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TWI854345B - 電感元件之核心結構及其製法 - Google Patents

電感元件之核心結構及其製法 Download PDF

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TWI854345B
TWI854345B TW111141853A TW111141853A TWI854345B TW I854345 B TWI854345 B TW I854345B TW 111141853 A TW111141853 A TW 111141853A TW 111141853 A TW111141853 A TW 111141853A TW I854345 B TWI854345 B TW I854345B
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周保宏
許哲瑋
許詩濱
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恆勁科技股份有限公司
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Abstract

一種電感元件之核心結構，其製法係於核心本體中嵌埋包含至少一導磁層之導磁體，且該核心本體於該導磁體周圍形成複數供穿設線圈之孔槽，故利用IC載板製程將該導磁體設計於該核心本體中，使該電感元件之整體尺寸厚度可大幅薄化，以利於採用該電感元件之產品微小化。

Description

電感元件之核心結構及其製法
本發明係有關一種半導體製程用之電感元件，尤指一種可嵌埋於封裝基板中之基板型電感(Substrate-based Inductor)用之電感元件之核心結構及其製法。
一般半導體應用裝置，例如通訊或高頻半導體裝置中，常需要將電阻器、電感器、電容器及振盪器(oscillator)等多數射頻(radio frequency)被動元件電性連接至所封裝之半導體晶片，俾使該半導體晶片具有特定之電流特性或發出訊號。例如：傳統電感有諸多之種類，其多運用在抑制電源雜訊之使用或電源轉換DC-DC(直流升壓或降壓)。
目前半導體產業針對朝向輕薄短小的電子設備中，主要係將單一元件朝微型或薄化發展。如圖1A所示之半導體封裝件1，遂將一線圈型電感12整合於一具有線路層11之封裝基板10上，其上設置一半導體晶片13，且該半導體晶片13藉由複數銲線130電性連接該線路層11之銲墊110，其中，可使用噴濺鍍和蒸鍍技術，以產生更薄的金屬皮膜而形成該線圈型電感12，即如圖1B所示之薄膜電感器。
然而，該線圈型電感12設在該封裝基板10上，使該線圈型電感12所產生之電感值過小而不符合需求。
因此，如何克服上述習知技術之種種問題，實已成為目前業界亟待克服之課題。
有鑑於習知技術之問題，本發明提供一種電感元件之核心結構，係包括：核心本體，係具有相對之第一側與第二側及複數連通該第一側與第二側之孔槽；以及導磁體，係嵌埋於該核心本體中且對應該複數孔槽配置，使該複數孔槽形成於該導磁體周圍，其中，該導磁體係包含至少一導磁層。
本發明亦提供一種電感元件之核心結構之製法，係包括：於一承載板上形成一第一絕緣層；形成一導磁層於該第一絕緣層上，以令該導磁層作為導磁體；形成第二絕緣層於該第一絕緣層上，以包覆該導磁層，其中，該第一及第二絕緣層係作為核心本體，以令該核心本體具有相對之第一側與第二側；移除該承載板，以外露出該核心本體之第一側；以及形成複數貫穿該核心本體之孔槽，使該孔槽連通該第一側與第二側，其中，該導磁體係對應該複數孔槽配置，使該複數孔槽形成於該導磁體周圍。
前述之製法中，復包括形成另一導磁層於該第二絕緣層上，再形成第三絕緣層於該第二絕緣層上，以包覆該另一導磁層，其中，該核心本體係包含該第三絕緣層，且該導磁體係包含該另一導磁層。
前述之核心結構及其製法中，形成該核心本體之材料係為介電材，如ABF(Ajinomoto Build-up Film)、感光型樹脂、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、 雙馬來醯亞胺三嗪(Bismaleimide Triazine，簡稱BT)、FR5之預浸材(Prepreg，簡稱PP)、模壓樹脂(Molding Compound)、模壓環氧樹脂(Epoxy Molding Compound，簡稱EMC)或其它適當材質。該核心本體之較佳之材料為易於做線路加工之PI、ABF或EMC。
前述之核心結構及其製法中，該導磁體係包含鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)之至少一者或其組合(複數堆疊金屬層)，或其組合之合金材料，例如鎳/鐵合金、鎳/鐵/鈷合金、鋅/鎳合金或其它合金，亦或其它等磁性物質等。
前述之核心結構及其製法中，該導磁層係為平面板狀。
前述之核心結構及其製法中，復包括於該導磁層上形成一圖案層，以令該第二絕緣層包覆該導磁層及該圖案層，使該導磁體復包含形成於該導磁層上之圖案層。
前述之核心結構及其製法中，該導磁層之俯視形狀為矩形結構、環形結構或矩形輪廓內具有複數平行槽孔狀之結構。
由上可知，本發明之核心結構及其製法中，主要藉由採用電路板(PCB)或載板之製作圖案化增層線路之方式同時將導磁材料以電鍍或沈積方式形成於該核心本體中，以形成導磁體，使該導磁體可隨應用之需求而調整組合以符合電性需求，且因該電感元件可內埋於載板中而可減少生產流程，以降低成本，並因可製作出微小之電感元件，而可達將產品微小化或薄型化之目的。
再者，藉由圖案層之設計，藉以降低渦電流及磁損耗對Q值的影響，而提升該電感元件之電感值。
1:半導體封裝件
10:封裝基板
11:線路層
110:銲墊
12:線圈型電感
13:半導體晶片
130:銲線
2,3:核心結構
2a,3a,3b:導磁體
20:核心本體
20a:第一側
20b:第二側
200:孔槽
201:第一絕緣層
202:第二絕緣層
203:第三絕緣層
21,22:導磁層
31,32:圖案層
9:承載板
9a:金屬材
S:切割路徑
圖1A係為習知半導體封裝件之剖面示意圖。
圖1B係為圖1A之局部立體示意圖。
圖2係為本發明之電感元件之核心結構之第一實施例的剖面示意圖。
圖2A至圖2G係為本發明之電感元件之核心結構之第一實施例之製法的剖面示意圖。
圖3係為本發明之電感元件之核心結構之第二實施例之剖面示意圖。
圖3A至圖3G係為本發明之電感元件之核心結構之第二實施例之製法之剖面示意圖。
圖3H係為圖3G之另一態樣之剖面示意圖。
圖4A至圖4C係為本發明之電感元件之核心結構之不同態樣之上視平面示意圖。
以下藉由特定的具體實施例說明本發明之實施方式，熟悉此技藝之人士可由本說明書所揭示之內容輕易地瞭解本發明之其他優點及功效。
須知，本說明書所附圖式所繪示之結構、比例、大小等，均僅用以配合說明書所揭示之內容，以供熟悉此技藝之人士之瞭解與閱讀，並非用以限定本發明可實施之限定條件，故不具技術上之實質意義，任何結構之修飾、比例關係之改變或大小之調整，在不影響本發明所能產生之功效及所能達成之目的 下，均應仍落在本發明所揭示之技術內容得能涵蓋之範圍內。同時，本說明書中所引用之如「上」、「第一」、「第二」、「第三」及「一」等之用語，亦僅為便於敘述之明瞭，而非用以限定本發明可實施之範圍，其相對關係之改變或調整，在無實質變更技術內容下，當亦視為本發明可實施之範疇。
圖2係為本發明之電感元件之核心結構2之第一實施例之剖面示意圖。如圖2所示，所述之核心結構2係包括一核心本體20及一埋設於該核心本體20中之導磁體2a。
所述之核心本體20係具有相對之第一側20a與第二側20b及複數連通該第一側20a與第二側20b之孔槽200。
於本實施例中，該核心本體20係為介電材，如ABF(Ajinomoto Build-up Film)、感光型樹脂、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、雙馬來醯亞胺三嗪(Bismaleimide Triazine，簡稱BT)、FR5之預浸材(Prepreg，簡稱PP)、模壓樹脂(Molding Compound)、模壓環氧樹脂(Epoxy Molding Compound，簡稱EMC)或其它適當材質。該核心本體20之較佳之材料為易於做線路加工之PI、ABF或EMC。
再者，該些孔槽200係形成於該導磁體2a周圍，以供穿設線圈(圖略)用，且該孔槽200之形狀可依該導磁體2a之圖案設計，如圖4A至圖4C所示，並無特別限制。
所述之導磁體2a係嵌埋於該核心本體20中且對應該複數孔槽200配置，其中，該導磁體2a係包含至少一導磁層21,22。
於本實施例中，該導磁體2a係以電鍍、濺鍍(Sputtering)或物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)等方式製成，且該導磁體2a係 包含如鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)之至少一者或其組合(複數堆疊金屬層)，或其組合之合金材料，例如鎳/鐵合金、鈷/鎳/鐵合金、鋅/鎳合金或其它合金，亦或其它等磁性物質。
再者，該導磁體2a可為平面狀之導磁層21,22；或者，如圖3所示之核心結構3，該導磁體3a亦可包含形成於該導磁層21,22上之圖案層31,32，以降低渦電流效應及提升電感值。
又，該圖案層31,32係以電鍍、濺鍍(Sputtering)或物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)等方式製成，且該圖案層31,32係包含如包含鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)之至少一者或其組合(複數堆疊金屬層)，或其組合之合金材料，例如鎳/鐵合金、鈷/鎳/鐵合金、鋅/鎳合金或其它合金，亦或其它等磁性物質。應可理解地，該圖案層31,32與該導磁層21,22之材質可相同或相異。
另外，該導磁體2a,3a之導磁層21,22之俯視形狀可為矩形結構(如圖4A所示)、環形結構(如圖4B所示)或矩形輪廓內具有複數平行槽孔狀之結構(如圖4C所示)。
因此，本發明之核心結構2,3主要藉由載板技術可在製作電感元件時，將導磁合金金屬材(如該導磁體2a,3a)埋設於該核心本體20中，以於該孔槽200中形成感應線圈，供作為電感本體，故於該些感應線圈之中間處配置導磁體2a，供作為磁心，能獲取磁通量極大之電感元件(即該電感本體與該導磁體2a之組合)，以利於符合較大電感值或薄型化之需求。
圖2A至圖2G係為本發明之電感元件之核心結構2之第一實施例之製法之剖面示意圖。
如圖2A所示，於一承載板9上形成一第一絕緣層201。
於本實施例中，該承載板9係為可移除式之基材，例如銅箔基板、金屬板或金屬板與絕緣材之組合，但無特別限制，且本實施例係以金屬板結合絕緣材之承載板9作說明，其兩側具有含銅之金屬材9a。
再者，該第一絕緣層201係為介電材，如ABF(Ajinomoto Build-up Film)、感光型樹脂、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、雙馬來醯亞胺三嗪(Bismaleimide Triazine，簡稱BT)、FR5之預浸材(Prepreg，簡稱PP)、模壓樹脂(Molding Compound)、模壓環氧樹脂(Epoxy Molding Compound，簡稱EMC)或其它適當材質。該第一絕緣層201之較佳之材料為易於做線路加工之PI、ABF或EMC。
如圖2B所示，形成一導磁層21於該第一絕緣層201上。
於本實施例中，該導磁層21係以電鍍、濺鍍(Sputtering)或物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)等方式製成，且該導磁層21係包含如鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)之至少一者或其組合(複數堆疊金屬層)，或其組合之合金材料，例如鎳/鐵合金、鈷/鎳/鐵合金、鋅/鎳合金或其它合金，亦或其它等磁性物質。
如圖2C所示，形成第二絕緣層202於該第一絕緣層201上，以包覆該導磁層21。
於本實施例中，該第二絕緣層202係為介電材，如ABF、感光型樹脂、聚醯亞胺(PI)、雙馬來醯亞胺三嗪(BT)、FR5之預浸材(PP)、模壓樹脂、模壓環氧樹脂(EMC)或其它適當材質。該第二絕緣層202之較佳之材料為易於做線路加工之PI、ABF或EMC。
如圖2D所示，形成另一導磁層22於該第二絕緣層202上，再形成第三絕緣層203於該第二絕緣層202上，以包覆該導磁層22，並使該第一至第三絕緣層201~203作為核心本體20，且該些導磁層21,22構成導磁體2a。
於本實施例中，該核心本體20係具有相對之第一側20a與第二側20b，且該核心本體20係以其第一側20a結合至該承載板9上。
再者，該導磁層22可採用電鍍、濺鍍或PVD等方式製成，且該導磁層22係包含如鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)之至少一者或其組合(複數堆疊金屬層)，或其組合之合金材料，例如鎳/鐵合金、鈷/鎳/鐵合金、鋅/鎳合金或其它合金，亦或其它等磁性物質。
又，該第三絕緣層203係為介電材，如ABF、感光型樹脂、聚醯亞胺(PI)、雙馬來醯亞胺三嗪(BT)、FR5之預浸材(PP)、模壓樹脂、模壓環氧樹脂(EMC)或其它適當材質。該第三絕緣層203之較佳之材料為易於做線路加工之PI、ABF或EMC。
應可理解地，該導磁體2a之層數可依需求設計，如三層或更多層導磁層，故可重複圖2D所示之製程，使該導磁體2a之層數符合需求。
如圖2E所示，移除該承載板9及蝕刻其金屬材9a，以外露出該核心本體20之第一側20a。
如圖2F所示，形成複數貫穿該核心本體20之孔槽200，使該孔槽200連通該第一側20a與第二側20b。
於本實施例中，依據各種圖形需求，如圖4A至圖4C所示，於該導磁體2a之周圍進行挖孔作業，以供後續銅材線圈進行繞線用。例如，電感元件之線圈(圖未示)可為螺旋線圈(spiral)、螺管線圈(solenoid)或環形線圈(toroid)， 但不限於上述。
如圖2G所示，沿圖2F所示之切割路徑S進行切單製程，以獲取該核心結構2。
因此，本實施例之製法主要藉由在製作電感元件，將具有導磁層的導磁體2a埋設於該核心本體20中，再於該孔槽200中形成感應線圈，以形成電感本體，故於該些感應線圈之中間處配置導磁體2a而形成較大之截面積，以獲取磁通量極大之電感元件，以符合較大電感值或薄型化之需求。
圖3A至圖3H係為本發明之電感元件之核心結構3之製法之剖面示意圖。本實施例與第一實施例之差異在於新增圖案層31,32之製程，故以下不再贅述相同處。
如圖3A所示，於一承載板9上形成一第一絕緣層201於該承載板9上。
如圖3B所示，形成一導磁層21於該第一絕緣層201上。
如圖3C所示，於該導磁層21上形成一圖案層31。
於本實施例中，該圖案層31係以電鍍、濺鍍(Sputtering)或物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)等方式製成，且該圖案層31係包含如鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)之至少一者或其組合(複數堆疊金屬層)，或其組合之合金材料，例如鎳/鐵合金、鈷/鎳/鐵合金、鋅/鎳合金或其它合金，亦或其它等磁性物質。
如圖3D所示，形成第二絕緣層202於該第一絕緣層201上，以包覆該導磁層21及其上之圖案層31。
如圖3E所示，形成另一導磁層22於該第二絕緣層202上，再於 該導磁層22上形成另一圖案層32。之後，形成第三絕緣層203於該第二絕緣層202上，以包覆該導磁層22及其上之圖案層32，並使該第一至第三絕緣層201~203作為核心本體20，且該些導磁層21,22及其上之圖案層31,32構成導磁體3a。
於本實施例中，該圖案層32可採用電鍍、濺鍍或PVD等方式製成，且該圖案層32係包含如鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)之至少一者或其組合(複數堆疊金屬層)，或其組合之合金材料，例如鎳/鐵合金、鈷/鎳/鐵合金、鋅/鎳合金或其它合金，亦或其它等磁性物質。
如圖3F所示，移除該承載板9及蝕刻其金屬材9a，以外露出該核心本體20之第一側20a。接著，形成複數貫穿該核心本體20之孔槽200，使該孔槽200連通該第一側20a與第二側20b。
於本實施例中，該導磁體3a之圖案化可為平面板狀、齒狀、三角體、圓柱狀或其它形體之組合，並可為連續式、分段式或其組合等，並無特別限制。
如圖3G所示，沿圖3F所示之切割路徑S進行切單製程，以獲取該核心結構3。
因此，本實施例之製法主要藉由在製作該導磁體3a時，將導磁材以圖案化方式電鍍形成於該導磁層21,22上，供作為該圖案層31,32，故於後續應用中，能獲取磁通量更大之電感元件。
應可理解地，該導磁體之各層之態樣可依需求設計，如至少一導磁層21上配置圖案層31，而其它導磁層22上未配置圖案層，故可形成混合式導磁體3b，如圖3H所示。
綜上所述，本發明之核心結構2,3及其製法，主要利用IC載板製程將該導磁體2a,3a,3b設計於該核心本體20中，獲取扁形/薄型的電感元件，進而達到產品微小化或薄型化之目的。
再者，利用導磁係數高的合金金屬並搭配載板製作工法，可輕易地使用導磁材料及各該絕緣層(如第一至第三絕緣層201~203)進行圖案化製程，使該核心結構2,3有利於各種設計及應用。
進一步，該導磁體2a,3a之導磁率可藉由電鍍或沉積之控制適當之成分比例，以得到適當之導磁率。
又，藉由該圖案層31,32之配置，藉以降低渦電流及磁損耗對Q值的影響，並提升電感值。
另外，本發明之核心結構2,3之核心本體20因易於製作而無需摻雜磁粉，故本發明之製法能降低製作成本，以利於電感元件符合經濟效益之需求。
上述實施例係用以例示性說明本發明之原理及其功效，而非用於限制本發明。任何熟習此項技藝之人士均可在不違背本發明之精神及範疇下，對上述實施例進行修改。因此本發明之權利保護範圍，應如後述之申請專利範圍所列。
2:核心結構
2a:導磁體
20:核心本體
20a:第一側
20b:第二側
200:孔槽
21,22:導磁層

Claims (16)

  1. 一種電感元件之核心結構，係包括：一核心本體，係具有相對之第一側與第二側及連通該第一側與第二側之一第一孔槽與一第二孔槽；以及一導磁體，係嵌埋於該核心本體中，且該導磁體對應該核心本體之該第一孔槽與該第二孔槽配置，使該核心本體之該第一孔槽與該第二孔槽分別形成於該導磁體之相對兩側，其中，該導磁體係包含至少一導磁層。
  2. 如請求項1所述之核心結構，其中，形成該核心本體之材料係為感光性或非感光性之絕緣材料，其包含ABF(Ajinomoto Build-up Film)、感光型樹脂、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、雙馬來醯亞胺三嗪(Bismaleimide Triazine，簡稱BT)、FR5之預浸材(Prepreg，簡稱PP)、模壓樹脂(Molding Compound)、或模壓環氧樹脂(Epoxy Molding Compound，簡稱EMC)。
  3. 如請求項1所述之核心結構，其中，該導磁體係包含鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)之至少一者或其組合，或其組合之合金材料，包含鎳/鐵合金、鈷/鎳/鐵合金或鋅/鎳合金。
  4. 如請求項1所述之核心結構，其中，該導磁層係為平面板狀。
  5. 如請求項1所述之核心結構，其中，該導磁體復包含形成於該導磁層上之圖案層，該圖案層包含齒狀、三角體、圓柱狀或其它形體之組合，並可為連續式、分段式或其組合。
  6. 如請求項1所述之核心結構，其中，該導磁層之俯視形狀為矩形結構、環形結構或矩形輪廓內具有複數平行槽孔狀之結構。
  7. 如請求項1所述之核心結構，其中，該核心本體更具有至少一連通該第一側與第二側之第三孔槽，且該導磁體形成於該核心本體之該第三孔槽周圍。
  8. 一種電感元件之核心結構之製法，係包括：於一承載板上形成一第一絕緣層；形成一導磁層於該第一絕緣層上，以令該導磁層作為導磁體；形成第二絕緣層於該第一絕緣層上，以包覆該導磁層，其中，該第一絕緣層及第二絕緣層係作為核心本體，以令該核心本體具有相對之第一側與第二側；移除該承載板，以外露出該核心本體之第一側；以及形成貫穿該核心本體之一第一孔槽與一第二孔槽，使該第一孔槽與該第二孔槽連通該核心本體之該第一側與第二側，其中，該導磁體係對應該核心本體之該第一孔槽與該第二孔槽配置，使該核心本體之該第一孔槽與該第二孔槽分別形成於該導磁體之相對兩側。
  9. 如請求項8所述之核心結構之製法，其中形成該導磁層之製法係包含電鍍、濺鍍(Sputtering)或物理氣相沉積(Physical Vapor Deposition，簡稱PVD)。
  10. 如請求項8所述之核心結構之製法，復包括形成另一導磁層於該第二絕緣層上，再形成第三絕緣層於該第二絕緣層上，以包覆該另一導磁層，其中，該核心本體係包含該第三絕緣層，且該導磁體係包含該另一導磁層。
  11. 如請求項8所述之核心結構之製法，其中，形成該核心本體之材料係為感光性或非感光性之絕緣材料，其包含ABF(Ajinomoto Build-up Film)、感光型樹脂、聚醯亞胺(Polyimide，簡稱PI)、雙馬來醯亞胺三嗪(Bismaleimide Triazine，簡稱BT)、FR5之預浸材(Prepreg，簡稱PP)、模壓樹脂(Molding Compound)、或模壓環氧樹脂(Epoxy Molding Compound，簡稱EMC)。
  12. 如請求項8所述之核心結構之製法，其中，該導磁體係包含鐵(Fe)、鎳(Ni)、鈷(Co)、錳(Mn)、鋅(Zn)之至少一者或其組合，或其組合之合金材料，包含鎳/鐵合金、鈷/鎳/鐵合金或鋅/鎳合金。
  13. 如請求項8所述之核心結構之製法，其中，該導磁層係為平面板狀。
  14. 如請求項8所述之核心結構之製法，復包括於該導磁層上形成一圖案層，以令該第二絕緣層包覆該導磁層及該圖案層。
  15. 如請求項8所述之核心結構之製法，其中，該導磁層之俯視形狀為矩形結構、環形結構或矩形輪廓內具有複數平行槽孔狀之結構。
  16. 如請求項8所述之核心結構之製法，其中，該核心本體更形成有至少一連通該第一側與第二側之第三孔槽，且該導磁體形成於該核心本體之該第三孔槽周圍。
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