CN117238630A - 变压器及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种变压器及电子设备，变压器包括衬底、磁芯、第一线圈和第二线圈，衬底包括相背设置的第一表面和第二表面；至少部分磁芯位于衬底内，其中，衬底设有第一线圈槽和第二线圈槽，第一线圈槽和第二线圈槽至少与第一表面连通；第一线圈位于第一线圈槽内，且第一线圈缠绕在磁芯上；第二线圈位于第二线圈槽内，且第二线圈缠绕在磁芯上。通过上述方案使得变压器在不增大尺寸的前提下适用于大功率电路。
Description
技术领域
本申请涉及半导体技术领域，特别是涉及一种变压器及电子设备。
背景技术
巴伦(Balun)是变压器的一种，又称为平衡-不平衡变换器，其主要作用是完成单端传输与差分传输之间的变换。磁通耦合变压器巴伦为最常见的一类巴伦，其基本上由磁芯及缠绕于磁芯上的两条不同导线构成，其中，通过将初级绕组的一侧接地，在初级侧产生不平衡条件，并在次级侧产生平衡条件。
现有的巴伦导线电阻较大，难以满足大功率电路的需求。
发明内容
本申请主要解决的技术问题是提供一种变压器及电子设备，能够在不增大尺寸的前提下适用于大功率电路。
为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种变压器，包括衬底、磁芯、第一线圈和第二线圈，所述衬底包括相背设置的第一表面和第二表面；至少部分所述磁芯位于所述衬底内，其中，所述衬底设有第一线圈槽和第二线圈槽，所述第一线圈槽和所述第二线圈槽至少与所述第一表面连通；所述第一线圈位于所述第一线圈槽内，且所述第一线圈环绕在所述磁芯上；所述第二线圈位于所述第二线圈槽内，且所述第二线圈环绕在所述磁芯上。
为解决上述技术问题，本申请采用的另一个技术方案是：提供一种电子设备，包括任一实施例中的变压器。
本申请的有益效果是：区别于现有技术的情况，本申请提供的变压器和电子设备的至少部分磁芯、第一线圈槽和第二线圈槽均位于衬底中，由于第一线圈位于第一线圈槽内，第二线圈位于第二线圈槽内，使得第一线圈和第二线圈也均位于衬底内，一方面，本申请的结构能够充分利用变压器器件的整体厚度，在不增大变压器器件尺寸的前提下实现了第一线圈和第二线圈厚度的提升，从而增大了线圈的横截面，减小了线圈的电阻，由于线圈电阻减小，通过线圈的电流增大，使得该变压器能够适配大功率电路。另一方面，磁芯、第一线圈、第二线圈与衬底的集成度高，工艺流程简单高效。
附图说明
图1是本申请的变压器一实施方式的结构示意图；
图2是图1中A-A向的剖视图；
图3是本申请的变压器另一实施方式的结构示意图；
图4是本申请的变压器另一实施方式的结构示意图；
图5是图4中B-B向的剖视图；
图6是本申请的变压器另一实施方式的结构示意图；
图7a-图7h是本申请的变压器的制备方法各步骤的结构示意图。
具体实施方式
为使本申请的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本申请进一步详细说明。显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本申请保护的范围。
参阅图1，图1是本申请的变压器一实施方式的结构示意图。该变压器10包括衬底11、磁芯12、第一线圈13和第二线圈14。衬底11包括相背设置的第一表面11a和第二表面11b。具体地，衬底11的材料可以为硅、玻璃或PCB(印刷电路板)等，形状可以为方形或圆形等，本申请不做具体限制。进一步地，衬底11可以为晶圆，从而实现晶圆级的变压器封装结构，其中，在本实施例中，第一表面11a为晶圆的功能面，第二表面11b为晶圆的非功能面。在其他实施例中，第一表面11a可以为晶圆的非功能面,第二表面11b为晶圆的功能面。
至少部分磁芯12位于衬底11内，其中，衬底11设有第一线圈槽111和第二线圈槽112，第一线圈槽111和第二线圈槽112至少与第一表面11a连通。第一线圈13位于第一线圈槽111内，且第一线圈13环绕在磁芯12上；第二线圈14位于第二线圈槽112内，且第二线圈14环绕在磁芯12上。
具体地，磁芯12由具有铁磁性的材料制成，例如可以为铁、镍、铬及其合金或氧化物等材料。在本实施例中，第一线圈槽111和第二线圈槽112为开口在第一表面11a上的盲孔，即第一线圈槽111和第二线圈槽112均不与第二表面11b连通。第一线圈槽111和第二线圈槽112可以通过刻蚀等方式在衬底11上形成。如图1所示，第一线圈槽111和第二线圈槽112的深度方向为衬底11的厚度方向(即图1中的Z方向)。图2是图1中A-A向的剖视图，第一线圈槽111和第二线圈槽112在衬底11的延伸平面上环绕，第一线圈槽111和第二线圈槽112的延伸方向如图2所示，第一线圈槽111和第二线圈槽112均呈绕磁芯12外的螺线。第一线圈13可以由填充至第一线圈槽111内的金属形成，第二线圈14可以由填充至第二线圈槽112内的金属形成，具体地第一线圈13和第二线圈14的材料可以为铜、镍、金、铝和银等，因此，第一线圈13和第二线圈14也呈环绕磁芯12的螺线状。第一线圈13和第二线圈14可以作为变压器10的初级线圈和次级线圈。本申请对第一线圈13和第二线圈14的匝数不做具体限定。
可选地，继续参阅图1和图2，磁芯12包括位于衬底11的第一表面11a一侧的第一磁芯部121、位于衬底11的第二表面11b一侧的第二磁芯部122、贯穿衬底11的第三磁芯部123以及贯穿衬底11且与第三磁芯部123间隔设置的第四磁芯部124，第一磁芯部121连接第三磁芯部123、第四磁芯部124的一端，第二磁芯部122连接第三磁芯部123、第四磁芯部124的另一端。如图1所示，磁芯12呈闭环结构，由于第三磁芯部123和第四磁芯部124均贯穿衬底11，充分利用了衬底11内的空间形成磁芯12，同时也使得第一线圈13和第二线圈14能够在衬底11内部环绕磁芯12，实现了变压器10的小型化。另外，磁芯12与衬底11的高度集成化，使得制备工艺简单高效。
可选地，在本实施例中，第一线圈13环绕在第三磁芯部123上，第二线圈14环绕在第四磁芯部124上。即第三磁芯部123为磁芯12的初级侧，第四磁芯部124为磁芯12的次级侧。
可选地，继续参阅图1，本申请的变压器10还包括第一介电层15和第二介电层16，第一介电层15设置在衬底11与第一磁芯部121之间，第三磁芯部123和第四磁芯部124均贯穿第一介电层15；第二介电层16设置在衬底11与第二磁芯部122之间，第三磁芯部123和第四磁芯部124均贯穿第二介电层16。第一介电层15用于在第一磁芯部121和第一线圈13以及第二线圈14之间形成绝缘层，第二介电层16用于在第二磁芯部122和第一线圈13以及第二线圈14之间形成绝缘层，避免磁芯12与两个线圈发生短路。
可选地，变压器10还包括两个第一连接端子132和两个第二连接端子142，两个第一连接端子132位于衬底11的第一表面11a一侧，两个第一连接端子132分别与第一线圈13的两端电连接，具体地，为了方便第一线圈13通过第一连接端子132与外部器件电连接，而不被磁芯12干扰，两个第一连接端子132均设置在磁芯12的外侧，在本实施例中，两个第一连接端子132均设置在第三磁芯部123背离第四磁芯部124的一侧，分别作为第一线圈13的输出端和输入端；同理，两个第二连接端子142位于衬底11的第一表面11a一侧，两个第二连接端子142分别与第二线圈14的两端电连接，具体地，两个第二连接端子142均设置在磁芯12的外侧，在本实施例中，两个第二连接端子142均设置在第四磁芯部124背离第三磁芯部123的一侧，分别作为第二线圈14的输出端和输入端，第一连接端子132和第二连接端子142可以为焊球，材料可以为锡、锡银合金或锡铅合金等。
进一步地，变压器10还包括第一焊盘131和第二焊盘141，均位于衬底11的第一表面11a一侧，第一焊盘131电连接第一连接端子132与第一线圈13；第二焊盘141电连接第二连接端子142与第二线圈14。在本实施例中，第一焊盘131和第二焊盘141均位于第一介电层15背离衬底11的一侧，用于增大与第一连接端子132、第二连接端子142的接触面。第一焊盘131和第二焊盘141的材料与第一线圈13和第二线圈14的材料相同。
进一步地，变压器10还包括第一保护层17和第二保护层18，第一保护层17设置于衬底11的第一表面11a一侧，第一连接端子132和第二连接端子142均贯穿且凸出第一保护层17，其中，第一保护层17在衬底11上的正投影覆盖衬底11，在本实施例中，第一保护层17覆盖第一介电层15、第一焊盘131、第二焊盘141以及磁芯12；第二保护层18设置于衬底11的第二表面11b一侧，第二保护层18在衬底11上的正投影覆盖衬底11，第二保护层18覆盖第二介电层16和磁芯12；第一保护层17和第二保护层18用于保护第一介电层15、第二介电层16、第一焊盘131、第二焊盘141以及磁芯12。第一保护层17和第二保护层18的材料可以为聚酰亚胺等。在其他实施例中，第一连接端子132、第二连接端子142、第一焊盘131和第二焊盘141可以设置在衬底11的第二表面11b的一侧。
另一可选地，参阅图3，图3是本申请的变压器另一实施方式的结构示意图。本实施例与上一实施例的区别在于，部分第二磁芯部122嵌入在衬底11第二表面11b的一侧内，本实施例利用了衬底11没有被第一线圈槽111和第二线圈槽112贯穿的部分，该部分可以用于嵌入第二磁芯部122，该结构提升了变压器10结构的紧凑度，有利于实现变压器10尺寸的小型化。
另一可选地，参阅图4和图5，图4是本申请的变压器另一实施方式的结构示意图，图5是图4中B-B向的剖视图。第一线圈13和第二线圈14交替环绕在第三磁芯部123上。在本实施例中，第一线圈13和第二线圈14均沿同一方向由内向外螺旋环绕在第三磁芯部123上，部分第一线圈13和第二线圈14位于第三磁芯部123背离第四磁芯部124的一侧，其余部分第一线圈13和第二线圈14位于第三磁芯部123和第四磁芯部124之间。由于第一线圈13的匝数大于第二线圈14的匝数，为了提升空间利用率，可以将第一线圈13靠近第三磁芯部123的内端设置得比第二线圈14的内端更靠近第三磁芯部123，并且将第一线圈13远离第三磁芯部123的外端设置得比第二线圈14的外端更远离第三磁芯部123，也就是说，在第三磁芯部123指向第四磁芯部124的方向上，第一连接端子132、第二连接端子142、另一个第二连接端子142、另一个第一连接端子132依次设置。具体地，两个第一连接端子132和两个第二连接端子142均设置在磁芯12的外侧，在本实施例中，两个第一连接端子132和两个第二连接端子142均设置在第三磁芯部123背离第四磁芯部124的一侧。在其他实施例中，第一线圈13和第二线圈14也可以环绕在第四磁芯部124上。上述设置使得第一线圈槽111和第二线圈槽112分布地较为紧密，能够较为高效地向内填充金属，形成第一线圈13和第二线圈14。
另一可选地，参阅图6，图6是本申请的变压器另一实施方式的结构示意图。与图1所示的实施例相比，区别之处在于，第一线圈槽111与所述第二表面11b连通，第二线圈槽112与第二表面11b连通。在本实施例中，第一线圈槽111和第二线圈槽112均沿衬底11的厚度方向(图中Z方向)贯穿衬底11，即第一线圈13和第二线圈14均沿衬底11的厚度方向贯穿衬底11。由于衬底11的厚度最大可达200μm，而第一线圈槽111和第二线圈槽112的孔径最大可达30μm，因此，第一线圈13和第二线圈14的横截面最大可达200*30μm2，进一步扩大了线圈的横截面，降低其电阻，增大通过线圈的电流，从而使得变压器在较小的尺寸下能够适用于更大功率的电路。
参阅图7a-图7h，图7a-图7h是本申请的变压器的制备方法各步骤的结构示意图。本申请提供的变压器10按照如下步骤制备：
首先，如图7a所示，在衬底11上形成第一线圈槽111、第二线圈槽112和两个磁芯槽113，其中，第一线圈槽111和第二线圈槽112分别环绕两个磁芯槽113。制作工艺可以是激光刻蚀、激光诱导刻蚀、深离子反应刻蚀等，孔径可以5-30μm(例如10、15、20μm等)，孔深50-200μm(例如80、120、160μm等)。第一线圈槽111以及第二线圈槽112的孔径和孔深可以与磁芯槽113的不同，也可以相同。
在两个磁芯槽113中填充胶层，然后在第一线圈槽111和第二线圈槽112中依次沉积绝缘层(材料可以为二氧化硅SiO2、四氮化三硅Si3N4等)、种子层(材料可以为钛铜TiCu、钛钨铜TiWCu等)和金属层(材料可以为铜等)，金属层高度超过第一线圈槽111和第二线圈槽112，覆盖在第一表面11a上，然后通过化学机械研磨(CMP)方式，将第一表面11a的金属去除，形成第一线圈13和第二线圈14，如图7b所示。
去除磁芯槽113中的胶层后，在磁芯槽113内沉积磁芯材料，高度超过第一表面11a，然后通过化学机械研磨方式，将第一表面11a的磁芯材料去除，形成第三磁芯部123和第四磁芯部124，如图7c所示。
如图7d所示，在第一表面11a上形成第一介电层15，并在第一介电层15对应第三磁芯部123、第四磁芯部124、第一线圈13的内外两端以及第二线圈14的内外两端分别去除第一介电层15，形成多个第一开窗151。第一介电层15的材料可以为聚酰亚胺，通过涂胶、光刻、显影的方式形成，也可以用气相沉积二氧化硅的方法制备。
如图7e所示，在第一介电层15背离衬底11的一侧形成第一磁芯部121、两个第一焊盘131和两个第二焊盘141，且第一磁芯部121两端通过第一开窗151分别与第三磁芯部123和第四磁芯部124连接，两个第一焊盘131通过第一开窗151分别与第一线圈13内外两端连接，两个第二焊盘141通过第一开窗151分别与第二线圈14内外两端连接。
如图7f所示，在第一介电层15背离衬底11的一侧形成第一保护层17，第一保护层17覆盖第一介电层15和第一磁芯部121，并在第一介电层15对应第一焊盘131和第二焊盘141处形成多个第二开窗171，在第二开窗171中形成两个第一连接端子132电连接第一焊盘131，形成两个第二连接端子142电连接第二焊盘141。第一连接端子132和第二连接端子142可以为通过电镀、印刷或植球、再回流制备形成的焊球。
如图7g所示，在第一保护层17背离衬底11的一侧涂临时键合胶172，然后在其上粘接临时键合载片173。临时键合载片173用于保护变压器10的正面，方便后续对变压器10背面的制备。
如图7h所示，翻转变压器，使临时键合载片173向下，然后对衬底11背离第一表面11a的一侧进行减薄形成第二表面11b，此时可以使得第一线圈13和第二线圈14露出于第二表面11b，即贯穿衬底11,也可以使得第一线圈13和第二线圈14不贯穿衬底11。然后在第二表面11b上依次形成第二磁吸部(图未示)、第二介电层和第二保护层，形成方法如前述的第一磁吸部、第一介电层和第一保护层，形成如图1所示的变压器10。其他实施例的变压器结构的制备方法与本实施例相似，不再赘述。本申请能够利用在衬底11上形成槽、孔结构制作线圈和部分磁芯12，在衬底11正面、衬底背面制作磁芯12，均在衬底11维度完成，不需要单独制作磁芯12，再与线圈组合成变压器10，工艺集成度高，流程简化。
本申请还提供了一种电子设备，包括任意实施例中的变压器。该电子设备可以包括电磁装置等。本申请的结构能够充分利用变压器10器件的整体厚度，在不增大变压器10器件尺寸的前提下实现了第一线圈13和第二线圈14厚度的提升，从而增大了线圈的横截面，减小了线圈的电阻，由于线圈电阻减小，通过线圈的电流增大，使得该变压器10能够适配大功率电路。另一方面，磁芯12、第一线圈13、第二线圈14与衬底11的集成度高，工艺流程简单高效。
以上仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。
Claims (10)
1.一种变压器，其特征在于，包括：
衬底，包括相背设置的第一表面和第二表面；
磁芯，至少部分所述磁芯位于所述衬底内，其中，所述衬底设有第一线圈槽和第二线圈槽，所述第一线圈槽和所述第二线圈槽至少与所述第一表面连通；
第一线圈，位于所述第一线圈槽内，且所述第一线圈环绕在所述磁芯上；
第二线圈，位于所述第二线圈槽内，且所述第二线圈环绕在所述磁芯上。
2.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，
所述磁芯包括位于所述衬底的所述第一表面一侧的第一磁芯部、位于所述衬底的所述第二表面一侧的第二磁芯部、贯穿所述衬底的第三磁芯部以及贯穿所述衬底且与所述第三磁芯部间隔设置的第四磁芯部，所述第一磁芯部连接所述第三磁芯部、所述第四磁芯部的一端，所述第二磁芯部连接所述第三磁芯部、所述第四磁芯部的另一端。
3.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，
所述第一线圈和所述第二线圈交替环绕在所述第三磁芯部或所述第四磁芯部上。
4.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，
所述第一线圈环绕在所述第三磁芯部上，所述第二线圈环绕在所述第四磁芯部上。
5.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，
所述第一线圈槽与所述第二表面连通，所述第二线圈槽与所述第二表面连通。
6.根据权利要求2所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括：
第一介电层，设置在所述衬底与所述第一磁芯部之间，所述第三磁芯部和所述第四磁芯部均贯穿所述第一介电层；和/或，
第二介电层，设置在所述衬底与所述第二磁芯部之间，所述第三磁芯部和所述第四磁芯部均贯穿所述第二介电层。
7.根据权利要求1所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括：
两个第一连接端子，位于所述衬底的所述第一表面一侧，两个所述第一连接端子分别与所述第一线圈的两端电连接；
两个第二连接端子，位于所述衬底的所述第一表面一侧，两个所述第二连接端子分别与所述第二线圈的两端电连接；
优选地，所述变压器还包括：
第一焊盘，位于所述衬底的所述第一表面一侧，电连接所述第一连接端子与所述第一线圈；
第二焊盘，位于所述衬底的所述第一表面一侧，电连接所述第二连接端子与所述第二线圈。
8.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，所述变压器还包括：
第一保护层，设置于所述衬底的所述第一表面一侧，所述第一连接端子、所述第二连接端子均贯穿且凸出所述第一保护层，其中，所述第一保护层在所述衬底上的正投影覆盖所述衬底；和/或，
第二保护层，设置于所述衬底的所述第二表面一侧，所述第二保护层在所述衬底上的正投影覆盖所述衬底。
9.根据权利要求7所述的变压器，其特征在于，
所述衬底为硅、玻璃或印刷电路板中的至少一种；
优选地，所述衬底为晶圆，所述第一表面为所述晶圆的功能面，或者所述第一表面为所述晶圆的非功能面。
10.一种电子设备，其特征在于，包括如权利要求1-9中任意一项所述的变压器。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311235774.8A CN117238630A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 变压器及电子设备 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311235774.8A CN117238630A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 变压器及电子设备 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117238630A true CN117238630A (zh) | 2023-12-15 |
Family
ID=89082275
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311235774.8A Pending CN117238630A (zh) | 2023-09-22 | 2023-09-22 | 变压器及电子设备 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117238630A (zh) |
-
2023
- 2023-09-22 CN CN202311235774.8A patent/CN117238630A/zh active Pending
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Legal Events
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