本發(fā)明涉及DC-DC轉換器，尤其涉及一種電路板上的DC-DC轉換器的分立功率級元件的優(yōu)化布置。

背景技術：

DC-DC轉換器包括有源和無源元件，該些元件包括用于調節(jié)負載(譬如處理器)電壓的分立功率級元件，譬如分立高邊和低邊功率晶體管晶片。每對分立高邊和低邊功率晶體管晶片形成DC-DC轉換器一個輸出相，其通過相應的輸出電感器耦合到負載。DC-DC轉換器的元件(包括輸出電感器)與負載一起附接到印刷電路板(PCB)。PCB包括用于使DC-DC轉換器元件相互連接的各種電氣通路，包括將轉換器的分立功率級晶體管晶片電連接至負載。DC-DC轉換器的功率級的晶片通常是附接到與輸出電感器位于同一平面的PCB，這增大了PCB的尺寸。同時，PCB的傳統(tǒng)的布圖設計方法進一步復雜化了這樣的DC-DC轉換器元件的布置。

技術實現(xiàn)要素：

根據DC-DC轉換器的一個實施例，DC-DC轉換器包括具有相對的第一和第二側的基體、附接至所述基體的第一側并且包括高邊功率晶體管的第一分立功率級晶體管晶片、以及附接至所述基體的第一側的第二分立功率級晶體管晶片，該第二分立功率級晶體管晶片包括電連接到高邊功率晶體管的低邊功率晶體管以構成DC-DC轉換器的輸出級。DC-DC轉換器還包括附接至基體的第一側的電感器以在基體上將輸出級電連接至金屬輸出跡線。電感器至少部分地覆蓋第一和第二分立功率級晶體管晶片中的至少一個。

根據組裝DC-DC轉換器的方法的一個實施例，該方法包括：附 接第一分立功率級晶體管晶片至基體的第一側，所述第一分立功率級晶體管晶片包括高邊功率晶體管；附接第二分立功率級晶體管晶片至所述基體的所述第一側，所述第二分立功率級晶體管晶片包括電連接至所述高邊功率晶體管的低邊功率晶體管以構成所述DC-DC轉換器的輸出級；附接電感器至到所述基體的所述第一側以在所述基體上電性連接所述輸出級至金屬輸出跡線，所述電感器部分地覆蓋所述第一和第二分立功率級晶體管晶片中的至少一個，使得被所述電感器部分地覆蓋的每個分立功率級晶體管晶片的多個引腳未被所述電感器覆蓋；以及外觀檢查未被所述電感器覆蓋的所述多個引腳。

通過閱讀以下詳細的描述以及查看附圖，本領域技術人員將認識到額外的特征和優(yōu)點。

附圖說明

圖中各元件相互間不一定地按比例畫出。相同的附圖標記指向對應的相同部件。不同的所描述的實施例的特點可以結合起來，除非它們彼此排斥。實施例在圖中示出，并在以下的說明書進行詳細描述。

圖1A為依據實施例的基體(譬如PCB)的一部分的俯視圖，DC-DC轉換器的功率級元件附接至該PCB；

圖1B為在DC-DC轉換器的功率級元件連接到圖1A中的基體后的基體示意圖；

圖1C示出了附接至圖1B中所示出的基體的功率級電感器的俯視圖、正視圖和側視圖；

圖2A至2C示出了輸出(相)電感器的不同實施例的底面視圖，該電感器被設計為至少部分地覆蓋DC-DC轉換器的一個或多個分立功率級晶體管晶片；

圖3A至5A，以及3B至5B分別描述了基體的一部分的不同實施例的自上而下的平面圖，DC-DC轉換器的功率級元件被附接至該部分；

圖6A至8A，以及6B至8B分別描述了基體的一部分的不同實 施例的自上而下的平面圖，DC-DC轉換器的功率級元件被附接至該部分；

圖9A至11A，以及9B至11B分別描述了基體的一部分的不同實施例的自上而下的平面圖，DC-DC轉換器的功率級元件被附接至該部分；

圖12示出了耦合電感器的側面立體圖，該耦合電感器被設計為至少部分地覆蓋DC-DC轉換器的一個或多個分立功率級晶體管晶片。

具體實施方式

根據本發(fā)明的實施例，DC-DC轉換器包括至少一對分立功率級晶體管晶片。每個分立功率級晶體管晶片包括高邊功率晶體管或低邊功率晶體管，而不是兩個晶體管。因此，形成該DC-DC轉換器的功率(輸出)級的功率晶體管被布置在分離的晶片上。每個分立高邊晶體管晶片可切換地將負載連接至DC-DC轉換器的輸入電壓，以及相應的分立低邊晶體管晶片可切換地在不同時期將負載連接至地。分立晶片可以是裸片(即未封裝的晶片)并且厚度為0.6毫米或更小。在另一個實施例中，分立晶片是封裝晶片，譬如是均具有1.1毫米或更小的厚度的模制晶片封裝或開腔晶片封裝。

在任一情況下，每對分立的高邊和低邊功率級晶體管晶片形成DC-DC轉換器的輸出相。每個輸出相通過相應的電感器耦合到負載。在單對的分立高邊和低邊功率晶體管晶片的情形下，該DC-DC轉換器是單相轉換器。在兩個或更多對的分立高邊和低邊功率級晶體管晶片的情形下，該DC-DC轉換器是多相轉換器。一個或更多個分立功率級晶體管晶片至少部分地被電耦合到該相的電感器所覆蓋。對于至少部分地被電感器所覆蓋的每個分立功率級晶體管晶片，該分立晶片的多個引腳維持未被該電感器所覆蓋，這允許了在DC-DC轉換器的元件連接到基體(譬如電路板)后可以便于從外觀上檢查這些引腳。

圖1A示出了基體100(譬如PCB)的一部分的俯視圖，DC-DC 轉換器的功率級元件附接至該PCB。圖1A示出了在功率級元件附接之前的基體100。因此，只有功率級元件的覆蓋區(qū)在圖1A被示出。如上所述，DC-DC轉換器可以是單相或多相轉換器。例如，圖1A中示出的基體100的部分可以對應一個單相或多相轉換器中的一相，多相轉換器的每個相的物理布局可以是相同的或不同于圖1A中示出的一個相。也就是說，圖1A中所示出的輸出相布局可以被復制到多相轉換器的每一相，或輸出相可以有不同的布局。

單相或多相DC-DC轉換器的功率級元件包括輸入電容器102、輸出電容器104、用于該DC-DC轉換器的每一相的分立的高邊和低邊功率晶體管晶片106和108，以及用來將每一相耦合至由該DC-DC轉換器所調節(jié)的負載的電感器110。圖1A中所示出的該對分立的高邊和低邊晶體管晶片106和108形成DC-DC轉換器的一個輸出相，該輸出相通過電感器110耦合到負載。由包含在分立高邊晶體管晶片106中的高邊晶體管Q1、包含在分立低邊晶體管晶片108中的低邊晶體管Q2和電感器110所構成的相的電路原理圖在圖1A中示出。負載可以是一個高性能集成電路(如微處理器、圖形處理器、網絡處理器等)，或其他類型的要求電壓調節(jié)(如負載點(Point of load，POL))的集成電路。為了便于說明，該負載未在圖1A中示出。

基體100包括多種金屬跡線(譬如，用來電連接功率級元件的銅跡線)。金屬跡線被相互分離以防止短路。金屬跡線包括位于DC-DC轉換器的輸入電壓電位(Vin)處的輸入跡線112、位于DC-DC轉換器的輸出電壓電位(Vout)處的輸出跡線114，接地的一個或多個地跡線116和118，以及相跡線120。

功率級的輸入電容器102連接在地跡線116中的一個地跡線和輸入跡線112之間。功率級的輸出電容器104被連接在多個地跡線118中的一個地跡線和輸出跡線114之間。分立高邊晶體管晶片106的輸入端連接到輸入跡線112，從而包括在分立高邊晶體管晶片106中的高邊晶體管Q1能夠可切換地將負載連接至DC-DC轉換器的輸入電壓Vin。該分立低邊晶體管晶片108的輸入側連接到地跡線116中的一 個，從而包含在分立低邊晶體管晶片108中的低邊晶體管Q2能夠在與高邊晶體管Q1導通的時期不同的時期中可切換地將負載接地。分立晶體管晶片的106、108的輸出端均連接至相跡線120。電感器110的一端子連接到相跡線120，并且電感器110的另一端子連接到輸出跡線114，從而分立晶體管晶片106、108的輸出側通過電感器110電連接到基體100上的輸出跡線114。

圖1B示出了在DC-DC轉換器的功率級元件連接到基體100后的基體100。根據該實施例，電感器110完全覆蓋功率級晶體管晶片106、108。這意味著電感器110和分立功率級晶體管晶片106、108有重疊的覆蓋區(qū)域，從而當電感器110附接到基體100時，電感器110提供足夠的空隙，從而分立功率級晶體管晶片106、108在電感器110之下，并且完全或部分地由電感器110覆蓋。在一個實施例中，與分立低邊晶體管晶片108連接的金屬地跡線116，輸入跡線112和相跡線120均完全由如圖1B所示的電感器110覆蓋。

圖1C示出了電感器110的俯視圖、側視圖和正視圖。依據該實施例，電感器110是包括纏繞在磁芯124上的單繞組122的單電感器。單繞組122將相跡線120電連接至基體100的輸出跡線114。更具體地，電感器110包括第一端子126，該第一端子126電連接至相跡線120，并且進而連接至由分立的高邊和低邊晶體管晶片106、108形成的輸出相。電感器110的第二端子(未示出)附接至輸出跡線114。電感器110的單繞組122，例如銅箔繞組，連接在第一和第二端子之間并且形成電感器110的主體的一部分。電感器110的主體與基體100通過間隙128隔開。在一個實施例中，電感器110的主體還包括用來在感應器110之下提供缺口128的立管130。缺口128提供位于電感器110和基體100之間的間隙以用來在電感器110之下容納分立功率級晶體管晶片106、108中的至少一個。圖1B中，分立功率級晶體管晶片106、108均設置在間隙128中并且被電感器110完全覆蓋。在一個實施例中，電感器110的朝向基體100的底面與每個分立功率級晶體管晶片106、108的頂面隔開，每個分立功率級晶體管晶片106、 108的頂面至少部分地被電感器110覆蓋至少0.1毫米。

圖2A至2C示出了輸出(相)電感器200、202、204不同的實施例的底面視圖，電感器200、202、204被設計為至少部分地覆蓋DC-DC轉換器的一個或多分立功率級晶體管晶片。圖2A至2C還示出了每個電感器200、202、204的覆蓋區(qū)，該覆蓋區(qū)對應于基體上分別用來附接電感器200、202、204至基體所需要的空間量。在圖2A和2B中，僅對應的電感器200/202的兩端子206/208、210/212被連接到基體。圖2B所示出的電感器202的端子208、212比端子圖2A示出的電感器200的端子206、210長。在一個實施例中，圖2B中的電感器202的第一和第二端子208、212的長度L_T1、L_T2的長度分別超過分立的高邊和低邊功率級晶體管晶片106、108結合的長度(L_DHS+L_DLS)。在圖2B中，通過虛線框來表示分立高邊和低邊晶體管晶片106、108，從而相對于電感器端子208、212的長度示出相應晶片的覆蓋區(qū)。圖2C中示出的電感器204的端子214、216明顯比圖2A和2B中示出的相應的電感器200/202的端子206/208、210/212短。同樣，在圖2C中示出的電感器204具有用于在電感器204附接到基體后來穩(wěn)定電感器204的額外的接線端子218。

圖3A至5A，以及3B至5B描述了基體300(譬如PCB)一部分的不同實施例的各自的自上而下的平面圖，DC-DC轉換器的功率級元件被附接至該部分。圖3A至5A示出了在功率級元件組裝之前的相應的基體部分，并且圖3B至5B示出了在功率級元件組裝后的相同的基體部分。因此，圖3A至5A僅顯示了功率級元件的覆蓋區(qū)。DC-DC轉換器可以是單相或多相轉換器，并且DC-DC轉換器的功率級的部件包括輸入電容器302、輸出電容器304、用于DC-DC轉換器的每個相的分立的高邊和低邊功率晶體管晶片306和308，以及用于將每一相耦合至由如前述的DC-DC轉換器調節(jié)的負載電感器310。

基體300包括各種金屬跡線(譬如銅跡線)以用于電連接功率級元件。金屬跡線相互分開，以防止短路。金屬跡線包括位于DC-DC轉換器的輸入電壓電位(Vin)處的輸入跡線312、位于DC-DC轉換 器的調節(jié)輸出電壓電位(Vout)處的輸出跡線314、一個或多個接地的地跡線316、318，以及同樣如先前所描述的相跡線320。

功率級的輸入電容器302連接在地跡線316中的一個和輸入跡線312之間。功率級的輸出電容器304連接在輸出跡線314和地跡線318之間。分立高邊晶體管晶片306電連接在輸入跡線312和相跡線320之間。分立低邊晶體管晶片308電連接在地跡線316中的一個和相跡線320之間。電感器310的一個端子322附接到相跡線320，并且另一端子324附接到輸出跡線314，從而分立晶體管晶片306、308的輸出通過電感器310被電連接至基體300上的輸出跡線314。

圖3B中，電感器310完全覆蓋分立低邊晶體管晶片308，并且不覆蓋分立高邊晶體管晶片306的任何部分。根據一個實施例，分立低邊晶體管晶片308設置在如前述的位于電感器310主體和基體300之間的間隙中。

在圖4B中，電感器310至少部分地覆蓋分立晶體管晶片306、308。根據一個實施例，分立高邊晶體管晶片306被電感器310部分地覆蓋，以及分立低邊晶體管晶片308被電感器310完全地覆蓋。如此，每個分立的高邊模晶體管306、308的引腳326保持不被電感器310覆蓋，并且能從外觀來檢查而沒有來自電感器310的干擾。

在圖5B中，電感器310部分地覆蓋分立低邊晶體管晶片308并且不覆蓋分立高邊晶體管晶片306的任何部分。在圖3B和4B中，分立的低邊晶體管晶片308設置在電感器310的端子322、324之間。在圖5B中，分立低邊晶體管晶片308設置為鄰近電感器端子322中的一個，但不位于電感器端子322、324之間。在圖3B、5B中，相跡線320在電感器310之下延伸。在圖3B和4B中，地跡線316中的一個在電感器310之下延伸。同時，在基體300的位于電感器310之下的第一區(qū)域，分立低邊晶體管晶片308附接到地跡線316和相跡線320。

圖6A至8A，以及6B至8B描述了基體400(譬如PCB)的一部分的不同實施例的各自的自上而下的平面圖，DC-DC轉換器的功率 級元件被附接至該部分。圖6A至8A示出了在組裝功率級元件之前的相應的基體部分，并且圖6B至8B示出了在附接功率級元件后的相同的基體部分。因此，圖6A至8A僅顯示功率級元件的覆蓋區(qū)。DC-DC轉換器可以是單相或多相轉換器，并且DC-DC轉換器的功率級的元件包括輸入電容器302、輸出電容器304、用于DC-DC轉換器的每個相的高邊和低邊功率晶體管晶片306、308，以及用于耦合每個相至由如前述的DC-DC轉換器所調節(jié)的負載的電感器310。

在圖6A至8A，和6B至8B中所示出的晶體管晶片方向與在圖3A至5A以及3B至5B所示出的方向一致。然而，相較于圖3A至5A以及3B至5B中所示出的布局，圖6A至8A以及6B至8B中示出的一個或多個基體金屬跡線有不同的布局配置。例如，在圖7A和7B中，輸入跡線312在電感器310之下延伸，并且分立高邊晶體管晶片306在基體400的位于電感器之下的第二區(qū)域中附接到輸入跡線312和相跡線120，該第二區(qū)域不同于在圖4A和4B所示的第一區(qū)域。在圖8A和8B中，分立晶體管晶片306、308被設置在間隙中并且鄰近電感器310的第一端子322。在圖5A和5B中，只有分立低邊晶體管晶片308是布置在該間隙中并且鄰近電感器310的第一端子322。在圖5中，分立高邊晶體管晶片308仍然完全被電感器310覆蓋。

圖9A至11A，以及9B至11B描述了基體500(譬如PCB)一部分的不同實施例的各自的自上而下的平面圖，DC-DC轉換器的功率級元件被附接至該部分。圖9A至11A示出了在功率級元件裝配之前的相應的基體部分，以及圖9B至11B示出了在功率級元件附接后的相同基體部分。因此，圖9A至11A僅顯示功率級元件的覆蓋區(qū)。DC-DC轉換器可以是單相或多相轉換器，并且DC-DC轉換器的功率級的部件包括輸入電容器302、輸出電容器304、用于DC-DC轉換器每個相的分立高邊和低邊功率晶體管晶片306、308，以及用于耦合每個相至由如前述的DC-DC轉換器調節(jié)的負載的電感器310。

圖9A至11A和9B至11B中示出了與圖6A至8A和6B至8B中所示出的類似的晶體管的方向和金屬跡線布局。然而，圖9A至11A 和9B至11B中示出的分立低邊晶體管晶片308的物理尺寸比分立高邊晶體管晶片306大。

各類電感器可用做DC-DC轉換器的輸出相電感器，該電感器部分地覆蓋在形成該級的分立晶體管晶片中的一個。例如圖3C中示出了單繞組電感器110。

圖12示出了耦合電感器600的立體圖，耦合電感器600可以取代DC-DC轉換器的兩個或多個單繞組相電感器。耦合電感器600包括纏繞在同一個磁芯(未示出)的兩個或多個分離繞組(未示出)。每個分離的單獨繞組具有一對端子602、604用于附接至基體上的對應的金屬跡線，并且相關聯(lián)于多相DC-DC轉換器的一個相。也就是說，每個分離繞組將多相DC-DC的一個相電連接至基體的輸出跡線。這種方式，使用一個單耦合電感器能夠實現(xiàn)多個相。另外，一個或多個電感器可以包括纏繞在同一磁芯的分離的耦合繞組，并且每個分離的耦合繞組將一個輸出相電連接到基體的輸出跡線。在每一種情況下，電感器600至少部分地覆蓋DC-DC轉換器的至少一個分立功率級晶體管晶片?；趫D12所示的耦合電感器的設計，多相DC-DC轉換器的至少兩個相的一個或兩個分立功率級晶體管晶片可以設置在耦合電感器的端子602、604之間并且至少部分地被耦合電感器600所覆蓋。

與空間相關的術語如“之下”、“以下”、“較低”、“之上”、“較高”以及類似的術語被用來易于描述以解釋一個元件相對于第二元件的位置。這些術語用來包含除了已經在圖中示出的不同方向之外的器件的不同方向。此外，如“第一”、“第二”等類似的術語也被用來描述各種元件、區(qū)域、部分等，并且而且也不用來打算限制。在說明書中，相同的術語指向相同的元件。

本文所使用的術語“有”、“含有”、“包含”、“包括”等類似的術語是開放式術語，用來指示所陳述的元件或特征的存在，但不排除其他元素或特征。冠詞“一(a/an)”、和“該(the)”被用來包括復數以及單數，除非上下文另有清晰說明。

結合變化和應用的上述范圍，應當理解的是本發(fā)明不限于前面的描述，也不限于附圖。相反，本發(fā)明僅通過以下的權利要求和它們的法定等同物來限制。