种新的变压器结构，由于多个导电单元周期设置，使得通过多个导电单元绕成的第一线圈和第二线圈的难度降低，避免了耦合因子降低，从而造成变压器性能降低的问题，并且由于本申请的变压器结构依靠基板的支撑，工艺采用常规三维集成工艺，易于实现，且成本低，同时避免了变压器结构变形的影响，提高了可靠度。
Description
技术领域
本申请涉及变压器结构领域，具体而言，涉及一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构。
背景技术
总线系统被广泛应用于军用装备和民用设备中，而总线系统中的数据接口模块通常需要用隔离器来实现信号的传输、隔离和匹配等功能。数据接口模块可使用光耦合器来实现。但由于其速度较慢，功耗较大等缺点，目前常采用具有速度快、隔离能力强、符合总线标准的隔离变压器。但传统隔离变压器由绕制在磁芯上的线圈构成，其体积大，当利用其构成数据接口模块时，需采用传统由分立器件简单物理堆叠的平面二维集成PCB板级技术。而随着三维系统集成度越来越高，集成芯片的功能越来越复杂，而传统隔离变压器由于体积和封装等因素，使得无法满足三维系统产品的小型化和高性能等要求。因此，需要采用微型变压器结构。
现有技术中的微型变压器结构一般都使用上下双层结构芯片，以缩小变压器的体积。
但是，现有技术中的微型变压器结构，会增加纵向尺寸，上下两层结构的线圈必须对齐，否则耦合因子会降低，从而造成变压器性能降低，并且现有技术中的微型变压器结构结构复杂，工艺实现较困难，且为异质材料结合在一起，由于膨胀系数和翘曲度影响，可靠性较差。
发明内容
本发明的目的在于，针对上述现有技术中的不足，提供一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，以解决现有技术中的微型变压器结构，会增加纵向尺寸，上下两层结构的线圈必须对齐，否则耦合因子会降低，从而造成变压器性能降低，并且现有技术中的微型变压器结构结构复杂，工艺实现较困难，且为异质材料结合在一起，由于膨胀系数和翘曲度影响，可靠性较差的问题。
为实现上述目的，本发明实施例采用的技术方案如下：
第一方面，本申请提供一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，基板、导电层、第一线圈和第二线圈；所述导电层包括多个导电单元，基板为长方体结构，长方体结构的基板内部周期设置有垂直于基板两个相对的面的多个导电单元，多个导电单元的两端突出于基板的部分设置为第一微凸点和第二微凸点，同一个导电单元的第一微凸点和第二微凸点之间电连接，设置在基板边缘位置的多个导电单元的第一微凸点之间电连接形成第一接地部，设置在基板边缘位置的多个导电单元的第二微凸点之间电连接形成第二接地部，基板的非边缘位置设置的多个导电单元的第一微凸点和第二微凸点之间相互连接，分别形成第一线圈和第二线圈，且第一线圈和第二线圈相互间隔设置。
可选地，该多个导电单元外部设置有二氧化硅包裹层。
可选地，该基板的材料为：硅、锗、硅锗合金、硅碳合金、硅锗碳合金、砷化镓、砷化铟、磷化铟、III-V族半导体材料、II-IV族半导体材料和有机半导体材料中至少一种。
可选地，该多个导电单元在基板中设置的周期为4行12列。
可选地，该连接第一微凸点与第一微凸点之间的导线的材料为铜或铝。
可选地，该连接第二微凸点与第二微凸点之间的导线的材料为铜或铝。
可选地，该多个导电单元的材料为铜或铝。
可选地，该第一线圈和第二线圈的输入端和输出端均设置有屏蔽层。
本发明的有益效果是：
本申请提供的基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器包括：基板、导电层、第一线圈和第二线圈；所述导电层包括多个导电单元，基板为长方体结构，长方体结构的基板内部周期设置有垂直于基板两个相对的面的多个导电单元，多个导电单元的两端突出于基板的部分设置为第一微凸点和第二微凸点，同一个导电单元的第一微凸点和第二微凸点之间电连接，设置在基板边缘位置的多个导电单元的第一微凸点之间电连接形成第一接地部，设置在基板边缘位置的多个导电单元的第二微凸点之间电连接形成第二接地部，基板的非边缘位置设置的多个导电单元的第一微凸点和第二微凸点之间相互连接，分别形成第一线圈和第二线圈，且第一线圈和第二线圈相互间隔设置；本申请的变压器结构的第一接地部、第一线圈、第二接地部和第二线圈之间电连接，并且与基板和多个导电单元形成了一种新的变压器结构，由于多个导电单元周期设置，使得通过多个导电单元绕成的第一线圈和第二线圈的难度降低，避免了耦合因子降低，从而造成变压器性能降低的问题，并且由于本申请的变压器结构依靠基板的支撑，避免了变压器结构变形的影响，提高了可靠度，进一步的，本申请结构简单，进而使得制造工艺简单，并且第一接地部和第一线圈形成屏蔽罩将该变压器结构进行信号屏蔽，第二接地部和第二线圈形成屏蔽罩将该变压器结构进行信号屏蔽，避免外界电磁信号对本申请的变压器结构的信号干扰。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明一实施例提供的一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构的结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构的俯视图。
图标：10-基板；20-导电层；211-导电单元；212-导电单元；213-导电单元；214-导电单元；215-导电单元；216-导电单元；217-导电单元；218-导电单元；219-导电单元；220-导电单元；221-导电单元；222-导电单元；231-导电单元；232-导电单元；233-导电单元；234-导电单元；235-导电单元；236-导电单元；237-导电单元；238-导电单元；239-导电单元；240-导电单元；241-导电单元；242-导电单元；：251-导电单元；252-导电单元；253-导电单元；254-导电单元；255-导电单元；256-导电单元；257-导电单元；258-导电单元；259-导电单元；260-导电单元；261-导电单元；262-导电单元；271-导电单元；272-导电单元；273-导电单元；274-导电单元；275-导电单元；276-导电单元；277-导电单元；278-导电单元；279-导电单元；280-导电单元；281-导电单元；282-导电单元；30-第一线圈；40-第二线圈；50-第一微凸点；60-第二微凸点；70-第一接地部；80-第二接地部。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。
在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
为了使本发明的实施过程更加清楚，下面将会结合附图进行详细说明。
图1为本发明一实施例提供的一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构的结构示意图；图2为本发明一实施例提供的一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构的俯视图；如图1和图2所示，本申请提供一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，结构包括：基板10、导电层20、第一线圈30和第二线圈40；所述导电层20包括多个导电单元，基板10为长方体结构，长方体结构的基板10内部周期设置有垂直于基板10两个相对的面的多个导电单元，多个导电单元的两端突出于基板10的部分设置为第一微凸点50和第二微凸点60，同一个导电单元的第一微凸点50和第二微凸点60之间电连接，设置在基板10边缘位置的多个导电单元的第一微凸点50之间电连接形成第一接地部70，设置在基板10边缘位置的多个导电单元的第二微凸点60之间电连接形成第二接地部80，基板10的非边缘位置设置的多个导电单元的第一微凸点50和第二微凸点60之间相互连接，分别形成第一线圈30和第二线圈40，且第一线圈30和第二线圈40相互间隔设置。
本申请的变压器结构包括基板10、多个导电单元、第一线圈30和第二线圈40，为了方便说明，本申请以该导电单元的数量为60个进行说明，60个导电单元分为4行12列，并结合图1，第一列导电单元分别为：导电单元211、导电单元212、导电单元213、导电单元214、导电单元215、导电单元216、导电单元217、导电单元218、导电单元219、导电单元220、导电单元221和导电单元222；第二列导电单元分别为：导电单元231、导电单元232、导电单元233、导电单元234、导电单元235、导电单元236、导电单元237、导电单元238、导电单元239、导电单元240、导电单元241和导电单元242；第三列导电单元分别为：导电单元251、导电单元252、导电单元253、导电单元254、导电单元255、导电单元256、导电单元257、导电单元258、导电单元259、导电单元260、导电单元261和导电单元262；第四列导电单元分别为：导电单元271、导电单元272、导电单元273、导电单元274、导电单元275、导电单元276、导电单元277、导电单元278、导电单元279、导电单元280、导电单元281和导电单元282；其中，该导电单元突出于该基板10上层的为第一微凸点50，该导电单元突出于该基板10下层的为第二微凸点60；在该基板10上层的第一微凸点50上，该导电单元231和导电单元251与导电单元211、导电单元212、导电单元213、导电单元214、导电单元215、导电单元216、导电单元217、导电单元218、导电单元219、导电单元220、导电单元221、导电单元222依次电连接形成了第一接地部70的第一分路，该导电单元271、导电单元272、导电单元273、导电单元274、导电单元275、导电单元276、导电单元277、导电单元278、导电单元279、导电单元280、导电单元281和导电单元282与导电单元242和导电单元262依次电连接形成了第一接地部70的第二分路，该第一接地部70的第二分路和第一接地部70的第二分路一起就是该变压器装置的第一接地部70；在该基板10下层的第二微凸点60上，导电单元242和导电单元262与导电单元211、导电单元212、导电单元213、导电单元214、导电单元215、导电单元216、导电单元217、导电单元218、导电单元219、导电单元220、导电单元221、导电单元222依次电连接形成了第二接地部80的第一分路，该导电单元271、导电单元272、导电单元273、导电单元274、导电单元275、导电单元276、导电单元277、导电单元278、导电单元279、导电单元280、导电单元281和导电单元282与该导电单元231和导电单元251依次电连接形成了第二接地部80的第二分路，该第一接地部70的第二分路和第一接地部70的第二分路一起就是该变压器装置的第二接地部80；该导电单元240的第一微凸点50、该导电单元240的第二微凸点60、该导电单元260的第二微凸点60、导电单元260的第一微凸点50、该导电单元238的第一微凸点50、该导电单元238的第二微凸点60、该导电单元258的第二微凸点60、该导电单元258的第一微凸点50、该导电单元236的第一微凸点50、该导电单元236的第二微凸点60、该导电单元256的第二微凸点60、该导电单元256的第一微凸点50、该导电单元234的第一微凸点50、该导电单元234的第二微凸点60、该导电单元254的第二微凸点60、该导电单元254的第一微凸点50、该导电单元232的第一微凸点50、该导电单元232的第二微凸点60、该导电单元252的第二微凸点60、该导电单元252的第一微凸点50顺序电连接组成第一线圈30，图2中，黑虚线表示的是第一线圈30；该导电单元241的第一微凸点50、该导电单元241的第二微凸点60、该导电单元261的第二微凸点60、导电单元261的第一微凸点50、该导电单元239的第一微凸点50、该导电单元239的第二微凸点60、该导电单元259的第二微凸点60、该导电单元259的第一微凸点50、该导电单元237的第一微凸点50、该导电单元237的第二微凸点60、该导电单元257的第二微凸点60、该导电单元257的第一微凸点50、该导电单元235的第一微凸点50、该导电单元235的第二微凸点60、该导电单元255的第二微凸点60、该导电单元255的第一微凸点50、该导电单元233的第一微凸点50、该导电单元233的第二微凸点60、该导电单元253的第二微凸点60、该导电单元253的第一微凸点50顺序电连接组成第二线圈40，图2中，黑实线表示的是第二线圈40；需要说明的是，该通过同一个导电单元的第一微凸点50和第二微凸点60是通过该导电单元内部，即同一个导电单元的第一微凸点50和第二微凸点60之间电连接；在实际应用中，该导电单元的数量以及行列比例根据实际需要进行设置，在此不做具体限定，本申请可以通过改变该导电单元的行列比例或者数量改变该变压器结构输出比，具体地该导电单元的行列比例与该变压器结构输出比的关系根据实验测量实际设计得到，在此不做具体限定，并且，本申请的变压器结构的第一接地部70、第一线圈30、第二接地部80和第二线圈40之间电连接，并且与基板10和多个导电单元形成了一种新的变压器结构，由于多个导电单元周期设置，使得通过多个导电单元绕成的第一线圈30和第二线圈40的难度降低，避免了耦合因子降低，从而造成变压器性能降低的问题，并且由于本申请的变压器结构依靠基板10的支撑，避免了变压器结构变形的影响，提高了可靠度，进一步的，本申请结构简单，进而使得制造工艺简单，并且第一接地部70和第一线圈30形成屏蔽罩将该变压器结构进行信号屏蔽，第二接地部80和第二线圈40形成屏蔽罩将该变压器结构进行信号屏蔽，避免外界电磁信号对本申请的变压器结构的信号干扰。同时，对于某些具有中间抽头的变压器，在使用时需要中间抽头接地，只需要将本申请的变压器结构中相应的线圈所对应的导电单元与接地部相连即可。由此可见，本申请的变压器结构具有方便灵活，兼容性好的特点，能适应多种不同的应用需求。
另外，本申请的有益效果为：其一，本申请通过基于导电单元(即通孔(ThroughSilicon Via，简称TSV)或硅通孔(Re-Distribution Layer，简写TSV)技术)制作的三维变压器可实现隔离变压器的功能，解决了隔离变压器三维系统集成的问题；其二，采用基于通孔或硅通孔(TSV)技术制作的三维变压器，可有效的降低现有三维微型变压器结构的复杂度，进一步提高系统集成度，提高了信号传输的可靠性，同时降低了工艺制作难度，无需开发新的工艺技术，成本较低；其三，采用了通孔或硅通孔(TSV)采用高隔离度结构，保证了线圈间的隔离要求；其四，设计了第一接地部70、第一线圈30、第二接地部80和第二线圈40形成的屏蔽环，防止其他外来的电磁干扰，有效地抑制来自电源以及其他电路的各种干扰。因此，本发明的一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构充分发挥了三维集成互连的优势，实现了高密度、高性能、高可靠和高屏蔽的三维集成的变压器。
可选地，该多个导电单元外部设置有二氧化硅包裹层。
该导电单元外部设置有二氧化硅包裹层，该包裹层用于隔离该导电单元与该基板10，使得该导电单元和该基板10不直接接触，由于该导电单元的两端之间电流可以直接通过，则该二氧化硅包裹层避免第一线圈30和第二线圈40的磁场影响到该导电单元的磁场在实际应用中，该导电单元外部设置的材料也可以为其它绝缘材料包裹层。
可选地，该基板10的材料为：硅、锗、硅锗合金、硅碳合金、硅锗碳合金、砷化镓、砷化铟、磷化铟、III-V族半导体材料、II-IV族半导体材料和有机半导体材料中至少一种。
该基板10的材料为硅、锗、硅锗合金、硅碳合金、硅锗碳合金、砷化镓、砷化铟、磷化铟、III-V族半导体材料、II-IV族半导体材料和有机半导体材料中任意一种，可以为：硅、锗、硅锗合金、硅碳合金、硅锗碳合金、砷化镓、砷化铟、磷化铟、III-V族半导体材料、II-IV族半导体材料和有机半导体材料多种材料组成的混合材料，若该基板10的材料为多种材料组成的混合材料，则该混合材料中的混合组分与各个组分之间的比例根据实际需要进行设置，在此不做具体限定。
可选地，该多个导电单元在基板10中设置的周期为4行12列。
本实施例以该多个导电单元在基板10中设置的周期为4行12列进行举例说明，可选地，该多个导电单元在基板10中设置的周期也可以为其他周期，即多个导电单元在基板10中设置的周期可以为n行m列，其中，n和m为任意大于等于1的正整数。
可选地，该连接第一微凸点50与第一微凸点50之间的导线的材料为铜或铝。
连接第一微凸点50与第一微凸点50之间的导线的材料可以为铜，也可以为铝，还可以为铜和铝的混合材料，在此不做具体限定。
可选地，该连接第二微凸点60与第二微凸点60之间的导线的材料为铜或铝。
连接第二微凸点60与第二微凸点60之间的导线的材料可以为铜，也可以为铝，还可以为铜和铝的混合材料，在此不做具体限定。
可选地，该多个导电单元的材料为铜或铝。
该导电单元中连接第一微凸点50和第二微凸点60的导体可以为铜，也可以为铝，还可以为铜和铝的混合材料。
可选地，该第一线圈30和第二线圈40的输入端和输出端均设置有屏蔽层。
在该第一线圈30和第二线圈40的输入端和输出端分别设置有屏蔽层，该屏蔽层用于屏蔽外界信号对该变压器结构的干扰，该屏蔽层的材料根据实际需要进行选择，只要能屏蔽外界信号对变压器结构的干扰即可。
本申请提供的基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构包括：基板10、导电层20、第一线圈30和第二线圈40；所述导电层20包括多个导电单元，基板10为长方体结构，长方体结构的基板10内部周期设置有垂直于基板10两个相对的面的多个导电单元，多个导电单元的两端突出于基板10的部分设置为第一微凸点50和第二微凸点60，同一个导电单元的第一微凸点50和第二微凸点60之间电连接，设置在基板10边缘位置的多个导电单元的第一微凸点50之间电连接形成第一接地部70，设置在基板10边缘位置的多个导电单元的第二微凸点60之间电连接形成第二接地部80，基板10的非边缘位置设置的多个导电单元的第一微凸点50和第二微凸点60之间相互连接，分别形成第一线圈30和第二线圈40，且第一线圈30和第二线圈40相互间隔设置；本申请的变压器结构的第一接地部70、第一线圈30、第二接地部80和第二线圈40之间电连接，并且与基板10和多个导电单元形成了一种新的变压器结构，由于多个导电单元周期设置，使得通过多个导电单元绕成的第一线圈30和第二线圈40的难度降低，避免了耦合因子降低，从而造成变压器性能降低的问题，并且由于本申请的变压器结构依靠基板10的支撑，避免了变压器结构变形的影响，提高了可靠度，进一步的，本申请结构简单，进而使得制造工艺简单，并且第一接地部70和第一线圈30形成屏蔽罩将该变压器结构进行信号屏蔽，第二接地部80和第二线圈40形成屏蔽罩将该变压器结构进行信号屏蔽，避免外界电磁信号对本申请的变压器结构的信号干扰。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，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 (7)
1.一种基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，其特征在于，所述结构包括：基板、导电层、第一线圈和第二线圈；所述导电层包括多个导电单元，所述基板为长方体结构，长方体结构的基板内部周期设置有垂直于所述基板两个相对的面的多个所述导电单元，多个所述导电单元的两端突出于所述基板的部分设置为第一微凸点和第二微凸点，同一个所述导电单元的所述第一微凸点和所述第二微凸点之间电连接，设置在所述基板边缘位置的多个所述导电单元的第一微凸点之间电连接形成第一接地部，设置在所述基板边缘位置的多个所述导电单元的第二微凸点之间电连接形成第二接地部，所述基板的非边缘位置设置的多个所述导电单元的第一微凸点和第二微凸点之间相互连接，分别形成所述第一线圈和所述第二线圈，且所述第一线圈和所述第二线圈相互间隔设置，所述第一线圈和所述第二线圈的输入端和输出端均设置有屏蔽层。
2.根据权利要求1所述的基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，其特征在于，多个所述导电单元外部设置有二氧化硅包裹层。
3.根据权利要求1所述的基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，其特征在于，所述基板的材料为：硅、锗、硅锗合金、硅碳合金、硅锗碳合金、砷化镓、砷化铟、磷化铟中至少一种。
4.根据权利要求1所述的基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，其特征在于，多个所述导电单元在所述基板中设置的周期为4行12列。
5.根据权利要求1所述的基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，其特征在于，连接所述第一微凸点与所述第一微凸点之间的导线的材料为铜或铝。
6.根据权利要求5所述的基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，其特征在于，连接所述第二微凸点与所述第二微凸点之间的导线的材料为铜或铝。
7.根据权利要求1所述的基于穿透通孔的高集成度高屏蔽的变压器结构，其特征在于，多个所述导电单元的材料为铜或铝。
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