电路板及其制造方法与流程

本发明是有关一种电路板及其制造方法，特别是关于一种具有电感元件的电路板及其制造方法。

背景技术：

近年来，随着科技产业日益发达，电子产品例如笔记本电脑、平板电脑与智能型手机已频繁地出现在日常生活中。电子产品的型态与使用功能越来越多元，因此应用于电子产品中的电路板也成为相关技术中的重要角色。此外，为了增加电路板的应用，电路板也可依据需求设计成多层电路板，以增加其内部用来线路布局的空间，而许多不同种类的电子元件，例如连接器、晶片或光电元件，可依据需求配置在多层电路板上，增加其使用功能。

在电源控制晶片或无线通讯的晶片封装中常需要使用到电感元件，传统作法是在电路板完成后利用表面贴焊(surface mount technology,SMT)的方式，将电感元件组装于电路板的表面，但随着技术的进步，电子产品要求轻薄短小，使得微缩这些外加元件变得极具挑战，而使用焊接的方式也使其可靠度倍受考验。

技术实现要素：

根据本发明的多个实施方式，是提供一种电路板，可减少整体封装的厚度或体积，并且利用磁性结构增强其电感线圈的电感效应。此电路板包含基材、第一磁性结构、第一介电层和电感线圈。基材具有顶面和底面。第一磁性结构配置于基材的顶面上。第一介电层覆盖基材以及第一磁性结构。电感线圈包含：第一导线、第二导线和多个导电柱。第一导线配置于第一介电层上。第二导线配置于基材的底面上。多个导电柱连接第一导线以及第二导线，第一导线、第二导线和导电柱形成环绕第一磁性结构的螺旋结构。

在某些实施方式中，基材包含高分子基板、第二介电层和第三介电层，第二介电层和第三介电层分别配置于高分子基板的相对两个表面上，其中第一磁性结构接触第二介电层。

在某些实施方式中，电路板还包含第四介电层和第二磁性结构配置于高分子基板和第三介电层的中间，其中第二磁性结构配置于第四介电层和第三介电层之间。

在某些实施方式中，第一磁性结构包含至少一个磁性复合层，磁性复合层包含：介电薄膜；以及磁性材料配置于介电薄膜上。

在某些实施方式中，导电柱贯穿基材和第一介电层。

在某些实施方式中，磁性材料为铁、钴、镍、铷或其合金。

在某些实施方式中，电路板还包含第一保护层覆盖第一导体和第一介电层，以及第二保护层覆盖第二导体和基材的底面。

本发明的多个实施方式，是提供一种电路板的制造方法，包含提供基材，基材具有顶面和底面；在顶面上形成磁性结构；形成介电层覆盖磁性结构；形成多个孔洞，孔洞贯穿基材和介电层；形成金属层覆盖介电层和基材的底面，且填充孔洞，其中填充在孔洞中的金属层的部分形成多个导电柱；以及图案化金属层以分别在介电层和底面上形成第一导线图案和第二导线图案，其中第一导线图案、第二导线图案和导线柱形成环绕磁性结构的螺旋结构。

在某些实施方式中，形成金属层的方法为电镀、电浆辅助原子层沉积、有机金属化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、溅镀或脉冲激光蒸镀。

在某些实施方式中，形成磁性结构包含交替地形成多个介电薄膜以及多个磁性层，其中各介电薄膜与各磁性层彼此交替堆叠。

为使本发明的上述及其它目的、特征和优点还明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1为根据某些实施方式，一种电路板的制造方法的流程图。

图2是绘示根据本发明某些实施方式的基板的剖面示意图。

图3至图4A是绘示根据本发明某些实施方式的形成磁性结构于基材的顶面上的细部流程的剖面示意图。

图4B-4C是绘示根据本发明某些实施方式形成第一磁性结构120或/及第二磁性结构130的剖面示意图。

图5A-5C是绘示根据本发明某些实施方式形成介电层覆盖磁性结构的剖面示意图。

图6A-6C是绘示根据本发明某些实施方式形成孔洞的剖面示意图。

图7A-7C是绘示根据本发明某些实施方式形成金属层后的剖面示意图。

图8A-8B是绘示根据本发明某些实施方式的形成第一导线图案162、导电柱164和第二导线图案166后的俯视示意图。

图8C-8E是绘示根据本发明某些实施方式的沿图8A的A-A’截线的剖面示意图。

图9A-9C是绘示根据本发明某些实施方式形成保护层后的剖面示意图。

图10A至图10B是绘示根据本发明某些实施方式的电路板的制造方法的各工艺阶段的剖面示意图。

具体实施方式

以下将详细讨论本实施例的制造与使用，然而，应了解到，本发明提供实务的创新概念，其中可以用广泛的各种特定内容呈现。下文叙述的实施方式或实施例仅为说明，并不能限制本发明的范围。

此外，在本文中，为了易于描述附图所绘的某个元件或特征和其它元件或特征的关系，可能会使用空间相对术语，例如“在…下方”、“在…下”、“低于”、“在…上方”、“高于”和类似用语。这些空间相对术语意欲涵盖元件使用或操作时的所有不同方向，不只限于附图所绘的方向而已。装置可以其它方式定向(旋转90度或定于另一方向)，而本文使用的空间相对描述语则可相应地进行解读。

以下提供各种关于电路板及其制作方法的实施例，其中详细说明此电路板的结构和性质以及此电路板的制备步骤或操作。

一般电感元件整合于封装基板时大多使用表面贴焊(surface mount technology,SMT)的方式，将电感元件直接透过回焊的方式连接至封装基板上，由于元件与封装基板于表面进行连接，故无法有效减少整体封装的厚度或体积。

为达到封装尺寸轻薄短小的需求，本发明提供一种电路板结构和其制造方法，直接将线圈形成于电路板中，并且利用磁性结构增强其电感效应。

图1为根据某些实施方式，一种电路板的制造方法的流程图。如图1所示，方法10包含步骤S11、步骤S12、步骤S13、步骤S14、步骤S15以及步骤S16。

在步骤S11中，提供基材，基材具有顶面和底面。在某些实施方式中，如图2所示，基材110包含基板112和介电层114，且基材110具有顶面111和底面113。在某些实施方式中，可先提供基板112，之后再形成介电层114于基板112上以形成基材110。基板112可例如为高分子基板、复合式基板或其它公知使用于电路板的基板。在一实施方式中，基板112为高分子纤维复合材料基板。在另一实施方式中，基板112包含高分子(例如环氧树脂)和增强材料(例如玻璃纤维、碳纤维、凯夫拉(Kevlar)纤维、硼纤维、碳化硅纤维、或/及其组合)。介电层114可例如为硅胶材料、适当的高分子材料或高分子与玻璃陶瓷的复合材料。

在步骤S12中，在基材的顶面上形成磁性结构。图3至图4A是绘示根据本发明某些实施方式的形成磁性结构120于基材110的顶面上的细部流程的剖面示意图。如图3所示，首先形成介电薄膜材料层122于基材110上，之后形成磁性材料层124于介电薄膜材料层122上。形成介电薄膜材料层122和磁性材料层124的方法包含(但不限于)电浆辅助原子层沉积、有机金属化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、溅镀或脉冲激光蒸镀。在一实施方式中，介电薄膜122可例如为硅氧化物或非导电薄膜、氮化硅、金属氧化物或金属氮化物。在另一实施方式中，磁性材料层124为一元、二元或多元金属的合金且具有磁性之材料，例如铁、钴、镍、铷或其合金。

如图4A所示，使用图案化工艺使介电薄膜材料层122和磁性材料层124形成所要的图案，而形成第一磁性结构120。例示性的图案化工艺包含形成光阻层覆盖第一磁性结构120，将光阻曝光而形成图案，执行曝光后烘烤工艺并将光阻显影而形成包含光阻的遮罩元件。在另一实施方式中，也可使用硬遮罩层例如氮化硅作为遮罩元件。之后使用反应式离子蚀刻(reactive ion etching,RIE)、电浆干式蚀刻、湿式蚀刻或/及其它合适的工艺蚀刻没有被遮罩元件保护的区域。蚀刻气体可例如使用六氟化硫、四氯化硅、八氟环丁烷、甲烷、氢气、氩或其它已知蚀刻气体或其组合。

图4B-4C是绘示根据本发明另外某些实施方式的形成第一磁性结构120或/及第二磁性结构130的剖面示意图。在图4B绘示的实施方式中，基材110包含基板112、介电层114和介电层116，介电层114和介电层116分别配置于基板112的相对两个表面上。第一磁性结构120和第二磁性结构130分别形成于基材110的相对两个表面上。第二磁性结构130包含介电薄膜材料层132和磁性材料层134。第二磁性结构130的形成方法和第一磁性结构120相同，故不再赘述。

在图4C绘示的实施方式中，在基材110上形成第一磁性结构120。第一磁性结构120具有至少一个磁性复合层，磁性复合层包含介电薄膜材料层122和磁性材料层124，其中磁性材料层124配置于介电薄膜材料层122上。形成第一磁性结构120的步骤包含交替地形成多个介电薄膜材料层122和多个磁性材料层124，其中各介电薄膜材料层122与各磁性材料层124彼此交替堆叠。介电薄膜材料层122和磁性材料层124的交互堆叠层数并不受限制，且此堆叠层数越多时，之后形成的电感元件所具有的电磁感应会越强，故可依需求形成多组的磁性复合层作为第一磁性结构120。在本领域中的普通技术人员应理解，图4C仅为例示性地绘示出第一磁性结构120包含两个磁性复合层，但实际上可包含更多的磁性复合层。在另一实施方式中，也可在基材110的相对两个表面上分别形成第一磁性结构120和第二磁性结构130，且第一磁性结构120和第二磁性结构130至少其中一个具有多个磁性复合层。在又一实施方式中，第一磁性结构120和第二磁性结构130各自包含的磁性复合层数量可为相同或不同。

之后，进行步骤S13，形成介电层覆盖磁性结构。图5A-5C是绘示根据本发明某些实施方式形成介电层140或/及介电层150分别覆盖磁性结构120或/及磁性结构130的剖面示意图，其中图5A是接续图4A的实施方式，图5B是接续图4B，图5C是接续图4C。如图5A所示，形成介电层140覆盖第一磁性结构120和基材110的顶面，以及形成介电层150覆盖基材110的底面。在一实施方式中，可使用压合或贴合工艺同时形成介电层140和介电层150。介电层140和介电层150可例如为高分子与玻璃纤维材料、适当的高分子材料或高分子与玻璃陶瓷的复合材料。在另一实施方式中，先前步骤提供的基材110可还包含介电层150配置于基板112的底面，因此只需要形成介电层140覆盖第一磁性结构120和基材110的顶面。在第一磁性结构120和第二磁性结构130分别配置于基材110的相对两面的实施方式中，介电层150覆盖第二磁性结构130和基材110的底面。

在图5B绘示的实施方式中，第一磁性结构120和第二磁性结构130分别形成于基材110的相对两个表面，其中基材110包含基板112、介电层114和介电层116，且介电层114和介电层116分别形成于基板112的相对两个表面。在此实施方式中，形成介电层140和介电层150分别覆盖第一磁性结构120和第二磁性结构130。介电层140和介电层150的组成、形成方式如上所述，故在此不再重复。

在图5C绘示的实施方式中，形成介电层140和介电层150分别覆盖第一磁性结构120和基材的底面。第一磁性结构120具有多个磁性复合层。介电层140和介电层150的组成、形成方式如上所述，故在此不再重复。

之后进行步骤S14，形成多个孔洞，孔洞贯穿基材及介电层。请参照图6A-6C。图6A-6C是绘示根据本发明某些实施方式形成孔洞161的剖面示意图，其中图6A是接续图5A的实施方式，图6B是接续图5B，图6C是接续图5C。如图6A所示，形成多个孔洞161贯穿基板112、介电层114、介电层140和介电层150。形成孔洞161的方法包含激光钻孔或机械式钻孔。在一实施方式中，形成孔洞后可选择性地使用除胶渣(desmear)工艺。由于形成孔洞时的高温使基材内含的高分子超过玻璃转换温度(Tg)而形成融熔状并产生胶渣。因此可使用除胶渣工艺避免后续形成的导电柱有导电不良的问题。

在图6B绘示的实施方式中，形成多个孔洞161贯穿基板112、介电层114、介电层116、介电层140和介电层150。孔洞161形成方式如上所述，在此不再重复。在图6C绘示的实施方式中，形成多个孔洞161贯穿基板112、介电层114、介电层140和介电层150。

接着进行步骤S15，形成金属层覆盖介电层及基材底面，且填充孔洞，其中填充在孔洞中的金属层的部分形成多个导电柱。请参照图7A-7C。图7A-7C是绘示根据本发明某些实施方式形成金属层160后的剖面示意图，其中图7A是接续图6A的实施方式，图7B是接续图6B，图7C是接续图6C。在图7A-7C的实施方式中，使用金属化(metalization)工艺形成金属层160覆盖介电层140和介电层150，并填充孔洞161，其中填充在孔洞161的金属层160的部分形成多个导电柱164。形成金属层160的方法包含但不限于电镀、电浆辅助原子层沉积、有机金属化学气相沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、溅镀或脉冲激光蒸镀。金属层的组成包含铜、银、金或其它导电材料。

之后进行步骤S16，图案化金属层，以分别在介电层及基材的底面上形成第一导线图案及第二导线图案，其中第一导线图案、第二导线图案以及导电柱形成环绕磁性结构的螺旋结构。请参照图8A-8B，图8A-8B是绘示根据本发明某些实施方式的形成第一导线图案162、导电柱164和第二导线图案166后之俯视示意图。在图8A绘示的实施方式中，在金属化工艺之后将覆盖介电层140和介电层150的金属层图案化并分别形成第一导线图案162和第二导线图案166。在图8A绘示的实施方式中，多个导电柱164配置于第一磁性结构120的相对两侧，第一导线图案162配置于第一磁性结构120的上方，第二导线图案166(以虚线表示)配置于第一磁性结构120的下方，其中导电柱164连接第一导线图案162和第二导线图案166形成单螺旋结构的电感线圈。图8A和图8B中的电感线圈结构类似，两者皆包含第一导线图案162、第二导线图案166、多个导电柱164和第一磁性结构120。图8A与图8B不同之处在于，图8B的电感线圈为双螺旋结构，能够提供密度更高的电感线圈。电感线圈的圈数可为整数，也可视其电路布局需求不为整数。

图8C-8E是绘示根据本发明某些实施方式的沿图8A的A-A’截线的剖面示意图。在图8C绘示的实施方式中，孔洞161在金属化工艺中被填满，形成导电柱164。在一实施方式中，第一磁性结构120的顶面和第一导线图案162所配置的表面的距离为D1，第一磁性结构120的底面和第二导线图案166所配置的表面的距离为D2。为了工艺方便的需求，D1和D2不同。在另一实施方式中，视其电路设计上的需要，D1也可以等于D2。在图8D绘示的实施方式中，孔洞161在金属化工艺中被填满，形成导电柱164，且导电柱164的中间部分比导电柱164的两端细。在图8E绘示的实施方式中，导电柱164包含柱状填充物168以及环绕填充物168的金属。填充物168可例如为树脂材料、高分子与玻璃陶瓷的复合材料或其它适当的材料。

图9A-9C是绘示根据本发明某些实施方式形成保护层后的剖面示意图。在形成第一导线图案162、第二导线图案166和导电柱164之后，可选择性地形成保护层170或/及保护层180。保护层170覆盖第一导线图案162和介电层140。保护层180覆盖第二导线图案166和介电层150。保护层170和保护层180可例如为高分子与玻璃纤维材料、适当的高分子材料或高分子与玻璃陶瓷的复合材料。

图10A-10B是绘示根据本发明某些实施方式的电路板之剖面示意图。在图10A绘示的实施方式中，电路板，包含基材110、第一磁性结构120、介电层140和介电层150以及电感线圈。基材110具有顶面和底面，基材110包含基板112和介电层114。第一磁性结构120配置于基材的顶面上。介电层140覆盖基材110以及第一磁性结构120，介电层150覆盖基材110的底面。电感线圈包含第一导线图案162、第二导线图案166(标示在图8A中)和多个导电柱164。第一导线图案162配置于介电层140中。在一实施方式中，第一导线图案162可配置于介电层140上，端视其线路设计需求。第二导线图案配置于介电层150中。在一实施方式中，第二导线图案可配置于介电层150上。导电柱连接第一导线图案162以及第二导线图案，第一导线图案162、第二导线和导电柱164形成环绕第一磁性结构120的螺旋结构。电路板可包含其它元件，例如盲孔、埋孔、其它电路、凸块(bumping)190或主动/被动元件。在一实施方式中，可选择性地将至少一个线路层配置于介电层140和保护层170之间，或/及将至少一个线路层配置于介电层150和保护层180内。在另一实施方式中，至少一个线路层配置于保护层170或/及保护层180上，在此实施方式中，凸块190改为配置于新增之线路层上。

在图10B绘示的实施方式中，图10B和图10A具有类似的结构，不同之处在于图10B的电路板额外具有介电层116和第二磁性结构130，介电层116覆盖基板112的底面，第二磁性结构130配置于介电层116上。介电层150覆盖第二磁性结构130和介电层116。第一磁性结构120和第二磁性结构130配置于电感线圈内。

综上所述，本发明的各实施例提供一种电路板及其制造方法，电路板中具有至少一个磁性结构以及环绕磁性结构的电感线圈，在减少封装尺寸的同时还能维持电感元件的效能。

上文概述若干实施例的特征结构，使得本领域的一般技术人员可更好地理解本发明的内容。本领域的一般技术人员应了解，可轻易使用本发明作为设计或修改其它工艺及结构的基础，以便实施本文所介绍的实施例的相同目的及/或实现相同优势。本领域的一般技术人员也应认识到，此类等效结构并未脱离本发明的精神及范畴，且可在不脱离本发明的精神及范畴的情况下做出对本发明的各种变化、替代及更改。