嵌埋电感结构及其制造方法与流程

1.本发明涉及电子器件封装结构，具体涉及嵌埋电感结构及其制造方法。


背景技术：

2.随着电子技术不断发展，产品中电感器件尺寸不断小型化，集成度越来越高，实现电感嵌埋的方式获得了广泛应用；同时对电感的电感量要求也越来越高。
3.现有基板嵌埋封装方案已经可以实现单颗电感或多颗电感嵌埋封装，如中国专利cn113053849a公开的基板嵌埋封装方案，将单颗或多颗电感一次性嵌埋于基板中；目前电感是使用嵌埋支撑框架，在框架内部设计导电同住与，支撑框架空腔内填充磁性材料，在上面和下面使用导电线路连接导电铜柱，形成电感导电线圈。
4.现有嵌埋电感方案中导电线圈与磁性材料不直接接触，绝缘层的厚度影响电感量，厚度越厚电感的电感量越低；使用铜柱制作线圈，相邻线圈通过铜柱导通，铜柱大小影响线圈间距，无法实现密集线圈绕组，固定磁路长度内线圈匝数少，无法实现高电感值；线圈与磁性材料之间存在介质材料，同样的导电线圈尺寸，磁体尺寸无法最大化，影响电感值。


技术实现要素：

5.本发明的实施方案涉及提供一种嵌埋电感结构及其制造方法，以解决上述技术问题。本发明使用线路层制作线圈，在线圈位置使用机械钻孔的方式形成腔体，可减少线圈与磁体接触的间距，磁体直接接触线圈，有效提升电感的电感量；线圈层之间可使用薄绝缘层压合或薄绝缘层丝印制作，可减小线圈层与层之间的厚度，可增加线圈匝数，有效提升电感的电感量；电感的线圈直接环绕在磁体表面，固定的线圈尺寸，实现磁体最大化，可有效提升电感的电感值。
6.本发明第一方面涉及一种嵌埋电感结构的制造方法，包括如下步骤：
7.(a)准备临时承载板；
8.(b)在所述临时承载板的至少一侧上制备第一导电线圈层以及位于所述第一导电线圈层上的第一导电铜柱层，其中所述第一导电线圈层包括第一导电线路和至少一个第一导电线圈，所述第一导电铜柱层分别与所述第一导电线路和所述第一导电线圈连通；
9.(c)在所述第一导电线圈层和所述第一导电铜柱层上形成第一绝缘层，并减薄所述第一绝缘层以暴露所述第一导电铜柱层的端部；
10.(d)重复步骤(b)和步骤(c)形成n层导电线圈层、n-1层导电铜柱层和n层绝缘层，其中n≥2；
11.(e)移除所述临时承载板；
12.(f)在n层导电线圈中形成电感腔体和外露于所述电感腔体内壁的电感线圈；
13.(g)在所述电感腔体内填充与所述电感线圈直接接触的磁体形成电感，并减薄所述磁体以使所述磁体的端部与所述电感线圈平齐；
14.(h)在所述n层绝缘层的上下表面上分别制备第n导电铜柱层和第n+1导电铜柱层，所述第n导电铜柱层分别与所述电感线圈和所述第n导电线路连通，所述第n+1导电铜柱层分别与所述电感线圈和所述第一导电线路联通；
15.(i)在所述第n导电铜柱层和所述第n+1导电铜柱层上分别形成第n+1绝缘层和第n+2绝缘层，减薄所述第n+1绝缘层和所述第n+2绝缘层以分别暴露所述第n导电铜柱层和所述第n+1导电铜柱层的端部；
16.(j)分别在所述第n+1绝缘层和所述第n+2绝缘层上制作第n+1导电线路和第n+2导电线路，所述第n+1导电线路通过所述第n导电铜柱层与所述第n导电线路导通连接，所述第n+2导电线路通过所述第n+1导电铜柱层与所述第一导电线路导通连接。
17.在一些实施方案中，形成所述电感线圈后，所述n层导电线圈分别呈带有缺口的环状，且所述n层导电线圈分别在缺口处断开。
18.在一些实施方案中，步骤(c)中位于各导电线圈上下两侧的导电铜柱在纵向上的位置不同。
19.在一些实施方案中，所述磁体包括绝缘性磁体。
20.在一些实施方案中，所述临时承载板包括表面施加有分离层的金属板或玻璃基板、牺牲铜箔或表面覆铜板。
21.在一些实施方案中，步骤(b)包括：
22.(b1)在所述临时承载板的至少一侧上形成第一金属种子层；
23.(b2)在所述第一金属种子层上施加第一光刻胶层，曝光显影所述第一光刻胶层形成第一特征图案；
24.(b3)在所述第一特征图案中镀铜形成第一导电线圈层，其中所述第一导电线圈层包括第一导电线路和至少一个第一导电线圈；
25.(b4)移除所述第一光刻胶层，蚀刻暴露的第一金属种子层；
26.(b5)在所述第一导电线圈层上施加第二光刻胶层，曝光显影所述第二光刻胶层形成第二特征图案；
27.(b6)在所述第二特征图案中镀铜形成第一导电铜柱层，所述第一导电铜柱层分别与所述第一导电线路和所述第一导电线圈连通；
28.(b7)移除所述第二光刻胶层。
29.在一些实施方案中，n层导电线圈的横截面为完整的圆形、椭圆或多边形。
30.在一些实施方案中，n层导电线圈的横截面为边缘处带有缺口的圆形、椭圆或多边形。
31.在一些实施方案中，n层导电线圈的横截面为外侧边缘处带有缺口的环形。
32.在一些实施方案中，所述绝缘层包括聚酰亚胺、环氧树脂、双马来酰亚胺/三嗪树脂、聚苯醚、聚丙烯酸酯、半固化片、膜状有机树脂或它们的组合。
33.在一些实施方案中，步骤(c)包括通过压合、丝印或感光的方式在所述第一导电线圈层和所述第一导电铜柱层上形成第一绝缘层。
34.在一些实施方案中，步骤(c)包括通过磨板或等离子蚀刻的方式减薄所述第一绝缘层以暴露所述第一导电铜柱层的端部。
35.在一些实施方案中，步骤(f)包括通过锣机锣槽或激光切割的方式在n层导电线圈
中形成电感腔体和外露于所述电感腔体内壁的电感线圈。
36.在一些实施方案中，步骤(g)包括通过丝印或点胶的方式在所述电感腔体内填充与所述电感线圈直接接触的磁体。
37.在一些实施方案中，还包括：
38.(k)承接步骤(j)，在所述第n+1导电线路和所述第n+2导电线路上分别形成第一阻焊层和第二阻焊层，并在所述第一阻焊层和所述第二阻焊层内分别形成第一表面处理层和第二表面处理层。
39.在一些实施方案中，步骤(k)包括通过丝印、打印或感光的方式在所述第n+1导电线路和所述第n+2导电线路上分别形成第一阻焊层和第二阻焊层。
40.在一些实施方案中，步骤(k)包括通过抗氧化、化镍钯金、镀锡或化银的方式在所述第一阻焊层和所述第二阻焊层内分别形成第一表面处理层和第二表面处理层。
41.本发明的第二方面提供一种嵌埋电感结构，采用本发明第一方面所述的嵌埋电感结构的制造方法制备。
42.在一些实施方案中，包括绝缘层、位于所述绝缘层内的电感以及位于所述绝缘层内和所述绝缘层上下表面的多层导电线路，还包括位于所述绝缘层内的多层导电铜柱层，所述电感和所述多层导电线路通过所述多层导电铜柱层导通连接，所述电感包括磁体以及与所述磁体直接接触的电感线圈，所述电感线圈由多层导电线圈和位于相邻导电线圈之间的导电铜柱构成，所述多层导电线圈分别呈带有缺口的环状且在缺口处断开，位于各导电线圈上下两侧的导电铜柱在纵向上的位置不同。
43.在一些可能的实施方案中，还包括分别位于所述绝缘层上下表面的第一阻焊层和第二阻焊层，以及分别位于所述第一阻焊层和所述第二阻焊层内的第一表面处理层和第二表面处理层。
附图说明
44.为了更好地理解本发明并示出本发明的实施方式，以下纯粹以举例的方式参照附图。
45.具体参照附图时，必须强调的是特定的图示是示例性的并且目的仅在于说明性地讨论本发明的优选实施方案，并且基于提供被认为是对于本发明的原理和概念方面的描述最有用和最易于理解的图示的原因而被呈现。就此而言，没有试图将本发明的结构细节以超出对本发明基本理解所必须的详细程度来图示；参照附图的说明使本领域技术人员认识到本发明的几种形式可如何实际体现出来。在附图中：
46.图1为根据本发明的一个实施方案的嵌埋电感结构的纵向截面示意图；
47.图2为根据本发明的一个实施方案的嵌埋电感结构的横向截面示意图；
48.图3为根据本发明的一个实施方案的电感结构示意图；
49.图4(a)～4(i)示出本发明一个实施方案的嵌埋电感结构的制造方法的各步骤中间结构的截面示意图。
具体实施方式
50.参照图1和图2，图1示出嵌埋电感结构100的纵向截面示意图，图2示出嵌埋电感结
构100的横向截面示意图。嵌埋电感结构100包括绝缘层107、位于绝缘层107内的电感、位于绝缘层107内和绝缘层107上下表面的多层导电线路，还包括位于绝缘层107内的多层导电铜柱层，电感和多层导电线路通过多层导电铜柱层导通连接。绝缘层107可以包括聚酰亚胺、环氧树脂、双马来酰亚胺/三嗪树脂、聚苯醚、聚丙烯酸酯、半固化片、膜状有机树脂或它们的组合。通常，导电铜柱层可以设置多个铜柱，其截面尺寸可以相同，也可以不同。
51.参照图3，示出了电感结构示意图。电感包括磁体105以及与磁体直接接触的电感线圈104，电感线圈104直接环绕在磁体105表面，固定的线圈尺寸可以实现磁体最大化，有效提升电感的电感值。电感线圈104由多层导电线圈和位于相邻导电线圈之间的导电铜柱构成，多层导电线圈分别呈带有缺口的环状且在缺口处断开，位于各导电线圈上下两侧的导电铜柱在纵向上的位置不同，既能保证多层导电线圈之间的导通，又能够避免多层导电线圈之间发生短路。
52.嵌埋电感结构100还包括分别位于绝缘层107上下表面的第一阻焊层109a和第二阻焊层109b，以及分别位于第一阻焊层109a和第二阻焊层内109b的第一表面处理层110a和第二表面处理层110b。
53.参照图4(a)～4(i)，示出本发明一个实施方案的嵌埋电感结构的制造方法的各个步骤的中间结构的截面示意图。
54.所述制造方法包括如下步骤：准备临时承载板1011，如图4(a)所示。临时承载板1011可以是表面施加有分离层的任意金属板或玻璃基板，例如铜板、铝板、不锈钢板或铝合金板等，也可以是牺牲铜箔或表面覆铜板；优选地，本实施例中的临时承载板1011为表面施加有分离层的金属板。通常，临时承载板1011可以为仅单侧表面施加有分离层的金属板，也可以为双侧表面均施加有分离层的金属板，本实施例后续过程仅对单侧表面施加有分离层的金属板进行演示说明，但是并不代表仅能在金属板的单侧进行后续操作。
55.接着，在临时承载板1011上制备第一导电线圈层以及位于第一导电线圈层上的第一导电铜柱层102，其中第一导电线圈层包括第一导电线路101a和至少一个第一导电线圈101b，第一导电铜柱层102分别与第一导电线路101a和第一导电线圈101b连通，如图4(b)所示。通常，包括以下步骤：
56.(b1)在临时承载板1011的上形成第一金属种子层；
57.(b2)在第一金属种子层上施加第一光刻胶层，曝光显影第一光刻胶层形成第一特征图案；
58.(b3)在第一特征图案中镀铜形成第一导电线圈层，其中第一导电线圈层包括第一导电线路101a和至少一个第一导电线圈101b；
59.(b4)移除第一光刻胶层，蚀刻暴露的第一金属种子层；
60.(b5)在第一导电线圈层上施加第二光刻胶层，曝光显影第二光刻胶层形成第二特征图案；
61.(b6)在第二特征图案中镀铜形成第一导电铜柱层102，第一导电铜柱层102分别与第一导电线路101a和第一导电线圈101b连通；
62.(b7)移除第二光刻胶层。
63.通常，每层导电线圈层中导电线圈的数量可以根据实际需要确定，导电线圈的横截面的形状也可以根据实际需要确定，例如，可以为完整的圆形、椭圆形或多边形，例如三
角形、长方形、正五边形或正六边形等，具体不做限定；导电线圈的横截面的形状也可以为边缘处带有缺口的圆形、椭圆或多边形；导电线圈的横截面的形状还可以为外侧边缘处带有缺口的环形。
64.导电铜柱层中可以设置多个铜通孔柱作为转接io通道，以实现导电线圈层之间的导通，多个铜通孔柱的尺寸和/或形状可以相同，也可以不同；铜通孔柱可以是实心铜柱，也可以是边缘镀铜的空心铜柱。优选，铜通孔柱为实心铜柱。
65.通常，可以通过化学镀或者溅射的方式形成金属种子层，金属种子层可以包括钛、铜、钛钨合金或它们的组合；优选地，溅射钛和铜制作金属种子层。
66.然后，在第一导电线圈层和第一导电铜柱层102上形成第一绝缘层101c，并减薄第一绝缘层101c以暴露第一导电铜柱层102的端部，如图4(c)所示。通常，绝缘层可以包括聚酰亚胺、环氧树脂、双马来酰亚胺/三嗪树脂、聚苯醚、聚丙烯酸酯、半固化片、膜状有机树脂或它们的组合。可以通过压合、丝印或感光的方式在导电线圈层和导电铜柱层上形成绝缘层；优选通过压合或丝印的方式制作绝缘层。
67.通常，可以整体减薄绝缘层，例如，可以通过磨板或等离子蚀刻的方式整体减薄绝缘层；还可以局部减薄绝缘层，例如，可以通过激光或机械钻孔的方式局部减薄绝缘层；或者当绝缘层为感光型介质材料时，可以通过曝光显影的方式局部减薄绝缘层。优选地，通过磨板或等离子蚀刻的方式整体减薄绝缘层以暴露导电铜柱层的端部。
68.然后，重复步骤(b)和步骤(c)形成五层导电线圈层、四层导电铜柱层和五层绝缘层，如图4(d)所示。可以理解的是，导电线圈层的数量和大小可以根据需要制作，导电线圈层中导电线圈的大小可以根据需求或空间调整。
69.接着，移除临时承载板1011，如图4(e)所示。需要说明的是，根据实际需求，导电线圈层的导电线路可以任意层起始；分板后可以继续制作导电线路，匝数不做限制，可以做单层导电线路，也可以做多层导电线路，
70.然后，在五层导电线圈中形成电感腔体103和外露于电感腔体内壁的电感线圈104，如图4(f)所示。需要说明的是，形成电感线圈104后，各导电线圈分别呈带有缺口的环状，各导电线圈分别在缺口处断开，且各导电线圈上下两侧的导电铜柱在纵向上的位置不同，既能保证多层导电线圈之间的导通，又能够避免多层导电线圈之间发生短路。
71.通常，采用机械钻孔的方式形成电感腔体103和电感线圈104，以避免对导电线圈其余部分以及导电铜柱的破坏；例如，可以根据需要的电感腔体103的尺寸选择锣机锣槽或激光切割的方式形成电感腔体103和外露于电感腔体内壁的电感线圈104。
72.当导电线圈的横截面为完整的圆形、椭圆或多边形时，可以采用两次机械钻孔的方式形成电感腔体和电感线圈。当导电线圈的横截面为边缘处带有缺口的圆形、椭圆或多边形时，可以通过一次机械钻孔的方式形成电感腔体和电感线圈，即增加缺口能够减少一次钻孔工艺，提高效率。当导电线圈的横截面为外侧边缘处带有缺口的环形时，可以通过一次机械钻孔的方式形成电感腔体和电感线圈，且可减少钻孔时导电线圈对钻咀的磨损，达到增加钻咀使用孔数和提升钻孔品质的效果。
73.接着，在电感腔体103内填充与电感线圈104直接接触的磁体105形成电感，并减薄磁体105以使磁体105的端部与电感线圈104平齐，如图4(g)所示。通常，可以包括如下子步骤：
74.(g1)磁性材料处理；
75.(g2)填充磁性材料；
76.(g3)磁性材料固化。
77.需要说明的是，可以采用相关技术中任意处理和固化磁性材料的方法对磁性材料进行处理和固化。可以采用丝印或点胶的方式在电感腔体103内填充与电感线圈104直接接触的磁体105；电感线圈104直接环绕在磁体105表面，固定的线圈尺寸可以实现磁体最大化，有效提升电感的电感值。磁体105包括绝缘性磁体，以避免磁体和105和电感线圈104之间连通造成短路。
78.为了减薄磁体105以使磁体105的端部与电感线圈104平齐，可以采用机械粗磨
→
机械细磨
→
磁性材料固化
→
磁体表面抛光的方式减薄磁体105。
79.然后，在五层绝缘层的上下表面上分别制备第五导电铜柱层106a和第六导电铜柱层106b，第五导电铜柱层106a分别与电感线圈104和第五导电线路连通，第六导电铜柱层106b分别与电感线圈104和第一导电线路101a连通。通常，可以包括如下子步骤：
80.在五层绝缘层的上下表面上分别形成第二金属种子层和第三金属种子层；
81.在第二金属种子层和第三金属种子层上分别施加第二光刻胶层和第三光刻胶层，曝光显影第二光刻胶层和第三光刻胶层分别形成第二特征图案和第三特征图案；
82.在第二特征图案中电镀铜形成第五导电铜柱层106a，在第三特征图案中电镀铜形成第六导电铜柱层106b；
83.分别蚀刻暴露的第二金属种子层和第三金属种子层；
84.分别移除第二光刻胶层和第三光刻胶层。
85.接着，分别在第五导电铜柱层106a和第六导电铜柱层106b上分别形成第六绝缘层和第七绝缘层，减薄第六绝缘层和第七绝缘层以分别暴露第五导电铜柱层106a和第六导电铜柱层106b的端部。第一绝缘层至第七绝缘层共同形成绝缘层107。
86.然后，分别在绝缘层107的上下表面上制作第六导电线路108a和第七导电线路108b，第六导电线路108a通过第五导电铜柱层106a与第五导电线路导通连接，第七导电线路108b通过第六导电铜柱层106b与第一导电线路101a导通连接，如图4(h)所示。通常，可以包括如下子步骤：
87.分别在绝缘层107的上下表面上形成第四金属种子层和第五金属种子层；
88.在第四金属种子层和第五金属种子层上分别施加第四光刻胶层和第五光刻胶层，曝光显影第四光刻胶层和第五光刻胶层分别形成第四特征图案和第五特征图案；
89.在第四特征图案中电镀铜形成第六导电线路108a，在第五特征图案中电镀铜形成第七导电线路108b；
90.分别移除第二光刻胶层和第三光刻胶层；
91.分别蚀刻暴露的第三金属种子层和第四金属种子层。
92.最后，在第六导电线路108a和第七导电线路108b上分别形成第一阻焊层109a和第二阻焊层109b，并在第一阻焊层109a和第二阻焊层109b内分别形成第一表面处理层110a和第二表面处理层110b，得到嵌埋电感结构100，如图4(i)所示。通常，可以通过丝印、打印或感光的方式分别在第六导电线路108a和第七导电线路108b上分别形成第一阻焊层109a和第二阻焊层109b；例如，可以经过阻焊前处理
→
丝印阻焊层
→
阻焊层报告
→
阻焊层显影的
过程形成阻焊层。
93.需要说明的是，可以对暴露的金属进行表面处理以在第一阻焊层109a和第二阻焊层109b内分别形成第一表面处理层110a和第二表面处理层110b；可以通过抗氧化、化镍钯金、镀锡或化银的方式对暴露的金属进行表面处理。
94.本领域技术人员将会认识到，本发明不限于上下文中具体图示和描述的内容。而且，本发明的范围由所附权利要求限定，包括上文所述的各个技术特征的组合和子组合以及其变化和改进，本领域技术人员在阅读前述说明后将会预见到这样的组合、变化和改进。
95.在权利要求书中，术语“包括”及其变体例如“包含”、“含有”等是指所列举的组件被包括在内，但一般不排除其他组件。