1前言
应用不同形式多芯片组件（MCM）技术构成的集成电路（ICs）正日益增多。在一个MCM中，连接有大量的、多半有100个（裸）芯片，而且彼此靠得很近，主要目的是提高电子线路的有效密度。高密度互连（HDI）结构，便是这些技术之一项。采用HDI，可将一个由30~50个芯片组成的电子系统组装、互连在单个2×2英寸2（12.7×12.7mm2）陶瓷（如Al2O3，AlN）基片上。
这些MCMs，特别是高性能芯片对功率要求很高。要满足所有这些日益增长的需求，需要制造集成到MCMs和微处理器上的电源。电源的多数元件，例如半导体器件（裸芯片）、控制ICs（裸芯片）和电容器，都能与MCMs和微处理器要求的形状因子（典型的净高度0.1英寸）共形。因此，制造集成电源的实际问题，就是采用MCMs中一样的技术和工艺构建磁性元件，如变压器和电感器。
美国GE全球研究中心的W.A.Roshen等人研制出一种埋入陶瓷基片中的变压器。实验样品为60W  6:1变压器，净高约0.08英寸，工作频率1.0MHz，效率达98.7%。图1是埋入式磁性元件的放大图。
下面，介绍Roshen研制变压器的设计、制造工艺，及其性能检验的结果。
2器件设计与制造
高度低于0.1英寸的磁性元件，不允许采用单极结构，例如罐形磁心，因为它的绕组堆积高度高。为了解决这个问题，W.A.Roshen等人开发了多极磁心结构。在这种结构中，绕组可以沿着若干个磁极分布，从而大幅降低元件的总高度。多极变压器可以看作是在一种单个结构中有若干个变压器，其初级绕组系串联连接，次级绕组并联。图2(a)示出四极磁心结构。这种磁心结构可以用铁氧体块加工而成，也可以在铁氧体磁心烧结之前压制成形。
图1是一个四极埋入式变压器的放大透视图，图中同时示出了图形化的绕组层。埋入式磁性元件的制作步骤见图3(a)~(f)。图3(a)是采用类似金刚砂打磨、封装或在陶瓷基片上冲压等方法，加工成台阶形腔体。腔体中的台阶用于露出端子。加工薄的（0.02~0.04英寸）铁氧体板，放进腔体内，用合适的胶粘剂（例如GE的UVtem  6000）把板子粘贴到腔体上，[图3(b)]。也可以用GE公司制造的不导电SPAN聚合物粘结铁氧体板。电介质（绝缘）层叠合到铁氧体板上，用粘合剂固定[图3(c)]。介质材料常用聚酰亚胺，膜厚一般为0.0005~0.001英寸。第一层绕组系用溅射工艺沉积的很薄（1000~25000）铜膜或铜钛合金膜。然后，按需要的厚度（典型的约为0.001英寸）电镀金属层。结果如果3(a)所示。最后，用光刻膜掩蔽，湿蚀刻金属层，制成所需的图形[图3(e)]。
把另一层电介质重叠在第一绕组层上。用激光钻出通道，以作初、次级绕组的层间连接。接着像图3(f)那样，沉积第二金属层，并制成图形。重复这种工艺，直到完成全部绕组层的制作。在顶部绕组层上，重叠一附加电介质层。然后，加上共形金属掩模，用激光钻成大的通孔（见图1），让磁心顶部的各个柱了突显出来。用准分子激光器的激光烧蚀钻大孔，使底部铁氧体板通过。为了给磁心提供气隙，可以向下扩孔。采用这种办法，可以达到预定的励磁电感。接着，把有柱子的顶部铁氧体磁心(图1)放到顶部，以使各个柱子插进通孔内。在顶部铁氧体板上重叠最后一层聚酰亚胺膜。以牢固支承腔体中的变压器。
3性能评价
在计算绕组的直流电阻时注意到，绕组匝可以由直路线、环状线和若干用于绕组层互连的通道构成。在下列计算用方程式中，ρ——绕组导体电阻率，w——导体宽，t——导体膜厚，r——磁心柱子半径，d——柱间距，——直段长，h——通道高，rV——通道半径，np——初级匝数，ns——次级匝数，Rpri——初级直流电阻，Rses——次级直流电阻，N11——并联次级段数，——磁心磁阻，Npole——磁心极数，Lm——励磁电感，tp——磁心（顶/底）厚，wp——磁心板中的磁路宽，μ——磁心材料的磁导率，δ——趋肤深度，H——磁场，B——磁通密度，f——频率。每种绕组段的电阻，用方程(1a)~(1c)式计算。
 (1a)
 (1b)
 (1c)
绕组的总直流电阻，用(2a)和(2b)式算出。
 (2a)
 (2b)
与此类似，就和磁心柱对应的每段而言，磁路由直线段（顶/底部板中）和圆柱部分（柱本身）组成。磁心的净磁阻和变压器或电感器的励磁电感，用(3)式表达。
 (3)
为了计算绕组部分的漏感和交流电阻，运用以下几个公式。
 (4)
用(4a)可以算出次级绕组的交流电阻，次级绕组一般都夹在两段初级绕组之间。用同一式子还可以计算次级导体对漏感的影响。
计算磁心损耗也要特别注意，因为这部分的尺寸小。通常都会忽略这样一个事实：在高频下磁心损耗与磁心的截面积成线性关系，不宜采用由生产厂家提供的同形状磁心的损耗数据。这是因为在高频段，磁心损耗的主要分量是涡流损耗。涡流损耗分量与磁心的截面积和形状两者都有关系。例如就磁心柱子和顶部或底部板子而言，有两个式子可用。
 (4a)
 (4b)
若采用合适的绕组电感薄膜，便可忽略ac绕组的损耗。那么变压器总损耗公式为：
 (5)
利用以上的设计方程和结构，设计并试制出六极磁心结构6:1变压器，其额定功率50W，工作频率1.0MHz，效率达98.7%。六极磁心零件，使用Magnetics Inc.K材料块加工而成。变压器的净高度仅0.09英寸左右。

参考文献
W.A.Roshen，etal，J.Appl.Phys.，2005，97(10):10Q701.