DE-102025145081-A1 - GESTAPELTE LEISTUNGSWANDLERANORDNUNGEN

Abstract

Eine Leistungswandleranordnung umfasst einen Stapel von Schaltungskomponenten, um eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umzuwandeln. Der Stapel von Schaltungskomponenten kann folgende Merkmale umfassen: eine erste Komponentenschicht, die eine Treiberschaltungsanordnung umfasst; eine zweite Komponentenschicht, die mehrere Schalter umfasst, die durch die Treiberschaltungsanordnung in der ersten Komponentenschicht gesteuert werden; und eine dritte Komponentenschicht, die zwischen der ersten Komponentenschicht und der zweiten Komponentenschicht angeordnet ist, wobei die dritte Komponentenschicht zumindest eine Kondensatorkomponente aufweist, um eine Umwandlung der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung zu unterstützen. Bei einer anderen Implementierung umfasst die Leistungswandleranordnung folgende Merkmale: eine erste Komponentenschicht, die zumindest eine Kondensatorkomponente des Leistungswandlers umfasst; eine zweite Komponentenschicht, die mit der ersten Komponentenschicht gekoppelt ist, wobei die zweite Komponentenschicht eine Treiberschaltungsanordnung und mehrere Schalter umfasst; und eine dritte Komponentenschicht, die zumindest einen Induktor umfasst.

Inventors

• Sutej Reddy Challa
• EungSan Cho
• Darryl Tschirhart
• Danny Clavette
• Wenkang Huang
• Darryl Galipeau
• Matthew Straayer

Assignees

• INFINEON TECHNOLOGIES AUSTRIA AG

Dates

Publication Date

20260507

Application Date

20251103

Priority Date

20241104

Claims (20)

1. Eine Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine Leistungswandleranordnung, die einen Stapel von Schaltungskomponenten umfasst, wobei die Leistungswandleranordnung wirksam ist, um eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umzuwandeln, wobei der Stapel von Schaltungskomponenten folgende Merkmale umfasst: eine erste Komponentenschicht, die eine Schaltertreiberschaltungsanordnung umfasst; eine zweite Komponentenschicht, die mehrere Schalter umfasst, die durch die Schaltertreiberschaltungsanordnung in der ersten Komponentenschicht gesteuert werden; und eine dritte Komponentenschicht, die zwischen der ersten Komponentenschicht und der zweiten Komponentenschicht angeordnet ist, wobei die dritte Komponentenschicht zumindest eine Kondensatorkomponente aufweist, um eine Umwandlung der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung zu unterstützen.
2. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 , die ferner folgende Merkmale aufweist: elektrisch leitfähige Pfade, die sich durch die dritte Komponentenschicht erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Pfade wirksam sind, um Steuersignale von der Schaltertreiberschaltungsanordnung zu den mehreren Schaltern zu leiten.
3. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2 , die ferner folgende Merkmale aufweist: eine erste Umverteilungsschicht, die zwischen der ersten Komponentenschicht und der dritten Komponentenschicht angeordnet ist; und eine zweite Umverteilungsschicht, die zwischen der dritten Komponentenschicht und der zweiten Komponentenschicht angeordnet ist.
4. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3 , wobei die mehreren Schalter in der zweiten Komponentenschicht eine erste Schalterschaltung und eine zweite Schalterschaltung umfassen; und eine Schaltungskomponente, die in der zweiten Komponentenschicht zwischen der ersten Schalterschaltung und der zweiten Schalterschaltung angeordnet ist.
5. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4 , wobei die zumindest eine Kondensatorkomponente folgende Merkmale umfasst: einen ersten Kondensator, der wirksam ist, um die Eingangsspannung zu speichern; einen zweiten Kondensator, der wirksam ist, um eine Treiberspannung zu speichern, die durch die Schaltertreiberschaltungsanordnung verwendet wird; und einen dritten Kondensator, der wirksam ist, um die Ausgangsspannung zu speichern.
6. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 , wobei die zumindest eine Kondensatorkomponente in der dritten Komponentenschicht folgende Merkmale umfasst: einen Urladung-Kondensator, der zwischen die Schaltertreiberschaltungsanordnung in der ersten Komponentenschicht und ein erstes axiales Ende eines ersten elektrisch leitfähigen Pfads in einer dritten Komponentenschicht der Leistungswandleranordnung geschaltet ist.
7. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6 , wobei der Stapel von Schaltungskomponenten ferner folgende Merkmale umfasst: eine vierte Komponentenschicht, die folgende Merkmale aufweist: magnetisch permeables Material; und einen ersten elektrisch leitfähigen Pfad, der von dem magnetisch permeablen Material umschlossen ist.
8. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 7 , wobei der erste elektrisch leitfähige Pfad wirksam ist, um einen ersten Strom in einer ersten Richtung weg von der zweiten Komponentenschicht durch die vierte Komponentenschicht zu einer Last zu leiten, wobei die Leistungswandleranordnung ferner folgende Merkmale aufweist: einen zweiten elektrisch leitfähigen Pfad, der von dem magnetisch permeable Material umschlossen ist, wobei der zweite elektrisch leitfähige Pfad wirksam ist, um den ersten Strom in einer zweiten Richtung von der Last durch die vierte Komponentenschicht zu leiten.
9. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 8 , wobei der zweite elektrisch leitfähige Pfad ein einzelnes homogenes Element aus Metall ist, das sich durch die vierte Komponentenschicht erstreckt, wobei der zweite elektrisch leitfähige Pfad zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Pfad und einem dritten elektrisch leitfähigen Pfad in der vierten Komponentenschicht angeordnet ist, wobei der dritte elektrisch leitfähige Pfad wirksam ist, um einen zweiten Strom in der ersten Richtung zu der Last zu leiten.
10. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 , die ferner folgende Merkmale aufweist: ein Host-Substrat; eine Last; und wobei der Stapel von Schaltungskomponenten zwischen dem Host-Substrat und der dynamischen Last angeordnet ist, wobei der Stapel von Schaltungskomponenten wirksam ist, um die Eingangsspannung von dem Host-Substrat zu empfangen und die Ausgangsspannung der dynamischen Last zuzuführen.
11. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10 , wobei die zweite Komponentenschicht zumindest einen Kondensator umfasst.
12. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 11 , die ferner folgende Merkmale aufweist: ein Host-Package-Substrat, das einen Hohlraum umfasst; und wobei der Stapel von Schaltungskomponenten in dem Host-Package-Substrat angeordnet ist.
13. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 12 , wobei die dritte Komponentenschicht hergestellt ist aus: i) Glas, ii) Silizium; oder iii) einer Mehrfachverbindungsschicht aus Material.
14. Eine Vorrichtung, die folgende Merkmale aufweist: eine Leistungswandleranordnung, die einen Stapel von Leistungswandlerkomponenten umfasst, wobei die Leistungswandleranordnung wirksam ist, um eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umzuwandeln, wobei der Stapel von Leistungswandlerkomponenten folgende Merkmale umfasst: eine erste Komponentenschicht, die zumindest eine Kondensatorkomponente umfasst; eine zweite Komponentenschicht, die mit der ersten Komponentenschicht gekoppelt ist, wobei die zweite Komponentenschicht eine Schaltertreiberschaltungsanordnung und mehrere Schalter umfasst, wobei die mehreren Schalter durch die Schaltertreiberschaltungsanordnung gesteuert werden; eine dritte Komponentenschicht, die mit der zweiten Komponentenschicht gekoppelt ist, wobei die dritte Komponentenschicht zumindest einen Induktor umfasst; und wobei die zweite Komponentenschicht zwischen der ersten Komponentenschicht und der dritten Komponentenschicht angeordnet ist.
15. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 14 , die ferner folgende Merkmale aufweist: ein erstes Umverteilungssubstrat, das zwischen der ersten Komponentenschicht und der zweiten Komponentenschicht angeordnet ist; und ein zweites Umverteilungssubstrat, das zwischen der zweiten Komponentenschicht und der dritten Komponentenschicht angeordnet ist.
16. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 14 oder 15 , wobei die zumindest eine Kondensatorkomponente folgende Merkmale umfasst: einen ersten Kondensator, der wirksam ist, um die Eingangsspannung zu speichern; und einen zweiten Kondensator, der wirksam ist, um eine Treiberspannung zu speichern, die durch die Treiberschaltungsanordnung verwendet wird.
17. Die Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 , wobei die dritte Komponentenschicht folgende Merkmale umfasst: magnetisch permeables Material; und einen ersten elektrisch leitfähigen Pfad, der von dem magnetisch permeablen Material umschlossen ist, wobei sich der erste elektrisch leitfähige Pfad axial von einem ersten Knoten, der an einer ersten Oberfläche der dritten Komponentenschicht angeordnet ist, und einem zweiten Knoten, der an einer zweiten Oberfläche der dritten Komponentenschicht angeordnet ist, erstreckt, wobei die zweite Oberfläche gegenüber der ersten Oberfläche angeordnet ist.
18. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 17 , wobei der erste elektrisch leitfähige Pfad wirksam ist, um einen ersten Strom, der von der zweiten Komponentenschicht empfangen wird, durch die dritte Komponentenschicht in einer ersten Richtung zu einer Last zu leiten, wobei die Vorrichtung ferner folgende Merkmale aufweist: einen zweiten elektrisch leitfähigen Pfad, der von dem magnetisch permeablen Material umschlossen ist, wobei der zweite elektrisch leitfähige Pfad wirksam ist, um den ersten Strom in einer zweiten Richtung von der Last durch die dritte Komponentenschicht zu der zweiten Komponentenschicht zu leiten.
19. Die Vorrichtung gemäß Anspruch 18 , wobei der zweite elektrisch leitfähige Pfad ein einzelnes homogenes Element aus Metall ist, das sich durch die dritte Schicht erstreckt, wobei der zweite elektrisch leitfähige Pfad zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Pfad und einem dritten elektrisch leitfähigen Pfad in der dritten Komponentenschicht angeordnet ist, wobei der dritte elektrisch leitfähige Pfad wirksam ist, um einen zweiten Strom in der ersten Richtung zu leiten; und wobei der zweite elektrisch leitfähige Pfad wirksam ist, um den zweiten Strom in der zweiten Richtung von der Last durch die dritte Komponentenschicht zu der zweiten Komponentenschicht zu leiten.
20. Eine Anordnung, die folgende Merkmale aufweist: ein Host-Substrat; den Stapel von Schaltungskomponenten gemäß einem der Ansprüche 14 bis 19 , der mit dem Host-Substrat gekoppelt ist; eine dynamische Last, die mit dem Stapel von Schaltungskomponenten gekoppelt ist; und wobei der Stapel von Schaltungskomponenten zwischen dem Host-Substrat und der dynamischen Last angeordnet ist, wobei der Stapel von Schaltungskomponenten wirksam ist, um die Eingangsspannung von dem Host-Substrat zu empfangen und die Ausgangsspannung der dynamischen Last zuzuführen.

Description

Herkömmliche Schaltleistungsversorgungsschaltungen umfassen manchmal eine Energiespeicherkomponente, wie etwa einen Induktor, um eine Ausgangsspannung zu erzeugen, die eine Last mit Leistung versorgt. Um beispielsweise eine Größe einer Ausgangsspannung innerhalb eines gewünschten Bereichs zu halten, steuert eine Steuerung das Schalten des Eingangsstroms durch einen oder mehrere Induktoren. Im Allgemeinen ist ein herkömmlicher Induktor eine Komponente, die Draht oder ein anderes leitfähiges Material aufweist, das als eine Spule oder Helix geformt ist, um einen Betrag eines Magnetflusses durch einen jeweiligen Schaltungspfad zu erhöhen. Das Wickeln eines Drahts in eine Spule mit mehreren Windungen erhöht die Anzahl von jeweiligen Magnetflusslinien in einer jeweiligen Induktorkomponente, wodurch das Magnetfeld und somit die Gesamtinduktivität der jeweiligen Induktorkomponente erhöht wird. Bestimmte herkömmliche Leistungswandler umfassen eine Stapelung von Komponenten, um eine jeweilige Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umzuwandeln. Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, neuartige und verbesserte Vorrichtungen und Anordnungen, Induktorkomponenten sowie neuartige und verbesserte gestapelte Leistungswandlertopologien zu schaffen. Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 14 und eine Anordnung gemäß Anspruch 20 gelöst. Leistungswandleranordnung, die einen ersten Stapel von Schaltungskomponenten umfasst Erste Beispiele hierin umfassen eine neuartige Leistungswandleranordnung und ein Verfahren zur Herstellung derselben. Bei einem Beispiel umfasst eine hierin erörterte Vorrichtung eine Leistungswandleranordnung. Die Leistungswandleranordnung weist einen Stapel von Schaltungskomponenten auf. Die Leistungswandleranordnung und der Stapel von Schaltungskomponenten sind wirksam, um eine Eingangsspannung in eine Ausgangsspannung umzuwandeln. Der Stapel von Schaltungskomponenten kann konfiguriert sein, um Folgendes zu umfassen: eine erste Komponentenschicht, die eine Schaltertreiberschaltungsanordnung umfasst; eine zweite Komponentenschicht, die mehrere Schalter umfasst, die durch die Schaltertreiberschaltungsanordnung in der ersten Komponentenschicht gesteuert werden; und eine dritte Komponentenschicht, die zwischen der ersten Komponentenschicht und der zweiten Komponentenschicht angeordnet ist, wobei die dritte Komponentenschicht zumindest eine Kondensatorkomponente aufweist, um die Umwandlung der Eingangsspannung in die Ausgangsspannung zu unterstützen. Bei einem anderen Beispiel, wie hierin erörtert, können die Vorrichtung und der entsprechende Stapel von Schaltungskomponenten elektrisch leitfähige Pfade umfassen, die sich durch die dritte Komponentenschicht erstrecken, wobei die elektrisch leitfähigen Pfade wirksam sind, um Steuersignale von der Schaltertreiberschaltungsanordnung zu den mehreren Schaltern zu übertragen. Zusätzlich kann die hierin erörterte Vorrichtung konfiguriert sein, um Folgendes zu umfassen: eine erste Umverteilungsschicht, die zwischen der ersten Komponentenschicht und der dritten Komponentenschicht angeordnet ist; und eine zweite Umverteilungsschicht, die zwischen der dritten Komponentenschicht und der zweiten Komponentenschicht angeordnet ist. Noch ferner können die mehreren Schalter in der zweiten Komponentenschicht eine erste Schalterschaltung und eine zweite Schalterschaltung umfassen; und eine Schaltungskomponente kann in der zweiten Komponentenschicht zwischen der ersten Schalterschaltung und der zweiten Schalterschaltung angeordnet sein. Bei einem anderen Beispiel umfasst die zumindest eine Kondensatorkomponente Folgendes: einen ersten Kondensator, der wirksam ist, um die Eingangsspannung zu speichern; einen zweiten Kondensator, der wirksam ist, um eine Treiberspannung zu speichern, die durch die Schaltertreiberschaltungsanordnung verwendet wird; und einen dritten Kondensator, der wirksam ist, um die Ausgangsspannung zu speichern. Bei noch weiteren Beispielen kann die zumindest eine Kondensatorkomponente Folgendes umfassen: einen Urladung-Kondensator, der zwischen die Schaltertreiberschaltungsanordnung in der ersten Komponentenschicht und ein erstes axiales Ende eines ersten elektrisch leitfähigen Pfads in einer dritten Komponentenschicht der Leistungswandleranordnung geschaltet ist. Bei einem Beispiel ist der Urladung-Kondensator mit zwei Schaltern verbunden. Als ein anderes Beispiel kann der Stapel von Schaltungskomponenten Folgendes umfassen: eine vierte Komponentenschicht, die Folgendes aufweist: ein magnetisch permeables Material; und einen ersten elektrisch leitfähigen Pfad, der durch das magnetisch permeable Material umschlossen ist. Der erste elektrisch leitfähige Pfad kann dazu konfiguriert sein, einen ersten Strom in einer ersten Richtung weg von der zweiten Komponentenschicht durch die vierte Komponentenschicht zu einer Last zu leiten. Die Leistungswandleranordnung kann ferner einen zweiten elektrisch leitfähigen Pfad umfassen, der du