嵌入式磁性构件变压器装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本申请涉及嵌入式磁性构件变压器装置，并且特别涉及具有降低的耦合性能和改进的隔离性能的嵌入式磁性构件变压器装置。
【背景技术】
[0002]已知的是，例如在US 2011/0108317A1中，提供较小轮廓的变压器和感应器，其中磁性构件嵌入在树脂基板内的空腔中，并且用于变压器或感应器的必要的输入电连接件和输出电连接件形成在基板表面上。然后可以通过向基板的顶部表面和/或底部表面添加阻焊层和镀铜形成用于电源装置的印刷电路板(PCB)。用于装置的必要的电子构件然后可以表面安装在PCB上。
[0003]与常规的变压器相比，嵌入式设计允许构造明显更薄和更紧凑的装置。这是所期望的，因为通常地用于将变压器装置安装到PCB (例如电子装置的母板)上的可用空间将是非常有限的。具有更小封装的变压器构件因此将能使更多构件安装到PCB上，或能使PCB的整体尺寸降低，并因此降低整个装置的整体尺寸。
[0004]在变压器设计中，期望优化初级变压器绕组和次级变压器绕组之间的能量传送。可能降低或妨碍高效能量传送的典型因素包括绕组自身的电阻，有时称为‘铜损耗’，还包括初级侧和次级侧之间的磁场的较差耦合。
[0005]为减轻这些因素中的第一个因素，已知的变压器设计经常使用尽可能短的导线与绕组连接，从而减少与导线相关联的电阻。然而，较短的导线或连接件是相对困难的并且难以制造，因此是劳动密集型的。这导致成品装置的增加的生产成本和偶尔减少的可靠性。
[0006]为解决耦合问题，初级绕组和次级绕组可以被放置成彼此非常接近。在可选的设计中，初级绕组和次级绕组可以被交错放置。然而，尽管将初级绕组和次级绕组放置成彼此接近有助于耦合，但是具有矛盾的需求，即需要将初级绕组与次级绕组电隔离。在隔离的变压器设计中，通常通过将初级绕组和次级绕组彼此物理地分离以实现较高的隔离水平。在没有明显物理分离的情况下，可以通过使用绝缘材料以实现隔离。例如，对于线绕变压器，可以使用三重绝缘导线。对于嵌入式变压器设计，可以通过使用保形涂层或型芯涂层以使铁素体磁芯绝缘来改进隔离。绕组还可以通过绝缘胶带被绝缘，或可以通过增加变压器尺寸或通过使用多层PCB从而将不同绕组放置在不同层上以被分离。然而，所有的这些技术都增加尺寸并且增加生产过程的成本。
[0007]已经认识到，需要能够被缩小尺寸同时保持隔离并且优化能量传送的嵌入式磁性构件变压器设计。
【发明内容】
[0008]本发明被限定在现在应该参考的独立权利要求中。在从属权利要求中阐述了有利的特征。
[0009]在第一方面，本发明提供一种嵌入式变压器装置，包括:绝缘基板，所述绝缘基板具有第一侧和与第一侧相反的第二侧，并且在绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内圆周和外圆周；磁芯，所述磁芯被容纳在空腔中，所述磁芯具有第一区段和第二区段；第一电绕组，所述第一电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第一区段布置；第二电绕组，所述第二电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第二区段布置；第一电绕组和第二电绕组中的每一个都包括:上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧上；下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧上；内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述外部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；上导电迹线和下导电迹线以及内部导电连接器和外部导电连接器形成第一电绕组和第二电绕组的相应的线匝；其中，第一电绕组或第二电绕组中的一个具有与另一个相比更少的线匝，并且与该另一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线相比，该一个电绕组的上导电迹线和下导电迹线更宽。
[0010]对于第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组，上导电迹线或下导电迹线可以沿径向方向从外部导电连接器延伸到内部导电连接器，并且其中，在宽度方向上，上导电迹线或下导电迹线可以垂直于径向方向延伸，填充邻近的外部导电导通孔和内部导电导通孔之间的空间的至少一部分。
[0011]上导电迹线和下导电迹线还可以在其之间具有狭窄间隔，并且在宽度方向上较宽。
[0012]对于第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组，上导电迹线和下导电迹线可以具有锥形宽度，具有迹线接触外部导电连接器的较宽区段和迹线接触内部导电连接器的较窄区段。
[0013]第一电绕组或第二电绕组中的该一个电绕组还可以包括至少一个或多个导电区域，所述至少一个或多个导电区域形成在基板的第一侧或第二侧上，并且与绕组中的第一个导电连接器或最后一个导电连接器连接，导电区域具有位于第一边缘、第二边缘和第三边缘之间的大致三角形形状，其中，第二边缘和第三边缘在它们彼此连接处大致形成直角。
[0014]第一绕组的内部导电连接器可以以多个弧形行设置，每行都被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离；并且，第二绕组的内部导电连接器可以以第一弧形行设置，所述第一弧形行被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离，所述大致恒定的距离足够大以允许内部导电连接器的第二弧形行容纳在第一弧形行和空腔的内圆周之间；其中，第二绕组的外部导电连接器可以以第一弧形行设置，所述第一弧形行被定位成距空腔的外圆周大致恒定的距离，并且所述大致恒定的距离足够大以允许外部导电连接器的第二弧形行容纳在第一弧形行和空腔的外圆周之间。
[0015]第一绕组的在最靠近空腔的内圆周的弧形行上的内部导电连接器可以设置在具有第一半径的第一大致圆弧上；并且第二绕组的在第一弧形行上的内部导电连接器可以设置在具有第二半径的、与第一大致圆弧同心的第二大致圆弧上；并且第一半径可以大于第二半径。
[0016]第一绕组可以与第二绕组间隔开，以在第一绕组和第二绕组之间提供电隔离。
[0017]嵌入式变压器装置可以进一步包括:第一隔离屏障，所述第一隔离屏障形成在绝缘基板的第一侧上，至少覆盖第一侧的在第一电绕组和第二电绕组之间的、第一电绕组和第二电绕组最靠近的部分，并且与绝缘基板的第一侧形成紧密结合连接；和第二隔离屏障，所述第二隔离屏障形成在绝缘基板的第二侧上，至少覆盖第二侧的在第一电绕组和第二电绕组之间的、第一电绕组和第二电绕组最靠近的部分，并且与绝缘基板的第二侧形成紧密结合连接。
[0018]嵌入式变压器装置可以进一步包括:辅助电绕组，所述辅助电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯布置，所述辅助电绕组包括:上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧；下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧；内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；其中，辅助绕组的内部导电连接器可以以多个弧形行设置，每行都被定位成距空腔的内圆周大致恒定的距离。
[0019]辅助绕组可以与第二绕组间隔开，使得在辅助绕组和第二绕组之间提供电隔离。
[0020]第一电绕组和/或第二电绕组中的该一个电绕组可以是第二电绕组，并且第二侧电绕组可以形成变压器绕组的次级侧。
[0021 ] 在第二方面，本发明提供一种电源转换器，包括嵌入式变压器装置，并且具有与第一电绕组连接的罗耶电路和与第二电绕组连接的同步整流电路。
[0022]在第三方面，本发明提供一种嵌入式变压器装置，包括:绝缘基板，所述绝缘基板具有第一侧和与第一侧相反的第二侧，并且在绝缘基板中具有空腔，所述空腔具有内圆周和外圆周；磁芯，所述磁芯被容纳在空腔中，所述磁芯具有第一区段和第二区段；第一电绕组，所述第一电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第一区段布置；第二电绕组，所述第二电绕组穿过绝缘基板并且围绕磁芯的第二区段布置；第一电绕组和第二电绕组中的每一个都包括:上导电迹线，所述上导电迹线布置在绝缘基板的第一侧上；下导电迹线，所述下导电迹线布置在绝缘基板的第二侧上；内部导电连接器，所述内部导电连接器穿过邻近磁芯的内圆周的绝缘基板，所述内部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；和外部导电连接器，所述外部导电连接器穿过邻近磁芯的外圆周的绝缘基板，所述外部导电连接器在相应的上导电迹线和相应的下导电迹线之间分别形成电连接；上导电迹线和下导电迹线以及内部导电连接器和外部导电连接器形成第一电绕组和第二电绕组的相应的线匝；其中，对于第一电绕组或第二电绕组中的一个电绕组，上导电迹线或下导电迹线沿径向方向从外部导电连接器延伸到内部导电连接器，并且其中，在宽度方向上，上导电迹线或下导电迹线垂直于径向方向延伸，填充邻近的外部导电导通孔和内部导电导通孔之间的空间的至少一部分。
[0023]在其他方面，还提供了一种制造嵌入式磁性构件装置的方法。
【附图说明】
[0024]现在将仅举例说明并且参照附图以描述本发明的实施例，其中:
[0025]图1A至IG图示了用于制造嵌入式磁性构件装置的示例性技术；
[0026]图2在从上向下的视图中图示了形成绕组构造的导电导通孔的本发明的第一实施例；
[0027]图3图示了图2中的导电导通孔和内置导通孔以及绕组距离的布置；
[0028]图4图示了用于图2和3中的导电导通孔的布置的迹线图案；和
[0029]图5图示了其中嵌入式变压器装置形成自激振荡推挽电路的一部分的实施例。
【具体实施方式】
[0030]本发明的示例性实施例采取嵌入式磁性构件变压器装置的形式，所述嵌入式磁性构件变压器装置具有围绕嵌入在基板中的磁芯设置的第一绕组、第二绕组和辅助绕组。嵌入式磁性构件变压器装置可以有利地用作开关电源电子装置的一部分，诸如罗耶(Royer)电路。图2至6图示了装置的将在下文被具体地讨论的第一实施例。
[0031]为了便于理解，现在将参照图1A至IF描述制造嵌入式磁性构件变压器装置的示例性方法。在由目前的申请人提交的UK专利申请GB1414469.5和GB1