CN118039342B - 一种多层功率集成电感制造方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及多层功率集成电感的制造方法，具体步骤如下：准备N张PI薄膜；在每一张PI薄膜上分别进行单片制作，形成N张单片样品；单片制作方法如下：在PI薄膜上激光打孔，形成过孔；在PI薄膜的上下表面分别进行光刻处理，形成光刻区域；在光刻区域进行金属沉积，形成金属层；电镀工艺增加金属层的厚度，制成单片样品；将N张单片样品依次堆叠并金属键合形成立体电感线圈；在相邻的两层单片样品之间填充磁粉填充并压合磁粉；在立体电感线圈上制作引脚，制成多层功率集成电感。本发明能够实现多层多层功率集成电感大规模量产；并且单片在制作时通过光刻和电镀工艺结合，克服了传统多层功率集成电感无法将金属层做厚的难题，制得的小型电感能够具有较低的直流内阻。
Description
技术领域
本发明涉及半导体技术领域，尤其是指一种多层功率集成电感制造方法。
背景技术
传统功率电感采用绕线法制作，而此种方法限制了电感能做到的最小尺寸，目前尺寸多集中在4mm *4mm * 1.2mm左右。通常，小型化电感的方法有叠层方法与薄膜方法，但是功率电感要求直流电阻较小，因此所制作的金属线圈的横截面积要大于一定值；而对于叠层方法以及薄膜方法无法将金属厚度做到足够厚度，由于金属厚度与直流电阻相关，金属层越厚，直流内阻越小，因此上述两种方法难以加工出低直流内阻的小型化电感。
另外，由于功率电感往往要求较大的电感值，因此若将电感做小的情况下，需要制造较多圈的金属线圈，传统方法多采用化学或物理气相沉积方式，用于制造较多层的金属线圈，存在不可避免的劣势，而且多层线圈的制造成本、制造难度急剧上升，量产比较困难。
发明内容
为此，本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术中不足，提供了一种多层功率集成电感制造方法，优化了制作流程，降低了制作难度，制造成本较低，有利于高效率量产；并且单片制作时通过光刻和电镀工艺结合来实现，克服了传统多层功率集成电感无法将金属层做厚的难题，使得加工成型小型电感能够具有较低的直流内阻。
为解决上述技术问题，本发明提供了一种多层功率集成电感制造方法，具体步骤如下：
S1：准备N张PI薄膜；
S2：在每一张所述PI薄膜上分别进行单片制作，形成N张单片样品；其中，所述单片制作方法具体步骤如下：
S21、在所述PI薄膜上激光打孔，形成过孔；
S22、在所述PI薄膜的上表面和下表面分别进行光刻处理，形成光刻区域；
S23、在所述PI薄膜的所述光刻区域进行金属沉积，形成金属层；金属沉积后，需要对PI薄膜进行激光切割，去除多余的PI薄膜，形成中空的金属线圈；
S24、基于电镀工艺增加所述金属层的厚度，制成所述单片样品；
S3:将N层单片样品进行金属键合堆叠于一体，形成N-1层立体电感线圈；
S4:在相邻的两层所述单片样品之间填充磁粉填充并压合所述磁粉；
S5：在所述立体电感线圈上制作引脚，制成多层功率集成电感；引脚制作完毕后，对单片样品上的立体电感线圈进行裁剪,去除立体电感线圈周围多余的介质，多层功率集成电感制作完成。
在本发明的一个实施例中，光刻处理时，所述过孔位于光刻成型的图形区域内。
在本发明的一个实施例中，每一层的所述单片样品上的所述过孔位置均不相同，使得形成所述立体电感线圈后各层所述单片样品上的所述过孔在所述立体电感线圈厚度方向上的投影不重叠。立体电感线圈每个单片均为上金属层-PI薄膜-下金属层的结构，PI薄膜上的过孔内沉积金属，能够连接PI薄膜两侧的上金属层和下金属层，由于每一层所述单片上的过孔位置均不相同，使得多N层单片通过金属键合工艺堆叠后，每一层单片的过孔在垂直方向处于错开不重叠状态，能够确保线圈电流方向一致，以及保证了单片与单片之间的电气连接，形成电流环路。
在本发明的一个实施例中，所述PI薄膜的厚度为1-2微米。
在本发明的一个实施例中，所述金属层的厚度为3-5微米。
在本发明的一个实施例中，基于电镀工艺后所述金属层的厚度为30-40微米。
在本发明的一个实施例中，相邻的两片单片金属键合后，每层所述单片上的金属厚度为60-80微米。
在本发明的一个实施例中，基于电镀工艺在所述立体电感线圈上制作引脚。
在本发明的一个实施例中，所述单片样品上的单片数量为1个。
在本发明的一个实施例中，所述单片样品上的单片数量为多个，成阵列设置。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下有益效果：
本发明所述的一种多层功率集成电感制造方法，可高效制作低直流电阻、高电感值的功率电感，同时保证了电感的小型化；在电感制作时，通过将电感多层线圈分成多个单片单元制作，最后将多个单片通过金属键合集成于一体，最后再堆叠完成整体线圈，最后磁粉填充、引脚制作形成多层立体功率电感，优化了制作流程，降低了制作难度，制造成本较低，有利于高效率量产；并且单片制作时通过光刻和电镀工艺结合来实现，克服了传统多层功率集成电感无法将金属层做厚的难题，使得加工成型小型电感能够具有较低的直流电阻。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明中多层功率集成电感的制造流程图；
图2为本发明实施例一中单个多层功率集成电感的制作过程示意图；
图3为本发明中单片的制作过程示意图；
图4为本发明中多层立体电感线圈的侧视图；
图5为本发明实施例二中大规模的多层功率集成电感的制作过程示意图；
说明书附图标记：1、单片；2、立体电感线圈；3、多层功率集成电感；100、PI薄膜；101、上金属层；102、下金属层；103、过孔 。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好地理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
实施例一
本发明中多层功率集成电感3通过将电感多层线圈分成单片制作，最后将单片1通过金属键合集成，以形成多层立体功率电感；以下将对单个多功率集成电感的制造方法进行阐述。
参照图1和2所示，单个多层功率集成电感3的制造方法，具体步骤如下：
S1、准备N张PI薄膜100；其中，N为大于2的自然数，所述PI薄膜100的厚度为1-2微米；
S2、单片1的制作，在每一张PI薄膜100上分别制作1个单片1，获得N个单片1；其中，如图3所示，所述单片1的制造方法具体步骤如下：
其中，如图3所示，所述单片1的制造方法具体步骤如下：
S21、在PI薄膜100上开设过孔103；制作时通过对PI薄膜100进行激光打孔，形成过孔103；
S22、在PI薄膜100的上表面和下表面分别进行光刻处理；光刻处理时，所述过孔103位于光刻成型的图形区域内；
S23、在PI薄膜100是光刻区域进行金属沉积，在PI薄膜100的两侧分别沉积形成上金属层101和下金属层102，在金属沉积过程中，过孔103被金属填充，使得PI薄膜100的上金属层101和下金属层102连通；所述上金属层101和下金属层102的厚度为3-5微米；金属沉积后，需要对金属沉积后的PI薄膜100进行激光切割，去除多余的PI薄膜100，形成中空的金属线圈；所述金属线圈两侧均设有金属导电臂，用于电镀时连接阴极；
S24、基于电镀工艺增加所述上金属层101和下金属层102的厚度，制成所述单片样品；由于沉积后的金属厚度在百纳米左右，而多层功率集成电感3要做到几十微米厚度，通过对中空的金属线圈进行电镀，将PI薄膜100两侧沉积的上金属层101和下金属层102进行增厚；
S3、将所述N张单片样品依次堆叠并金属键合形成N-1层立体电感线圈2；
S4、在相邻的两层所述单片样品之间填充磁粉填充并压合所述磁粉；由于磁粉作为电感文件的核心部件，磁粉被填充并压合，能够保证磁粉与两层单片样品的有效接触；
S5、在立体电感线圈2上通过电镀方式制作引脚，制成多层功率的多层功率集成电感3；引脚制作完毕后，对立体电感线圈2进行裁剪，去除立体电感线圈2周围多余的介质，可以获得多个多层功率集成电感3，进而实现多层功率集成电感3的大批量生产。
目前对于多层功率集成电感3，每层金属线圈的厚度90微米左右，因此使用传统的光刻工艺无法达到如此厚度，本实施例中的单片1上的金属线圈在光刻之后，通过金属沉积获得金属层较薄，大约在百纳米左右，金属沉积之后再采用电镀工艺将上金属层101和下金属层102分别进行增厚，将其增厚至30-40微米，基本能够满足PI薄膜100上下两侧的金属层厚度的要求，实现小型化电感的低直流电阻的加工需求，当相邻的两片单片1进行金属键合后，使得每层所述单片1上的金属厚度能够达到60-80微米，克服了传统多层功率集成电感3无法将金属做厚的难题，其中金属沉积过程中和电镀工艺中均采用金属铝进行处理。
另外，如果电感的尺寸限制在500um*400um*1000um尺寸内，金属线圈的层数要在6层以上，制作如此多层数线圈，普通半导体光刻工艺完成难度极大；本发明首先将电感的多层线圈分成多个单片1单独制作，最后再堆叠完成整体线圈的制作，此方法优化了制作流程，降低制作难度；本发明中在单片1制作完成后，将多片单片1通过金属键合工艺堆叠集成于一体，从而形成集成立体电感线圈2，下一步进行磁粉填充压合、引脚制作，最后单个多层功率集成电感3制作完毕。
如图4所示，通过本实施例中制造方法得到的立体电感线圈2每个单片1均为上金属层101-PI薄膜100-下金属层102的结构，PI薄膜100上的过孔103用于连接PI薄膜100两侧的上金属层101和下金属层102。本实施例中上金属层101和下金属层102均为金属铝，多片单片1通过金属键合工艺堆叠后形成一个整体，由于单片1的上金属层101与下金属层102通过过孔103内的沉积金属实现互联，在单片1制作过程中，将每一层所述单片1上的过孔103位置开设在不同位置，所有的单片1制作完毕后，将N层单片1通过金属-金属键合的方式完成堆叠，形成N-1层多层电感线圈，此时N个过孔103在立体电感线圈2的厚度方向上的投影不重叠，此设计可以有效确保线圈的电流方向一致，以及保证了相邻的两个单片1之间的电气连接，形成电流环路。
实施例二
当需要对多层功率电感进行大规模的多层功率集成电感3制作时，所述单片样品上的单片1数量为多个，成阵列设置，能够一次性制造出多个多层功率集成电感3，实现了多层功率集成电感3的大规模生产。
如图5所示，本实施例中大规模多层功率集成电感3的制作方法，具体如下：
S1、准备N张PI薄膜100；
S2、首先进行多个单片1的制作，在每一张PI薄膜100上分别制作多个相同的单片1，形成N层单片样品；关于单个单片1的制作通过采用实施例一中提到的单片1的制作方法实现；
S3、将N层单片样品依次堆叠通过金属键合工艺形成N-1层立体电感线圈2；
S4、在相邻的两层单片样品之间进行磁粉填充并对磁粉进行压合；
S5、在立体电感线圈2上通过电镀方式制作引脚，制成多层功率集成电感3；引脚制作结束后，再对单片样品上的多个立体电感线圈2进行裁剪，去除立体电感线圈2周围多余的介质，从而形成多个多层功率集成电感3。
本发明通过上述大规模多层功率集成电感3的制作方法，将电感多层线圈分成单片1制作，并且单片1制作时通过光刻和电镀工艺结合来实现，然后将多个单片1通过金属键合集成于一体，然后再堆叠完成整体线圈，最后磁粉填充、引脚制作，最后将单片1通过金属键合集成，以形成多层立体功率电感，利用本方法可较容易地实现较多层的加厚型金属线圈，解决了传统方法较难制作功率电感的多层线圈的问题，突破了传统方法的限制，降低了制作难度，有利于高效率量产，同时制造成本较低，通过本方法还可高效制作低直流电阻、高电感值的功率电感，同时保证了电感的小型化，具体可应用在大功率电路中的扼流器等应用中。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
Claims (8)
1.一种多层功率集成电感的制造方法，其特征在于：具体步骤如下：
S1：准备N张PI薄膜；
S2：在每一张所述PI薄膜上分别进行单片制作，形成N张单片样品；其中，所述单片制造方法具体步骤如下：
S21、在所述PI薄膜上激光打孔，形成过孔；
S22、在所述PI薄膜的上表面和下表面分别进行光刻处理，形成光刻区域；
S23、在所述PI薄膜的所述光刻区域进行金属沉积，形成金属层；
S24、基于电镀工艺增加所述金属层的厚度，制成所述单片样品；
S3:将所述N张单片样品依次堆叠并金属键合形成立体电感线圈；
S4:在相邻的两层所述单片样品之间填充磁粉填充并压合所述磁粉；
S5：在所述立体电感线圈上制作引脚，制成多层功率集成电感；
其中，光刻处理时，所述过孔位于光刻成型的图形区域内；每一层的所述单片样品上的所述过孔位置均不相同，使得形成所述立体电感线圈后各层所述单片样品上的所述过孔在所述立体电感线圈厚度方向上的投影不重叠。
2.根据权利要求1所述的多层功率集成电感制造方法，其特征在于：所述PI薄膜的厚度为1-2微米。
3.根据权利要求1或2所述的多层功率集成电感制造方法，其特征在于：所述金属层的厚度为3-5微米。
4.根据权利要求3所述的多层功率集成电感制造方法，其特征在于：基于电镀工艺后所述金属层的厚度为30-40微米。
5.根据权利要求4所述的多层功率集成电感制造方法，其特征在于：步骤S2中，相邻的两片单片金属键合后，每层所述单片上的金属厚度为60-80微米。
6.根据权利要求1所述的多层功率集成电感制造方法，其特征在于：步骤S5中，基于电镀工艺在所述立体电感线圈上制作引脚。
7.根据权利要求1所述的多层功率集成电感制造方法，其特征在于：所述单片样品上的单片数量为1个。
8.根据权利要求1所述的多层功率集成电感制造方法，其特征在于：所述单片样品上的单片数量为多个，成阵列设置。
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Legal Events
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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