CN115376794A - 磁性嵌体及其制造方法以及包括磁性嵌体的部件承载件 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种磁性嵌体(100)，该磁性嵌体包括磁性基体(110)和竖向延伸穿过磁性基体(110)的多个传导竖向贯通连接部(150)。此外，描述了一种包括磁性嵌体(100)的部件承载件(200)和制造所述磁性嵌体(100)的方法。此外，本发明还描述了制造磁性嵌体的方法以及包括磁性嵌体的部件承载件。

Description

磁性嵌体及其制造方法以及包括磁性嵌体的部件承载件
技术领域
本发明涉及磁性嵌体(magnetic inlay)。本发明还涉及一种包括磁性嵌体的部件承载件。此外，本发明涉及制造磁性嵌体的方法。因此，本发明可以涉及在诸如印刷电路板或IC基板等的部件承载件中的磁性/电感应用的技术领域。
背景技术
在配备有一个或更多个电子部件的部件承载件的产品功能不断增长以及此类电子部件的小型化提高以及安装在部件承载件(例如印刷电路板)上的电子部件数量增多的背景下，使用功能越来越强大的阵列状部件或具有多个电子部件的封装件，这些阵列状部件或封装件具有多个接触部或连接部，这些接触部之间的间距甚至更小。在操作期间由这些电子部件和部件承载件本身产生的热的去除成为日益严重的问题。此外，针对电磁干扰(EMI)的有效保护也成为一个日益严重的问题。同时，部件承载件应具有机械坚固性并且在电气方面和磁性方面是可靠的，以便即使在恶劣条件下也是可操作的。此外，用户要求部件承载件的扩展功能。例如，已知将磁性材料集成在部件承载件中以便为特定应用提供电感。然而，传统方法可能会受到低电感值和高生产成本的影响。
例如，在电路板中布置磁性糊剂(paste)，特别是在电路板的镀制过孔周围布置磁性糊剂时，可以看到为部件承载件提供磁电感的传统方法。此外，将磁性糊剂嵌入电路板中可能被认为是麻烦的并且不具有成本效益。
发明内容
可能需要以有效且稳健的方式为部件承载件提供磁电感。
提供了根据本申请的磁性嵌体、部件承载件和制造方法。
根据本发明的一方面，描述了一种磁性嵌体(即独立于该装置制造的、应该组装到该装置上的单独部件)，其包括磁性基体(magnetic matrix)(例如磁性片材或磁性糊剂)和竖向延伸(即，基本上垂直于嵌体的主延伸方向)穿过磁性基体(术语“基本上垂直”可以指代介于80°和90°之间的角度，特别是90°的角度)的多个电传导竖向贯通连接部(例如，镀制或填充有电传导材料)。
根据本发明的另一方面，描述了一种部件承载件，其中，所述部件承载件包括：
i)(层)叠置件，该(层)叠置件包括至少一个电传导层结构和/或至少一个电绝缘层结构，和
ii)如上所述的磁性嵌体，该磁性嵌体被组装(嵌置，即表面安装或嵌入)到叠置件。
根据本发明的另一方面，描述了一种制造磁性嵌体的方法，其中该方法包括：i)提供磁性基体，以及
ii)形成(例如钻孔)竖向延伸穿过磁性基体的多个电传导竖向贯通连接部。
在本文件的背景中，术语“磁性基体”可以特别指代包括磁性质的基础材料(基础物质)。基础材料本身可以是磁性的，或者磁性颗粒可以分布在非磁性基体材料中。磁性基体可以被配置为例如刚性/固体(例如，作为磁性片材)或粘性物(磁性糊剂)。磁性基体可以包括电传导材料/颗粒和/或电绝缘材料/颗粒。此外，磁性基体可以被配置成具有在从2到106、特别是从20到80的范围内的相对磁导率μr。可以认为多种不同的材料适合于提供磁性基体的基础材料和/或嵌入的颗粒，例如铁磁材料(如铁)、亚铁磁材料(如铁氧体)、永磁材料、软磁材料、金属氧化物。在一示例中，使用其中具有磁性颗粒的介电(树脂)基体。在另一示例中，应用包含嵌入纤维强化树脂(例如预浸料)中的磁性颗粒的磁性片材。在又一示例中，使用包含嵌入非纤维强化树脂中的磁性颗粒的磁性糊剂。在又一示例中，磁性基体以平面方式布置在嵌体中。
在本文件的背景中，术语“电传导竖向贯通连接部”可以特别地表示穿通(即，从第一主表面到第二(相反的)主表面)的任何电连接部。在基本形式中，孔可以是穿过磁性基体进行钻孔，并且该孔的侧壁可以镀铜。在更先进的形式中，孔被部分地或完全地填充有电传导和/或电绝缘材料。在它们各自的端部(在主表面处)，贯通连接部可以进一步包括垫(pad)，以允许有效的电连接，例如，到水平电传导迹线。
在本文件的背景中，术语“嵌体(inlay)”可以指在独立于部件承载件制造过程的嵌体制造过程中制造的单独部件/元件。嵌体可以被配置成表面安装在所述部件承载件上或嵌入在所述部件承载件中。然而，嵌体的生产、销售和运输可以完全独立于部件承载件。嵌体也可以被称为“电感器部件”并且可以特别表示独立的电子构件，其在实现电感器部件的电子应用的框架中提供电感。嵌体可以基于部件承载件技术，特别是基于印刷电路板(PCB)技术形成，并且可以表面安装或嵌入在诸如PCB等的单独形成的部件承载件中。然而，嵌体部件也可以与非部件承载件应用结合使用。
磁性嵌体可以基本上成形为板状件，这意味着它包括沿x轴和y轴的两个主延伸方向以及沿z轴的相当短的延伸。在此背景中，术语“水平”因此可以意指“平行于主延伸方向定向”，而术语“竖向”可以意指“垂直于主延伸方向定向”。因此，即使将嵌体翻转，术语“竖向”和“水平”始终具有相同的含义。此外，磁性嵌体可以包括不同的形状，例如圆形、矩形、多边形中的一种。在本文档的背景中，术语“过孔(via)”(竖向互连接入)可以指代物理电子电路中的层之间的电连接部，其穿过一个或更多个相邻层的平面。术语过孔可包括通孔过孔、掩埋过孔和盲过孔。虽然过孔可用于仅将几层(叠置件中)相互连接，但“镀制的通孔(through hole)”可用于连接叠置件的所有层。微过孔用作高密度互连(HDI)基板和印刷电路板(PCB)中的层之间的互连，以适应高级封装的高I/O密度。在本文件中，电传导贯通连接部可以称为过孔。
在本文件的背景中，术语“部件承载件”可以特别地表示下述任何支撑结构：该支撑结构能够将一个或更多个部件容纳在该支撑结构上和/或容纳在该支撑结构中，用于提供机械支撑和/或电连接。换句话说，部件承载件可以被配置成部件的机械和/或电子承载件。特别地，部件承载件可以是印刷电路板、有机中介层、金属芯基板、无机基板和IC(集成电路)基板中的一种。部件承载件也可以是结合上述类型部件承载件中的不同部件承载件的混合板。
根据示例性实施方式，本发明可以基于这样的思想：当使用包括具有电传导竖向贯通连接部的磁性基体的磁嵌体时，可以以有效和稳健的方式提供用于部件承载件的磁电感(磁增强电感)。
通常，在部件承载件制造过程中直接提供磁性糊剂(例如，通过用磁性糊剂填充部件承载件中的额外钻孔/腔)，这可能是成本密集且麻烦的。
发明人现在已经发现，将磁性材料提供为部件承载件的单独嵌体而不是与部件承载件一起形成磁性材料是出奇地有效。特别地，本发明的嵌体已经包括电传导竖向贯通连接部，其可以以可行且容易的方式电连接到部件承载件的(电传导的)层结构。最令人惊讶的是，当组装并电连接到部件承载件时，该嵌体能够实现是传统示例约四倍的电感值。通过使用嵌体可以实现显著较大量的磁性材料(和较大的磁性颗粒尺寸)，而不是使用在制造期间直接与部件承载件形成的传统磁性糊剂，可以特别实现这种强大的改进。作为额外的优势，嵌体甚至允许较高密度的结构(改进的线间距)，从而实现高效且坚固的小型化。
显著提高的电感值可以特别适用于特定应用，例如功率转换器、电流传感器、变压器和服务器的处理器。
示例性实施方式说明
根据一种实施方式，多个电传导竖向贯通连接部以行和列的模式布置。这可以提供可以获得特定电连接阵列的优点。此外，这种设计可以促进通过磁性嵌体建立线圈状结构。
根据另一种实施方式，电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部是部分地(镀制通孔)或完全地(例如完全填充，例如通过镀制)填充有金属(特别是铜)的通孔。以这种方式，可以提供高电传导性和可靠的电连接。此外，金属填充的过孔可以被认为比未填充的过孔更坚固和稳定。
根据另一种实施方式，电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部是中空衬部(hollow lining)，该中空衬部至少部分地填充有电绝缘材料，特别是树脂。这可以提供贯通连接部更加稳健/稳定和/或可以针对不同功能以灵活方式设计的优点。例如，通孔可以是穿过磁性基体进行钻孔，然后孔的侧壁被镀制有传导材料(例如铜)。之后，可以用绝缘材料(例如树脂，诸如绝缘油墨)部分地或完全地填充中空衬部(腔)。在另一种实施方式中，中空衬部可以填充有磁性材料，例如磁性糊剂。
根据另一种实施方式，电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部是至少部分地填充有电传导材料的圆形(筒状)通孔。因此，可以使用已建立和标准化的PCB方法(例如过孔形成)来制造(例如机械钻孔)嵌体的通孔。
根据另一种实施方式，电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部是至少部分地填充有电传导材料的截头锥状通孔。同样以这种方式，可以使用已建立和标准化的PCB方法制造嵌体的通孔(例如，通过激光钻孔，其固有地导致在钻孔方向上具有渐缩形侧壁的孔)。
根据另一种实施方式，磁性基体连续地填充多个电传导竖向贯通连接部之间的以及多个电传导竖向贯通连接部周围的体积部。这可以提供下述优点：可以应用大量磁性材料并且可以实现相应高电感。虽然通常在部件承载件制造期间仅在过孔周围少量布置磁性糊剂(这导致低电感值)，但所描述的嵌体允许应用大量磁性基体(填充过孔之间的所有空间)。这是因为贯通连接部可以直接钻孔穿过磁性基体并且不需要进一步的嵌入步骤。
根据进一步的实施方式，嵌体包括在磁性基体中的介于多个电传导竖向贯通连接部的第一组电传导竖向贯通连接部和第二组电传导竖向贯通连接部之间的孔。在这种特定配置中(参见下面的图5)，嵌体可用作高效变压器。多个电传导竖向贯通连接部因此可以被布置为使用水平迹线互连的行和列(阵列)，以提供线圈状结构。如从变压器技术中已知的，该孔可用于插入铁芯。
根据另一种实施方式，嵌体包括位于磁性基体的相反两个主表面中的一个主表面或两个主表面上的至少一个水平延伸的电传导迹线。这可以提供这样的特定优势，即贯通连接部可以以有效但设计灵活的方式电连接(贯通连接部的相互/水平连接)。此外，可以使用由水平迹线电连接的多个竖向贯通连接部以这种方式获得线圈状结构。
根据另一种实施方式，至少一个电传导迹线与电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部彼此电耦接。
根据另一种实施方式，嵌体包括将至少一个电传导迹线与电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部电耦接的至少一个垫。该措施实现了水平迹线和电传导竖向过孔之间的高效且设计灵活的电连接。在通孔伸出嵌体的位置，可以应用垫以提供可靠的电连接(换句话说：垫能够实现制造公差)。因此，贯通连接部的垫(在嵌体或部件承载件的上部和/或下部表面处)可以用作水平迹线的连接点。
根据另一种实施方式，至少一个电传导迹线和电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部被连接而形成至少一个绕组；特别地，至少一个电传导迹线和电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部被连接而形成多个绕组；更特别地，至少一个电传导迹线和电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部被连接而形成线圈(类似结构)。如上所述，使用迹线和垫可以因此能够提供线圈结构。这种线圈可以包括多个竖向贯通连接部和对应的迹线。线圈包括的绕组越多，可以获得越高的电感值。
在本文件的背景中，术语“绕组”可以特别地表示环(loop)结构(其可以类似于具有角部的螺旋结构)，其中多个这样的环可以形成线圈型布置。然而，由于嵌体的部件承载件制造技术(例如涉及层压)和/或由于使用的部件承载件原材料(例如涉及诸如板状件和箔材的平面构成)，线圈(类似)结构的绕组可以具有边缘状或角状部分，而不限于多个互连的纯圆形结构的组合。
根据进一步的实施方式，磁性基体包括刚性固体和糊剂中的至少一种。取决于所需的功能，磁性基体的不同配置可能是特别合适的。例如，磁性基体可以被配置为可以被层压的磁性片材(刚性)。在该示例中，磁性基体可以包括预浸料或具有嵌入磁性颗粒的另一种树脂。在另一示例中，磁性基体可以被配置为可以填充/倾倒在模具中以制造嵌体的磁性糊剂(粘性物)。在另一示例中，可以通过烧结(例如烧结铁氧体)来提供磁性基体。
根据另一种实施方式，磁性基体包括电传导的磁性基体、电绝缘的磁性基体、部分地电传导的磁性基体和部分地电绝缘的磁性基体(例如，第一电传导部分和第二电绝缘部分)中的一者。取决于所需的功能，磁性基体的不同配置可能是特别合适的。
根据另一种实施方式，磁性基体的相对磁导率μr是在从2至106的范围内、特别是在从2至1000的范围内、更特别是在从20至1000的范围内、更特别是在从20至80的范围内、更特别是约50。这些值相当高并且可以导致有利的高电感值。磁导率是材料响应于施加的磁场而获得的磁化的量度。用符号μr表示的相对磁导率是特定介质μ的磁导率与自由空间(真空)的磁导率μ0之比。
根据进一步的实施方式，磁性基体包括下述材料中的至少一种材料：铁磁材料(例如铁、镍)、亚铁磁材料、永磁材料、软磁材料、铁氧体、金属氧化物(例如磁铁矿)、介电基体以及合金(特别是铁合金和合金硅)。因此，已建立的材料可以直接应用于以具有成本效益的方式制造磁性基体。
永磁材料可以是铁磁材料或亚铁磁材料，并且可以例如基于诸如铁或镍等的过渡金属(具有部分填充的3d壳体)或基于稀土(具有部分填充的4f壳体)提供。
软磁材料可以是易于再磁化的材料，即其磁滞曲线的面积小。换句话说，软磁材料是那些容易磁化和退磁的材料。它们可能具有小于1000Am-1的内在矫顽力。
铁氧体可以表示为一种陶瓷化合物，该种陶瓷化合物是由Fe2O3与一种或更多种附加金属元素化学结合而组成的。铁氧体既不电传导又具有亚铁磁性，因此它们可以被磁体磁化或吸引。取决于应用，铁氧体可以实现为硬铁氧体或软铁氧体。
根据另一种实施方式，磁性嵌体嵌入(部件承载件的)叠置件中。
根据另一种实施方式，磁性嵌体表面安装在(部件承载件的)叠置件上。
与部件承载件相比，磁性嵌体可以是单独的部件，并且在单独的过程中制造。因此，嵌体可被视为可灵活使用的元件(已是制成品)，可集成在部件承载件(尚未制成品)制造过程中。根据所需的功能，嵌体可以有效地嵌入部件承载件的腔中(例如，包封在诸如预浸料之类的树脂中)或表面安装在部件承载件的主表面上(例如，使用粘合剂)。虽然嵌入可以被认为是对嵌体的坚固保护，但表面安装可以促进与嵌体的电连接。
根据另一种实施方式，至少一个电传导层结构与电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部电耦接。这可以提供嵌体的电传导结构可以与部件承载件的电传导结构直接耦接/连接的优点。虽然传统上，部件承载件的通孔必须以笨重的方式配备磁性材料，但所描述的嵌体能够实现简单但坚固的集成和电连接。例如，部件承载件的电传导水平迹线可以电连接到嵌体的竖向贯通连接部的水平垫(或迹线)。
根据另一种实施方式，与电传导竖向贯通连接部中的至少一个电传导竖向贯通连接部电耦接的至少一个电传导层结构形成线圈结构。特别有利的是，部件承载件和嵌体的电传导(层)结构可以组合以提供(大)线圈结构。例如，部件承载件的竖向贯通连接部(过孔)可以电连接(例如，通过迹线和/或垫)至嵌体的竖向贯通连接部。
根据进一步的实施方式，部件承载件被配置为电感器、变压器、无线充电器、功率转换器、DC/DC转换器、AC/DC逆变器、DC/AC逆变器、AC/AC转换器和电流传感器中的一者。因此，所描述的磁性嵌体可以灵活地应用于可能需要电感性质的多个工业上重要且技术要求高的装置中。
根据进一步的实施方式，该方法包括：在磁性基体中形成多个通孔，以及用电传导材料至少部分地填充通孔。
根据另一种实施方式，该方法包括：通过钻孔形成至少一个通孔；特别是通过激光钻孔或机械钻孔形成至少一个通孔。
在一种实施方式中，磁性嵌体可以被配置用于屏蔽电磁辐射以防止在部件承载件内或叠置件内(例如从叠置件的第一部分到叠置件的第二部分)传播。然而，磁性嵌体也可以被配置用于屏蔽电磁辐射以防止在部件承载件和环境之间传播。这种屏蔽可以包括防止电磁辐射从部件承载件的外部传播到部件承载件的内部、从部件承载件的内部传播到部件承载件的外部、和/或在部件承载件的不同部分之间传播。特别地，这种屏蔽可以在叠置件的横向方向(即水平)和/或叠置件的叠置方向(即竖向)上实现。在这样的实施方式中，磁性嵌体可以起到屏蔽电磁辐射的作用，从而抑制不希望的电磁干扰(EMI)的影响，特别是抑制在射频(RF)体系内的影响。
在一种实施方式中，部件承载件包括至少一个电绝缘层结构和至少一个电传导层结构的叠置件。例如，部件承载件可以是所述的(一个或更多个)电绝缘层结构与(一个或更多个)电传导层结构的层压件，特别地，该层压件通过应用机械压力和/或热能来形成。所述的叠置件可以提供板状的部件承载件，该板状的部件承载件能够提供大的安装表面用于附加的部件并且仍然非常薄且紧凑。术语“层结构”可以特别地表示连续层、图案化层或公共平面内的多个非连续岛状部。
在一种实施方式中，部件承载件被成形为板状件。这有助于紧凑的设计，其中，部件承载件仍然为在其上安装元件提供了很大的基础。此外，特别地，裸管芯例如用于嵌入式电子部件的例子，由于其较小的厚度，可以方便地被嵌入到诸如印刷电路板之类的薄板状件中。
在一种实施方式中，部件承载件被配置为印刷电路板、基板(特别是IC基板)和中介层中的一者。
在本申请的背景中，术语“印刷电路板”(PCB)可以特别地表示板状的部件承载件，其通过将几个电传导层结构与几个电绝缘层结构层压而形成，例如通过施加压力和/或通过提供热能来形成。作为用于PCB技术的优选材料，电传导层结构由铜制成，而电绝缘层结构可以包括树脂和/或玻璃纤维，即所谓的预浸料或FR4材料。各种电传导层结构可以由通过层压件形成孔而以期望的方式彼此连接，例如通过激光钻孔或机械钻孔，并用电传导材料(特别是铜)部分地或全部地填充所述孔，从而形成过孔或任何其他通孔连接部。所填充的孔要么连接整个叠置件(延伸穿过多层或整个叠置件的通孔连接部)，要么所填充的孔连接至少两个电传导层(称为过孔)。类似地，可以通过叠置件的各个层形成光学互连部，以便接收电光电路板(EOCB)。除了可以嵌入印刷电路板中的一个或更多个部件之外，印刷电路板通常被配置为用于在板状印刷电路板的相反两个表面中的一个表面或两个表面上容纳一个或更多个部件。它们可以通过焊接连接到相应的主表面。PCB的介电部分可以由具有增强纤维(例如玻璃纤维)的树脂组成。
在本申请的背景中，术语“基板”可以特别地表示小的部件承载件。相对于PCB，基板可以是相对较小的部件承载件，其上可以安装一个或更多个部件，并且可以充当一个或更多个芯片与另一PCB之间的连接介质。例如，基板可以具有与要安装在其上的部件(特别是电子部件)基本相同的尺寸(例如，在芯片级封装(CSP)的情况下)。更具体地，基板可被理解为用于电连接或电网络的承载件以及与印刷电路板(PCB)相当的部件承载件，但是其在横向和/或竖向布置的连接中具有相当高的密度。横向连接例如是传导路径，而竖向连接例如可以是钻孔。这些横向和/或竖向连接布置在基板内，并且可以用于提供封装的或未封装的组件(例如裸芯片)(尤其是IC芯片)与印刷电路板或中间印刷电路板的电、热和/或机械连接。因此，术语“基板”也包括“IC基板”。基板的介电部分可以由具有增强颗粒(例如增强球体，特别是玻璃球体)的树脂组成。
基板或中介层可以包括玻璃，硅(Si)和/或可光成像或可干蚀刻的有机材料中的至少一层或由其组成，所述有机材料例如是基于环氧的积层材料(例如，基于环氧的积层膜)或高分子化合物(可能包含或不包含光敏和/或热敏分子)，例如聚酰亚胺或聚苯并恶唑。
在一种实施方式中，至少一个电绝缘层结构包括下述中的至少一种：树脂或聚合物，例如环氧树脂，氰酸酯树脂，苯并环丁烯树脂，双马来酰亚胺-三嗪树脂，聚苯撑(polyphenylene)衍生物(例如基于聚苯醚(PPE))，聚酰亚胺(PI)，聚酰胺(PA)，液晶聚合物(LCP)，聚四氟乙烯(PTFE)和/或其组合。也可以使用例如由玻璃(多层玻璃)制成的增强结构，例如网、纤维、球体或其他种类的填料颗粒，以形成复合物。半固化树脂与增强剂的组合，例如浸渍有上述树脂的纤维称为预浸料。这些预浸料通常以其性质命名，例如FR4或FR5，这些命名描述了它们的阻燃性质。尽管通常对于刚性PCB而言预浸料是优选的，尤其是FR4，但也可以使用其他材料，尤其是环氧基的积层材料(例如积层膜)或可光成像的介电材料。对于高频应用，诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂之类的高频材料可能是优选的。除这些聚合物外，低温共烧陶瓷(LTCC)或其他低、极低或超低DK材料也可以作为电绝缘结构应用于部件承载件中。
在一种实施方式中，至少一个电传导层结构包括由铜、铝、镍、银、金、钯、钨和镁中的至少一者。尽管通常优选铜，但是其他材料或其涂覆形式也是可能的，特别地是分别涂覆有超导材料或传导聚合物，例如石墨烯或聚(3,4-乙撑二氧噻吩)(PEDOT)。
至少一个部件可以被嵌入在部件承载件中和/或可以被表面安装在部件承载件上。这样的部件可以选自：非电传导的嵌体，电传导的嵌体(例如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、传热单元(例如热管)、光导元件(例如光波导或光导体连接件)、电子部件或它们的组合。嵌体可以是例如带有或不带有绝缘材料涂层(IMS嵌体)的金属块，其可以是嵌入式的或被表面安装以便于散热。根据材料的导热率来限定合适的材料，导热率应至少为2W/mK。这样的材料通常基于但不限于金属、金属氧化物和/或陶瓷，例如铜、氧化铝(Al2O3)或氮化铝(AlN)。为了增加热交换能力，也经常使用具有增加的表面积的其他几何形状。此外，部件可以是有源电子部件(实现至少一个p-n结)、无源电子部件(例如电阻器、电感或电容器)、电子芯片、存储装置(例如DRAM或其他数据存储器)、滤波器、集成电路(例如现场可编程门阵列(FPGA)，可编程阵列逻辑(PAL)，通用阵列逻辑(GAL)和复杂可编程逻辑器件(CPLD))、信号处理部件、电源管理部件(例如场效应晶体管(FET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、结型场效应晶体管(JFET)或绝缘栅型场效应晶体管(IGFET)，全部基于半导体材料，例如碳化硅(SiC)、砷化镓(GaAs)、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga2O3)，砷化铟镓(InGaAs)和/或任何其他合适的无机化合物)、光电接口元件、发光二极管、光电耦合器、电压转换器(例如DC/DC转换器或AC/DC转换器)、密码部件、发送器和/或接收器、机电转换器、传感器、致动器、微机电系统(MEMS)、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、相机、天线、逻辑芯片和能量收集单元。但是，其他部件也可以嵌入部件承载件中。例如，磁性元件可以用作部件。这样的磁性元件可以是永磁元件(例如铁磁元件、反铁磁元件、多铁性元件或亚铁磁元件，例如铁氧体芯)或可以是顺磁性元件。但是，该部件也可以是IC基板、中介层或其他部件承载件，例如呈板中板(board-in-board)配置。部件可以表面安装在部件承载件上和/或可以嵌入部件承载件内部。此外，还可以使用其他部件作为部件，特别地是那些产生和发射电磁辐射和/或对从环境传播的电磁辐射敏感的部件。
在一种实施方式中，部件承载件是层压型部件承载件。在这样的实施方式中，部件承载件是通过施加压力和/或热而被叠置并连接在一起的多层结构的化合物。
在处理部件承载件的内部层结构之后，可以用一个或更多个另外的电绝缘层结构和/或电传导层结构对称地或不对称地覆盖(特别地是通过层压)被处理的层结构的相反两个主表面中的一个主表面或两个主表面。换句话说，积层可以持续直到获得期望的层数。
在完成电绝缘层结构和电传导层结构的叠置件的形成之后，可以对获得的层结构或部件承载件进行表面处理。
特别地，就表面处理而言，可以将电绝缘的阻焊剂施加到层叠置件或部件承载件的相反两个主表面中的一个主表面或两个主表面上。例如，可以在整个主表面上形成这种阻焊剂，并随后对阻焊剂层进行图案化，以暴露一个或更多个电传导表面部分，所述部分将用于将部件承载件电耦接到电子外围。可以有效地保护部件承载件的保持被阻焊剂覆盖的表面部分免受氧化或腐蚀，特别地是包含铜的表面部分。
就表面处理而言，还可以选择性地将表面修饰施加到部件承载件的暴露的电传导表面部分上。这种表面修饰可以是在部件承载件的表面上的暴露的电传导层结构(例如，垫、传导轨等，特别地是包括铜或由铜组成)上的电传导覆盖材料。如果不保护这种暴露的电传导层结构，则暴露的电传导部件承载件材料(特别地是铜)可能被氧化，从而降低部件承载件的可靠性。然后可以例如将表面修饰形成为表面安装的部件与部件承载件之间的界面。表面修饰具有保护暴露的电传导层结构(特别地是铜电路)并使得能够实现与一个或更多个部件的接合过程(例如通过焊接)的功能。用于表面修饰的合适材料的示例是有机可焊性防腐剂(OSP)、化学镍浸金(ENIG)、化学镍浸钯浸金(ENIPIG)、金(特别地是硬金)、化学锡、镍-金、镍-钯等。
附图说明
上述定义的方面和本发明的其他方面从下文描述的实施方式的示例中是明显的并且参考这些实施方式的示例进行说明。
图1示出了根据本发明示例性实施方式的具有嵌入式磁性嵌体的部件承载件的侧视图。
图2至图4分别示出了根据本发明示例性实施方式的磁性嵌体的俯视图。
图5示出了根据本发明示例性实施方式的具有磁性嵌体的变压器。
具体实施方式
附图中的插图是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件具有相同的附参考标记。
在参考附图之前，将更详细地描述示例性实施方式，将基于已经开发的本发明的示例性实施方式来总结一些基本考虑。
根据一种示例性实施方式，已经执行了相互关联的磁性质i)磁导率、ii)电感值和ii)电感密度的模拟。模拟结果如下表所示。可以清楚地看出，由磁性嵌体实现的高磁导率(由于大量的磁性材料)导致特别高且有利的电感和电感密度值。这些明显高于传统方法。
Figure BDA0003648538020000151
根据一种示例性实施方式，磁性嵌体中的磁性颗粒尺寸比现有技术磁性材料中的更大(这也意味着更多的磁性材料)，因此实现了较高的磁导率。较高的电感进而可以实现较高的输出效率。
图1示出了根据本发明示例性实施方式的部件承载件200。部件承载件200包括具有电传导层结构204和电绝缘层结构202的层叠置件210。部件承载件200的中央构成绝缘芯结构202(例如，完全固化的树脂，例如FR4)，其通过绝缘树脂(预浸料)层160在上面和下面被覆盖。以过孔形式的电传导贯通连接部250延伸穿过芯结构202和树脂层160，从而将部件承载件200的第一(顶部)主表面与相反的第二(底部)主表面电连接。在该示例中，过孔250被实施为填充有绝缘材料(例如树脂)的镀铜通孔。分别在顶侧和底侧，过孔250包括垫结构204以实现容易的电连接。
磁性嵌体100嵌入在部件承载件200的中央芯结构202中并且被树脂材料160包围。磁性嵌体100可以被放置在部件承载件200的芯结构202中的(预先制造的)腔中200，然后可以使用树脂材料160(例如以预浸料的形式)被嵌入(包封)。替代地，磁性嵌体100可以已经被树脂材料160包围，然后可以以这种方式放置到腔中。可以使用粘性树脂以将磁性嵌体粘到腔侧壁上。
磁性嵌体100包括磁性基体110，磁性基体110是具有优选大磁性颗粒的块状磁性结构。这能够实现特别高的电感，具有相对磁导率μr在从20到106的范围内。
竖向贯通连接部已经钻孔穿过磁性嵌体100并且已经镀铜以提供电传导贯通连接部150。在所示示例中，电传导贯通连接部150填充有绝缘材料155(例如树脂)。每个电传导贯通连接部150包括位于磁性嵌体100/部件承载件200的相反两个主表面中的一个主表面上的水平延伸的电传导迹线120。电传导迹线120与电传导竖向贯通连接部150由此彼此电耦接。嵌体100还包括将电传导迹线120与电传导竖向贯通连接部150电耦接的垫125。电传导迹线120和电传导竖向贯通连接部150被连接而形成多个绕组。这种线圈状结构提供了有利的电感值。
此外，电传导迹线还可以是部件承载件200的电传导层结构204，其与磁性嵌体100的电传导竖向贯通连接部150电耦接，从而形成线圈结构。
部件承载件200和磁性嵌体100分别包括沿x轴的主方向的延伸。主方向的进一步延伸沿y轴，但在此2D图像中看不到。平行于这些主方向延伸的取向(例如层叠置件210)被认为是水平的。垂直于主方向，具有沿z轴的高度延伸。平行于高度方向的取向(例如，过孔250和电传导竖向贯通连接部150)被认为是竖向的。
图2示出了根据本发明示例性实施方式的磁性嵌体100的俯视图。可以看出，多个电传导竖向贯通连接部150以行和列的模式布置。磁性基体110连续填充多个电传导竖向贯通连接部150之间和多个电传导竖向贯通连接部150周围的体积部。此外，在该示例中，电传导竖向贯通连接部150完全地填充有电传导材料(铜)156。
图3示出了根据本发明另一种示例性实施方式的磁性嵌体100的俯视图。在该示例中，电传导竖向贯通连接部150被提供为基本上椭圆形形式的多个孔(例如五个孔)，即，作为狭缝(slit)。
图4示出了根据本发明另一种示例性实施方式的磁性嵌体100的俯视图。在该示例中，两个电传导竖向贯通连接部150通过布置在磁性嵌体100的第一主表面上的电传导迹线120电传导地连接。这些电传导竖向贯通连接部150可以通过磁性嵌体100的(与第一主表面相反的)第二主表面上的另外的迹线而进一步电连接到附加的竖向贯通连接部150(如虚线所示)。
图5示出了根据本发明示例性实施方式的具有磁性嵌体100的变压器300。磁性嵌体100包括在中央的孔111和分别设置在孔111的侧部的图4的结构。换言之，磁性基体110中的孔111位于多个电传导竖向贯通连接部150的第一组电传导竖向贯通连接部和第二组电传导竖向贯通连接部之间。因为分别将电传导迹线120与电传导竖向贯通连接部150连接而形成多个绕组，可以获得变压器线圈，以证明有效的变压器装置。
参考标记
100 磁性嵌体
110 磁性基体
120 电传导迹线
125 垫
150 电传导竖向贯通连接部
151 金属、铜
155 电绝缘材料
156 电传导材料
160 树脂层、预浸料
200 部件承载件
202 电绝缘层结构
204 电传导层结构
210 叠置件
250 部件承载件过孔
300 变压器。

Claims (25)

1.一种磁性嵌体(100)，所述磁性嵌体(100)包括磁性基体(110)和多个电传导竖向贯通连接部(150)，所述多个电传导竖向贯通连接部(150)竖向地延伸穿过所述磁性基体(110)。
2.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述多个电传导竖向贯通连接部(150)以行和列的模式布置。
3.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部是部分地或完全地填充有金属的通孔；特别地，所述金属是铜。
4.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部是中空衬部，所述中空衬部至少部分地填充有电绝缘材料(155)；特别地，所述电绝缘材料是树脂。
5.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部是圆形筒状通孔，所述圆形筒状通孔至少部分地填充有电传导材料(156)。
6.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部是截头锥状通孔，所述截头锥状通孔至少部分地填充有电传导材料(156)。
7.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述磁性基体(110)连续地填充所述多个电传导竖向贯通连接部(150)之间的或者所述多个电传导竖向贯通连接部(150)周围的体积部。
8.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，所述磁性嵌体(100)包括位于所述磁性基体(110)中的介于所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的第一组电传导竖向贯通连接部与第二组电传导竖向贯通连接部之间的孔(111)。
9.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，所述磁性嵌体(100)包括位于所述磁性基体(110)的相反两个主表面中的一个主表面或两个主表面上的水平延伸的至少一个电传导迹线(120)。
10.根据权利要求9所述的磁性嵌体(100)，其中，所述至少一个电传导迹线(120)与所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部彼此电耦接。
11.根据权利要求10所述的磁性嵌体(100)，所述磁性嵌体(100)包括至少一个垫(125)，所述至少一个垫(125)将所述至少一个电传导迹线(120)与所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部电耦接。
12.根据权利要求10所述的磁性嵌体(100)，其中，所述至少一个电传导迹线(120)和所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部被连接而形成至少一个绕组；特别地，所述至少一个电传导迹线(120)和所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部被连接而形成多个绕组；更特别地，所述至少一个电传导迹线(120)和所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部被连接而形成线圈。
13.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述磁性基体(110)包括刚性固体和糊剂中的至少一种。
14.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述磁性基体(110)包括电传导的磁性基体、电绝缘的磁性基体、部分地电传导的磁性基体、和部分地电绝缘的磁性基体中的一者。
15.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述磁性基体(110)的相对磁导率μr是在从2到106的范围内；特别地，所述磁性基体(110)的相对磁导率μr是在从20到80的范围内。
16.根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，其中，所述磁性基体(110)包括下述材料中的至少一种材料：铁磁材料、亚铁磁材料、永磁材料、软磁材料、铁氧体、金属氧化物、介电基体以及合金；特别地，所述介电基体是其中具有磁性颗粒的预浸料；特别地，所述合金是铁合金或合金硅。
17.一种部件承载件(200)，其中，所述部件承载件(200)包括：
叠置件(210)，所述叠置件(210)包括至少一个电传导层结构(204)和/或至少一个电传导绝缘层结构(202)；以及
根据权利要求1所述的磁性嵌体(100)，所述磁性嵌体被组装至所述叠置件(210)。
18.根据权利要求17所述的部件承载件(200)，其中，所述磁性嵌体(100)被嵌入到所述叠置件(210)中。
19.根据权利要求17所述的部件承载件(200)，其中，所述磁性嵌体(100)被表面安装在所述叠置件(210)上。
20.根据权利要求17所述的部件承载件(200)，其中，所述至少一个电传导层结构(204)与所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部电耦接。
21.根据权利要求20所述的部件承载件(200)，其中，与所述多个电传导竖向贯通连接部(150)中的至少一个电传导竖向贯通连接部电耦接的所述至少一个电传导层结构(204)形成线圈结构。
22.根据权利要求17所述的部件承载件(200)，其中，所述部件承载件被配置为电感器、变压器(300)、无线充电器、功率转换器、DC/DC转换器、AC/DC逆变器、DC/AC逆变器、AC/AC转换器和电流传感器中的一者。
23.一种制造磁性嵌体(100)的方法，其中，所述方法包括：
提供磁性基体(110)；
形成竖向地延伸穿过所述磁性基体(110)的多个电传导竖向贯通连接部(150)。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述方法包括：在所述磁性基体(110)中形成多个通孔，以及用电传导材料(156)至少部分地填充所述通孔。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述方法包括：通过钻孔形成至少一个通孔；特别地，通过极光钻孔或机械钻孔形成至少一个通孔。
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