嵌入式磁性構件變壓器裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本申請涉及嵌入式磁性構件變壓器裝置，并且特別涉及具有減少的耦接性能和改進的隔離性能的嵌入式磁性構件變壓器裝置。
【背景技術】
[0002]已知的是，例如在US 2011/0108317 Al中，提供較低輪廓的變壓器和感應器，其中磁性構件嵌入在樹脂基板內(nèi)的空腔中，并且用于變壓器或感應器的必要的輸入電連接件和輸出電連接件形成在基板表面上。然后可以通過向基板的頂部表面和/或底部表面添加數(shù)層阻焊劑和鍍銅以形成用于電源裝置的印刷電路板(PCB)。用于裝置的必要的電子構件然后可以被表面安裝在PCB上。
[0003]與常規(guī)的變壓器相比，嵌入式設計允許構造顯著地較薄的和更緊湊的裝置。這是所期望的，因為通常地可用于將變壓器裝置安裝到PCB (例如電子裝置的母板)的空間將是非常有限的。具有更小覆蓋區(qū)的變壓器構件因此將能使更多構件安裝到PCB上，或能使PCB的整體尺寸因此和整個裝置的整體尺寸被減少。
[0004]當減少變壓器裝置的尺寸時，變壓器繞組上的鄰近線匝之間的間隙可以被更緊密地設置到一起，并且設置在變壓器上的分離繞組之間的間隙也將減少。這減小了在使用過程中產(chǎn)生在變壓器中的磁場可以從變壓器磁芯泄露的容易性，并且因此在設置在磁芯上的分離繞組之間經(jīng)由磁場導致更強的耦接。減少鄰近線匝之間的間隙的另一結果是增加存在于包括變壓器繞組的鄰近導電構件之間的電容。繞組之間的經(jīng)由繞組生成的磁場的這種增加的耦接和整個變壓器的這種增加的分布電容，在某些應用中對于變壓器不是期望的性會K。
[0005]此外，特別是在如果共用共有的變壓器磁芯的兩個分離繞組將處理較高電壓時，減少變壓器尺寸可以導致安全考慮因素。該變壓器典型地用于，例如，功率電子應用和電力變換器技術中。在這種情況下，繞組必須彼此電隔離。較小的變壓器將易于減少電隔離繞組之間的距離，表示電隔離對于電弧放電導致的失效較不堅固并且減小變壓器繞組可以安全地處理的最大電壓。
[0006]通過以下方式可以將電隔離增加到安全水平:使用具有設置在不同PCB層上的不同繞組的多層PCB裝置；通過將蓋設置在變壓器磁芯上；或通過以保形涂層或諸如絕緣膠帶的其它種類的絕緣材料來涂覆繞組。還可以使用三重絕緣線。然而，所有這些技術都具有以下缺點:嵌入式磁性構件變壓器裝置必須被制作得更大，以在繞組和/或磁芯上容納額外的PCB層或較厚的絕緣層。
[0007]因此已經(jīng)認識到，可以期望提供在線圈之間具有減少的耦接和改進的隔離特性的嵌入式變壓器裝置，并且提供用于制造該裝置的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明被限定在現(xiàn)在應該進行參考的獨立權利要求中。在從屬權利要求中闡述有利的特征。
[0009]在第一方面，本發(fā)明涉及嵌入式變壓器裝置，包括:絕緣基板，所述絕緣基板具有第一側和與第一側相反的第二側，并且在絕緣基板中具有空腔，空腔具有內(nèi)圓周和外圓周；磁芯，所述磁芯被容納在空腔中；初級電繞組，所述初級電繞組通過絕緣基板并且被設置成圍繞磁芯的第一側；次級電繞組，所述初級電繞組通過絕緣基板并且被設置成圍繞磁芯的第二側；和輔助電繞組，所述輔助電繞組通過絕緣基板并且被設置成圍繞磁芯的第一側而不與初級電繞組重疊。初級電繞組、次級電繞組和輔助電繞組中的每一個都包括:上導電跡線；下導電跡線；內(nèi)部導電連接器，所述內(nèi)部導電連接器在磁芯的內(nèi)圓周附近通過絕緣基板，所述內(nèi)部導電連接器在相應的上導電跡線和相應的下導電跡線之間分別地形成電連接；和外部導電連接器，所述外部導電連接器在磁芯的外圓周附近通過絕緣基板，所述外部導電連接器在相應的上導電跡線和相應的下導電跡線之間分別地形成電連接。初級電繞組的內(nèi)部導電連接器和次級電繞組的內(nèi)部導電連接器設置在從空腔的內(nèi)圓周大致恒定的距離處。與初級電繞組的內(nèi)部導電連接器和次級電繞組的內(nèi)部導電連接器相比，輔助電繞組的內(nèi)部導電連接器被設置成距空腔的內(nèi)圓周更遠，和/或與初級電繞組的內(nèi)部導電連接器和次級電繞組的內(nèi)部導電連接器距空腔的內(nèi)圓周相比，輔助電繞組的外部導電連接器被設置成距空腔的外圓周更遠。
[0010]大致恒定的第一距離和大致恒定的第二距離可以是基本上相等的。
[0011 ] 與初級電繞組的內(nèi)部導電連接器和次級電繞組的內(nèi)部導電連接器與空腔的內(nèi)圓周之間大致恒定的距離相比，輔助電繞組的外部導電連接器可以被設置成距空腔的外圓周更遠。
[0012]當在與絕緣基板的第一側垂直的方向上觀察時，初級電繞組的內(nèi)部導電連接器和次級電繞組的內(nèi)部導電連接器被大致布置在圓弧上，并且輔助電繞組的內(nèi)部導電連接器可以被包圍與該圓弧對應的圓圈的圓周內(nèi)。
[0013]與輔助電繞組的距初級電繞組最遠的內(nèi)部導電連接器相比，輔助電繞組的最靠近初級電繞組的內(nèi)部導電連接器可以被設置成距空腔的內(nèi)圓周更遠。
[0014]上導電跡線或下導電跡線中的至少一個可以是弧形的，或可以由彼此相對成角度的多個直線部分構成。
[0015]導電元件可以被設置在兩個繞組之間的間隙中。
[0016]導電元件可以至少部分地屏蔽初級繞組和輔助繞組中的一個上的電場免于初級繞組和輔助繞組中的另一個上的電場的干擾。
[0017]導電元件可以至少被設置在初級電繞組的內(nèi)部導電連接器和輔助電繞組的內(nèi)部導電連接器之間。
[0018]導電元件可以包括導電平面。
[0019]導電平面可以大致平行于絕緣基板的第一表面和第二表面。
[0020]嵌入式變壓器裝置可以包括形成在絕緣基板的第一側上的第一印刷電路板，所述第一印刷電路板包括上導電跡線；和/或形成在絕緣基板的第二側上的第二印刷電路板，所述印刷電路板包括下導電跡線。
[0021]導電元件可以形成在第一印刷電路板和/或第二印刷電路板上。
[0022]導電元件可以在第一印刷電路板和/或第二印刷電路板的第一表面和/或第二表面上形成接地平面。
[0023]接地平面可以基本上填充第一印刷電路板和/或第二印刷電路板的未被至導電通路孔或?qū)щ娵E線的連接件占據(jù)的表面的全部。
[0024]導電元件可以被布置成大致正交于絕緣基板的第一表面和第二表面。
[0025]導電元件可以從絕緣基板的第一側延伸到絕緣基板的第二側。
[0026]被布置成大致正交于基板的第一表面和第二表面的導電元件可以包括導電平面。
[0027]導電元件可以包括被設置在間隙中的一個或多個導電通路孔或引線。
[0028]當嵌入式變壓器裝置在操作中時，導電元件可以被保持在接地電勢處。
[0029]在其他方面，本發(fā)明提供包括嵌入式變壓器裝置的電力變換器。
[0030]在其他方面，還提供了制造嵌入式磁性構件裝置的方法。
【附圖說明】
[0031]現(xiàn)在將僅舉例說明并且參照附圖以描述本發(fā)明的實施例，其中:
[0032]圖1A至IG圖示了用于制造裝置的實施例的技術；
[0033]圖2圖示了形成繞組構造的導電通路孔、空腔和磁芯的頂視俯視圖；
[0034]圖3圖示了將導電跡線設置在導電通路孔之間的印刷電路板的頂視俯視圖；并且
[0035]圖4圖示了另一印刷電路板的頂視俯視圖；
[0036]圖5圖示了另一個印刷電路板的頂視俯視圖；并且
[0037]圖6圖示了其中嵌入式變壓器裝置形成羅耶(Royer)半橋式電路的部分的實施例。
【具體實施方式】
[0038]本發(fā)明的示例性實施例采取嵌入式磁性構件變壓器裝置的形式，所述嵌入式磁性構件變壓器裝置具有圍繞嵌入在基板中的磁芯設置的初級繞組、次級繞組和輔助繞組。嵌入式磁性構件變壓器裝置可以有利地用作開關式電力電子裝置的部分。圖2至6圖示了裝置的將在下文被具體地討論的實施例。
[0039]為了便于理解，現(xiàn)在將參照圖1A至IF描述制造嵌入式磁性構件變壓器裝置的示例性方法。在由目前的申請人提交的英國專利申請GB1414469.5和GB1414468.7中描述了用于制造嵌入式磁性構件變壓器裝置的技術，所述專利申請通過引用而被納入本文。
[0040]在方法的第一步驟中，如圖1A所示，用于容納磁芯的環(huán)形結構或空腔302被布線在絕緣基板301中。在該示例中，絕緣基板由諸如FR4的樹脂材料形成。FR4是復合的‘預浸料坯’材料，所述材料由浸漬有環(huán)氧樹脂粘結劑的編織的玻璃纖維布料組成。樹脂被預烘干，但是不被硬化，從而當樹脂被加熱時，樹脂流動并且用作用于玻璃纖維材料的黏合劑。FR4已經(jīng)被發(fā)現(xiàn)具有有利的熱性能和絕緣性能。
[0041]如圖1B所示，環(huán)形磁芯304然后被安裝在空腔302中?？涨?02可以稍微地大于磁芯304，從而空氣間隙可以圍繞磁芯304存在?？梢允謩拥鼗蛲ㄟ^表面安裝裝置，諸如拾取與放置機械，將磁芯304安裝在空腔中。
[0042]在下一個步驟中，如圖1C所示，第一絕緣層305或蓋層被固定或?qū)訅涸诮^緣基板301上以覆蓋空腔302和磁芯304。優(yōu)選地，由于這有助于絕緣基板301的頂部表面和蓋層305的下表面之間的結合，蓋層305由與絕緣基板301相同的材