CN1258777C - 高密度电感器及其制造方法 - Google Patents
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Abstract
一种生产高密度电感器的方法包括以下步骤：形成螺线形线圈，密封该线圈于芯部件的内部，以及在芯部件的外部形成用于允许导电到线圈的终端电极。在此方法中，线圈是通过重复通过薄膜形成工艺形成布线层的工艺和通过薄膜形成工艺在该布线层上形成另一个布线层的工艺来堆积布线层而形成的。通过此生产方法，可以制作高纵横比的线圈。此外，电感器是通过芯部件中只封装线圈的方式设计的。通过此设计，可以使电感器很紧凑。
Description
技术领域
本发明涉及用于电子电路中的电感器及其制造方法。更具体地，本发明涉及为了在衬底上高密度安装而缩小尺寸的高密度电感器以及制造这种高密度电感器的方法。
背景技术
作为电子元件的电感器具有存储电能的特性。电感器用于DC-DC转换器、开关电源和其它器件以及配备于各种电子设备。
最近几年，随着例如蜂窝电话和个人数字助理(PDA)等的电子设备的小型化和厚度减小，电感器的小型化和厚度减小成为必需。
下面将介绍传统电感器的结构和制造方法。
图7A和7B是示出了根据第一现有技术的电感器的立体图。如图所示，根据第一现有技术的电感器1具有呈矩形或圆形截面的线2呈螺旋形地环绕在轴心3上的结构。(线2的截面也可以是三角形的)。
图8A和8B示出了用于制造根据第二现有技术的电感器的工艺。在根据第二现有技术的电感器的生产工艺中，首先，如图8A所示，把卷筒状的绝缘部分和导电部分5分层并卷在圆柱形的轴心6上。当绝缘部分和导电部分5被卷在轴心6上后，卷在半径方向被切割，由此，如图8B所示，获得多个电感器4。
上述电感器的小型化和厚度减小有一个限度，因为它的生产工艺包括一个环绕轴心缠绕导电部分的机械操作。
为了实现电感器部分的小型化和厚度减小，已经提出了一种通过利用汽相沉积或溅射(即所谓的薄膜技术)形成布线层以及利用抗蚀剂等布线层来生产线线圈的工艺。
图9A到9D示意性地示出了利用薄膜技术形成线圈的工艺。首先，如图9A所示，利用汽相沉积或溅射在衬底表面上形成了电极膜8，其中间有绝缘层，然后，利用旋转涂覆工艺等在电极膜8的上表面上形成抗蚀剂。然后，利用掩膜(没有示出)进行光刻，从而，如图9B所示，形成了抗蚀剂9的一个图形。在抗蚀剂9被构图后，如图9C所示，利用汽相沉积、溅射或通过电镀的金属的沉积填充凹槽部分10。然后，上表面上的多余部分被磨去。然后，除去抗蚀剂9，接着，通过研磨或湿法蚀刻去掉电极膜8，由此，如图9D所示，形成了线圈11。图10示出了通过上述薄膜工艺形成的线圈11的外观。
与其面积相比，通过薄膜工艺形成的电感器在厚度上具有相对小的尺寸。结果，它的磁路一般比通常的具有相同电感的线环绕线圈的长。
为了避免由于磁路的这种延长引起电感效率(即单位体积内的电感)的降低，线圈可以被设计成其内的空间尽可能小和厚度尽可能大，以使线圈具有高的纵横比。例如，流过电流高于几百毫安的功率电感器，前面提到的线圈11被设计为具有50μm或，在某些场合下，大于200μm高度的高纵横比。
除了上述工艺，另一个形成线圈的工艺也已公知，其中铜是利用电镀在一片衬底的表面上自然生长的。图11A到11D示出了利用电镀方法形成线圈的工艺。首先，如图11A所示，在衬底7上形成电极膜8和抗蚀剂9，其间具有绝缘层。然后，利用光刻方法进行构图。构图之后，在具有作为电极的电极膜8的凹槽部分10沉积形成线圈的材料(例如：铜)，从而能够自然生长铜。沉积部分12的生长正好在相邻凹槽部分10中生长的部分12的每个部分互相接触之前停止，从而避免了沉积部分12的那些部分之间短路的发生。然后，如图11C所示，除去抗蚀剂9，接着，如图11D所示，通过研磨或蚀刻去掉电极膜8。由此形成了线圈11。
其它生产线圈的方法也已公知。根据其中之一，通过形成一个具有相当于线圈厚度的厚度的、导电材料的膜以及蚀刻导电薄膜以在导电材料中形成窄而深的凹槽来制造具有高纵横比的线圈(参见，例如，日本专利申请公开号2001-102235)。
根据另一方法，在下薄层的曝光部分和与之相邻的正性光刻胶掩膜图形的涂覆部分上生长用于形成具有蘑菇形横截面图的线圈的导电沉积材料层(参见，例如，日本专利申请公开号H11-204361)。
根据再一个方法，在一衬底上形成的扁平线圈和通过例如与前面的扁平线圈相对称的方法在另一衬底上形成的扁平线圈相互交叠排列，以使线圈的表面相互电气相连(参见，例如，日本专利申请公开号H11-176639)。
然而，通过薄膜技术或上述利用通过电镀利用自然生长形成线圈的方法制作上述线圈遇到以下问题。
在通过上述薄膜技术生产的线圈中，抗蚀剂9的厚度(即图9B中B的尺寸)大于抗蚀剂9的宽度(即图9B中A的尺寸)，该宽度相当于线圈的线之间的空间。换句话说，线圈有一个具有所谓的高纵横比(具体为等于或大于3的抗蚀剂纵横比)的横截面。这样，光刻后形成的抗蚀剂图形很脆弱，因此，减小了抗蚀剂的强度。结果，如图12所示，抗蚀剂会发生弯曲，或由于电镀液或清洗的压力而被去除。与此相关，发明人的研究发现当抗蚀剂纵横比为5到7或更大时，不可能生产出具有可接受的弯曲的线圈。
此外，在生产厚度大于几十个微米的线圈的过程中，如果需要减小线圈的线之间的空间(即螺旋线圈在半径方向上的间隔)，必需减小曝光所用光的波长以增加曝光装置的分辨率。然而，如果减小了曝光所用光的波长，聚焦曝光的深度就会减小。这会引起另一问题，就是，在垂直方向上不能形成深的线圈的图形。(另一方面，当增加曝光所用光的波长时，虽然聚焦深度增加了，但是分辨率减小了。结果是，不可能减小线圈的线之间的空间。)
此外，使用磁性衬底作为衬底7对于小型化和增加通过薄膜技术生产的线圈的密度是有效的，因为，可以通过直接形成线圈的磁路来形成最短磁路，绝缘层介于其间。然而，在这种情况，需要提供一个被安排与磁力线的路径相符合的返回磁路。结果，不可能增加衬底表面密度，因此，不可能增加产量。此外，对于衬底所用的材料很难加工，例如铁酸盐，这增加了成本。
相反，当线圈在非磁性衬底上形成且与芯部分相结合时，从严格的要求来说，需要具有大约35到100μm厚度的片。结果，片的横截面面积与线圈的横截面面积之比会很大，从而不希望地减小了线圈在电感器内部的占用密度。当线圈的尺寸减小时，占用密度的下降是过大的，因为片的厚度不会改变。无论如何，衬底处于磁路径中，以及阻止了小型化和密度增加。
另一方面，在通过利用电镀自然生长来形成线圈的过程中，沉积部分12之间的间隔可能减小到与10到20微米一样小。然而，因为沉积部分12是利用自然生长形成的，不可能使线圈的纵横比增加到大于1。考虑到此，作为增加线圈11厚度的方法，已经提出了一种方法，在该方法中，衬底7与薄片可比，并在片状衬底的背面也形成类似的线圈。利用这种方法，可以增加线圈的导电面积。
然而，即使在上述线圈11形成于衬底的两个面上的方法中，从严格的要求来说，需要具有大约35到100μm厚度的片。结果，薄片的横截面面积与线圈的横截面面积之比会很大，从而不希望地减小了线圈在电感器内部的占用密度。当线圈的尺寸减小时，占用密度的下降是过大的，因为片的厚度不会改变。
在日本专利申请公开号2001-102235公开的工艺中，具有图形可弯曲或脱落或类似上述利用薄膜技术生产的线圈的情况中曝光波长处聚焦深度变小的风险。
在日本专利申请公开号H11-204361公开的工艺中，具有对改善纵横比的限制，因为线圈的导电沉积层是以蘑菇形状形成的。因此，利用此工艺很难获得本发明可以实现的纵横比。
在日本专利申请公开号H11-176639公开的工艺中，尽管可以通过相互交叠地排列线圈来改善线圈的纵横比，然而，因为重叠的线圈只是一对线圈，利用此工艺也很难获得本发明可以实现的纵横比。
发明内容
本发明是针对上述问题实现的。本发明的一个目的是提供可以实现把纵横比提高到很高的纵横比并将电感器小型化的高密度电感器及其制造方法。
本发明的实现是基于创造性的观念，即可通过利用薄膜技术形成具有低的线圈，同时在厚度方向堆积这些线圈来最终生产具有高纵横比的线圈。
根据本发明的一个方面，提供了一种高密度电感器，包括：
螺线形线圈；以及
以与所述的线圈产生的磁力线的路径相一致的方式设置的芯部件；
其中，所述的线圈具有在厚度方向上堆积了多个布线层的形式，所述多个布线层由一个基底电极层和多个电镀层构成，以及该基底电极层是通过薄膜形成工艺形成的，并且该多个电镀层是通过电镀工艺形成的。
根据本发明的另一个方面，提供了一种生产高密度电感器的方法，包括以下步骤：
形成螺线形线圈；
密封该线圈于芯部件的内部；以及
在所述的芯部件的外部形成用于允许导电到所述的线圈的终端电极；
其中，所述线圈是通过进行利用薄膜形成工艺形成基底电极层的布线层的工艺和重复利用电镀工艺在所述布线层顶上形成电镀层的另一个布线层的工艺来堆积布线层形成的。
根据本发明，提供了高密度电感器，包括螺线形线圈和通过与线圈产生的磁力线的路径相一致的方式设置的芯部件，其中线圈具有多个布线层在厚度方向上堆积的形式，布线层是通过薄膜形成工艺形成的。优选地，线圈的厚度与布线层的线宽之比可以等于或大于1。
根据本发明，还提供了生产高密度电感器的方法，包括下列步骤：形成螺线形的线圈；把线圈密封在芯部件的内部；以及在芯部件的外部形成用于允许导电到线圈的终端电极；其中，线圈是通过重复通过薄膜形成工艺形成布线层的工艺和通过薄膜形成工艺在该布线层顶上形成另一个布线层的工艺来堆积布线层来形成的。
根据本发明的更具体的形式，提供了生产高密度电感器的方法，包括以下步骤：形成螺线形线圈；把该线圈密封在芯部件的内部；以及在芯部件的外部形成用于允许导电到线圈的终端电极；其中，线圈是通过包括下述步骤的工艺形成的：通过光刻在抗蚀剂中形成与线圈形状相应的凹槽部分；通过电镀在所述凹槽部分中沉积金属来形成布线层；然后除去抗蚀剂；施加抗蚀剂到超过布线层的高度；再通过光刻在布线层的顶部形成凹槽部分；然后通过利用电镀在凹槽部分沉积金属来形成另一个布线层；以及重复布线层的堆积来形成具有预定厚度的线圈。
根据本发明的另一具体的形式，提供了生产高密度电感器的方法，包括下列步骤：形成螺线形的线圈；把该线圈密封在芯部件的内部；以及在芯部件的外部形成用于允许导电到线圈的终端电极；其中，线圈是通过包括下述步骤的工艺形成的：通过光刻在抗蚀剂中形成与线圈形状相应的凹槽部分；通过电镀在所述凹槽部分中沉积金属来形成布线层；然后再次加抗蚀剂到与另一布线层相应的高度；再通过光刻在布线层的顶部形成凹槽部分；然后通过利用电镀在凹槽部分沉积金属来形成另一个布线层；以及重复布线层的堆积来形成具有预定厚度的线圈。
在根据本发明的上述方法中，可以利用溅射代替电镀来形成布线层。
在上述工艺之后，通过在虚设衬底上形成线圈，将该线圈插入芯部件同时保持上述状态，以及然后除去部分或整个虚设衬底可以把线圈密封在芯部件中。此外，可以通过在芯部件的内部注入有机或无机粘合剂并固化该粘合剂来固定和密封线圈。此外，在线圈被密封之后，可在线圈的一端表面上直接或之间含有绝缘层地形成线圈的电极引出部分。可选择地，在线圈被密封之后，可以利用研磨对线圈的一端表面进行抛光，并可在线圈的一端表面上直接地或之间含有绝缘层地形成线圈的电极的引出部分。
根据本发明的上述特征，因为使用了薄膜形成工艺来来制作线圈，所以线圈可以做的很紧凑并精确地成形。因此，也可以减小封装线圈的芯部件的尺寸。这样，电感器自身可以做的很紧凑。
根据本发明，线圈具有堆积了多个布线层的结构，其中每个布线层的厚度与线宽之比或纵横比设计的很小。每个布线层是通过薄膜形成工艺形成的情况下，通过设置与抗蚀剂的塌陷或分离很难发生时的纵横比一样低的值来阻止形成凹槽部分的抗蚀剂弯曲或塌陷是可能的。因此，能可靠地形成一个布线层。这样，具有大厚度尺寸或高纵横比的线圈可以最终通过重复薄膜形成工艺以堆积每个都具有小纵横比的布线层来形成。
当通过堆积利用上述薄膜形成工艺形成的布线层以制作线圈时，不需要在线圈里边的空间插入例如薄片等。因此，可以实现在芯部件中只封装线圈而没有任何其它部分的结构。结果，使生产高密度的电感器成为可能。此外，因为只有线圈被封装，电感器才可以做的很紧凑。
根据本发明的优选形式，把在虚设衬底上形成的线圈插入到芯部件中，然后除去或分离虚设衬底以隔离线圈。此外，可以通过能够形成闭合磁路的方式把线圈密封在芯部件中。通过此方法，可能实现电感器的小型化和密度增加。这样，可以减小电感器的安装面积和高度。此外，在形成电极引出部分后，可执行通过研磨的抛光工艺。使用此工艺，可更精确地形成电极的引出部分。
通过参考附图阅读下面的本发明的详细说明，本发明的这些和其它的特征将变得很明显。
附图说明
图1A为表示根据本发明的实施例的高密度电感器结构的立体图；
图1B为表示根据本发明的实施例的高密度电感器结构的沿图1A中线1B-1B的截面图；
图2为表示图1A和1B中高密度电感器部分的放大图；
图3A示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3B示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3C示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3D示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3E示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3F示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3G示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3H示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3I示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3J示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3K示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3L示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3M示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图3N示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图30示出了形成线圈的第一种方法的工艺；
图4A示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4B示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4C示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4D示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4E示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4F示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4G示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4H示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4I示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4J示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4K示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4L示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图4M示出了形成线圈的第二种方法的工艺；
图5A为生产电感器的工艺；
图5B为生产电感器的工艺；
图5C为生产电感器的工艺；
图5D为生产电感器的工艺；
图5E为生产电感器的工艺；
图5F为生产电感器的工艺；
图5G为生产电感器的工艺；
图5H为生产电感器的工艺；
图5I为生产电感器的工艺；
图5J为生产电感器的工艺；
图6A表示在生产电感器工艺的一个阶段中一个单元的放大图；
图6B表示在生产电感器工艺的一个阶段中一个单元的放大图；
图6C表示在生产电感器工艺的一个阶段中一个单元的放大图；
图6D表示在生产电感器工艺的一个阶段中一个单元的放大图；
图6E表示在生产电感器工艺的一个阶段中一个单元的放大图；
图6F表示在生产电感器工艺的一个阶段中一个单元的放大图；
图6G表示在生产电感器工艺的一个阶段中一个单元的放大图；
图6H表示在生产电感器工艺的一个阶段中一个单元的放大图；
图7A为根据第一现有技术的电感器的立体图；
图7B为根据第一现有技术的电感器的立体图；
图8A示出了生产根据第二现有技术的电感器的工艺阶段；
图8B示出了生产根据第二现有技术的电感器的工艺阶段；
图9A示出了利用薄膜形成技术形成线圈的工艺阶段的工艺；
图9B示出了利用薄膜形成技术形成线圈的工艺阶段的工艺；
图9C示出了利用薄膜形成技术形成线圈的工艺阶段的工艺；
图9D示出了利用薄膜形成技术形成线圈的工艺阶段的工艺；
图10为利用薄膜形成技术形成的线圈的立体图；
图11A示出了利用电镀形成线圈的工艺阶段；
图11B示出了利用电镀形成线圈的工艺阶段；
图11C示出了利用电镀形成线圈的工艺阶段；
图11D示出了利用电镀形成线圈的工艺阶段；
图12示出了抗蚀剂弯曲或脱落的状态；
图13示出了两面都形成线圈的衬底的截面图。
具体实施方式
下面，将通过参考附图来具体地说明根据本发明的高密度电感器和制造高密度电感器的方法的具体的优选实施例。
图1A为根据本发明的实施例的高密度电感器背面的立体图。图1B为电感器的沿图1A中线1B-1B的截面图。图2为图1B中所示的电感器的一部分的放大图。如这些图所示，根据此实施例的高密度电感器包括设置在电感器20中心的线圈22和用于密封线圈22的芯部件。在电感器20的背面提供了一对连接端24和26，通过它们可以把电感器设置在印制电路板等之上。
线圈22具有层状结构，其中在厚度方向上堆积了多个布线层28(在此实施例中为三层)，从而可以获得高的纵横比。线圈22形成为从内部到外部具有相同径向螺距的螺线形状。可以利用生产半导体器件所用的薄膜工艺来形成线圈22。下面，将说明通过薄膜工艺来形成线圈22的工艺。
图3A到3O示出了形成线圈的第一种方法的工艺。首先，如图3A所示，在衬底30上形成作为形成线圈22的基底的绝缘层32。然后，如图3B所示，通过汽相沉积或溅射在绝缘层32的上表面上沉积用于通过电镀沉积的基底电极层34。在基底电极层34形成之后，在基底电极层34上加相同厚度的抗蚀剂(即光敏树脂)36。抗蚀涂覆层36的厚度应该与每个布线层28的厚度相当。为了使涂覆厚度很均一，优选使用旋转涂覆工艺来加抗蚀剂36。
当具有均一厚度的抗蚀剂36被施加后，通过步进投影曝光装置等利用紫外线照射抗蚀剂36的表面，然后，通过光刻在抗蚀剂36中形成限定线圈22的平面结构(即从上方看到的线圈22的结构或形状)的凹槽部分38。此状态如图3D所示。然后，把衬底30浸入电镀溶液，并使用基底电极层34作为一个电极同时施加电压。结果，金属被沉积在凹槽部分38上，在其底部基底电极层34被裸露，从而，凹槽部分38被沉积部件40填充。在凹槽部分38被沉积部件40填充后，限定凹槽部分38的抗蚀剂36被除去。由此，形成了具有相应于线圈22的平面结构的布线层28。
下面，将说明在布线层28的顶部形成另一层的工艺。与此相关，在此实施例中，设计所堆积的所有布线层都具有相同的厚度，并在整个说明书中布线层和相关部分都使用相同的参考标号来表示。
在在衬底30上形成最底部布线层28后，如图3G所示，利用类似于图3C所示工艺的方式在基底电极层34上首先加新的抗蚀剂36。图3G所示状态与图3C所示状态的不同之处在于抗蚀剂36的高度(或厚度)。具体地，如图3G所示状态，抗蚀剂36的厚度设为相当于两层布线层28的高度。当抗蚀剂36以所设的厚度形成后，利用在其上已经通过光刻以与如图3D到3F所示的工艺相同的方式形成了凹槽部分38的抗蚀剂36形成另一个布线层28(即第二层)，如图3H到3J所示。
当另一个布线层28形成后，在衬底30上以相当于三层布线层的高度新施加抗蚀剂36。然后，如图3L到3M所示，利用在其上已经通过光刻以与如图3D到3F以及图3H到3J所示的操作相同的方式形成了凹槽部分38的抗蚀剂36形成再一个布线层28(即第三层)。此外，在如图3N所示的已经除去抗蚀剂36的状态下，通过蚀刻等工艺除去裸露的基底电极层34，如图30所示。
图4A到4M为根据形成线圈的第二种方法的工艺。在第二种方法的说明中，用相同的参考数字表示与上述第一种方法中的部分相同的部分。
图4A到4E所示的工艺与上述图3A到3E所示的工艺相同。通过这些工艺，在衬底30上形成了绝缘层32、在基底电极层34上施加了抗蚀剂36、通过光刻在抗蚀剂36中形成了凹槽部分38、以及随后通过在电镀溶液中的沉积工艺在凹槽部分38中形成了沉积部件40。
在凹槽部分38中形成沉积部件40后，抗蚀剂36被加热或在抗蚀剂36的表面覆盖聚乙烯醇等的薄膜，以使此抗蚀剂不与将进一步加在其上的抗蚀剂混合。(此工艺的执行是为了阻止所加的抗蚀剂的溶剂溶解下面的抗蚀剂而该下面的抗蚀剂部分地扩散到线圈的上面以及产生浮渣从而影响到沉积部件的状态)。之后，在抗蚀剂36和沉积部件40的顶部施加另一层抗蚀剂42，如图4F所示。另一层抗蚀剂42的涂覆厚度被设计成相当于一个布线层28的厚度。然后，通过光刻在抗蚀剂42中形成了凹槽部分38，如图4G所示，以及通过在电镀溶液中的沉积在凹槽部分38中形成作为第二层的沉积部件40。
在沉积部件40的第二层形成于凹槽部分后，在抗蚀剂42和沉积部件40的顶部加新的抗蚀剂44，如图4I所示。然后，执行如图4J和4K所示光刻工艺和沉积工艺，从而形成沉积部件40的第三层。
在沉积部件40的第三层形成后，抗蚀剂36、抗蚀剂42和抗蚀剂44被一次性除去，如图4L所示，然后通过蚀刻等工艺除去裸露的基底电极层34，如图4M所示。
根据上述的生产方法，尽管纵横比或每个布线层28的高度(或厚度)与宽度之比较小，但是可以通过堆积多个布线层28来形成具有很高纵横比的线圈22。此外，因为布线层是通过光刻形成的，形成的精度可以达到微米级。因此，可以形成具有很小线间距的紧凑的和高密度的布线层。
因为上述线圈22是通过薄膜工艺形成的，在衬底30上可以生产多个线圈22。换句话说，这种生产方法的另一个优势是在一个生产周期中可以生产许多的线圈22。通过这种批量生产，可以降低生产线圈22的成本。
为了测试本发明的效果，发明人进行了实验。实验结果将展示在下面作为实例。
(实例)
在具有基底导电层的衬底上形成线圈图形。例如在形成具有导电部分的厚度为40μm和线圈间距的宽度为10μm的线圈图形的情况下，抗蚀剂图形的宽度应该为10μm。上述宽度的抗蚀剂的允许高度为大约40μm或更小，应用此高度，抗蚀剂的高度将保持不变且抗蚀剂将不会发生弯曲。为了确保分辨率以在图形的上部和下部实现高度为10±2μm的抗蚀剂，使用了360nm波长的光进行曝光。
在以上的条件下，形成了线圈的宽度为40μm和间距为10μm的线圈的第一层。
此时，通常在衬底上没有被弯曲地形成了第一层的所有线圈，换句话说，此工艺的成品率为100％。
接下来，在第一层的顶部形成了第二层的图形。在130℃下处理图形抗蚀剂1小时，然后施加厚度为40μm的抗蚀剂。在这之后，抗蚀剂被暴露到抗蚀剂宽度为10μm的图形上，接着进行电镀。
这样，作为第一层和第二层的堆叠来形成线圈，其中具有10μm的间距和80μm的线圈高度的高纵横比的线圈以几乎100％的成品率形成。
然后，在第二层的顶部形成了第三层的图形。在130℃下处理图形抗蚀剂1小时，然后施加厚度为40μm的抗蚀剂。在这之后，抗蚀剂被暴露到抗蚀剂宽度为10μm的图形上，接着进行电镀。
这样，作为第一层、第二层和第三层的堆叠来形成线圈，其中具有10μm的间距和120μm的线圈的高度的高纵横比的线圈以大于95％的成品率形成。
另一方面，我们还形成了抗蚀剂的厚度比上述工艺大两倍，即具有80μm的厚度的线圈的图形。
形成了80μm厚度的抗蚀剂，并形成了宽度为10μm的抗蚀剂图形。然后进行电镀工艺，并除去抗蚀剂。我们观察了生产的结果，发现由于抗蚀剂的弯曲或其它缺陷致使线圈的成品率为与65％一样低或更低。
此外，我们还施加了厚度为120μm的抗蚀剂、进行曝光以及图形的显影。然而，在不被弯曲时图形无法形成以及线圈的成品率为0％。
根据以上每一点，证实了根据本发明的线圈的结构和生产线圈的方法是生产高密度薄膜线圈必需的技术。
下面，将说明在衬底30上形成线圈22后，通过在芯部件中密封线圈22形成作为最终产品的电感器的工艺。
图5A到5J表示电感器的生产过程的工艺。图6A到6H为在工艺的一些阶段中一个单元的放大图。
首先，把在其上通过上述方法已经形成线圈22的如图5A所示的衬底30切掉，从而形成了每个都包含按行排列的线圈22的线圈条46。处于从衬底上切下来的状态的线圈条46如图5B所示，在线圈条46上形成的线圈22中的一个如图6A所示。
在从衬底30上切下线圈条46后，如图5C和6B所示翻转线圈条46，并把线圈22插入设置在线圈条46下面的E形芯(E-core)48(切之前)中。E形芯48将构成芯部件的一部分。E形芯48由具有高导磁率的铁酸盐构成。E形芯48具有凹进部分50。每个凹进部分50的内直径和深度都足够大以容纳线圈22。在凹进部分50的中心提供了直径足够小以插入线圈22的中心部分的突起52。此外，突起52的外直径足够大以使线圈22产生的磁通量53可以充分地通过它。(关于磁通路，参见图1B)
当把线圈22插到形E芯48后，上述的凹进部分应该用热固树脂粘合剂来填充以使线圈22浸在粘合剂中。图5D和图6C示出了线圈条46浸在粘合剂中以使之与E形芯48连接的状态。对如此互相连接的线圈条46和E形芯48进行真空加热以使粘合剂中的空气泡移到外边并使粘合剂凝固。
在粘合剂凝固并把线圈条46附着在E形芯48上之后，把衬底30从背面磨去以使线圈22的末端表面裸露，如图5E和图6D所示。在线圈22的末端表面裸露之后，在磨光表面、即线圈22的末端表面裸露的地方施加绝缘材料以形成隔离层54，然后在与每个线圈22的两个末端相对应的位置在隔离层54中形成孔56，如图5F和图6E所示。
在隔离层54中形成孔56后，在孔56处裸露的线圈22的末端表面镀上镍以防止氧化层的形成。然后在顶层附着焊料球58，如图5G和图6F所示。焊料球在以后阶段的软熔工艺中被融化，从而通过熔融焊料填充孔56。这样，形成了电极的引出部分。
在用焊料填充在隔离层54中形成的孔56以使与线圈22的导电成为可能后，将由铁酸盐构成的、用于和E形芯48一起构成芯部件的盖层60连接到隔离层54的表面，如图5H和图6G所示。每个盖层具有在其上形成的一对缺口62。设计每个缺口62具有与从盖层的末端表面到用焊料填充的孔56的长度相当的尺寸(即图6G所示的尺寸C)。缺口62的内表面覆盖了一层通过电镀或溅射施加的如Cu或Ni等的金属膜或焊料膜。通过回流工艺用焊料填充缺口62并形成连接端24和26。从而，实现了由E形芯48和盖层60密封的线圈22的电连接。最后，如图5J所示，通过切割机等将它们切割成单独的块，从而形成了根据本发明的高密度电感器。
在通过上述工艺生产的高密度电感器20中，凹进部分50中所容纳的仅仅为如图1B所示的线圈22。从而使减小具有发热量很小的低电阻的电感器20的尺寸成为可能。此外，可以通过研磨除去衬底来减小电感器的高度。
根据以上每一点，根据本发明的高密度电感器可以令人满意地用在需要减小尺寸和重量的手持器件或其它器件。
如上所述，根据本发明，提供了制造包括螺线形线圈和以与线圈产生的磁力线的路径相一致的方式设置的芯部件的高密度电感器的方法，其中线圈具有在厚度方向堆积多个布线层的结构。通过薄膜形成工艺或包括形成螺线形线圈、在芯部件内部密封线圈、以及在芯部件的外边形成允许导电电连接到线圈的终端电极等步骤的工艺形成布线层。在此工艺中，线圈是通过重复利用薄膜形成工艺形成布线层的工艺和利用薄膜形成工艺在布线层顶上形成另一布线层的工艺堆积布线层来形成的。通过此方法，可以生产出具有高纵横比的线圈。根据本发明的优选形式，在制作电感器的过程中除去了在其上形成线圈的虚设衬底并且在芯部件中只容纳了线圈。根据此特征，可以减小电感器的尺寸并增加电感器的密度。
此外，根据本发明的优选形式，可以在表面为线圈形成一个引出图形，线圈被密封后，从该表面上除去虚设衬底，以在芯部分的外表面形成与线圈电连接的终端电极。根据此特征，可以从整体上减小电感器的尺寸。
在主要需求为电感器厚度的减小的情况下，可以形成作为单层的线圈。也在此情况下，可以利用本发明通过除去衬底减小电感器的尺寸并增加线圈的密度同时降低成本。
Claims (9)
1.一种高密度电感器，包括：
螺线形线圈；以及
以与所述的线圈产生的磁力线的路径相一致的方式设置的芯部件；
其中，所述的线圈具有在厚度方向上堆积了多个布线层的形式，所述多个布线层由一个基底电极层和多个电镀层构成，以及该基底电极层是通过薄膜形成工艺形成的，并且该多个电镀层是通过电镀工艺形成的。
2.根据权利要求1的高密度电感器，其中所述的线圈的厚度与所述的布线层的线宽之比等于或大于1。
3.一种生产高密度电感器的方法，包括以下步骤：
形成螺线形线圈；
密封该线圈于芯部件的内部；以及
在所述的芯部件的外部形成用于允许导电到所述的线圈的终端电极；
其中，所述线圈是通过进行利用薄膜形成工艺形成基底电极层的布线层的工艺和重复利用电镀工艺在所述布线层顶上形成电镀层的另一个布线层的工艺来堆积布线层形成的。
4.根据权利要求3的生产高密度电感器的方法，其中，所述的形成线圈的步骤包括：
通过光刻在抗蚀剂中形成与所述线圈的形状相应的凹槽部分；通过电镀在所述凹槽部分中沉积金属来形成布线层；然后除去所述的抗蚀剂；施加抗蚀剂到超过所述的布线层的高度；再通过光刻在所述的布线层的顶部形成凹槽部分；然后通过利用电镀在凹槽部分沉积金属来形成另一个布线层；以及重复布线层的堆积来形成具有预定厚度的线圈。
5.根据权利要求3的生产高密度电感器的方法，其中，所述的形成线圈的步骤包括：
通过光刻在抗蚀剂中形成与线圈的形状相应的凹槽部分；通过电镀在所述凹槽部分中沉积金属来形成布线层；然后再次施加抗蚀剂超过所述的布线层的高度；再通过光刻在所述的布线层的顶部形成凹槽部分；然后通过利用电镀在所述凹槽部分沉积金属来形成另一个布线层；以及重复布线层的堆积来形成具有预定厚度的线圈。
6.根据权利要求3到5中任何一个的生产高密度电感器的方法，其中通过在虚设衬底上形成所述的线圈，把所述的线圈插入到所述的芯部件，同时保持所述的状态，然后除去部分或整个所述的虚设衬底从而把所述的线圈密封在所述的芯部件中。
7.根据权利要求3到5中任何一个的生产高密度电感器的方法，其中通过在所述的芯部件的内部注入有机或无机粘合剂并固化粘合剂来固定和密封所述的线圈。
8.根据权利要求3到5中任何一个的生产高密度电感器的方法，其中在所述的线圈被密封之后，在所述的线圈的一端表面上直接地或之间含有绝缘层地形成作为所述的线圈的电极的引出部分。
9.根据权利要求3到5中任何一个的生产高密度电感器的方法，其中在所述的线圈被密封后，利用研磨对所述的线圈的一端表面进行抛光，并在所述的线圈的一端表面上直接地或之间含有绝缘层地形成所述的线圈的电极的引出部分。
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