CN103096635B - 将磁性元件埋置基板内的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种将磁性元件埋置基板内的方法，其包含利用机械钻孔，在基板中形成一或多个槽孔。各槽孔包括顶部开口、底部和侧壁，且顶部开口面积大于底部面积。侧壁从顶部开口垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至底部，而于槽孔底部形成斜面侧壁。其方法更包含沿着顶部开口的部分外缘定义预定区域，及利用捞出成型技术移除预定区域下的部分基板材料，以形成底部具有部分斜面侧壁的元件容纳槽。随后，将磁性元件置入元件容纳槽中。

Description

将磁性元件埋置基板内的方法

技术领域

本发明涉及一种将如磁性元件等电子元件埋置于基板内的方法。

背景技术

将电子元件嵌入印刷电路板内以提高空间利用率为电子产业发展的主流趋势。然而，如何支撑印刷电路板上的嵌入的磁性元件，又比其他电子元件嵌入印刷电路板的要求来得高。图1A至图1C是根据现有技术所绘制的埋置磁性元件的方法截面示意图。如图1A所示，先在基板100中形成凹槽120。参照图1B，将磁性元件135置入凹槽120内，然后使用封装胶材132填充凹槽120并覆盖磁性元件135。接着依布线要求，在预定位置形成贯穿基板100的通孔170，而得如图1C所示结构。随后，进行通孔电镀，以于通孔中填充导电材料。

然而随着元件尺寸持续微缩，现有技术仍有提升制作工艺效率的空间。

发明内容

为解决上述问题，本发明的一态样为提供一种将磁性元件埋置基板内的方法。首先通过第一移除技术，在基板中形成相隔一定距离的二槽孔。二槽孔各自分别包括顶部开口、底部和侧壁，其中顶部开口的面积大于底部的面积。侧壁从顶部开口垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至底部而于各槽孔底部形成斜面侧壁。再通过第二移除技术，移除二槽孔间的部分基板材料，以形成元件容纳槽。其中二槽孔各自的一部分侧壁及一部分斜面侧壁被保留以做为元件容纳槽的一部分。随后，将磁性元件置入元件容纳槽中。其中第二移除技术的移除速率大于第一移除技术的移除速率。

本发明的另一态样为提供一种将磁性元件埋置基板内的方法。首先利用机械钻孔技术，在基板中形成由部分重叠的二槽孔构成的组合槽孔。组合槽孔包括顶部开口、底部开口和侧壁，且顶部开口的面积大于底部开口的面积。侧壁从顶部开口向下延伸预定深度后，往内收敛至底部开口，并于组合槽孔底部形成斜面侧壁。定义一区域，其部分重叠于组合槽孔的顶部开口。移除该区域底下的部分基板材料，并保留组合槽孔的部分侧壁及部分斜面侧壁，以形成底部具凸缘的元件容纳槽。随后将磁性元件置入元件容纳槽中。

本发明的又一态样提供一种将磁性元件埋置基板内的方法。首先通过第一移除技术，在基板中形成一槽孔，其中槽孔包括顶部开口、底部和侧壁，且顶部开口面积大于底部面积。侧壁从顶部开口向下延伸预定深度后，往内收敛至底部而于槽孔底部形成斜面侧壁。定义一区域，其部分重叠于组合槽孔的顶部开口。再通过第二移除技术，移除该区域底下的部分基板材料，以形成元件容纳槽。其中元件容纳槽的底面保有槽孔的部分斜面侧壁。随后将磁性元件置入元件容纳槽中。其中第二移除技术的移除速率大于第一移除技术的移除速率。

由于所形成的元件容纳槽具有斜面侧壁，故即使不使用粘着物质，也可将磁性元件埋设于基板的预定深度内。另一方面，磁性元件置入后，将抵住元件容纳槽的侧壁，且与底面具有一定距离。因此可支撑基板内所嵌入的磁性元件。

附图说明

为使读者能通过实施方式更进一步了解本发明，因此提供下列附图以辅助说明之。

图1A至图1C为现有技术所绘制的埋置磁性元件的方法截面示意图；

图2A、图3A、图4A及图5A为根据本发明的第一实施例所绘示的用于埋置磁性元件的方法步骤的上视图；

图2B、图3B、图4B及图5B分别为沿着图2A、图3A、图4A及图5A虚线I-I’截切的剖视图；

图2A’、图3A’、图4A’及图5A’为本发明的第二实施例所绘示的用于埋置磁性元件的方法步骤的上视图；

图2B’、图3B’、图4B’及图5B’分别为沿着图2A’、图3A’、图4A’及图5A’虚线I-I’截切的剖视图；

图6A、图7A、图8A及图9A为本发明的第三实施例所绘示的用于埋置磁性元件的方法步骤的上视图；

图6B、图7B、图8B及图9B分别为沿着图6A、图7A、图8A及图9A虚线I-I’截切的剖视图；以及

图10A、图11A、图12A及图13A为本发明的第四实施例所绘示的用于埋置磁性元件的方法步骤的上视图；

图10B、图11B、图12B及图13B分别为沿着图10A、图11A、图12A及图13A虚线I-I’截切的剖视图。

主要元件符号说明

100 基板 120 凹槽

132 封装胶材 135 磁性元件

170 通孔 200 基板

210、210’ 槽孔 212、212’ 开口

214、214’ 侧壁 216、216’ 开口

217 底面 218、218’ 侧壁

220、220’ 容纳槽 224、224’ 区域

226、226’ 凸缘 232 粘着物质

235 磁性元件 250 介电层

260 导电层 270、470 电通孔

320、420 容纳槽 324、424 区域

326、426 凸缘 480 帽盖垫

t 厚度 θ 角度

具体实施方式

为让本发明的上述与其他目的、特征和优点更为浅显易懂，现将配合参照所附的附图详加说明于下。然需注意，所述的实施例仅为举例说明，而无限定本发明精神与范围的意图，熟谙此技术者当可据此进行修改而得等效实施例。各图中相同的元件符号代表相似的元件，且为清楚呈现，各元件并未按实际比例绘制。例如，槽孔一般为圆孔，但一些附图是以椭圆孔示例。

图2A、图3A、图4A及图5A是根据本发明的第一实施例所绘示的用于埋置磁性元件的方法步骤的上视图。其中，图2B、图3B、图4B及图5B分别为沿着图2A、图3A、图4A及图5A虚线I-I’截切的剖视图。

参照图2A及图2B，利用机械钻孔技术，在基板200中形成相隔一定距离的两个槽孔210。两个槽孔210的间距和深度视待埋设的元件尺寸与位置而定。槽孔210的顶部开口212的面积大于底部开口216的面积，且其侧壁214从顶部开口212垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至底部开口216而于槽孔210的底部形成斜面侧壁218。基板200可为上、下覆盖导体层的电覆绝缘基板，例如环氧树脂玻纤板(FR4)，但不以此为限。通过选择机械钻孔使用的钻头形状及控制钻孔深度，可决定形成斜面侧壁218的角度θ和厚度t。

接着参照图3A及图3B，区域224重叠于两个槽孔210的顶部开口212(图2A)。然后移除区域224底下的基板200材料，以形成元件容纳槽220。移除的区域224至少包含两个槽孔210的中心点间的区域，使两个槽孔210得以相连构成部分元件容纳槽220。移除的深度并无特殊限制，只要最终容纳槽结构存有未被移除的部分斜面侧壁218以及未被移除的部分侧壁214。该结构可做为磁性元件支撑结构。移除方法可采用捞出成型(routing)、冲孔成型(punching)或其他相较于机械钻孔能快速移除部分基板材料的适合技术。

所得元件容纳槽220包括两个槽孔210的部分顶部开口212，以定义容纳槽顶部开口外缘形状。两个槽孔210的部分侧壁214构成元件容纳槽220的两个相对侧壁，且两个相对侧壁垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至元件容纳槽220的底部开口，如此元件容纳槽220的底部保有两个槽孔210的部分斜面侧壁218而构成凸缘226，以做为磁性元件支撑结构。该磁性元件支撑结构已揭露于美国专利申请第13/028949号，其标题为「Planarelectronic device having a magnetic component and method for manufacturingthe electronic device」，并将其并入参考前案。

参照图4A及图4B，通过表面贴合技术(SMT)，将环型(ring-type)磁性元件235置于元件容纳槽220内，然后注入粘着物质232加以固定。然表面贴合技术也可先让磁性元件235沾附粘着物质232后，再将磁性元件235放入元件容纳槽220内而粘固。或者，先在元件容纳槽220内注入粘着物质232，再固定随后置入的磁性元件235。磁性元件235可由任何适合做为电磁元件的磁性材料组成，例如铁芯。

如图4B所示，磁性元件235置入后将抵住元件容纳槽220的斜面侧壁218及/或抵住元件容纳槽220的部分侧壁214而相距底部开口一定距离。

在另一实施方式中，由于元件容纳槽220具有可支撑磁性元件235的斜面侧壁218，故即使不使用粘着物质232，也可将磁性元件235埋设在预定深度的基板内。在此情况下，元件容纳槽220充满气体。

参照图5A及图5B，依序形成介电层250和导电层260于基板200的上、下侧。介电层250可为聚丙烯、环氧树脂胶片(bondply)或其他有机物质组成的绝缘材料。导电层260例如为铜箔或其他适合的导电材料膜。在一实施方式中，使用环氧树脂胶片做为介电层，并利用压合技术使铜箔通过环氧树脂胶片粘合于基板上。其次，进行钻孔、去钻污、除胶渣及通孔电镀等步骤，以于预定位置形成贯穿基板200、介电层250和导电层260的电通孔270。接着，利用影像移转及蚀刻图案化导电层260，以形成导电布线(未绘示)。图所示电通孔的配置位置和数量仅为举例说明，本发明不限于此。嵌入磁性元件的方法已揭露于美国专利申请第12/592711号，其标题为"Manufacture and use of planar embedded magnetics asdiscrete components and in integrated connectors"，并将其并入参考前案。

图2A’、图3A’、图4A’及图5A’是根据本发明的第二实施例所绘示的用于埋置磁性元件的方法步骤的上视图。其中，图2B’、图3B’、图4B’及图5B’分别为沿着图2A’、图3A’、图4A’及图5A’虚线I-I’截切的剖视图。

参照图2A’及图2B’，利用机械钻孔技术，在基板200中形成部分重叠的两个槽孔而构成组合槽孔210’。两个槽孔的重叠程度和深度视待埋设的元件尺寸与位置而定。组合槽孔210’的顶部开口212’的面积大于底部开口216’的面积，且其侧壁214’从顶部开口212’垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至底部开口216’而于组合槽孔210’的底部形成斜面侧壁218’。基板200可为上、下覆盖导体层的电覆绝缘基板，例如环氧树脂玻纤板(FR4)，但不以此为限。通过选择机械钻孔使用的钻头形状及控制钻孔深度，可决定形成斜面侧壁218’的角度θ和厚度t。接着参照图3A’及图3B’，沿着组合槽孔210’的部分边缘定义包含槽孔210’的顶部开口212’(图2A’)的区域224’，及移除区域224’底下的基板200材料，以形成元件容纳槽220’。移除的深度并无特殊限制，只要最终容纳槽结构存有未被移除的部分斜面侧壁218以及未被移除的部分侧壁214，该结构可做为磁性元件支撑结构。移除方法可采用捞出成型、冲孔成型或其他相较于机械钻孔能快速移除部分基板材料的适合技术。所得元件容纳槽220’包括槽孔210’的部分顶部开口212’，以定义容纳槽顶部开口外缘形状，槽孔210’的部分侧壁214’构成元件容纳槽220’的两个相对侧壁，且两个相对侧壁垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至元件容纳槽220’的底部开口，如此元件容纳槽220’的底部保有槽孔210’的部分斜面侧壁218’而构成凸缘226’，以做为磁性元件支撑结构。

参照图4A’及图4B’，利用表面贴合技术(SMT)，将指环型磁性元件235置于元件容纳槽220内，然后注入粘着物质232加以固定。然而表面贴合技术也可先让磁性元件235沾附粘着物质232后，再将磁性元件235放入元件容纳槽220内而粘固。或者，先在元件容纳槽220内注入粘着物质232，再固定随后置入的磁性元件235。磁性元件235可由任何适合做为电磁元件的磁性材料组成，例如铁芯。

如图4B’所示，磁性元件235置入后将抵住元件容纳槽220’的斜面侧壁218’及/或抵住元件容纳槽220’的部分侧壁214’而相距底部开口一定距离。

在另一实施方式中，由于元件容纳槽220’具有可支撑磁性元件235的斜面侧壁218’，故即使不使用粘着物质232，也可将磁性元件235埋设在预定深度的基板内。在此情况下，元件容纳槽220’充满气体。

参照图5A’及图5B’，依序形成介电层250和导电层260至基板200的上、下侧。介电层250可为聚丙烯或环氧树脂胶片或其他有机物质组成的绝缘材料。导电层260例如为铜箔或其他适合的导电材料膜。在一实施方式中，使用环氧树脂胶片做为介电层，并利用压合技术使铜箔通过环氧树脂胶片粘合于基板上。其次，进行钻孔、去钻污、除胶渣及通孔电镀等步骤，以于预定位置形成贯穿基板200、介电层250和导电层260的电通孔270。接着，利用影像移转及蚀刻图案化导电层260，以形成导电布线(未绘示)。图所示电通孔的配置位置和数量仅为举例说明，本发明不限于此。

图6A、图7A、图8A及图9A是根据本发明的第三实施例所绘示的用于埋置磁性元件的方法步骤的上视图。其中，图6B、图7B、图8B及图9B分别为沿着图6A、图7A、图8A及图9A虚线I-I’截切的剖视图。

参照图6A及图6B，利用机械钻孔技术，在基板200中形成相隔一定距离的两个槽孔210。两个槽孔210的间距和深度视待埋设的元件尺寸与位置而定。槽孔210的顶部开口212的面积大于底面217的面积，且其侧壁214从顶部开口212垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至底面217而于槽孔210的底部形成斜面侧壁218。基板200可为上、下覆盖导体层的电覆绝缘基板，例如环氧树脂玻纤板(FR4)，但不以此为限。通过选择机械钻孔使用的钻头形状及控制钻孔深度，可决定形成斜面侧壁218的角度θ和厚度t。接着参照图7A及图7B，沿着两个槽孔210的部分边缘定义包含两个槽孔210的顶部开口212(图7A)的指环型区域324，及移除区域324底下的基板200材料，以形成指环型元件容纳槽320。移除的深度并无特殊限制，只要最终容纳槽结构存有未被移除的部分斜面侧壁218以及未被移除的部分侧壁214，该结构可做为磁性元件支撑结构。移除方法可采用捞出成型、冲孔成型或其他相较于机械钻孔能快速移除部分基板材料的适合技术。所得元件容纳槽320包括两个槽孔210的部分顶部开口212，以定义容纳槽顶部开口外缘形状，两个槽孔210的部分侧壁214构成元件容纳槽320的部分环型侧壁且垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至元件容纳槽320的底部，如此元件容纳槽320的底部保有两个槽孔210的部分斜面侧壁218而构成凸缘326，以做为磁性元件支撑结构。

参照图8A及图8B，利用表面贴合技术，将指环型磁性元件235置于元件容纳槽320内，然后注入粘着物质232加以固定。然表面贴合技术也可先让磁性元件235沾附粘着物质232后，再将磁性元件235放入元件容纳槽320内而粘固，或者，先在元件容纳槽320内注入粘着物质232，再固定随后置入的磁性元件235。磁性元件235可由任何适合做为电磁元件的磁性材料组成，例如铁芯。

如图8B所示，指环型磁性元件235置入后将抵住元件容纳槽320的斜面侧壁218及/或抵住元件容纳槽320的部分侧壁214而相距底面217一定距离。

在另一实施方式中，由于元件容纳槽320具有可支撑磁性元件235的斜面侧壁218，故即使不使用粘着物质232，也可将磁性元件235埋设在预定深度的基板内。在此情况下，元件容纳槽320充满气体。

参照图9A及图9B，依序形成介电层250和导电层260至基板200的上、下侧。介电层250可为聚丙烯或环氧树脂胶片或其他有机物质组成的绝缘材料。导电层260例如为铜箔或其他适合的导电材料膜。在一实施方式中，使用环氧树脂胶片做为介电层，并利用压合技术使铜箔通过环氧树脂胶片粘合于基板上。其次，进行钻孔、去钻污、除胶渣及通孔电镀等步骤，以于预定位置形成贯穿基板200、介电层250和导电层260的电通孔270。接着，利用影像移转及蚀刻图案化导电层260，以形成导电布线(未绘示)。图所示电通孔的配置位置和数量仅为举例说明，本发明不限于此。

图10A、图11A、图12A及图13A是根据本发明的第四实施例所绘示的用于埋置磁性元件的方法步骤的上视图。其中，图10B、图11B、图12B及图13B分别为沿着图10A、图11A、图12A及图13A虚线I-I’截切的剖视图。

参照图10A及图10B，提供上、下覆盖导体层的电覆绝缘基板200，例如环氧树脂玻纤板(FR4)。在基板200上定义待埋设磁性元件的区域，在此是以环型区域424(介于两条虚线之间)为例说明。接着，进行钻孔、去钻污、除胶渣及通孔电镀等步骤，以于预定位置形成贯穿基板200的电通孔470。其次，利用影像移转及蚀刻图案化基板200的上、下导体层而形成覆盖各电通孔470的帽盖垫480。

参照图11A及图11B，利用机械钻孔技术，在区域424内的相对位置形成两个槽孔210。两个槽孔210的深度视待埋设的元件尺寸与位置而定。槽孔210的顶部开口212的面积大于底面217的面积，且其侧壁214从顶部开口212垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至底面217而于槽孔210的底部形成斜面侧壁218。通过选择机械钻孔使用的钻头形状及控制钻孔深度，可决定形成斜面侧壁218的角度θ和厚度t。

接着参照图12A及图12B，移除区域424底下的基板200材料，以形成指环型元件容纳槽420。移除的深度并无特殊限制，只要最终容纳槽结构存有未被移除的部分斜面侧壁218以及未被移除的部分侧壁214，该结构可做为磁性元件支撑结构。移除方法可采用捞出成型、冲孔成型或其他相较于机械钻孔能快速移除部分基板材料的适合技术。所得元件容纳槽420包括两个槽孔210的部分顶部开口212，以定义容纳槽顶部开口外缘形状，两个槽孔210的部分侧壁214构成元件容纳槽420的部分环型侧壁且垂直向下延伸预定深度后，往内收敛至元件容纳槽420的底部，如此元件容纳槽420的底部保有两个槽孔210的部分斜面侧壁218而构成凸缘426，以做为磁性元件支撑结构。

参照图13A及图13B，将指环型磁性元件235置于元件容纳槽420内。磁性元件235可由任何适合做为电磁元件的磁性材料组成，例如铁芯。由于元件容纳槽420具有可支撑磁性元件235的斜面侧壁218与侧壁214，故指环型磁性元件235置入后将抵住元件容纳槽420的斜面侧壁218及/或抵住元件容纳槽320的部分侧壁214而相距底面217一定距离。如图13B所示，此时元件容纳槽420充满气体。

在另一实施方式中，也可利用表面贴合技术，将指环型磁性元件235置于元件容纳槽420内，然后注入粘着物质加以固定，或者，先让磁性元件235沾附粘着物质后，再将磁性元件235放入元件容纳槽420内而粘固，又或者，先在元件容纳槽420内注入粘着物质，再固定随后置入的磁性元件235。

继续参照图13A及图13B，依序形成介电层250和导电层260至基板200的上、下侧。介电层250可为聚丙烯或环氧树脂胶片或其他有机物质组成的绝缘材料。导电层260例如为铜箔或其他适合的导电材料膜。在一实施方式中，使用环氧树脂胶片做为介电层，并利用压合技术使铜箔通过环氧树脂胶片粘合于基板上。接着，于预定位置形成通过帽盖垫480耦接电通孔470的通孔(未绘示)，然后利用影像移转及蚀刻图案化导电层260，以形成导电布线(未绘示)。图所示电通孔的配置位置和数量仅为举例说明，本发明不限于此。嵌入磁性元件的方法已揭露于美国专利申请第12/699777号，其标题为"Packaged structure havingmagnetic component and method thereof"，并将其并入参考前案。

本文所述「环型」构造不限于圆形环或椭圆形环，其也可指称四方形环、多角形环或其他适合形状的环。除非本文另行指明，否则说明书和所附的权利要求所用的单数形「一」和「该」包括有多数的涵义。

以上实施例以埋置环型磁性元件为例说明，然而应理解本发明的方法当可应用于埋置具其他形状(如工形、长条形)或其他类型的电子元件，是以元件容纳槽的区域形状和深度可依此定义。另外，本发明不限于上述特定制作工艺和步骤顺序，采行其他制作工艺或步骤顺序也不脱离本发明的精神和范围。

虽然结合以上较佳实施例揭露了本发明，然而其并非用以限定本发明，任何熟谙此技术者在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附权利要求所界定者为准。

Claims (12)

1.一种将磁性元件埋置基板内的方法，该方法包含：

通过一第一移除技术，在一基板中形成相隔一预定距离的两个槽孔，各该两个槽孔分别包括顶部开口、底部和侧壁，且各该两个槽孔的该顶部开口的面积大于该底部的面积，该侧壁从该顶部开口向下延伸一预定深度后，往内收敛至该底部而于各该两槽孔的该底部形成一斜面侧壁；

通过一第二移除技术，移除各该两个槽孔间的该基板的一部分材料，以形成包含该两个槽孔的一元件容纳槽，各该两个槽孔的一部分该侧壁及一部分该斜面侧壁被保留以做为该元件容纳槽的一部分；以及

将一磁性元件置入该元件容纳槽中，

其中该第二移除技术的移除速率大于该第一移除技术的移除速率。

2.如权利要求1的方法，其中该第一移除技术为一机械钻孔技术。

3.如权利要求1的方法，其中该第二移除技术为一冲孔成型技术或一捞出成型技术。

4.如权利要求1的方法，还包含注入一粘着物质至该元件容纳槽中。

5.如权利要求1的方法，还包含：

形成一介电层于该基板上；

形成一金属层于该介电层上；以及

形成一通孔以贯穿该基板。

6.一种将磁性元件埋置基板内的方法，该方法包含：

利用一机械钻孔技术，在一基板中形成一槽孔，该槽孔包括顶部开口、底部开口和侧壁，且该顶部开口的面积大于该底部开口的面积，该侧壁从该顶部开口向下延伸一预定深度后，并往内收敛至该底部开口而于该槽孔底部形成一斜面侧壁；

沿着该顶部开口的一部分边缘定义一区域；

移除该区域底下的该基板的一部分材料，并保留该槽孔的一部分该斜面侧壁及一部分该侧壁，以形成该底部具一凸缘的一元件容纳槽；以及

将一磁性元件置入该元件容纳槽中。

7.如权利要求6的方法，其中移除该区域底下的该基板的一部分材料利用一冲孔成型技术或一捞出成型技术。

8.如权利要求6的方法，其中该槽孔由部分重叠的两个槽孔所构成。

9.如权利要求6的方法，还包含注入一粘着物质至该元件容纳槽中。

10.一种将磁性元件埋置基板内的方法，该方法包含：

通过一第一移除技术，在一基板中形成一槽孔，其中该槽孔包括顶部开口、底部和侧壁，且该顶部开口的面积大于该底部的面积，该侧壁从该顶部开口向下延伸一预定深度后，往内收敛至该底部而于该槽孔的该底部形成一斜面侧壁；

定义一区域，其部分重叠于该槽孔的该顶部开口；

通过一第二移除技术，移除该区域底下的该基板的一部分材料，以形成一元件容纳槽，其中该元件容纳槽的该底部保留该槽孔的一部分该斜面侧壁；以及

将一磁性元件置入该元件容纳槽中；

其中该第二移除技术的移除速率大于该第一移除技术的移除速率。

11.如权利要求10的方法，其中该第一移除技术为一机械钻孔技术。

12.如权利要求10的方法，其中该第二移除技术为一冲孔成型技术或一捞出成型技术。