層疊電感器-電子封裝組件及其制造技術的制作方法
【專利摘要】本發明涉及一種層疊電感器?電子封裝組件及其制造技術。電路的一個實施例包括電路模塊以及布置在模塊上并電氣耦合于模塊的電感器。將電感器布置在模塊上可相比電感器布置在模塊附近情形的電路或相比電感器布置在模塊的其它器件附近的模塊內的情形的電路減少電路所占的面積。此外，將電感器布置在模塊外側允許人們安裝或更換電感器。
【專利說明】
層疊電感器-電子封裝組件及其制造技術
[0001] 本發明專利申請是2010年12月6日提交的申請號為201010593746.X，名稱為"層疊 電感器-電子封裝組件及其制造技術"的發明專利申請的分案申請。
[0002] 優先權請求
[0003] 本申請要求2009年12月7日提交的未決美國臨時專利申請No.61/267,117的權益， 其全部內容通過引用結合于此。
技術領域
[0004] -個實施例提供對傳統技術作出改進的封裝和組件的組合設計，運是通過提供更 好的形狀因數、用戶對電感器選擇的靈活性W及對電感器產生的熱量更好的熱耗散機制來 完成的。
[0005] 背景
[0006] 圖1示出電源模塊98,該電源模塊98包括封裝件100、印刷電路板(PCBH02、集成電 路忍片（ICH04、電阻器R、電容器C、至少一個場效應晶體管106、從封裝件向外伸出的和形 成封裝件引線(或引腳)電觸點或跡線108W及扼流圈，即電感器110。由包封材料112形成封 裝件本體100,該包封材料112也填滿器件102、104、106、108、110、R和C之間的空隙。電感器 110設計成阻斷電氣電路中的特定頻率(或對其具有高阻)并同時使低得多的頻率的信號或 直流電通過。也就是說，電感器110可用來阻斷交流電(AC)同時使直流電化C)通過。此外，包 封材料112可包括陶瓷、塑料、環氧樹脂或其它絕緣材料。

【發明內容】

[0007] 電路的一個實施例包括電路模塊W及布置在模塊上并電氣禪合于模塊的電感器。 例如，電路模塊可W是電源模塊，而電源模塊和電感器可一起形成電源的一部分或全部。將 電感器布置在模塊上可相比電感器布置在模塊附近情形的電路或相比電感器布置在模塊 的其它器件附近的模塊內的情形的電路減少電路所占的面積。此外，將電感器布置在模塊 外側允許人們安裝或更換電感器。
【附圖說明】
[0008] 圖1示出用于電源模塊的傳統封裝件；
[0009] 圖2示出層疊電感器封裝組件的實施例；
[0010] 圖3示出其中可實現層疊電感器封裝組件的實施例的計算機系統的實施例；
[0011] 圖4示出將電感器層疊于封裝件的技術的實施例；
[0012] 圖5示出將電感器層疊于封裝件的技術的另一實施例；
[0013] 圖6示出制造層疊的電感器封裝組件的技術的實施例；
[0014] 圖7示出制造層疊的電感器封裝組件的技術的另一實施例；W及
[0015] 圖8示出用于制造一個或多個層疊的電感器封裝組件的技術的實施例的流程圖。
[0016] 詳細描述
[0017] 現在參考附圖來描述一個或多個實施例，在附圖中貫穿始終使用相同的附圖標記 來引述相似的要素。在W下說明中，為便于解釋，闡述了眾多的具體細節W提供對一個或多 個實施例透徹的理解。但是顯而易見的是，沒有運些具體細節也可實現一個或多個實施例。 在其他實例中，W框圖形式示出公知的結構和設備W便于描述一個或多個實施例。
[0018] 圖2示出層疊的電感器封裝組件200的實施例。組件200包括層疊在模塊(例如電源 模塊)206上或位于其外部的至少一個電感器204。電感器204可包括扼流電感器、禪合電感 器或其它類型的電感器。電感器204處于模塊206外部并通過模塊的外部引線202電氣和機 械地禪合于模塊206。組件200的一個實施例的潛在優勢是它允許模塊206的用戶/客戶選擇 電感器204的類型，并因此提供模塊的靈活應用。
[0019] 例如，客戶可選擇禪合電感器作為至少一個電感器204。禪合的電感器包括兩個或 更多個磁禪合電感器，例如，在變壓器中，其中一個電感器內的電流變化誘發另一磁禪合電 感器兩端的電壓(而且可能有電流通過）。
[0020] 在另一示例中，客戶可選擇一個或多個非禪合的電感器(例如不與另一電感器磁 禪合的具有磁忍或空忍的電感器)作為至少一個電感器204,用來可控地和周期地存儲和釋 放能量。
[0021] 在又一示例中，客戶可選擇一個或多個扼流電感器作為至少一個電感器204。
[0022] 因此，圖2的層疊電感器-封裝組件200的一個實施例可提供比圖1的模塊98更好的 優點，其中在將電感器封裝入封裝件100前就對電感器作出選擇。圖2的層疊電感器封裝組 件200的實施例的另一潛在優勢是由于至少一個電感器204層疊在模塊206的頂部并在模塊 206外側，因此能夠更好地耗散由電感器204產生的熱量。電感器204上面的開放區域允許電 感器產生的熱量散逸;可將散熱件安裝在電感器頂部W進一步利于電感器204冷卻。電感器 可能在工作中生熱;事實上，電感器可能是電氣電路中的最大熱源之一，且如果電感器的溫 度變得過高，則電感器可能出故障或造成其它電路器件故障。可使用散熱件或冷卻風扇來 使熱量耗散。但可W說模塊206的實施例通過將電感器204設置在模塊206外側而提供天然 的散熱件。
[0023] 層疊的電感器封裝組件200的實施例的另一潛在優勢是由模塊206內的電感器204 騰出的空間可用來實現額外的電路和功能。例如，多相電源模塊可實現在模塊206內而不會 增加模塊的尺寸(相對于從模塊封裝件內去除電感器之前的模塊）。多相解決方案提供相位 不同的多個電流輸出信號(組合它們W產生單個經調節的輸出電壓），它們的相位一般相差 360°/(相數）。多相解決方案相比單相解決方案可能需要附加的電路。或者，組件200可形成 產生用于向多個設備供電的多個經調節輸出電壓的多個電源。
[0024] 模塊206可為器件102、104、106、112、202、3和巧是供機械保護和穩定性^及器件 102、104、106、112、202、3和(：之間的電氣互連。模塊206可^是直流(0〇-0(：變壓器模塊，該 變壓器模塊是將DC源從一個電壓電平轉換成另一電壓電平的電子電路。DC-DC變壓器可用 于通過電池用DC功率供電的例如蜂窩電話和膝上計算機的便攜式電子設備。也可在負載點 巧oL)模塊中實現模塊206,該負載點模塊將合適的供電電壓提供給，例如，微處理器、數字 信號處理器化SP)或專用集成電路(ASIC)等處理器。PoL允許具有不同供電電壓的處理器和 其它器件安裝在同一主板上。
[0025] 圖3示出其中可實現圖2的層疊電感器封裝組件200的實施例的計算機系統300的 實施例。計算機系統3 ο ο可包括膝上計算機、臺式計算機或例如i Ph Q ne愈或B1撤:晚e r巧麼 的智能蜂窩電話。計算機系統300可包括PoL電源310,其中可采用層疊電感器-電子封裝組 件200。電源310可向一個或多個存儲器302、微處理器304、數字信號處理器306、圖形處理器 308和顯示器312供電。PoL電源310可將不同輸入電壓提供給多個器件302、304、306、308和 312中的一個或多個。
[0026] 參照圖4,可采用各種制造技術的一個或多個實施例來將圖2的至少一個電感器 204附連于模塊206的頂部。在一個實施例中，如圖4所示，電子封裝件引線402可在修剪和成 形操作中在例如電源模塊的模塊400的封裝件406頂部彎折成倒J彎形。一個或多個引線402 可形成在封裝件406頂表面的相對側上。彎折引線402為電感器204的端子(或焊點）提供焊 料粘附區。運種技術被稱為表面安裝技術。
[0027] 在如圖5所示的另一實施例中，至少一個電感器504通過將電感器504的引線(或引 腳)532、534插入各VIA孔544、548而固定于模塊500的封裝件506。VIA表示"垂直互連通達"， 運是封裝件506內的不同導體層之間的垂直電連接。VIA開口開始于封裝件506的頂表面并 向下延伸至封裝件506內的跡線。VIA可W是在模塊500的不同層上的銅跡線之間提供電連 接的具有電鍛孔的焊點，所述不同層包括例如圖1的PCB 102的不同層。VIA孔544和548可通 過電鍛，或填充W環形圈或小馴釘（圖5未示出）而變得可導電。引線532和534也可由導電材 料制成，由此將電感器504電連接和物理連接于模塊500。孔544和548被稱為盲孔VIA,因為 它們僅在封裝件506的一側(頂部)上露出。可在制造過程中使用模制針在封裝件本體506中 形成盲孔544、548。圖5所示的技術被稱為插入式技術。
[0028] 在本發明的又一實施例中，使用重烙工藝W導電焊料糊填充盲孔544、548。重烙工 藝指加熱和烙化焊料W使其與其它器件結合。在該技術中，用重烙工藝W焊料填充VIA孔 544、548。在運種技術中，電感器包括結合焊點，并通過填充孔544、548的焊料使電感器表面 安裝于封裝件506。再次運行重烙工藝W在孔544和548的頂部將電感器的結合焊點附連于 焊料。在前面實施例中，例如焊料分配、絲網印和焊料點滴的技術可用來將焊料施加于引線 和孔。
[0029] 參見圖6,可W在工廠中大量生產例如電源模塊的電子模塊，并可W批量生產。圖6 示出四個模塊606的成批產品600的實施例。W示例為目的示出四個模塊606,并且成批產品 600可包括不同數量的模塊。模塊606的成批產品600可制造在管忍中，并在制造中將每個模 塊606附連于從模塊606向外伸出的例如金或娃的導電材料610。也可在一部分制造工藝中 使導電材料610互連成批的模塊606。
[0030] 在修剪和成形工藝實施例中，根據模塊的需求，將在每個模塊606所有側上的導體 材料610切割(或修剪)成不同尺寸和形狀的條。在一個實施例中，在修剪和成形操作中，W 允許兩側上的條彎曲W在模塊606的頂部形成倒J彎引線的方式，在每個模塊606的兩側上 將導體材料610修剪成條602。可在修剪和成形操作中使用包括銀、切和激光切割的不同技 術實施例。在條602成形后，可彎曲條W在模塊606的頂部形成兩個倒J觸點。
[0031] 參照圖7,在一個實施例中，生產一批電感器W與一批例如電源模塊的電子模塊組 裝。可使用前面結合圖4-5所述的技術的實施例，將五個電感器11-15的一批產品704(每個 "電感器"可包括一個或多個電感器)附連于五個電子模塊P1-P5的一批產品706的頂部。可 通過不同制造商在不同工廠制造電感器11-15和模塊P1-P5。由于可在制造過程中使電感器 11-15禪合在一起，因此成批產品704可稱為面板(panel),同樣，由于可在制造過程中使模 塊P1-P5禪合在一起，因此成批產品706也被稱為面板。
[0032] 圖7所示技術的實施例可稱為"巧克力塊"組裝技術，因為面板704、706看上去象巧 克力塊，它們各自包括，例如，相似的電感器11-15的五個互連件W及例如相似模塊P1-P5的 五個互連件。為了方便制造，可在電感器11-15附連于模塊P1-P5之后去除電感器11-15之間 的附連和模塊P1-P5之間的附連。可通過在電感器面板704和模塊面板706已組裝在一起后， 通過將電感器11-15彼此分離并將模塊P1-P5彼此分離而制成各層疊電感器-封裝組件200 (圖 2)。
[0033] 圖8示出示例性高層流程圖800,表示，例如，圖2的層疊電感器封裝組件200的實施 例的用于制造層疊電感器封裝組件的實施例。
[0034] 在步驟802處，模塊設計者判斷由，例如，圖1的電感器騰出的模塊空間是否可用于 向模塊新增電路/功能，或者減小模塊的尺寸是否更好。模塊設計者則通過確定模塊的結 構、功能和應用來設計模塊。
[0035] 在步驟804處，模塊設計者確定可適應模塊的各種類型的電感器。
[0036] 在步驟806處，模塊設計者選擇將電感器固定于模塊的技術，運類技術包括，例如， 表面安裝（圖4)、插入(圖5)或一些其它技術。可能影響運種判斷的一個因素是用戶-客戶可 能偏愛使用的電感器類型W及用戶-客戶偏愛的固定裝置。
[0037] 在步驟808處，制造包括含彼此附連的一批模塊的模塊面板而不包括電感器。
[0038] 在步驟810處，制造出包括彼此附連的一批電感器的電感器面板。
[0039] 在步驟812處，電感器面板附連于模塊面板的頂部。
[0040] 在步驟814處，將電感器彼此分離并將模塊彼此分離W形成單個疊層電感器-封裝 組件。實施例的潛在優勢是電感器和相應模塊可在組裝后彼此分離。因此，如果電感器或模 塊在現場出故障，則可用另外的電感器或模塊更換它。因此，如果存在電感器或模塊故障而 不是電感器和模塊兩者都有故障，則可修理組件而不需要更換整個組件。
[0041] W上已經描述的內容包括所披露的主題事項的示例。當然，出于描繪所披露的主 題事項的目的而描述組件或方法的每一個中可W想到的組合是不可能的，但本領域內的普 通技術人員應該認識到，所披露的主題事項的許多其他組合和排列都是可能的。相應地，運 些實施例旨在涵蓋落在公開內容的精神實質和范圍內的所有此類替換、修改和變化。
[0042] 尤其和針對由前述器件、設備、電路、系統等執行的各個功能，除非另有說明，用來 描述運些器件術語(包括對"手段"的引用）旨在對應于實現所述器件的規定功能的任何器 件(例如功能等效），即使它們結構上不等效于所披露結構，所披露結構實現本文所述示例 性方面的功能。
[0043] 此外，雖然已經關于若干實施例中的僅一個實施例公開某一具體特征，由于對任 何給定或具體的應用可能是需要的，可將運樣的特征與另一實施例的一個或多個其它特征 組合。此外，在術語"包括"、"包含"、"具有"、"含有"或其變化形式W及其它類似詞語用于詳 細描述或要求權益時，運些術語旨在W作為開放轉接詞的術語"包括"相同的方式涵蓋而不 排除任何附加或其它元件。
[0044] 從上述內容可W理解的是，盡管在此為說明目的已經描述了一些特定實施例，但 在不偏離本公開的精神和范圍的情況下可作出多種修改。此外，在針對特定實施例披露替 代方式的情形下，運種替代也可適用于其它實施例，即便沒有專口聲明過。
【主權項】
1. 一種電源，包括： 電源模塊，所述電源模塊包括一封裝件、置于所述封裝件之內且電耦合到所述封裝件 內的第一電子器件的導體； 布置在所述封裝件之外且在所述電源模塊上并電耦合于所述電源模塊的第一電感器， 其中，所述電源模塊包括孔，所述孔延伸到所述封裝件中并且露出所述導體，并且 其中，所述電感器包括設置在所述孔中并電耦合到所述導體的導電引線。2. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，所述電源模塊包括印刷電路板、集成電路芯 片、電阻器、電容器和晶體管;并且所述第一電子器件包括所述印刷電路板、所述集成電路 芯片、所述電阻器、所述電容器和所述晶體管之一。3. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，所述電感器附連于所述電源模塊。4. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，所述電感器包括耦合電感器。5. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，所述電感器包括扼流電感器。6. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，所述電感器包括非耦合電感器。7. 如權利要求1所述的電源，其特征在于： 所述電源模塊包括電子器件;并且 所述封裝件填充所述電子器件之間的空間。8. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，所述引線電并機械地將所述電感器耦合于所 述電源模塊。9. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，所述電感器能從所述電源模塊拆卸。10. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，還包括設置在所述電源模塊上并與之電耦 合的第二電感器。11. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，還包括耦合于所述電源模塊的第二電子器 件。12. 如權利要求1所述的電源，其特征在于，還包括耦合于所述電源模塊的電容器。13. -種層疊電路，包括： 電路模塊，所述電路模塊包括一封裝件并且包括在所述電路模塊內的導體； 布置在所述電路模塊上并電耦合于所述電路模塊的電感器， 其中，所述封裝件包括垂直互連通達(VIA)孔，所述VIA孔提供到所述導體的通達，并且 其中，所述電感器包括延伸到所述VIA孔中并電耦合到所述導體的導電引線。14. 如權利要求13所述的電路，其特征在于，所述電感器附連于所述電路模塊。15. -種制造層疊組裝件的方法，所述方法包括： 制造一批彼此連接的電感器，每一個電感器具有各自的直引線； 制造一批模塊，每一個模塊具有各自的垂直互連通達(VIA)孔； 將所述一批電感器附連于所述一批模塊，使得每一個電感器的直引線被設置在各模塊 的VIA孔中；以及 將所述電感器彼此分離以形成多個層疊組裝件，每個層疊組裝件包括層疊在所述模塊 頂部上的電感器。16. 如權利要求15所述的方法，其特征在于，將所述電感器附連于所述模塊包括用焊料 糊填充所述模塊的VIA孔并在所述VIA孔的頂部將所述電感器附連于所述焊料糊。17. 如權利要求16所述的方法，其特征在于，還包括： 進行重熔工藝以用焊料糊填充所述VIA孔;并且 再次進行所述重熔工藝以在所述VIA孔的頂部將所述電感器附連于所述焊料糊。18. 如權利要求15所述的方法，其特征在于： 所述電感器用絕緣材料條彼此相連;并且 所述電感器的彼此分離是通過采用切割技術來實現的。19. 如權利要求15所述的方法，其特征在于，所述一批電感器的制造和所述一批模塊的 制造是在各自相應的工廠中完成的。20. -種制造電源的方法，所述包括： 將第一電感器設置在電源模塊上并且將第一電感器的引線插入到所述電源模塊的封 裝件中的開口中；以及 將所述第一電感器的引線電耦合于所述電源模塊內的導體，所述導體電耦合到所述電 源模塊內的電路器件。21. 如權利要求20所述的方法，其特征在于，還包括將所述第一電感器附連于所述模 塊。22. 如權利要求21所述的方法，其特征在于，將所述第一電感器電耦合和附連于所述模 塊是幾乎同時執行的。23. 如權利要求20所述的方法，其特征在于，還包括： 將第二電感器設置在所述電源模塊上；以及 將所述第二電感器電耦合于所述模塊。24. -種包括層疊電路的系統，所述系統包括： 包括一封裝件、布置在所述封裝件之內的第一集成電路、在所述封裝件中的一對孔、置 于所述封裝件之內的一對電路器件以及分別置于所述孔中且分別電耦合到所述電路器件 的一對導體的模塊； 布置在所述模塊上且在所述封裝件之外的電感器，所述電感器包括一對引線，每個引 線被設置在所述孔的相應一個孔中并且每個引線電耦合到所述導體的相應一個導體;以及 耦合于所述第一集成電路的第二集成電路。25. 如權利要求24所述的系統，其特征在于： 所述模塊包括電源模塊；以及 所述第一集成電路包括電源控制器。26. 如權利要求24所述的系統，其特征在于，所述電感器電耦合于所述第一集成電路。27. 如權利要求24所述的系統，其特征在于，所述第二集成電路設置在所述模塊內。28. 如權利要求24所述的系統，其特征在于，所述第一和第二集成電路設置在相同管芯 上。29. 如權利要求24所述的系統，其特征在于，所述第一和第二集成電路設置在各自相應 的管芯上。30. 如權利要求24所述的系統，其特征在于，所述第二集成電路包括處理器。31. 如權利要求24所述的系統，其特征在于： 所述模塊能作用于在輸出節點上產生供電電壓；以及 所述第二集成電路包括耦合于所述模塊的所述輸出節點的供電節點。
【文檔編號】H01L25/16GK105870079SQ201610485629
【公開日】2016年8月17日
【申請日】2010年12月6日
【發明人】Z·摩蘇伊, N·V·凱爾科
【申請人】英特賽爾美國股份有限公司