CN113314324B - 一种变压器封装结构的制备方法及封装结构 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种变压器封装结构的制备方法及封装结构,属于半导体器件封装技术领域,本变压器封装结构的制备方法包括:提供晶圆;在所述晶圆的第一表面形成铁芯;通过一次构图工艺在所述晶圆的第一表面形成绝缘设置的初级线圈和次级线圈;其中,所述初级线圈和所述次级线圈同层设置,所述初级线圈绕设在所述铁芯的初级侧,所述次级线圈绕设在所述铁芯的次级侧。本发明将变压器的初级线圈与次级线圈制备在同一层金属层内,能够有效的减小变压器的尺寸,工艺简化,成本降低,也能有效增加初级线圈与次级线圈的匝数比,从而增大变压系数。
Description
技术领域
本发明属于半导体器件封装技术领域,具体涉及一种变压器封装结构的制备方法及封装结构。
背景技术
常见的片上变压器巴伦主要是通过高频变压器实现平衡与不平衡转换的,其初级线圈与次级线圈的匝数比较小,变压系数较低。另外,初级线圈与次级线圈为两层金属,且导致器件的尺寸较大,工艺较复杂,工艺成本高。
针对上述问题,有必要提出一种设计合理且有效解决上述问题的变压器封装结构的制备方法及封装结构。
发明内容
本发明旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一,提供一种变压器封装结构的制备方法及封装结构。
本发明的一个方面提供一种变压器封装结构的制备方法,所述制备方法包括:
提供晶圆;
在所述晶圆的第一表面形成铁芯;
通过一次构图工艺在所述晶圆的第一表面形成绝缘设置的初级线圈和次级线圈;其中,
所述初级线圈和所述次级线圈同层设置,所述初级线圈绕设在所述铁芯的初级侧,所述次级线圈绕设在所述铁芯的次级侧。
可选的,所述在所述晶圆的第一表面形成铁芯,包括:
在所述晶圆的第一表面形成第一金属层;
在所述晶圆的第一表面以及所述第一金属层上形成钝化层;
图形化所述钝化层,在与所述第一金属层两端对应位置处形成第一开窗,在所述第一开窗区处形成第一金属柱;
在所述图形化后的钝化层上形成绝缘层,所述绝缘层裸露出所述第一金属柱;
在所述绝缘层上形成第二金属层,所述第二金属层与所述第一金属柱电连接;
所述第一金属层、所述第一金属柱以及所述第二金属层组成所述铁芯。
可选的,所述通过一次构图工艺在所述晶圆的第一表面形成绝缘设置的初级线圈和次级线圈,包括:
通过一次电镀工艺,分别形成绕设在对应的所述第一金属柱外侧的所述初级线圈和所述次级线圈。
可选的,所述绝缘层包覆所述初级线圈和所述次级线圈,所述制备方法还包括:
图形化所述绝缘层,在对应所述初级线圈和所述次级线圈的部分位置处形成第二开窗;
在所述第二开窗处形成第二金属柱;
在所述图形化后的绝缘层上形成保护层,图形化所述保护层,在对应所述第二金属柱的位置处形成第三开窗;
在所述第三开窗处形成焊球。
可选的,所述初级线圈的匝数范围为1~30;和/或,所述次级线圈的匝数范围为1~30。
本发明的另一方面提供一种变压器封装结构,所述封装结构包括晶圆、铁芯、初级线圈和次级线圈;所述铁芯设置在所述晶圆的第一表面;所述初级线圈和所述次级线圈绝缘设置于所述晶圆的第一表面,且所述初级线圈和所述次级线圈同层设置,所述初级线圈绕设在所述铁芯的初级侧,所述次级线圈绕设在所述铁芯的次级侧。
可选的,所述封装结构还包括钝化层和绝缘层,所述铁芯包括相互电连接的第一金属层、第一金属柱及第二金属层;所述钝化层夹设在所述初级线圈、所述次级线圈与所述晶圆的第一表面之间;所述第一金属层夹设在所述晶圆的第一表面和所述钝化层之间;所述钝化层在所述第一金属层两端对应位置处设置有第一开窗,所述第一开窗处设置有所述第一金属柱;所述绝缘层设置于所述钝化层之上,所述绝缘层裸露出所述第一金属柱,所述第二金属层设置于所述绝缘层上。
可选的,所述初级线圈和所述次级线圈绕设在对应的所述第一金属柱外侧。
可选的,所述绝缘层包覆所述初级线圈和所述次级线圈;所述绝缘层在对应所述初级线圈和所述次级线圈的部分位置处设置有第二开窗,所述第二开窗处设置有第二金属柱,所述第二金属柱与对应的所述初级线圈和所述次级线圈电连接。
可选的,所述封装结构还包括保护层,所述保护层设置于所述绝缘层上,所述保护层在对应所述第二金属柱的位置设置有第三开窗,所述第三开窗设置有焊球,所述焊球与所述第二金属柱电连接。本发明实施例的一种变压器封装结构的制备方法及封装结构中,采用分步电镀的方法,在晶圆的第一表面形成铁芯,通过一次构图工艺在晶圆的第一表面形成绝缘设置的初级线圈和次级线圈,初级线圈和所述次级线圈同层设置,初级线圈绕设在铁芯的初级侧,次级线圈绕设在铁芯的次级侧。本发明将变压器的初级线圈与次级线圈制备在同一层金属层内,能够有效的减小变压器的尺寸,工艺简化,成本降低,也能有效增加初级线圈与次级线圈的匝数比,从而增大变压系数。
附图说明
图1为本发明一实施例的一种变压器封装结构的制备方法的流程示意图;
图2~图10为本发明另一实施例的一种变压器封装结构制备工艺的示意图。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案,下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
如图1所示,本发明的一个方面提供一种变压器封装结构的制备方法是S100,所述制备方法S100包括:
S110、提供晶圆110;
S120、在所述晶圆的第一表面形成铁芯120;
S130、通过一次构图工艺在所述晶圆的第一表面形成绝缘设置的初级线圈130和次级线圈140;其中,所述初级线圈130和所述次级线圈140同层设置,所述初级线圈130绕设在所述铁芯120的初级侧,所述次级线圈140绕设在所述铁芯120的次级侧。
对上述制备方法的进一步细化,具体的制备工艺流程如下:
S1、提供晶圆110,晶圆110材料通常是硅,也可以是玻璃,本实施例不做具体限定,在所述晶圆110的第一表面形成第一金属层121。
具体地,如图2所示,首先通过溅射工艺在晶圆110上镀一层金属层(图中未标出),在金属层上涂光刻胶,将掩模版与晶圆110精确对准,通过光刻工艺对光刻胶进行图形化,得到所需第一金属层121的形状,之后通过蚀刻工艺将第一金属层121的形状转移到金属层上,最后去除光刻胶得到所需第一金属层121。
需要说明的是,对光刻胶进行光刻工艺时,可以进行正性光刻,也可以进行负性光刻,本实施例不做具体限定;蚀刻工艺可以用湿法蚀刻也可以用干法蚀刻,本实施例不做具体限定。
需要进一步说明的是,第一金属层121的材料可以是铁、镍、铁镍合金等,本实施例不做具体限定。
S2、在所述晶圆110的第一表面以及所述第一金属层121上形成钝化层150,图形化所述钝化层150,在与所述第一金属层121两端对应位置处形成第一开窗151。
具体地,如图3所示,在晶圆110的第一表面及第一金属层121上涂覆聚合物胶形成钝化层150,钝化层150将第一金属层121与腐蚀介质完全隔开,对第一金属层121起到防腐防锈的作用。其中,涂覆工艺可以为丝网印刷、点胶、压印等工艺,本实施例不做具体要求。钝化层150的组成材料有多种,任意一种已知的易成膜的绝缘材料均落入本发明的保护范围,本实施例不做具体限定。
需要说明的时,对钝化层150的图形化具体为:在钝化层150上涂光刻胶,将掩模版对准钝化层150,对光刻胶进行曝光和显影工艺,在光刻胶上得到第一开窗151的形状,最后通过蚀刻工艺将第一开窗151的形状转移到钝化层150上,形成第一开窗151。其中,光刻胶可以使用正胶也可以使用负胶,本实施例不做具体限定;蚀刻工艺可以用湿法蚀刻也可以用干法蚀刻,本实施例不做具体限定。
S3、在所述第一开窗151处形成第一金属柱122。
具体的,如图3和图4所示,本实施例中在第一开窗151处采用电镀工艺制作形成第一金属柱122,第一金属柱122作为铁芯120的一部分,本实施例中形成两个第一金属柱122。需要说明的是,制作形成第一金属柱122的工艺本实施例不做具体限定,也可以使用其他的工艺进行制作。第一金属柱122的材料可以是铁、镍、铁镍合金等,本实施例不做具体限定。
S4、通过一次电镀工艺分别形成绕设在对应的所述第一金属柱122外侧的所述初级线圈130和所述次级线圈140。
具体地,如图5所示,在钝化层140上涂光刻胶,将掩模版与钝化层140精确对准,通过光刻工艺对光刻胶进行图形化得到所需的初级线圈130和次级线圈140的形状,然后采用一次电镀工艺分别在对应的第一金属柱122的外侧制作形成初级线圈130和次级线圈140。其中,初级线圈130绕设在其中之一第一金属柱122的外侧,次级线圈140绕设在另一第一金属柱122的外侧。
需要说明的是,初级线圈130和次级线圈140的匝数范围为1~30,可以根据变压器封装结构的实际情况设置初级线圈130和次级线圈140的匝数,本实施例不做具体限定。
S5、在所述图形化后的钝化层150上形成绝缘层160,所述绝缘层160裸露出所述第一金属柱122,图形化所述绝缘层160,在对应所述初级线圈130和所述次级线圈140的部分位置处形成第二开窗161。
具体地,如图6所示,在图形化的钝化层150上涂覆聚合物胶形成绝缘层160,其中,涂覆工艺可以为丝网印刷、点胶、压印等工艺,本实施例不做具体要求。绝缘层160裸露出第一金属柱122,其中绝缘层160包覆初级线圈130和次级线圈140,对初级线圈130和次级线圈140起到绝缘保护作用。绝缘层160的组成材料有多种,任意一种已知的易成膜的绝缘材料均落入本发明的保护范围,本实施例不做具体限定。
需要说明的是,对绝缘层160的图形化具体为:在绝缘层160上涂光刻胶,将掩模版对准绝缘层160,对光刻胶进行曝光和显影工艺,在初级线圈130和所述次级线圈140的部分位置在光刻胶形成第二开窗161的形状,本实施例中对准的是最靠近晶圆110外侧壁的初级线圈130和次级线圈140位置,然后通过蚀刻工艺将第二开窗161的形状转移到绝缘层160上,形成第二开窗161。其中,光刻胶可以使用正胶也可以使用负胶,本实施例不做具体限定;蚀刻工艺可以用湿法蚀刻也可以用干法蚀刻,本实施例不做具体限定。
S6、在所述第二开窗处161形成第二金属柱170。
具体地,如图7所示,通过电镀工艺在绝缘层160第二开窗161位置制作形成第二金属柱170。需要说明的是,制作形成第二金属柱122的工艺本实施例不做具体限定,也可以使用其他的工艺进行制作。
S7、在所述绝缘层160上形成第二金属层123,所述第二金属层123与所述第一金属柱121电连接。
具体地,如图8所示,先在绝缘层160上涂光刻胶,掩模版与绝缘层160精确对准,对光刻胶进行曝光和显影工艺,在光刻胶上得到第二金属层123的形状,然后通过蚀刻工艺将第二金属层123的形状转移到绝缘层160,最后通过电镀工艺形成第二金属层123。其中,光刻胶可以使用正胶也可以使用负胶,本实施例不做具体限定;蚀刻工艺可以用湿法蚀刻也可以用干法蚀刻,本实施例不做具体限定。
需要说明的是,第二金属柱123的材料可以是铁、镍、铁镍合金等,本实施例不做具体限定,只要与第一金属层121和第一金属柱122的材料一致即可。
需要进一步说明的是,第二金属层123与第一金属层121相对应,均与第一金属柱122电连接,其中第一金属层121、第一金属柱122以及第二金属层123共同组成完整铁芯120,也就是说,本实施例中通过分步电镀法形成完整的铁芯120。
S8、在所述图形化后的绝缘层160上形成保护层180,图形化所述保护层180,在对应所述第二金属柱170的位置处形成第三开窗181。
具体地,如图9所示,在图形化的绝缘层160上涂覆聚合物胶形成保护层180,保护层180对第二金属柱170及第二金属层123起到保护作用。其中,涂覆工艺可以为丝网印刷、点胶、压印等工艺,本实施例不做具体要求。保护层180的组成材料有多种,任意一种已知的易成膜的绝缘材料均落入本发明的保护范围,本实施例不做具体限定。
需要说明的时,对保护层180的图形化具体为:在保护层180上涂光刻胶,将掩模版对准保护层180,对光刻胶进行曝光和显影工艺,在光刻胶上形成第三开窗181的形状,然后通过蚀刻工艺将第三开窗181的形状转移到保护层180上,形成第三开窗181。其中,光刻胶可以使用正胶也可以使用负胶,本实施例不做具体限定;蚀刻工艺可以用湿法蚀刻也可以用干法蚀刻,本实施例不做具体限定。
S9、在所述第三开窗181处形成焊球190。
具体地,如图10所示,在第三开窗处181通过植球、印刷、电镀或化学镀等工艺形成焊球190,焊球190与第二金属柱170电连接。对于形成焊球190的工艺本实施例不做具体限定。
本发明采用分步电镀的方法,在晶圆的第一表面形成铁芯,通过一次构图工艺在晶圆的第一表面形成绝缘设置的初级线圈和次级线圈,初级线圈和所述次级线圈同层设置,初级线圈绕设在铁芯的初级侧,次级线圈绕设在铁芯的次级侧。本发明将变压器的初级线圈与次级线圈制备在同一层金属层内,能够有效的减小变压器的尺寸,工艺简化,成本降低,也能有效增加初级线圈与次级线圈的匝数比,从而增大变压系数。
如图10所示,本发明的另一个方面提供一种变压器封装结构100,包括晶圆110、铁芯120、初级线圈130和次级线圈140;铁芯120设置在晶圆110的第一表面;初级线圈130和次级线圈140绝缘设置于晶圆110的第一表面,且初级线圈130和次级线圈140同层设置,初级线圈130绕设在铁芯120的初级侧,次级线圈140绕设在铁芯120的次级侧。
需要说明的是,晶圆110的材料通常是硅,也可以是玻璃,本实施例不做具体限定;铁芯120的材料可以是铁、镍、铁镍合金等,本实施例不做具体限定;初级线圈130和次级线圈140的材料可以是铜或铝等材料,本实施例不做具体限定。
示例性的,如图3和图10所示,封装结构100还包括钝化层150和绝缘层160,铁芯120包括相互电连接的第一金属层121、第一金属柱122及第二金属层123,其中第一金属层121与第二金属层123相对应;钝化层150夹设在初级线圈130、次级线圈140与晶圆110的第一表面之间;第一金属层121设置在晶圆110的第一表面和钝化层150之间;钝化层150在第一金属层121两端对应位置处设置有第一开窗151,第一开窗处151设置有第一金属柱122;绝缘层160设置于钝化层150之上,绝缘层160裸露出第一金属柱122,第二金属层123设置于绝缘层160上。
示例性的,如图10所示,初级线圈130和次级线圈140绕设在对应的第一金属柱122外侧。
需要说明的是,本实施例中第一金属柱122有两个,其中,初级线圈130围绕其中一个第一金属柱122设置,次级线圈140围绕另一个第一金属柱122设置。
需要进一步说明的是,初级线圈130和次级线圈140的匝数范围为1~30,可以根据变压器封装结构100的实际情况设置初级线圈130和次级线圈140的匝数,本实施例不做具体限定。
示例性的,如图6和图10所示,绝缘层160包覆初级线圈130和次级线圈140,对初级线圈130和次级线圈140起到绝缘保护的作用。绝缘层160在对应初级线圈130和次级线圈140的部分位置处设置有第二开窗161,第二开窗161处设置有第二金属柱170,第二金属柱170与对应的初级线圈130和次级线圈140电连接。
需要说明的是,本实施例中,第二开窗161设置在最靠近晶圆110外侧壁的初级线圈130和次级线圈140处,第二金属柱170与最靠近晶圆110外侧壁的初级线圈130和次级线圈140电连接。
示例性的,如图9和图10所示,封装结构100还包括保护层180,保护层180设置于绝缘层160上,保护层180在对应第二金属柱170的位置设置有第三开窗181,第三开窗181处设置有焊球190,焊球190与第二金属柱170电连接。
本发明的变压器封装结构,将初级线圈和次级线圈同层设置,能够有效的减小变压器封装结构的尺寸,工艺简化,成本降低,也能有效增加初级线圈与次级线圈的匝数比,从而增大变压系数。
可以理解的是,以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式,然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言,在不脱离本发明的精神和实质的情况下,可以做出各种变型和改进,这些变型和改进也视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种变压器封装结构的制备方法,其特征在于,所述制备方法包括:
提供晶圆;
在所述晶圆的第一表面形成铁芯;
通过一次构图工艺在所述晶圆的第一表面形成绝缘设置的初级线圈和次级线圈;其中,
所述初级线圈和所述次级线圈同层设置,所述初级线圈绕设在所述铁芯的初级侧,所述次级线圈绕设在所述铁芯的次级侧;其中,
所述制备方法具体包括:
在所述晶圆的第一表面形成第一金属层;
在所述晶圆的第一表面以及所述第一金属层上形成钝化层;
图形化所述钝化层,在与所述第一金属层两端对应位置处形成第一开窗,在所述第一开窗处形成第一金属柱;
通过一次电镀工艺,在所述钝化层上分别形成绕设在对应的所述第一金属柱外侧的所述初级线圈和所述次级线圈;
在所述图形化后的钝化层上形成绝缘层,所述绝缘层裸露出所述第一金属柱;
在所述绝缘层上形成第二金属层,所述第二金属层与所述第一金属柱电连接;
所述第一金属层、所述第一金属柱以及所述第二金属层组成所述铁芯。
2.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述绝缘层包覆所述初级线圈和所述次级线圈,所述制备方法还包括:
图形化所述绝缘层,在对应所述初级线圈和所述次级线圈的部分位置处形成第二开窗;
在所述第二开窗处形成第二金属柱;
在所述图形化后的绝缘层上形成保护层,图形化所述保护层,在对应所述第二金属柱的位置处形成第三开窗;
在所述第三开窗处形成焊球。
3.根据权利要求1所述的制备方法,其特征在于,所述初级线圈的匝数范围为1~30;和/或,所述次级线圈的匝数范围为1~30。
4.一种变压器封装结构,其特征在于,采用权利要求1至3任一项所述的制备方法制备形成,所述封装结构包括晶圆、铁芯、初级线圈和次级线圈;
所述铁芯设置在所述晶圆的第一表面;
所述初级线圈和所述次级线圈绝缘设置于所述晶圆的第一表面,且所述初级线圈和所述次级线圈同层设置,所述初级线圈绕设在所述铁芯的初级侧,所述次级线圈绕设在所述铁芯的次级侧;
所述封装结构还包括钝化层和绝缘层,所述铁芯包括相互电连接的第一金属层、第一金属柱及第二金属层;
所述钝化层夹设在所述初级线圈、所述次级线圈与所述晶圆的第一表面之间;
所述第一金属层夹设在所述晶圆的第一表面和所述钝化层之间;
所述钝化层在所述第一金属层两端对应位置处设置有第一开窗,所述第一开窗处设置有所述第一金属柱;
所述绝缘层设置于所述钝化层之上,所述绝缘层裸露出所述第一金属柱,所述第二金属层设置于所述绝缘层上。
5.根据权利要求4所述的变压器封装结构,其特征在于,所述初级线圈和所述次级线圈绕设在对应的所述第一金属柱外侧。
6.根据权利要求4所述的变压器封装结构,其特征在于,所述绝缘层包覆所述初级线圈和所述次级线圈;
所述绝缘层在对应所述初级线圈和所述次级线圈的部分位置处设置有第二开窗,所述第二开窗处设置有第二金属柱,所述第二金属柱与对应的所述初级线圈和所述次级线圈电连接。
7.根据权利要求6所述的变压器封装结构,其特征在于,所述封装结构还包括保护层,
所述保护层设置于所述绝缘层上,所述保护层在对应所述第二金属柱的位置设置有第三开窗,所述第三开窗设置有焊球,所述焊球与所述第二金属柱电连接。
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