DE102014114205A1

DE102014114205A1 - Planarer Miniaturtransformator

Info

Publication number: DE102014114205A1
Application number: DE201410114205
Authority: DE
Inventors: Check F. Lee; James Doscher
Original assignee: Analog Devices Inc
Current assignee: Analog Devices Inc
Priority date: 2013-10-10
Filing date: 2014-09-30
Publication date: 2015-04-16

Abstract

Eine induktive Vorrichtung kann ein Paar von halbschalenartigen magnetisch leitenden Gehäusen aufweisen, die zusammengefügt sind und eine umschlossene Ausnehmung zwischen diesen bilden. Die induktive Vorrichtung kann ferner eine Primär- und eine Sekundärwicklung aufweisen, die räumlich innerhalb der Ausnehmung vorgesehen sind und eine magnetische Kopplung zwischen diesen schaffen. Die Wicklungen können elektrisch gegeneinander isoliert sein, und Anschlüsse der Primär- und der Sekundärwicklung können zu einer Außenseite der induktiven Vorrichtung verlaufen.

Description

PRIORITÄTSANSPRUCH
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der vorläufigen US-Anmeldung Nr. 61/889,206, eingereicht am 10. Oktober 2013, und US 14/205,873 , eingereicht am 12. März 2014.
HINTERGRUND
Der Gegenstand dieser Anmeldung betrifft elektrische Miniaturinduktivitäten und -transformatoren und Verfahren zum Herstellen dieser Vorrichtungen.
Transformatoren werden verwendet, um Energie durch induktive Kopplung zwischen zwei Sätzen von Wicklungen des Transformators zu übertragen. Zum Beispiel kann ein Transformator ermöglichen, dass Wechselspannungen und/oder -ströme von magnetisch gekoppelten Wicklungen herauf- oder heruntertransformiert werden. Durch das Verhältnis der Wicklungen in einer Primärwicklung zu denjenigen in einer Sekundärwicklung wird das Transformationsverhältnis in idealen Transformatoren bestimmt.
In Abhängigkeit von der Anwendung werden Transformatoren in verschiedenen Größen hergestellt. Kleine Transformatoren werden aus diskreten Komponenten hergestellt. Diese Transformatoren nehmen jedoch immer noch ein beträchtliches Maß an Raum auf der Fläche einer Leiterplatte ein und sind bei Hochspannungsanwendungen nicht immer verwendbar. Des Weiteren können die Herstellkosten für Transformatoren, bei denen diskrete Komponenten verwendet werden, beträchtlich sein.
Transformatoren wurden ferner auf Chips von integrierten Schaltungen hergestellt. Die Herstellprozesse für solche Transformatoren umfassen jedoch das Abscheiden von mehreren Schichten jedes Materials zum Ausbilden des Transformators. Solche Herstellprozesse können kostspielig sein und eine beträchtliche Zeit in Anspruch nehmen. Des Weiteren sind diese Transformatoren bei Hochspannungsanwendungen nicht immer verwendbar.
Entsprechend besteht beim Stand der Technik Bedarf an Transformatoren, die nur einen kleinen Raum auf der Leiterplatte einnehmen, nicht teuer in der Herstellung sind und bei Hochspannungsanwendungen vorgesehen werden können.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Damit Merkmale der vorliegenden Erfindung besser verständlich werden, wird nachstehend eine Reihe von Zeichnungen beschrieben. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die beiliegenden Zeichnungen nur bestimmte Ausführungsformen der Offenbarung darstellen und daher nicht als Einschränkung des Schutzumfangs angesehen werden dürfen, da die Erfindung andere gleichermaßen effektive Ausführungsformen umfassen kann.
1A–1C zeigen einen Transformator nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 zeigt den Prozess zum Herstellen einer in einer PCB eingebetteten induktiven Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
3 zeigt den Prozess zum Herstellen einer Trägerschicht für eine induktive Vorrichtung nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
4 zeigt den Prozess zum Herstellen einer in einer PCB eingebetteten induktiven Vorrichtung mit zusätzlichen leitenden Schichten nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
5 zeigt eine Induktivität mit Schaltungskomponenten auf demselben Substrat nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
6 zeigt einen Prozess zum Herstellen eines in einer PCB eingebetteten Transformators nach einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
7A–7C zeigen eine Kern-Halbschale nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
8A und 8B zeigen einen Magnetkern mit einer oder mehreren Wicklungen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
9A und 9B zeigen einen Prozess zum Herstellen eines in einer PCB eingebetteten Transformators nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung schaffen induktive Miniaturvorrichtungen und Verfahren zum Herstellen derselben. Die induktiven Miniaturvorrichtungen können bei Hochspannungsanwendungen vorgesehen sein und können unter Anwendung von standardmäßigen Techniken für gedruckte Leiterplatten (printed circuit board – PCB) hergestellt werden.
Gemäß einer Ausführungsform kann eine induktive Vorrichtung einen Ferritkern aufweisen, der innerhalb einer Ausnehmung einer Schicht der gedruckten Leiterplatte (PCB) angeordnet ist. Eine erste leitende Schicht kann auf einer ersten Fläche der PCB-Schicht vorgesehen sein, wobei die erste leitende Schicht eine Vielzahl von horizontalen Elektrodenstreifen aufweist. Eine zweite leitende Schicht kann auf einer der ersten Fläche gegenüberliegenden zweiten Fläche der PCB-Schicht vorgesehen sein, wobei die zweite leitende Schicht eine Vielzahl von horizontalen Elektrodenstreifen aufweist. Eine Vielzahl von metallisierten Durchgangslöchern kann sich von den Elektrodenstreifen in der ersten leitenden Schicht zu den Elektrodenstreifen in der zweiten leitenden Schicht erstrecken, wobei die Durchgangslöcher einen ersten Satz von Durchgangslöchern, der an eine erste Seite des Ferritkerns angrenzt, und einen zweiten Satz von Durchgangslöchern aufweisen, der an eine der ersten Seite gegenüberliegenden zweite Seite des Ferritkerns angrenzt.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform kann eine induktive Vorrichtung ein Ferritgehäuse aufweisen, das zumindest teilweise innerhalb einer Ausnehmung einer Schicht der gedruckten Leiterplatte (PCB) angeordnet ist. Das Ferritgehäuse kann eine Ausnehmung für eine oder mehrere Wicklungen aufweisen. Eine oder mehrere spiralförmige Wicklungen können innerhalb der Wicklungsausnehmung angeordnet sein. Ein Isolator kann innerhalb der Wicklungsausnehmung und zwischen der spiralförmigen Wicklung und einer Fläche des Ferritgehäuses vorgesehen sein.
1A zeigt eine Draufsicht und 2B zeigt eine Schnittansicht eines Transformators 100 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Transformator 100 kann eine dielektrische Platte 110, einen Ferritkern 120 und eine erste und eine zweite Wicklung 130a, 130b aufweisen. Die erste und die zweite Wicklung 130a, 130b können eine erste leitende Schicht 132, eine zweite leitende Schicht 134 und leitende Durchgangslöcher (Kontaktlöcher) 136 in der Platte 110 aufweisen.
Die erste leitende Schicht 132, die zweite leitende Schicht 134 und die leitenden Durchgangslöcher 136 können um Abschnitte des Ferritkerns 120 (d. h. Magnetelements) herum angeordnet sein, um die erste und die zweite Wicklung 130a, 130b zu bilden. Die erste leitende Schicht 132, die einer unteren PCB-Metallschicht entsprechen kann, kann unter dem Ferritkern 120 positioniert sein. Die zweite leitende Schicht 134, die einer oberen PCB-Metallschicht entsprechen kann, kann über dem Ferritkern 120 positioniert sein. Die zweite leitende Schicht 134 kann auf einer Seite des Ferritkerns 120 positioniert sein, die einer Seite des Ferritkerns 120, auf der die erste leitende Schicht 132 vorgesehen ist, gegenüberliegt.
Die Durchgangslöcher 136 können leitende Streifen der ersten leitenden Schicht 132 mit leitenden Streifen der zweiten leitenden Schicht 134 verbinden. Ein Isolator (z. B. aus dem gleichen Material wie die dielektrische Platte 110) kann zwischen dem Ferritkern 120 und der ersten leitenden Schicht 132, der zweiten leitenden Schicht 134 und den Durchgangslöchern 136 vorgesehen sein. Die leitenden Durchgangslöcher 136 können zum Beispiel ein Blind-Kontaktloch, ein verdecktes Kontaktloch oder ein Durchgangskontaktloch umfassen.
Die dielektrische Platte 110 kann eine gedruckte Leiterplatte (PCB) sein, die eine Vielzahl von Schichten aufweist. Die PCB kann eine oder mehrere leitende Schichten (z. B. auf einer oberen Fläche, auf einer unteren Fläche oder innerhalb der dielektrischen Platte 110) und ein nichtleitendes Substrat zwischen den leitenden Schichten aufweisen. Die PCB kann andere (in 1A nicht gezeigte) elektronische Komponenten und leitende Spuren und Pads, die diese Komponenten verbinden, aufweisen. Die PCB kann Komponenten (z. B. Kondensatoren, Widerstände oder aktive Vorrichtungen) aufweisen, die in dem Substrat oder auf einer Fläche des Substrats eingebettet sind. Die erste und die zweite Wicklung 130a, 130b können mit einer oder mehreren der Komponenten auf oder innerhalb der PCB gekoppelt sein.
Der Ferritkern 120 kann die Form einer kreisförmigen Scheibe, die Form einer rechteckigen Scheibe oder die Form einer quadratischen Scheibe aufweisen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Durch die Scheibenform des Ferritkerns 120 kann ein planarer Ferritkern mit einer Öffnung (z. B. entsprechend einer äußeren Form des Ferritkerns) in dem Ferritkern 120 vorgesehen sein. Die Ränder des Ferritkerns 120 können abgerundet sein oder können scharf sein. Der Ferritkern 120 kann innerhalb einer oder mehrerer Schichten der PCB vorgesehen sein.
Die erste leitende Schicht 132 und die zweite leitende Schicht 134 können Kupferstreifen aufweisen. Wie in 1A gezeigt ist, können die Streifen der ersten leitenden Schicht 132 parallel zueinander verlaufen und können die Streifen der zweiten leitenden Schicht 134 parallel zueinander verlaufen. Bei einer weiteren (in 1A nicht gezeigten) Ausführungsform können die Streifen der ersten leitenden Schicht 132 parallel zu den Streifen der zweiten leitenden Schicht 134 verlaufen. Die Beabstandung zwischen dem Ferritkern 120 und den ersten leitenden Schichten 132 kann so klein sein, wie es ein Herstellprozess erlaubt. Bei einer Ausführungsform kann die Beabstandung zwischen dem Ferritkern 120 und der ersten leitenden Schicht 132 ungefähr gleich einer Dicke der leitenden Streifen in der ersten leitenden Schicht 132 sein. Auf im Wesentlichen gleiche Weise kann die Beabstandung zwischen dem Ferritkern 120 und der zweiten leitenden Schicht 134 so klein sein, wie es ein Herstellprozess erlaubt. Bei einer Ausführungsform kann die Beabstandung zwischen dem Ferritkern 120 und der zweiten leitenden Schicht 134 ungefähr gleich einer Dicke der leitenden Streifen in der zweiten leitenden Schicht 134 sein. Die Dicke der ersten leitenden Schicht 132 kann gleich der Dicke der zweiten leitenden Schicht 134 sein. Bei einer Ausführungsform kann die Beabstandung zwischen den aneinander angrenzenden Streifen der leitenden Schichten 132, 134 jeweils gleich oder größer sein als die Dicke der Streifen der leitenden Schichten 132, 134.
Die Beabstandung zwischen den Durchgangslöchern 136 und dem Ferritkern 120 kann so klein sein, wie es ein Herstellprozess erlaubt. Bei einer Ausführungsform kann die Beabstandung ungefähr gleich der Dicke der ersten leitenden Schicht 132 oder der zweiten leitenden Schicht 134 sein. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Beabstandung zwischen den Durchgangslöchern 136 und dem Ferritkern 120 gleich einem Abstand zwischen aneinander angrenzenden Streifen der ersten leitenden Schicht 132 oder der zweiten leitenden Schicht 134 sein. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die Beabstandung zwischen den Durchgangslöchern 136 und dem Ferritkern 120 gleich der Breite der Durchgangslöcher 136 sein.
Die Gesamthöhe des Transformators 100, einschließlich des Ferritkerns 120 und der ersten und der zweiten Schicht 132, 134, kann ungefähr 1 mm betragen.
Wie in 1A gezeigt ist, kann der Transformator 100 eine zusätzliche Wicklung 140 aufweisen. Die zusätzliche Wicklung 140 kann eine Abtastwicklung sein, die mit einer Schaltung gekoppelt ist, welche Parameter des in dem Transformator 100 erzeugten Magnetfelds misst. Die zusätzliche Wicklung 140 kann eine oder mehrere Wicklungen um einen Abschnitt des Ferritkerns 120 herum aufweisen.
1C zeigt eine alternative Anordnung der Wicklungen 130a und 130b um den Ferritkern 120 herum. Wie in 1B gezeigt ist, kann die Beabstandung zwischen den Streifen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 132, 134 in 1A durch versetztes Anordnen der Streifen verringert werden. Durch versetztes Anordnen der Streifen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 132, 134 kann ermöglicht werden, dass die Beabstandung zwischen aneinander angrenzenden Streifen ungefähr gleich der Breite der Streifen (z. B. 20 µm) beträgt, was kleiner sein kann als die Breite des Kontaktloch-Pads 136.
Obwohl ein Transformator in den Figuren dargestellt ist, sind die Strukturen und Herstellprozesse des Transformators nicht auf die gezeigten Transformatoren beschränkt und können in anderen induktiven Vorrichtungen (z. B. Induktivitäten oder Transformatoren mit mehreren Wicklungen auf einer Primär- und/oder einer Sekundärseite) vorgesehen sein. Der Transformator kann ein Transformator mit vier Anschlüssen sein. Die Induktivität kann eine Induktivität mit zwei Anschlüssen sein. Der Transformator kann bei Nieder- und/oder Hochspannungsanwendungen vorgesehen sein. Bei einer Hochspannungsanwendung kann die Spannung zwischen den Wicklungen des Transformators 500 V übersteigen. Der Transformator kann Teil einer PCB sein, die andere elektronische Komponenten aufweist, welche mit dem Transformator gekoppelt sein können.
2 zeigt den Prozess zum Herstellen eines in einer PCB eingebetteten Transformators 200 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Prozess kann umfassen (a) Bereitstellen einer ersten leitenden Schicht 202 mit einer oder mehreren dielektrischen Schichten 204 (z. B. Isolierschichten), (b) Ausbilden einer Ausnehmung 206 in den dielektrischen Schichten 204, (c) Einsetzen eines Ferritkerns 208 in die Ausnehmung 206, (d) Bereitstellen einer oberen dielektrischen Schicht 210 und einer zweiten leitenden Schicht 212, (e) Ausbilden einer Vielzahl von Durchgangslöchern 214 und (f) Metallisieren der Durchgangslöcher 214 und Ätzen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 202, 212.
Die erste leitende Schicht 202 kann auf einer ersten Fläche (z. B. einer unteren Fläche) einer ersten dielektrischen Schicht 204a bereitgestellt werden. Die erste leitende Schicht 202 kann eine Kupferschicht aufweisen. Die dielektrischen Schichten 204 können einen elektrischen Isolator, eine FR-4-Epoxid-Laminatplatte oder ein Prepreg aufweisen. Die erste leitende Schicht 202 kann über der gesamten Fläche der ersten dielektrischen Schicht 204a ausgebildet werden. Eine oder mehrere zusätzliche dielektrische Schichten 204b können über der ersten dielektrischen Schicht 204a vorgesehen sein. Die zusätzlichen dielektrischen Schichten 204b können auf einer zweiten Fläche der ersten dielektrischen Schicht 204a, die der ersten Fläche mit der ersten leitenden Schicht 202 gegenüberliegt, laminiert werden. Die zusätzlichen dielektrischen Schichten 204b können (in 2 nicht gezeigte) leitende Schichten aufweisen, die Teil von anderen Schaltungen oder Komponenten sind. Die Anzahl von dielektrischen Schichten 204, die über der ersten leitenden Schicht 202 vorgesehen sind, kann von der Größe des Ferritkerns 208 und der Dicke der dielektrischen Schichten abhängig sein.
Das Ausbilden der Ausnehmung 206 in der dielektrischen Schicht 204 kann das Ausbilden der Ausnehmung 206 umfassen, die einer Form des Ferritkerns 208 entspricht. Das Ausbilden der Ausnehmung 206 kann das Bohren und/oder Routing einer oder mehrerer dielektrischer Schichten 204 umfassen, um die Ausnehmung 206 bereitzustellen. Die Tiefe der Ausnehmung 206 kann kleiner sein als die Dicke des Ferritkerns 208, kann gleich der Dicke des Ferritkerns 208 sein oder kann die Dicke des Ferritkerns 208 übersteigen. Bei einer Ausführungsform kann eine Vielzahl von Ausnehmungen für unterschiedliche Ferritkerne ausgebildet werden.
Der Ferritkern 208 kann in die Ausnehmung 206 eingesetzt werden. Der Ferritkern 208 kann auf einer unteren Fläche der Ausnehmung 206 platziert werden. Wie in 2 gezeigt ist, kann ein Abschnitt des Ferritkerns 208 außerhalb der Ausnehmung 206 liegen. Bei weiteren Ausführungsformen kann dann, wenn die Tiefe der Ausnehmung 206 der Tiefe des Ferritkerns 208 gleich ist oder diese übersteigt, der Ferritkern 208 vollständig in die Ausnehmung 206 eingesetzt werden. Der Ferritkern 208 kann die Form einer kreisförmigen Scheibe, die Form einer rechteckigen Scheibe oder die Form einer quadratischen Scheibe aufweisen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Durch die Scheibenform des Ferritkerns 208 kann ein planarer Ferritkern mit einer Öffnung (z. B. entsprechend einer äußeren Form des Ferritkerns) in dem Ferritkern 208 vorgesehen sein. Die Ränder des Ferritkerns 208 können abgerundet sein oder können scharf sein, zum Beispiel entsprechend der Form der Ausnehmung 206. Ein Gel kann innerhalb der Ausnehmung 206 vorgesehen werden, um den Ferritkern 208 innerhalb der Ausnehmung 206 auszurichten.
Die obere dielektrische Schicht 210 kann über dem Ferritkern 208 vorgesehen werden. Die obere dielektrische Schicht 210 kann auf eine obere Fläche der dielektrischen Schichten 204, die die Ausnehmung 206 aufweisen, aufgepresst werden. Bei einer Ausführungsform kann eine zweite Ausnehmung in der oberen dielektrischen Schicht 210 ausgebildet werden, um einen Abschnitt des Ferritkerns 208 außerhalb der Ausnehmung 206 zu umschließen. Bei einer (in 2 nicht gezeigten) Ausführungsform kann die obere dielektrische Schicht 210 nur gegen eine obere Fläche des Ferritkerns 208 gepresst werden.
Die zweite leitende Schicht 212 kann über der dielektrischen Schicht 210 vorgesehen werden. Die zweite leitende Schicht 212 kann auf die erste Fläche der oberen dielektrischen Schicht 210 aufgepresst werden, die einer zweiten Fläche, welche an den Ferritkern 208 angrenzt, gegenüberliegt. Die zweite leitende Schicht 212 kann eine Kupferfolie sein, die mit einem Epoxid oder einem anderen Kleber auf die obere dielektrische Schicht 210 aufgebracht wird. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die zweite leitende Schicht 212 Teil der oberen dielektrischen Schicht 210 sein, die über dem Ferritkern 208 vorgesehen ist.
Die Vielzahl von Durchgangslöchern 214 kann durch die dielektrischen Schichten 204, 210 und die erste und die zweite leitende Schicht 202, 212 hindurch ausgebildet werden. Die Durchgangslöcher 214 können zum Beispiel unter Verwendung eines Bohrers oder eines Lasers ausgebildet werden. Wie in 1A, 1B und 2 gezeigt ist, können die Durchgangslöcher 214 neben dem Ferritkern 208 ausgebildet sein. Die Durchgangslöcher 214 können neben einem Abschnitt eines Außenumfangs des Ferritkerns 208 und neben einem Abschnitt eines Innenumfangs des Ferritkerns 208 ausgebildet sein. Die Durchgangslöcher 214 können Durchgangskontaktlöcher sein, die von der oberen Schicht zu der unteren Schicht der PCB verlaufen.
Bei einer Ausführungsform mit zusätzlichen PCB-Schichten über und unter der ersten oder der zweiten leitenden Schicht 202 und 212 können die Durchgangslöcher 214 Blind-Kontaktlöcher oder verdeckte Kontaktlöcher sein. Die Durchgangslöcher 214 können so gebohrt werden, dass sie senkrecht zu der Fläche der PCB verlaufen. Die Vielzahl von Durchgangslöchern 214 kann mit einem Leiter metallisiert werden, um elektrische Verbindungen zwischen der ersten leitenden Schicht 202 und der zweiten leitenden Schicht 212 zu schaffen.
Die erste und die zweite leitende Schicht 202, 212 können geätzt werden, um eine Vielzahl von leitenden Streifen in der ersten und der zweiten leitenden Schicht 202, 212 bereitzustellen. Das Ätzen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 202, 212 kann durchgeführt werden, nachdem die Durchgangslöcher 214 gebohrt und metallisiert worden sind. Wie in 1A gezeigt ist, können die Streifen der ersten leitenden Schicht 202 parallel zueinander verlaufen und können die Streifen der zweiten leitenden Schicht 212 parallel zueinander verlaufen.
Bei einer Ausführungsform können die Streifen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 202, 212 ungefähr übereinander ausgerichtet und positioniert sein. Bei dieser Ausführungsform kann das Ätzen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 202, 212 unter Verwendung derselben Maske durchgeführt werden.
3 zeigt den Prozess zum Herstellen einer Trägerschicht 300 für einen Transformator nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Trägerschicht 300 kann der in 4 gezeigten Trägerschicht 400 entsprechen. Der Prozess kann umfassen (a) Bereitstellen einer ersten äußeren leitenden Schicht 302 mit einer ersten dielektrischen Schicht 304, (b) Bereitstellen einer ersten inneren leitenden Schicht 306, (c) Ätzen der ersten inneren leitenden Schicht 306, (d) Bereitstellen einer zweiten dielektrischen Schicht 308 und einer zweiten inneren leitenden Schicht 310, (e) Ätzen der zweiten inneren leitenden Schicht 310 und (f) Ausbilden einer Ausnehmung 312 in den dielektrischen Schichten 308 und/oder 304.
Die erste äußere leitende Schicht 302 kann auf einer ersten Fläche (z. B. einer unteren Fläche) einer ersten dielektrischen Schicht 304 bereitgestellt werden. Die erste äußere leitende Schicht 302 kann eine Kupferschicht aufweisen. Die erste äußere leitende Schicht 302 kann die Wicklungen des Transformators bilden. Die erste dielektrische Schicht 304 kann eine FR-4-Epoxid-Laminatplatte oder ein Prepreg aufweisen. Die erste äußere leitende Schicht 302 kann über der gesamten Fläche der ersten dielektrischen Schicht 304 ausgebildet werden.
Die erste innere leitende Schicht 306 kann über der ersten dielektrischen Schicht 304 bereitgestellt werden. Die erste innere leitende Schicht 306 kann auf eine zweite Fläche (z. B. eine obere Fläche) der ersten dielektrischen Schicht 304, die der ersten Fläche mit der ersten äußeren leitenden Schicht 302 gegenüberliegt, aufgepresst werden. Die erste innere leitende Schicht 306 kann über der gesamten zweiten Fläche der ersten dielektrischen Schicht 304 ausgebildet werden. Die erste innere leitende Schicht 306 kann geätzt werden, um Schaltungen und/oder Komponenten aus der ersten inneren leitenden Schicht 306 bereitzustellen. Die Schaltungen und/oder Komponenten, die die erste innere leitende Schicht 306 aufweisen, können mit den Wicklungen des Transformators gekoppelt sein.
Die zweite dielektrische Schicht 308 und die zweite innere leitende Schicht 310 können über der ersten inneren leitenden Schicht 306 vorgesehen werden. Die zweite dielektrische Schicht 308 kann über der geätzten ersten inneren leitenden Schicht 306 und der freiliegenden zweiten Fläche der ersten dielektrischen Schicht 304 vorgesehen werden.
Die zweite innere leitende Schicht 310 kann über einer gesamten Fläche der zweiten dielektrischen Schicht 308, die der an die erste innere leitende Schicht 306 angrenzenden Fläche gegenüberliegt, ausgebildet werden. Die zweite innere leitende Schicht 310 kann geätzt werden, um Schaltungen und/oder Komponenten aus der zweiten inneren leitenden Schicht 310 bereitzustellen. Die Schaltungen und/oder Komponenten, die die zweite innere leitende Schicht 310 aufweisen, können mit den Wicklungen des Transformators gekoppelt sein.
Das Ausbilden der Ausnehmung 312 in den dielektrischen Schichten 308 und/oder 304 kann das Ausbilden der Ausnehmung 312 umfassen, die der Form des Ferritkerns (z. B. des in 1A gezeigten Ferritkerns 120) entspricht. In Abhängigkeit von der gewünschten Tiefe der Ausnehmung 312 kann die Ausnehmung 312 nur in der zweiten dielektrischen Schicht 308 ausgebildet werden oder kann die Ausnehmung in der ersten und der zweiten dielektrischen Schicht 304 und 308 ausgebildet werden. Das Ausbilden der Ausnehmung 312 kann das Bohren und/oder Routing der dielektrischen Schichten 308 und/oder 304 umfassen, um die Ausnehmung 312 bereitzustellen. Die Tiefe der Ausnehmung 312 kann kleiner sein als die Dicke des Ferritkerns, kann gleich der Dicke des Ferritkerns sein oder kann die Dicke des Ferritkerns übersteigen. Bei einer Ausführungsform kann eine Vielzahl von Ausnehmungen für unterschiedliche Ferritkerne ausgebildet werden.
Eine oder mehrere zusätzliche (nicht gezeigte) dielektrische Schichten und/oder leitende Schichten können über der zweiten dielektrischen Schicht 308 und der zweiten inneren leitenden Schicht 310 ausgebildet werden. Die Ausnehmung 312 kann sich durch die eine oder mehreren zusätzlichen dielektrischen Schichten erstrecken.
Durchgangslöcher (in 3 nicht gezeigt) können ausgebildet werden, um zwei oder mehr der ersten äußeren leitenden Schicht 302, der ersten inneren leitenden Schicht 306 und der zweiten inneren leitenden Schicht 310 zu koppeln. Die Durchgangslöcher können ausgebildet werden, bevor die zweite innere leitende Schicht 310 geätzt wird.
4 zeigt den Prozess des Herstellens eines in einer PCB eingebetteten Transformators mit zusätzlichen leitenden Schichten nach einer Ausführungsformform der vorliegenden Erfindung. Der Prozess kann umfassen (a) Bereitstellen einer Trägerschicht 400 mit einer Ausnehmung 412, (b) Einsetzen eines Ferritkerns 414 in die Ausnehmung 412, (c) Bereitstellen einer oberen dielektrischen Schicht 416 und einer zweiten leitenden Schicht 418 über dem Ferritkern 414, (d) Ausbilden einer Vielzahl von Durchgangslöchern 420 und (e) Metallisieren der Durchgangslöcher 420 und Ätzen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 402 und 418.
Die Trägerschicht 400 kann eine Vielzahl von leitenden Schichten 402, 406, 410 und eine Vielzahl von dielektrischen Schichten 404 und 408 aufweisen. Die Trägerschicht 400 kann zum Beispiel mittels Verfahren hergestellt werden, die mit Bezug auf 3 diskutiert worden sind. Die Vielzahl von leitenden Schichten kann eine erste leitende Schicht 402, die auf einer ersten Seite der Trägerschicht 400 vorgesehen ist, und eine oder mehrere innere leitende Schichten 406 und 410 aufweisen. Die inneren leitenden Schichten 406 und 410 können zwischen der Vielzahl von dielektrischen Schichten 404 und 408 oder auf einer äußeren Fläche der dielektrischen Schicht 408 vorgesehen werden. Die inneren leitenden Schichten 406 und 410 können Teile von Schaltungen oder Komponenten sein, die mit der induktiven Vorrichtung gekoppelt sind.
Eine oder mehrere der leitenden Schichten 402, 404, 410 können eine Kupferschicht aufweisen. Die dielektrischen Schichten 404 und 408 können eine FR-4-Epoxid-Laminatplatte oder ein Prepreg aufweisen. Die erste leitende Schicht 402 kann über der gesamten Fläche der ersten dielektrischen Schicht 404 ausgebildet werden.
Die Ausnehmung 412 kann als Teil der Trägerschicht 400 vorgesehen sein oder in der Trägerschicht 400 ausgebildet werden (z. B. durch Bohren oder Routing). Der Ferritkern 414 kann in die Ausnehmung 412 eingesetzt werden. Der Ferritkern 414 kann auf einer unteren Fläche der Ausnehmung 412 platziert werden. Ein Abschnitt des Ferritkerns 414 kann außerhalb der Ausnehmung 412 liegen. Bei weiteren Ausführungsformen kann dann, wenn die Tiefe der Ausnehmung 412 der Dicke des Ferritkerns 414 gleich ist oder diese übersteigt, der Ferritkern 414 vollständig in die Ausnehmung 412 eingesetzt werden.
Der Ferritkern 414 kann die Form einer kreisförmigen Scheibe, die Form einer rechteckigen Scheibe oder die Form einer quadratischen Scheibe aufweisen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Durch die Scheibenform des Ferritkerns 414 kann ein planarer Ferritkern mit einer Öffnung (z. B. entsprechend einer äußeren Form des Ferritkerns) in dem Ferritkern 414 vorgesehen sein. Ein Gel kann in der Ausnehmung 412 vorgesehen werden, um den Ferritkern 414 auszurichten und/oder zu stabilisieren. Nachdem der Ferritkern 414 in der Ausnehmung 412 positioniert worden ist, kann das Gel ausgehärtet werden.
Die obere dielektrische Schicht 416 kann über dem Ferritkern 414 vorgesehen werden. Die obere dielektrische Schicht 416 kann auf eine obere Fläche der Trägerschicht 400 (z. B. die obere Fläche der dielektrischen Schichten 408) aufgepresst werden. Bei einer Ausführungsform kann eine zweite Ausnehmung in der oberen dielektrischen Schicht 416 ausgebildet werden, um einen Abschnitt des Ferritkerns 414 außerhalb der Ausnehmung 412 zu umschließen. Bei einer (in 4 nicht gezeigten) Ausführungsform kann die obere dielektrische Schicht 416 nur gegen eine obere Fläche des Ferritkerns 414 gepresst werden.
Die zweite leitende Schicht 418 kann über der dielektrischen Schicht 416 vorgesehen werden. Die zweite leitende Schicht 418 kann auf eine erste Fläche der oberen dielektrischen Schicht 416 aufgepresst werden, die einer zweiten an den Ferritkern 414 angrenzenden Fläche gegenüberliegt. Die zweite leitende Schicht 418 kann eine Kupferfolie sein, die mit einem Epoxid oder einem anderen Kleber auf die obere dielektrische Schicht 416 aufgebracht wird. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die zweite leitende Schicht 418 Teil der oberen dielektrischen Schicht 416 sein, die über dem Ferritkern 414 vorgesehen ist.
Die Vielzahl von Durchgangslöchern 420, einschließlich der Durchgangslöcher 420a, 420b und 420c kann durch die dielektrischen Schichten 404, 408 und 416 und/oder die leitenden Schichten 402, 418, 406 und 410 hindurch ausgebildet werden. Die Durchgangslöcher 420 können zum Beispiel mittels eines Bohrers oder eines Lasers ausgebildet werden. Wie in 1A, 1B und 4 gezeigt ist, können die Durchgangslöcher 420a, die die Wicklung der induktiven Vorrichtung bilden, neben dem Ferritkern 414 ausgebildet sein. Zum Beispiel können die Durchgangslöcher 420a neben einem Abschnitt eines Außenumfangs des Ferritkerns 414 und neben einem Abschnitt eines Innenumfangs des Ferritkerns 414 gebohrt sein. Die Durchgangslöcher 420b und 420c können Verbindungen zwischen anderen Komponenten oder Schaltungen auf der PCB bilden. Die anderen Komponenten und Schaltungen auf der PCB können mit der induktiven Vorrichtung gekoppelt sein, die in eine PCB eingebettet ist.
Die Durchgangslöcher 420a und 420b können Durchgangskontaktlöcher sein, die von der oberen Schicht zu der unteren Schicht der PCB verlaufen. Die Durchgangslöcher 420 können Blind-Durchgangskontaktlöcher 420c und (nicht gezeigte) verdeckte Durchgangskontaktlöcher sein. Die Durchgangslöcher 420 können so gebohrt werden, dass sie senkrecht zu der Fläche der PCB verlaufen. Die Vielzahl von Durchgangslöchern 420a kann mit einem Leiter metallisiert werden, um elektrische Verbindungen zwischen der ersten leitenden Schicht 402 und der zweiten leitenden Schicht 418 zu schaffen. Die Vielzahl von Durchgangslöchern 420b und 420c kann mit einem Leiter metallisiert werden, um elektrische Verbindungen zwischen den inneren leitenden Schichten 406 und der einen oder den mehreren der äußeren leitenden Schichten 402 und 418 zu schaffen. Die Durchgangslöcher 420b und 420c können mit leitenden Schichten gekoppelt sein, die mit den Wicklungen der induktiven Vorrichtung gekoppelt sind.
Die erste und die zweite leitende Schicht 402 und 418 können geätzt werden, um eine Vielzahl von leitenden Streifen in der ersten und der zweiten leitenden Schicht 402 und 418 bereitzustellen. Die leitenden Streifen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 402 und 418 können die Wicklungen der induktiven Vorrichtung und/oder Teil anderer Schaltungen und/oder Komponenten bilden. Das Ätzen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 402 und 418 kann durchgeführt werden, nachdem die Durchgangslöcher 420 ausgebildet und/oder metallisiert worden sind.
Wie in 1A gezeigt ist, können die Streifen der ersten leitenden Schicht 402, die die Wicklungen bilden, parallel zueinander verlaufen und können die Streifen der zweiten leitenden Schicht 418, die die Wicklungen bilden, parallel zueinander verlaufen. Bei einer Ausführungsform können die Streifen der ersten und der zweiten leitenden Schicht 402 und 418, die die Wicklungen bilden, ungefähr übereinander ausgerichtet und positioniert sein.
5 zeigt eine Induktivität 510 mit Schaltungskomponenten auf demselben Substrat 502 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Transformator 510 kann eine erste Wicklung 512, eine zweite Wicklung 514 und einen Ferritkern 516 aufweisen. Der Transformator 510 kann der in 1 oder 7 gezeigte Transformator sein. Der Transformator 510 kann gemäß einer oder mehrerer der Ausführungsformen der Offenbarung hergestellt werden.
Wie in 5 gezeigt ist, können die Wicklungen 512, 514 des Transformators 510 mit einer oder mehreren Komponenten 520, 522 und 524 gekoppelt sein, die Teil des Substrats 502 (z. B. der PCB) sind, das den Transformator 510 aufweist. Die Komponenten 520, 522 und 524 können innerhalb, teilweise innerhalb oder auf einer Fläche des Substrats 502 vorgesehen sein. Die Komponenten 520, 522 und 524 können über zusätzliche Durchgangslöcher 526 und/oder Spuren in dem Substrat 502 mit dem Transformator 510 gekoppelt sein. Die Komponenten 520, 522 und 524 können Energieversorgungskomponenten, integrierte Schaltungen oder andere Schaltungskomponenten sein, die über eine Schnittstelle mit der ersten Wicklung 512 (z. B. der Primärwicklung) und/oder der zweiten Wicklung 514 (z. B. der Sekundärwicklung) verbunden sind. Zum Beispiel kann die Komponente 520 eine integrierte Treiberschaltung sein, die die erste Wicklung 512 des Transformators 510 antreibt, und können die Komponenten 522 und 524 eine integrierte Schaltung oder ein diskreter elektronischer Gleichrichter sein, der mit der zweiten Wicklung 514 gekoppelt ist, um Signale gleichzurichten, die von der ersten Wicklung 512 zu der zweiten Wicklung 514 übertragen werden.
Die Komponenten 520, 522 und 524 können in dem Substrat 502 oder auf einer Fläche des Substrats 502 mittels des gleichen Prozesses eingebettet werden, der auch zum Herstellen des Transformators 510 angewendet wird. Bei einer Ausführungsform können die eine oder mehreren der Komponenten 520, 522 und 524 in Ausnehmungen eingesetzt sein, die neben der Ausnehmung vorgesehen sind, die den Ferritkern 516 des Transformators 510 aufweist. Die Leiterschichten, die die Wicklungen 512, 514 des Transformators 510 bilden, können auch die Komponenten 520, 522 und 524 mit den Wicklungen 512, 514 koppeln.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann der Transformator 510 eine Induktivität sein, die mit einer integrierten Schaltung oder einer diskreten Schaltung gekoppelt ist, welche in dem Substrat 502 vorgesehen ist. Der Transformator 510 kann außerhalb der integrierten Schaltung oder der diskreten Schaltung vorgesehen sein bei Anwendungen, bei denen die induktive Vorrichtung 510 nicht als Teil des Chips der integrierten Schaltung vorgesehen sein kann oder bei denen dies nicht ökonomisch ist.
6 zeigt den Prozess zum Herstellen eines in einer PCB eingebetteten Transformators nach einer weitere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Prozess kann umfassen (a) Bereitstellen einer dielektrischen Basisschicht 602 mit einer ersten leitenden Schicht 604 auf einer ersten Fläche der dielektrischen Schicht 602, (b) Bereitstellen von Durchgangslöchern 606 in der dielektrischen Basisschicht 602 und der ersten leitenden Schicht 604, (c) Ausbilden von verdeckten Kontaktlöchern in der dielektrischen Basisschicht 602 und Ätzen der ersten leitenden Schicht 604, (d) Platzieren eines Ferritkerns 610 über der dielektrischen Basisschicht 602, (e) Bereitstellen einer oberen dielektrischen Schicht 612 über dem Ferritkern 610, (f) Ausbilden von Durchgangslöchern 614 in der oberen dielektrischen Schicht 612 und (g) Metallisieren der Durchgangslöcher 614 und Bereitstellen einer zweiten leitenden Schicht 620.
Die erste leitende Schicht 604 kann auf die erste Fläche der dielektrischen Schicht 602 laminiert werden. Die erste leitende Schicht 604 kann eine Kupferfolie sein, die mit einem Epoxid oder anderen Kleber auf die Fläche der ersten Fläche der dielektrischen Schicht 602 aufgebracht wird.
Die Durchgangslöcher 606 können in der ersten leitenden Schicht 604 und der dielektrischen Schicht 602 vorgesehen werden. Die Durchgangslöcher 606 können zum Beispiel mittels eines Bohrers oder eines Lasers gebohrt werden. Die Durchgangslöcher 606 können Durchgangslöcher, die die Wicklung des Transformators bilden, und Durchgangslöcher umfassen, die eine andere Schaltung oder Komponenten bilden, welche Teil der PCB sind. Die Durchgangslöcher 606, die Teil der Wicklung sind, können in den Mustern gebohrt werden, die in 1A oder 1B gezeigt sind. Die Durchgangslöcher 606 können verdeckte Kontaktlöcher 608 in der dielektrischen Basisschicht 602 bilden.
Die erste leitende Schicht 604 kann geätzt werden, um Streifen zu bilden, die Teil der Wicklungen sind, und um andere Schaltungskomponenten zu bilden (die z. B. nicht Teil der Wicklungen sind). Die Blind-Kontaktlöcher 608 in der dielektrischen Basisschicht 602 können mit der geätzten ersten leitenden Schicht 604 gekoppelt werden.
Der Ferritkern 610 kann auf einer Fläche der dielektrischen Basisschicht 602 platziert werden, die der Fläche mit der ersten leitenden Schicht 604 gegenüberliegt. Der Ferritkern 610 kann die Form einer kreisförmigen Scheibe, die Form einer rechteckigen Scheibe oder die Form einer quadratischen Scheibe aufweisen, ist jedoch nicht darauf beschränkt. Durch die Scheibenform des Ferritkerns 610 kann ein planarer Ferritkern mit einer Öffnung (z. B. entsprechend einer äußeren Form des Ferritkerns) in dem Ferritkern 610 vorgesehen sein.
Die obere dielektrische Schicht 612 kann dazu vorgesehen sein, den Ferritkern 610 zu umschließen. Die obere dielektrische Schicht 612 kann eine dielektrische Schicht sein, die eine Ausnehmung aufweist, welche der Form des Ferritkerns 610 entspricht. Bei einer weiteren Ausführungsform kann die obere dielektrische Schicht 612 ein Prepreg oder ein gallertartiges Material sein, das abgeschieden und gehärtet wird, um die obere dielektrische Schicht 612 zu bilden. Bei einer Ausführungsform kann das Prepreg oder gallertartige Material in Schichten abgeschieden werden. Wie in 6 gezeigt ist, kann die obere dielektrische Schicht 612 den Ferritkern 610 vollständig umschließen und eine Schicht über dem Ferritkern 610 bilden.
Die Durchgangslöcher 614 können in der oberen dielektrischen Schicht 612 ausgebildet werden, um Verbindungen zu den verdeckten Kontaktlöchern 608 in der dielektrischen Basisschicht 602 zu schaffen. In Abhängigkeit von der Tiefe der Durchgangslöcher 614 kann die obere dielektrische Schicht 612 gebohrt oder geätzt werden, damit die Durchgangslöcher 614 ausgebildet werden. Die Durchgangslöcher 614 können mit einem Leiter (z. B. Kupfer) gefüllt oder metallisiert werden.
Die zweite leitende Schicht 620 kann über der oberen dielektrischen Schicht 612 vorgesehen werden, um leitende Streifen bereitzustellen, die die Wicklungen und andere Schaltungskomponenten bilden. Die zweite leitende Schicht 620 kann durch Laminieren einer Leiterschicht auf der Fläche der oberen dielektrischen Schicht 612 und Ätzen der Leiterschicht gebildet werden. Bei einer weiteren Ausführungsform kann eine dielektrische Schicht, die die zweite leitende Schicht 620 aufweist, auf der oberen dielektrischen Schicht 612 vorgesehen werden. Die zweite leitende Schicht 620 kann Streifen aufweisen, die Teile der Wicklung bilden.
Bei einer weiteren Ausführungsform kann die zweite leitende Schicht 620 vorgeformt und auf der Fläche der oberen dielektrischen Schicht 612 abgeschieden werden. Zusätzliche leitende Schichten, die nicht Teil der Wicklung sind, können innerhalb oder zwischen der oberen dielektrischen Schicht 620 und der dielektrischen Basisschicht 602 vorgesehen werden.
7A–7C zeigen eine Kern-Halbschale 700 nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 7A zeigt eine Schnittansicht der Halbschale 700, 7B zeigt eine Draufsicht derselben Halbschale, und 7C zeigt eine perspektivische Ansicht der Halbschale 700. Die Halbschale 700 kann eine einteilige Struktur aus magnetisch leitendem Material, wie z. B. Ferrit, sein. Wie ihre Bezeichnung nahelegt, ist die Halbschale dazu ausgelegt, auf gepaarte Weise mit einer (nicht gezeigten) zweiten Halbschale zusammenzuwirken, um einen vollständigen Magnetkern zu bilden.
Die Halbschale 700 kann ein Basisteil 710 und eine Vielzahl von Seitenwänden 720 aufweisen, die eine Ausnehmung C zum Aufnehmen von Wicklungen einer (nicht gezeigten) induktiven Vorrichtung begrenzen. Das Basisteil 710 und die Seitenwände 720 bilden ein Profil der Halbschale 700. Bei einer Ausführungsform kann das Profil so ausgelegt sein, dass es ermöglicht, dass die Halbschale 700 mit einer zugehörigen Halbschale deckungsgleich zusammengreift, wenn die zwei miteinander verbunden werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Halbschale 700 ferner einen Vorsprung 730 aufweisen, der sich von dem Basisteil 710 in die Ausnehmung erstreckt. Der Vorsprung 730 kann sich bis zu einer Höhe erstrecken, die mit einem oberen Profil der Seitenwände 720 übereinstimmt. Der Vorsprung 730 kann zusammen mit den Seitenwänden 720 eine Form der Ausnehmung C als eine Art Ring begrenzen. Obwohl in 7 ein quadratischer Ring dargestellt ist, umfassen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung andere geometrische Anordnungen, wie z. B. Kreise, Rechtecke, Sechsecke, Achtecke etc.
Wahlweise kann die Halbschale 700 ferner einen oder mehrere Kanäle 740 aufweisen, die entweder in den Seitenwänden 720 oder dem Basisteil 710 vorgesehen sind, um Leiter aufzunehmen, die die Wicklung(en) der (nicht gezeigten) induktiven Vorrichtung bilden. Bei einer Ausführungsform können die Kanäle 740 in der Halbschale 700 vorgeformt sein. Bei weiteren Ausführungsformen können die Kanäle 740 zum Beispiel durch Bohren in der Halbschale ausgebildet werden, wenn die induktive Vorrichtung hergestellt wird.
8A und 8B zeigen einen Magnetkern 800 mit einer oder mehreren Wicklungen nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. 8A zeigt eine Schnittansicht des Magnetkerns 800, und 8B zeigt eine Draufsicht desselben Kerns. Der Kern 800 kann eine erste Halbschale 810 aufweisen, die so ausgelegt ist, dass sie auf gepaarte Weise mit einer zweiten Halbschale 820 zusammenwirkt. Eine oder mehrere Wicklungen 840 und 850 einer induktiven Vorrichtung können zwischen der ersten und der zweiten Halbschale 810 und 820 vorgesehen sein. Jede Halbschale kann eine einteilige Struktur aus einem magnetisch leitenden Material, wie z. B. Ferrit, sein.
Die Halbschale 810 und auf im Wesentlichen gleiche Weise die Halbschale 820 können ein Basisteil 810.1 und eine Vielzahl von Seitenwänden 810.2 aufweisen, die eine Ausnehmung 810.3 zum Aufnehmen der Wicklungen 840 und 850 begrenzen. Das Basisteil 810.1 und die Seitenwände 810.2 bilden ein Profil der Halbschale 810. Bei einer Ausführungsform kann das Profil so ausgelegt sein, dass es ermöglicht, dass die Halbschale 810 mit einer zugehörigen Halbschale 820 deckungsgleich zusammengreift, wenn die zwei miteinander verbunden werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Halbschale 810 und auf im Wesentlichen gleiche Weise die Halbschale 820 ferner einen Vorsprung 810.4 aufweisen, der sich von dem Basisteil 810.1 in die Ausnehmung 810.3 erstreckt. Der Vorsprung 810.4 kann sich bis zu einer Höhe erstrecken, die mit einem oberen Profil der Seitenwände 810.2 übereinstimmt. Der Vorsprung 810.4 kann zusammen mit den Seitenwänden 810.2 eine Form der Ausnehmung 810.3 als eine Art Ring begrenzen. Obwohl in 8 ein quadratischer Ring dargestellt ist, umfassen die Prinzipien der vorliegenden Erfindung andere geometrische Anordnungen, wie z. B. Kreise, Rechtecke, Sechsecke, Achtecke etc.
Wahlweise kann die Halbschale 810 und/oder 820 ferner einen oder mehrere Kanäle aufweisen, die entweder in den Seitenwänden 810.2 oder dem Basisteil 810.1 vorgesehen sind, um Leiter aufzunehmen, die die Wicklung(en) 840, 850 der induktiven Vorrichtung bilden. Bei einer Ausführungsform können die Kanäle in der (den) Halbschale(n) vorgeformt sein. Bei weiteren Ausführungsformen können die Kanäle zum Beispiel durch Bohren in der (den) Halbschale(n) ausgebildet werden, wenn die induktive Vorrichtung hergestellt wird.
Die eine oder mehreren Wicklungen 840 und 850 können auf unterschiedlichen Ebenen vorgesehen sein. Wie in 8 gezeigt ist, kann die erste Wicklung 840 (z. B. die Primärwicklung) in der Ausnehmung der ersten Halbschale 810 vorgesehen sein und kann die zweite Wicklung 850 (z. B. die Sekundärwicklung) in der Ausnehmung der zweiten Halbschale 820 vorgesehen sein. Die Wicklungen 840, 850 können elektrisch gegeneinander isoliert sein, zum Beispiel mittels eines Isolators 860, der zwischen den Wicklungen vorgesehen ist. Der Isolator 860 kann ferner zwischen den Wicklungen 840, 850 und der ersten und der zweiten Halbschale 810, 820 vorgesehen sein, um eine elektrische Isolierung zwischen den Wicklungen und dem Magnetkern zu schaffen.
Die erste Wicklung 840 und/oder die zweite Wicklung 850 können spiralförmige Wicklungen mit einer Kreis-, Achteck- oder Rechteckform aufweisen. Die Wicklungen 840, 850 können planare Spiralen sein. Bei einer Ausführungsform können die ersten Wicklungen 840 um den Vorsprung 810.4 der ersten Halbschale 810 herum vorgesehen sein, um einen Magnetfluss senkrecht zu der Wicklung und durch den Vorsprung 810.4 hindurch zu erzeugen. Die zweite Wicklung 850 kann ebenfalls um den Vorsprung der zweiten Halbschale 820 herum vorgesehen sein, um den Magnetfluss aufzunehmen, der von der ersten Wicklung 840 erzeugt worden ist.
Bei einer Ausführungsform können die erste und die zweite Wicklung 840, 850 koplanar sein (in 8 nicht gezeigt). Obwohl in 8 eine einzelne Wicklung für jede der ersten und der zweiten Wicklung 840, 850 gezeigt ist, kann bei anderen Ausführungsformen jede der Wicklungen 840, 850 eine Vielzahl von Wicklungen darstellen. Die Vielzahl von Wicklungen kann auf einer gleichen Ebene oder auf verschiedenen Ebenen vorgesehen sein.
Bei einer Ausführungsform kann eine der ersten und der zweiten Halbschale 820 eine planare Ferritschicht ohne Ausnehmung und Wicklungen sein. Die planare Ferritschicht kann die Ausnehmung der anderen Halbschale umschließen. Bei dieser Ausführungsform können die erste und die zweite Wicklung in derselben Ausnehmung vorgesehen sein, jedoch mittels eines Isolators gegeneinander isoliert sein.
9A und 9B zeigen einen Prozess zum Herstellen eines in einer PCB eingebetteten Transformators nach einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Prozess kann umfassen (a) Bereitstellen einer unteren dielektrischen Schicht 902 mit einer ersten leitenden Schicht 904 und einer unteren dielektrischen Ausnehmung 906, (b) Einsetzen eines unteren Ferritgehäuses 908 mit einer Wicklungsausnehmung 910 in die untere dielektrische Ausnehmung 906, (c) Bereitstellen einer oder mehrerer Wicklungen und eines Isolators 912, (d) Bereitstellen eines oberen Ferritgehäuses 914 über dem unteren Ferritgehäuse 908, (e) Bereitstellen einer oberen dielektrischen Schicht 916 mit einer zweiten leitenden Schicht 918 über dem oberen Ferritgehäuse 914, (f) Ausbilden einer Vielzahl von Durchgangslöchern 920 und (g) Metallisieren der Durchgangslöcher 920 und Ätzen der ersten leitenden Schicht 904 und der zweiten leitenden Schicht 918.
9B zeigt ein Beispiel für das Bereitstellen eines Transformators zwischen zwei leitenden Schichten 904, 918. Wie in 9B gezeigt ist, können das obere und das untere Ferritgehäuse 908, 914 zwischen der ersten leitenden Schicht 904 und der zweiten leitenden Schicht 918 vorgesehen werden. Die in 9B gezeigten verschiedenen Schichten können miteinander laminiert werden, um das obere und das untere Ferritgehäuse 908, 914 zu umschließen und dabei die Wicklungen innerhalb der Ferritgehäuse 908, 914 zu schaffen.
Das Bereitstellen der unteren dielektrischen Schicht 902 kann das Laminieren einer Vielzahl von dielektrischen Schichten und einer ersten leitenden Schicht 904 umfassen. Die untere dielektrische Schicht 902 kann die untere dielektrische Ausnehmung 906 in einer Fläche aufweisen, die einer Fläche mit der ersten leitenden Schicht 904 gegenüberliegt. Die untere dielektrische Ausnehmung 906 kann in einer oder mehreren dielektrischen Schichten vorgesehen werden. Die untere dielektrische Ausnehmung 906 kann der Form des unteren Ferritgehäuses 908 entsprechen. Die untere dielektrische Schicht 902 kann eine erste untere dielektrische Schicht 902a und eine zweite untere dielektrische Schicht 902b (z. B. eine Abstandshalteschicht) aufweisen, die die Ausnehmung 906 aufweist. Die untere dielektrische Ausnehmung 906 kann durch Routing oder Bohren in der zweiten unteren dielektrischen Schicht 902b ausgebildet werden.
Wie in 9A gezeigt ist, kann das untere Ferritgehäuse 908 in die untere dielektrische Ausnehmung 906 eingesetzt werden, um zumindest einen Abschnitt des unteren Ferritgehäuses 908 zu umschließen. Die Wicklungsausnehmung 910 in dem unteren Ferritgehäuse 908 kann eine oder mehrere Wicklungen halten. Das untere Ferritgehäuse 908 kann eine Öffnung zum Koppeln der einen oder mehreren Wicklungen innerhalb der Wicklungsausnehmung 910 mit Schaltungen oder Komponenten außerhalb der Wicklungsausnehmung 910 (z. B. der ersten leitenden Schicht 904 oder der zweiten leitenden Schicht 918) aufweisen.
Wie in 9B gezeigt ist, kann das untere Ferritgehäuse 908 auf der Fläche der dielektrischen Schicht 902a platziert werden, die der Fläche mit der ersten leitenden Schicht 904 gegenüberliegt. Die Ausnehmung 906 in der dielektrischen Schicht 902b kann das untere Ferritgehäuse 908 umgeben. Die Dicke der zweiten unteren dielektrischen Schicht 902b kann ungefähr 100–300 Mikrometer betragen.
Die eine oder mehreren Wicklungen und der Isolator 912 können zumindest teilweise innerhalb der Wicklungsausnehmung 910 des unteren Ferritgehäuses 908 vorgesehen werden. Ein Abschnitt des Isolators 912 (z. B. Abschnitt 912b) kann außerhalb der Wicklungsausnehmung 910 vorgesehen werden. Die Wicklungen innerhalb der Wicklungsausnehmung 910 können ein spiralförmiges Muster aufweisen. Der Isolator kann die Wicklungen voneinander und/oder von den Ferritgehäusen 908, 914 trennen.
Wie in 9B gezeigt ist, können die eine oder mehreren Wicklungen und der Isolator 912 ausgebildet werden durch (c-1) Bereitstellen einer dielektrischen Schicht mit einer leitende Schicht, (c-2) Ätzen der leitenden Schicht zum Schaffen einer oder mehrerer spiralförmiger Wicklungen (c-3) Laminieren einer dielektrischen Schicht über der leitenden Schicht mit den spiralförmigen Wicklungen und (c-4) Ausbilden von Löchern (z. B. durch Bohren) zum Ausbilden eines Abschnitts 912a, der in der Ferritgehäuse-Ausnehmung 910 platziert wird, und eines Abschnitts 912b, der außerhalb der Ferritgehäuse-Ausnehmung 910 vorgesehen ist. Bei einer weiteren Ausführungsform können die spiralförmigen Wicklungen auf die Fläche der dielektrischen Schicht abgeschieden werden. Der Abschnitt 912a, der innerhalb der Ferritgehäuse-Ausnehmung 910 vorgesehen ist, und der Abschnitt 912b, der außerhalb der Ferritgehäuse-Ausnehmung 910 vorgesehen ist, können über einen Bereich verbunden sein, der in der Öffnung des Ferritgehäuses ausgebildet ist. Bei einer Ausführungsform können die Abschnitte 912a und 912b durch die dielektrische Füllung der Ausnehmungsöffnung des Ferritgehäuses (z. B. der Ausnehmungsöffnung 740, die in 7C gezeigt ist) zusammengehalten werden.
Bei einer Ausführungsform kann die Dicke der einen oder mehreren Wicklungen und des Isolators 912 ungefähr 2 mil (1 mil = 1 Tausendstel eines Inch) oder weniger (ungefähr 5,5 × 10^–5 m) betragen. Die dielektrischen Schichten über und/oder unter den Wicklungen können ungefähr 1 mil oder weniger (2,5 × 10^–5 m) betragen.
Das obere Ferritgehäuse 914 kann über dem unteren Ferritgehäuse 908 vorgesehen werden, um die Wicklungsausnehmung 910 in dem unteren Ferritgehäuse 908 zu umschließen. Das obere Ferritgehäuse 914 kann eine Wicklungsausnehmung aufweisen, die der Wicklungsausnehmung 910 in dem unteren Ferritgehäuse 908 entspricht. Bei einer weiteren Ausführungsform kann das obere Ferritgehäuse 914 eine flache Ferritplatte sein, die auf einer oberen Fläche des unteren Ferritgehäuses 908 vorgesehen ist, um die Wicklungsausnehmung 910 zu umschließen. Bei einer weiteren Ausführungsform können das obere Ferritgehäuse 914 und das untere Ferritgehäuse 908 die gleiche Form aufweisen.
Die obere dielektrische Schicht 916 kann an der Fläche des oberen Ferritgehäuses 914 vorgesehen werden. Die zweite leitende Schicht 918 kann auf einer Fläche der oberen dielektrischen Schicht 916 vorgesehen werden, die der an das obere Ferritgehäuse 914 angrenzenden Fläche gegenüberliegt. Die obere dielektrische Schicht 916 kann eine Vielzahl von dielektrischen Schichten aufweisen. Eine oder mehrere der dielektrischen Schichten können die Ausnehmung aufweisen, die das obere Ferritgehäuse 914 umgibt und die durch Routing oder Bohren ausgebildet werden kann.
Wie in 9B gezeigt ist, kann die obere dielektrische Schicht 916 eine erste obere dielektrische Schicht 916a und eine zweite obere dielektrische Schicht 916b, die eine Ausnehmung 930 aufweist, umfassen. Die obere dielektrische Ausnehmung 930 kann durch Routing oder Bohren in der zweiten oberen dielektrischen Schicht 902b ausgebildet werden. Das obere Ferritgehäuse 914 kann zumindest teilweise innerhalb der oberen dielektrischen Ausnehmung 930 der zweiten oberen dielektrischen Schicht 902b vorgesehen sein.
Die Vielzahl von Durchgangslöchern 920 kann so ausgebildet werden, dass sie die Wicklungen innerhalb des Ferritgehäuses mit Komponenten außerhalb des Ferritgehäuses koppelt. Die Durchgangslöcher 920 können die Wicklungen mit der ersten leitenden Schicht 904 und/oder der zweiten leitenden Schicht 918 koppeln. Die Durchgangslöcher 920 können durch die Öffnungen in dem oberen und dem unteren Ferritgehäuse 908, 914 gebohrt werden. Die Vielzahl von Durchgangslöchern 920 kann metallisiert werden, um zwei oder mehr der ersten leitenden Schicht 904, der zweiten leitenden Schicht 918 und der Wicklungen innerhalb der Ferritgehäuse zu koppeln.
Die erste leitende Schicht 904 und die zweite leitende Schicht 918 können geätzt werden, um Schaltungen und/oder andere Komponenten zu bilden, die mit den Wicklungen innerhalb der Ferritgehäuse 908, 914 gekoppelt sind.
In der vorstehenden Beschreibung sind zum Zwecke der Erläuterung zahlreiche spezifische Details dargelegt worden, um ein gründliches Verständnis der erfindungsgemäßen Konzepte zu ermöglichen. Als Teil dieser Beschreibung können einige Strukturen und Vorrichtungen in Form eines Blockschaltbilds gezeigt sein, damit das Verstehen der Erfindung nicht erschwert wird. Eine Bezugnahme in der Beschreibung auf "eine Ausführungsform" bedeutet, dass ein besonderes Merkmal, eine besondere Struktur oder Charakteristik, die in Zusammenhang mit der Ausführungsform beschrieben wird, in mindestens einer Ausführungsform der Erfindung enthalten ist, und mehrere Bezugnahmen auf "eine Ausführungsform" dürfen nicht so verstanden werden, dass hierbei notwendigerweise immer auf dieselbe Ausführungsform Bezug genommen wird.
Obwohl die hier dargestellten und beschriebenen Prozesse Reihen von Schritten umfassen, sei darauf hingewiesen, dass die unterschiedlichen Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung nicht durch die dargestellte Reihenfolge von Schritten eingeschränkt werden, da einige Schritte in einer anderen Reihenfolge und einige gleichzeitig mit anderen Schritten neben den hier gezeigten und beschriebenen auftreten können. Des Weiteren brauchen nicht sämtliche dargestellten Schritte erforderlich zu sein, um eine Methodologie gemäß der vorliegenden Offenbarung zu implementieren. Ferner sei darauf hingewiesen, dass die Prozesse in Zusammenhang mit den hier dargestellten und beschriebenen Einrichtungen und Systemen sowie in Zusammenhang mit anderen nicht dargestellten Systemen implementiert werden können.
Wie bei jeder Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung verwendet, kann eine "Schaltungsanordnung" zum Beispiel einzeln oder in jeder Kombination eine analoge Schaltungsanordnung, digitale Schaltungsanordnung, festverdrahtete Schaltungsanordnung, programmierbare Schaltungsanordnung, Zustandsmaschinen-Schaltungsanordnung und/oder eine Firmware umfassen, in der Anweisungen, die von einer programmierbaren Schaltungsanordnung ausgeführt werden, gespeichert sind. Ferner kann bei jeder hier dargelegten Ausführungsform eine Schaltungsanordnung als eine oder mehrere integrierte Schaltungen ausgeführt oder Teil einer solchen sein.
Es sei darauf hingewiesen, dass bei der Entwicklung jeder tatsächlichen Implementierung (wie bei jedem Entwicklungsprojekt) zahlreiche Entscheidungen getroffen werden müssen, damit die spezifischen Ziele der Entwickler (z. B. Beachtung von system- und betriebsbezogenen Beschränkungen) erreicht werden, und dass diese Ziele von einer Implementierung zur nächsten variieren. Es sei ferner darauf hingewiesen, dass ein solcher Entwicklungsaufwand komplex und zeitaufwendig sein kann, jedoch trotzdem eine Routineaufgabe für Fachleute auf dem Sachgebiet ist, denen diese Offenbarung zur Verfügung steht.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 14/205873 [0001]

Claims

Induktive Vorrichtung, die umfasst: ein Paar von halbschalenartigen magnetisch leitenden Gehäusen, die zusammengefügt sind und eine umschlossene Ausnehmung zwischen diesen bilden; und eine Primär- und eine Sekundärwicklung, die räumlich innerhalb der Ausnehmung vorgesehen sind und eine magnetische Kopplung zwischen diesen schaffen, wobei die Wicklungen elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei Anschlüsse der Primär- und der Sekundärwicklung zu einer Außenseite der induktiven Vorrichtung verlaufen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die umschlossene Ausnehmung eine ringförmige Ausnehmung ist und die Primär- und die Sekundärwicklung spiralförmig um einen Abschnitt aus magnetisch leitendem Material herum angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei jede der Halbschalen eine Ausnehmung aufweist, die Primärwicklung in einer Ausnehmung vorgesehen ist und die Sekundärwicklung in der anderen Ausnehmung vorgesehen ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Primär- und die Sekundärwicklung koplanar sind.
Gedruckte Leiterplatte, die umfasst: eine Vielzahl von PCB-Schichten, die mindestens eine Leiterschicht und mindestens eine dielektrischen Schicht aufweisen; und eine induktive Vorrichtung, die innerhalb einer Ausnehmung der gedruckten Leiterplatte vorgesehen ist, welche mindestens zwei der PCB-Schichten einnimmt, wobei die induktive Vorrichtung umfasst: ein Paar von halbschalenartigen magnetisch leitenden Gehäusen, die zusammengefügt sind und eine umschlossene Ausnehmung zwischen diesen bilden; und eine Primär- und eine Sekundärwicklung, die räumlich innerhalb der Ausnehmung vorgesehen sind, um eine magnetische Kopplung zwischen diesen zu schaffen, wobei die Wicklungen elektrisch gegeneinander isoliert sind, wobei Anschlüsse der Primär- und der Sekundärwicklung zu einer Außenseite der induktiven Vorrichtung verlaufen und mit jeweiligen Leitern der gedruckten Leiterplatte gekoppelt sind.
Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 5, wobei die umschlossene Ausnehmung eine ringförmige Ausnehmung ist und die Primär- und die Sekundärwicklung spiralförmig um einen Abschnitt aus magnetisch leitendem Material herum angeordnet sind.
Gedruckte Leiterplatte nach Anspruch 5 oder 6, wobei magnetisch leitende Gehäuse aus einem Ferritmaterial gefertigt sind.
Gedruckte Leiterplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 7, wobei die Primär- und die Sekundärwicklung um eine gemeinsame Achse herum gestapelt sind.
Gedruckte Leiterplatte nach einem der Ansprüche 5 bis 8, wobei die Primär- und die Sekundärwicklung koplanar sind.
Magnetkern zur Verwendung in induktiven Vorrichtungen, der umfasst: ein Gehäuse, das ein Basisteil und eine Vielzahl von Seitenwänden umfasst, die mit der Fläche des Basisteils gekoppelt sind, wobei das Basisteil und die Seitenwände eine Ausnehmung innerhalb des Gehäuses zum Anordnen mindestens einer Wicklung begrenzen, wobei das Gehäuse aus einem magnetisch leitenden Material gefertigt ist; und ein Vorsprung aus dem magnetisch leitenden Material innerhalb der Ausnehmung vorgesehen ist.
Magnetkern nach Anspruch 10, wobei das Gehäuse aus einem Ferritmaterial gefertigt ist.
Magnetkern nach Anspruch 10 oder 11, der ferner einen Kanal umfasst, welcher in dem Basisteil oder den Seitenwänden vorgesehen ist, um einen Leiter aufzunehmen, der die Wicklung bildet.
Magnetkern nach einem der Ansprüche 10 bis 12, der ferner ein zweites Gehäuse umfasst, welches ein zweites Basisteil und eine Vielzahl von Seitenwänden umfasst, die mit der Fläche des zweiten Basisteils gekoppelt sind, wobei das zweite Basisteil und die Seitenwände eine zweite Ausnehmung innerhalb des zweiten Gehäuses zum Anordnen von mindestens einer Wicklung begrenzen, wobei die Seitenwände des Gehäuses auf gepaarte Weise zusammenwirken, um die Ausnehmungen zwischen den Basisteilen der Gehäuse zu umschließen.
Magnetkern nach einem der Ansprüche 10 bis 13, wobei sich der Vorsprung bis zu einer Höhe erstreckt, die mit einem oberen Profil der Seitenwände übereinstimmt.
Verfahren zum Herstellen eines induktiven Gehäuses, das umfasst: Ausbilden einer Ausnehmung in einer Schicht einer gedruckten Leiterplatte (PCB), die eine leitende Schicht aufweist; Einsetzen eines Ferritgehäuses in die Ausnehmung, wobei das Ferritgehäuse eine Ausnehmung für eine Wicklung aufweist; Einsetzen einer spiralförmigen Wicklung in die Wicklungsausnehmung; Einsetzen einer Ferritabdeckung über dem Ferritgehäuse; und Ausbilden eines metallisierten Durchgangslochs in der PCB-Schicht zum Koppeln der spiralförmigen Wicklung mit der leitenden Schicht.
Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Ferritgehäuse und die Ferritabdeckung eine gleiche Form aufweisen.
Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, das ferner das Einsetzen einer spiralförmigen Wicklung in die Wicklungsausnehmung der Ferritabdeckung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, wobei eine Vielzahl von planaren spiralförmigen Wicklungen in die Wicklungsausnehmung eingesetzt wird und die Wicklungen mittels eines Isolators voneinander getrennt werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, das ferner das Bereitstellen eines Isolators zwischen dem Ferritgehäuse und der spiralförmigen Wicklung umfasst.
Induktive Vorrichtung, die umfasst: eine Schicht einer gedruckten Leiterplatte (PCB), die eine Ausnehmung aufweist; ein Ferritgehäuse, das zumindest teilweise innerhalb der Ausnehmung angeordnet ist, wobei das Ferritgehäuse eine Ausnehmung für eine Wicklung aufweist; eine spiralförmige Wicklung, die innerhalb der Wicklungsausnehmung angeordnet ist; und einen Isolator, der innerhalb der Wicklungsausnehmung und zwischen der spiralförmigen Wicklung und einer Fläche des Ferritgehäuses angeordnet ist.
Induktive Vorrichtung nach Anspruch 20, wobei eine Vielzahl von planaren spiralförmigen Wicklungen innerhalb der Wicklungsausnehmung angeordnet ist.
Induktive Vorrichtung nach Anspruch 20 oder 21, die ferner mindestens ein metallisiertes Durchgangsloch umfasst, das die spiralförmigen Wicklung innerhalb der Wicklungsausnehmung mit einer leitenden Schicht auf der PCB-Schicht koppelt.
Induktive Vorrichtung nach einem der Ansprüche 20 bis 22, die ferner umfasst: eine Schaltungskomponente, die in der PCB angeordnet ist und mit der leitenden Schicht auf der PCB-Schicht gekoppelt ist; und mindestens ein metallisiertes Durchgangsloch, das die spiralförmige Wicklung innerhalb der Wicklungsausnehmung über die leitende Schicht mit der Schaltungskomponente koppelt.