Winding structure in coupled inductor for 3D integrated power module

Abstract

Embodiments disclosed herein may include an apparatus that comprises a magnetic core with a first pad and a second pad on a first surface of the magnetic core. In an embodiment, an electrically conductive first trace with a turn that is embedded in the magnetic core is configured to electrically couple the first pad to the second pad. In an embodiment, the apparatus may further include a third pad on a second surface of the magnetic core, and the third pad is configured to be electrically coupled to the second pad by an electrically conductive second trace on a surface of the magnetic core.

Description

WINDING STRUCTURE IN COUPLED INDUCTOR FOR 3D INTEGRATED POWER MODULEBACKGROUND

[0001] Advanced computing applications, such as those that enable artificial intelligence (AI) , machine learning (ML) , or high performance computing (HPC) , demand high computing performance. This has pushed GPU power / per module beyond 1kW. However, typical GPU cards / modules still rely on traditional form factors, such as PCIE cards or OAM cards. This results in the need for high power delivery density for such systems. In order to meet the necessary power delivery density, three-dimensional (3D) integrated power modules have become desirable in order to provide the desired power delivery to supply to power the GPU within the limited footprint.BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS

[0002] Figure 1A is a schematic illustration of a conventional discrete inductor for power delivery, in accordance with an embodiment.

[0003] Figure 1B is a schematic illustration of a coupled inductor for power delivery, in accordance with an embodiment.

[0004] Figure 2 is an equivalent circuit of an inversely coupled inductor, in accordance with an embodiment.

[0005] Figure 3A is a perspective view illustration of a coupled inductor with an integrated winding structure that simplifies assembly and allows for pads to be provided on a side of the inductor and a bottom side of the inductor, in accordance with an embodiment.

[0006] Figure 3B is a perspective view illustration of the coupled inductor in Figure 3A with control MOSFETs provided on pads on the side of the inductor, in accordance with an embodiment.

[0007] Figure 3C is a cross-sectional illustration of a substrate with a coupled inductor and associated cooling module, in accordance with an embodiment.

[0008] Figure 4A is a perspective view illustration of a coupled inductor with an integrated winding structure that simplifies assembly and allows for pads to be provided on a top side of the inductor and a bottom side of the inductor.

[0009] Figure 4B is a perspective view illustration of the coupled inductor in Figure 4A with control MOSFETs provided on pads on the top side of the inductor.

[0010] Figure 4C is a cross-sectional illustration of a substrate with a coupled inductor and associated cooling module, in accordance with an embodiment.

[0011] Figure 5 is a cross-sectional illustration of an electronic system in accordance with an embodiment.

[0012] Figure 6 is a schematic of a computing device built in accordance with an embodiment.  EMBODIMENTS OF THE PRESENT DISCLOSURE

[0013] Described herein are electronic systems, and more particularly, winding structures in coupled inductors for 3D integrated power modules, in accordance with various embodiments. In the following description, various aspects of the illustrative implementations will be described using terms commonly employed by those skilled in the art to convey the substance of their work to others skilled in the art. However, it will be apparent to those skilled in the art that the present invention may be practiced with only some of the described aspects. For purposes of explanation, specific numbers, materials and configurations are set forth in order to provide a thorough understanding of the illustrative implementations. However, it will be apparent to one skilled in the art that the present invention may be practiced without the specific details. In other instances, well-known features are omitted or simplified in order not to obscure the illustrative implementations.

[0014] Various operations will be described as multiple discrete operations, in turn, in a manner that is most helpful in understanding the present invention, however, the order of description should not be construed to imply that these operations are necessarily order dependent. In particular, these operations need not be performed in the order of presentation.

[0015] Various embodiments or aspects of the disclosure are described herein. In some implementations, the different embodiments are practiced separately. However, embodiments are not limited to embodiments being practiced in isolation. For example, two or more different embodiments can be combined together in order to be practiced as a single device, process, structure, or the like. The entirety of various embodiments can be combined together in some instances. In other instances, portions of a first embodiment can be combined with portions of one or more different embodiments. For example, a portion of a first embodiment can be combined with a portion of a second embodiment, or a portion of a first embodiment can be combined with a portion of a second embodiment and a portion of a third embodiment.

[0016] As noted above, advance computing systems have increased the GPU power / per module ratio. In order to obtain the desired power within a confined form factor, high power delivery densities are desired. In order to meet the necessary power delivery density, three-dimensional (3D) integrated power modules may be used. Integrating power inductors and switches (e.g., MOSFETs) into a two phase inductor module is one option to reach the desired high power density while retaining good efficiency and scalability. It has been shown that the design of the power inductor may play an important role to achieve overall high efficiency of such modules.

[0017] Inversely coupled inductors are appealing since they may reduce inductor size and significantly reduce output decoupling dramatically, which is desirable for high power density applications. However, inversely coupled inductors suffer from routing inefficiencies due to the need for extra board wiring (e.g., traces) or the need for copper wiring. For example, the path length in a typical voltage regulator layout is almost three times the discrete inductor design. This may cause extra RMS loss while also using more board real estate.

[0018] An example of such an issue is shown in Figures 1A and 1B. Figure 1A illustrates a layout for a discrete two phase inductor 100. As shown, the switches 102 and 103 are electrically coupled to a VOUT 104 by electrically conductive routing 116 and 117, respectively. The electrically conductive routing 116 passes through a magnetic core 114 of a first inductor 112, and the electrically conductive routing 117 passes through a magnetic core 115 of a second inductor 113.

[0019] Figure 1B illustrates a layout for a coupled two phase inductor 100. The coupled two phase inductor 100 is similar to the discrete two phase inductor 100 in Figure 1A, with the exception of the electrically conductive routing 117. As shown, additional winding through the magnetic core 115 is used (e.g., electrically conductive routing 117A –117C in different PCB layers. For example, the electrically conductive routing 117A and 117C may be extra routing layers that need to be added to the structure compared to discrete inductor routing. This increases the overall path length and negatively impacts RMS, while also occupying more board space.

[0020] Referring now to Figure 2, an equivalent diagram of a coupled inductor 120 is shown. In Figure 2, switches 102 and 103 may be included for selectively switching the inductors L1 and L2 to a circuit including the load to be driven. The switches 102 and 103 may be alternately closed to couple the same or different inductances of the inductors to a load, illustratively shown by a capacitor, or only either of the switches 102 and 103 may be closed, or both switches 102 and 103 may be simultaneously closed, depending on the requirements of the load. When operating in the coupled state (as shown in Figure 2) the reluctance path through the bridge between magnetic cores is too high to pass any substantial amount of magnetic flux. Consequently, as shown by arrow M, the inductors L1 and L2 operate in an inversely coupled state having a magnetic flux direction and coupled inductance value based on which switch 102 or 103 is open / closed. The letter M indicates the formation of a mutual inductance between the core windings. Also, the dots adjacent the windings denote the voltage polarity with respect to the windings. For example, when current enters the dot corresponding to the windings of L1, energy is induced in the windings of L2 and current is output along the circuit path coupled to the dot of this second winding.

[0021] In order to reduce the length of the electrical path, embodiments disclosed herein comprise a coupled inductor winding structure that eliminates the necessity of extra PCB or wire routing. This improves performance as well as makes the coupled inductor more friendly for application in a 3D integrated power module.

[0022] Referring now to Figure 3A, a perspective view illustration of a coupled inductor 330 is shown, in accordance with an embodiment. As shown, a first winding 316 and a second winding 317 are provided through a magnetic core 350. That is, at least a portion of the first winding 316 and a portion of the second winding 317 may be embedded within the magnetic core 350. In an embodiment, the magnetic core 350 may comprise a monolithic magnetic material, or the magnetic core 350 may comprise two or more magnetic layers. In some embodiments with multiple magnetic layers, gaps (which may be air gaps or filled with other dielectric material) may be provided between layers. While shown as a monolithic structure, some embodiments may include holes through some portions of the magnetic core 350. In an embodiment, the magnetic core 350 may comprise any suitable magnetic material, such as a ferrous material or the like.

[0023] In an embodiment, the first winding 316 may comprise an electrically conductive trace 318. The electrically conductive trace 318 may comprise any number of turns to provide a desired level of inductance. For example, the first winding 316 is shown as having a single turn in Figure 3A. In an embodiment, the single turn of the trace 318 may comprise a first portion 318A, a second portion 318B, and a third portion 318C. In an embodiment, the first portion 318A and the third portion 318C may be formed along planes that are substantially parallel to a top surface 352 and / or a bottom surface 354 of the magnetic core 350. As shown, the first portion 318A may be electrically coupled to the third portion 318C by the second portion 318B. In an embodiment, the second portion 318B may be formed along a plane that is substantially orthogonal to the top surface 352 and / or bottom surface 354 of the magnetic core 350. In some embodiments, the third portion 318C may be substantially within a footprint of the first portion 318A.

[0024] Similarly, the second winding 317 may comprise an electrically conductive trace 319 with any desired number of turns. For example, the second winding 317 is shown as having a single turn in Figure 3A. In an embodiment, the single turn of the trace 319 may comprise a first portion 319A, a second portion 319B, and a third portion 319C. In an embodiment, the first portion 319A and the third portion 319C may be formed along planes that are substantially parallel to a top surface 352 and / or a bottom surface 354 of the magnetic core 350. As shown, the first portion 319A may be electrically coupled to the third portion 319C by the second portion 319B. In an embodiment, the second portion 319B may be formed along a plane that is substantially orthogonal to the top surface 352 and / or bottom surface 354 of the magnetic core 350. In some embodiments, the third portion 319C may be substantially within a footprint of the first portion 319A.

[0025] In an embodiment, the first winding 316 may be electrically coupled to a pair of pads 334 and 332 on a sidewall surface 351 of the magnetic core 350, and the second winding 317 may have pads 331 and 333 on the same sidewall surface 351 as the pads 334 and 332. Such a configuration requires difficult routing in order to get inputs and switches (not shown) coupled to the inductor 330. That is, both the switches and the electrical routing to the coupled inductor 330 need to access the same sidewall surface 351 of the magnetic core 350. In addition to electrical routing difficulties, this also increases the difficulty of providing cooling modules (e.g., a heat sink, liquid cooling modules, and / or the like) adjacent to the switches.

[0026] Accordingly, embodiments may further include an extended segment 335 of the first winding 316 that is provided along a sidewall surface 353 that is adjacent to the sidewall surface 351. The extended segment 335 allows for the pad 334 to be relocated to the bottom surface 354 of the magnetic core 350 as pad 336. Similarly, pad 333 may be routed to the bottom surface 354 of the magnetic core 350 as well. In the illustrated embodiment, pad 333 is directly connected to the pad 337. Though, any suitable electrical routing along a surface (or surfaces) of the magnetic core 350 may be used in order to electrically couple the pad 333 to the pad 337. As such, the pads for the switches (e.g., pads 331 and 332) are provided on different surfaces of the magnetic core 350 than the pads for the inputs (e.g., pads 336 and 337) . This allows for easier routing design and improved thermal control.

[0027] In Figure 3A, the extended segment 335 is electrically coupled to the pad 334 by a trace 312 that is provided over the top surface 352 of the magnetic core 350. Though, in other embodiments, a trace or other electrical connection may wrap around a corner of the magnetic core 350 between the sidewall surface 351 and the sidewall surface 353. Further, while the pads 331 –334, 336, and 337 are described as being “on” the surfaces of the magnetic core 350, the pads 331 –334, 336, and 337 may be recessed into surfaces of the magnetic core 350. Similarly, traces on the surface of the magnetic core 350 (e.g., extended segment 335 and / or trace 312) may be recessed into the surface of the magnetic core 350.

[0028] Figure 3B is a perspective view illustration of the coupled inductor 330 after the switches 341 and 342 are coupled to pads 331 and 332, respectively to realize inverse coupling. In some embodiments, the structure of inductor 330 is more friendly for integrating thermal control modules for the switches 341 and 342, such as a liquid cooling power module, since the switches 341 and 342 are positioned along the sidewall surface 351 of the magnetic core 350 instead of at a top surface 352 or bottom surface 354 of the magnetic core 350. Additionally, since the switches 341 and 342 are on a different surface of the magnetic core 350 than the input pads 336 and 337, there is more room to provide the thermal control module for the switches 341 and 342. As noted above, this configuration also eliminates extra routing (e.g., through either the board or copper wire) and uses the inductor windings 316 and 317 as a complete entity to achieve the routing to provide a lower Rpath resistance. Accordingly, the coupled inductor 330 may exhibit a higher conversion efficiency than existing solutions.

[0029] Referring now to Figure 3C, a side view illustration of a device 300 is shown, in accordance with an embodiment. In an embodiment, the device 300 may comprise a coupled inductor 330 that is coupled to a substrate 360, such as a board (e.g., a printed circuit board (PCB) or the like) . In an embodiment, the coupled inductor 330 may be similar to the coupled inductor 330 described above with respect to Figures 3A and 3B. For example, the coupled inductor 330 may comprise a magnetic core 350. In an embodiment, a pad 334 on the sidewall surface of the magnetic core 350 is electrically coupled to a pad 336 on a surface of the magnetic core 350 that faces the substrate 360 by a trace 312 over the top surface of the magnetic core 350 and an extended segment 335 that is provided along a sidewall surface of the magnetic core 350. In an embodiment, the pad 336 may be electrically coupled to a pad 361 of the substrate 360 by an interconnect 326, such as a solder interconnect or any other surface mount interconnect. In an embodiment, a switch 342 may be electrically coupled to an additional pad 332 on the sidewall surface of the magnetic core 350. An additional switch 341 (indicated with a dashed outline to indicate that the switch 341 is out of the plane of Figure 3C) is coupled to a pad on the sidewall surface of the magnetic core 350 that is hidden by the pad 334.

[0030] The coupled inductor 330 may also comprise one or more dummy pads 325 that are used to provide mechanical support to the coupled inductor 330 when mounted to the substrate 360. For example, the dummy pad 325 may not be electrically coupled to any of the electrically conductive turns within the coupled inductor 330. Similarly, the pad 361 that is electrically coupled to dummy pad 325 by an interconnect 326 may not be electrically coupled to circuitry within and / or on the substrate 360.

[0031] In an embodiment, a thermal control module 362 may be provided adjacent to the switches 341 and 342. The thermal control module 362 may be used to remove heat from the switches 341 and 342 during operation. While a single thermal control module 362 is shown in Figure 3C, other embodiments may include individual thermal control modules 362 for each of the switches 341 and 342. In an embodiment, the thermal control module 362 may comprise a heatsink, cooling fins, a liquid cooling module, and / or the like. In some embodiments, a thermal interface material (TIM) may be provided between the thermal control module 362 and the switches 341 and 342.

[0032] Referring now to Figure 4A, a perspective view illustration of a coupled inductor 430 is shown, in accordance with an embodiment. As shown a first winding 416 and a second winding 417 are provided through a magnetic core 450. That is, at least a portion of the first winding 416 and a portion of the second winding 417 may be embedded within the magnetic core 450. In an embodiment, the magnetic core 450 may comprise a monolithic magnetic material, or the magnetic core 450 may comprise two or more magnetic layers. In some embodiments with multiple magnetic layers, gaps (which may be air gaps or filled with other dielectric material) may be provided between layers. While shown as a monolithic structure, some embodiments may include holes through some portions of the magnetic core 450. In an embodiment, the magnetic core 450 may comprise any suitable magnetic material, such as a ferrous material or the like.

[0033] In an embodiment, the first winding 416 may comprise an electrically conductive trace 418. The electrically conductive trace 418 may comprise any number of turns to provide a desired level of inductance. For example, the first winding 416 is shown as having a single turn in Figure 4A. In an embodiment, the single turn of the trace 418 may comprise a first portion 418A, a second portion 418B, and a third portion 418C. In an embodiment, the first portion 418A and the third portion 418C may be formed along planes that are substantially orthogonal to a top surface 452 and / or a bottom surface 454 of the magnetic core 450. As shown, the first portion 418A may be electrically coupled to the third portion 418C by the second portion 418B. In an embodiment, the second portion 418B may be formed along a plane that is substantially parallel to the top surface 452 and / or bottom surface 454 of the magnetic core 450. In some embodiments, the third portion 418C may be substantially aligned with the first portion 418A.

[0034] Similarly, the second winding 417 may comprise an electrically conductive trace 419 with any desired number of turns. For example, the second winding 417 is shown as having a single turn in Figure 4A. In an embodiment, the single turn of the trace 419 may comprise a first portion 419A, a second portion 419B, and a third portion 419C. In an embodiment, the first portion 419A and the third portion 419C may be formed along planes that are substantially orthogonal to a top surface 452 and / or a bottom surface 454 of the magnetic core 450. As shown, the first portion 419A may be electrically coupled to the third portion 419C by the second portion 419B. In an embodiment, the second portion 419B may be formed along a plane that is substantially parallel to the top surface 452 and / or bottom surface 454 of the magnetic core 450. In some embodiments, the third portion 419C may be substantially aligned with the first portion 419A.

[0035] In an embodiment, the first winding 416 may be electrically coupled to a pair of pads 434 and 432 on the top surface 452 of the magnetic core 450, and the second winding 417 may have pads 431 and 433 on the top surface 452 as well. Such a configuration requires difficult routing in order to get inputs and switches (not shown) coupled to the inductor 430. That is, both the switches and the electrical routing to the coupled inductor 430 need to access the top surface 452 of the magnetic core 450 (or a bottom surface of the magnetic core 450, depending on the mounting orientation) . In addition to electrical routing difficulties, this also increases the difficulty of providing cooling modules (e.g., a heat sink, liquid cooling modules, and / or the like) adjacent to the switches.

[0036] Accordingly, embodiments may further include a first extended segment 438 of the first winding 416 that is provided along a sidewall surface 455. The first extended segment 438 allows for the pad 434 to be relocated to the bottom surface 454 of the magnetic core 450 as pad 437. Similarly, pad 433 may be routed to the bottom surface 454 of the magnetic core 450 as well. In the illustrated embodiment, pad 433 is electrically coupled to the pad 436 by a second extended segment 435 that passes over sidewall surface 453, which may be opposite from the sidewall surface 455. Though, any suitable electrical routing along a surface (or surfaces) of the magnetic core 450 may be used in order to electrically couple the pad 433 to the pad 436 and / or to electrically couple pad 434 to pad 437. As such, the pads for the switches (e.g., pads 431 and 432) are provided on different surfaces of the magnetic core 450 than the pads for the inputs (e.g., pads 436 and 437) . This allows for easier routing design and improved thermal control.

[0037] In Figure 4A, the extended segment 435 and the extended segment 438 that are electrically coupled to the pads 436 and 437, respectively, are shown as being “on” the surfaces 453 and 455 of the magnetic core 450. Similarly, the pads 431 –434, 436, and 437 are described as being “on” the surfaces of the magnetic core 450. However, the pads 431 –434, 436, and 437 and / or the extended segments 435 and 438 may be recessed into surfaces of the magnetic core 450.

[0038] Figure 4B is a perspective view illustration of the coupled inductor 430 after the switches 441 and 442 are coupled to pads 431 and 432, respectively, to realize inverse coupling. In some embodiments, the structure of inductor 430 is more friendly for integrating thermal control modules for the switches 441 and 442, such as a liquid cooling power module, since the switches 441 and 442 are positioned on an opposite surface (e.g., the top surface 452) of the magnetic core 450 from the input pads 436 and 437 (e.g., the bottom surface 454) . Additionally, since the switches 441 and 442 are on a different surface of the magnetic core 450 than the input pads 436 and 437, there is more room to provide the thermal control module for the switches 441 and 442. As noted above, this configuration also eliminates extra routing (e.g., through either the board or copper wire) and uses the inductor windings 416 and 417 as a complete entity to achieve the routing to provide a lower Rpath resistance. Accordingly, the coupled inductor 430 may exhibit a higher conversion efficiency than existing solutions.

[0039] Referring now to Figure 4C, a side view illustration of a device 400 is shown, in accordance with an embodiment. In an embodiment, the device 400 may comprise a coupled inductor 430 that is coupled to a substrate 460, such as a board (e.g., a PCB or the like) . In an embodiment, the coupled inductor 430 may be similar to the coupled inductor 430 described above with respect to Figures 4A and 4B. For example, the coupled inductor 430 may comprise a magnetic core 450. In an embodiment, a pad 433 on the top surface of the magnetic core 450 is electrically coupled to a pad 436 on a surface of the magnetic core 450 that faces the substrate 460 by an extended segment 435 that is provided along a sidewall surface of the magnetic core 450. In an embodiment, the pad 436 may be electrically coupled to a pad 461 of the substrate 460 by an interconnect 426, such as a solder interconnect or any other surface mount interconnect. In an embodiment, a switch 442 may be electrically coupled to an additional pad 432 on the top surface of the magnetic core 450. An additional switch 441 (indicated with a dashed outline to indicate that the switch 441 is out of the plane of Figure 4C) is coupled to a pad on the top surface of the magnetic core 450 that is hidden by the pad 433.

[0040] The coupled inductor 430 may also comprise one or more dummy pads 425 that are used to provide mechanical support to the coupled inductor 430 when mounted to the substrate 460. For example, the dummy pad 425 may not be electrically coupled to any of the electrically conductive turns within the coupled inductor 430. Similarly, the pad 461 that is electrically coupled to dummy pad 425 by an interconnect 426 may not be electrically coupled to circuitry within and / or on the substrate 460.

[0041] In an embodiment, a thermal control module 462 may be provided over the switches 441 and 442. The thermal control module 462 may be used to remove heat from the switches 441 and 442 during operation. While a single thermal control module 462 is shown in Figure 4C, other embodiments may include individual thermal control modules 462 for each of the switches 441 and 442. In an embodiment, the thermal control module 462 may comprise a heatsink, cooling fins, a liquid cooling module, and / or the like. In some embodiments, a TIM may be provided between the thermal control module 462 and the switches 441 and 442.

[0042] Referring now to Figure 5, a cross-sectional illustration of an electronic system 590 is shown, in accordance with an embodiment. In an embodiment, the electronic system 590 may comprise a board 560, such as a PCB or the like. In an embodiment, an electronic package 570 may be coupled to the board 560 by any suitable interconnects 573, such as any second level interconnect (SLI) . The electronic package 570 may comprise a package substrate 571, such as a plurality of buildup layers over a core, an interposer, and / or the like. In an embodiment, one or more dies 575 may be electrically coupled to the package substrate 571 by any suitable interconnect 574, such as a first level interconnect (FLI) . The die 575 may be any type of die, such as a processor (e.g., a central processing unit (CPU) , a graphics processing unit (GPU) , an XPU, etc. ) , a memory die, a communications die, and / or the like.

[0043] In an embodiment, one or more coupled inductors 530 may be electrically coupled to the board 560. The coupled inductors 530 may be similar to any of the coupled inductors described in greater detail herein. For example, the coupled inductors 530 may comprise a magnetic core 550 with an external trace 535 that electrically couples a pad 533 to a pad 536 on an opposing surface of the magnetic core 550. In an embodiment, a pad 532 may be coupled to a switch 542. A second switch 541 may be coupled to a pad that is hidden behind the pad 533. A pair of electrically conductive windings (not visible) may be embedded within the magnetic core 550. In an embodiment, a thermal control module 562 may be thermally coupled to one or both of the switches 541 or 542. In an embodiment, interconnects 567 may couple the coupled inductors 530 to pads on the board 560.

[0044] In Figure 5, the coupled inductors 530 are similar to the coupled inductors described with respect to Figures 4A –4C. However, in other embodiments, the coupled inductors 530 may be similar to the coupled inductors described with respect to Figures 3A –3C. Alternatively, multiple different types of coupled inductors 530 may be coupled to a single board 560, depending on the design specifications of the electronic system 590.

[0045] Figure 6 illustrates a computing device 600 in accordance with one implementation of the disclosure. The computing device 600 houses a board 602. The board 602 may include a number of components, including but not limited to a processor 604 and at least one communication chip 606. The processor 604 is physically and electrically coupled to the board 602. In some implementations the at least one communication chip 606 is also physically and electrically coupled to the board 602. In further implementations, the communication chip 606 is part of the processor 604.

[0046] These other components include, but are not limited to, volatile memory (e.g., DRAM) , non-volatile memory (e.g., ROM) , flash memory, a graphics processor, a digital signal processor, a crypto processor, a chipset, an antenna, a display, a touchscreen display, a touchscreen controller, a battery, an audio codec, a video codec, a power amplifier, a global positioning system (GPS) device, a compass, an accelerometer, a gyroscope, a speaker, a camera, and a mass storage device (such as hard disk drive, compact disk (CD) , digital versatile disk (DVD) , and so forth) .

[0047] The communication chip 606 enables wireless communications for the transfer of data to and from the computing device 600. The term “wireless” and its derivatives may be used to describe circuits, devices, systems, methods, techniques, communications channels, etc., that may communicate data through the use of modulated electromagnetic radiation through a non-solid medium. The term does not imply that the associated devices do not contain any wires, although in some embodiments they might not. The communication chip 606 may implement any of a number of wireless standards or protocols, including but not limited to Wi-Fi (IEEE 802.11 family) , WiMAX (IEEE 802.16 family) , IEEE 802.20, long term evolution (LTE) , Ev-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, derivatives thereof, as well as any other wireless protocols that are designated as 3G, 4G, 5G, and beyond. The computing device 600 may include a plurality of communication chips 606. For instance, a first communication chip 606 may be dedicated to shorter range wireless communications such as Wi-Fi and Bluetooth and a second communication chip 606 may be dedicated to longer range wireless communications such as GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, Ev-DO, and others.

[0048] The processor 604 of the computing device 600 includes an integrated circuit die packaged within the processor 604. In some implementations of the disclosure, the integrated circuit die of the processor may be part of an electronic system that comprises a coupled inductor that comprises electrically conductive windings embedded in a magnetic core and an extended segment on a surface of the magnetic core that repositions a pad from a first surface of the magnetic core to a second surface of the magnetic core, in accordance with embodiments described herein. The term “processor” may refer to any device or portion of a device that processes electronic data from registers and / or memory to transform that electronic data into other electronic data that may be stored in registers and / or memory.

[0049] The communication chip 606 also includes an integrated circuit die packaged within the communication chip 606. In accordance with another implementation of the disclosure, the integrated circuit die of the communication chip may be part of an electronic system that comprises a coupled inductor that comprises electrically conductive windings embedded in a magnetic core and an extended segment on a surface of the magnetic core that repositions a pad from a first surface of the magnetic core to a second surface of the magnetic core, in accordance with embodiments described herein.

[0050] In an embodiment, the computing device 600 may be part of any apparatus. For example, the computing device may be part of a personal computer, a server, a mobile device, a tablet, an automobile, or the like. That is, the computing device 600 is not limited to being used for any particular type of system, and the computing device 600 may be included in any apparatus that may benefit from computing functionality.

[0051] The above description of illustrated implementations of the disclosure, including what is described in the Abstract, is not intended to be exhaustive or to limit the disclosure to the precise forms disclosed. While specific implementations of, and examples for, the disclosure are described herein for illustrative purposes, various equivalent modifications are possible within the scope of the disclosure, as those skilled in the relevant art will recognize.

[0052] These modifications may be made to the disclosure in light of the above detailed description. The terms used in the following claims should not be construed to limit the disclosure to the specific implementations disclosed in the specification and the claims. Rather, the scope of the disclosure is to be determined entirely by the following claims, which are to be construed in accordance with established doctrines of claim interpretation.EXAMPLES:

[0053] Example 1: an apparatus, comprising: a magnetic core; a first pad and a second pad on a first surface of the magnetic core, wherein an electrically conductive first trace with a turn that is embedded in the magnetic core is configured to electrically couple the first pad to the second pad; and a third pad on a second surface of the magnetic core, wherein the third pad is configured to be electrically coupled to the second pad by an electrically conductive second trace on a surface of the magnetic core.

[0054] Example 2: the apparatus of Example 1, wherein the second surface is adjacent to the first surface.

[0055] Example 3: the apparatus of Example 1 or Example 2, wherein the second surface is opposite from the first surface.

[0056] Example 4: the apparatus of Examples 1-3, wherein the turn comprises: a first portion that is orthogonal to the first surface; a second portion that is parallel to the first surface; and a third portion that is orthogonal to the first surface.

[0057] Example 5: the apparatus of Example 4, wherein the second portion is parallel to the second trace.

[0058] Example 6: the apparatus of Examples 1-5, further comprising: an electrically conductive third trace on a third surface of the magnetic core, wherein the third surface is opposite from the second surface, and wherein the third trace is configured to electrically couple the second pad to the second trace.

[0059] Example 7: the apparatus of Examples 1-6, wherein the magnetic core comprises a plurality of magnetic layers.

[0060] Example 8: the apparatus of Examples 1-7, further comprising: a switch coupled to the first pad.

[0061] Example 9: the apparatus of Examples 1-8, wherein the magnetic core comprises a ferrous material.

[0062] Example 10: the apparatus of Examples 1-9, further comprising: a fourth pad and a fifth pad on the first surface of the magnetic core, wherein an electrically conductive third trace with a second turn that is embedded in the magnetic core is configured to electrically couple the fourth pad to the fifth pad; and a sixth pad on the second surface of the magnetic core, wherein the sixth pad is configured to be electrically coupled to the fifth pad.

[0063] Example 11: an apparatus, comprising: a substrate; and a coupled inductor coupled to the substrate, wherein the coupled inductor comprises: a magnetic core; a first winding embedded in the magnetic core, wherein the first winding is configured to electrically couple a first pad to a second pad, and wherein the first pad and the second pad are on a first surface of the magnetic core; a third pad on a second surface of the magnetic core, wherein the third pad is configured to be electrically coupled to the first pad by a first trace on a third surface of the magnetic core; a second winding embedded in the magnetic core, wherein the second winding is configured to electrically couple a fourth pad to a fifth pad, wherein the fourth pad and the fifth pad are on the first surface of the magnetic core; and a sixth pad on the second surface of the magnetic core, wherein the sixth pad is configured to be electrically coupled to the fifth pad.

[0064] Example 12: the apparatus of Example 11, further comprising: a first switch that is configured to be electrically coupled to the first pad; and a second switch that is configured to be electrically coupled to the fourth pad.

[0065] Example 13: the apparatus of Example 11 or Example 12, wherein the third pad and the sixth pad are configured to be electrically coupled to the substrate by interconnects.

[0066] Example 14: the apparatus of Examples 11-13, wherein the second surface faces a top surface of the substrate, and wherein the first surface is orthogonal to a plane of the top surface of the substrate.

[0067] Example 15: the apparatus of Examples 11-14, wherein the first surface is parallel to the second surface.

[0068] Example 16: the apparatus of Examples 11-15, wherein the first surface is orthogonal to the second surface.

[0069] Example 17: an apparatus, comprising: a board; a substrate coupled to the board; a die coupled to the substrate; and an inductor coupled to the board, wherein the inductor comprises: a magnetic core; a first conductive winding embedded in the magnetic core; a second conductive winding embedded in the magnetic core; a first switch that is configured to be electrically coupled to the first conductive winding; a second switch that is configured to be electrically coupled to the second conductive winding; and a trace on a sidewall surface of the magnetic core, wherein the trace is configured to electrically couple the first conductive winding to a pad on a top surface or a bottom surface of the magnetic core.

[0070] Example 18: the apparatus of Example 17, further comprising: a cooling module that is thermally coupled to the first switch and the second switch.

[0071] Example 19: the apparatus of Example 18, wherein the cooling module is a liquid cooling module.

[0072] Example 20: the apparatus of Examples 17-19, wherein the first switch and the second switch are configured to be electrically coupled to corresponding pads on a second sidewall surface of the magnetic core.

Claims

1.An apparatus, comprising:a magnetic core;a first pad and a second pad on a first surface of the magnetic core, wherein an electrically conductive first trace with a turn that is embedded in the magnetic core is configured to electrically couple the first pad to the second pad; anda third pad on a second surface of the magnetic core, wherein the third pad is configured to be electrically coupled to the second pad by an electrically conductive second trace on a surface of the magnetic core.2.The apparatus of claim 1, wherein the second surface is adjacent to the first surface.3.The apparatus of claim 1, wherein the second surface is opposite from the first surface.4.The apparatus of claim 1, wherein the turn comprises:a first portion that is orthogonal to the first surface;a second portion that is parallel to the first surface; anda third portion that is orthogonal to the first surface.5.The apparatus of claim 4, wherein the second portion is parallel to the second trace.6.The apparatus of claim 1, further comprising:an electrically conductive third trace on a third surface of the magnetic core, wherein the third surface is opposite from the second surface, and wherein the third trace is configured to electrically couple the second pad to the second trace.7.The apparatus of claim 1, wherein the magnetic core comprises a plurality of magnetic layers.8.The apparatus of claim 1, further comprising:a switch coupled to the first pad.9.The apparatus of claim 1, wherein the magnetic core comprises a ferrous material.10.The apparatus of claim 1, further comprising:a fourth pad and a fifth pad on the first surface of the magnetic core, wherein an electrically conductive third trace with a second turn that is embedded in the magnetic core is configured to electrically couple the fourth pad to the fifth pad; anda sixth pad on the second surface of the magnetic core, wherein the sixth pad is configured to be electrically coupled to the fifth pad.11.An apparatus, comprising:a substrate; anda coupled inductor coupled to the substrate, wherein the coupled inductor comprises:a magnetic core;a first winding embedded in the magnetic core, wherein the first winding is configured to electrically couple a first pad to a second pad, and wherein the first pad and the second pad are on a first surface of the magnetic core;a third pad on a second surface of the magnetic core, wherein the third pad is configured to be electrically coupled to the first pad by a first trace on a third surface of the magnetic core;a second winding embedded in the magnetic core, wherein the second winding is configured to electrically couple a fourth pad to a fifth pad, wherein the fourth pad and the fifth pad are on the first surface of the magnetic core; anda sixth pad on the second surface of the magnetic core, wherein the sixth pad is configured to be electrically coupled to the fifth pad.12.The apparatus of claim 11, further comprising:a first switch that is configured to be electrically coupled to the first pad; anda second switch that is configured to be electrically coupled to the fourth pad.13.The apparatus of claim 11, wherein the third pad and the sixth pad are configured to be electrically coupled to the substrate by interconnects.14.The apparatus of claim 11, wherein the second surface faces a top surface of the substrate, and wherein the first surface is orthogonal to a plane of the top surface of the substrate.15.The apparatus of claim 11, wherein the first surface is parallel to the second surface.16.The apparatus of claim 11, wherein the first surface is orthogonal to the second surface.17.An apparatus, comprising:a board;a substrate coupled to the board;a die coupled to the substrate; andan inductor coupled to the board, wherein the inductor comprises:a magnetic core;a first conductive winding embedded in the magnetic core;a second conductive winding embedded in the magnetic core;a first switch that is configured to be electrically coupled to the first conductive winding;a second switch that is configured to be electrically coupled to the second conductive winding; anda trace on a sidewall surface of the magnetic core, wherein the trace is configured to electrically couple the first conductive winding to a pad on a top surface or a bottom surface of the magnetic core.18.The apparatus of claim 17, further comprising:a cooling module that is thermally coupled to the first switch and the second switch.19.The apparatus of claim 18, wherein the cooling module is a liquid cooling module.20.The apparatus of claim 17, wherein the first switch and the second switch are configured to be electrically coupled to corresponding pads on a second sidewall surface of the magnetic core.

Images