TW201435933A

TW201435933A - 扼流線圈裝置及製造和使用扼流線圈裝置之方法

Info

Publication number: TW201435933A
Application number: TW102144243A
Authority: TW
Inventors: Thuyen Dinh; Mohammad Saboori; Aurelio Gutierrez; Hamlet Abedmamoore
Original assignee: Pulse Electronics Inc
Priority date: 2012-12-03
Filing date: 2013-12-03
Publication date: 2014-09-16
Also published as: US20140154920A1; WO2014088893A1

Abstract

本發明揭示一種減少來自下伏磁心部分之磁通量之損失的晶片扼流總成。在一項實施例中，藉由產生由共同地形成一閉合磁路徑之兩個或兩個以上晶片扼流部分所構成之一晶片扼流總成來達成此減少。另外，本文中所揭示之晶片扼流總成亦允許毗鄰墊之間的充分間隙，以便避免在高電位電壓條件期間發弧。亦揭示用於製造及使用該前述晶片扼流總成之方法。

Description

扼流線圈裝置及製造和使用扼流線圈裝置之方法

優先權

本申請案主張2013年3月15日提出申請之具有相同標題之序列號為13/835,217之共同擁有之美國專利申請案之優先權之權益，該美國專利申請案主張2012年12月3日提出申請之具有相同標題之序列號為61/732,698之共同擁有之美國臨時專利申請案之優先權之權益，前述專利申請案中之每一者之內容以全文引用方式併入本文中。

版權

本發明一般而言係關於電子總成之領域，且更具體而言在一項例示性態樣中係關於一種用於提供一表面可安裝繞線晶片電感器之經改良之設計以及製造及使用該經改良之設計之方法。

傳統上，藉由將電磁線自動地纏繞於具有一矩形稜柱形狀磁心上來製造所謂的「晶片扼流」。亦已知一柱或支柱磁心區段在兩端上具有凸緣區段。環繞磁心軸向區段纏繞繞組，其中該繞組之兩端固定至提供於該等凸緣區段上之電極以使得該晶片扼流總成表面可安裝。然而，此等磁心形狀不完全含納該磁心中之磁通量(亦即，係「敞開」)，且所得電感比具有一閉合磁路徑之磁心(諸如一可導磁環形線)之電感低幾個數量級。

此外，使用其他形狀磁心(諸如EE、EP、罐形磁心等)之變壓器纏繞於一塑膠繞線管上，且該磁心***於此繞線管周圍。此一構造由於由相當大之磁心形狀而部分導致之相當高之通量洩漏而通常用於較低頻率應用中。在較高頻率應用(亦即，具有在吉赫(GHz)範圍中之頻率分量之應用，諸如在1 Gbps及10 Gbps乙太網路中可見之彼等應用)中，此等傳統磁心形狀及繞組技術由於與此等形狀相關聯之減少之頻寬而不起作用。

在傳統先前技術整合式連接器模組(ICM)應用(諸如(舉例而言)於2005年6月28日提出申請之且標題為「Universal Connector Assembly and Method of Manufacturing」之共同擁有之美國專利第7,241,181號中所揭示之應用，該美國專利之內容以全文引用方式併入本文中)中，扼流線圈係使用先前技術環形磁心而製造。此等扼流線圈完全含納磁心中之磁通量，藉此增加裝置之期望之特性(例如電感)。最近，已開發出經改良之電感設備以及用於製造及利用該電感設備之方法。此之一項實例係揭示於2010年9月3日提出申請之且標題為「Substrate Inductive Devices and Methods」之共同擁有及同在申請中之序列號為12/876,003之美國專利申請案中，該美國專利申請案之內容以全文引用方式併入本文中，該美國專利申請案揭示在一項例示性實施例中結合板狀基板利用***之導電接腳以替換環繞一可導磁磁心安置之傳統繞組之一基於基板之電感裝置。然後，此等基於基板之電感裝置可在諸如(舉例而言)整合式連接器模組之應用中利用。此等基板電感裝置亦將環形磁心用於其扼流電感器；然而，諸如導電陽極細絲(CAF)之問題(例如，其中一銅導電細絲在一電偏壓下形成於兩個毗鄰導體之間的介電材料中)在其中已在一原本固定空間中使用大量環形磁心(包含扼流線圈)之應用中已變得成問題。

因此，習用晶片扼流及塑形之磁心扼流線圈不具有足夠電感及/或擁有過多通量洩漏而不能用於此等高速整合式連接器模組應用中，而傳統環形扼流線圈係笨重的且不能滿足組件小型化之需求以在併入有基於基板之電感裝置應用之設計中解決諸如CAF之問題。因此，仍存在對一經改良之扼流線圈之一未滿足之需要，較佳地該經改良之扼流線圈可係：(1)表面安裝式；(2)其可減少磁通量損失；(3)與傳統環形磁心設計相比減小總體大小；及(4)具有優良電性質，諸如高Q及高可靠性。

本發明藉由尤其提供一經改良之晶片扼流設備以及用於製造及使用該晶片扼流設備之方法來滿足前述需要。

在一第一態樣中，揭示一種例示性晶片扼流設備。在一項實施例中，該晶片扼流設備包含一雙件式晶片扼流，其中該等個別件藉助一金屬夾子固持在一起以形成減少先前技術晶片扼流中所見之磁通量之損失之一I形狀晶片扼流。

在另一實施例中，該雙件式晶片扼流之該等個別件藉助一金屬夾子固持在一起以形成亦減少磁通量之損失之一方形形狀晶片扼流。

在另一實施例中，該晶片扼流總成包含：一第一晶片扼流部分，其具有圍繞該第一晶片扼流部分之一第一軸向區段安置之第一複數個繞組；及一第二晶片扼流部分，其具有圍繞該第二晶片扼流部分之一第一軸向區段安置之第二複數個繞組。該第一晶片扼流部分及該第二晶片扼流部分共同地形成該晶片扼流總成之一閉合磁路徑。

在第二態樣中，揭示用於製造前述晶片扼流設備之方法。在一項實施例中，該方法包含：提供一對磁心部分，該等磁心部分中之每一者包含一軸向部分及一對凸緣部分；將一印刷電路板附接至該等凸緣部分中之每一者；用複數個繞組纏繞該等磁心部分中之每一者；將該等繞組之端附接至該等印刷電路板中之一各別者；及將該對磁心部分固持在一起以形成該晶片扼流總成。

在一第三態樣中，揭示使用該前述晶片扼流設備之方法。在一項實施例中，於利用基於基板之電感裝置之整合式連接器模組(ICM)應用中利用該晶片扼流設備，藉此改良可用以解決諸如CAF之問題之空間的量。

在一第四態樣中，揭示一種用於減少或消除CAF之技術。

在一第五態樣中，揭示一種整合式連接器模組。在一項實施例中，該整合式連接器模組包含：一連接器殼體；及複數個磁性組件，其安置於該連接器殼體內，該複數個磁性組件包含：繞線式鐵氧體磁心；及一晶片扼流總成。該晶片扼流總成包含：一第一晶片扼流部分，其具有圍繞該第一晶片扼流部分之一第一軸向區段安置的第一複數個繞組；及一第二晶片扼流部分，其包括圍繞該第二晶片扼流部分之一第一軸向區段安置的第二複數個繞組。該第一晶片扼流部分及該第二晶片扼流部分共同地形成該晶片扼流總成之一閉合磁路徑。

100‧‧‧晶片扼流總成/最終晶片扼流總成

100a‧‧‧個別晶片扼流件

100b‧‧‧個別晶片扼流件

101‧‧‧晶片扼流磁心部分/晶片扼流部分/磁心/晶片扼流件/晶片扼流磁心件

101a‧‧‧晶片扼流磁心部分/磁心部分/晶片扼流部分

101b‧‧‧晶片扼流磁心部分/磁心部分/晶片扼流部分

102a‧‧‧墊/外墊

102b‧‧‧墊/內墊

102c‧‧‧墊/外墊

102d‧‧‧墊/內墊

103a‧‧‧繞組

103b‧‧‧繞組

105‧‧‧金屬夾子

106a‧‧‧凸緣部分/凸緣區段

106b‧‧‧凸緣部分/凸緣區段

107‧‧‧軸向部分/軸

110a‧‧‧小型電路板基板

110b‧‧‧小型電路板基板

200‧‧‧晶片扼流總成

202a‧‧‧墊

202b‧‧‧墊

202c‧‧‧墊

202d‧‧‧墊

205‧‧‧金屬夾子

400‧‧‧預製作印刷電路板/基板

402a‧‧‧墊

402b‧‧‧墊

402c‧‧‧內墊

402d‧‧‧內墊

402e‧‧‧內墊

402f‧‧‧內墊

依據下文結合圖式所陳述之詳細說明，本發明之特徵、目標及優點將變得更加顯而易見，其中：圖1A至圖1F圖解說明根據本發明之原理之一晶片扼流設備之一項例示性實施例之各種視圖。

圖2A至圖2B圖解說明根據本發明之原理之一晶片扼流設備之一替代實施例之各種視圖。

圖3係圖解說明用於製造圖1A至圖1F及圖2A至圖2B中所圖解說明之晶片扼流之一項例示性實施例之一例示性製程流程圖。

圖4A至圖4B係圖解說明圖1A至圖1F之晶片扼流設備在一印刷電路板之表面上之使用之一例示性實施例。

現在參考圖式，其中在通篇中相同編號係指相同部件。

如本文中所使用，術語「電組件」及「電子組件」可互換地使用且係指經調適以提供某一電及/或信號調節功能之組件，包含但不限於電感電抗器(「扼流線圈」)、變壓器、濾波器、電晶體、間隙式磁心環形線、電感器(耦合或以其他方式)、電容器、電阻器、運算放大器及二極體，不管是離散組件還是積體電路，不管是單獨地還是以組合方式。

如本文中所使用，術語「可導磁」係指共同地用於形成電感磁心或類似組件之任何數目個材料，包含但不限於由鐵氧體製造之各種調配物。

如本文中所使用，術語「信號調節」或「調節」應理解為包含但不限於信號電壓變換、濾波及雜訊減輕、信號分離、阻抗控制及校正、電流限制、電容控制及時間延遲。

如本文中所使用，術語「頂部」、「底部」、「側」、「上」、「下」及諸如此類僅意味著一個組件對另一組件之一相對位置或幾何形狀，且絕不意味著一絕對參考框架或任何所需定向。舉例而言，在將一組件安裝至另一裝置(例如，安裝至一PCB之底側)時，該組件之一「頂部」部分可實際上駐留於一「底部」部分下方。

概述

在一項態樣中，揭示一經改良之晶片扼流總成，該經改良之晶片扼流總成藉由併入有共同形成一閉合磁路徑之兩個或兩個以上晶片扼流部分來減少來自下伏磁心設計之磁通量之損失。

在一項實施例中，本發明解決所謂的基板電感裝置在特定條件下發生之導電陽極細絲(CAF)問題。此等條件可包含高濕度、高偏壓電壓(亦即，一大電壓差)、高含水量、表面及樹脂離子雜質、玻璃至樹脂之接合弱點及(舉例而言)在無鉛焊料接合應用期間可發生之曝露於高裝配溫度。

此外，本文中所揭示之經改良晶片扼流總成經設計以在一較小大小之晶片扼流總成中達成較高電感位準，藉此使得較大空間能夠容納(舉例而言)導通體之間的額外間距。此額外空間致使CAF之問題消除，同時提供一設計，該設計提供優於先前技術晶片扼流電感器之經改良電效能。

本文中所揭示之例示性晶片扼流總成實施例亦允許晶片扼流部分之毗鄰繞組之毗鄰墊之間的充分間隙以便避免在高電位電壓條件期間發弧。此尤其使得該晶片扼流總成之準備好的實施方案能夠藉由遵守大多數資料通信標準而進入至現有設計中。

亦視情況提供促進此等前述晶片扼流總成之自動化使用及安裝之額外特徵。

此外，亦揭示用於製造及使用此等前述晶片扼流總成之方法。

例示性實施例之詳細說明

應認識到，儘管以下論述係就一例示性雙件式晶片扼流總成而言，但熟習此項技術者將易於明瞭，在給出本發明之情況下，相同原理適用於使用兩個以上件之晶片扼流總成。舉例而言，預期在特定實施例中，一晶片扼流總成可由三個(3)或三個以上磁心件構成，其中此等磁心件中之一者(1)用於扼流線圈且其餘兩個(2)磁心件用於一傳統變壓器配置。

此外，熟習此項技術者將易於明瞭，在給出本發明之情況下，無論該等個別晶片扼流件及/或繞組組態彼此相同或不同，相同原理皆適用於晶片扼流總成。舉例而言，在利用三個(3)磁心件之一例示性晶片扼流總成中，預期此等磁心件中之兩者(2)可在大小上相同，而第三磁心件可比此另外兩個(2)磁心件大或小。另一選擇係，可利用三個不均勻磁心件及/或繞組。在給出本發明之情況下，熟習此項技術者將易於明瞭多個晶片扼流實施例之此等及其他變體。

例示性機械組態-

現在參考圖1A，展示且詳細地闡述根據本發明之原理之一晶片扼流總成100之一第一例示性實施例。該晶片扼流總成包括兩個單獨偏斜之I形狀晶片扼流磁心部分101a及101b，晶片扼流磁心部分101a及101b在所圖解說明之實施例中藉助一金屬夾子105來固持在一起，以形成晶片扼流總成100。如自圖1A中可見，該晶片扼流總成經塑形以便類似英文大寫字母「I」。所圖解說明之晶片扼流總成100包括兩個(2)晶片扼流磁心部分101，每一晶片扼流磁心部分101包括一單個軸向部分107及在其每一端處之兩個凸緣部分106a及106b。在所圖解說明之實施例中，使用現有自動繞組製程，用標準電磁線給每一晶片扼流磁心部分纏繞兩個(2)繞組103a及103b。因此，在所圖解說明之實施例中，晶片扼流總成100將具有安置於晶片扼流總成100之軸107上之總計四個(4)繞組(亦即，磁心部分101a上兩個(2)及磁心部分101b上兩個(2))。與如先前技術中所呈現之一傳統矩形稜柱形狀晶片扼流相比，兩個(2)晶片扼流部分亦共同地形成一I形狀磁心結構，其中凸緣部分106a及106b藉助毗鄰晶片扼流磁心部分之相對臂來形成一閉合磁性系統，藉此顯著地減少磁通量之損失。如先前所論述，磁通量之損失之此減少尤其對高頻設計(例如1 Gbps及10 Gbps乙太網路應用)極為有用。晶片扼流部分101a及101b之磁心形狀經設計以便最小化平均磁路徑長度，以在一較小大小上達成一較高電感位準。另外，此一設計最小化磁通洩漏以產生一較寬操作頻寬。

現在參考圖1B至圖1D，更詳細地闡述個別晶片扼流部分101。圖1B圖解說明在製造個別晶片扼流部分中使用之一鐵氧體磁心。儘管一鐵氧體磁心之使用係例示性的，但可使用其他常用磁心材料(諸如層壓矽鋼等)來達成晶片扼流總成之所要電效能特性。本實施例之鐵氧體磁心具有一軸向部分107以及兩個凸緣區段106a及106b，兩個凸緣區段106a及106b係安置於軸向部分107之每一端上，使得磁心101呈一偏斜I之形狀，如圖1B中所展示。儘管該偏斜I形狀係例示性的，但可用與減少磁通量之損失之最終目標一致的其他合適替代形狀來代替。舉例而言，亦可用方形形狀磁心、「C」形狀磁心以及「C」及「I」形狀磁心來代替。

圖1C圖解說明供在(舉例而言)圖1A中所圖解說明之個別晶片扼流件101中使用之磁心之增強。具體而言，凸緣區段106a及106b視情況塗佈有一隔離障壁，諸如一陶瓷塗層110。小型電路板基板110a及110b(例如，PCB)隨後安裝至晶片扼流磁心件101之底部部分上。此等電路板基板併入有放置於基板之四個拐角(4)中之每一者中之墊(102a、102b、102c及102d)。藉由在相對拐角中放置此等電路板基板墊中之每一者，亦即使得此等墊中之兩者(2)毗鄰於軸向部分107安置而其他兩個(2)遠離該軸向部分安置，此允許兩個(2)繞組之墊之間的充分間隙，藉此避免高電位發弧(此舉係大多數資料通信標準之一要求)，如上文先前所論述。

現在參考圖1D，圖解說明且詳細地闡述圖1A中所圖解說明之完成之晶片扼流總成的一半。具體而言，圖1D圖解說明纏繞至磁心之軸向區段上之繞組103a及103b，其中繞組103a及103b之端經由電阻焊接固定至鐵氧體磁心之凸緣部分之上部面上之前述小型PCB墊。儘管電阻焊接之使用係例示性的，但可容易地使用導電黏合劑、焊料及諸如此類來代替。如所展示，繞組103a安置於內墊102b及102d上，而另一繞組103b安置於外墊102a及102c上。此一組態係例示性的，此乃因繞組103a及103b之完成之線長度在此一組態中實質上係相同的。圖1E及圖1F圖解說明藉由將兩個個別晶片扼流件100a及100b放置在一起且隨後經由使用一金屬夾子105將其固持在一起而形成之最終晶片扼流總成100。儘管一金屬夾子之使用係例示性的，但可容易地用其他技術(諸如使用眾所周知之環氧樹脂黏合劑)來代替以將該兩個個別晶片扼流件固持在一起。

圖2A及圖2B圖解說明圖1A中所圖解說明之晶片扼流總成100之一替代實施例。具體而言，圖2A圖解說明一晶片扼流總成200，其中磁心件經配置以使得該等磁心件形成一矩形形狀(與先前所圖解說明之「I」形狀相比)。此一組態具有若干優點，此乃因一矩形形狀提供用於線端接及用於將線焊接至端子之額外空間。另外，圖解說明具有一組態之墊202a、202b、202c及202d，在該組態中該等墊中之每一者延伸跨越磁心之凸緣區段之寬度。圖2B圖解說明用以將兩個部分固持在一起之金屬夾子205，藉此產生如在實務中使用之晶片扼流總成一般之晶片扼流總成200。

製造方法

現在將詳細地闡述製造及使用根據本發明之原理之晶片扼流總成之例示性方法。參考圖3，詳細地闡述用於製造前述晶片扼流總成之一第一例示性方法300。在步驟302處，將所要材料之一第一磁心塑形成所要形狀。在一項實施例中，該磁心係圖1B中所圖解說明之類型之一偏斜I形狀磁心。因此，該磁心具有一軸向部分及安置於該軸向部分之兩個端上之2個凸緣。如先前所論述，熟習此項技術者將易於明瞭在不背離本發明之情況下可按對該晶片扼流總成之最終所要形狀及性質之要求而使用另一形狀。

在步驟304處，步驟302之磁心具有附接至該晶片扼流總成之磁心部分之印刷電路板(PCB)。在一項實施例中，該磁心部分將包括具有安置於一軸向部分之兩側上之凸緣部分之I形狀磁心部分。在一項實施例中，所使用之絕緣材料係一陶瓷塗層。

在步驟306處，使用先前技術中已知類型之一自動化繞組製程將線圈纏繞至步驟304之磁心上。在一項實施例中，所使用之該等線圈係電磁線且環繞磁心件之軸向部分纏繞兩個(2)繞組。

在步驟308處，將該等繞組中之每一者之端附接至定位於PCB上之墊。在一項實施例中，使用一電阻焊接技術來將該等繞組之端固定至PCB，不過預期可容易地用黏合劑、焊料等來替代所論述之例示性電阻焊接技術。

在步驟310處，將在步驟308處纏繞之兩個個別晶片扼流磁心放置在一起以形成最終晶片扼流總成之所要形狀。在一項例示性實施例中，將晶片扼流總成塑形為英文字母「I」且藉由將兩個(2)個別偏斜「I」形狀晶片扼流放在一起而形成該晶片扼流總成。在另一實施例中，該晶片扼流總成係方形形狀。在又一實施例中，將三個(3)或三個以上磁心部分裝配成一單個晶片扼流總成。儘管「I」形狀及方形形狀之使用係例示性的，但可在不偏離本發明之原理之情況下形成其他形狀以獲得所要磁通量及電性質。

在步驟312處，將該等個別晶片扼流固持在一起。在一項實施例中，經由使用一夾子將該等個別晶片扼流固持在適當位置中以形成(舉例而言)圖1A之最終晶片扼流總成100。在一替代實施例中，可使用一環氧樹脂黏合劑將該等磁心固持在一起。

使用方法

現在參考圖4A至圖4B，展示且詳細地闡述使用本發明之晶片扼流總成之一第一例示性方法。圖4A圖解說明將晶片扼流總成100安裝於一預製作PCB 400上以完成連接以形成圖4B之經安裝晶片扼流總成。具體而言，且如圖4A中所圖解說明，使用定位於基板400上之墊402a及402b來將外墊(102a及102c，圖1D)附接至基板。使用該基板之內墊(402c、402d、402e及402f)來連接至該晶片扼流總成之內墊(102b及102d，圖1D)。

將認識到，儘管本發明之特定態樣係就特定設計實例而言闡述，但此等說明僅圖解說明較廣義方法，且可視要求藉由特定設計來修改。特定步驟可在特定情景下變得不必要或視情況。另外，特定步驟或功能性可被添加至所揭示實施例，或變更兩個或兩個以上步驟之執行次序。所有此等變化視為涵蓋於本發明及本文中之申請專利範圍內。

儘管以上詳細說明已展示、闡述及指出本發明之新穎特徵適用於各種實施例，但應瞭解，熟習此項技術者可在所圖解說明之裝置或製程之形式及細節上做出各種省略、替代及改變。前述說明係為當前涵蓋之最佳模式。此說明絕不意欲限制，而是應視為圖解說明本發明之一般原理，本發明之範疇應參考申請專利範圍而判定。