DE69510630T2

DE69510630T2 - Leiterrahmen mit einem induktor oder einer ähnlichen magnetischen komponente

Info

Publication number: DE69510630T2
Application number: DE69510630T
Authority: DE
Inventors: Peng-Cheng Lin; Seth Sanders; Hem Takiar
Original assignee: National Semiconductor Corp
Current assignee: National Semiconductor Corp
Priority date: 1994-05-06
Filing date: 1995-04-24
Publication date: 2000-02-24
Anticipated expiration: 2015-04-25
Also published as: WO1995031008A1; DE69510630D1; US5428245A; EP0707743B1; EP0707743A1

Description

Hintergrund der Erfindung

Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen Leitungsrahmen zur Verwendung in einem Paket einer integrierten Schaltung, und insbesondere einen Leitungsrahmen, der eine spezifisch konstruierte magnetische Komponente, wie beispielsweise einen Induktor oder Transformator, enthält.
In einem Paket einer integrierten Schaltung wird ein Leitungsrahmen dazu verwendet, eine integrierte Schaltung innerhalb eines Paketes einer integrierten Schaltung zu tragen, sowie auch umelektrisch leitfähige Leitungen zum elektrischen Verbinden der integrierten Schaltung mit anderen Schaltungselementen außerhalb des Paketes zu schaffen. Bei mehreren Arten von Schaltungen ist es wünschenswert, zugeordnet zu der integrierten Schaltung eine magnetische Komponente vorzusehen. Bis heute ist die magnetische Komponente, beispielsweise ein Induktor oder ein Transformator, als ein Teil der integrierten Schaltung ausgebildet worden oder als eine eigene Komponente ausgebildet worden, die so ausgebildet ist, um für eine Oberflächenmontage oder Herstellung mit Durchgangslöcherschaltung verwendet zu werden. Diese beiden Lösungen haben gewisse Grenzen.
Die US-PS-5 070 317 offenbart eine magnetische Vorrichtung, die in einer integrierten Schaltung eingebaut sein kann. Diese Lösung hat jedoch eindeutige Grenzen. Beispielsweise begrenzt im Fall eines Induktors die physikalische Größe der integrierten Schaltung den Induktor auf eine relativ geringe Induktanz. Ähnliche Begrenzungen gelten für andere magnetische Vorrichtungen. Daher muß in Situationen, wo eine höhere Induktanz oder eine größere magnetische Komponente erforderlich ist, die magnetische Komponente außerhalb der integrierten Schaltung vorgesehen werden.
Die Japanischen Patentveröffentlichungen JP-A-06104372 und JP-A-04127455 zeigen Leitungsrahmen, in welchen anstatt eines auf dem Chip befindlichen Induktors die Leitungen so ausgedehnt sind, daß ihre Induktanz erhöht ist. In der zuerst genannten Schrift ist die Leitungslänge aufgenommen, in dem die Leitung in einer losen Einwicklungsspule geformt ist, und bei der anderen genannten Schrift kann die Leitung mit einem magnetischen Material beschichtet sein, um die Induktanz weiter zu erhöhen. Die GB-PS-2189936 zeigt ein Keramikhohlraumpaket, das separat ausgebildete Metallvorrichtungselemente, wie beispielsweise Kondensatoren und Transformatoren, hat.
Es gibt viele Situationen, wo große magnetische Komponenten erforderlich sind oder wo aus einem gewissen anderen Grund es nicht wünschenswert ist, die magnetische Vorrichtung in der integrierten Schaltung einzubauen. In diesen Situationen wird die magnetische Komponente typischerweise in Form einer eigenen Komponente vorgesehen, die für die Verwendung bei der Oberflächenmontage oder Durchgangsloch-Schaltungsherstellung ausgebildet ist. Diese Lösung zum Schaffen einer magnetischen Komponente zugeordnet zu der integrierten Schaltung hat auch einige Nachteile. In einigen Situationen kann die Schaltung eine Komponente benötigen, für die als separate Komponente nicht leicht zur Verfügung steht. Unter diesen Umständen ist eine teuerere Kundenkomponente erforderlich. Es ist auch oft wünschenswert, daß die magnetische Vorrichtung in dem Paket der integrierten Schaltung enthalten ist. Die vorliegende Erfindung schafft ein Paket einer integrierten Schaltung, wobei das Paket eine nach Kundenwunsch hergestellte magnetische Komponente enthält, die zusammen mit und als eine Komponente des Leitungsrahmens des Paketes hergestellt ist.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der Erfindung ist ein Leitungsrahmen zur Verwendung in einem Paket einer integrierten Schaltung geschaffen, wobei der Leitungsrahmen einen Hauptkörper aufweist, der eine integrierte Schaltung innerhalb des Paketes der integrierten Schaltung tragen kann, und eine Anordnung von elektrisch leitfähigen Leitungen, die nahe des Hauptkörpers angeordnet sind, zum elektrischen Verbinden der integrierten Schaltung mit anderen Elementen, wobei der Körper und die Leitungen aus einem Blatt elektrisch leitfähigen Materials gefertigt sind, der gekennzeichnet ist durch mehrere Schichten von Magnetkomponentenwicklungen, die integral mit und als Teil des Hauptkörpers des Leitungsrahmens gebildet sind, wobei der Körper des Leitungsrahmens so gefaltet ist, daß die Wicklungen in parallelen Ebenen gestapelt sind.
Die Erfindung schafft auch ein Verfahren zum Herstellen eines Leitungsrahmens zur Verwendung in einer integrierten Schaltung, wobei der Leitungsrahmen einen Hauptkörper, eine Anordnung von Leitungen und magnetische Komponentenwicklungen hat, wobei das Verfahren die Schritte Vorbereiten eines Blattes aus elektrisch leitfähigem Material, des integralen Ausbildens des Hauptkörpers des Leitungsrahmens und einer Anzahl von Magnetkomponentenwicklungen aus dem Material und Falten des Körpers des Leitungsrahmens zum Stapeln der Wicklungen in parallelen Ebenen zur Ausbildung von mehreren Schichten von Wicklungen aufweist.
Die Magnetkomponentenwicklung kann beispielsweise die Wicklung eines Induktors oder Transformators sein. Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die auf dem Leitungsrahmen basierende Wicklung mit einem magnetischen Material beschichtet, um einen auf einem Leitungsrahmen basierenden Induktor zu bilden.
Das Verfahren zum Herstellen des Leitungsrahmens kann beispielsweise das Verfahren zum Stanzen oder Ätzen des Leitungsrahmens und der Wicklung aus einem Blatt gewalzten Kupfers sein.
Die vorliegende Erfindung kann am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung anhand der begleitenden Figuren verstanden werden, in welchen zeigt:
Fig. 1 ein Paket einer integrierten Schaltung mit einem auf einem Leitungsrahmen basierenden Induktor in einer schematischen Draufsicht;
Fig. 2 das Paket der integrierten Schaltung wie in der Fig. 1 gezeigt in schematischer Ansicht im Schnitt;
Fig. 3 eine alternative Zick-Zack-Formwicklung für einen Induktor in schematischer Draufsicht;
Fig. 4 die einzelnen Schichten der Wicklungen eines auf einem Mehrschicht-Leitungsrahmen basierenden Induktors gemäß der vorliegenden Erfindung in teilweise weggebrochener Draufsicht, bevor die Schichten der Wicklungen in ihre Endposition gebogen sind; und
Fig. 5 der in der Fig. 4 gezeigte, auf einem Mehrschicht- Leitungsrahmen basierende Induktor nach dem Biegen der Wicklungen in ihre Endposition in teilweise weggebrochener, perspektivischer Darstellung.

Detaillierte Beschreibung der Erfindung

Unter anfänglicher Bezugnahme auf die Fig. 1 und 2 wird ein Paket einer integrierten Schaltung beschrieben, das durch die Bezugsziffer 10 allgemein bezeichnet ist. Das Paket der integrierten Schaltung hat einen Leitungsrahmen 12 und einen auf dem Leitungsrahmen basierenden Induktor 13.
Das Paket der integrierten Schaltung 10 trägt den Leitungsrahmen 12, der aus einem Blatt elektrisch leitfähigen Materials entweder gestanzt oder geätzt ist. Der Leitungsrahmen 12 hat eine Anordnung von elektrisch leitfähigen Leitungen 14. Der Leitungsrahmen 12 hat auch ein oder mehrere Befestigungsflecken für Komponenten, von denen einer durch den Befestigungsflecken 16 angegeben ist, wobei die Befestigungsflecken so ausgebildet sind, daß sie verschiedene Komponenten, wie beispielsweise eine integrierte Schaltung, tragen können. Eine Induktionsspulenwicklung 18, die einen Teil einer Gesamtinduktionsspule 13 aufweist, ist als ein integraler Teil des Leitungsrahmens 12 ausgebildet. Bei diesem Beispiel hat die Wicklung eine Spulenform, wobei der am weitesten außen liegende Punkt der Wicklung an eine bestimmte Leitung 14A anschließt. Der am weitesten innen liegende Punkt der Wicklungen bildet einen Anschlußpunkt 20, der es ermöglicht, daß die Wicklung elektrisch an andere Komponenten des Paketes der integrierten Schaltung 10 während des Paketherstellverfahrens angeschlossen wird. Gemäß der Erfindung sind weitere Wicklungen (wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt) über der Wicklung 18 gestapelt.
Bei diesem Paket der integrierten Schaltung hat die Wicklung eine Spulenform. Die Fig. 3 zeigt eine alternative zick-zack-förmige Wicklung 21. Andere Wicklungen können eine Vielzahl von anderen Formen in Abhängigkeit von den Anforderungen der Anwendung und dem Typ der herzustellenden magnetischen Vorrichtung haben. Auch bei diesem Beispiel ist der äußerste Punkt der Wicklung an die Leitung 14A angeschlossen und der am weitesten innen liegende Punkt bildet einen Anschluß, der elektrisch an andere Komponenten innerhalb des Paketes angeschlossen werden kann. Anzumerken ist, daß diese Punkte auf verschiedene Arten und Weisen angeordnet und angeschlossen werden können, wiederum in Abhängigkeit von den Anforderungen der Anwendung und dem Typ der herzustellenden magnetischen Komponente.
Wiederum bezugnehmend auf Fig. 2 umgibt eine magnetische Beschichtung 22 die Induktionsspulenwicklung 18, welche die Induktionsspule 13 bildet. In dem Beschichtungsmaterial ist eine kleine Öffnung ausgebildet, um zu ermöglichen, daß ein Anschlußpunkt 20 elektrisch an andere Komponenten innerhalb des Paketes der integrierten Schaltung 10 angeschlossen wird. Bei dieser Ausführungsform ist die Beschichtung ein Expoxydharz, das mit einem magnetischen Füllstoff, wie beispielsweise Eisenpulver, vermischt ist. Die Beschichtung kann jedoch als Hälften ausgebildet sein, die die Wicklung sandwich-artig einschließen, oder es können verschiedene andere derartige Anordnungen vorgesehen sein, die eine magnetische Beschichtung um die Wicklung bilden würden.
Da die Wicklung 18 als ein Teil des Leitungsrahmens wie vorstehend beschrieben gebildet ist, entstehen keine Extrakosten oder es sind keine zusätzlichen Herstellschritte erforderlich, um die Wicklung herzustellen. Auch der Vorgang des Aufbringens einer Epoxydharzbeschichtung auf die Wicklung kann unter Verwendung der bestehenden Ausrüstung zum Herstellen der Paketbaugruppe und Verfahrensvorgänge durchgeführt werden. Daher kann eine auf dem Leitungsrahmen basierende Induktionsspule oder andere magnetische Komponente unter signifikanten Kosteneinsparungen, verglichen mit der Verwendung einer gesonderten Komponente für eine vorgegebene Situation, geschaffen werden. Die Komponente kann auch nach Kundenwunsch hergestellt sein, um die exakten elektrischen Anforderungen des Paketes zu bilden.
Fig. 4 und 5 zeigen das Mehrschichtenmerkmal der Erfindung. Bei dieser Ausführungsform sind drei Induktionsspulenwicklungen vorgesehen. Eine Induktionsspulenwicklung 18, eine zweite Wicklung 24 und eine dritte Wicklung 26 werden alle als ein integrierten Teil des Leitungsrahmens 12 ausgebildet. Wie in der Fig. 4 gezeigt, ist die Wicklung 24 neben der Wicklung 18 und die Wicklung 26 neben der Wicklung 24 ausgebildet. Die Wicklungen 24 und 26 haben beide eine Spulenform und enthalten Anschlußflecken 28 und 30 an ihren jeweils am weitesten außen liegenden Punkten und Anschlußflecken 32 und 34 an ihren jeweils am weitesten innen liegenden Punkten.
Wie in der Fig. 5 gezeigt, ist der Teil des Leitungsrahmens 12, der die Wicklungen 24 und 26 enthält, über die Wicklung 18 gefaltet, um die Wicklung 24 direkt oberhalb und in parallelen Ebenen zur Wicklung 18 zu positionieren. Der Teil des Leitungsrahmens 12, der die Wicklung 26 enthält, ist dann über die Wicklung 24 gefaltet, um die Wicklung 26 direkt oberhalb und in parallelen Ebenen zu den beiden Wicklungen 18 und 24 zu positionieren. Wenn beispielsweise die Drahtbondierungstechnik, die üblicherweise bei der Herstellung einer integrierten Schaltung verwendet wird, angewandt wird, wird der Anschlußflecken 20 der Wicklung 18 elektrisch an den Anschlußflecken 32 der Wicklung 24 und der Flecken 28 der Wicklung 24 elektrisch an den Flecken 30 der Wicklung 26 angeschlossen. Die magnetische Beschichtung, die nicht dargestellt ist, umgibt die Induktionsspulenwicklungen 18, 24 und 26, welche eine Induktionsspule bilden. Eine kleine Öffnung ist in der magnetischen Beschichtung am Anschlußflecken 34 ausgebildet, um zu ermöglichen, daß der Flecken 34 elektrisch an andere Komponenten innerhalb des Paketes der integrierten Schaltung angeschlossen wird.
Diese Ausführungsform hat Wicklungen 18, 24 und 26, die elektrisch in Reihe geschaltet sind. Alternativ können die Wicklungen in Abhängigkeit von den elektrischen Anforderungen der Anwendung parallel geschaltet sein. Auch diese Ausführungsform hat Wicklungen 18, 24 und 26, die alle als ein integraler Teil des Leitungsrahmens ausgebildet sind.
Obwohl die vorstehend beschriebene Ausführungsform drei Schichten Wicklungen verwendet, ist klar zu ersehen, daß die vorliegende Erfindung nicht auf drei Schichten begrenzt ist. Die Anzahl der Schichten ist nur begrenzt durch den zur Verfügung stehenden Raum in dem Paket der integrierten Schaltung, in welcher sie verwendet werden. Die Wicklungen können, wie vorstehend erwähnt, auch eine Vielzahl von Formen aufweisen und sind nicht auf die beschriebene Spulenform begrenzt.
Dieselbe Lösung kann dazu verwendet werden, Mehrschichtwicklungen für andere magnetische Komponenten auszubilden, wie beispielsweise Transformatoren und Magnetschalter. Im Fall eines Transformators kann beispielsweise eine erste Wicklungsschicht die Primärwicklung und eine zweite Wicklungsschicht die Sekundärwicklung bilden.

Claims

1. Leitungsrahmen zur Verwendung in einem Paket einer integrierten Schaltung, wobei der Leitungsrahmen einen Hauptkörper (12) aufweist, der eine integrierte Schaltung innerhalb des Paketes der integrierten Schaltung tragen kann, und eine Anordnung von elektrisch leitfähigen Leitungen (14), die nahe des Hauptkörpers angeordnet sind, zum elektrischen Verbinden der integrierten Schaltung mit anderen Elementen, wobei der Körper und die Leitungen aus einem Blatt elektrisch leitfähigen Materials gefertigt sind, gekennzeichnet durch mehrere Schichten von Magnetkomponentenwicklungen (18, 24, 26), die integral mit und als Teil des Hauptkörpers des Leitungsrahmens gebildet sind, wobei der Körper des Leitungsrahmens so gefaltet ist, daß die Wicklungen in parallelen Ebenen gestapelt sind.

2. Leitungsrahmen nach Anspruch 1, wobei die Magnetkomponentenwicklungen Induktor-, Transformator- oder Magnetschalterwicklungen sind.

3. Leitungsrahmen nach Anspruch 1 oder Anspruch 2 mit weiterhin einem magnetischen Beschichtungsmaterial, das im wesentlichen die Wicklungen abdeckt.

4. Leitungsrahmen nach Anspruch 3, wobei das Magnetbeschichtungsmaterial ein Epoxy ist, in dem magnetische Partikel dispergiert sind.

5. Leitungsrahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Wicklungen der Magnetkomponentenwicklungen Spulenform oder Zick-Zack-Form aufweisen.

6. Leitungsrahmen nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die Schichten der Wicklungen in Reihe oder parallel geschaltet sind.

7. Leitungsrahmen nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei eine erste Schicht der Mehrfachwicklung eine primäre Transformatorwicklung und eine zweite Schicht eine sekundäre Transformatorwicklung aufweist.

8. Verfahren der Herstellung eines Leitungsrahmens zur Verwendung in einer integrierten Schaltung, wobei der Leitungsrahmen einen Hauptkörper (12), eine Anordnung von Leitungen (14) und Magnetkomponentenwicklungen (18, 24, 26) aufweist, wobei das Verfahren die Schritte des Vorbereitens eines Blattes aus elektrisch leitfähigem Material, des integralen Ausbildens des Hauptkörpers des Leitungsrahmens und einer Anzahl von Magnetkomponentenwicklungen (18, 24, 26) aus dem Material und des Faltens des Körpers des Leitungsrahmens zum Stapeln der Wicklungen in parallelen Ebenen zur Ausbildung von mehreren Schichten von Wicklungen aufweist.

9. Verfahren nach Anspruch 8 mit weiterhin der Beschichtung der Wicklungen mit einem magnetischen Beschichtungsmaterial.

10. Verfahren nach Anspruch 9, wobei das magnetische Beschichtungsmaterial ein Epoxy ist, in dem magnetische Partikel dispergiert sind.

11. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 10, wobei die Magnetkomponentenwicklungen Induktor-Transformator- oder Magnetschalterwicklungen sind.

12. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 11, wobei die Wicklungen der Magnetkomponentenwicklungen Spulenform oder Zick-Zack-Form aufweisen.

13. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 12, wobei der Schritt des Ausbildens des Hauptkörpers des Leitungsrahmens durch Stanzen oder Ätzen des Leitungsrahmens aus dem leitfähigen Material durchgeführt wird.