KR101761069B1 - 회로 기판에 부착된 전력 스테이지를 수용하는 출력 인덕터를 가진 dc-dc 컨버터 조립체 - Google Patents

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Abstract

DC-DC 컨버터 조립체는 제 1 측면과 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면을 갖는 기판, 기판의 제 1 측면에 부착된 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이, 및 전력 스테이지 다이의 출력단에 전기적으로 접속되고 기판의 제 1 측면 상의 전력 스테이지 다이 위에 배치된 출력 인덕터를 포함한다. 출력 인덕터는 자기 코어, 및 기판의 제 1 측면에 부착된 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 전기 컨덕터를 포함한다. 출력 인덕터는 전력 스테이지 다이가 자기 코어와 기판 사이에 개재되도록 자기 코어 아래에 전력 스테이지 다이를 수용한다. 대응하는 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법 및 출력 인덕터의 제조 방법이 또한 개시된다.

Description

회로 기판에 부착된 전력 스테이지를 수용하는 출력 인덕터를 가진 DC-DC 컨버터 조립체{DC-DC CONVERTER ASSEMBLY WITH AN OUTPUT INDUCTOR ACCOMMODATING A POWER STAGE ATTACHED TO A CIRCUIT BOARD}
본 출원은 DC-DC 컨버터에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 회로 기판 상의 DC-DC 컨버터 부품의 최적 배치에 관한 것이다.
DC-DC 컨버터는 프로세서와 같은 부하(load)의 저항을 조절하기 위한 전력 스테이지(power stage)를 포함하는 다수의 능동 및 수동 부품을 포함한다. 전력 스테이지는 출력 인덕터에 의해 부하에 결합된다. 출력 인덕터를 포함하는 DC-DC 컨버터의 부품은 부하와 함께 인쇄 회로 기판(printed circuit board: PCB)에 부착된다. PCB는 DC-DC 컨버터의 부품을 전기적으로 상호 접속하고 컨버터의 전력 스테이지를 부하에 전기적으로 접속하기 위한 다양한 전기 경로를 갖는다. DC-DC 컨버터 전력 스테이지는 통상적으로 출력 인덕터와 동일한 평면에서 PCB에 부착되어, PCB의 크기를 증가시킨다. 또한, PCB를 위한 종래의 레이아웃 디자인은 이러한 DC-DC 컨버터 부품의 배열을 더 복잡하게 한다.
DC-DC 컨버터 조립체의 실시예에 따르면, DC-DC 컨버터 조립체는 제 1 측면과 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면을 갖는 기판, 기판의 제 1 측면에 부착된 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이, 및 전력 스테이지 다이의 출력단에 전기적으로 접속되고 기판의 제 1 측면 상의 전력 스테이지 다이 위에 배치된 출력 인덕터를 포함한다. 출력 인덕터는 자기 코어, 및 기판의 제 1 측면에 부착된 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 전기 컨덕터를 포함한다. 출력 인덕터는 전력 스테이지 다이가 자기 코어와 기판 사이에 개재되도록 자기 코어 아래에 전력 스테이지 다이를 수용한다.
DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법의 실시예에 따르면, 방법은 기판의 제 1 측면에 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 부착하는 단계 - 기판은 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면을 가짐 -; 기판의 제 1 측면 상의 전력 스테이지 다이 위에 출력 인덕터를 위치시키는 단계 - 출력 인덕터는 자기 코어, 및 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 전기 컨덕터를 포함하고, 출력 인덕터는 전력 스테이지 다이가 자기 코어와 기판 사이에 개재되도록 자기 코어 아래에 전력 스테이지 다이를 수용함 -; 및 출력 인덕터가 전력 스테이지 다이의 출력단에 전기적으로 접속되도록 기판의 제 1 측면에 출력 인덕터의 제 1 단자 및 제 2 단자를 부착하는 단계를 포함한다.
출력 인덕터의 제조 방법의 실시예에 따르면, 방법은 자기 코어의 제 1 섹션 및 제 2 섹션을 형성하는 단계 - 제 2 섹션은 얇은 내부 영역 및 두꺼운 외부 영역을 갖고, 얇은 내부 영역은 자기 코어의 제 2 섹션 아래에 위치된 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 제 2 섹션의 얇은 내부 영역 및 두꺼운 외부 영역에 접촉하지 않고 전력 스테이지 다이를 수용하기에 충분히 얇음 -; 제 2 섹션 상에 전기 컨덕터를 배치하는 단계; 및 자기 코어가 전기 컨덕터를 고정하고 전기 컨덕터가 접촉 가능한 단자를 갖도록 제 1 섹션을 제 2 섹션에 부착하는 단계를 포함한다.
당업자는 후속하는 상세한 설명을 읽고 첨부 도면을 볼 때 부가적인 특징 및 장점을 알 것이다.
도면의 요소들은 서로에 대해 반드시 실제 축적대로 도시되어 있지는 않다. 유사한 도면 부호는 대응하는 유사한 부분을 지시한다. 다양한 예시된 실시예의 특징들은 이들이 서로 배타적이지 않으면 조합될 수 있다. 실시예들은 도면에 도시되어 있고, 이어지는 상세한 설명에서 상세히 설명된다.
도 1a 내지 도 1d는 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하도록 성형된 출력 인덕터의 실시예의 상이한 도면을 도시한다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 내지 도 1d의 출력 인덕터를 제조하는 방법의 상이한 단계를 도시한다.
도 3a 내지 도 3d는 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하도록 성형된 출력 인덕터의 다른 실시예의 상이한 도면을 도시한다.
도 4a 내지 도 4d는 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하도록 성형된 출력 인덕터의 또 다른 실시예의 상이한 도면을 도시한다.
도 5는 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하도록 성형된 출력 인덕터의 또 다른 실시예의 측면도를 도시한다.
도 6은 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하도록 성형된 출력 인덕터를 갖는 DC-DC 컨버터 조립체의 실시예의 평면도를 도시한다.
도 7은 도 6의 확대도를 도시한다.
도 8은 도 6의 DC-DC 컨버터 조립체의 저면도를 도시한다.
본 명세서에 설명된 실시예에 따르면, DC-DC 컨버터의 각각의 전력 스테이지 다이는 DC-DC 컨버터 해결책의 전체 크기를 감소시키기 위해 예를 들어 벌크 토폴로지로 그 전력 스테이지용 대응 출력 인덕터 아래에 배치된다. 각각의 전력 스테이지는 부하에 컨버터의 출력 상(phase)을 제공한다. 단상 DC-DC 컨버터의 경우에, 단일 전력 스테이지가 제공된다. 다상(mlutiphase) DC-DC 컨버터의 경우에, 전력 스테이지는 컨버터의 각각의 상에 대해 제공된다. 각각의 전력 스테이지 다이는 출력 인덕터를 통해 DC-DC 컨버터에 의해 조절된 부하에 상 전류를 전달한다. 각각의 전력 스테이지 다이는 대응 출력 인덕터를 통해 부하에 결합하기 위한 하이-사이드(high-side) 트랜지스터 및 로우-사이드(low-side) 트랜지스터를 가질 수 있다. 각각의 전력 스테이지의 하이-사이드 트랜지스터는 DC-DC 컨버터의 입력 전압에 부하를 스위칭가능하게 접속하고 대응하는 로우-사이드 트랜지스터는 상이한 주기로 접지에 부하를 스위칭가능하게 접속한다. 각각의 전력 스테이지 다이는 MOSFET(metal oxide semiconductor field effect transistor: 금속 산화물 전계 효과 트랜지스터), 드라이버 등과 같은 능동 반도체 부품 및 대응 수동 부품을 포함할 수 있다. 수동 부품은 다이로부터 제외되고 개별 부품으로서 제공될 수 있다. 각각의 경우에, 전력 스테이지 다이는 적어도 DC-DC 컨버터의 출력 상을 부하에 제공하는데 필요한 능동 반도체 부품을 포함하고, DC-DC 컨버터 조립체를 형성하기 위해 PCB와 같은 기판에 부착될 때 대응 출력 인덕터 아래에 배치된다.
도 1a 내지 도 1d는 인덕터(100) 아래에 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하도록 성형된 출력 인덕터(100)의 상이한 도면을 도시한다. 도 1a는 출력 인덕터(100)의 기울어진 사시도를 도시하고, 도 1b는 출력 인덕터(100)의 측면도를 도시하고, 도 1c는 출력 인덕터(100)의 정면도를 도시하고, 도 1d는 출력 인덕터(100)의 저부도를 도시한다.
출력 인덕터(100)는 자기 코어(102)와, PCB와 같은 기판에 부착을 위한 제 1 단자 및 제 2 단자(106, 108)를 갖는 전기 컨덕터(104)를 포함한다. 전기 컨덕터(104)는 예를 들어 스테이플(staple)로서 성형될 수 있다. 그럼에도, 자기 코어(102)는 전력 스테이지 다이를 수용하기 위한, 즉 전력 스테이지 다이를 위한 공간을 제공하기 위한, 폭(F) 및 길이(L)를 갖는 절결부(110)를 갖는다. 게다가, 단자(104, 106)는 전력 스테이지 다이가 단자(104, 106) 사이에 끼워지도록 자기 코어(102)의 대향 측면들에서 이격된다. 이 방식으로, 전력 스테이지 다이는 출력 인덕터(100)와 전력 스테이지 다이가 기판의 동일한 측면에 부착된다. 전력 스테이지 다이 및 기판은 용이한 도시를 위해 도 1a 내지 도 1d에는 도시되어 있지 않다.
본 실시예에 따르면, 출력 인덕터(100)는 자기 코어(102)의 제 1 섹션 및 제 2 섹션(112, 114)에 의해 제조된다. 제 2 섹션(114)은 얇은 내부 영역(T1) 및 두꺼운 외부 영역(T2)을 갖는다. 얇은 내부 영역(T1)은 제 2 섹션(114)의 얇은 내부 영역(T1)과 두꺼운 외부 영역(T2)에 접촉하는 전력 스테이지 다이 없이 자기 코어(102)의 제 2 섹션(114) 아래에 위치된 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하기에 충분히 얇다. 출력 인덕터(100)의 전기 컨덕터(104)는 예를 들어 제 2 섹션(114) 위에서 적소에서 컨덕터(104)를 활주시킴으로써 제 2 섹션(114) 상에 배치된다. 제 2 섹션(114)의 두꺼운 외부 영역(T2)은 두꺼운 외부 영역(T2)의 대향측들을 따른 폭(E)을 갖는다. 전기 컨덕터(104)의 단자(106, 108)는 폭(D)을 갖고, 제 2 섹션(114)의 두꺼운 외부 영역(T2)의 대향측들에 형성된 노치에 안착될 수 있다.
제 1 섹션(112)은 이어서 자기 코어(102)가 전기 컨덕터(104)를 고정하고 컨덕터(104)의 단자(106, 108)가 접촉 가능하도록 예를 들어 접착제에 의해 제 2 섹션(114)에 부착된다. 일 실시예에서, 자기 코어(102)의 제 2 섹션(114)은 제 2 섹션(114)의 얇은 내부 영역(T1) 및 두꺼운 외부 영역(T2)을 형성하도록 성형된 몰드 내에 자기 재료를 성형함으로써 형성된다. 그럼에도, 자기 코어(102)는 제 2 섹션(114)의 두꺼운 외부 영역(T2)과 제 1 섹션(112)을 따라 측정된 총 두께(C)를 갖는다. 제 2 섹션(114)의 얇은 내부 영역(T1)과 두꺼운 외부 영역(T2) 사이의 간극(G)은 출력 인덕터(100)의 자기 코어(102) 아래에 배치된 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하기에 충분하다.
도 2a 및 도 2b는 도 1a 내지 도 1d의 출력 인덕터(100)를 제조하는 대안적인 방법의 상이한 단계들을 도시한다. 자기 코어(102)의 제 2 섹션(114) 상의 장소로 전기 컨덕터(104)를 활주시키는 대신에, 전기 컨덕터(104)는 도 2a에 도시된 바와 같이 제 2 섹션(114) 주위에 성형된다. 본 실시예에 따르면, 전기 컨덕터(104)는 제 2 섹션(114)의 상부측에 배치된 평면형 상부 부분(120)과 외향으로 절곡된 레그(122)를 갖는다. 컨덕터(104)의 평면형 상부 부분(120)이 제 2 섹션(114)의 상부측에 배치된 후에, 레그(122)는 도 2a의 측방향 내향 지향 화살표에 의해 지시된 바와 같이 자기 코어(102)의 제 2 섹션(114)의 대응 측면들과 접촉하게 내향으로 절곡된다. 제 1 섹션(112)은 이어서 도 2a에 하향 지향 화살표에 의해 지시된 바와 같이 제 2 섹션(114)에 부착된다. DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하기 위한 간극(G)을 갖는 최종 출력 인덕터(100)가 도 2b에 도시되어 있다.
도 3a 내지 도 3d는 출력 인덕터(100)의 다른 실시예의 상이한 도면을 도시한다. 도 3a는 출력 인덕터(100)의 정면 측면도를 도시하고, 도 3b는 인덕터(100)의 자기 코어(102) 아래에 배치된 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이(200)를 갖는 출력 인덕터(100)의 정면 측면도이고, 도 3c는 출력 인덕터(100)의 저부도를 도시하고, 도 3d는 전력 스테이지 다이(200)가 적소에 있는 출력 인덕터(100)의 저부도를 도시한다. 도 3b에서, 전력 스테이지 다이(200)의 두께는 'Tdie'로 나타내고, 전력 스테이지 다이(200)를 수용하는 자기 코어(102) 내의 간극은 'G'로 나타낸다. 도 3a 내지 도 3d에 도시되어 있는 실시예는 도 1a 내지 도 1d에 도시되어 있는 실시예와 유사하지만, 자기 코어(102)의 제 2 섹션(114)의 두꺼운 외부 영역(T2)은 도 3c에 하향 지향 화살표에 의해 지시된 방향에서 제 2 섹션(114) 상에 적소에 활주하면서 전기 컨덕터(104)를 위한 정지부로서 작용하는 단일 포스트(202)를 2개의 단부에 포함한다. 일 실시예에서, 자기 코어(102)의 제 2 섹션(114)은 제 2 섹션(114)의 2개의 단부에 포스트(202)를 제공하도록 성형된 몰드 내에 자기 재료를 성형함으로써 형성된다.
도 4a 내지 도 4d는 출력 인덕터(300) 아래에 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하도록 성형된 출력 인덕터(300)의 또 다른 실시예의 상이한 도면을 도시한다. 도 4a는 출력 인덕터(300)의 기울어진 사시도를 도시하고, 도 4b는 출력 인덕터(300)의 측면도를 도시하고, 도 4c는 출력 인덕터(300)의 정면도를 도시하고, 도 4d는 출력 인덕터(300)의 저부도를 도시한다. 도 4a 내지 도 4d에 도시된 실시예는 도 1a 내지 도 1d에 도시된 실시예에 유사하지만, 자기 코어(102)의 제 2 섹션(114)은 균일한 두께를 갖고, 따라서 제 2 섹션(114)의 저부측(115)은 본 실시예에 따라 평면형이다. 출력 인덕터(300)의 단자(106, 108)는 부품들이 장착되는 기판과 자기 코어(102)의 평면형 측면(115) 사이에 간극(G)을 구현하기 위해 적어도 전력 스테이지 다이의 두께에 대응하는 거리만큼 자기 코어(102)의 주변부로부터 제 2 섹션(114)의 평면형 저부측(115)을 지나 연장한다. 연장된 단자(106, 108)에 의해 구현된 간극은 자기 코어(102) 아래에 전력 스테이지 다이를 수용하기에 충분하다. 출력 인덕터(300)의 단자(106, 108)는 전력 스테이지 다이와 동일한 기판의 측면에 부착될 수 있다. 대안적으로, 단자(106, 108)는 기판을 통해 통과하는 라운딩된 도선일 수 있고, 기판의 다른 측면에 납땜된다. 각각의 경우에, 전력 스테이지 다이 및 기판은 용이한 도시를 위해 도 4a 내지 도 4d에는 도시되어 있지 않다.
도 5는 출력 인덕터(400) 아래에 DC-DC 컨버터의 전력 스테이지 다이를 수용하도록 성형된 출력 인덕터(400)의 또 다른 실시예의 측면도를 도시한다. 도 5에 도시된 실시예는 도 4a 내지 도 4d에 도시된 실시예에 유사하지만, 단자(106, 108)는 일반적으로 자기 코어(102)의 저부측(115)과 동일 평면에 있다. 자기 코어(102) 아래에 전력 스테이지 다이를 수용하기 위한 높이 범위가 자기 코어(102)의 주변부에서 각각의 단자(106, 108)에 부착된 스탠드오프와 같은 블록(402)에 의해 제공된다. 블록(402)은 부품들이 부착되는 기판과 자기 코어(102) 사이에 간극(G)을 구현하기 위해, 적어도 전력 스테이지 다이의 두께에 대응하는 두께를 각각 갖는다. 블록(402)에 의해 구현된 간극은 자기 코어 아래에 전력 스테이지 다이를 수용하기에 충분하다. 전력 스테이지 다이 및 기판은 용이한 도시를 위해 도 5에는 도시되어 있지 않다.
도 6은 DC-DC 컨버터의 복수의 전력 스테이지 다이(502)가 부착되어 있는 PCB(500)의 제 1 측면(501)의 평면도를 도시한다. 이 경우에, DC-DC 컨버터는 다상 컨버터이고, 전력 스테이지 다이(502)는 상 전류를 출력 인덕터(504)를 통해 DC-DC 컨버터에 의해 조절된 부하(506)에 전달한다. 도 6은 PCB(500)로의 출력 인덕터(504)의 부착 전의 DC-DC 컨버터 조립체를 도시한다. 부하(506)가 전력 스테이지 다이(502)와 동일한 PCB(500)의 측면(5011)에 부착되고, 하나 이상의 프로세서와 같은 조절된 전압을 필요로 하는 임의의 유형의 회로일 수 있다. PCB(500)의 제 1 측면(501)에는 각각의 전력 스테이지 다이(502)를 위한 최단 전류 정류를 제공하는 입력 캐패시터(508)가 또한 부착되어 있다. 일 실시예에서, 이들 입력 캐패시터(508)는 출력 인덕터(504) 아래에 또한 수용된다. 본 실시예에 따르면, PCB(500)의 제 1 측면(501)에 부착된 전력 스테이지 다이(502) 및 입력 캐패시터(508)는 PCB(500)의 제 1 측면(501)으로의 부착 후에 대응 출력 인덕터(504)의 자기 코어와 PCB(500) 사이에 개재된다. 다른 실시예에서, 이들 입력 캐패시터(508)는 출력 인덕터(504) 아래에 수용되지 않는다. 어느 경우든, PCB(500)의 제 1 측면(501)에 부착된 입력 캐패시터(508)는 예를 들어 PCB(500)의 부분인 전기 도전성 비아 및/또는 트레이스에 의해, 대응 전력 스테이지 다이(502)의 입력 단자에 전기적으로 접속된다.
도 7은 출력 인덕터(504) 아래에 전력 스테이지 다이(502)를 수용하도록 성형된 출력 인덕터(504)가 각각의 전력 스테이지 다이(502) 상의 PCB(500)의 제 1 측면(501)에 부착된 후에 도 6의 확대도를 도시한다. 각각의 출력 인덕터(504)는 예를 들어 본 명세서에서 전술된 임의의 인덕터 실시예에 따라 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 전기 컨덕터 및 자기 코어를 포함한다. 각각의 출력 인덕터(504)의 단자들은 PCB(500)의 제 1 측면(501)에서 전기 도전성 접촉 영역(510)에 부착되어, 예를 들어 접촉 영역(510)에 접속된 PCB(500)의 전기 도전성 비아 및/또는 트레이스에 의해, 각각의 출력 인덕터(504)를 대응 전력 스테이지 다이(502)의 출력단에 전기적으로 접속한다. 각각의 출력 인덕터(504)는 전력 스테이지 다이(502)가 자기 코어와 PCB(500) 사이에 개재되도록 그 인덕터(504)의 자기 코어 아래에 전력 스테이지 다이(502)를 수용한다.
일 실시예에서, 각각의 출력 인덕터(504)의 자기 코어는 예를 들어 도 1a 내지 도 3d에 도시된 임의의 실시예에 따르면, 대응 전력 스테이지 다이(502)의 두께를 수용하기 위한 기판(500)의 제 1 측면(501)과 얇은 내부 영역 사이에 간극이 존재하도록 얇은 내부 영역과 두꺼운 외부 영역을 갖는다. 다른 실시예에서, 각각의 출력 인덕터(504)의 자기 코어는 기판(500)의 제 1 측면(501)에 대면하는 평면형 측면을 갖고, 출력 인덕터(504)의 단자들은 예를 들어 도 4a 내지 도 4d에 도시된 실시예에 따르면, 전력 스테이지 다이(502)를 수용하는 PCB(500)의 제 1 측면(501)과 자기 코어의 평면형 측면 사이에 간극을 구현하도록 적어도 대응 전력 스테이지 다이(502)의 두께에 대응하는 거리만큼 자기 코어의 주변부로부터 평면형 측면을 지나 연장한다. 또 다른 실시예에서, 각각의 출력 인덕터(504)의 단자들은 자기 코어의 주변부에서 블록의 세트에 의해 PCB(500)의 제 1 측면(501)에 부착되고, 각각의 블록은 예를 들어 도 5에 도시된 실시예에 따르면, 전력 스테이지 다이(502)를 수용하는 PCB(500)의 제 1 측면(501)과 자기 코어 사이에 간극을 구현하도록 적어도 대응 전력 스테이지 다이(502)의 두께에 대응하는 두께를 갖는다. 각각의 경우에, 전력 스테이지 다이(502)는 대응 출력 인덕터(504) 아래에 끼워진다. 몇몇 경우에, 출력 인덕터(504)는 도 7에 도시된 바와 같이 각각의 전력 스테이지 다이(502)를 완전히 커버한다.
출력 인덕터(504)의 각각의 자기 코어는 기초 전력 스테이지 다이(502)에 접촉하거나 또는 그로부터 이격될 수 있다. 일 실시예에서, 전력 스테이지 다이(502)의 두께(Tdie)와 PCB(500)의 제 1 측면(501)과 얇은 내부 영역 사이의 간극(G)은 모두 1 mm 미만이다(도 3b는 전력 스테이지 두께('Tdie')와 인덕터 아래에 다이를 수용하기 위한 간극(G)의 실시예를 도시하고 있음).
적은 PCB 표면적은 전력 스테이지 다이(502)가 본 명세서에 설명된 바와 같이 대응 출력 인덕터(504) 아래에 적어도 부분적으로 수용되고, 따라서 PCB(500)의 크기는 대응적으로 감소될 수 있다. 본 명세서에 설명된 적층된 인덕터/전력 스테이지 다이 배열은 저전력을 소산하는 전력 스테이지 다이(502)에 특히 유리하고, 따라서 대응 출력 인덕터(504)에 대면하는 전력 스테이지 다이(502)의 측면에 전용 히트 싱크를 필요로 하지 않는다. 일 실시예에서, Infineon 부품 번호 DrBlade TDA21320과 같은 각각의 전력 스테이지 다이(502)는 DC-DC 컨버터의 열적 설계 전류(thermal design current: TDC)에서 2W 미만을 소산한다. TDC는 부하(예를 들어, 프로세서)가 무한정으로 끌어당기는 것이 가능하고 최악의 경우 레귤레이터 온도 평가를 위해 사용을 위한 전류를 정의하는 지속(DC 등가) 전류이다. TDC에서, 전압 레귤레이터 부품(스위칭 트랜지스터 및 인덕터)은 최대 온도에 도달하고, PCB 층들 및 이웃하는 부품들을 이들의 열적 한계를 초과하여 가열할 수도 있다. 실제 부품 및 기판 온도는 시스템 동작 조건의 엔벨로프(envelope)에 의해 설정된다. 이는 DC-DC 컨버터 레이아웃, 부하 팬 선택, 주위 온도, 섀시 구성 등을 포함하지만, 이들에 한정되는 것은 아니다.
도 8은 PCB(500)의 제 2 측면(503)의 평면도를 도시한다. 제 2 측면(503)은 도 6 및 도 7에 도시된 제 1 측면(501)에 대향한다. 전력 스테이지 다이(502)를 위한 최단 전류 정류 루프를 제공하는 것들 이외의 입력 캐패시터(512)는 PCB(500)의 제 2 측면(503)에 부착된다. PCB(500)의 제 2 측면(503)에는 각각의 입력 인덕터(504)와 부하(506) 사이에 전기적으로 접속된 출력 캐패시터(514)가 또한 부착된다. 전력 스테이지 다이(502)의 전원 단자에 전기적으로 접속된 디커플링 캐패시터(516)는 또한 PCB(500)의 제 2 측면(503)에 부착된다. 부트 캐패시터(518), 전류 모니터링 회로용 캐패시터(520) 등과 같은 전력 스테이지 다이(502)에 전기적으로 접속된 부가의 수동 부품이 또한 PCB(500)의 제 2 측면(503)에 부착될 수 있다. 이들 캐패시터(512, 514, 516, 518, 520)의 적어도 일부는 PCB(500)의 제 1 측면(501)에 부착된 대응 출력 인덕터(504)의 풋프린트 내에 적어도 부분적으로 PCB(500)의 제 2 측면(503) 상에 배치될 수 있다. 출력 인덕터(504)의 풋프린트는 도 8에 점선 박스에 의해 지시되어 있다. PCB(500)의 제 2 측면(503)에 부착된 수동 부품의 양 및 유형은 전력 스테이지 다이(502) 및 DC-DC 유형에 의존한다. 일 실시예에서, DC-DC 컨버터 시스템의 부품들의 풋프린트는 개별 부품들의 조합된 표면적의 적어도 절반 또는 적어도 1/3의 크기이다.
"아래", "밑", "하부", "위", "상부" 등과 같은 공간적 상대 용어는 제 2 요소에 대한 하나의 요소의 위치설정을 설명하기 위해 용이한 설명을 위해 사용된다. 이들 용어들은 도면에 도시된 것들과는 상이한 배향에 추가하여 디바이스의 상이한 배향을 포함하도록 의도된다. 또한, "제 1", "제 2" 등과 같은 용어들은 또한 다양한 요소들, 영역들, 섹션들 등을 설명하는데 사용되고, 또한 한정이 되도록 의도된 것은 아니다. 유사한 용어는 상세한 설명 전체에 걸쳐 유사한 요소를 칭한다.
본 명세서에 사용될 때, 용어 "갖는", "함유하는", "구비하는", "포함하는" 등은 언급된 요소들 또는 특징들의 존재를 지시하지만, 부가의 요소들 또는 특징들을 배제하는 것은 아닌 개방형 용어이다. 단수 용어는 문맥상 명백하게 달리 지시되지 않으면, 복수뿐만 아니라 단수를 포함하도록 의도된다.
상기 범위의 변경 및 실시예를 명심하고, 본 발명은 상기 설명에 의해 한정되는 것은 아니고, 또한 첨부 도면에 의해 한정되는 것도 아니라는 것이 이해되어야 한다. 대신에, 본 발명은 이하의 청구범위 및 이들의 법적 균등물에 의해서만 한정된다.

Claims (22)

  1. 다상 DC-DC 컨버터 조립체(a multiphase DC-DC converter assembly)로서,
    제 1 측면 및 상기 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면을 갖는 기판과,
    상기 기판의 제 1 측면에 부착된 부하(a load)와,
    상기 기판의 제 1 측면에 부착된 다상 DC-DC 컨버터의 복수의 전력 스테이지 다이(a plurality of power stage dies) - 각각의 전력 스테이지 다이는, 상기 전력 스테이지 다이와 동일한 기판에 부착된 상기 부하에 상 전류(a phase current)를 전달하도록 동작가능함 - 와,
    상기 기판의 제 1 측면에 부착된 복수의 출력 인덕터 - 각각의 출력 인덕터는, 상기 기판의 제 1 측면 상의 상기 복수의 전력 스테이지 다이 중 하나의 전력 스테이지 다이 위에 배치되고 상기 하나의 전력 스테이지 다이의 출력을 상기 부하에 전기적으로 접속하도록 구성되고, 각각의 출력 인덕터는 자기 코어, 및 상기 기판의 제 1 측면에 부착된 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 전기 컨덕터를 포함하고, 각각의 출력 인덕터는, 대응하는 전력 스테이지 다이가 상기 자기 코어와 상기 기판 사이에 개재되도록 상기 자기 코어 아래에 상기 대응하는 전력 스테이지 다이를 수용함 - 와,
    각각의 전력 스테이지 다이의 입력 단자에 전기적으로 접속된 복수의 입력 캐패시터 - 각각의 전력 스테이지 다이에 최단 전류 정류 루프를 제공하는 입력 캐패시터는 상기 기판의 제 1 측면에 부착되고, 다른 입력 캐패시터는 상기 기판의 제 2 측면에 부착됨 - 와,
    상기 복수의 출력 인덕터와 상기 부하 사이에 전기적으로 접속되고 상기 기판의 제 2 측면에 부착된 출력 캐패시터와,
    각각의 전력 스테이지 다이의 전력 단자에 전기적으로 접속되고, 상기 기판의 제 2 측면에 부착된 복수의 디커플링 캐패시터를 포함하되,
    상기 복수의 전력 스테이지 다이, 상기 복수의 출력 인덕터, 상기 복수의 입력 캐패시터, 상기 출력 캐패시터 및 상기 복수의 디커플링 캐패시터의 전체 풋프린트(footprint)는 상기 복수의 전력 스테이지 다이, 상기 복수의 출력 인덕터, 상기 복수의 입력 캐패시터, 상기 출력 캐패시터 및 상기 복수의 디커플링 캐패시터의 조합된 표면적의 적어도 1/3인
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    각각의 자기 코어는 상기 대응하는 전력 스테이지 다이로부터 이격되는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  3. 제 1 항에 있어서,
    각각의 자기 코어는 얇은 내부 영역과 상기 기판의 제 1 측면 사이에 간극이 존재하도록 상기 얇은 내부 영역 및 두꺼운 외부 영역을 구비하고, 상기 간극은 상기 대응하는 전력 스테이지 다이의 두께를 수용하는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  4. 제 3 항에 있어서,
    각각의 전력 스테이지 다이의 두께와 상기 얇은 내부 영역과 상기 기판의 제 1 측면 사이의 간극은 모두 1 mm 미만인
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    각각의 자기 코어는 상기 기판의 제 1 측면에 대면하는 평면형 측면을 갖고, 각각의 출력 인덕터의 제 1 단자 및 제 2 단자는 상기 자기 코어의 평면형 측면과 상기 대응하는 전력 스테이지 다이를 수용하는 기판 사이에 간극을 구현하기 위해 적어도 상기 대응하는 전력 스테이지 다이의 두께에 대응하는 거리만큼 상기 자기 코어의 주변부(periphery)로부터 상기 평면형 측면을 지나 연장하는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  6. 제 1 항에 있어서,
    각각의 자기 코어의 제 1 단자 및 제 2 단자는 상기 자기 코어의 주변부에서 제 1 블록 및 제 2 블록에 의해 상기 기판의 제 1 측면에 부착되고, 상기 제 1 블록 및 제 2 블록은 상기 자기 코어와 상기 대응하는 전력 스테이지 다이를 수용하는 기판 사이에 간극을 구현하기 위해 적어도 상기 대응하는 전력 스테이지 다이의 두께에 대응하는 두께를 각각 갖는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  7. 제 1 항에 있어서,
    각각의 전력 스테이지 다이는 상기 다상 DC-DC 컨버터의 열적 설계 전류에서 2 W 미만을 소산하는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  8. 삭제
  9. 제 1 항에 있어서,
    각각의 출력 인덕터는, 상기 기판의 제 1 측면에 부착된 입력 캐패시터와 상기 대응하는 전력 스테이지 다이가 상기 기판의 제 1 측면으로의 부착 후에 자신의 자기 코어와 상기 기판 사이에 개재되도록, 상기 자기 코어 아래에 상기 기판의 제 1 측면에 부착된 입력 캐패시터를 수용하는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 기판의 제 2 측면에 부착된 캐패시터들 중 적어도 일부는 상기 기판의 제 1 측면에 부착된 각각의 대응하는 출력 인덕터의 풋프린트(footprint) 내에 적어도 부분적으로 배치되는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  11. 제 1 항에 있어서,
    상기 다상 DC-DC 컨버터의 모든 부품들의 풋프린트는 개별 부품들의 조합된 표면적의 절반 이하의 크기인
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  12. 제 1 항에 있어서,
    각각의 전기 컨덕터는 스테이플(staple)형으로 성형되고, 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자는 상기 대응하는 전력 스테이지 다이가 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 끼워지도록 상기 자기 코어의 대향 측면들에서 이격되는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  13. 제 1 항에 있어서,
    각각의 출력 인덕터는 상기 전력 스테이지 다이를 완전히 커버하는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체.
  14. 다상 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법에 있어서,
    기판의 제 1 측면에 다상 DC-DC 컨버터의 복수의 전력 스테이지 다이를 부착하는 단계 - 상기 기판은 상기 제 1 측면에 대향하는 제 2 측면을 가지고, 각각의 전력 스테이지 다이는, 상기 전력 스테이지 다이와 동일한 기판에 부착된 부하에 상 전류를 전달하도록 동작가능함 - 와,
    상기 기판의 제 1 측면에 복수의 출력 인덕터를 부착하는 단계 - 각각의 출력 인덕터는, 상기 기판의 제 1 측면 상의 상기 복수의 전력 스테이지 다이 중 하나의 전력 스테이지 다이 위에 배치되며 상기 하나의 전력 스테이지 다이의 출력을 상기 부하에 전기적으로 접속하고, 각각의 출력 인덕터는 자기 코어, 및 상기 기판의 제 1 측면에 부착된 제 1 단자 및 제 2 단자를 갖는 전기 컨덕터를 포함하고, 각각의 출력 인덕터는, 대응하는 전력 스테이지 다이가 상기 자기 코어와 상기 기판 사이에 개재되도록 상기 자기 코어 아래에 상기 대응하는 전력 스테이지 다이를 수용함 - 와,
    상기 기판의 제 1 측면에 상기 부하를 부착하는 단계와,
    각각의 전력 스테이지 다이의 입력 단자에 복수의 입력 캐패시터를 전기적으로 접속하는 단계 - 각각의 전력 스테이지 다이에 최단 전류 정류 루프를 제공하는 입력 캐패시터는 상기 기판의 제 1 측면에 부착되고, 다른 입력 캐패시터는 상기 기판의 제 2 측면에 부착됨 - 와,
    상기 기판의 제 2 측면에 출력 캐패시터를 부착하는 단계 - 상기 출력 캐패시터는 상기 복수의 출력 인덕터와 상기 부하 사이에 전기적으로 접속됨 - 와,
    상기 기판의 제 2 측면에 복수의 디커플링 캐패시터를 부착하는 단계 - 각각의 디커플링 캐패시터는 상기 복수의 전력 스테이지 다이 중 하나의 전력 스테이지 다이의 전력 단자에 전기적으로 접속됨 - 를 포함하되,
    상기 복수의 전력 스테이지 다이, 상기 복수의 출력 인덕터, 상기 복수의 입력 캐패시터, 상기 출력 캐패시터 및 상기 복수의 디커플링 캐패시터의 전체 풋프린트(footprint)는 상기 복수의 전력 스테이지 다이, 상기 복수의 출력 인덕터, 상기 복수의 입력 캐패시터, 상기 출력 캐패시터 및 상기 복수의 디커플링 캐패시터의 조합된 표면적의 적어도 1/3인
    다상 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법.
  15. 제 14 항에 있어서,
    각각의 자기 코어는 얇은 내부 영역과 상기 기판의 제 1 측면 사이에 간극이 존재하도록 상기 얇은 내부 영역 및 두꺼운 외부 영역을 구비하며, 상기 간극은 상기 대응하는 전력 스테이지 다이의 두께를 수용하는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법.
  16. 제 14 항에 있어서,
    각각의 자기 코어는 상기 기판의 제 1 측면에 대면하는 평면형 측면을 갖고, 각각의 출력 인덕터의 제 1 단자 및 제 2 단자는 상기 자기 코어의 평면형 측면과 상기 대응하는 전력 스테이지 다이를 수용하는 상기 기판 사이에 간극을 구현하기 위해 적어도 상기 대응하는 전력 스테이지 다이의 두께에 대응하는 거리만큼 상기 자기 코어의 주변부로부터 상기 평면형 측면을 지나 연장하는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법.
  17. 제 14 항에 있어서,
    각각의 자기 코어의 제 1 단자 및 제 2 단자는 상기 자기 코어의 주변부에서 제 1 블록 및 제 2 블록에 의해 상기 기판의 제 1 측면에 부착되고, 상기 제 1 블록 및 제 2 블록은 상기 자기 코어와 상기 대응하는 전력 스테이지 다이를 수용하는 기판 사이에 간극을 구현하기 위해 적어도 상기 대응하는 전력 스테이지 다이의 두께에 대응하는 두께를 각각 갖는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법.
  18. 삭제
  19. 제 14 항에 있어서,
    각각의 출력 인덕터는 상기 기판의 제 1 측면에 부착된 입력 캐패시터와 상기 대응하는 전력 스테이지 다이가 상기 기판의 제 1 측면으로의 부착 후에 자신의 자기 코어와 상기 기판 사이에 개재되도록 상기 자기 코어 아래에 상기 기판의 제 1 측면에 부착된 입력 캐패시터를 수용하는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법.
  20. 제 14 항에 있어서,
    상기 기판의 제 2 측면에 부착된 캐패시터들 중 적어도 일부는 상기 기판의 제 1 측면에 부착된 각각의 대응하는 출력 인덕터의 풋프린트(footprint) 내에 적어도 부분적으로 배치되는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법.
  21. 제 14 항에 있어서,
    상기 다상 DC-DC 컨버터의 모든 부품들의 풋프린트는 개별 부품들의 조합된 표면적의 절반 이하의 크기인
    다상 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법.
  22. 제 14 항에 있어서,
    각각의 전기 컨덕터는 스테이플(staple)형으로 성형되고, 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자는 상기 대응하는 전력 스테이지 다이가 상기 제 1 단자와 상기 제 2 단자 사이에 끼워지도록 상기 자기 코어의 대향 측면들에서 이격되는
    다상 DC-DC 컨버터 조립체의 제조 방법.
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