专利名称：具磁性元件的封装结构及其方法
技术领域：
本发明关于封装结构，特别是关于具有整合在印刷电路板中的磁性元件的封装结 构。
背景技术：
将磁性元件整合在印刷电路板或半导体平台中已是近几年来众所嘱目的电子元 件发展技术。图IA至图IC的剖面图显示传统的将磁性元件嵌入印刷电路板中的制法。如图IA 所示，首先提供一绝缘基板100，此绝缘基板100可为一般环氧树脂玻纤板。形成一凹槽110 在绝缘基板100中。接着，如图IB所示，将指环状磁性元件120置入凹槽110。然后，如图 IC所示，涂布环氧树脂封装胶材130覆盖磁性元件120并将凹槽110填满并进行固化。待 封装胶材130固化后，对位在指环状磁性元件120的内部的封装胶材130进行钻孔镀铜以 形成导通孔140。同时，也对位在指环状磁性元件120的外部的封装胶材130进行钻孔镀铜 以形成导通孔150。之后再形成表面金属导线连接导通孔140与150，如此便完成环绕磁性 元件120的导电线圈的制作。完成钻孔镀铜后的结构如图IC所示。传统技术提供很多类似以上所述的结构与作法，然此等不免有各种缺点，因此需 要有更新颖创新的方式，来弥补传统技术的不足。
发明内容
本发明发现传统技术有结构不良的问题，难以抵挡较严厉环境或是难以支撑其上 可能叠置的结构。譬如本发明发现如图IC的导通孔140所穿透的封装胶材130结构并不 够坚固，而且封装胶材130也可能对磁性元件120施加不当的应力。因此，本发明于一方面 提出针对解决此问题而提出方案。在一方面，本发明提供一种封装结构，包括一绝缘基板，具有一指环型凹槽及由该 指环型凹槽所定义的一岛状部分及一外围部分，该指环型凹槽横向地介于岛状部分与外围 部分之间；一指环型磁性元件置于该指环型凹槽中；一上布线层位于该绝缘基板上方及一 下布线层位于该绝缘基板下方；一内电通孔垂直穿透该岛状部分并连接该上布线层及该下 布线层；及一外电通孔垂直穿透该外围部分并连接该上布线层及该下布线层，其中该内电 通孔、该外电通孔、该上布线层及该下布线层形成一导电线圈环绕该指环型磁性元件。在另一方面，本发明提供一种封装结构的制造方法，包括提供一电覆绝缘基板，该 电覆绝缘基板预先定义一指环型区域，一岛状部分及一外围部分，该指环型区域横向地介 于该岛状部分与该外围部分之间；形成一内电通孔垂直穿透该岛状部分及一外电通孔垂直 穿透该外围部分；形成一指环型凹槽在该电覆绝缘基板的该指环型区域中；提供一指环型 磁性元件置于该指环型凹槽中；形成一上布线层在该电覆绝缘基板上方及一下布线层在该 电覆绝缘基板下方；使该内电通孔、该外电通孔、该上布线层及该下布线层电连接以构成一 导电线圈环绕该指环型磁性元件。
本发明尚包括其他方面以解决其他问题并合并上述的各方面详细公开在以下实 施方式中。
图IA至IC为显示传统封装结构的剖面图。图2A及2B至图8A及8B为依据本发明第一实施例显示一封装结构其制作过程中 各步骤的上视图与剖面图。图9为依据本发明的第二实施例例示另一封装结构的上视图。图10A，10B及图11为依据本发明的第三实施例显示另一封装结构其制作过程中 的某些步骤的下视图与剖面图，其中图IOA为下视图，图IOB为沿图IOA的虚线1-1’的剖 面图，图11为延续图IOB的步骤的剖面图。图12A及12B至图16A及16B为依据本发明第四实施例显示另一封装结构其制作 过程中各步骤的上视图与剖面图。主要元件符号说明
100绝缘基板
110凹槽
120环状磁性元件
130封装胶材
140导通孔
150导通孔
210电覆绝缘基板
211绝缘基板
212上导体层
213下导体层
210r指环型区域
210a岛状部分
210b外围部分
310a,310b通孔
410a内电通孔
410b外电通孔
420帽盖垫
510指环型凹槽
510a底部
610指环型磁性元件
620间隙
630空间
710介电层
720导电层
811a上层内电通孔
811b上层外电通孔
812a下层内电通孔
812b下层外电通孔
821上布线层
822下布线层
800，900，1100，1600 封装结构
910通气孔
1022下布线层
1210绝缘基板
1210r指环型区域
1210a岛状部分
1210b外围部分
1510a内电通孔
1510b外电通孔
1610上布线层
1620下布线层
1630通气孔
具体实施例方式以下将参考附图示范本发明的优选实施例。附图中相似元件采用相同的元件符 号。应注意为清楚呈现本发明，附图中的各元件并非按照实物的比例绘制，而且为避免模糊 本发明的内容，以下说明亦省略传统的零组件、相关材料、及其相关处理技术。图2A及图2B至图8A及图8B为依据本发明一第一实施例显示一封装结构其制作 过程中各步骤的上视图与剖面图，标示A的图为上视图，标示B的图为沿标示A的图的虚线 1-1’的剖面图。首先，参考图2A及2B，提供一电覆绝缘基板210，其包括一绝缘基板211及覆盖绝 缘基板211的上导体层212及下导体层213。在此实施例，绝缘基板210可为一般环氧树 脂玻纤板(FR4)。上导体层212及下导体层213可为铜箔。电覆绝缘基板210的优选厚度 一般可在0. 5mm 6. Omm的范围间，但不以此为限。电覆绝缘基板210的面积依需求而定。 可在电覆绝缘基板210上制作一个或多个埋入式磁性元件的封装结构，也可同时形成其他 线路或埋入其它元件。为清楚说明，图中仅显示虚线χ-χ’，Y-Y’所划出单一埋入式磁性元 件封装结构的制造区域。此外，电覆绝缘基板210上也事先预定好放置埋入式磁性元件的 位置，如由虚线r及r’所划出的指环型区域210r。电覆绝缘基板210上相对指环型区域 210i 为内部的区域定义为岛状部分210a ；电覆绝缘基板210上相对指环型区域210r为外 部的区域定义为外围部分210b。指环型区域210r横向地介于岛状部分210a与外围部分 210b之间。接着，参考图3A及图:3B，在电覆绝缘基板210的岛状部分210a及外围部分210b 分别制作垂直穿透电覆绝缘基板210的内通孔310a及外通孔310b。通孔310a及310b延 指环型区域210r的内外边缘排列，其个数可依需求而定。制作方法可采用机械钻孔或激光钻孔或其他合适技术。通孔310a及310b的孔径一般可在0. 15mm 0. 3mm的范围间，但不 以此为限。 参考图4A及4B，完成钻孔后，可执行去钻污、除胶渣及通孔电镀等步骤方式，但不 以此为限，以制作内位于岛状部分210a的内电通孔410a及位于外围部分210b的外电通孔 410b。接着，可进行塞孔及镀帽盖层(cap plating)等步骤，并经由影像转移与蚀刻对上导 体层212及下导体层213加工，以形成覆盖各电通孔410a及410b上方与下方的各个帽盖 垫 420。参考图5A及5B，完成内电通孔410a、外电通孔410b及帽盖垫420后，可利用机械 或化学或其它合适的技术，移除位于指环型区域210r的绝缘基板211材料，以形成一指环 型凹槽510。指环型凹槽510用来收纳指环型磁性元件610(见图6)并使其完全埋入绝缘 基板211中，所以在此实施例中，指环型凹槽510的平面大小及体积略大于指环型磁性元件 610。执行移除绝缘基板211材料制程时应注意控制深度以保留部分的绝缘基板211材料 作为指环型凹槽510的底部510a。接着，参考图6A及6B，将指环型磁性元件610置放在指环型凹槽510中。应注 意，本发明所指的“指环型”意指甜甜圈的构造，在此实施例以两个同心的椭圆形环来示范 说明。本发明所指的“指环型”并不限于椭圆形环，其亦可为四方形指环、其他多角型指环、 或各种合适的型状。磁性元件610可来自任何适合作为电磁元件的磁性材料，例如铁芯 (ferrite core)。本实施例的指环型磁性元件一般厚度可在0. 8mm 3. Omm的范围间，但 不以此为限。同样参考图6A及6B，由于指环型凹槽510的平面大小及体积略大于磁性元件 610，故磁性元件610置放于指环型凹槽510后，磁性元件610与指环型凹槽510的内壁间 会形成间隙620。同时，也可使指环型凹槽510的深度高于磁性元件610的高度，因此当磁 性元件610置入指环型凹槽510后，磁性元件610的上表面上方将仍然保留低于绝缘基板 211的上表面的一空间630。在此实施例中，间隙620及空间630充满空气。参考图7A及7B，将指环型磁性元件610置放在指环型凹槽510后，接着形成介电 层710及导电层720在绝缘基板211的上下侧。介电层710及导电层720覆盖帽盖垫420 及指环型凹槽510。举例来说，介电层710可为一环氧树脂胶片(bondply)或其他有机物 质制成的绝缘材料等。导电层720可为单面铜板基板或具有导电性质的材料。在此实施 例中，环氧树脂胶片作为一粘合剂，利用压合使两张单面铜板基板通过环氧树脂胶片形成 于绝缘基板211的上下侧。介电层710及导电层720的厚度一般最薄可为0. 05mm，然而不 限于此，可依客户要求设计作任何合适变化。注意在此实施例中，由与所使用的粘着介电层 710(即环氧树脂胶片)为不流动型，压合时通常不会有或只有极少量的胶液会产生。所以， 在此实施例中，压合后的间隙620及空间630仍充满空气。然而，在其他实施例，粘着介电 层710也可为流动型材料制成，当执行压合时流动型粘着介电层710有可能产生相当数量 的胶液，此胶液将流入间隙620中，而或甚至填满空间630。参考图8A及8B，形成介电层710及导电层720后，接着执行钻孔、去钻污、除胶渣 及通孔电镀等步骤以制作上层内电通孔811a，上层外电通孔811b及下层内电通孔81 及 下层外电通孔812b。电通孔811a，811b及电通孔812a, 812b分别通过帽盖垫420电连接 电通孔410a，410b。接着，利用影像移转与蚀刻图案化位于绝缘基板211上下侧的导电层720。图案化后的导电层720包括上布线层821及下布线层822。图8A及图8B显示依据本发明第一实施例所制作的封装结构800。如图所示，封装 结构800包括绝缘基板211，具有一指环型凹槽510及由指环型凹槽510所定义的岛状部 分210a及外围部分210b。指环型凹槽510横向地介于岛状部分210a与外围部分210b之 间。指环型磁性元件610置于指环型凹槽中510。图8A以虚线表示埋入封装结构800中的 指环型磁性元件610。封装结构800包括上布线层821位于绝缘基板211上方及下布线层 822位于绝缘基板211下方。内电通孔410a垂直穿透岛状部分210a并连接上布线层821 及下布线层822。外电通孔410b垂直穿透外围部分210b并连接上布线层821及下布线层 822。内电通孔410a、外电通孔410b、上布线层821及下布线层822形成一导电线圈环绕指 环型磁性元件610。此外，封装结构800还可包括介电层710介于绝缘基板211与上布线层 821间，上层内电通孔811a及上层外电通孔811b分别穿透介电层710以使内电通孔410a 与外电通孔410b分别电相连上布线层821。封装结构800也包括另一介电层710位于绝缘 基板211与下布线层822间，下层内电通孔81 及下层外电通孔812b分别穿透此介电层 710以使内电通孔410a与外电通孔410b分别电相连下布线层822。图9为依据本发明的第二实施例例示另一封装结构900的上视图。第二实施例封 装结构900与第一实施例封装结构800的差别在于，封装结构900还包括形成一通气孔910 穿透介于绝缘基板211与上布线层821间的介电层710。通气孔910连通至指环型凹槽510 而露出底下的磁性元件610。在此实施例中，磁性元件610与指环型凹槽510的内壁间所形 成间隙620及上述的间隔630充满空气。通气孔910可使间隙620与间隔中的空气与外界 沟通借此避免在高压制程下造成爆板。此外，应注意第一实施例所公开的方法为先形成通孔310a及310b (如图3A及 3B)，再形成指环型凹槽510 (如图5A及5B)。本发明也包括先形成指环型凹槽510，再形成 通孔310a及310b的实施例。换句话说，本发明包括将第一实施例所示的各步骤的顺序作 适当交换改变的各种实施例。图10A，图IOB及图11为依据本发明的第三实施例显示具磁性元件的封装结构 1100其制作过程中的步骤。其中图IOA为下视图。图IOB为沿图IOA的虚线1-1’的剖面 图，图11为延续图IOB的步骤的剖面图。第三实施例与第一实施例的差别在于，第一实施 例的绝缘基板211的上下两侧分别形成介电层710与导电层720 (见图7A及7B)，但在第三 实施例只有在暴露出指环型凹槽510的绝缘基板211的那一侧(即上侧)形成介电层710 与导电层720。换句话说，绝缘基板211的下侧因为保有底部510a的绝缘基板材料，故省略 下层的介电层710。因此，如图IOB的剖面图所示，第三实施例的下布线层1022直接形成在底部510a 的绝缘基板211表面上。图IOA显示下布线层1022的图案与前述的下布线层822相似。形 成下布线层1022的步骤在指环型凹槽510形成之前或之后均可。此实施例例示出在指环 型凹槽510形成之前制作下布线层1022。换句话说，即接续图:3B所示的步骤进行下布线层 1022制作，其完成的结构可见于图IOA及10B。接续图IOA的步骤后，参考在第一实施例中 所述的各步骤可完成如图11所示的封装结构1100。图12A及图12B至图16A及图16B为依据本发明一第四实施例显示封装结构1600 其制作过程中各步骤的上视图与剖面图，标示A的图为上视图，标示B的图为沿标示A的图的虚线1-1’的剖面图。第四实施例的封装结构1600为具有两层导电层的结构，而第一实 施例的封装结构800为具有四层导电层的结构，第三实施例的封装结构1100则为具有三层 导电层的结构。首先，参考图12A及12B，提供一绝缘基板1210，其包括一指环型凹槽510用以收 纳一指环型磁性元件。在此实施例，绝缘基板1210可为一般环氧树脂玻纤板(FR4)，或是一 模制材料例如液晶高分子，或其中合适材料。绝缘基板1210的优选厚度一般可在0. 5mm 6. Omm的范围间，但不以此为限。绝缘基板1210的面积依需求而定。可在绝缘基板1210上 制作一个或多个埋入式磁性元件的封装结构，也可同时形成其他线路或埋入其它元件。为 清楚说明，图中仅显示虚线x-x’，Y-Y’所划出单一埋入式磁性元件封装结构的制造区域。 如图12A所示，绝缘基板1210是在虚线r及r’之间定义一指环型区域1210r。绝缘基板 1210相对指环型区域1210r为内部的区域定义为岛状部分1210a ；绝缘基板1210上相对指 环型区域1210r为外部的区域定义为外围部分1210b。指环型区域1210r为横向地介于岛 状部分1210a与外围部分1210b之间。指环型凹槽510用来收纳指环型磁性元件并使其完 全埋入绝缘基板1210中，所以在此实施例中，指环型凹槽510的平面大小及体积略大于指 环型磁性元件。可利用机械或化学或其它合适的技术，移除位于指环型区域1210r的绝缘 基板1210材料，以形成指环型凹槽510。形成指环型凹槽510制程时应注意控制深度以保 留部分的绝缘基板1210材料作为指环型凹槽510的底部510a。接着，参考图6A及6B，将指环型磁性元件610置放在指环型凹槽510中。应注意， 本发明所指的“指环型”意指甜甜圈的构造，在此实施例以两个同心的椭圆形环来示范说 明。本发明所指的“指环型”并不限于椭圆形环，其亦可为四方形指环、其他多角型指环、或 各种合适的型状。磁性元件610可来自任何适合作为电磁元件的磁性材料，例如铁淦氧芯 (ferrite core)。本实施例的指环型磁性元件一般厚度可在0. 8mm 3. Omm的范围间，但 不以此为限。接着，参考图13A及13B，置放指环型磁性元件610在指环型凹槽510中。此实施 例使用的指环型磁性元件610可参考在第一实施例中所述。由于指环型凹槽510的平面大 小及体积略大于磁性元件610，故磁性元件610置放于指环型凹槽510后，磁性元件610与 指环型凹槽510的内壁间会形成间隙620。同时，也可使指环型凹槽510的深度高于磁性 元件610的高度，因此当磁性元件610置入指环型凹槽510后，磁性元件610的上表面上方 将仍然保留低于绝缘基板211的上表面的一空间630。在此实施例中，间隙620及空间630 充满空气。参考图14A及图14B，将指环型磁性元件610置放在指环型凹槽510后，接着形成 介电层710及导电层720在绝缘基板211的上下侧。介电层710及导电层720的材质可参 考在第一实施例中所述。在此实施例中，介电层710为环氧树脂胶片作为一粘合剂，利用压 合使两张单面铜板基板通过环氧树脂胶片形成在绝缘基板1210的上下侧。注意在此实施 例中，由与所使用的粘着介电层710(即环氧树脂胶片)为不流动型，压合时通常不会有或 只有极少量的胶液会产生。所以，在此实施例中，压合后的间隙620及空间630仍充满空气。 然而，在其他实施例，粘着介电层710也可为流动型材料制成，当执行压合时流动型粘着介 电层710有可能产生相当数量的胶液，此胶液将流入间隙620中，而或甚至填满空间630。然后，参考图15A及图15B，形成介电层710及导电层720后，接着执行钻孔、去钻污、除胶渣及通孔电镀等步骤以制作内电通孔1510a及外电通孔1510b。内电通孔1510a及 外电通孔1510b分别分别穿透绝缘基板1210及上下的介电层710及导电层720。接着，参 考图16A及图16B，利用影像移转与蚀刻图案化位于绝缘基板1210上下侧的导电层720。图 案化后的导电层720包括上布线层1610及下布线层1620。注意在此实施例中也可选择性 地形成一通气孔1630穿透介电层710而通往指环型凹槽510。通气孔1630可使指环型凹 槽510与封装结构1600的外部沟通。通气孔1630可能会露出磁性元件610。在此实施例 中，磁性元件610与指环型凹槽510的内壁间所形成间隙620及上述之间隔630充满空气。 通气孔1630可使间隙620与间隔630中的空气与外界沟通借此避免于高压制程下造成爆 板。 以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并非用以限定本发明的范围；凡其它未 脱离本发明所公开的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包括在本发明内。
权利要求
1.一种封装结构，包括一绝缘基板，具有一指环型凹槽及由该指环型凹槽所定义的一岛状部分及一外围部 分，该指环型凹槽横向地介于岛状部分与外围部分之间； 一指环型磁性元件置于该指环型凹槽中；一上布线层位于该绝缘基板上方及一下布线层位于该绝缘基板下方； 一内电通孔垂直穿透该岛状部分并连接该上布线层及该下布线层；及 一外电通孔垂直穿透该外围部分并连接该上布线层及该下布线层，其中该内电通孔、 该外电通孔、该上布线层及该下布线层形成一导电线圈环绕该指环型磁性元件。
2.根据权利要求1所述的封装结构，还包括一介电层介于该绝缘基板与该上布线层 间，该内电通孔及该外电通孔分别穿透该介电层。
3.根据权利要求2所述的封装结构，还包括一通气孔穿透该介电层以使该指环型凹槽 连通至该封装结构的外部。
4.根据权利要求1所述的封装结构，还包括一介电层位于该绝缘基板与该下布线层 间，该内电通孔及该外电通孔分别穿透该介电层。
5.根据权利要求1所述的封装结构，还包括位于该指环型凹槽的一内壁与该指环型磁 性元件之间的一空隙。
6.一种封装结构的制造方法，包括提供一电覆绝缘基板，该电覆绝缘基板预先定义一指环型区域，一岛状部分及一外围 部分，该指环型区域横向地介于该岛状部分与该外围部分之间；形成一内电通孔垂直穿透该岛状部分及一外电通孔垂直穿透该外围部分； 形成一指环型凹槽于该电覆绝缘基板的该指环型区域中； 提供一指环型磁性元件置于该指环型凹槽中；形成一上布线层在该电覆绝缘基板上方及一下布线层在该电覆绝缘基板下方； 使该内电通孔、该外电通孔、该上布线层及该下布线层电连接以构成一导电线圈环绕 该指环型磁性元件。
7.根据权利要求6所述的封装结构的制造方法，其中在该指环型磁性元件置于该指环 型凹槽中的步骤之后，还包括形成一介电层在该电覆绝缘基板上；及垂直地延伸该内电通 孔及该外电通孔以穿透该介电层。
8.根据权利要求7所述的封装结构的制造方法，还包括形成一通气孔穿透该介电层以 以使该指环型凹槽连通至该封装结构的外部。
9.根据权利要求7所述的封装结构的制造方法，其中在该指环型磁性元件置于该指环 型凹槽中的步骤之后，还包括形成一介电层在该电覆绝缘基板下方；及垂直地延伸该内电 通孔及该外电通孔以穿透该介电层。
10.根据权利要求6所述的封装结构的制造方法，其中该指环型磁性元件置于该指环 型凹槽中的步骤还包括使该指环型凹槽的一内壁与该指环型磁性元件之间具有一空隙。
全文摘要
一种具有指环型磁性元件的封装结构及其形成方法。封装结构包括一绝缘基板，具有一指环型凹槽及由该指环型凹槽所定义的一岛状部分及一外围部分，该指环型凹槽横向地介于岛状部分与外围部分之间。封装结构还包括一指环型磁性元件置于该指环型凹槽中；一上布线层位于该绝缘基板上方及一下布线层位于该绝缘基板下方；一内电通孔垂直穿透该岛状部分并连接该上布线层及该下布线层；及一外电通孔垂直穿透该外围部分并连接该上布线层及该下布线层，其中该内电通孔、该外电通孔、该上布线层及该下布线层形成一导电线圈环绕该指环型磁性元件。
文档编号H05K3/30GK102065637SQ20101014732
公开日2011年5月18日 申请日期2010年3月18日 优先权日2010年2月3日
发明者威廉·L·哈里逊, 张荣骞 申请人:平面磁性有限公司, 相互股份有限公司