CN203277375U - 一种圆片级新型硅基射频电感结构 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种圆片级新型硅基射频电感结构，属于半导体封装技术领域。其包括硅基体（1），硅基体（1）内设置一个以上不连续的沟槽（3），氧化层（2）设置于硅基体（1）的表面，有机绝缘层（4）涂覆并固化于氧化层（2）的表面，种子层（5）电镀于有机绝缘层（4）的表面，电感线圈（6）的一部分固定于种子层（5）的表面，另一部向下穿过有机绝缘层（4）的内部、再于电感线圈（6）的外围露出，沟槽（3）设置于电感线圈（6）的内径方向，且沟槽（3）的开口方向与电感线圈（6）的内径的反方向成一夹角α，以及保护层（7）。本实用新型通过在硅基体内的设置系列间隔沟槽，克服了硅基体涡流损耗导致的电感品质因数降低的缺陷。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种圆片级新型硅基射频电感结构，属于半导体封装技术领域。
背景技术
随着集成电路制造技术按照摩尔定律的高速发展，小型化、低功耗的射频电路在便携式终端设备中得到广泛应用。而无源器件在射频电路中占有很大部分，由分立器件组成的无源器件尺寸大、高频性能差，成为制约整机进一步微型化、集成化发展的瓶颈。其中，电感是无源器件中关键元器件之一，能够实现电路匹配、滤波和偏置等功能。目前，便携式设备中电感大多是分立器件，普遍存在尺寸大、寄生效应明显、不精确等缺点，而硅基电感通过Cmos或再布线工艺直接在硅片上进行制作，有高频性能好、高精度、高稳定性和小体积等特性，所以硅基电感的应用将大幅度提高射频电路性能、减小电路面积、降低成本。
由于无线通信设备传输速率越来越快，射频电路的工作频段也随之提高。在高频段，硅基电感必须有较高品质因数才能实现射频电路的性能，随着工作频率的提高，趋肤效应、邻近效应、衬底涡流损耗等寄生效应十分明显，大大的降低电感品质因数，破坏射频电路性能，而衬底涡流损耗是导致电感品质因数降低的主要因素。
发明内容
本实用新型的目的在于克服以上硅基射频电感结构的不足，提供一种克服衬底涡流损耗导致品质因数降低的圆片级新型硅基射频电感结构。
衬底损耗大致可分为电场引起的损耗和磁场引起的损耗，如图1所示。电场引起的损耗是因为电感的部分电流以位移电流G1形式通过电感线圈与衬底之间的寄生电容流至衬底而损耗部分能量，另一部分衬底损耗是由电感的磁场感生的涡流G2引起的。由于大多数常规工艺使用的是低电阻率的硅衬底，电感的电磁场耦合与衬底的低电阻率是产生衬底损耗的主要原因。根据Lenz定理，衬底涡流与电感线圈中的电流变化方向相反。
本实用新型的目的是这样实现的：
一种圆片级新型硅基射频电感结构，包括：
一个硅基体，所述硅基体内设置一个以上不连续的沟槽；
一个氧化层，所述氧化层设置于硅基体的表面，所述沟槽的上沿贯穿氧化层；
一个有机绝缘层，所述有机绝缘层涂覆并固化于氧化层的表面，其包括下层的有机绝缘层Ⅰ和上层的有机绝缘层Ⅱ，所述有机绝缘层Ⅱ为多层结构；
一个种子层，所述种子层电镀于有机绝缘层的表面；
一个电感线圈，所述电感线圈呈连续的螺旋状，一部分固定于种子层的表面，另一部向下穿过有机绝缘层的内部、再于电感线圈的外围露出，所述沟槽设置于电感线圈的内径方向，且沟槽的开口方向与电感线圈的内径的反方向成一夹角α；以及
一个保护层，所述保护层设置于电感线圈的间隙。
可选地，所述沟槽呈片状或柱状。
可选地，所述沟槽平行排布。
可选地，所述沟槽的开口方向与电感线圈的内径的反方向的夹角α，α范围为：30°≤α≤150°。
可选地，所述沟槽的开口方向与电感线圈的内径方向垂直。
可选地，所述沟槽从中间至边缘由密而疏排布。
可选地，所述沟槽深度不小于20um，且深度不大于硅基体厚度。
可选地，所述沟槽内填充绝缘物。
电感线圈产生的磁场线因为闭合，都会在电感线圈内径经过，所以线圈内径中磁场密度最大。
硅基体是导体或半导体，当磁场变化时，会在基体中产生感应的变化磁场，磁场生成电场，就会产生涡流损耗。
在电感线圈下方的硅基体表面利用干法刻蚀形成深沟槽，用多层有机绝缘层覆盖在硅基体上方，最后在有机绝缘层表面通过再布线工艺完成电感制作。间隔排列的沟槽因磁场变化不会形成感应磁场，从而避免了涡流损耗的产生。
本实用新型的有益效果是：
在电感线圈内径下面设置系列间隔深沟槽，使得磁场变化不会形成感应磁场，从而避免了在硅基体中产生感应的变化磁场，进而避免了涡流损耗，大幅度提高了电感品质因数。
附图说明
图1为现有射频电感的磁场示意图。
图2为本实用新型一种圆片级新型硅基射频电感的示意图。
图3为图2的A-A剖视图。
图4为本实用新型一种圆片级新型硅基射频电感的另一实施例的示意图。
其中：
电感线圈中的电流G1
电场耦合引起的位移电流G2
磁场耦合引起的涡流G3
硅基体1
氧化层2
沟槽3
有机绝缘层4
有机绝缘层Ⅰ41
有机绝缘层Ⅱ42
电感线圈5
种子层6
保护层7。
具体实施方式：
参见图2至图4，本实用新型一种圆片级新型硅基射频电感结构，包括硅基体1，硅基体1内设置一个以上不连续的沟槽3，沟槽3的形状呈片状，如图所示，也可呈柱状。沟槽3深度不小于20um，也可以为贯穿硅基体1的通孔。硅基体1的表面为氧化层2，沟槽3的上沿贯穿氧化层2。沟槽3内为绝缘物，可以是空气，也可以是Polyimide（聚酰亚胺）、BCB（苯丙环丁烯）等有机绝缘材料。沟槽3可成等距间隔的平行排布，也可以从中间至边缘由密而疏间隔排布，如图4所示。
氧化层2的表面涂覆并固化有机绝缘层4，有机绝缘层4包括下层的有机绝缘层Ⅰ41和上层的有机绝缘层Ⅱ42，有机绝缘层Ⅱ42为多层结构。有机绝缘层4的表面为电镀种子层5，连续的螺旋状电感线圈6的一部分固定于种子层5的表面，另一部向下穿过有机绝缘层4的内部、再于电感线圈6的外围露出，成为端口。沟槽3设置于电感线圈6的内径方向。沟槽3的开口方向与电感线圈6的内径方向垂直，以削弱感应涡流；同样地，沟槽3也可以倾斜一角度α，α取值范围：30°≤α＜90°或90°＜α≤150°。保护层7设置于电感线圈6的间隙。
Claims (8)
1.一种圆片级新型硅基射频电感结构，其特征在于，包括：
一个硅基体（1），所述硅基体（1）内设置一个以上不连续的沟槽（3）；
一个氧化层（2），所述氧化层（2）设置于硅基体（1）的表面，所述沟槽（3）的上沿贯穿氧化层（2）；
一个有机绝缘层（4），所述有机绝缘层（4）涂覆并固化于氧化层（2）的表面，其包括下层的有机绝缘层Ⅰ（41）和上层的有机绝缘层Ⅱ（42），所述有机绝缘层Ⅱ（42）为多层结构；
一个种子层（5），所述种子层（5）电镀于有机绝缘层（4）的表面；
一个电感线圈（6），所述电感线圈（6）呈连续的螺旋状，一部分固定于种子层（5）的表面，另一部向下穿过有机绝缘层（4）的内部、再于电感线圈（6）的外围露出，所述沟槽（3）设置于电感线圈（6）的内径方向，且沟槽（3）的开口方向与电感线圈（6）的内径的反方向成一夹角α；以及
一个保护层（7），所述保护层（7）设置于电感线圈（6）的间隙。
2.根据权利要求1所述的一种圆片级新型硅基射频电感结构，其特征在于：所述沟槽（3）呈片状或柱状。
3.根据权利要求2所述的一种圆片级新型硅基射频电感结构，其特征在于：所述沟槽（3）平行排布。
4.根据权利要求3所述的一种圆片级新型硅基射频电感结构，其特征在于：所述沟槽（3）的开口方向与电感线圈（6）的内径的反方向的夹角α，α范围为：30°≤α≤150°。
5.根据权利要求4所述的一种圆片级新型硅基射频电感结构，其特征在于：所述沟槽（3）的开口方向与电感线圈（6）的内径方向垂直。
6.根据权利要求5所述的一种圆片级新型硅基射频电感结构，其特征在于：所述沟槽（3）从中间至边缘由密而疏排布。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的一种圆片级新型硅基射频电感结构，其特征在于：所述沟槽（3）深度不小于20um，且深度不大于硅基体（1）厚度。
8.根据权利要求7所述的一种圆片级新型硅基射频电感结构，其特征在于：所述沟槽（3）内填充绝缘物。
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|---|---|---|---|---|
| CN103681539A (zh) * | 2013-12-18 | 2014-03-26 | 江阴长电先进封装有限公司 | 一种集成共模电感的封装结构及其封装方法 |
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