CN108231365B - 包括导电板结构的由器件载体材料制成的电感器 - Google Patents

Abstract

一种电感器器件(100)，包括多个堆叠层结构(102)以及多个导电互连结构(106)，多个堆叠层结构由器件载体材料制成并包括导电板结构(104)，多个导电互连结构将导电板结构(104)连接，从而形成具有多个绕组的电感。

Description

包括导电板结构的由器件载体材料制成的电感器

技术领域

本发明涉及电感器器件、器件载体(component carrier)、制造电感器器件的方法以及制造器件载体的方法。

背景技术

在配备有一个或多个器件的器件载体的产品功能性增强且这种器件日益小型化以及待安装在诸如印刷电路板的器件载体上的器件数量不断增长的背景下，越来越强大的阵列状器件或具有若干器件的封装件被采用，其具有多个触点或接点，这些触点之间的间隔越来越小。去除在工作期间由这些器件和器件载体本身产生的热日益成为问题。同时，安装设备应当在机械上是坚固的，从而即使在恶劣状况下也能工作。

知晓将电感器集成在印刷电路板中。然而，常规的方案会遭受高电损耗。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有低电损耗的用于器件载体应用的电感器器件。

为了达到上述目的，提供了根据独立权利要求所述的电感器器件、器件载体、制造电感器器件的方法以及制造器件载体的方法。

根据本发明的示例性实施例，提供了一种电感器器件，其中电感器器件包括多个堆叠层结构以及多个导电互连结构，多个堆叠层结构由器件载体材料(诸如PCB材料，例如铜、树脂和/或增强颗粒等，其中后者可以体现为预浸料和/或FR4)制成并包括导电板结构，多个导电互连结构将导电板结构连接，从而形成具有多个绕组的电感。

根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种器件载体，该器件载体包括：包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的堆叠体(stack)，以及嵌入堆叠体中或表面安装在堆叠体上的具有上述特征的电感器器件。

根据本发明的另一示例性实施例，提供了一种制造电感器器件的方法，其中该方法包括：将由器件载体材料制成并包括导电板结构的多个层结构堆叠，并且通过多个导电互连结构将导电板结构连接，从而形成具有多个绕组的电感。

根据本发明的又一示例性实施例，提供了一种制造器件载体的方法，其中该方法包括：将至少一个导电层结构和至少一个电绝缘层结构的堆叠体互连，并将根据上述特征构造和/或通过具有上述特征的方法制造的电感器器件嵌入堆叠体中。

在本申请的上下文中，术语“器件载体”可以特别表示能够在其上和/或其中容纳一个或多个器件以提供机械支撑和/或电连接性的任何支撑结构。换句话说，器件载体可以被构造成用于器件的机械和/或电子载体。特别地，器件载体可以是印刷电路板、有机中介层(interposer)和IC(集成电路)衬底中的一种。器件载体也可以是将上述类型的器件载体中的不同器件载体组合的混合板。

在本申请的上下文中，术语“电感器器件”可以特别表示在实现电感器器件的电子应用框架中提供电感的独立的电子构件。电感器器件可以基于器件载体技术形成，特别是基于印刷电路板(PCB)技术形成，并且可以表面安装在分开形成的或一体形成的器件载体(诸如PCB)上或嵌入该器件载体中。但是，电感器器件也可以与非器件载体应用联合使用。

在本申请的上下文中，术语“导电板结构”可以特别表示厚度比用于印刷电路板技术的常规导电层(诸如薄铜箔)大的厚实型(而非小型)导电板元件。特别地，导电板结构可以具有不允许导电板结构容易折叠的厚度和刚度，并且特别是仅可以允许导电板结构在非常有限的程度上弯曲。例如，导电板结构可以基于厚度为至少300μm的金属片或板来制成。

在本申请的上下文中，术语“绕组”可以特别表示环结构(其可以类似于具有角的螺旋结构)，其中多个这样的环可以形成线圈型布置。然而，由于电感器器件的器件载体制造技术(例如涉及层压)和/或由于使用的器件载体原材料(例如涉及诸如板和箔的平面组成部分)，因此准线圈结构的绕组可具有边缘状或角状部分，而不限于多个互连的纯环形结构的组合体。

根据本发明的实施例，提供了一种电感器器件和相应的器件载体，其可以通过使用器件载体制造工艺以简单的方式来制造。然而，与用于制造诸如印刷电路板(PCB)的常规器件载体的铜箔的典型层厚(例如在几微米至几十微米之间的范围内)相比，本发明的示例性实施例显著增加了用于构成用作电感的导电绕组的导电板结构的厚度。通过采取这种措施，不仅能够获得高电感值和高载流能力，而且还可以仅以低电损耗沿着电感器结构传播信号。此外，沿着电感器器件的绕组对电信号的这种低损耗或低欧姆性传输具有额外的优点，即在这样的过程期间产生的欧姆热可以保持为低的。然而，通过使用具有足够高的热导率的电绝缘材料，如常规使用的器件载体材料，可以将由欧姆损耗产生的其余少量热从电感器器件的内部消散到外部(外围)。例如，如从PCB技术中所知的，诸如预浸料或FR4的材料可以用于该目的。通过使用(与普通PCB铜箔厚度相比)相对厚且坚固的导电板结构而非非常薄的金属箔来制造电感器器件，可以获得具有高金属填充因数的电感器器件，这得到高Q因数以及坚固同时又紧凑的设计。

在下文中，将对电感器器件、器件载体和方法的另外的示例性实施例进行说明。

在一个实施例中，提供了由电感器器件和至少一个另外的电子元件(其可以被实现为两个分开的构件或者一个一体式构件)组成的电子器件。例如，可以提供一种变压器器件，其由与共享的软磁(例如铁氧体)芯结构连接的上述类型的两个配合的电感器器件组成。因此，术语“电感器器件”并不排除这种器件除了提供电感之外，还提供一个或多个另外的电子功能。

在一个实施例中，多个导电互连结构包括由竖向互连结构(其可以垂直于导电板结构对准)、倾斜互连结构和水平互连结构(其可以平行于导电板结构对准)组成的组中的至少一种。例如，一种或多种所提到的几何取向的这种互连结构可以将上方和下方的导电板结构的部分连接，以完成绕组的形成。例如，当导电板结构是共面的导电条带(strip)时(例如对照图2至图8)，以及当导电板结构是多层结构时(例如对照图9至图12)，可以实施这样的实施例。

在一个实施例中，电感形成为线圈结构，该线圈结构具有沿着共同的中心轴线(绕组可以围绕该轴线布置)对准并由互连结构和相连接的导电板结构限定的多个绕组。绕组可以包括边缘(例如可以具有基本矩形的横截面)或者可以连续弯曲(例如可以具有基本圆形的横截面)。沿着共同的中心轴线布置绕组允许获得具有高电感值的紧凑构造。

在一个实施例中，电感器器件的导电材料填充因数(特别是铜填充因数)被限定为电感器器件的导电材料的分体积与电感器器件的总体积(即，导电材料的分体积加上电感器器件的电绝缘材料的分体积)之间的比率，该导电材料填充因数至少为50％，特别地至少为80％，更特别地至少为90％。这允许获得具有低欧姆性构造和高Q因数的电感器构件。在本上下文中，术语Q因数可以表示无量纲参数，其描述了基于电感的振荡器或谐振器如何欠阻尼，并且表征谐振器相对于其中心频率的带宽。

在一个实施例中，导电板结构具有至少200μm、特别是至少400μm的厚度。厚度甚至可以达到1mm或更大。利用导电板结构的这种高厚度，可以将欧姆损耗低且发热量少的电信号传输与高电感值组合。

在一个实施例中，互连结构包括由金属填充过孔和金属嵌体组成的组中的至少一种。所提到的过孔可以通过以下方式制成：(例如通过激光钻孔或机械钻孔)在层结构的堆叠体中钻孔，并且随后通过(例如通过镀层)用导电材料(诸如铜)填充这些孔来对孔进行填充(之后孔可以将不同层位处的不同导电板结构连接)。可以完全或部分完成用导电材料对孔进行填充。例如可以用一层导电材料(例如铜衬)覆盖相应钻孔的壁。然后可选地可以用金属浆糊(paste)(例如铜浆糊)部分或完全地填充钻孔的剩余空隙容积。特别是对于深钻孔，该过程可能比仅用电镀铜完全填充这种孔更简单且更可靠。与此相对，将至少部分互连结构由嵌体构成可涉及容易形成的导电块(例如形状像柱或条(bar))，其插入到堆叠层结构的孔中。特别是在使用体积大的嵌体时，可以进一步减小绕组的欧姆电阻。而且，形成足够大的过孔并且随后用诸如铜的低欧姆性材料对其进行填充允许保持高电感和足够小的电阻。

在一个实施例中，通过电绝缘材料至少部分填充导电板结构与互连结构之间的空间。这种电绝缘材料使形成绕组的结构可靠地保持隔开，从而防止不期望的电路径或短路。同时，这种电绝缘材料有助于所形成的电感器器件的机械稳定性，并且可以由足够导热的材料制成，消除在使用电感器器件时沿着绕组传播信号期间所产生的热。例如，电绝缘材料可具有至少0.5W/mK、特别是至少2W/mK的导热率。

在一个实施例中，电感器器件包括在由导电板结构和互连结构限定的空间的至少一部分中的磁性结构、特别是软磁性结构(例如铁氧体结构)。这种铁氧体结构或提高磁导率的其他磁化或可磁化结构可以被集成在堆叠层结构中。这允许提高电感器器件的性能，而不会使制造过程显著复杂化。例如，各层可以通过层压(即施加热和/或压力)而简单地堆叠并彼此互连。

在一个实施例中，磁性结构被构造成平面层。这允许获得具有高磁导率值的扁平紧凑的电感器器件。例如，磁性结构可以被构造成由磁性嵌体(其可以在插入导电板结构之间时容易地制造)和印刷磁性浆糊(其可以印刷在电感器器件的期望位置处)组成的组中的一种。

在一个实施例中，至少一个导电板结构包括多个(特别是共面的)分开的条带(例如参见图2至图8)。一个导电板结构的共面的条带可以在一个平面内对准，并且可以在不直接接触的情况下彼此并排布置。这些条带可以基于具有狭缝的导电板来形成，其中在已将多个堆叠层结构互连(特别是层压)后，可以在制造中将限定这种板的外周的连接框架从电感器器件的其余部分上移除。该方案将简单的制造工艺与低欧姆性电感器器件相组合。

在一个实施例中，两个相对的导电板结构的分开的条带(特别是在相应的导电板结构的平面内)相对于彼此枢转。换句话说，具有沿着第一方向对准的条带的第一导电板可以与具有沿着第二方向对准的条带的平行的第二导电板组合，其中第二方向可以与第一方向围成一定角度、特别是锐角。例如，这样的锐角可以在5°至40°之间的范围内，特别是在10°至30°之间的范围内。这些条带(以及将条带隔开的相应狭缝)的这种相互枢转显著地简化了互连(特别是准螺旋)绕组的形成，因为这只需要通过互连结构将相互倾斜的条带连接。

在一个实施例中，条带的宽度比相邻条带之间的间隙的宽度大。这种设计规则允许获得具有低欧姆特性和高金属填充因数的紧凑构造。

在一个实施例中，至少一个导电板结构包括具有多个导电板部分和电绝缘层部分的交替序列的多层结构(特别是一个或多个多层块)(对照图9至图12)。例如，这样的多层结构可以被实现为相应的上述条带之一的替代品或代替品。也可以将多个多层结构组合，以形成至少一部分绕组。根据这样的实施例，可以基于交替的导电板(或层)和电绝缘层的层序列来形成导电板结构，其可以被分成各个纵向条，该纵向条可以被进一步分成小的多层块。而且，这样的实施例允许不太费力地制造电感器器件的组成部分，并且允许得到具有高铜含量的低欧姆性构造。

在一个实施例中，不同的多层结构相对于彼此枢转(使得待连接的不同多层结构的堆叠方向可以不同，能够形成弯折或弯曲的绕组或其部分)。因此，这还允许构造出具有多个多层结构(其中至少一些多层结构可以具有非长方体形状)的组合的弯曲结构。

在一个实施例中，多层结构的每个导电板部分的厚度比每个电绝缘层部分的厚度大。这允许获得高金属填充因数、低欧姆电阻和具有高Q因数的电感器器件，同时还确保适当的电隔离特性。

在一个实施例中，多层结构的相应的一个导电板部分的厚度与电绝缘层部分的厚度之间的厚度比至少为2，特别地至少为4，更特别地至少为7。例如，导电板部分的厚度可以在300μm至500μm之间的范围内，而电绝缘层部分的厚度可以在30μm至100μm之间的范围内。这同时确保了可靠的电隔离，同时获得了高金属填充因数。

在一个实施例中，器件载体材料包括铜和具有增强纤维的树脂，或由铜和具有增强纤维的树脂组成。因此，可以实施从PCB技术知晓的常规标准工艺来不太费力地制造电感器器件。铜和具有增强纤维的树脂是PCB的典型成分。

在一个实施例中，导电板结构和互连结构中的至少一者包含由铜、铝、镍、银、金、钯和钨组成的组中的至少一种，任何提到的材料可选地涂覆有诸如石墨烯的超导材料。虽然铜通常是优选的，但是其他材料或其涂覆形式也是可以的，特别是用诸如石墨烯的超导材料涂覆。

在一个实施例中，堆叠层结构的电绝缘材料包括由树脂(特别是增强树脂或非增强树脂，例如环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂、FR-4、FR-5)、氰酸酯、聚亚苯基衍生物、玻璃、预浸材料、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物、基于环氧的积层膜、聚四氟乙烯、陶瓷和金属氧化物组成的组中的至少一种。也可以使用增强材料，诸如例如由玻璃(多层玻璃)制成的织物(web)、纤维或球(sphere)。虽然预浸料或FR4通常是优选的，但也可以使用其他材料。对于高频应用，可以将诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂的高频材料实现为电绝缘层结构。

在一个实施例中，每个导电板结构的厚度比导电板结构之间的电绝缘材料的厚度大。特别地，相应的一个导电板结构的厚度与电绝缘材料的厚度之间的厚度比可以至少为2，特别地至少为4，更特别地至少为7。这确保获得具有高Q因数和紧凑设计的特别低欧姆性电感器器件。

在一个实施例中，电感器器件包括位于电感器器件的外表面处的与至少一个互连结构电接触的导电接触结构。除了导电板结构和互连结构之外，还可以在线圈的表面处布置可与各个互连结构电接触的导电接触结构。例如，导电接触结构被构造成由至少一个金属嵌体和图案化的电镀金属层组成的组中的一种。线圈的这种导电覆层允许额外提高铜填充因数。

在一个实施例中，堆叠体的堆叠方向平行于堆叠层结构的堆叠方向(例如对照图2至图8)。在这种构造中，可以通过板嵌板(board-in-board)架构来完成将电感器器件嵌入到器件载体的导电层结构和电绝缘层结构的堆叠体中，其中可以在所提到的堆叠体中形成凹部，并将容易制造的电感器器件嵌入。替代地，也可以将所提到的堆叠体与其上所安装的电感器器件直接层压。

在另一个实施例中，堆叠体的堆叠方向与堆叠层结构的堆叠方向不同，特别是与堆叠层结构的堆叠方向垂直和/或倾斜(例如对照图9至图12)。这样的实施例对于多层结构的上述构造是特别有利的，并且可以由上述枢转得到。

在制造电感器器件的方法的一个实施例中，通过：提供具有一体连接的条带的板，将板与其他层结构互连，以及随后将板的部分材料去除从而将条带彼此分开，来形成至少一个导电板结构。通过采取这种措施，具有相互枢转或旋转的条带的两个平行板可以通过与其间的介电材料层压而简单地互连，并且简化了处理。随后，可以(例如通过冲压、切割、铣削、激光加工等)将板的周边框架(该框架将每个相应的板的各个条带临时连接)去除，使得相应板的条带分开但保持在同一平面内，从而形成导电板结构。将这些条带与互连结构电连接则允许完成构成电感的绕组，或者连接相邻的绕组以形成线圈。

在制造电感器器件的方法的一个实施例中，通过：形成(特别是通过层压)多个交替的导电板和电绝缘层的互连体，并将该互连体分成多个多层结构，而形成至少一个导电板结构。这样的互连体可以很不费力地制造，作为用作用于制造电感器器件的组成部分的半成品。为了制造相应的多层结构(诸如块)，将铜板或铜片和介电层的交替序列简单地层压在一起并将获得的板状体分成多层结构就足够了。这些多层结构可以用作用于(部分或完全)形成电感器器件的绕组的组成部分。

在制造器件载体的方法的一个实施例中，该方法包括提供具有腔的堆叠体并将电感器器件插入到该腔中。这样的腔可以是器件载体材料中的盲孔(例如，使用嵌入的释放层并且在释放层上方切割出一块器件载体材料而形成)。替代地，腔可以是器件载体材料中的通孔，该通孔可以通过临时载体(比如，例如刚性板上或柔性膜上的胶带)临时封闭。该临时载体可以在器件载体的制造完成前从器件载体的其余部分移除。

在制造器件载体的方法的一个实施例中，该方法包括将至少一个另外的电绝缘层结构和/或至少一个另外的导电层结构与堆叠体和嵌入腔中的电感器器件互连(特别是层压)。在可以通过供应机械压力和/或热而开始的这种层压过程中，至少部分未固化的材料(诸如预浸料)可以再熔化，然后再凝固并且从而固化。在这样的层压之后，电感器器件安全地嵌入在器件载体的内部，并且可以通过现已固化的材料保持在位。

在一个实施例中，器件载体包括至少一个电绝缘层结构和至少一个导电层结构的堆叠体。例如，器件载体可以是所提到的电绝缘层结构和导电层结构的层压体(laminate)，该层压体特别是通过施加机械压力(如果需要，可由热能加以支持)而形成的。所提到的堆叠体可以提供一种能够为另外的器件提供大安装表面并且仍然非常薄且紧凑的板状器件载体。术语“层结构”可以特别表示连续层、图案化层或同一平面内的多个不连续的岛(island)。

在一个实施例中，器件载体被成形为板。这有助于紧凑的设计，其中器件载体仍然为在其上安装器件提供了大的基础。此外，特别是作为嵌入式电子器件的实例的裸晶片由于其厚度小，可以方便地嵌入到诸如印刷电路板的薄板中。

在一个实施例中，器件载体被构造成由印刷电路板和衬底(特别是IC衬底)组成的组中的一种。

在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以特别表示器件载体(其可以是板状的(即平面)、三维弯曲的(例如当使用3D打印制造时)或其可具有任何其他形状)，其例如通过施加压力(如果需要，伴有热能供应)将若干导电层结构与若干电绝缘层结构层压而形成。作为用于PCB技术的优选材料，导电层结构由铜制成，而电绝缘层结构可以包括树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸料或FR4材料。可以例如通过激光钻孔或机械钻孔形成穿过层压体的通孔，并通过用导电材料(特别是铜)填充这些孔，由此形成过孔作为通孔连接，从而以期望的方式将各个导电层结构彼此连接。除了可将一个或多个器件嵌入印刷电路板中之外，印刷电路板通常还被构造成用于在板状印刷电路板的一个或两个相对的表面上容纳一个或多个器件。这些器件可以通过焊接与相应的主表面连接。PCB的介电部分可以由具有增强纤维(诸如玻璃纤维)的树脂构成。

在本申请的上下文中，术语“衬底”可以特别表示尺寸与待安装在其上的器件(特别是电子器件)基本上相同的小型器件载体。更具体地说，衬底可以被理解为用于电连接或电网络的载体以及与印刷电路板(PCB)相当、但其横向和/或竖向布置的连接件的密度相当高的器件载体。横向连接件例如是导电路径，而竖向连接件例如可以是钻孔。这些横向和/或竖向连接件布置在衬底内，并且可以用于提供(特别是IC芯片的)封装器件或未封装器件(诸如裸晶片)与印刷电路板或中间印刷电路板的电连接和/或机械连接。因此，术语“衬底”还包括“IC衬底”。衬底的介电部分可以由具有增强球(诸如玻璃球)的树脂构成。

在一个实施例中，至少一个电绝缘层结构包含由树脂(诸如增强树脂或非增强树脂，例如环氧树脂或双马来酰亚胺三嗪树脂，更具体地是FR-4或FR-5)、氰酸酯、聚亚苯基衍生物、玻璃(特别是玻璃纤维、多层玻璃、玻璃状材料)、预浸材料、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物(LCP)、基于环氧的积层膜、聚四氟乙烯(特氟隆)、陶瓷和金属氧化物组成的组中的至少一种。也可以使用增强材料，诸如例如由玻璃(多层玻璃)制成的织物、纤维或球。虽然预浸料或FR4通常是优选的，但也可以使用其他材料。对于高频应用，可以在器件载体中将诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂的高频材料实现为电绝缘层结构。

在一个实施例中，至少一个导电层结构包括由铜、铝、镍、银、金、钯和钨组成的组中的至少一种。虽然铜通常是优选的，但是其他材料或其涂覆形式也是可以的，特别是用诸如石墨烯的超导材料涂覆。

可以将至少一个另外的器件嵌入在器件载体中或表面安装在器件载体上。这种另外的器件可以与嵌入的或表面安装的电感器器件功能性地配合。例如，这样的附加器件可以选自由不导电嵌体、导电嵌体(诸如金属嵌体，优选地包含铜或铝)、传热单元(诸如热管)、导光元件(诸如光波导或光导体连接件)、电子器件或其组合组成的组。例如，器件可以是有源电子器件、无源电子器件、电子芯片、存储设备(例如DRAM或另一数据存储器)、滤波器、集成电路、信号处理器件、功率管理器件、光电接口元件、电压转换器(例如DC/DC转换器或AC/DC转换器)、加密器件、发射器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电系统(MEMS)、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、照相机、天线、逻辑芯片和能量收集单元。然而，其他附加器件也可以嵌入在器件载体中。例如，可以使用磁性元件作为器件。这种磁性元件可以是永磁元件(诸如铁磁性元件、反铁磁性元件或亚铁磁性元件，例如铁氧体芯)，或者可以是顺磁元件。然而，附加器件也可以是另外的器件载体，例如呈板嵌板构造。附加器件可以表面安装在器件载体上和/或可以嵌入其内部。此外，器件还可以采用其他器件，特别是产生和发射电磁辐射和/或对于从环境传播的电磁辐射敏感的器件。

在一个实施例中，器件载体是层压型器件载体。在这样的实施例中，器件载体是多个层结构的复合体，这些层结构通过施加压力(如果需要，伴有施热)堆叠并连接在一起。

本发明的上述各方面和另外的方面从下文要描述的实施例示例中是明了的，并且参考这些实施例示例进行说明。

附图说明

图1示出了根据本发明的示例性实施例的具有嵌入式电感器器件的器件载体的截面图。

图2至图8示出了根据本发明的另一示例性实施例的在实施制造电感器器件的方法期间获得的结构的不同截面图。

图9至图12示出了根据本发明的又一个示例性实施例的在实施制造电感器器件的方法期间获得的结构的不同截面图。

具体实施方式

附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件提供有相同的附图标记。

在参考附图进一步详细描述示例性实施例之前，对开发本发明的示例性实施例所基于的一些基本考虑进行概述。

根据本发明的示例性实施例，提供了利用器件载体技术的嵌入式电感器架构。

为了获得具有高Q因数的电感器或线圈状结构，已经证明需要具有尽可能高的金属(特别是铜)含量。换句话说，期望基于PCB的电感器器件的高金属填充因数。由于这种高金属填充因数，可以减小欧姆电阻，并且可以抑制电损耗。本发明的示例性实施例允许通过实现厚(特别是不可折叠的)导电板结构来提高铜填充因数，而不是通过由蚀刻技术图案化的薄铜箔来提高铜填充因数。

根据本发明的示例性实施例，这种导电板结构可以作为预成型的铜元件来提供，由于其制造工艺，这些铜元件可以提供有非常高的铜含量和明显的厚度。这些导电板结构可以通过层压技术彼此相对靠近地定位。

利用所提到的制造架构，在承载电流的平面中的导电结构可以彼此非常靠近地放置。这提高了电感器器件的铜填充因数。例如，可以实现至少90％、特别是至少95％的铜填充因数。这提高了电感器器件的线圈品质Q。在形成用于在竖向方向或z方向(和/或水平延伸和/或相对于水平方向和竖向方向二者倾斜的方向)上将所述导电板结构进行连接的互连结构时，也可以使竖向方向上的铜填充因数非常高，特别地至少为90％，更特别地至少为95％。

通过蚀刻而图案化的小厚度的常规薄铜箔要求厚度非常小，以便能够通过蚀刻来图案化。由于这种限制，这种常规电感器结构的铜填充因数非常小，使得电损耗高并且Q因数低。本发明的示例性实施例通过在PCB技术方面进行范式转换，即，通过实现具有高铜填充因数、低欧姆特性和高Q因数的(例如冲压或层压的)导电板结构，来克服这种限制。本发明的示例性实施例的另一个优点在于，当将铜嵌体实现为互连结构时，不会出现显著的拓扑结构，从而得到扁平且紧凑的电感器器件，因此就该电感器器件本身嵌入器件载体中而言是非常合适的。所描述的本发明的示例性实施例的制造技术与诸如环形线圈、纵向线圈、双纵向线圈等非常不同的电感器形状兼容。

例如用于将布置在不同层中的两个或更多个导电板结构的各个部分耦合的竖向穿通连接可以通过铜填充孔来完成。对所制造的线圈的影响则是小的，因为芯上的间距通常比穿过薄中间层的孔要大。然而，也可以通过铜嵌体将导电层结构互连，这额外提高了金属填充因数。

所制造的线圈可以配备有诸如铁氧体芯的软磁性或可磁化结构。这种芯可以体现为另一种嵌体，可以被嵌入，或者甚至可由磁性浆糊印刷。这种软磁性材料可以由铁氧体或任何其他永磁材料等制成。然而，替代地也可以将电感器器件构造成空心线圈，即不具有铁氧体芯。铜层或板结构可以提供有例如400μm或更大的厚度。与此相对，导电板结构之间的一个或多个电绝缘层(例如由预浸材料制成)可以具有比导电板结构小的厚度，例如可以具有50μm以下的厚度。由此，可以使得铜填充因数非常高。

在高度优选的示例性实施例中，可以实现用于形成导电板结构的带狭缝式铜片(参见图2至图8)。通过采取这种措施，可以制造具有非常高的铜填充因数的线圈。在相应的实施例中，将两个带狭缝式(更确切地说是多狭缝式)铜片互连，其间具有或没有铁氧体层。狭缝可以通过激光切割过程形成，从而与相邻狭缝之间的其余的织物或条带相比，可以使狭缝非常小。这额外提高了铜填充因数。在以其间具有可选的铁氧体层并且其间具有可选的介电材料的方式将导电板结构互连之后，可以将所获得的复合体铣削(或用另一种研磨过程进行处理)，以将条带分开并移除先前的连接框架。(由两个导电板结构提供的)上线圈层与下线圈层之间的连接件可以被制造为铜填充孔或使用铜嵌体来制造。可选地，可以用电镀铜层(或任何其他导电接触结构)覆盖线圈的表面，以确保水平和竖向铜嵌体的电接触。随后可以用上导电层和下导电层(即两个导电板结构)的线圈设计来形成该铜层。

在另一优选实施例中(参见图9至图12)，导电板结构可以基于半成品形成，该半成品体现为铜箔(例如具有400μm或更大的厚度)以及其间的介电层(例如具有50μm以下的厚度)的层序列。可以通过层压相互连接的这种层堆叠体可以被切割成分开的条或块(也表示为层状结构或多层部分或多层块)，随后可以将该条或块切割成期望的长度。结果，形成具有高铜含量的线圈元件，其还提供了可靠的电隔离。获得的多层部分可以旋转适当的角度(例如90°)，并且然后可以嵌入器件载体材料中。由此，可以获得根据本发明的示例性实施例的电感器器件。多层部分可以构成导电板结构，可选地，其另外还可以(部分或全部)形成互连结构。

除了一个或多个嵌入式和/或表面安装(例如有源和/或无源电子)器件之外，还可以将根据本发明的示例性实施例制造的电感器器件应用在器件载体中。根据本发明的示例性实施例的电感器器件还允许制造变压器、电压转换器和其他电子构件，特别是用于高电压应用。这允许获得更高的集成度。

图1示出了根据本发明的示例性实施例的具有嵌入式电感器器件100的器件载体120的截面图。

器件载体120在此体现为具有嵌入式电感器器件100的印刷电路板(PCB)，该器件载体包括多个导电层结构122和多个电绝缘层结构124的堆叠体。在所示的实施例中，电绝缘层结构124是其中包含树脂和增强纤维的层。更确切地说，外部电绝缘层结构124可以由预浸料或FR4制成，即可以基于填充有玻璃纤维增强材料的环氧树脂制成。这些层中的竖向最中心的一个层被切割，以限定其中嵌入有电感器器件100的通孔、凹部或腔199。电绝缘层结构124中的竖向最中心的一个结构是完全固化材料的芯151，其例如可以由FR4材料制成。其他电绝缘层结构124是基本上连续的层，穿过这些层形成有(形成导电层结构122的一部分的)竖向互连结构，以使电感器器件100电接触。在所示的实施例中，导电层结构122包括图案化的铜箔、连续铜箔和体现为铜填充过孔的竖向互连结构。

如从图1中可以获知，电感器器件100被嵌入所描述的堆叠体内，而不是被表面安装在器件载体120的外表面上。替代地，也可以将电感器器件100表面安装在器件载体120上。

在所示的实施例中，电感器器件100本身包括另外的层压堆叠体，即由器件载体材料制成的多个堆叠层结构102。这种器件载体材料可以是用于印刷电路板(PCB)或IC衬底的材料，诸如铜、环氧树脂和玻璃纤维。

特别地，图1中所示的电感器器件100包括两个平行且竖向隔开的导电板结构104，这些导电板结构在此被构造成厚度为0.5mm的预先集成的铜板(参见图2中的附图标记130)的隔离部分。两个导电板结构104均被图案化以形成多个共面的分开的条带112。在每个导电板结构104中，多个平行的分开的条带112由电绝缘材料108分开，以确保(形成线圈状电感的相邻绕组的一部分的)相邻条带112之间的可靠的电隔离。条带112的水平宽度D比相邻条带112之间的水平间隙114的宽度d大，使得获得高的铜填充因数，并且从而获得高的Q因数。

此外，图1示出了电感器器件100包括将导电板结构104电连接或耦合从而形成线圈绕组的多个(这里是倾斜的、替代地竖向的和/或水平的)互连结构106。虽然在图1中未示出，但电感器器件100还包括多个其他互连结构106，这些互连结构将与图1的纸面不同的平面内的导电板结构104连接，从而完成多个互连绕组(即线圈状结构)的形成。互连结构106可以被构造成金属填充过孔和/或金属嵌体。如从图1还可以获知，导电板结构104与互连结构106之间的空间由诸如树脂和增强纤维的电绝缘材料108填充。

如从图1可以获知，层结构122、124的堆叠体的(这里是竖向的)堆叠方向平行于堆叠层结构102的(这里也是竖向的)堆叠方向。这种几何结构简化了通过层压(即施加热和/或机械压力)对器件载体120的各个元件的互接。

芯151中限定腔199的凹部用所描述的电感器器件100填充。多个导电层结构122和电绝缘层结构124可以被层压在嵌入有电感器器件100的芯151的两个相对的主表面上。用于制造嵌入有电感器器件100的这种器件载体120的层压过程可以使用初始至少部分未固化的介电材料，诸如可在层压时交联的B阶树脂。根据图1的嵌入式架构得到嵌入有电感器器件100的高度紧凑的器件载体120。在所描述的层压过程期间，堆叠体与插入的电感器器件100之间的腔199的间隙可以用电绝缘层结构124的再熔化且随后再凝固的材料来填充。另外或替代地，还可以用诸如液态树脂的附加填充介质来填充堆叠体与插入的电感器器件100之间的腔199的任何剩余间隙。这在层压期间电绝缘层结构124的预浸料片的树脂材料不足以完全填充间隙时是特别有利的。

为了制造图1所示的器件载体120，可以将具有其中心通孔的芯151与诸如胶带(未示出)的临时载体相连接。然后可以将电感器器件100放置在由通孔限定并且其底部由胶带限定的腔199内。然后可以将一个或多个导电层结构122和一个或多个电绝缘层结构124放置在如此获得的结构的上表面上并且可以通过层压(即通过施加热和压力)将这些结构互连。随后，可以将临时载体从该现已足够刚性的结构上移除。在如此获得的结构的下主表面和/或上主表面上，可以进一步附接一个或多个导电层结构122和一个或多个电绝缘层结构124并且通过层压将其互连。竖向互连结构106可以通过激光钻孔接着进行镀铜过程来形成。

根据图1，电感被形成为线圈结构，该线圈结构具有沿共同的中心轴线(对应于根据图1的水平方向并且由图1中的虚线186表示)对准并由互连结构106和相连接的导电板结构104限定的多个基本上矩形的绕组。

图2至图8示出了根据本发明的另一示例性实施例的在实施制造电感器器件100的方法期间获得的结构的不同截面图。

参考图2，在平面图中示出了两个铜刚性板130，其被用作进一步制造过程的基础。板130可以具有例如400μm的厚度，使得板不可折叠或不容易弯曲，而是形成刚性板。在每个板130中，通过钻孔、铣削或激光切割等形成多个共面的分开的条带112，从而形成平行狭缝114形式的多个通孔。在根据图2的上板130中，狭缝114与上板130的侧边缘平行地形成。在根据图2的下板130中，狭缝114和条带112相对于下板130的侧边缘倾斜地形成。板130被布置成形成两个相对的平行导电板130，这两个平行导电板具有相对于彼此枢转或旋转一角度α的狭缝114。角度α可以是锐角，特别是在5°至30°之间的范围内。这确保了由两个板130与将板130的条带112连接的互连结构106协作形成紧密的绕组阵列，以在制造中形成线圈的准螺旋绕组。图2因此示出了作为半成品用于制造用于电感器器件100的导电板结构104的两个板130。

参考图3，根据图2的板130以其间具有电绝缘材料108的方式堆叠。因此，根据图3，堆叠了由器件载体材料制成并包括导电板结构104的预成型件(即，板130)的多个层结构102。图3示出了根据图2的板130的侧视图，板130之间夹有电绝缘材料108的薄电绝缘层。与板130相比，电绝缘材料108可具有明显更小的厚度(例如50μm)。

参考图4，示出了相比于图3的替代结构，其另外包括在带狭缝的板130之间的空间中的、由诸如铁氧体的软磁性材料制成的平面层型软磁性结构110。因此，与示出空心线圈构造的图3相比，图4示出了其间具有软磁性结构110的铁氧体线圈构造的侧视图。例如，磁性结构110被构造成磁性嵌体或印刷磁性浆糊。

参考图5，示出了图3或替代的图4所示的结构的平面图。从图5可以获知如何基于各个板130形成导电板结构104。更确切地说，并且从图3或图4开始，通过提供具有仍一体连接的条带112的各个板130来形成导电板结构104。在根据图3或图4互连之后，随后将板130的部分材料去除，从而在每个板130中将条带112彼此分开。为此目的，在板113上铣削出两个平行凹部155。该材料去除过程可以沿方向157实施。因此，图5示出了图3或图4的结构的平面图，并示出了如何通过铣削等在图2所示的板130上形成凹部155。这将各个条带112彼此分开。

图6又示出了图5的结构的平面图，其中铜嵌体现已形成为竖向互连结构106。从而可以通过形成多个这里的竖向互连结构106来将竖向隔开且相对翻转(turn)的导电板结构104的分开或隔离的条带112连接，以形成电感器线圈的多个绕组。互连结构106因此将两个相对的导电板结构104的条带112互连，从而在制造时形成提供电感器结构100的线圈绕组。

图7示出了在空心线圈(对照图3)的实施例中根据图6的结构在进一步处理步骤之后的侧视图。与此相对，图8示出了具有铁氧体线圈构造(对照图4)的对应于图6的结构在进一步处理步骤之后的侧视图。如从图7可以获知，电感器器件100还包括形成在电感器器件100的外表面处的与互连结构106电接触的导电接触结构144。该形成对应于所提到的进一步处理步骤。导电接触结构144可以被构造成金属嵌体或构造成图案化的电镀金属层。

图9至图12示出了根据本发明的又一示例性实施例的在实施制造电感器器件100的方法期间获得的结构的不同截面图。

参考图9，通过将多个交替的导电板134(这里体现为厚度为400μm的铜板)和电绝缘层136(这里体现为厚度为50μm的预浸箔片)的互连体132层压来形成导电板结构104的预成型件。此后，可以将互连体132分成多个平行条138。切割轮159将互连体132切割成分开的条138。图9因而示出了通过层压(即施加压力和/或热)互连的导电板134和电绝缘层136的层状结构或层序列。

图10示出了可用作电感线圈的组成部分(即用作导电板结构104或互连结构106)的单个条138。然而，还可以将条138进一步分成多个多层结构140，该多层结构也可以被表示为多层块。因此，如图11和图12所示，条138可被切割成适当尺寸和形状的较小块件(piece)，例如长方体。也可在将多层结构连接以形成线圈结构之前将多层结构140旋转。因此，多层结构140可以用作导电板结构104的组成部分。其也可以用于互连结构106。然而，基于多层结构140形成的导电板结构104也可以与基于金属填充过孔或嵌体所形成的互连结构106组合，如图2至图8所示。

仍然参考图11和图12，每个多层结构140由多个导电板部分134’(作为导电板134的部分)和电绝缘层部分136’(作为电绝缘层136的部分)的交替序列构成。不同的多层结构140可以相对于彼此枢转或者可以具有不同的形状(参见图11)。每个导电板部分134’的厚度比每个电绝缘层部分136’的厚度大。通过在将多层结构组装成电感器器件100之前将多层结构140翻转90°(参见图12)，使得其堆叠方向垂直于器件载体120的堆叠方向(参见图1)。

不同的多层结构140可以在形状和/或尺寸方面彼此不同。更具体地，不同的多层结构140可以被成形并定尺寸为使得邻接的多层结构140彼此无缝地配合，从而一起形成电感器器件。例如，多层结构140可以包括一个或多个立方体、一个或多个长方体、一个或多个平行六面体、和/或具有六个平面的其中至少两个相对的平面彼此不平行的一个或多个三维体。其他形状的多层结构140也是可以的，只要其能够组装形成电感器器件即可。

还应该意识到，图11和图12的右侧所示的非长方体多层结构140仅是示例性和示意性的。也可以将这些斜切块在形状和/或尺寸方面进一步修改。也可以将这些斜切块在其一个或多个表面上进行研磨，以适合于相应连接的长方体多层结构140。因此，为了简单起见，简化了图11和图12中的相应图示。

应该注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一(a)”或“一(an)”不排除多个。也可以将结合不同实施例描述的元件进行组合。

还应该注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。

本发明的实现不限于附图中所示和上面描述的优选实施例。相反，即使在根本上不同的实施例的情况下，也可以使用所示的解决方案和根据本发明的原理进行多种变型。

Claims (30)

1.一种电感器器件（100），所述电感器器件（100）包括：

多个堆叠层结构（102），所述多个堆叠层结构由器件载体材料制成并包括导电板结构（104）；以及

多个导电互连结构（106），所述多个导电互连结构将所述导电板结构（104）连接，从而形成具有多个绕组的电感；

其中，至少一个所述导电板结构（104）包括多层结构（140），所述多层结构为一个或多个多层块形式、具有多个导电板部分（134’）和电绝缘层部分（136’）的交替序列，其被成形和定尺寸为相结合以形成绕组的至少一部分；

其中，每个所述导电板部分（134’）的厚度比每个所述电绝缘层部分（136’）的厚度大。

2.根据权利要求1所述的电感器器件（100），包括以下特征中的至少一个特征：

其中，所述多个导电互连结构（106）包括由竖向互连结构、倾斜互连结构和水平互连结构组成的组中的至少一种；

其中，所述电感被形成为线圈结构，所述线圈结构具有沿共同的中心轴线对准并由所述互连结构（106）和相连接的所述导电板结构（104）限定的多个绕组；

其中，所述电感器器件（100）的导电材料填充因数至少为50%，所述导电材料填充因数被限定为所述电感器器件（100）的导电材料的分体积与所述电感器器件（100）的总体积之间的比率；

其中，所述导电板结构（104）具有至少200μm的厚度；

其中，所述互连结构（106）包括由金属填充过孔和金属嵌体组成的组中的至少一种；

其中，所述导电板结构（104）与所述互连结构（106）之间的空间至少部分由电绝缘材料（108）填充。

3.根据权利要求2所述的电感器器件（100），其中，所述电感器器件（100）的所述导电材料填充因数至少为80%。

4.根据权利要求2所述的电感器器件（100），其中，所述电感器器件（100）的所述导电材料填充因数至少为90%。

5.根据权利要求2所述的电感器器件（100），其中，所述导电板结构（104）具有至少400μm的厚度。

6.根据权利要求1或2所述的电感器器件（100），所述电感器器件包括在由所述导电板结构（104）和所述互连结构（106）限定的空间中的磁性结构（110）。

7.根据权利要求6所述的电感器器件（100），其中，所述磁性结构是软磁性结构。

8.根据权利要求6所述的电感器器件（100），其中，所述磁性结构是铁氧体结构。

9.根据权利要求6所述的电感器器件（100），包括以下特征中的至少一个特征：

其中，所述磁性结构（110）被构造成平面层；

其中，所述磁性结构（110）被构造成由磁性嵌体和印刷磁性浆糊组成的组中的一种。

10.根据权利要求1所述的电感器器件（100），其中，至少一个所述导电板结构（104）包括多个分开的条带（112）。

11.根据权利要求10所述的电感器器件（100），其中，至少一个所述导电板结构（104）包括多个共面的分开的条带（112）。

12.根据权利要求10所述的电感器器件（100），包括以下特征中的至少一个特征：

其中，两个相对的导电板结构（104）的共面的分开的条带（112）定位在平行平面内；

其中，两个相对的导电板结构（104）的分开的条带（112）相对于彼此枢转；

其中，所述条带（112）的宽度比相应的一个所述导电板结构（104）的相邻条带（112）之间的间隙（114）大。

13.根据权利要求1所述的电感器器件（100），

其中，不同的多层结构（140）相对于彼此枢转。

14.根据权利要求13所述的电感器器件（100），其中，相应的一个所述导电板部分（134’）的厚度与所述电绝缘层部分（136’）的厚度之间的厚度比至少为2。

15.根据权利要求14所述的电感器器件（100），其中，所述厚度比至少为4。

16.根据权利要求14所述的电感器器件（100），其中，所述厚度比至少为7。

17.根据权利要求1所述的电感器器件（100），包括以下特征中的至少一个特征：

其中，所述器件载体材料包括铜和树脂或由铜和树脂组成，所述树脂是具有增强纤维的树脂；

其中，每个所述导电板结构（104）的厚度比所述导电板结构（104）之间的电绝缘材料（108）的厚度大；

所述电感器器件包括位于所述电感器器件（100）的外表面处的与至少一个所述互连结构（106）电接触的导电接触结构（144），其中所述导电接触结构（144）被构造成由至少一个金属嵌体和图案化的电镀金属层组成的组中的一种。

18.根据权利要求17所述的电感器器件（100），其中，相应的一个所述导电板结构（104）的厚度与所述电绝缘材料（108）的厚度之间的厚度比至少为2。

19.根据权利要求18所述的电感器器件（100），其中，所述厚度比至少为4。

20.根据权利要求18所述的电感器器件（100），其中，所述厚度比至少为7。

21.一种器件载体（120），所述器件载体被构造成由印刷电路板和衬底组成的组中的一种，所述器件载体（120）包括：

包括至少一个导电层结构（122）和/或至少一个电绝缘层结构（124）的堆叠体；

根据权利要求1至20中的任一项所述的电感器器件（100），所述电感器器件嵌入所述堆叠体中或表面安装在所述堆叠体上。

22.根据权利要求21所述的器件载体（120），包括以下特征之一：

其中，所述堆叠体的堆叠方向平行于所述堆叠层结构（102）的堆叠方向；

其中，所述堆叠体的堆叠方向与所述堆叠层结构（102）的堆叠方向不同。

23.根据权利要求22所述的器件载体（120），其中，所述堆叠体的堆叠方向与所述堆叠层结构的堆叠方向垂直或倾斜。

24.一种制造电感器器件（100）的方法，其中，所述方法包括：

将由器件载体材料制成并包括导电板结构（104）的多个层结构（102）堆叠；并且

通过多个导电互连结构（106）将所述导电板结构（104）连接，从而形成具有多个绕组的电感；

其中，至少一个所述导电板结构（104）包括多层结构（140），所述多层结构为一个或多个多层块形式、具有多个导电板部分（134’）和电绝缘层部分（136’）的交替序列，其被成形和定尺寸为相结合以形成绕组的至少一部分；

其中，每个所述导电板部分（134’）的厚度比每个所述电绝缘层部分（136’）的厚度大。

25.根据权利要求24所述的方法，包括以下特征之一：

其中，通过：提供具有一体连接的条带（112）的板（130），将所述板（130）与其他层结构（102）互连，以及随后将所述板（130）的部分材料去除从而将所述条带（112）彼此分开，而形成至少一个所述导电板结构（104）；

其中，通过：形成多个交替的导电板（134）和电绝缘层（136）的互连体（132），将所述互连体（132）分成多个条（138），并将所述条（138）分成多个多层结构（140），而形成至少一个所述导电板结构（104）。

26.根据权利要求25所述的方法，其中，通过层压来形成所述互连体（132）。

27.一种制造器件载体（120）的方法，其中，所述方法包括：

将至少一个导电层结构（122）和/或至少一个电绝缘层结构（124）的堆叠体互连；

将根据权利要求1至20中的任一项构造和/或根据权利要求24至26中的任一项制造的电感器器件（100）嵌入所述堆叠体中。

28.根据权利要求27所述的制造器件载体（120）的方法，其中，通过层压将所述至少一个导电层结构（122）和/或所述至少一个电绝缘层结构（124）的堆叠体互连。

29.根据权利要求27所述的方法，包括以下特征中的至少一个特征：

其中，所述方法包括提供具有腔（199）的所述堆叠体并将所述电感器器件（100）插入到所述腔（199）中，其中所述方法还包括将至少一个另外的电绝缘层结构（124）和/或至少一个另外的导电层结构（122）与所述堆叠体和所述腔（199）中的所述电感器器件（100）互连；

其中，所述方法包括用填充介质填充所述腔（199）在所述堆叠体与所插入的所述电感器器件（100）之间的剩余间隙。

30.根据权利要求29所述的方法，其中，通过层压将所述至少一个另外的电绝缘层结构（124）和/或所述至少一个另外的导电层结构（122）与所述堆叠体和所述腔（199）中的所述电感器器件（100）互连。

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