线圈嵌入式集成电路基板及其制造方法
【专利摘要】提供一种线圈嵌入式集成电路基板及其制造方法。所述线圈嵌入式集成电路基板包括：芯部基板，在所述芯部基板中形成有至少部分加工空间；线圈，设置在所述至少部分加工空间中；填充材料，填充位于所述至少部分加工空间中的线圈周围的空间中的空气间隙；绝缘层，形成在芯部基板的上表面和下表面上。
【专利说明】线圈嵌入式集成电路基板及其制造方法
[0001 ] 本申请要求于2015年3月24日在韩国知识产权局提交的第10-2015-0040897号韩国专利申请的优先权的权益，所述申请的公开内容通过引用全部被包含于此。
技术领域
[0002]本公开涉及一种线圈嵌入式集成电路基板及其制造方法。
【背景技术】
[0003]根据对具有高等级的性能和高密集度的小型化电子装置的需求，已经开发了高性能电子组件。因此，对其上可按照高密集度安装电子组件的小型集成电路基板的需求已经逐渐增加。为了满足该需求，已经开发了多层电路基板，在多层电路基板中，形成在通孔中的过孔电极电连接形成在不同层上的布线图案或连接电子组件和布线图案。
[0004]多层电路基板具有可减少连接电子组件的线的数量并可实现高密度布线的优势。另外，多层电路基板具有以下优势:可增大集成电路基板的表面的面积，并允许安装在其上的电子组件具有优异的电特性。
[0005]具体地讲，嵌入有电子组件的嵌入式集成电路基板不具有安装在其表面上的电子组件等，而是使电子组件嵌入其中。于是，由于具有小型化、高密度和高性能的嵌入式集成电路基板可被实现，因此对其的需求也已经增加。
【发明内容】
[0006]本公开的一方面可提供一种线圈嵌入式集成电路基板及其制造方法，具体地讲，可提供一种通过使线圈直接嵌在芯部基板中并使用填充材料填充线圈周围的空间从而能够调节集成电路基板的体积和容量的技术。
[0007]根据本公开的一方面，一种线圈嵌入式集成电路基板可包括:芯部基板，在所述芯部基板中形成至少部分加工空间；线圈，设置在所述至少部分加工空间中；填充材料，填充位于所述至少部分加工空间中的线圈周围的空间中的空气间隙；绝缘层，形成在芯部基板的上表面和下表面上。
[0008]线圈可以是嵌在所述至少部分加工空间中的缠绕线圈。芯部基板的上表面或下表面可与缠绕线圈的缠绕方向平行或垂直。
[0009]填充材料可包含含有金属磁性粉末与树脂的混合物的磁性树脂组合物。
[0010]金属磁性粉末可包含作为主要成分的铁(Fe)，并包含硅(Si)或铬(Cr)。
[0011 ]填充材料可包含树脂，或者含有铁氧体粉末与树脂的混合物的磁性树脂组合物。
[0012]所述线圈嵌入式集成电路基板还可包括:过孔，通过使用导电材料填充穿过绝缘层的通孔而形成；电路图案，位于绝缘层上并连接到过孔。
[0013]线圈可通过穿过通孔的镀层或焊料连接到形成在线圈的上层和下层上的电路图案，线圈可在嵌入有线圈的填充材料的朝上方向和朝下方向中的至少一个方向上连接到电路图案。
[0014]所述线圈嵌入式集成电路基板可以是具有用于电源管理集成电路(PMIC)的嵌入式功率电感器的基板。
[0015]根据本公开的另一方面，一种制造线圈嵌入式集成电路基板的方法可包括:在芯部基板中形成至少部分加工空间；将线圈嵌入到所述至少部分加工空间中；使用填充材料填充所述至少部分加工空间中的空气间隙；在芯板基板和填充材料的上部和下部上形成绝缘层。
[0016]在将线圈嵌入的步骤中，可将缠绕线圈沿着与缠绕方向平行或垂直的方向插入到所述至少部分加工空间中。
[0017]所述形成绝缘层的步骤可包括:在芯部基板和填充材料的上部上形成上绝缘层；使用填充材料填充填充材料的下部，以使线圈嵌入;在芯部基板和填充材料的下部上形成下绝缘层。
[0018]使线圈嵌入到所述至少部分加工空间中的步骤可包括:将粘附膜粘附到形成有所述至少部分加工空间的芯部基板的下表面;通过将线圈插入所述至少部分加工空间中使线圈粘附到粘附膜;在将下绝缘层形成在芯部基板的下表面上之前，去除粘附到芯部基板的下表面的粘附膜。
[0019]所述制造嵌入式集成电路基板的方法还可包括:通过去除绝缘层的一部分来形成通孔;通过使用导电材料填充通孔来形成过孔;在绝缘层上形成连接到过孔的电路图案。
[0020]所述线圈通过穿过通孔的镀层或焊料连接到形成在线圈的上层和下层上的电路图案，线圈可在嵌入有线圈的填充材料的朝上方向和朝下方向中的至少一个方向上连接到电路图案。
【附图说明】
[0021]通过下面结合附图进行的详细描述，本公开的以上和其它方面、特征和优点将被更清楚地理解，在附图中:
[0022]图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的线圈嵌入式集成电路基板的截面图；
[0023]图2至图10是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的制造线圈嵌入式集成电路基板的方法的截面图。
【具体实施方式】
[0024]在下文中，将参照附图详细地描述本公开的实施例。
[0025]然而，本公开可按照多种不同的形式实施，并不应解释为局限于在此提出的实施例。更确切地说，提供这些实施例使得本公开将是彻底的和完整的，并将把本公开的范围充分地传达给本领域的技术人员。
[0026]在附图中，为了清晰起见会夸大元件的形状和尺寸，并且相同的标号将始终用来代表相同或相似的元件。
[0027]图1是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的线圈嵌入式集成电路基板的截面图。
[0028]参照图1，线圈嵌入式集成电路基板可包括芯部基板10、线圈20、填充材料30和绝缘层40。
[0029]芯部基板10可具有形成在其中的至少部分加工空间，在该加工空间中，安装有线圈等。可加工芯部基板10的至少一部分空间以形成腔。可通过物理、光学或化学手段来执行该加工，可根据设计需要和制造工艺等来对腔的尺寸和形状进行不同的确定，并可根据将要嵌入的线圈的数量来形成多个腔。
[0030]可使用例如覆铜板(CCL)、PPG、ABF(Ajimoto build-up f ilm)、环氧树脂、聚酰亚胺等作为芯部基板10的材料。
[0031]例如，可在芯部基板10的上部和下部上形成金属箔、铜箔或内层电路图案。可选地，可在芯部基板10的一个表面和另一表面中的至少一个表面上形成内层电路图案。例如，芯部基板10也可包括设置在通孔中的过孔以及形成在其表面上的内层电路图案。
[0032]线圈20可设置在腔(至少部分加工空间)中，使用填充材料30来填充线圈20周围的空间，从而线圈20可牢固地安放在腔中。上述线圈20可由缠绕线圈形成，并可嵌入到芯部基板10的至少部分加工空间中，并使芯部基板10的表面与缠绕方向平行或垂直，但不限于此。
[0033]作为使线圈20嵌入的方法，例如，在印刷电路板(PCB)的芯层中形成至少部分加工空间，以使线圈20可安放在所述至少部分加工空间中，或者也可使用焊料将线圈20直接粘附到PCB或者线圈安装表面之下的由铜(Cu)形成的电路。线圈20周围的预定区域可使用来自金属磁性粉末、铁氧体、树脂和磁性树脂组合物中的一种或更多种填充材料30来填充，以用作功率电感器或高频电感器。
[0034]填充材料30可填充位于芯部基板10的至少部分加工空间中的线圈20周围的空间中的空气间隙。线圈20和芯部基板10可设置为具有形成在其中的空气间隙，当线圈20和芯部基板10设置为在其之间具有空气间隙时，形成在线圈20与芯部基板10之间的空间部可使用填充材料30来填充。
[0035]填充材料30可以是例如金属磁性粉末与树脂混合的磁性树脂组合物。在这种情况下，金属磁性粉末可包含作为主要组分的铁(Fe)，并可包含硅(Si)或铬(Cr)。填充材料30可以是例如铁氧体粉末与树脂混合的磁性树脂组合物。同样地，填充材料30填充到嵌入的线圈20周围的空间中，其中，填充材料30使用通过将金属磁性粉末或铁氧体与树脂混合而形成的磁性树脂组合物，从而增大电感。结果，填充材料30可用作功率电感器。
[0036]另外，填充材料30可仅包含树脂，以便也用作高频匹配电感器。
[0037]填充材料30可形成为片，并可填充线圈20的上部和下部。详细地讲，在将金属磁性粉末和树脂形成为片，将填充材料30层压且压制在线圈20的至少一个表面上之后，可使填充材料30固化。例如，填充材料30可包括用于获得线圈电感器的高磁性特性和DC偏置的材料。详细地讲，对于金属磁性粉末和树脂，可使用作为主要组分的含Fe、Cr和Si的粗糙粉末或精细粉末作为金属磁性粉末，并可使用环氧基树脂作为树脂。从而，可形成具有预定厚度的片。
[0038]同样地，线圈20直接嵌入到芯部基板20中，在嵌入的线圈20周围填充金属磁性粉末和树脂或者铁氧体磁性粉末和树脂，线圈和电路通过过孔50连接，从而可减少集成电路基板中的电感器安装区域。另外，通过将期望的线圈直接安装在集成电路基板中，由于可选择线圈的形状、尺寸(面积)和厚度，而不限于作为成品片的电感器的标准容量或尺寸，因此可增大设计的自由度。
[0039]绝缘层40可分别形成在芯部基板10和填充材料30的上部和下部上。绝缘层40的材料可以是基板中使用的已知的绝缘材料，并且也可使用将来研究的用于基板的绝缘材料。例如，可使用半固化片、ABF、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等，可将铜箔形成在其一个表面上的绝缘层40层压在绝缘的芯部基板10上。
[0040]绝缘层40可形成为片，并且可分别形成在芯部基板10的上表面和下表面上。
[0041]在层压绝缘层40时，可通过层压半固化绝缘材料，然后压制层压的半固化绝缘材料来填充芯部基板10的上表面和下表面中的空间，绝缘层40的层压厚度和其形状也可通过调节半固化的程度或压制强度的大小来改变。
[0042]根据本公开的示例性实施例的线圈嵌入式集成电路基板还可包括过孔50以及形成在绝缘层40上并连接到过孔50的电路图案51，其中，通过使用导电材料填充穿过绝缘层40的通孔来形成所述过孔50。
[0043]过孔50可形成为电连接到线圈20。可通过诸如镀覆、焊接等方法使用导电材料填充穿过绝缘层40的通孔来形成过孔50。
[0044]电路图案51可形成在绝缘层40上以电连接到过孔50。可通过用于形成过孔50的镀覆、焊接等与过孔50同时形成电路图案51。如上所述，当在绝缘层40上形成铜箔时，可通过蚀刻去除铜箔的一部分来形成电路图案51。
[0045]同样地，线圈20可通过穿过通孔的镀层或焊料52连接到形成在其上层和下层上的电路图案51，并且可在嵌入有线圈20的填充材料30的朝上方向和朝下方向中的至少一个方向上连接到电路图案51。
[0046]此外，还可在形成有过孔50、电路图案51等的绝缘层40的上表面上形成阻焊剂60。阻焊剂60可覆盖过孔50、电路图案51等的一部分，以用作防止在安装组件时通过焊料等造成不期望的连接的膜。
[0047]同时，在使组件嵌入的需求高的情况下，由于将要安装的功率电感器的数量多且功率电感器的体积大(诸如用于电源管理IC (PMIC)等的嵌入到基板中的嵌入式功率电感器)，因此根据本公开的示例性实施例的线圈嵌入式集成电路基板可被有效地使用。
[0048]同样地，线圈可直接嵌在诸如PCB等的集成电路基板中，在嵌入的线圈周围填充金属磁性粉末和树脂、铁氧体和树脂等，过孔形成为使线圈和电路彼此连接，从而与无源组件嵌到成品片组件形式中的情况相比，可改善线圈的形状和容量的设计自由度。另外，线圈嵌入式集成电路基板可具有适合于用于制造薄轮廓型IC模块的嵌入式印刷电路板(PCB)的结构。
[0049]图2至图10是示意性地示出根据本公开的示例性实施例的制造线圈嵌入式集成电路基板的方法的截面图。
[0050]参照图2至图10，根据本公开的示例性实施例的制造线圈嵌入式集成电路基板的方法可包括:在芯部基板中形成至少部分加工空间的步骤;将线圈嵌入到至少部分加工空间中的步骤;使用填充材料填充至少部分加工空间中的空气间隙的步骤;在芯部基板和填充材料的上部和下部上形成绝缘层的步骤。
[0051]另外，形成绝缘层的步骤可包括:在芯部基板和填充材料的上部形成上绝缘层的步骤;使用填充材料来填充填充材料的下部以使线圈嵌入的步骤;在芯部基板和填充材料的下部上形成下绝缘层的步骤。
[0052]在下文中，将参照图2至图10更详细地描述根据本示例性实施例的各个步骤。
[0053]参照图2，在根据本公开的示例性实施例的制造线圈嵌入式集成电路基板的方法中，首先，可在芯部基板110中形成至少部分加工空间111。可将芯部基板110中至少部分的空间加工成腔。可通过物理、光学或化学手段执行该加工，可根据设计需要和制造工艺等来对腔的尺寸和形状进行不同的确定。
[0054]可使用例如覆铜板(CCL)、PPG、ABF(Ajimoto build-up f ilm)、环氧树脂、聚酰亚胺等作为芯部基板110的材料。
[0055]例如，可在芯部基板110的上部和下部上形成金属箔、铜箔或内层电路图案。可选地，可在芯部基板110的一个表面和另一表面中的至少一个表面上形成内层电路图案。例如，芯部基板110也可包括填充在通孔中的过孔以及形成在其表面上的内层电路图案。
[0056]为了将线圈120插入并固定到芯部基板110的至少部分加工空间111中，如图3所示，可将粘附膜170粘附到形成有至少部分加工空间111的芯部基板110的下表面。
[0057]参照图4，可将线圈120插入芯部基板110的腔(至少部分加工空间)中。
[0058]例如，线圈120可由缠绕线圈形成，缠绕线圈可沿与缠绕线圈的缠绕方向平行或垂直的方向嵌入到芯部基板110的至少部分加工空间中。
[0059]当线圈120嵌入到芯部基板110的至少部分加工空间111中并粘附到粘附膜170时，线圈120可被牢固地安放并固定(如图4所示)。
[0060]这里，对于粘附的粘附膜170，如图7所示，可在将绝缘层140形成在芯部基板110的下表面上之前去除粘附到芯部基板110的下表面的粘附膜170。
[0061 ]参照图5，可使用填充材料130填充芯部基板110的至少部分加工空间中的空气间隙，以覆盖线圈120。线圈120和芯部基板110可设置为具有形成在其之间的空气间隙，当线圈120和芯部基板110设置为在其之间具有空气间隙时，使用填充材料130填充形成在线圈120与芯部基板110之间的空间部。
[0062]填充材料130可以是例如金属磁性粉末与树脂混合的磁性树脂组合物。在这种情况下，金属磁性粉末可包含作为主要组分的铁(Fe)，并可包含硅(Si)或铬(Cr)。例如，填充材料130可由铁氧体和树脂形成以形成使线圈120嵌入的形状。同样地，填充材料130填充在嵌入的线圈120周围的空间中，其中，填充材料130使用通过将金属磁性粉末或铁氧体与树脂混合而形成的磁性树脂组合物，从而增大电感。结果，填充材料130可用作功率电感器。
[0063]另外，填充材料130可仅包含树脂，以便也用作高频匹配电感器。
[0064]填充材料130可形成为片，并可填充线圈120的上部和下部。详细地讲，在金属磁性粉末和树脂形成为片，并将填充材料130层压且压制在线圈120的至少一个表面上之后，可使填充材料130固化。例如，填充材料130可包括用于获得线圈电感器的高磁性特性和DC偏置的材料。详细地讲，对于金属磁性粉末和树脂，可使用作为主要组分的含Fe、Cr和Si的粗糙粉末和精细粉末作为金属磁性粉末，并可使用环氧基树脂作为树脂。从而，可形成具有预定厚度的片。
[0065]同样地，通过将期望的线圈120直接安装在芯部基板110中，片可被设计为具有期望的形状、尺寸(面积)和厚度，而不限于作为成品片的电感器的标准容量或尺寸，因此可增大设计的自由度。
[0066]另外，通过对填充线圈周围的空间的磁性树脂组合物(诸如金属磁性粉末和树脂、铁氧体磁性材料和树脂等)的容量进行自由地设置，可调节电感特性，从而可在有限的基板或PCB布线中实现最优的电感特性(诸如DC-BIAS、Isat特性等)。
[0067]参照图6至图9，可在芯部基板110和填充材料130的上部和下部上形成绝缘层140。绝缘层140的材料可以是基板中使用的已知的绝缘材料，并且也可使用将来研究的用于基板的绝缘材料。例如，可使用半固化片、ABF、环氧树脂、聚酰亚胺树脂等，可将铜箔形成在其一个表面上的绝缘层140层压在绝缘芯部基板110上。
[0068]绝缘层140可形成为片，并且可分别形成在芯部基板10的上表面和下表面上。
[0069]绝缘层140可被分成上绝缘层141和下绝缘层142，上绝缘层141和下绝缘层142可顺序地形成。为了顺序地形成上绝缘层141和下绝缘层142，如图6所示，可首先在芯部基板110和填充材料130的上部上形成上绝缘层141。
[0070]在将粘附膜170粘附到芯部基板110的下表面以牢固地安放并固定线圈120之后，去除粘附的粘附膜170，可在芯部基板110的下表面上形成绝缘层140。
[0071]接下来，如图8所示，在填充材料131的下部上进一步填充填充材料132以使线圈120嵌入，从而可使用填充材料130填充线圈120周围的空间。例如，可在填充材料130中设置线圈120。
[0072]参照图9，在芯部基板110和填充材料130的下部上形成下绝缘层142，从而绝缘层140可形成在芯部基板110和填充材料130的上部和下部。
[0073]最终，参照图10，可去除绝缘层140的一部分以形成通孔，可在通孔中设置导电材料以形成过孔150。另外，在绝缘层140上形成连接到过孔150的电路图案151，从而线圈120和电路图案151可通过过孔150彼此电连接。
[0074]过孔150可形成为电连接到线圈120，并且可通过诸如镀覆、焊接等方法使用导电材料填充穿过绝缘层140的通孔来形成过孔150。
[0075]电路图案151可形成在绝缘层140上以电连接到过孔150。可通过用于形成过孔150的镀覆、焊接等与过孔150同时形成电路图案151。如上所述，当在绝缘层140上形成铜箔时，可通过蚀刻去除铜箔的一部分来形成电路图案151。
[0076]同样地，线圈120可通过穿过通孔的镀层或焊料152连接到形成在其上层和下层上的电路图案151，并且可在嵌入有线圈120的填充材料130的朝上方向和朝下方向中的至少一个方向上连接到电路图案151。
[0077]此外，还可在形成有过孔150、电路图案151等的绝缘层140的外表面上形成阻焊剂160。阻焊剂160可覆盖过孔150、电路图案151等的一部分，以用作防止在安装组件时通过焊料等造成不期望的连接的膜。
[0078]同时，在使组件嵌入的需求大的情况下，由于将要安装的功率电感器的数量多且功率电感器的体积大(诸如用于电源管理IC (PMIC)等的嵌入在基板中的嵌入式功率电感器)，因此根据本公开的示例性实施例的线圈嵌入式集成电路基板可被有效地使用。
[0079]此外，根据本公开的示例性实施例的线圈嵌入式集成电路基板及其制造方法是在制造多层电路基板的PCB的工艺过程中能够选择性地生产线圈嵌入式集成电路基板的技术，而不是嵌入成品片组件的方案，但其可以在PCB多层积聚工艺(build-up process)过程中实现。
[0080]另外，当在具有高集成度的功率电感器并且由于电感器而具有大的安装体积的用于PMIC的基板中使用缠绕线圈以及填充的金属磁性粉末和树脂组合物时，可减小基板的尺寸。
[0081]如前所述，根据本公开的示例性实施例，线圈直接嵌在芯部基板中，使用填充材料填充线圈周围的空间，从而可选择性地调节集成电路基板的体积和容量。
[0082]虽然上面已经示出并描述了示例性实施例，但是对本领域技术人员来说明显的是，在不脱离由权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以作出修改和变型。
【主权项】
1.一种线圈嵌入式集成电路基板，包括: 芯部基板，在所述芯部基板中形成有至少部分加工空间； 线圈，设置在所述至少部分加工空间中； 填充材料，填充位于所述至少部分加工空间中的线圈周围的空间中的空气间隙； 绝缘层，形成在芯部基板的上表面和下表面上。2.根据权利要求1所述的线圈嵌入式集成电路基板，其中，线圈是嵌在所述至少部分加工空间中的缠绕线圈，芯部基板的上表面或下表面与缠绕线圈的缠绕方向平行。3.根据权利要求1所述的线圈嵌入式集成电路基板，其中，线圈是嵌在所述至少部分加工空间中的缠绕线圈，芯部基板的上表面或下表面与缠绕线圈的缠绕方向垂直。4.根据权利要求1所述的线圈嵌入式集成电路基板，其中，填充材料包含含有金属磁性粉末与树脂的混合物的磁性树脂组合物。5.根据权利要求4所述的线圈嵌入式集成电路基板，其中，金属磁性粉末包含作为主要成分的铁，并包含硅或铬。6.根据权利要求1所述的线圈嵌入式集成电路基板，其中，填充材料包含含有铁氧体粉末与树脂的混合物的磁性树脂组合物。7.根据权利要求1所述的线圈嵌入式集成电路基板，其中，填充材料包含树脂。8.根据权利要求1所述的线圈嵌入式集成电路基板，所述线圈嵌入式集成电路基板还包括: 过孔，通过使用导电材料填充穿过绝缘层的通孔而形成； 电路图案，位于绝缘层上并连接到过孔。9.根据权利要求8所述的线圈嵌入式集成电路基板，其中，所述线圈通过穿过通孔的镀层或焊料连接到形成在线圈的上层和下层上的电路图案，线圈在嵌入有线圈的填充材料的朝上方向和朝下方向中的至少一个方向上连接到电路图案。10.根据权利要求1所述的线圈嵌入式集成电路基板，其中，所述线圈嵌入式集成电路基板是具有用于电源管理集成电路的嵌入式功率电感器的基板。11.一种制造线圈嵌入式集成电路基板的方法，所述方法包括: 在芯部基板中形成至少部分加工空间； 将线圈嵌入到所述至少部分加工空间中； 使用填充材料填充所述至少部分加工空间中的空气间隙； 在芯板基板和填充材料的上部和下部上形成绝缘层。12.根据权利要求11所述的方法，其中，在将线圈嵌入的步骤中，将缠绕线圈沿着与缠绕线圈的缠绕方向平行的方向插入到所述至少部分加工空间中。13.根据权利要求11所述的方法，其中，在将线圈嵌入的步骤中，将缠绕线圈沿着与缠绕线圈的缠绕方向垂直的方向插入到所述至少部分加工空间中。14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述形成绝缘层的步骤包括: 在芯部基板和填充材料的上部上形成上绝缘层； 使用填充材料填充填充材料的下部，以使线圈嵌入； 在芯部基板和填充材料的下部上形成下绝缘层。15.根据权利要求14所述的方法，其中，使线圈嵌入到所述至少部分加工空间中的步骤包括: 将粘附膜粘附到形成有所述至少部分加工空间的芯部基板的下表面； 通过将线圈插入所述至少部分加工空间中使线圈粘附到粘附膜； 在将下绝缘层形成在芯部基板的下表面上之前，去除粘附到芯部基板的下表面的粘附膜。16.根据权利要求11所述的方法，所述方法还包括: 通过去除绝缘层的一部分来形成通孔； 通过使用导电材料填充通孔来形成过孔； 在绝缘层上形成连接到过孔的电路图案。17.根据权利要求16所述方法，其中，线圈通过穿过通孔的镀层或焊料连接到形成在线圈的上层和下层上的电路图案，线圈在嵌入有线圈的填充材料的朝上方向和朝下方向中的至少一个方向上连接到电路图案。
【文档编号】H01L23/64GK106024763SQ201510837155
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2015年11月26日
【发明人】安进模
【申请人】三星电机株式会社