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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft ein elektronisches Modul und ein Stromversorgungsmodul.
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STAND DER TECHNIK
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Die Stromversorgungs- und Spannungsregulierung für Vorrichtungen wie etwa die Zentraleinheit, den Speicher oder Peripherielasten wird aufgrund der zunehmenden Leistungsanforderungen bei Rechnerplattformen zu einer erheblichen Herausforderung. Höhere Strombeträge müssen bei immer weiter ansteigendem Platinenplatz für die Spannungsregler zugeführt werden, was das Erfordernis höherer Leistungsdichtenlösungen für den Spannungsregler nach sich zieht. Die aktiven und passiven Bauteile einer Stromversorgung oder eines Spannungsreglers belegen Platinenplatz und behindern Höchstleistungsdichtenlösungen. Das Integrieren dieser aktiven und passiven Bauteile in ein Paket und simultanes Vorsehen von höheren Strombeträgen und das gleichzeitige Erfüllen von Effizienzzielen und Niedrighalten von Wärmebelastung ist die erhebliche Herausforderung, die zu bewältigen ist.
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DE 10 2008 003 952 A1 zeigt einen Mikrominiatur-Umrichter. Ein dünnes Magnetinduktionselement weist Spulenleiter in einem magnetischen, isolierenden Substrat auf. Ein Halbleiterchip ist über dem Substrat angeordnet und elektrisch leitend mit auf einer untenliegenden Fläche des Substrats angeordneten Elektroden verbunden. Der Halbleiterchip ist nicht elektrisch mit der Induktorwicklung verbunden.
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DE 690 34 095 T2 zeigt eine mehrschichtige hybride Schaltung. Ein laminierter Körper kann einen Induktor enthalten. Auf dem laminierten Körper können Chips montiert sein. Der Halbleiterchip ist nicht elektrisch mit der Induktorwicklung verbunden.
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US 4 426 774 A betrifft elektronische Module ohne Induktor mit einem keramischen Substrat mit einer Anzahl von Anschlussstiften. Auf das Substrat können elektrische Leitungen einschließlich Widerstandsbahnen aufgebracht sein. In einer Vertiefung des Substrats ist ein Halbleiterchip angeordnet
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US 2003/0057446 A1 zeigt ein elektronisches Bauteil mit einem Induktor und einem darüber angeordneten Halbleiterchip. Über Bonddrähte kann eine elektrisch leitende Verbindung zwischen Induktor und Halbleiterchip hergestellt werden.
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Figurenliste
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Die beiliegenden Zeichnungen sind zum besseren Verständnis von Ausführungsformen enthalten und sind in dieser Schrift eingegliedert und bilden ein Bestandteil davon. Die Zeichnungen stellen Ausführungsformen dar und dienen zusammen mit der Beschreibung zum Erläutern von Ausführungsformprinzipien. Andere Ausführungsformen und zahlreiche beabsichtigte Vorteile von Ausführungsformen gehen ohne weiteres hervor, da sie unter Bezugnahme auf die folgende detaillierte Beschreibung leichter verständlich werden. Die Elemente der Zeichnungen sind in Bezug zueinander nicht notwendigerweise maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen entsprechende ähnliche Teile. Es zeigen:
- 1 eine schematische Querschnittsseitenansicht eines elektronischen Moduls gemäß einer Ausführungsform;
- 2 eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Stromversorgungsmoduls gemäß einer Ausführungsform;
- 3 eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Stromversorgungsmoduls gemäß einer Ausführungsform;
- 4 eine Perspektivansicht eines Induktormoduls gemäß einer Ausführungsform;
- 5 eine Perspektivansicht eines Stromversorgungsmoduls gemäß einer Ausführungsform;
- 6a und 6b perspektivische Oben- und Untenansichten eines Substrats, das die Halbleiterchips trägt, gemäß einer Ausführungsform; und
- 7 eine Perspektivansicht eines Stromversorgungsmoduls gemäß einer Ausführungsform.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON VERANSCHAULICHENDEN
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AUSFÜHRUNGSFORMEN
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Die Aspekte und Ausführungsformen werden nun unter Bezugnahme auf die Zeichnungen beschrieben, in denen gleiche Bezugszeichen durchweg im Allgemeinen zum Bezeichnen gleicher Elemente benutzt werden. In der folgenden Beschreibung sind zu Erläuterungszwecken zahlreiche spezifische Details dargelegt, um zu einem gründlichen Verständnis von einem oder mehr Aspekten der Ausführungsformen zu verhelfen. Es kann dem Fachmann jedoch offensichtlich sein, dass ein oder mehr Aspekte der Ausführungsformen mit einem geringeren Grad an spezifischen Details praktiziert werden können. In anderen Fällen sind bekannte Strukturen und Elemente in schematischer Form gezeigt, um die Beschreibung von einem oder mehr Aspekten der Ausführungsformen zu erleichtern. Es versteht sich, dass andere Ausführungsformen genutzt werden können und bauliche oder logische Änderungen vorgenommen werden können, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Es ist ferner zu beachten, dass die Zeichnungen nicht maßstabsgetreu oder nicht unbedingt maßstabsgetreu sind.
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Zudem kann, obgleich ein bestimmtes Merkmal oder ein bestimmter Aspekt einer Ausführungsform bezüglich nur einer von mehreren Implementierungen offenbart sein kann, ein derartiges Merkmal oder derartiger Aspekt mit einem oder mehr Merkmalen oder Aspekten der anderen Implementierungen kombiniert sein, wie es für jede gegebene oder bestimmte Anwendung wünschenswert oder vorteilhaft ist. Ferner ist beabsichtigt, insoweit die Begriffe „enthalten“, „aufweisen“, „mit“ oder andere Variationen davon in entweder der detaillierten Beschreibung oder den Ansprüchen benutzt werden, dass derartige Begriffe einschließend ähnlich dem Begriff „umfassen“ sind. Die Begriffe „gekoppelt“ und „verbunden“ können zusammen mit Ableitungen benutzt werden. Es versteht sich, dass diese Begriffe zum Anzeigen benutzt werden können, dass zwei Elemente miteinander zusammenwirken oder interagieren, ungeachtet dessen, ob sie in direktem physischen oder elektrischen Kontakt miteinander stehen oder nicht in direktem Kontakt miteinander stehen. Außerdem bedeutet der Begriff „beispielhaft“ lediglich Beispiel statt das Beste oder Optimale. Die folgende detaillierte Beschreibung ist daher nicht in einschränkendem Die Ausführungsformen eines elektronischen Moduls und eines Stromversorgungsmoduls können verschiedene Arten von Halbleiterchips und Schaltungen, die in den Halbleiterchips eingegliedert sind, nutzen, darunter Treiberschaltungen, logische integrierte Schaltungen, analoge integrierte Schaltungen, integrierte Mischsignalschaltungen, Sensorschaltungen, MEMS (Micro-Electro-Mechanical-Systems), integrierte Stromschaltungen, Chips mit integrierten Passivelementen usw. Die Ausführungsformen können außerdem Halbleiterchips nutzen, die MOS-Transistorstrukturen oder vertikale Transistorstrukturen, wie etwa beispielsweise IGBT-Strukturen (Insulated Gate Bipolar Transistor-Strukturen) oder im Allgemeinen Transistor-strukturen aufweisen, bei denen mindestens eine elektrische Kontaktstelle auf einer ersten Hauptfläche des Halbleiterchips angeordnet ist und mindestens eine andere elektrische Kontaktstelle auf einer zweiten Hauptfläche des Halbleiterchips angeordnet ist, die der ersten Hauptfläche des Halbleiterchips gegenüberliegt.
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Unter Bezugnahme auf 1 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines elektronischen Moduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das elektronische Modul 10 weist einen ersten Halbleiterchip 2 und ein passives Bauteil 1 auf, wobei der erste Halbleiterchip 2 auf einer Oberfläche des passiven Bauteils 1 angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 ist der erste Halbleiterchip 2 auf oder über einer der Hauptflächen des passiven Bauteils 1 angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist der erste Halbleiterchip 2 eine kleinere räumliche Ausdehnung als das passive Bauteil 1 auf; insbesondere ist eine Hauptfläche des ersten Halbleiterchips 2 kleiner in der räumlichen Ausdehnung als eine Hauptfläche des passiven Bauteils 1, und der erste Halbleiterchip 2 ist mit einer seiner Hauptflächen auf oder über einer Hauptfläche des passiven Bauteils 1 angebracht.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 ist der erste Halbleiterchip 2 mechanisch und elektrisch mit dem passiven Bauteil 1 verbunden; insbesondere ist der erste Halbleiterchip 2 direkt mit einer seiner Oberflächen mit einer der Oberflächen des passiven Bauteils 1 verbunden.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist das elektronische Modul 10 ferner eine elektronische Schaltung auf, wobei der erste Halbleiterchip 2 und das passive Bauteil 1 beide ein Teil der elektronischen Schaltung sind.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist das passive Bauteil 1 einen Induktor, Kondensator, Transformator, Kühlkörper und/oder ein Chassisbauteil oder Einschlussbauteil auf.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist das passive Bauteil 1 mindestens einen elektrischen Anschlusspunkt auf einer der Oberflächen davon, insbesondere auf einer der Hauptflächen davon, auf, wobei der erste Halbleiterchip 2 auf oder über dem mindestens einen elektrischen Anschlusspunkt angeordnet ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform davon ist eine Kontaktstelle des ersten Halbleiterchips 2 direkt elektrisch und mechanisch mit dem mindestens einen elektrischen Anschlusspunkt des passiven Bauteils 1 verbunden. Gemäß einer weiteren Ausführungsform davon befindet sich der erste Halbleiterchip 2 mindestens teilweise direkt über dem elektrischen Anschlusspunkt des passiven Bauteils 1; insbesondere befindet sich ein derartiger Teil des ersten Halbleiterchips 2, der die Kontaktstelle aufweist, direkt über dem elektrischen Anschlusspunkt des passiven Bauteils 1.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist das Modul 10 ferner ein Substrat auf, wobei der erste Halbleiterchip 2 auf dem Substrat angeordnet ist und das Substrat auf oder über der Oberfläche des passiven Bauteils 1 angeordnet ist.
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Gemäß einer weiteren Ausführungsform davon weist das Substrat eine plattenartige rechteckige Form auf, die zwei gegenüberliegende Hauptflächen aufweist. Gemäß einer Ausführungsform davon weist das Substrat eine erste Oberfläche und eine zweite Oberfläche und mehrere Durchgangslöcher auf, die von der ersten Oberfläche zur zweiten Oberfläche verlaufen.
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Gemäß einer Ausführungsform weist das Substrat eine Hauptfläche mit einer räumlichen Ausdehnung auf, die kleiner oder gleich der räumlichen Ausdehnung der Oberfläche des passiven Bauteils 1 ist. Gemäß einer Ausführungsform ist das Substrat direkt auf oder über der Oberfläche des passiven Bauteils 1 angeordnet, insbesondere derart, dass sich eine Seitenkante des Substrats direkt über einer Seitenkante des passiven Bauteils 1 befindet.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist das passive Bauteil 1 eine Aussparung in der Oberfläche auf, wobei die räumliche Ausdehnung der Aussparung der räumlichen Ausdehnung der Hauptfläche des Halbleiterchips oder der räumlichen Ausdehnung der Hauptfläche eines Substrats entspricht, das den Halbleiterchip trägt. Der Halbleiterchip oder das Substrat, das den Halbleiterchip trägt, ist in die Aussparung des passiven Bauteils 1 eingefügt. Gemäß einer weiteren Ausführungsform davon weist das passive Bauteil 1 mindestens einen elektrischen Anschlusspunkt auf, insbesondere einen elektrischen Anschlusspunkt, der sich unterhalb der Aussparung befindet. Anders gesagt ist der Boden der Aussparung durch den elektrischen Anschlusspunkt oder mindestens einen Teil des elektrischen Anschlusspunkts ausgebildet. Der elektrische Anschlusspunkt kann eine flache Oberfläche mit einer Rechteckform aufweisen, die sich bis zu einer Kante des passiven Bauteils 1 erstreckt.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist das Modul einen zweiten Halbleiterchip auf, insbesondere derart, dass er auf dem oben genannten Substrat angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist der erste Halbleiterchip eine Transistorstruktur auf, insbesondere eine vertikale Feldeffekttransistorstruktur oder alternativ jede andere Art von Feldeffekttransistorstruktur.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weisen der erste Halbleiterchip und der zweite Halbleiterchip beide Leistungstransistoren auf, insbesondere vertikal strukturierte Leistungs-MOSFETs. Insbesondere sind diese zwei Leistungs-MOSFET-Transistoren ein Teil einer synchronen Halbbrückenabwärtswandlerschaltung.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist das Modul ferner mindestens einen Kondensator auf, insbesondere einen Eingangskondensator und einen Ausgangskondensator, die beispielsweise ein Teil einer elektrischen Schaltung wie etwa einer Wandlerschaltung, insbesondere einer Abwärtswandlerschaltung, sein können.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 entspricht die räumliche Ausdehnung des Moduls der räumlichen Ausdehnung des passiven Bauteils 1. Im Falle eines Induktors als passives Bauteil 1 ist der Hauptkörper des Induktors aus einem Ferritmaterial ausgebildet.
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Gemäß einer Ausführungsform des elektronischen Moduls 10 weist das Modul ein Stromversorgungsmodul, ein Schaltstromversorgungsmodul, einen Spannungsregler, einen Gleichstromwandler, einen Abwärtswandler, einen Aufwärtswandler, einen LLC-Resonanzwandler, einen TTF/ITTF-Wandler, einen phasenverschobenen ZVS-Wandler und/oder einen H4-Wandler auf oder besteht daraus.
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Die oben beschriebenen Ausführungsformen machen es möglich, zwei Leistungseinrichtungen, nämlich einen High-Side-MOSFET und einen Low-Side-MOSFET einer Spannungswandlerschaltung, und ein passives Bauteil, insbesondere einen Induktor, in einem einzigen, gering parasitären Paket zu integrieren. Dadurch sind der High-Side-MOSFET und der Low-Side-MOSFET auf oder unter dem Induktor angeordnet, wodurch der Platinenraumverbrauch aktiver Einrichtung auf so gut wie null gebracht wird. Außerdem sind aufgrund der Reduzierung der parasitären Streuinduktivität und parasitären Leiterbahnwiderstände erhebliche Effizienzverbesserungen zu erwarten. Dies ermöglicht das Erhöhen von Schaltfrequenzen auf bis zu 1 - 2 MHz. Ein weiterer Vorteil ist, dass das passive Bauteil, insbesondere im Falle eines Induktors, als Kühlkörper genutzt werden kann, da die aktiven Einrichtungen direkt auf oder unter dem Induktor angebracht sind und eine gute Wärmeverbindung mit dem Induktor selbst aufweisen. Im Allgemeinen kann jedes bestehende große Bauteil, das in der Nähe der Leistungswandlungsstruktur resident ist, als potentieller Host oder potentielles Substrat für die Leistungseinrichtungen betrachtet werden. Wie oben angegeben, könnte dies außerdem ein Transformator, ein gemeinsam benutzter Kühlkörper, ein Metallchassis einer Tastatur, ein Elektrolytkondensator oder Chassis- oder Einschlussbauteile sein.
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Unter Bezugnahme auf 2 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Stromversorgungsmoduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Stromversorgungsmodul 20 von 2 weist eine elektronische Schaltung auf, die mindestens einen Halbleiterchip 22 und mindestens einen Induktor 21 aufweist, wobei der Halbleiterchip 22 auf einer ersten Oberfläche des Induktors 21 angeordnet ist. Der Induktor 21 ist hier als ein Hauptkörper 21a, der aus Ferritmaterial hergestellt sein kann, und Induktorwicklungen 21b dargestellt, die in den Hauptkörper 21a eingelassen sind.
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Gemäß einer Ausführungsform des Stromversorgungsmoduls 20 weist der Induktor 21 mindestens einen elektrischen Anschlusspunkt auf der ersten Oberfläche auf, wobei der Halbleiterchip 22 auf dem mindestens einen elektrischen Anschlusspunkt angeordnet ist, wobei der elektrische Anschlusspunkt mit den Induktorwicklungen 21b verbunden ist. Gemäß einer weiteren Ausführungsform davon ist eine Kontaktstelle des Halbleiterchips direkt elektrisch und mechanisch mit dem mindestens einen elektrischen Anschlusspunkt des Induktors 21 verbunden, wobei eine direkte Verbindung außerdem das Verbinden des Chips mit dem Anschlusspunkt mithilfe von Klebstoff oder Lötmetallen enthält.
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Gemäß einer Ausführungsform des Stromversorgungsmoduls 20 entspricht die räumliche Ausdehnung des Stromversorgungsmoduls 20 der räumlichen Ausdehnung des Induktors 21, d.h. die räumliche Ausdehnung des Stromversorgungsmoduls 20 ist durch die räumliche Ausdehnung des Induktors 21 als der größte Teil des Stromversorgungsmoduls 20 definiert. Es kann jedoch auch Anwendungen geben, bei denen das Stromversorgungsmodul geringfügig größer als der Induktor gestaltet ist. Beispielsweise kann es passive oder aktive Elemente geben, die zu groß zur Integrierung unter dem Induktor sind, sodass sie sich außerhalb der Anschlussfläche des Induktors befänden, sodass in diesen Fällen die räumliche Ausdehnung des Stromversorgungsmoduls größer als die räumliche Ausdehnung des Induktors ist.
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Andere Ausführungsformen können analog zu den Ausführungsformen und Merkmalen wie in Verbindung mit dem elektronischen Modul 10 von 1 beschrieben ausgebildet sein.
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In der oben beschriebenen Ausführungsform kann der mindestens eine elektrische Anschlusspunkt des Induktors außerdem als Wärmeleitung zum Ziehen der Wärme, die in dem Halbleiterchip erzeugt wird, auf sehr effiziente Art und Weise in die Induktorspule wirken. Der Hauptkörper 21a des Induktors 21, der aus einem Ferritmaterial gefertigt sein kann, kann als thermisch wirksame Masse für die gesamte Baugruppe wirken. Es ist außerdem möglich, eine oder mehr der Außenflächen des Hauptkörpers 21a des Induktors durch Ausbilden von rechteckigen Oberflächenstrukturen darin künstlich zu vergrößern, um die erzeugte Wärme auf effiziente Art und Weise zur äußeren Atmosphäre abzuführen.
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Unter Bezugnahme auf 3 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht eines Stromversorgungsmoduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Stromversorgungsmodul 30 von 3 weist eine elektronische Schaltung, die einen ersten Halbleiterchip 32 und mindestens einen Induktor 31 aufweist, und ein Substrat 33 auf, wobei der erste Halbleiterchip 32 auf dem Substrat 33 angeordnet ist und das Substrat 33 auf einer Oberfläche des Induktors 31 angeordnet ist.
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Gemäß einer Ausführungsform des Stromversorgungsmoduls 30 ist das Substrat 33 in einer Aussparung des Induktors 31 angeordnet.
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Gemäß einer Ausführungsform des Stromversorgungsmoduls 30 weist die elektronische Schaltung eine Spannungsreglerschaltung, eine Gleichstromwandlerschaltung, eine Abwärtswandlerschaltung, eine Aufwärtswandlerschaltung, eine LLC-Resonanzwandlerschaltung, eine TTF/ITTF-Wandlerschaltung, eine phasenverschobene ZVS-Wandlerschaltung oder eine H4-Wandlerschaltung auf oder besteht daraus.
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Andere Ausführungsformen können analog zu den Ausführungsformen wie in Verbindung mit dem elektronischen Modul von 1 ausgebildet sein.
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Unter Bezugnahme auf 4 ist eine Perspektivansicht eines Induktormoduls 40 gemäß einer Ausführungsform beschrieben. Das Induktormodul 40 von 4 kann als passives Bauteil der Ausführungsformen genutzt werden, die vorher in Verbindung mit 1 bis 3 beschrieben wurden.
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Das Induktormodul 40 weist einen Hauptkörper 41 auf, der aus einem Ferritmaterial hergestellt ist. Es ist ersichtlich, dass in der oberen Hauptfläche des Hauptkörpers 41 eine plattenartige, rechteckige Aussparung 41a mit einer derartigen räumlichen Ausdehnung ausgebildet ist, dass ein Substrat mit ähnlicher räumlicher Ausdehnung darin eingefügt sein kann. Die Aussparung 41a verläuft zu einer der Seitenkanten der Oberfläche des Hauptkörpers 41. Diese Oberfläche ist normalerweise als die Bodenfläche des Induktormoduls 40 bestimmt, da das Modul normalerweise umgedreht mit dieser Oberfläche auf einer Leiterplatte angebracht ist. Am Boden der Aussparung 41a ist ein plattenartiger Eingangsverbinder 42 an der Oberfläche des Hauptkörpers 41 angebracht, wobei der Eingangsverbinder 42 an der Kante der Oberfläche nach unten zu einem vertikalen plattenartigen Abschnitt des Eingangsverbinders 42 gebogen ist, der an einer der Seitenflächen des Hauptkörpers 41 angebracht ist. Der obere, horizontale plattenartige Abschnitt des Eingangsverbinders 42 ist in eine weitere Aussparung eingefügt, die in der Bodenfläche der Aussparung 41a ausgebildet ist, sodass ein Substrat derart in die Aussparung 41a eingefügt sein kann, dass die Bodenfläche des Substrats in direkter mechanischer und elektrischer Verbindung mit dem Eingangsverbinder 42 steht. Das Induktormodul 40 kann außerdem einen Ausgangsverbinder 43 aufweisen, der auf nahezu dieselbe Art und Weise wie der Eingangsverbinder 42 an dem Hauptkörper 41 angebracht sein kann, d.h. der Ausgangsverbinder 43 weist einen flachen horizontalen Abschnitt, der in eine Aussparung eingefügt ist, welche in der oberen Oberfläche des Hauptkörpers 41 ausgebildet ist, und einen vertikalen Abschnitt (nicht gezeigt) auf, der an einer anderen Seitenfläche des Hauptkörpers 41 angebracht ist und mit dem horizontalen Abschnitt des Ausgangsverbinders 43 durch einen heruntergebogenen Abschnitt verbunden ist.
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Das Induktormodul 40 von 4 kann von einfacher Art mit geringer Induktivität sein, die einen flachen Kupferstreifen (nicht gezeigt) enthält, welcher durch die Mitte des Ferrithauptkörpers 41 läuft. Andere Induktormodule wie jene, die schematisch in 2 gezeigt sind, weisen größere Induktivitätswerte auf und enthalten eine echte Kupferspule.
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Unter Bezugnahme auf 5 ist eine Perspektivansicht eines Stromversorgungsmoduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Stromversorgungsmodul 50, wie in 5 gezeigt, ist durch Vorsehen eines Induktormoduls 52 wie jenes, das als Induktormodul 40 in 4 gezeigt ist, und Einfügen eines Substrats 51 in eine Aussparung 52a, welche in der Oberfläche eines Hauptkörpers des Induktors 52 ausgebildet ist, gefertigt. Das Substrat 51 weist einen High-Side-MOSFET-Transistor 51.1 (Vin) und einen Low-Side-MOSFET-Transistor 51.2 (Gnd) auf, wobei das MOSFET-Transistorpaar in einer synchronen Abwärtswandlerkonfiguration verbunden ist. Die MOSFET-Transistoren 51.1 und 51.2 sind derart konfiguriert, dass sie direkte vertikale Verbindung zum Eingangsverbinder 52.1 des Induktors 52 aufweisen. In dieser Konfiguration fließt der Strom vertikal direkt durch den Halbleiterchip. Das Stromversorgungsmodul 50 kann außerdem einen Ausgangsverbinder 52.2 des Induktors 52 aufweisen. Der Ausgangsverbinder 52.2 kann auf ähnliche Art und Weise wie der Eingangsverbinder 52.1 ausgebildet sein. Der obere horizontale Abschnitt des Ausgangsverbinders 52.2 befindet sich in einer Aussparung auf der oberen Oberfläche des Induktors 52, und der vertikale Abschnitt des Ausgangsverbinders 52.2 (nicht gezeigt) ist auf dieselbe Art und Weise wie der vertikale Abschnitt des Eingangsverbinders 52.1 an dem Induktor 52 ausgebildet und angebracht.
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Das Stromversorgungsmodul 50, wie in 5 gezeigt, wird derart mit seiner oberen Oberfläche an einer Leiterplatte angebracht, dass sich die Wandlerschaltung mit den Halbleiterchips in einem montierten Zustand auf einer Leiterplatte vollständig unter dem Induktor befindet.
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Unter Bezugnahme auf 6a und 6b sind Oben- und Untenansichten eines Substrats 60 gezeigt, wie etwa jenes, das in 5 gezeigt und mit dem Bezugszeichen 51 bezeichnet ist. Das Material des Substrats 60 kann ein Kunststoffmaterial wie etwa ein thermisch hochwiderstandsfähiges, halbstarres oder starres Material wie etwa Polyimid, Polyetheretherketon, Hoch-Tg-Epoxidharz oder Bismaleimid, insbesondere Bismaleimid-Triazin-BT-Laminat, glasfaserverstärktes Epoxidharz, PTFE, kohlenstoff- oder Kevlar-verstärkte Harze, Polyestermaterial usw. sein. Die Substratstärke kann im Bereich von ungefähr 25 µm. bis ungefähr 1 mm oder im Bereich von ungefähr 25 µm bis ungefähr 250 µm oder im Bereich von ungefähr 20 µm bis ungefähr 100 µm liegen. Das Substrat 60, wie in 6a und 6b gezeigt, weist die Eingangs- und Signalverbindungen alle auf einer Seite des Substrats 60 auf, nämlich auf der oberen Oberfläche 60.1, die in 6a gezeigt ist, während sich auf der Bodenfläche 60.2, in 6b gezeigt, der Ausgang befindet, der direkt mit dem Induktorverbinder verbunden ist. Das Substrat 60 weist einen ersten High-Side-MOSFET-Transistor 61 (Vin) und einen zweiten Low-Side-MOSFET-Transistor 62 (Gnd) auf. Auf der Bodenfläche 60.2 des Substrats 60 ist ein elektrischer Kontaktbereich 63 (L-out) vorgesehen, der direkt mechanisch und elektrisch mit dem Induktorverbinder verbunden sein soll. Bei einem synchronen Abwärtswandler sind die zwei Schalter, nämlich die zwei Halbleitertransistoren, beide mit einem ihrer jeweiligen Anschlusspunkte mit dem Induktor verbunden. In der Ausführungsform von 6a und 6b sind die vertikalen Transistorchips 61 und 62 beide mit ihren elektrischen Rückflächenanschlusspunkten durch die Durchgangsverbindungen des Substrats 60 mit dem Kontaktbereich 63 elektrisch verbunden. Das Substrat 60 kann mit seiner Rückfläche 60.2 unter Nutzung von Lot und Klebstoff oder Nahtunterschreitung (Underfill) mit dem Induktor verbunden sein. Außerdem ist die Benutzung eines leitfähigen Polymers in Kombination mit einem nicht leitfähigen Polymer möglich.
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Das Substrat 60 kann zusätzliche Halbleiterchips aufweisen, wie etwa beispielsweise einen Halbleiterchip, der eine Treiberschaltung zum Treiben der Wandlerschaltung enthält. In diesem Falle wäre das Modul ein vollständiges Stromversorgungsmodul. Das Substrat 60 kann mindestens zusätzliche Kontaktstellen zum Verbinden des Moduls mit externen Schaltungen, wie etwa einer Treiberschaltung, aufweisen. Außerdem könnten der Kondensator oder Kondensatoren, Widerstände, diskrete Dioden usw. der Wandlerschaltung im Prinzip ebenfalls auf dem Substrat 60 integriert sein.
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Unter Bezugnahme auf 7 ist eine Perspektivansicht eines Stromversorgungsmoduls gemäß einer Ausführungsform gezeigt. Das Stromversorgungsmodul 70 von 7 ist ebenfalls auf der Basis eines Induktormoduls, wie etwa des Induktormoduls 50, wie in 5 gezeigt, ausgebildet. Das Stromversorgungsmodul 70 von 7 weist ein Substrat 71 auf, das eine plattenartige rechteckige oder quadratische Form mit zwei Hauptflächen mit einer räumlichen Ausdehnung aufweist, die der räumlichen Ausdehnung der oberen Oberfläche des Induktors 72 entspricht. Der Induktor 72 entspricht im Prinzip dem Induktor 40 von 4, weist aber keine in der oberen Oberfläche ausgebildete Aussparung 41 auf. Stattdessen ist die obere Oberfläche des Induktors 72 plan, sodass das Substrat 71 unter Nutzung von Lot und Klebstoff oder Nahtunterschreitung (Underfill) oder eines leitfähigen Polymers in Kombination mit einem nicht leitfähigen Polymer daran angebracht sein kann. Der Induktor 72 weist einen Hauptkörper 72.1, der aus Ferritmaterial hergestellt ist, einen Eingangsverbinder 72.2 und einen Ausgangsverbinder (nicht gezeigt) auf. Der Eingangsverbinder und der Ausgangsverbinder können dieselbe Ausbildung und Form wie jene in 4 und 5 aufweisen, wohingegen der Eingangsverbinder 72.2 und der Ausgangsverbinder beide auf der oberen Oberfläche des Induktors 72 auf dieselbe Art und Weise wie der Ausgangsverbinder 43 des Induktormoduls 40 in 4 gezeigt angeordnet sind, d.h. in einer Aussparung auf der oberen Oberfläche des Induktors ausgebildet, sodass die obere Oberfläche plan ist. Das Substrat 71 weist im Prinzip dieselbe Struktur wie das Substrat 51 des Stromversorgungsmoduls 50 von 5 auf. Zudem weist das Substrat 71 einen ersten High-Side-MOSFET-Transistor 71.1 und einen zweiten Low-Side-MOSFET-Transistor 71.2 auf. Das Substrat 71 weist ferner einen Ausgangsverbinder 71.3 auf, der mit dem Ausgangsverbinder des Induktors 72 durch eine Durchgangsverbindung durch das Substrat verbunden ist. Das Substrat 71 weist ferner eine zusätzliche externe IC-Verbindung 71.4 auf, die für eine Treiber-IC, eine Steuerungs-/Treiber-IC und/oder für Abtastfunktionen benutzt werden könnte. Das Stromversorgungsmodul 70 von 7 ist vollständiger als das Stromversorgungsmodul 50 von 5, da das Substrat 71, das die Gesamtfläche des Induktors 72 abdeckt, die Vervollständigung der Wandlerschaltung ermöglicht. Es ist außerdem möglich, eine Steuerung und/oder einen Treiber auf dem Substrat 71 zu integrieren, die ein vollständiges Stromversorgungsmodul oder eine vollständige Phase eines mehrphasigen Stromversorgungsmoduls erbringen würden.
