CN101620919B - 平面型沟槽功率电感结构与制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种平面型沟槽功率电感结构与制造方法，其包括平面铁氧体磁芯的电感。第一组一个或多个沟槽形成于铁氧体磁芯的第一侧上。第二组两个或多个沟槽形成于铁氧体磁芯的第二侧上。所述第一和第二组的沟槽定位为每个第一组的沟槽与第二组的两个对应的沟槽相重叠。第一组多个导通孔在铁氧体磁芯的第一侧和第二侧之间连通铁氧体磁芯。每个所述导通孔位于第一组沟槽与第二组沟槽重叠的位置。导电材料设置在第一和第二组沟槽和导通孔中以形成一个电感线圈。

Description

平面型沟槽功率电感结构与制造方法

技术领域

本发明主要涉及一种分立功率电感，特别涉及一种低成本的超小型分立功率电感。

背景技术

近些年来，电子信息设备，特别是多种便携式电子信息设备已得到显著的广泛使用。大部分电子信息设备采用电池作为功率电源，且包括内置的功率转换器，例如DC-DC转换器。一般，功率转换器组成一个混合模块。该模块中，有源器件(例如开关元件、整流器和控制IC)与无源器件(例如电感、变压器、电容和电阻)等各个部件，都被设置在陶瓷板上或者塑料等类似材料的印刷板上。近些年来，电感的小型化已成为功率转换器小型化的一个课题。

一个电感通常包括围绕着磁铁氧体材料的磁芯的线绕。功率电感作为一个储能器件，当处于电力供应的开关周期的开通时间内储存能量，而在关断时间内传送能量到负载。功率电感有不同种类，包括分立的线绕电感、分立的贴片(SMD)电感、分立的非线绕(例如，螺线管种类)电感和分立的多层电感。线绕电感可以基于围绕封装的铁氧体磁芯的圆导线或者平面导线。线绕电感包括TOKO制作的那些产品。分立SMD电感包括围绕铁氧体磁芯的线绕，其最终结构外覆树脂。Taiyo-Yuden的电感为贴片电感的实例。

“开放的线轴”通常用于实现导线的弯曲以形成电感线圈。但是，绕组线不是形成环形线圈的最有效的方法。典型的环形线圈电感要求导线穿过环状的铁氧体磁芯的中心导孔，而这个过程要实现自动化很复杂。

多层电感包括多层铁氧体，每层有一种类型的导电材料(例如Ag)以形成电感线圈的一部分。铁氧体层被堆积，相邻层间的导通孔连接图案化的导线以形成线圈。

美国专利6,930,584公开了一种微小型功率转换器，包括其上形成有半导体集成电路的半导体衬底，一薄层磁感单元和一个电容。所述薄层磁感单元包括磁性绝缘衬底(可以是铁氧体衬底)，螺线管线圈导线，其第一组导线形成在所述磁性绝缘衬底的第一主平面上，其第二组导线形成在所述磁性绝缘衬底的第二主平面上，一组导电连接形成在穿过磁性绝缘衬底的通孔内以提供第一组和第二组导线之间的电连接并形成电感线圈，另一组形成在穿过磁性绝缘衬底的通孔内的导电连接，提供电连接地穿过通孔的电极。线圈导线的表面可以覆盖一绝缘层或者一层散布了磁性微粒的树脂。但是，电感线圈导线的厚度受到沉积在磁性绝缘衬底上的导电层的厚度的限制。

美国专利6,630,881公开了一种多层片式电感，包括形成于绿色陶瓷叠层板内的线圈形状的内部导线。每根线圈形状的内部导线绕着绿色陶瓷叠层板的叠层方向的轴线螺旋。将一个外部电极粘附到绿色陶瓷叠层板的至少一个叠层方向平面上，外部电极附着连接到线圈形状的内部导线的一个末端。绿色陶瓷叠层板沿着叠层方向切割成多个片状的绿色陶瓷叠层板，每个内部含有线圈形状的内部导线。

美国专利4,543,553公开了一种片式电感，包括多个磁性层的叠层结构，延伸在相应的磁性层之间的线性导电图形以类似于线圈的样式成功地连接以生成一个电感元件。磁性层的上表面上形成的导电图形与磁性层的下表面上形成的导电图形在磁性层的接口处互相连接，也通过磁性层中形成的通孔互相连接，导电图形从而以类似于线圈的样式连续连接。

美国专利7,046,114公开了一种叠层电感，包括层压在一起的具有一匝螺旋形的线圈导线的陶瓷薄片、具有两匝螺旋形的线圈导线的陶瓷薄片以及具有引出导线的陶瓷薄片。线圈导线按顺序通过导通孔成功地进行串行电连接。导通孔布置在陶瓷薄片的固定位置。

美国专利5,032,815公开了一种叠层式电感，包括多个铁氧体薄片，按一个在另一个之上组合然后层压在一起。最上层和最下层是末端的薄片，含有互相面对的引出导线。多个中间铁氧体薄片每个在一面上有相当于0.25匝电感线圈的导线，在另一面上有相当于0.5匝电感线圈的导线。每个铁氧，体薄片上有个缺口，通过这个缺口0.25匝和0.5匝的导线电连接以在每个铁氧体薄片上形成0.75匝电感线圈。相继的中间薄片上导线互相连接以形成含有0.75倍匝数的电感线圈，多个中间铁氧体薄片的最上层的上表面上的导线和中间铁氧体薄片的最下层的下表面上的导线电连接到末端薄片的表面上的导线以形成一个完整的电感线圈。

万国半导体股份有限公司的美国专利12/011,489公开了一种含有环形磁芯的电感，含有低阻抗的引线框架导线。但是由于引线框架位于磁芯衬底的顶部和底部，因此导线不是平面的。

许多传统的功率电感不是平面的，由于电感导线的受限厚度(尺寸)，其阻抗相对高些，其磁环不是完全闭合的或者不包含以叠层结构和其他元件连接的方式(减小整体面积)。

有必要发展一种功率电感，其每个单元面积的电感系数最大，通过采用低电阻系数的导线和合适的装配技术，配以最少匝数和最小物理尺寸，使其阻抗达到最小。

今后有必要发展一种具有小封装面积、薄外形、高容量、小生产成本的器件。

发明内容

针对目前电感小型化的发展趋势，本发明提供一种平面型沟槽功率电感结构与制造方法，可得到一种具有小封装面积、薄外形、高容量、小生产成本的器件。

为了达到上述目的，本发明提供一种电感，主要包括：

一个平面铁氧体磁芯；

第一组在铁氧体磁芯的第一侧上形成的一个或多个沟槽；

第二组在铁氧体磁芯的第二侧上形成的两个或多个沟槽；

所述第一和第二组的沟槽定位为每个第一组的沟槽与第二组的一个或两个对应的沟槽相重叠；

第一组多个导通孔，在铁氧体磁芯的第一侧和第二侧之间连通铁氧体磁芯，每个所述导通孔位于第一组沟槽与第二组沟槽重叠的位置；以及

置于第一和第二组沟槽和导通孔中的导电材料，所述置于第一和第二组沟槽和导通孔中的导电材料形成一个电感线圈。

本发明还提供一种生产上述电感的方法，主要包括以下步骤：

步骤1，第一组在平面铁氧体磁芯的第一侧上形成的一个或多个沟槽的成形；

步骤2，第二组在所述铁氧体磁芯的第二侧上形成的两个或多个平行沟槽的成形，所述第一和第二组的沟槽定位为每个第一组的沟槽与第二组的一个或两个对应的沟槽相重叠；

步骤3，一个或多个导通孔的成形，在所述铁氧体磁芯的第一侧和第二侧之间连通铁氧体磁芯，每个所述导通孔位于第一组沟槽与第二组沟槽重叠的位置；以及

步骤4，第一和第二组沟槽和导通孔中导电材料的放置。

与现有技术相比，本发明在减小封装面积、缩小外形几何尺寸、提高电感高容量(提高单位面积的电感系数)、降低电感阻抗，以及降低生产成本等诸多方面，均有显著的提高。

附图说明

本发明的目的和优势将通过下面详细的描述并参照下面的附图而清晰地展现出来。

图1A是根据本发明的一种实施方式的分立功率电感的俯视图；

图1B是图1A所示的功率电感沿B-B′线的横截面图；

图1C是图1A所示的功率电感沿C-C′线的横截面图；

图1D是图1A所示的功率电感的透视俯视图；

图1E是图1A所示的功率电感沿图1D中的E-E′线的横截面图；

图2A是根据本发明的另一种实施方式的分立功率电感的俯视图；

图2B-2C是图2A所示的功率电感分别沿B-B′和C-C′线的横截面图；

图2D是图2A所示的功率电感的透视俯视图；

图2E-2F是图2A所示的功率电感分别沿图2D中的E-E′和F-F′线的横截面图；

图3A是根据本发明的另一种实施方式的分立功率电感的俯视图；

图3B-3C是图3A所示的功率电感分别沿B-B′和C-C′线的横截面图；

图3D是图3A所示的功率电感的透视俯视图；

图3E-3F是图3A所示的功率电感分别沿图3D中的E-E′和F-F′线的横截面图；

图4A是根据本发明的另一种实施方式的分立功率电感的俯视图；

图4B-4C是图4A所示的功率电感分别沿B-B′和C-C′线的横截面图；

图4D是图4A所示的功率电感的透视俯视图；

图4E是图4A所示的功率电感沿图4D中的E-E′线的横截面图；

图5A是根据本发明的另一种实施方式的分立功率电感的俯视图；

图5B-5C是图5A所示的功率电感分别沿B-B′和C-C′线的横截面图；

图5D是图5A所示的功率电感的透视俯视图；

图5E-5F是图5A所示的功率电感沿D-D′线的横截面图；

图6A-6D是根据本发明的可选实施方式的功率电感的横截面图；

图7A-7B，7D-7K是说明生产图1A描述的功率电感的方法的横截面图；

图7C是图7B描述的部分完成结构的俯视图；

图7L是完成的功率电感的透视俯视图；

图8A-8F，8H-8K是说明生产图6A-6B描述的功率电感种类的方法的横截面图；

图8G是图8F描述的部分完成结构的俯视图；

图8L是完成的功率电感的透视俯视图；

图9A-9B，9D-9E，9G，9I和9K-9N是说明生产图3A描述的功率电感种类的方法的横截面图；

图9C是图9B描述的制造阶段的部分完成的电感结构的俯视图；

图9F是图9E描述的制造阶段的部分完成的电感结构的俯视图；

图9H是图9G描述的制造阶段的部分完成的电感结构的仰视图；

图9J是图9I描述的制造阶段的部分完成的电感结构的仰视图；

图9O是完成的功率电感的仰视图；

图10A-10D和图10E-101分别是说明从一个铁氧体材料的薄片生产根据本发明的一种实施方式的图3A中描述的多功率电感种类的方法的一系列俯视图和仰视图。

图10J是说明用图10A-10I所示的方法从一个铁氧体材料的薄片分割出的多个电感的俯视图。

具体实施方式

虽然下面的详细描述包含了许多具体细节以达到说明的目的，本领域的任何普通技术人员应当认识到以下细节的变更和改动都在本发明的范围之内。

如图1A-1E所示，根据本发明的一个实施方式的分立功率电感100可以包括铁氧体磁芯即铁氧体单层102，其上表面有一个或多个平行的沟槽103，沟槽103中填充了导电材料104以形成一组上电极。电感100同样在其下表面上有图案化的沟槽107，沟槽107中填充了导电材料108以形成图1D中所示的下电极。电感100还包括填充了导电材料106的导通孔105，它电气连接上导电材料104和下导电材料108以形成一个电感线圈。导通孔105中的导电材料106可以由上下导电材料104，108形成。导通孔的位置由虚线标出。在如图1D所示的透视俯视图中，底部沟槽的位置也由虚线标出。每个顶部沟槽103和底部沟槽107可以从一个导通孔开始而在另一个导通孔结束。所述沟槽可以通过例如光刻成像和刻蚀形成。其中，适合高频段(例如大于1MHz)的功率电感的铁氧体材料包括NiZn，NiCo，MnZn，MnNiZn。

从图1B-1C和图1E中描述的横截面图以及图1D中描述的透视图可以看出，导通孔105位于上表面沟槽103与下表面沟槽107重叠的位置以便连接两沟槽。线圈的末端可以形成导通孔以便连接到制作在单个表面(上或者下)上的两个末端。下表面沟槽107相对于上表面沟槽103有一定角度。当沟槽103，107和导通孔105填充导电材料104，108时，下上表面沟槽103，107的角度加工和导通孔105的定位就产生了电感线圈。

从图1B-1C和图1E中描述的横截面图也可以看出，电感100是平面的。上下表面沟槽103，107中的导电材料104，108不延伸至铁氧体磁芯的表平面之外。

可以很清楚地看到所述平面电感配置的许多优势。电感的平面结构使得电感可以很容易地叠放。电感的厚度是沟槽深度的函数。通过形成足够深度的沟槽和足够大直径的导通孔，电感可以达到超低阻抗。连接电感线圈上下两边的导通孔也可以在远离铁氧体衬底的边缘处形成，这使铁氧体材料形成围绕电感线圈的闭合磁环。闭合磁环极大提高了每个单元面积的互感系数。

图2A-2F示意了根据本发明的另一个实施方式的分立功率电感200。与电感100类似，电感200包括铁氧体磁芯即铁氧体单层102，其上下表面上有填充了导电材料104，108以形成上下导线的沟槽103，107。所述上下导线被填充了导电材料106的导通孔105电连接以形成一个电感线圈。导通孔105中的导电材料106可以由上下导电材料104，108形成。在本实施方式中，电感200还包括附加的填充了导电材料的导通孔109，其可以用于提供与其他类似配置的晶片(可以是叠层的)的电连接。与导通孔105中的导电材料106类似，附加导通孔109中的导电材料可以由上沟道导电材料104和下沟道导电材料108形成。

举个例子，一块IC芯片可以叠放在电感200的上部，附加导通孔109提供从IC芯片到电感200的下表面的电气布线。叠放了电感200的IC芯片可以安装在电路板上，所有必需的电气布线可布在电感200的下表面。同样地，电感的平面结构使叠放易于实现。

图3A-3F示意了根据本发明的一个实施方式的分立功率电感300。在本实施方式中，电感300包括铁氧体磁芯即铁氧体单层102，其具有填充了导电材料104，108的沟槽103，107。所述导电材料104，108延伸铁氧体层102的侧边之间的上下表面。所述沟槽可以通过例如沿着铁氧体层102的上下表面采用浅锯痕(shallow saw cuts，SSC)形成。在下表面上的下沟槽107相对于图3D所示的上沟槽103有一定角度。电感300还包括填充了导电材料106的导通孔105，其连接上下沟槽区域104和108以形成电感线圈。为了形成线圈，如图3D所示，选中的导通孔105可以位于上下沟槽103，107重叠的位置。

图4A-4E示意了根据本发明的另一个实施方式的分立功率电感400。电感400的结构与上面图1中描述的电感100类似，包括铁氧体单层102，在其上表面有图案化的沟槽103，沟槽103中填充了导电材料104以形成一组上电极，在其下表面上有图案化的沟槽107，沟槽107中也填充了导电材料108以形成图4D中所示的下电极。电感400还包括填充了导电材料106的导通孔105，其连接上下刻蚀的沟槽区域104和108以形成电感线圈，如上面所述。

在本实施方式中，在图案化沟槽形成之前，铁氧体单层102的上下表面预先用介质层402和404钝化，如图4B和图4C所示，其示意了图4A描述的电感400沿B-B′和C-C′线的横截面图。在沟槽和/或导通孔的刻蚀期间，上下介质层402，404可以用作硬膜，以钝化铁氧体层102中使用的多孔磁性材料。

图5A-5F示意了根据本发明的另一个实施方式的分立功率电感500。在本实施方式中，电感500包括由第一和第二铁氧体层502，503形成的铁氧体磁芯，在第一铁氧体层502的上表面形成图案化的沟槽103，在第二铁氧体层503的下表面形成图案化的沟槽107，如图5B-5C所示，其示意了图5A描述的电感500分别沿B-B′和C-C′线的横截面图。如图5D所示，沟槽103和107中填充了导电材料104，108以形成上下电极。电感500还包括填充了导电材料106的导通孔105，其连接上下刻蚀的沟槽区域104和108以形成电感线圈。

如图5E中所示，其示意了图5D描述的电感500沿D-D′线的横截面图，沟槽103，107可以分别在两个独立的铁氧体层502和503中形成并填充导电材料104，108。随后，铁氧体层可以背靠背叠放在一起以形成图5F所示的电感500。

图6A-6B是根据本发明的可选实施方式的电感600的横截面图。电感600的结构可以类似于上面图1A-1E，图2A-2F和图3A-3F中分别描述的电感100，200和300的结构，除了沟槽103和107部分填充导电材料104，108以形成电感线圈。用导电材料104，108镀覆沟槽103，107的侧壁和底部。导电材料104，108镀覆导通孔105的侧壁并聚合在一起。电感600的结构相对于磁芯衬底的表面仍是平面的。图6A所示的横截面相当于沿图1A中B-B′线的截面图。图6B所示的横截面相当于沿图1D中E-E′线的截面图。

图6C-6D是根据本发明的一个实施方式的电感610的横截面图。电感610的结构类似于上面图4A-4E中描述的电感400，除了沟槽103和107部分填充导电材料104，108以形成电感线圈。导电材料104，108镀覆沟槽103，107的侧壁和底部。导电材料104，108镀覆导通孔105的侧壁并聚合在一起。电感600的结构相对于磁芯衬底的表面仍是平面的。图6A所示的横截面相当于沿图4A中B-B′线的截面图。图6B所示的横截面相当于沿图4D中E-E′线的截面图。在本实施方式中，在沟槽形成之前，铁氧体单层102的上下表面预先用介质层402和404钝化。

图7A-7B，7D-7G和7I-7K是说明一种生产图1A-1E中描述的带有完全填充了导电材料的沟槽的功率电感类型的方法的横截面图。图7L是图1A-1E中描述的完整的电感类型的透视俯视图。如图7A中所示，提供了一个磁芯衬底702。衬底702优化为高频的铁氧体则更好，如NiZn及类似的材料。一种抗蚀剂掩膜沉积并图案化在衬底702的上表面上。通过图案中的缺口干法刻蚀或者溅射刻蚀衬底702的上表面的一部分以形成图7B中所示的沟槽703。然后抗蚀剂掩膜被除去。图7C示意了图7B中描述的最终结构的俯视图。图7A-7B和7D-7F中的横截面是沿图7C中的C-C′线在生产工艺的不同阶段截取的。

然后，导电材料704，例如钨、铜、铝、银及其他类似金属，沉积在衬底702的上部，例如，通过像化学气相沉积(CVD)沉积或者物理气相沉积(PVD)等气相沉积工艺。如图7D所示，导电材料704完全填充了沟槽703。回刻蚀多余的导电材料704使表面平坦化并使铁氧体表面远离金属填充的沟槽，例如，采用干法刻蚀或者化学机械抛光(CMP)，如图7E中所示。

衬底702的上表面上进行的制造工序可以在下表面上重复。具体地，衬底702可以翻转过来，抗蚀剂掩膜沉积并图案化在衬底702的下表面上。通过掩膜图案中的缺口干法刻蚀或者溅射刻蚀衬底702的下表面的一部分以形成图7F中所示的沟槽705。然后抗蚀剂掩膜被除去。

导通孔706图案化并刻蚀在衬底702的下表面上的上下沟槽重叠的位置及当填充导电材料704、708后形成的电感线圈的末端。如图7G中所示，导通孔可以通过，例如，沿衬底刻蚀至上表面的导电材料704形成。图7G中横截面沿描述了最终器件的图7L的G-G′线取得。

导电材料708沉积在衬底702的下表面上，完全填充沟槽705和导通孔706，如图7H-7I中所示。图7H中横截面沿图7L的G-G′线取得。图7I中横截面沿图7L的I-I′线取得。回刻蚀导电材料708使表面平坦化并使铁氧体表面远离金属填充的沟槽，例如，采用干法刻蚀或者化学机械抛光(CMP)，如图7J-7K中所示。图7J中横截面沿图7L的G-G′线取得。图7K中横截面沿图7L的I-I′线取得。

在一些实施方式中，最终器件可以进行一个可选的退火步骤以减少层间的接触阻抗。例如，最终器件可以在惰性气体中加热到300℃至500℃之间的温度，像氮或者混合气体，例如氢占氮的4至10％。

图8A-8F和8H-8K是说明一种生产图6A-6B中描述的带有部分填充了导电材料的沟槽的功率电感类型的方法的横截面图。图8G示意了制造中部分完成阶段的电感结构的俯视图。图8L是图6A-6B中描述的电感类型的最终结构的透视俯视图。图8A-8D和8F中的横截面沿图8G的B-B′线取得。图8E中的横截面沿图8G的F-F′线取得。如图8A中所示，提供了一个磁芯衬底802，更好优化为高频的铁氧体，如NiZn及类似的材料。一种抗蚀剂掩膜沉积并图案化在衬底802的上表面上。干法刻蚀或者溅射刻蚀衬底802的上表面的一部分以形成图8B中所示的沟槽803。然后抗蚀剂掩膜被除去。

然后，导电材料804，例如钨、铜、铝、银及其他类似金属，通过图8C中所示的部分填充沟槽803的方式沉积在衬底802的上部。采用干法刻蚀或者化学机械抛光(CMP)回刻蚀导电材料804使表面平坦化(并使铁氧体材料远离沟槽)，如图8D中所示。

衬底翻转过来，抗蚀剂掩膜沉积并图案化在衬底802的下表面上。干法刻蚀或者溅射刻蚀衬底802的下表面的一部分以形成图8E中所示的沟槽805。然后抗蚀剂掩膜被除去。

导通孔806图案化在衬底802的下表面上并通过刻蚀至上表面的导电材料804形成，如图8F中所示。图8G是图8F中描述阶段的部分完成结构的透视俯视图。

后面的制造可以按照图8H-8K中描述的进行。图8H和图8J中横截面沿图8L的H-H′线取得。图8I和图8K中描述的横截面沿图8L的I-I′线取得。导电材料808以部分填充沟槽805和导通孔806的方式沉积在衬底802的下表面上，如图8H-8I中所示。回蚀导电材料808使表面平坦化(并使铁氧体远离沟槽和导通孔)，例如，采用干法刻蚀或者化学机械抛光(CMP)，如图8J-8K中所示。

多个电感可以用图8A-8K中说明的工艺在单个铁氧体材料薄片上制造。电感制成后，采用标准的切割工艺可以将薄片切割成独立的电感芯片。

图9A-9B，9D-9E和9I，9K-9N是说明一种生产图3A-3F中描述的功率电感的方法的横截面图。所述功率电感带有沿着铁氧体衬底的表面从一边延伸至另一边并填充了导电材料的沟槽。图9C和9F示意了部分完成电感的俯视图。图9H和9J示意了部分完成电感的仰视图。图9O示意了最终电感的俯视图。如图9A中所示，提供了一个磁芯衬底902，更好优化为高频的铁氧体，如NiZn及类似的材料。如图9B和图9C所示，用锯片切割衬底902的上表面以形成笔直的且平行的上沟槽903。图9B中横截面沿图9C的C-C′线取得。

然后，导电材料904，例如钨、铜、铝、银及其他类似金属，沉积在衬底802的上部，完全填充沟槽903，如图9D中所示。回刻蚀导电材料904至磁性衬底902的上表面，如图9E和图9F中所示。图9D-9E中横截面沿图9F的F-F′线取得。

然后衬底902翻转过来并旋转至一定角度α(α＜90°)，所述角度是电感宽度的函数。切割衬底902的表面以形成下沟槽905，如图9G所示，所述沟槽与上侧的导体填充的上沟槽903成α角度。图9H是图9G所示结构的仰视图。图9G中横截面沿图9H的G-G′线取得。沿F-F线′上下翻转图9F的衬底902得到图9H的仰视图。

导通孔906图案化在衬底902的下表面上，并通过自旋保护膜，曝光掩膜并显影，当曝光上沟槽903中的导电材料904的下部时刻蚀衬底902至一个末端点形成，如图9I中所示。图9J是图9I中描述的结构的仰视图。图9I中横截面沿图9J的J-J′线取得。

导材料908沉积在衬底902的下表面上并填充至下沟槽905和导通孔906，如图9K-9L中所示。图9K中横截面沿图9J的J-J′线取得。图9L中横截面沿图9J的L-L′线取得。

采用干法刻蚀或者化学机械抛光(CMP)回蚀导电材料908使表面平坦化并使铁氧体远离沟槽和导通孔，如图9M-9N所示。图9O是一个最终电感结构的仰视图。图9M中横截面沿图9O的M-M′线取得。图9N中横截面沿图9O的N-N′线取得。

图10A-10J是说明一种在单个铁氧体材料的薄片上生产图3A-3F中描述的功率电感的方法的俯视图和仰视图。

图10A-10D是铁氧体薄片1002的俯视图。如图10A所示，提供了单个铁氧体材料的薄片1002。衬底1002优化为高频的铁氧体则更好，如NiZn及类似的材料。通过切割衬底1002的上表面，例如，浅锯痕(shallow saw cuts)，以形成上沟槽1003。导电材料1004，例如钨(W)、铜(Cu)、铝(Al)、银(Ag)及其他类似金属，通过气相沉积工艺，像化学气相沉积(CVD)沉积在铁氧体薄片1002的上部。导电材料1004可以完全填充图10C所示的上沟槽1003。采用于法刻蚀或者化学机械抛光(CMP)回刻蚀多余的导电材料1004使表面平坦化并使铁氧体材料远离沟槽和导通孔区域，如图10D中所示。

类似于在铁氧体薄片1002的上表面上进行的制造工序可以在下表面上重复。例如，图10E-10I是说明铁氧体薄片1002的后续工艺的一系列仰视图。具体地，铁氧体薄片1002可以翻转过来，在下表面上，例如，采用浅锯痕(shallow saw cuts)，切割出下沟槽1005，如图10E所示。

导通孔1006图案化并刻蚀在铁氧体薄片1002的下表面上的上下沟槽1003、1005重叠的特定位置。如图10F中所示，采用图案化刻蚀工艺，导通孔1006可以通过，例如，沿衬底刻蚀至上表面的导电材料1004形成。上沟槽1003的位置在图10F中用虚线标出。

导电材料1008沉积在铁氧体薄片1002的下表面上，完全填充沟槽1005和导通孔1006，如图10G中所示。可以回蚀导电材料1008使表面平坦化并使铁氧体远离沟槽和导通孔区域，例如，采用干法刻蚀或者化学机械抛光(CMP)，如图10H中所示。

当如图10H所示的电感已经制成后，采用标准的切割工艺可以将铁氧体薄片1002切割成独立的电感芯片1010。图10I是切割后的最终电感1010的仰视图。图10J是切割后的最终电感1010的俯视图。图10J的俯视图通过左右翻转铁氧体薄片1002得到。在将薄片切割成独立电感1010(每个具有一个电感线圈和一个铁氧体磁芯)之前，带有填充沟槽和导通孔的铁氧体薄片1002可以进行一个按照上面所述的可选的退火步骤。上下沟槽1003，1005的定位和对齐需谨慎地进行以便多个独立电感1010的沟槽可以在单个铁氧体衬底上切割出来。从图10I可以看到，形成电感1010中的沟槽的浅锯痕(shallow saw cuts)也许包括附加的漂浮导体1009的沟槽，其不属于电感线圈的一部分。这些附加的导体不需要电连接到电感的其他任何部分，且不影响电感1010的功用。

多个电感可以用图7A-7K中说明的工艺在单个铁氧体材料薄片上制造。根据本发明的所有实施方式的电感可以作为单个铁氧体材料薄片上的多个电感制造。电感已经制成后，可以采用标准的切割工艺可以将薄片切割成独立的电感芯片。

在掩膜和刻蚀沟槽以形成图4A-4E中描述的电感种类之前，上面图7A-7L和8A-8L、9A-9O和10A-10J中描述的方法可选地包括一个介质沉积步骤。介质层的材料可以是厚度在

至5微米之间的LTO、PECVD氧化物、富Si氧化物、氮氧化硅、氮化硅、氮化铝、氧化铝、聚酰亚胺、苯环丁烯(BCB)等等。然后，在刻蚀或者切割磁芯衬底的表面上的磁性材料之前，介质层被刻蚀以形成沟槽。

可选地，在上面图7A-7L和8A-8L、9A-9O和10A-10J中描述的方法中，在回刻蚀沟槽中的导电材料以平坦化表面的步骤之后，可以加入一个磁性材料的沉积步骤，从而钝化磁芯衬底的表面。磁性材料层的材料可以是厚度在

至5微米或之上的带铁氧体粉末的环氧树脂、带有磁性颗粒的介质等等。在磁性材料的刻蚀之前还可以加入一个介质刻蚀的步骤。

本发明的电感具有平面结构和超低阻抗，高电感系数每单元面积，且在电感的概念上与叠放的功率IC兼容。制造本发明的电感的方法是低成本的且可以在单个的磁芯层上实施。

由于电感磁芯的高导磁率和高电阻率，铁氧体为优选材料，因此也可以采用其他的等效材料。例如低频的应用可以采用NiFe。如果在导电材料沉积之前钝化所有表面以形成电感线圈，则可能采用其他低电阻率的材料。在本文中，术语“铁氧体”理解为包括其他等效材料。

上文是本发明的优选实施方式的完整说明，存在采用替换、变更和等效结构的可能。因此，本发明的范围不应该由上述说明决定，而应该由附加的权利要求与其等效结构的全部范围一起决定。任何特征，不管优选与否，可以与任何其他特征相结合。在下面的权利要求书中，不定冠词“A”者“An”涉及到一个或多个接在冠词后面的项的量，除非另外清楚地指定的地方。附加的权利要求不被解释为包括手段附加功能的限制，除非所述限制在给出的权利要求中采用短语“means for”明确说明。

Claims (28)

1.一个电感，包括：

一个平面铁氧体磁芯；

第一组在铁氧体磁芯的第一侧上形成的一个或多个沟槽；

第二组在铁氧体磁芯的第二侧上形成的两个或多个沟槽；

所述第一和第二组的沟槽定位为每个第一组的沟槽与第二组的一个或两个对应的沟槽在垂直于铁氧体磁芯的方向上的投影之间部分重叠；

第一组多个导通孔，在铁氧体磁芯的第一侧和第二侧之间连通铁氧体磁芯，每个所述导通孔位于第一组沟槽与第二组沟槽在垂直于铁氧体磁芯的方向上的投影之间部分重叠的位置；以及

置于第一和第二组沟槽和导通孔中的导电材料，所述置于第一和第二组沟槽和导通孔中的导电材料形成一个电感线圈。

2.如权利要求1所述的电感，其特征在于：所述电感是平面的。

3.如权利要求1所述的电感，其特征在于：铁氧体磁芯形成围绕电感线圈的闭合磁环。

4.如权利要求1所述的电感，其进一步包括一个位于铁氧体磁芯的第一和第二侧中一侧上的电感线圈的一个末端的导通孔，其特征在于：所述的位于铁氧体磁芯的第一和第二侧中一侧上的电感线圈末端的导通孔在电感线圈的末端和铁氧体磁芯的第一和第二侧的另一侧之间连通。

5.如权利要求1所述的电感，其特征在于：所述电感线圈厚度是所述沟槽深度的函数。

6.如权利要求1所述的电感，其特征在于：所述第一组一个或多个沟槽包括两个或多个平行沟槽。

7.如权利要求1所述的电感，其特征在于：所述第二组两个或多个沟槽包括两个或多个平行沟槽。

8.如权利要求1所述的电感，其特征在于：每个所述的第一组多个导通孔在第一组一个或多个沟槽中的一个沟槽与第二组两个或多个沟槽中的一个沟槽之间连通。

9.如权利要求1所述的电感，其进一步包括一个或多个附加导通孔，属于在铁氧体磁芯的第一侧和第二侧之间连通的第二组多个导通孔。

10.如权利要求1所述的电感，其特征在于：导电材料填充沟槽和导通孔。

11.如权利要求1所述的电感，其特征在于：导电材料部分地填充沟槽和导通孔。

12.如权利要求11所述的电感，其特征在于：所述导电材料镀覆沟槽的底部和侧壁以及导通孔的侧壁。

13.如权利要求1所述的电感，其特征在于：第一或第二组中的沟槽两端延伸至铁氧体磁芯的侧边。

14.如权利要求1所述的电感，其特征在于：第一组多个导通孔远离铁氧体磁芯的边缘设置。

15.如权利要求1所述的电感，其特征在于：铁氧体磁芯包括具有第一侧的第一铁氧体层和具有第二侧的第二铁氧体层，所述第一和第二铁氧体层背对背互相连接以形成铁氧体磁芯，以致第一侧和第二侧分别为铁氧体磁芯的上下表面。

16.如权利要求1所述的电感，其进一步包括一个钝化铁氧体磁芯的第一或第二侧的介质层。

17.如权利要求1所述的电感，其特征在于：导电材料不延伸出铁氧体磁芯表面的平面。

18.一种生产电感的方法，包括：

步骤1，第一组在平面铁氧体磁芯的第一侧上形成的一个或多个沟槽的成形；

步骤2，第二组在所述铁氧体磁芯的第二侧上形成的两个或多个平行沟槽的成形，所述第一和第二组的沟槽定位为每个第一组的沟槽与第二组的一个或两个对应的沟槽在垂直于铁氧体磁芯的方向上的投影之间部分重叠；

步骤3，一个或多个导通孔的成形，在所述铁氧体磁芯的第一侧和第二侧之间连通铁氧体磁芯，每个所述导通孔位于第一组沟槽与第二组沟槽在垂直于铁氧体磁芯的方向上的投影之间部分重叠的位置；以及

步骤4，第一和第二组沟槽和导通孔中导电材料的放置。

19.如权利要求18所述的方法，其特征在于：步骤1中，通过在铁氧体磁芯的第一侧的刻蚀成形第一组的沟槽。

20.如权利要求18所述的方法，其特征在于：步骤2中，通过在铁氧体磁芯的第二侧的刻蚀成形第二组的沟槽。

21.如权利要求18所述的方法，其进一步包括在铁氧体磁芯的第一侧和第二侧之间连通的一个或多个附加导通孔的成形。

22.如权利要求18所述的方法，其特征在于：步骤4包括所述沟槽和导通孔的导电材料的填充。

23.如权利要求18所述的方法，其特征在于：步骤4包括所述沟槽的底部和侧壁以及导通孔的侧壁的导电材料的镀覆。

24.如权利要求18所述的方法，其特征在于：步骤1或步骤2中，通过沿铁氧体磁芯第一侧或第二侧表面的切割成形第一组沟槽或第二组沟槽。

25.如权利要求24所述的方法，其特征在于：所述沿铁氧体磁芯第一侧或第二侧表面的切割是采用锯片切割以成形第一组沟槽或第二组沟槽。

26.如权利要求18所述的方法，其特征在于：所述铁氧体磁芯包含具有第一侧的第一铁氧体层和具有第二侧的第二铁氧体层；步骤1中，在第一铁氧体层的第一侧表面中形成第一组沟槽；步骤2中，在第二铁氧体层的第二侧表面中形成第二组沟槽；在步骤4之后进一步包括：第一和第二铁氧体层背对背的互相连接以形成铁氧体磁芯，以致第一侧和第二侧分别为铁氧体磁芯的上下表面。

27.如权利要求18所述的方法，其进一步包括：在步骤1之前，一个介质层对铁氧体磁芯的第一或第二侧的钝化。

28.如权利要求18所述的方法，其特征在于：步骤1至步骤4在一个包括多个所述铁氧体磁芯的铁氧体薄片上进行，所述方法进一步包括在步骤4之后将铁氧体薄片切割成具有一个铁氧体磁芯的独立电感。

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