平面变压器的制造方法
【专利说明】
[0001][技术领域]
本文中公开的实施例涉及平面磁变压器领域，并且具体地说，涉及用于在多层印刷电路板上平面磁变压器的绕组的布置。
[0002][【背景技术】]
变压器是具有许多用途的磁组件，如用于变换电压，以及用于在变压器的初级和次级侧上的电路之间提供绝缘。
[0003]近来，平面磁组件已广泛用于功率电子装置中，如开关模式电源(SMPS)。图1中示出构建有平面磁组件的SMPS的示例。
[0004]平面磁组件包括与在印刷电路板(PCB)上印刷的一个或更多个扁平线圈(也称为匝)一起使用的两段磁材料(通常称为“芯”，但有时称为“半芯”)。一般情况下，一个芯定位在一个或更多个线圈上方，并且第二个相同的芯定位在一个或更多个线圈下方，而芯通过PCB中的至少一个孔洞连接在一起。
[0005]参照图2，例如，示出未装配的平面磁变压器的部件。上方芯11和下方芯12分别在多层PCB 13的上方和下方提供。芯11和12是相同的E型平面芯。PCB的层包括至少一个孔洞以允许每个芯的中心部分延伸到PCB 13中。一般情况下，PCB 13也将包含图2中未示出的孔洞以允许每个芯的“E”的外翼也延伸到PCB 13中。PCB 13的层上的印刷迹线提供围绕芯的中心部分的线圈及到变压器的输入和输出连接。每层上的线圈提供用于变压器的初级侧的绕组或用于次级侧的绕组。
[0006]上方芯11和下方芯12通过机械夹14相互附连。在图2所示布置中，机械夹14在PCB 13的边缘延伸，并且机械夹14的末端附连到上方芯11的顶部表面中的凹槽15、16。虽然示出了单个机械夹，但备选可能使用两个机械夹，以单独的夹附连到上方和下方芯的相应末端。备选，两个芯可已胶粘在一起而不是使用机械夹。
[0007]对于平面磁变压器，通过使用诸如图2所示布置等多层PCB提供初级和次级绕组。在图2所示布置中，在PCB的每层上提供多个线圈或匝。备选，在每层上可只使用单个线圈或匝。
[0008]图2所示变压器具有包括印刷迹线的层，层提供了变压器的完全交错的线圈。也就是说，对于结构内的层(即，在顶部和底部层之间的那些层)，提供变压器的初级绕组的线圈的每层与提供变压器的次级侧的线圈的两层直接相邻，即，上方和下方。类似地，提供变压器的次级侧的线圈的每层与提供变压器的初级侧的线圈的层直接相邻。这样，提供初级绕组的层未与提供初级绕组的另一层相邻。类似地，提供次级绕组的层未与提供次级绕组的另一层相邻。
[0009]完全交错平面变压器的初级和次级侧的绕组是为人所熟知的。完全交错平面变压器的初级和次级侧的绕组改进了初级与次级侧之间的磁耦合，并且与在初级与次级绕组之间无交错的布置相比，减小了通量泄漏。
[0010]图3是多层PCB的垂直横截面，示出了带有12层的完全交错变压器的绕组。外层(即，图3的顶部和底部层)每层具有金属厚度t。。内层每层具有金属厚度h，\大于t。。用于形成层的金属一般是铜。
[0011]在每对金属层之间，提供了电绝缘。绝缘材料一般是塑料衬底。在层之间绝缘材料的厚度是hh。图3示出在每层之间的间隔hh在PCB的整个垂直横截面相同的已知布置。
[0012]图3所示完全交错的PCB遇到的问题是在初级与次级绕组之间有大的寄生性电容耦合。减小寄生性电容耦合的方式是增大在层之间绝缘材料的厚度，以便PCB内的金属层相互进一步间隔分开。然而，增大层之间的间距导致寄生性泄漏电感增大。
[0013]此类平面磁变压器的另一要求是它要在变压器的初级与次级侧之间保持良好绝缘。初级与次级绕组之间的绝缘材料与间距因此必须提供变压器的要求的绝缘属性。在初级与次级侧之间的标准绝缘电压是2250V。这对初级与次级绕组之间的绝缘材料和距离提出了严格的要求。
[0014]下面参照图4描述用于平面磁变压器的多层PCB的已知制造工艺。
[0015]也称为层压材料的固态塑料衬底一般用作绝缘材料。PCB的迹线通过从上下表面完全由金属覆盖的衬底的减去工艺或者通过到其上下表面上无金属覆盖物的衬底上的加成工艺，从衬底的上下表面上形成。
[0016]随后，通过施加液态预浸料并且随后施加压力和热量，将几个此类衬底粘结在一起。
[0017]随后，再次使用预浸料工艺和在其上形成更薄的上下金属层，添加PCB的上下层。
[0018]随后，在PCB中钻孔以形成在层之间的通孔，并且如果其不是已经存在，则进行切割以允许变压器的芯和翼延伸到PCB中。随后，对通孔洞进行电镀以形成通孔。
[0019]图4示出在带有6个金属层的PCB的制造期间的阶段整个PCB的垂直横截面。
[0020]在图4中，工艺I示出使用预浸料在多个衬底之间的粘结，其上下表面上有金属迹线。工艺2示出PCB的上下金属表面的随后添加。
[0021]在本文档通篇中，层的厚度是在与平面层之一的上表面或下表面垂直的方向层的尺寸。
[0022]如从图4中明白的一样，预浸料的层比衬底的层更厚。
[0023]由于预浸料工艺的性质原因，通过预浸料工艺形成的层不能形成得如衬底的层一样薄。
[0024]标准制造工艺在层的厚度上具有±10%的允差。
[0025]通过标准制造工艺，能够设计的最小衬底厚度是大约100 μ m，并且能够设计的最小预浸料厚度是大约150 ym?因此，由于±10%制造允差原因，最小实际衬底和预浸料厚度可分别低达90 μπι和135 μπι。
[0026]预浸料层的平均厚度要比衬底层的厚度更厚，以便预浸料可能填充在金属层中印刷迹线之间的间隙。
[0027]为在变压器的初级与次级侧之间提供2250V的绝缘电压，应将预浸料绝缘材料设计成具有175 ym的最小厚度。也就是说，由于制造允差原因，预浸料绝缘材料如果具有至少157.5 μ m的厚度，则它满足2250V要求。
[0028]相应地，图3所示完全交错变压器中的绝缘材料必须设计成至少175 μπι厚，hh ^175 μ m，并且衬底和预浸料的最小可制造厚度不能使用。
[0029]关于金属层的厚度，这以铜的盎司指定，其中: 1z =在I平方英尺的面积内铺展时铜的I盎司的厚度 =35 μ m
在图 3 中，3，t。= 2 oz，并且 & = 4 OZ0
[0030]在本文档通篇中，PCB的高度是在与平面层之一的上表面或下表面垂直的方向PCB的尺寸。
[0031]图3示出的PCB的总高度为:
Hl = (10X4 oz)+ (2X2 oz) + (11Χ175μπι)
=3.465晕米
完全交错的堆叠式多层PCB的上述已知布置的问题是PCB的高度较大，并且这导致变压器的导热性差。
[0032]另外，增大金属厚度或层数将进一步增大PCB的总高度，并且由此甚至进一步减小导热性。差的导热性导致平面磁变压器不适合用于高功率应用。
[0033][
【发明内容】
]
实施例提供用于平面磁变压器，克服一些或所有上面识别的问题的多层PCB。
[0034]实施例提供了用于为平面磁变压器的第一侧提供第一匝和为平面磁变压器的第二侧提供第二匝的多层印刷电路板PCB，多层PCB包括:配置成提供第一匝的多个传导层；配置成提供第二匝的多个传导层；和多个绝缘材料层；其中:每个绝缘材料层布置在两个传导层之间以便在所述两个传导层之间提供电绝缘；以及两个或更多个相邻传导层的群组全部是第一匝的传导层，并且全部布置在第二匝的传导层之间，其中，在第一匝的层的群组中至少一对相邻传导层之间绝缘材料的厚度小于在第二匝的传导层与第一匝的传导层之间绝缘材料的厚度。
[0035]由于这些特征的原因，PCB的高度比使用已知设计的情况更低，这是因为PCB内至少一个层的厚度已被减小。PCB的减小的高度改进了 PCB的导热性。在第一匝与第二匝之间的寄生性电容耦合也比使用已知完全交错设计的情况更低。虽然未完全交错，但第一与第二侧的匝保持部分交错，并且因此在初级与次级侧之间的良好磁耦合得以保持。
[0036]可选的是，两个或更多个相邻传导层的群组全部是第二匝的传导层，并且全部布置在第一匝的传导层之间，其中，在第二匝的层的群组中至少一对相邻传导层之间绝缘材料的厚度小于在第一匝的传导层与第二匝的传导层之间绝缘材料的厚度。
[0037]有利的是，通过在变压器的两侧上将相邻层编组在一起，能够进一步减小PCB的高度，能够进一步改进导热性，以及能够进一步减小寄生性电容。
[0038]可选的是，多个传导层布置在至少四个群组中，使得:两个或更多个相邻传导层的第一群组全部是第一匝的传导层，并且全部布置在第二匝的传导层之间，其中，