大电流抗磁干扰电源模块及其制备方法与流程

本发明涉及集成电源，尤其涉及一种大电流抗磁干扰电源模块及其制备方法。

背景技术：

1、随着电子设备向小型化、高频化及高密度集成方向发展，低温共烧陶瓷（ltcc）技术已成为将无源元件埋入基板内部以构建嵌入式电源模块的主流解决方案；在ltcc电源模块中，内埋平面电感在工作状态下因交变电流产生交变磁场，该磁场不仅沿基板厚度方向（垂直方向）传播，也会沿基板平面方向（水平方向）向四周扩散；这些磁场线会穿透周围陶瓷介质，与模块内的敏感信号线路（例如电压反馈信号线路、基准电压信号线路、使能信号线路等）发生电磁耦合，从而引发电磁干扰，导致电源模块输出纹波增大、输出电压波动、系统稳定性下降，严重时甚至可能引发逻辑错误或功能失效。

2、专利cn121397870a提出一种抗磁场干扰的ltcc内埋电感电源模块方案，该方案在ltcc基板内部埋设平面电感线圈，并将易受磁场干扰的敏感信号线路的垂直导电孔布局在ltcc基板的边缘区域，在基板完成烧结成型后，通过精密切割工艺，将布局有敏感信号垂直导电孔的基板边缘切除，使得该敏感信号垂直导电孔的一部分侧壁暴露于切割后的基板侧面空气中，不再完全被陶瓷介质所包裹，由于具有低磁导率特性的空气在垂直导电孔周围形成了局部高磁阻区域，可有效阻碍磁场沿垂直方向耦合到敏感信号线路上。然而，内埋平面电感产生的交变磁场除垂直分量外，还存在显著的水平分量，该水平分量能够绕过侧切形成的空气屏障，耦合至布置于基板表面层或内部水平延伸的敏感信号走线区域，现有方案仅使垂直导电孔的侧壁暴露于空气中，其形成的磁阻屏障仅对z轴方向的磁场分量有效，对x轴和y轴方向的水平分量磁场缺乏隔离作用；为克服上述问题，最优的方式是将敏感信号线路从基板内部引导至最顶部表面膜片层，利用表面层远离内埋电感的空间距离优势来降低水平磁场耦合强度，但在ltcc电源模块的传统设计中，为满足气密性封装和高可靠性要求，ltcc电源模块的外围设置有金封圈，金封圈是一个环绕模块四周的连续金属线框结构，在工作状态下需要保持接地电位，且金封圈与基板表面紧密贴合无间隙，敏感信号线路被引导至基板最顶部表面膜片层后，由于垂直导电孔位于基板边缘区域，金封圈的连续环绕结构完全封闭了敏感信号线路从模块内部向外部引出接地的路径，阻碍了垂直导电孔与基板表面焊盘之间的连接路径，若将金封圈开设缺口则会破坏电源模块的气密完整性；因此，在不破坏气密完整性的前提下如何实现垂直导电孔与顶部水平引线、焊盘之间的连接，成了该抗磁干扰电源模块技术路线中亟待解决的问题。

技术实现思路

1、本发明提供了一种大电流抗磁干扰电源模块及其制备方法，旨在解决垂直过孔侧切方案中敏感信号线路的表面水平引线被金封圈阻断的问题，从而可进一步降低ltcc电源模块内埋电感水平方向磁场对敏感信号线路的干扰。

2、本发明提供的大电流抗磁干扰电源模块包括：

3、器件基板，包括磁性陶瓷介质以及埋设于所述磁性陶瓷介质内部的平面电感线圈；

4、敏感信号线路，包括布设于所述器件基板边缘的垂直导电孔以及布设于所述器件基板上表面的水平引线、顶部焊盘；所述垂直导电孔以所述器件基板的外周侧端面作为切面，从而通过所述切面暴露于外部环境；所述顶部焊盘通过所述水平引线与所述垂直导电孔连接；

5、金封圈，沿所述器件基板的边缘呈环形布设于所述器件基板的上表面；

6、所述顶部焊盘位于所述金封圈围合形成的区域内，所述水平引线上覆盖有非磁性绝缘陶瓷隔离层，所述金封圈于所述非磁性绝缘陶瓷隔离层的上方跨越所述水平引线。

7、可选地，所述非磁性绝缘陶瓷隔离层的材质为硼硅酸盐玻璃陶瓷、钙铝硅系玻璃陶瓷或镁铝硅系玻璃陶瓷。

8、可选地，所述非磁性绝缘陶瓷隔离层的厚度为10~30μm。

9、本发明提供的大电流抗磁干扰电源模块的制备方法包括步骤：

10、s1，按电源模块的预设结构在生瓷带上制备平面电感线圈和垂直导电孔，将多片所述生瓷带叠放并进行压合形成器件基板生坯；

11、s2，在所述器件基板生坯的上表面印刷顶部焊盘和水平引线，所述顶部焊盘通过所述水平引线与所述垂直导电孔连接；

12、s3，将非磁性绝缘陶瓷浆料印刷在所述水平引线的表面形成非磁性绝缘陶瓷隔离层，对所述非磁性绝缘陶瓷隔离层进行烘干定型；

13、s4，沿预设器件基板区域的边缘印刷一圈金属线圈，所述顶部焊盘位于所述金属线圈围合形成的区域内，且所述金属线圈于所述非磁性绝缘陶瓷隔离层的上方跨越所述水平引线；

14、s5，将所述器件基板生坯烧结成型；

15、s6，在所述金属线圈的表面镀金形成金封圈，沿厚度方向对烧结成型后的器件基板生坯进行切割，切割道经过所述垂直导电孔，以使所述垂直导电孔暴露于外部环境。

16、可选地，所述非磁性绝缘陶瓷浆料包括40wt.%~60wt.%的非磁性绝缘陶瓷粉体、20wt.%~40wt.%的有机溶剂、5wt.%~10wt.%的粘结剂、0.3wt.%~2wt.%的触变剂、0.5wt.%~3wt.%的分散剂、2wt.%~5wt.%的增塑剂；

17、所述非磁性绝缘陶瓷粉体为硼硅酸盐玻璃陶瓷粉体、钙铝硅系玻璃陶瓷粉体或镁铝硅系玻璃陶瓷粉体。

18、可选地，所述有机溶剂为松油醇、二乙二醇丁醚、丁基卡必醇醋酸酯、乙基卡必醇、丙二醇甲醚醋酸酯中的至少一者；

19、所述粘结剂为乙基纤维素、羟乙基纤维素、羧甲基纤维素、硝基纤维素、聚乙烯醇缩丁醛、热塑性丙烯酸树脂、醇酸树脂、聚乙烯醇、聚丙烯酸酯共聚物中的至少一者。

20、可选地，所述触变剂为聚酰胺蜡、氢化蓖麻油、蓖麻油基有机衍生物中的至少一者；

21、所述分散剂为聚乙烯蜡、聚羧酸盐、硬脂酸钠、磷酸酯盐、聚丙烯酸铵中的至少一者；

22、所述增塑剂为邻苯二甲酸二丁酯、邻苯二甲酸二辛酯、邻苯二甲酸二异丁酯、柠檬酸三丁酯、乙酰柠檬酸三丁酯、癸二酸二辛酯、甘油、二甘醇中的至少一者。

23、可选地，所述非磁性绝缘陶瓷隔离层的覆盖总面积不超过所述器件基板生坯最顶层生瓷带面积的20%。

24、可选地，所述烧结成型包括步骤：

25、s51，将所述器件基板生坯加热至250~300℃后，保温360~420min进行排胶；

26、s52，将排胶后的器件基板生坯以不超过0.35℃/min的升温速率加热至850~900℃，保温180~300min进行烧结。

27、可选地，烧结成型过程中，采用陶瓷压板对器件基板生坯施加配重压力。

28、本发明具有以下有益效果：

29、本发明在将垂直导电孔侧壁暴露于空气中以降低垂直方向磁场对敏感信号线路干扰的基础上，将敏感信号线路从基板内部引导至基板的上表面，利用表面层远离内埋电感的物理空间距离，降低水平方向磁场对敏感信号线路水平引线的干扰，为实现这一目的，本发明在水平引线上覆盖非磁性绝缘陶瓷材料以避免水平引线与金封层的短接，解决了垂直过孔侧切方案中敏感信号线路的表面水平引线被金封圈阻断的问题。