基于低溫共燒陶瓷混合集成的dc-dc變換器及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種隔離型DC-DC變換器，特別是一種基于低溫共燒陶瓷混合集成的DC-DC變換器及其制造方法。
【背景技術(shù)】
[0002]DC-DC變換器是電子系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)進(jìn)行傳遞時(shí)，使其具有很高的電阻隔離特性，以實(shí)現(xiàn)電子系統(tǒng)與用戶之間的隔離的一種芯片，廣泛應(yīng)用在計(jì)算機(jī)、通信、航天、國防等各個(gè)重要領(lǐng)域中。目前，為了能夠顯著節(jié)省成本和功耗，DC-DC變換器常采用晶圓CMOS工藝制造。然而，隨著工作頻率的不斷提高，CMOS級(jí)硅襯底的高頻損耗和金屬歐姆損耗十分顯著，導(dǎo)致變換器中變壓器性能急劇下降，品質(zhì)因數(shù)Q值常小于10，限制了基于CMOS工藝DC-DC變換器的發(fā)展和應(yīng)用。研究人員針對該問題開展了大量的工作，如申請?zhí)枮?01220317662.8、發(fā)明名稱為“一種新型的分形PGS結(jié)構(gòu)”的中國專利申請和申請?zhí)枮閁S201113019541、發(fā)明名稱為“Semiconductor device and method of forming holes insubstrate to interconnect top shield and ground shield，，的美國專利申請均是基于標(biāo)準(zhǔn)CMOS工藝進(jìn)行器件結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)模塊化接地保護(hù)(Patterned Ground Shield，PGS)結(jié)構(gòu)來減小變壓器的襯底損耗，但是這種優(yōu)化的效果與分立無源器件的性能相比不甚理想。而逐漸興起的低溫共燒陶瓷(LTCC)技術(shù)為高度集成的數(shù)字隔離器提供了一個(gè)更好的途徑，具有與分立無源器件相比擬的優(yōu)異性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]針對上述技術(shù)問題，本發(fā)明的主要目的在于提供一種可滿足集成化、小型化和高頻化要求的低溫共燒陶瓷變壓器與CMOS電路芯片混合集成的DC-DC變換器。
[0004]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，作為本發(fā)明的一個(gè)方面，本發(fā)明提供了一種基于低溫共燒陶瓷混合集成的DC-DC變換器，所述DC-DC變換器包括低溫共燒陶瓷微型變壓器和基于CMOS的電路芯片；其中，所述低溫共燒陶瓷微型變壓器為層疊式設(shè)計(jì)且與所述基于CMOS的電路芯片采用混合集成設(shè)計(jì)方式。
[0005]作為本發(fā)明的另一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種基于LTCC低溫共燒陶瓷微型變壓器的制造方法，包括以下步驟:
[0006]將配制好的低溫共燒陶瓷粉通過流延制成一定厚度的生瓷帶；
[0007]將流延好的生瓷帶切割成生瓷片，在需要過孔的位置打孔，需要形成空腔的位置形成空腔；
[0008]在所述生瓷片表面適當(dāng)位置以導(dǎo)體漿料印刷微型變壓器圖案，形成微型變壓器電路；
[0009]將多層生瓷片按照需要進(jìn)行疊壓，將壓好的生瓷片切割成單個(gè)器件或模塊；
[0010]將切割好的器件或模塊進(jìn)行一次性低溫?zé)Y(jié)。
[0011]作為本發(fā)明的再一個(gè)方面，本發(fā)明還提供了一種基于低溫共燒陶瓷混合集成的DC-DC變換器的制造方法，是通過將如上所述的基于LTCC低溫共燒陶瓷微型變壓器的制造方法制造的基于LTCC低溫共燒陶瓷微型變壓器與基于CMOS的電路芯片組裝在一起而制成。
[0012]基于上述技術(shù)方案可知，本發(fā)明的隔離型DC-DC變換器具有如下優(yōu)點(diǎn):(1)芯片面積??；常規(guī)方法通常是將DC-DC變換器中變壓器采用CMOS工藝單片集成與電路芯片進(jìn)行封裝，而本發(fā)明采用基于低溫共燒陶瓷微型變壓器，與CMOS電路芯片采用混合集成，從而大大減小芯片面積；⑵降低了成本；本發(fā)明采用LTCC和CMOS混合集成方案，相比普遍采用的驅(qū)動(dòng)電路、變壓器、接收電路分片集成DC-DC變換器，最大限度的減小了系統(tǒng)的體積、元器件數(shù)量，提高了性能和可靠性，降低了成本；⑶性能提升；本發(fā)明中LTCC陶瓷材料具有優(yōu)良的高頻高Q特性，同時(shí)使用電導(dǎo)率高的金屬材料作為導(dǎo)體材料，微型變壓器不受CMOS工藝下襯底渦流效應(yīng)的影響，有利于提高微型變壓器的性能和電路系統(tǒng)的品質(zhì)因子；同時(shí)，基于LTCC混合集成的CMOS電路芯片可以采用密閉的金屬封裝，可以有效防止外界電磁環(huán)境的干擾。
【附圖說明】
[0013]圖1a和圖1b分別為本發(fā)明基于低溫共燒陶瓷混合集成的DC-DC變換器的俯視和剖面結(jié)構(gòu)示意圖；
[0014]圖2為作為本發(fā)明一實(shí)施例的DC-DC變換器的電路原理示意圖；
[0015]圖3為作為發(fā)明一實(shí)施例的微型變壓器的分解結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0017]本發(fā)明公開了一種隔離型DC-DC變換器，具備低溫共燒陶瓷微型變壓器和基于CMOS的電路芯片；微型變壓器為層疊式設(shè)計(jì)且與電路芯片采用混合集成設(shè)計(jì)。
[0018]上述方案中，低溫共燒陶瓷微型變壓器的特點(diǎn)是:包括至少兩組金屬線圈組件的LTCC微型變壓器基板；所述金屬線圈組件包括金屬帶狀導(dǎo)電線圈，由初級(jí)線圈和次級(jí)線圈構(gòu)成；所述LTCC微型變壓器基板上金屬線圈導(dǎo)線圖樣圍繞同一軸制作。所述LTCC微型變壓器基板內(nèi)金屬導(dǎo)線通過通孔連接。
[0019]上述方案中，低溫共燒陶瓷微型變壓器采用生瓷帶和導(dǎo)體漿料制作。其中，所述生瓷帶由低溫共燒陶瓷粉制成，所述導(dǎo)體料漿可采用金漿或銀漿。該低溫共燒陶瓷粉應(yīng)滿足:
(I)燒結(jié)溫度應(yīng)該低于900°c ;(2)介電常數(shù)小、損耗低；(3)良好的物理和化學(xué)穩(wěn)定性以及機(jī)械性能；(4)熱膨脹系數(shù)要適當(dāng)、熱導(dǎo)率高等特點(diǎn)。常用的材料有微晶玻璃、單相陶瓷、玻璃陶瓷等。
[0020]上述方案中，CMOS電路芯片包括初級(jí)驅(qū)動(dòng)電路和次級(jí)接收電路。
[0021]下面參照附圖結(jié)合具體實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步的描述，以使本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以更好的理解本發(fā)明并能予以實(shí)施，但本發(fā)明能夠以很多不同于在此描述的其它方式來實(shí)施，因此所舉實(shí)例不作為對本發(fā)明的限定。
[0022]請參閱圖la，本發(fā)明基于低溫共燒陶瓷混合集成的DC-DC變換器由利用LTCC工藝制作而成的微型變壓器100、CMOS電路芯片200、陶瓷基板301、金屬殼體302、管腳引線焊盤303、殼體配套蓋板304、封口環(huán)305和管腳306組成，CMOS電路芯片包括初級(jí)驅(qū)動(dòng)電路和次級(jí)接收電路。<