CN203491039U - 一种薄型表面贴装电感器件 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种薄型表面贴装电感器件，属于无源器件制造领域。其包括衬底（110）、一层以上形成中央电感线圈区域的电感结构的金属布线层（200）和两侧电极区域的电极（300），不同的所述金属布线层（200）之间设置介电层（400）和介电层通孔（401），不同的金属布线层（200）之间通过所述介电层通孔（401）进行电气连接，其中两层所述金属布线层（200）向两侧电极区域延伸，并分别与两侧等高度的电极（300）连接，在最上层金属布线层（200）表面覆盖表面保护层（500），并设置表面保护层开口（501）。本实用新型的电感精度更高、厚度更薄、可靠性更高，可克服贴装单侧翘起缺陷，实现高密度贴装。

Description

一种薄型表面贴装电感器件

技术领域

本实用新型涉及一种薄型表面贴装电感器件，属于无源器件制造领域。

背景技术

 电感是电子装置中必不可少的元器件，随着电子装置尤其是手机等手持电子装置小型化的趋势，电感尺寸也越来越小。目前，无线通讯用射频电感主要有0201尺寸和0402尺寸（英制），其中，0201尺寸型号的封装体长度在500微米到700微米之间，宽度在250微米到350微米之间，高度在250微米到350微米之间；0402尺寸型号的封装体长度在900微米到1100微米之间，宽度在400微米到600微米之间，高度在450微米到550微米之间。传统的电感主要是通过多层低温共烧陶瓷工艺（LTCC工艺）制作而成，其外形如图1所示。在这种电感结构中其两端包裹有导电电极，通过表面贴装工艺安装在线路板上，在组装的回流过程中，焊锡在润湿力的驱动下会攀爬到电极的侧壁上，如图2左图所示。如图2右图所示，随着电感器件不断缩小，其自身重量也越来越轻，在表面贴装过程中如果电感两电极与焊锡的润湿力不平衡就会导致电感一端翘起，造成组装不良，大大降低了组装良率。另外，由于焊锡会攀爬到电极侧壁，组装时如果两个电感离的太近就很容易出现焊锡连桥，因此在设计线路板时需要将两个器件的距离拉开，这样就损失了电路板面积，不能实现高密度贴装。

  在LTCC工艺中，用以形成电感线圈的金属线路是通过印刷烧结的方式形成的，由于印刷工艺能力限制，金属线路尺寸精度不高，也无法实现窄节距线路印刷，因此采用此工艺制作的电感其精度较低，通常小于4nH的电感其精度只能达到+/-0.3nH，无法满足高效射频系统的需求。另外，如图3所示，采用LTCC工艺的电感通常为多层结构，线路分布在电感的整个厚度范围内，因此很难实现超薄封装。

发明内容

承上所述，本实用新型的目的在于克服上述传统陶瓷电感器件的不足，提供一种电感精度更高、厚度更薄、可靠性更高、可克服贴装单侧翘起缺陷、实现高密度贴装的薄型表面贴装电感器件。

本实用新型的目的是这样实现的：

一种薄型表面贴装电感器件，其中央为电感线圈区域，两侧的表层为电极区域，

一种薄型表面贴装电感器件包括衬底、一层以上形成中央电感线圈区域的电感结构的金属布线层和两侧电极区域的电极，在电感线圈区域，所述金属布线层呈螺旋状或条形状，两侧的所述电极的高度相等，不同的所述金属布线层之间设置介电层和介电层通孔并形成介电层开口图形，不同的金属布线层之间通过所述介电层通孔进行电气连接，其中两层所述金属布线层分别为金属布线层Ⅰ和金属布线层Ⅱ，所述金属布线层Ⅰ和金属布线层Ⅱ分别向两侧电极区域延伸，并分别与两侧的电极连接，所述金属布线层Ⅱ设置于金属布线层Ⅰ的上方，所述金属布线层Ⅰ或金属布线层Ⅱ与电极之间设置金属布线层Ⅲ，所述金属布线层Ⅰ或金属布线层Ⅱ与电极之间通过金属布线层Ⅲ连接，在最上层金属布线层表面覆盖表面保护层，并设置表面保护层开口，所述表面保护层开口的尺寸不大于电极的尺寸。

进一步的，所述金属布线层Ⅰ和金属布线层Ⅱ通过折弯与电极同一高度后与电极连接。

进一步的，所述金属布线层Ⅰ和/或金属布线层Ⅱ与电极之间设置金属布线层Ⅲ，所述金属布线层Ⅰ和/或金属布线层Ⅱ与电极之间通过金属布线层Ⅲ连接。

进一步的，所述衬底与金属布线层之间设置钝化层。 

进一步的，所述表面保护层开口内设置金属保护层。

进一步的，所述表面保护层开口内设置电极端子，所述电极端子的高度不超过20微米。

进一步的，所述电极端子包括凸块和凸块顶端的焊锡帽或包括凸块和包覆在凸块表面的凸块保护层。

进一步的，所述电极端子的凸块中部以上尺寸大于表面保护层开口的尺寸。

进一步的，在电极区域，所述电极为金属布线层的延伸。

进一步的，在电极区域，所述电极为金属布线层中的另一层或另两层。

本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型的表面贴装电感器件与电路板的连接时，电极区域位于电感器件的表层，所用焊锡不会攀爬到电感器件的侧壁上，因此在进行表面贴装时不会出现一端翘起的不良现象，同时可以减小两个器件之间的距离，提升线路板利用率，实现高密度贴装；

2、本发明采用晶圆级再布线工艺，与现有产品相比，本发明的表面贴装电感器件的厚度均可减薄100～200微米，形成超薄的表面贴装电感器件；

3、金属布线层采用光刻工艺制作，精度高，从而提升电感精度，对于小于4nH的电感其精度可以控制到+/-0.1nH。

附图说明

图1为传统陶瓷电感器的三维视图；

图2为传统电感器贴装到线路板时正常和单端翘起不良的对比示意图；

图3为传统电感器的内部结构的三维视图；

图4为本实用新型一种薄型表面贴装电感器件的示意图；

图5为图4的 A-A的剖视图（实施例一）；

图6为图4的A-A的剖视图（实施例二）；

图7为图4的A-A的剖视图（实施例三）。

其中：

衬底110

金属布线层200

金属布线层Ⅰ210

金属布线层Ⅱ220

金属布线层Ⅲ230

电极300

介电层400

介电层通孔401

介电层开口图形410

表面保护层500

表面保护层开口501

金属保护层600

钝化层700

电极端子800

凸块801 

焊锡帽802 

凸块保护层803。

具体实施方式

参见图4至图7，本实用新型一种薄型表面贴装电感器件，其中央为电感线圈区域，电感线圈区域的两侧的表层为电极区域。该表面贴装电感器件包括衬底110、一层以上形成中央电感线圈区域的电感结构的金属布线层200和两侧电极区域的电极300，所述衬底110可以为硅、玻璃或陶瓷等。电极300呈长条状，在表面贴装电感器件中所处的高度相等，以使表面贴装电感器件与电路板的连接时，表面贴装器件不出现一端翘起的不良现象。不同的所述金属布线层200之间设置介电层400和介电层通孔401并形成介电层开口图形410，不同的金属布线层200之间通过所述介电层通孔401进行电气连接。在电感线圈区域，所述金属布线层200呈螺旋状或条形状，不同的金属布线层200的形状根据实际需要确定。金属布线层200的其中两层分别为金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220，金属布线层Ⅱ220设置于金属布线层Ⅰ210的上方，金属布线层Ⅱ220呈螺旋状，金属布线层Ⅰ210呈条形状，如图4所示，金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220可以均呈螺旋状或均呈条形状，图中未示出。在最上层金属布线层200表面覆盖表面保护层500，并设置表面保护层开口501，所述钝化层Ⅱ开口221的横截面可以呈矩形，所述表面保护层开口501的尺寸不大于电极300的尺寸。

实施例一

参见图4和图5，本实用新型一种薄型表面贴装电感器件，金属布线层200设置于衬底110的表面，图5中，金属布线层200以只示意金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220两层为例，金属布线层Ⅱ220设置于金属布线层Ⅰ210的上方，二者通过介电层通孔401连接，实现电气连通。金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220分别向两侧电极区域延伸，且分别与两侧的等高度的电极300连接。所述金属布线层Ⅰ210或金属布线层Ⅱ220与电极300之间设置金属布线层Ⅲ230，所述金属布线层Ⅰ210或金属布线层Ⅱ220与电极300之间通过金属布线层Ⅲ230连接。图5中，金属布线层Ⅱ220与电极300等高，且均设置于金属布线层Ⅰ210的上方。金属布线层Ⅱ220与电极300直接连接。金属布线层Ⅰ210与电极300之间设置金属布线层Ⅲ230，金属布线层Ⅰ210与电极300之间通过金属布线层Ⅲ230连通。金属布线层Ⅲ230的形状与电极300的形状相同，且金属布线层Ⅰ210的横截面尺寸不小于电极300的横截面尺寸。

所述表面保护层开口501内设置金属保护层600，其材质为镍、金等惰性金属，也可以为多层金属结构，以提高电感器件的抗热抗湿性与电路板的连接性能。表面保护层开口501的尺寸不大于电极300的尺寸，为使贴装方便、电极300与电路板贴装牢固，表面保护层开口501应尽可能大。

实施例二

参见图4和图6，本实用新型一种薄型表面贴装电感器件，与实施例一不同之处如下，衬底110与金属布线层200之间也可以设置钝化层700，以提高电感器件的可靠性。图6中，金属布线层200以只示意金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220两层为例，金属布线层Ⅱ220设置于金属布线层Ⅰ210的上方，二者通过介电层通孔401连接，实现电气连通。金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220分别向两侧电极区域延伸，且分别与两侧的等高度的电极300连接。金属布线层Ⅱ220与电极300等高，且均设置于金属布线层Ⅰ210的上方。金属布线层Ⅱ220与电极300直接连接。金属布线层Ⅰ210与电极300之间设置金属布线层Ⅲ230，金属布线层Ⅰ210与电极300之间通过金属布线层Ⅲ230连通。金属布线层Ⅲ230的形状与电极300的形状相同，且金属布线层Ⅰ210的横截面尺寸不小于电极300的横截面尺寸。表面保护层开口501内设置的包括凸块801和凸块801顶端的焊锡帽802。所述凸块801的横截面可以呈长条状，并可以为铜、镍等组成的多层金属结构。所述凸块801中部以上尺寸大于表面保护层开口501的尺寸，以提高电感器件的抗热抗湿性。所述电极端子800的高度不低于金属布线层200及其表面保护层500的高度且不超过20微米。

实施例三

参见图4和图7，本实用新型一种薄型表面贴装电感器件，衬底110与金属布线层200之间也可以设置钝化层700，以提高电感器件的可靠性。图7中，金属布线层200以只示意金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220两层为例，金属布线层Ⅱ220设置于金属布线层Ⅰ210的上方，二者通过介电层通孔401连接，实现电气连通。金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220分别向两侧电极区域延伸，且分别与两侧的等高度的电极300连接。必要时，金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220可以折弯后与电极300同一高度后与电极300连接。图7中，金属布线层Ⅱ220与电极300等高，且均设置于金属布线层Ⅰ210的上方。金属布线层Ⅱ220与电极300直接连接。金属布线层Ⅰ210向上弯折与电极300等高后与电极300连接。表面保护层开口501内设置的电极端子800包括凸块801和包覆在凸块801表面的凸块保护层803。所述凸块801的横截面可以呈长条状，并可以为铜、镍等组成的多层金属结构。所述凸块801中部以上尺寸大于表面保护层开口501的尺寸，以提高电感器件的抗热抗湿性。所述电极端子800的高度不低于金属布线层200及其表面保护层500的高度且不超过20微米。

本实用新型的介电层400、表面保护层500和钝化层700均起到绝缘、防氧化、支撑等作用，其材质可以相同，也可以根据实际情况采用不同的材质，三者在电感器件的内部没有绝对的边界区分，任何类似的结构均落入本专利的保护范围之内。

在电极区域，本实用新型的所述电极300也可以是金属布线层200的延伸或者为金属布线层200中的另一层或另两层，该金属布线层200起电极300与电路板的连接的相同功能。在实施例中，为使后续与电路板连接时，贴装工序平整，起电极300与电路板的连接同样功能的金属布线层200高度需要相等，其实现方式如下:

一、金属布线层Ⅱ220可以向左右两个方向延伸，使起电极300与电路板的连接同样功能的金属布线层Ⅱ220高度相同，使后续贴装工序平整；

二、与电路板连接的金属布线层Ⅰ210和/或金属布线层Ⅱ220可以折弯至同一高度后再与电路板连接；

三、增设金属布线层Ⅲ230来平衡金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220的高度差。增设的金属布线层Ⅲ230的形状、尺寸根据实际情况确定；

四、在金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220的临近层各增设一层分别与金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220连接的金属布线层200，可以更灵活地平衡金属布线层Ⅰ210和金属布线层Ⅱ220的高度差（图中未示出）。

本实用新型的表面贴装电感器件，采用晶圆级再布线工艺，最终形成0201尺寸型号和0402尺寸型号。与现有产品相比，以上两种表面贴装电感器件的厚度均可以减薄100～200微米，形成超薄的表面贴装电感器件。

本实用新型的金属布线层200和介电层400、表面保护层500、钝化层700均是采用圆片级再布线工艺在高阻硅、陶瓷或玻璃晶圆的衬底110上通过圆片级光刻形成的，提高了金属布线层200的尺寸精度，从而提升了电感精度，对于小于4nH的电感其精度可以控制到+/-0.1nH，完成上述布线和钝化工艺后再将晶圆减薄切割，形成单颗的表面贴装电感器件。

Claims (10)

1.一种薄型表面贴装电感器件，其中央为电感线圈区域，两侧的表层为电极区域，

其特征在于：包括衬底（110）、一层以上形成中央电感线圈区域的电感结构的金属布线层（200）和两侧电极区域的电极（300），两侧的所述电极（300）的高度相等，不同的所述金属布线层（200）之间设置介电层（400）和介电层通孔（401）并形成介电层开口图形（410），不同的金属布线层（200）之间通过所述介电层通孔（401）进行电气连接，其中两层所述金属布线层（200）分别为金属布线层Ⅰ（210）和金属布线层Ⅱ（220），所述金属布线层Ⅰ（210）和金属布线层Ⅱ（220）分别向两侧电极区域延伸，并分别与两侧的电极（300）连接，所述金属布线层Ⅱ（220）设置于金属布线层Ⅰ（210）的上方，所述金属布线层Ⅰ（210）或金属布线层Ⅱ（220）与电极（300）之间设置金属布线层Ⅲ（230），所述金属布线层Ⅰ（210）或金属布线层Ⅱ（220）与电极（300）之间通过金属布线层Ⅲ（230）连接，在最上层金属布线层（200）表面覆盖表面保护层（500），并设置表面保护层开口（501），所述表面保护层开口（501）的尺寸不大于电极（300）的尺寸。

2.根据权利要求1所述的一种薄型表面贴装电感器件，其特征在于：所述金属布线层Ⅰ（210）和金属布线层Ⅱ（220）通过折弯与电极（300）同一高度后与电极（300）连接。

3.根据权利要求1所述的一种薄型表面贴装电感器件，其特征在于：所述衬底（110）与金属布线层（200）之间设置钝化层（700）。 

4.根据权利要求1或3所述的一种薄型表面贴装电感器件，其特征在于：在电感线圈区域，所述金属布线层（200）呈螺旋状或条形状。 

5.根据权利要求1所述的一种薄型表面贴装电感器件，其特征在于：所述表面保护层开口（501）内设置金属保护层（600）。

6.根据权利要求1所述的一种薄型表面贴装电感器件，其特征在于：所述表面保护层开口（501）内设置电极端子（800），所述电极端子（800）的高度不超过20微米。

7.根据权利要求6所述的一种薄型表面贴装电感器件，其特征在于：所述电极端子（800）包括凸块（801）和凸块（801）顶端的焊锡帽（802）或包括凸块（801）和包覆在凸块（801）表面的凸块保护层（803）。

8.根据权利要求7所述的一种薄型表面贴装电感器件，其特征在于：所述电极端子（800）的凸块（801）中部以上尺寸大于表面保护层开口（501）的尺寸。

9.根据权利要求1所述的一种薄型表面贴装电感器件，其特征在于：在电极区域，所述电极（300）为金属布线层（200）的延伸。

10.根据权利要求1所述的一种薄型表面贴装电感器件，其特征在于：在电极区域，所述电极（300）为金属布线层（200）中的另一层或另两层。

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