DE10338471A1

DE10338471A1 - Miniaturisierte, magnetische Bauelemente und Verfahren zu ihrer Herstellung mit Hilfe von Wafer-Level-Technologie

Info

Publication number: DE10338471A1
Application number: DE2003138471
Authority: DE
Inventors: Robert Dr. Hahn
Original assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Current assignee: Fraunhofer Gesellschaft zur Forderung der Angewandten Forschung eV
Priority date: 2003-08-21
Filing date: 2003-08-21
Publication date: 2005-03-24

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft miniaturisierte magnetische Bauelemente und Arrays aus solchen Bauelementen, umfassend ein Substrat (1), eine darauf befindliche Leitbahnschicht (2), eine Struktur (5) aus einem ferromagnetischen Material bzw. mehrere solcher Strukturen (5) oder eine Schicht (12) aus diesem Material, mit einem elektrisch leitenden Material (8) ausgekleidete Öffnungen (7) oder mit elektrischen Leitbahnen versehene Flanken (7), die um die ferromagnetische(n) Struktur(en) (5) oder die ferromagnetische Schicht (12) hindurch angeordnet sind, wobei sich dieses Material (8) bzw. die Leitbahnen (8) in leitendem Kontakt mit der Leitbahnschicht (2) befindet/befinden, sowie eine strukturierte leitfähige Schicht (8), die sich oberhalb des ferromagnetischen Materials befindet und in leitendem Kontakt mit dem elektrisch leitenden Material in den Öffnungen (7) bzw. den Leitbahnen der Flanken (7) steht, derart, dass die strukturierte leitende Schicht (8), das elektrisch leitende Material (8) der Öffnungen (7) bzw. die Leitbahnen (8) der Flanken (7) und die Leitbahnschicht (2) eine Spulenwicklung um die Strukturen (5) oder um Kernbereiche der Schicht (12) bilden. Diese Bauelemente besitzen einen im Querschnitt von unten nach oben gesehen asymmetrischen Aufbau. Wenn das ferromagnetische Material der Struktur(en) (5) bzw. der Schicht (12) elektrisch leitend ist, sind rund um dieses Isolationsschichten vorgesehen. Die Bauelemene lassen sich in Wafer-Level-Technologie ...

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft miniaturisierte, im wesentlichen planare magnetische Bauelemente wie Magnetspulen, insbesondere Ringkern- oder Stabspulen, sowie solche Transformatoren, die auf Substraten, insbesondere Silicium-Wafern, angeordnet sind und sich durch Wafer-Level-Technologie herstellen lassen.

Während die IC-Integration kontinuierlich voranschreitet, gelang es bisher nicht, die zur Beschaltung notwendigen Bauelemente im gleichen Maße zu miniaturisieren. Insbesondere Spulen mit Magnetkern lassen sich nur schwer verkleinern. Sie werden beispielsweise in Spannungswandlern eingesetzt und sind die Ursache dafür, dass die Miniaturisierung der Spannungswandler deutlich hinter der Volumenreduktion der anderen Schaltungskomponenten hinterherhinkt. Zudem gehören Spulen zu den teuersten passiven Bauelementen. Da sie von Wickelmaschinen hergestellt werden, eignen sie sich nur schwer für eine integrierte Herstellung.

Um diesen Mangel zu beseitigen, wurden bereits Technologien für die Leiterplattenintegration und die Herstellung auf der Basis der LTCC-Technologie (Low-Temperature Cofired Ceramic) entwickelt.

Die Integration von Luftspulen ist bereits weit entwickelt, hat aber keine Bedeutung für größere Induktivitätswerte und Stromdichten.

Die Integration eines ferromagentischen Materials mit einer Permeabilität größer 1 in einen planaren Schichtaufbau muss kompatibel zu den anderen Herstellungsschritten sein. Als Spulendesign kann man zwischen drei wesentlichen Arten unterscheiden:

(1) die Wicklung erstreckt sich über mehrere Ebenen eines mehrlagigen Leitbahnaufbaus. Das Kernmaterial muß dabei in einer Öffnung der Leitbahnebenen eingebracht werden, um welche die Windungen verlaufen. Dieses Design ist geeignet, wenn kostengünstig viele Leitbahnlagen übereinander gestapelt werden können. Realisierungen gibt es vor allem für Multilayer-Leiterplatten mit nachträglich eingebrachtem Magnetkern und für die LTCC-Technologie.
(2) Spiralspulen können in einer einzigen Leitbahnebene hergestellt werden und benötigen lediglich eine Durchkontaktierung für die Herausführung eines der beiden Spulenanschlüsse. Das magnetische Material muß oberhalb und unterhalb der Spiralspule angeordnet werden. Zwischen beiden magnetischen Ebenen müssen Verbindungen sowohl im Zentrum der Spiralspule als auch im Außenbereich der Spule vorhanden sein. Diese Technologie ist dort vorteilhaft, wo zwei magnetische Ebenen kostengünstig hergestellt werden können. Realisierungen gibt es in LTCC-Technologie und in Form ein- oder mehrlagiger Leiterplatten, auf die von beiden Seiten schalenförmige Magnetkerne aufgesteckt werden, für deren Verbindung Durchbrüche in der Leiterplatte geschaffen werden.
(3) Planare Ringkern- oder Stabspulen benötigen eine integrierbare Lage magnetischen Materials und zwei Leitbahnebenen. Die Wicklungen um den magnetischen Kern werden mit Hilfe von Durchkontaktierungen (sogenannten Vias) zwischen der unteren und der oberen Leitbahnebene hergestellt. Die Ausführung hier ist in LTCC oder auch in Leiterplattentechnologie möglich.

In der US-Patentanmeldung 2002/070931 A1 wird beschrieben, wie eine durchgehende oder aus einzelnen Magnetkernen bestehende magnetische Lage zwischen zwei Leiterplattenebenen (starr oder flexibel) einlaminiert wird und Wicklungen mit Hilfe von Via-Prozessen hergestellt werden. Dieses Dokument offenbart, dass es nicht notwendig ist, die Magnetkerne zu strukturieren, da sich entsprechend der Anordnung der Wicklungen immer ein geschlossener magnetischer Fluss ausbildet.

In der US-Patentanmeldung 2002/0002771 A1 wird eine ähnliche Leiterplattentechnologie mit ferromagnetischer Ebene unter Nutzung mehrerer Leitbahnebenen beschrieben, wobei vor allem Stabspulen im Vordergrund stehen.

Auf diese Weise hergestellte Spulen können direkt in Leiterplattenschaltungsträger integriert oder durch anschließende Vereinzelung als miniaturiserte SMD-Bauelemente hergestellt werden.

Aufgrund des Platzbedarfs für die Durchkontaktierungen zwischen den beiden Leitbahnebenen durch das magnetische Material hindurch können nur wenige Vias insbesondere im Innenbereich von Ringkernspulen und damit geringe Windungszahlen und geringe Induktivitäten hergestellt werden. Dies trifft sowohl für die Leiterplattentechnologie als auch für die LTCC-Technologie zu. Es stehen bereits jetzt gewickelte SMD-Bauelemente mit Abmessungen kleiner 3 mm und einer Dicke von 0,5 mm zur Verfügung, so dass durch die beschriebenen Integrationstechnologien kein deutlicher Vorteil erzielbar ist.

Die Herstellung reiner Dünnfilmspulen sowohl als Spiral- oder Ringkernspulen wurde weiterhin in der Literatur beschrieben. Dabei wird das Kernmaterial galvanisch abgeschieden. Durch die begrenzte Schichtdicke sind dabei nur geringe Spulenströme realisierbar. Da die galvanischen Ferromagnete elektrisch gut leitfähig sind, ist eine weitere Begrenzung durch Wirbelstromverluste gegeben. Integrierte Induktivitäten als LTCC offenbaren die US 6.251.299 (Materialien für ferroelektrische LTCC-Tapes), die TW 0480499 (Material für LTCC) und die JP 11045809 (gestapelte Windungen in LTCC). Integrierte Induktivitäten in Leiterplatten offenbaren die US 2002/149461 (spezielles Spiralspuldesign) und die US 2002/070835 (jede LP-Lage eine Windung).

Während man in LTCC-Technologie auch Spiralspulen günstig in ein ferromagnetisches Material einbetten kann, ist dies in Leiterplatten-Aufbautechnologie nur schwer möglich, wo mit vertretbarem Aufwand nur eine magnetische Kernebene integriert werden kann. Ringkern- oder Stabspulen weisen außerdem günstigere Eigenschaften bei höheren Frequenzen auf. Aufgrund des Skineffekts ist bei Spiralspulen nur der sehr kleine Querschnittsbereich der Leitbahnen wirksam, der sich am Rand zwischen zwei benachbarten Leitbahnwindungen befindet. Außerdem ist die Feldverteilung im magnetischen Kernmaterial bei Spiralspulen viel inhomogener als bei Ringkern oder Stabspulen, wo deshalb die Sättigungsinduktion besser ausgenutzt, und somit höhere Spulenströme realisiert werden können.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Technologie bereitzustellen, mit der sich miniaturisierte magnetische Bauelemente wie Ringkern- und Stabspulen/Transformatoren der eingangs genannten Art mit noch deutlich kleineren Abmessungen, als sie mit Hilfe der Leiterplattentechnologie derzeit herstellbar sind, und/oder mit wesentlich besseren Induktivitätswerten pro Fläche erzeugen lassen. Die Vias der erfindungsgemäßen Spulen/Transformatoren können Durchmesser deutlich unter 200 μm, insbesondere unter 10-20 μm und bis hinunter zu etwa 1 μm aufweisen. Dementsprechend können die Bauelemente mindestens um das 10- bis 20fache, vielfach auch bis zum 100-200fachen verkleinert werden. Statt dessen oder zusätzlich können die Bauelemente eine wesentlich höhere Via-Dichte und damit eine sehr viel höhere Windungszahl aufweisen.

Mit der Erfindung soll es möglich sein, mit eingeführter, gut handhabbarer Technologie Arrays mit einer Vielzahl von solchen miniaturisierten magnetischen Bauelementen herzustellen, die nachträglich vereinzelt und ihrer weiteren Bestimmung zugeführt werden können. Dieselbe Technologie soll es aber auch ermöglichen, einzelne magnetische Bauelemente direkt integriert auf dem Substrat bereitzustellen, auf dem sie benötigt werden, z.B. auf einer Halbleiterschaltung, die weitere elektronische Bauelemente (aktive und passive Komponenten) tragen kann.

Erfindungsgemäß hat sich herausgestellt, dass die gestellte Aufgabe durch Anwendung von Wafer-Level-Prozessen gelöst werden kann. Unter diesem Ausdruck ist die Anwendung von Verfahrensschritten zu verstehen, wie sie bei der Herstellung und Strukturierung von Siliciumwafern gängig sind. Hierzu gehören unter anderen bekannten Verfahrensschritten auch Dünnfilm-, Folien- und Phototechniken. Dementsprechend stellt die Erfindung miniaturisierte magnetische Bauelemente gemäß Anspruch 1, Arrays mit einer Mehrzahl solcher Bauelemente gemäß Anspruch 3 sowie Verfahren zur Herstellung dieser Elemente oder Arrays gemäß Anspruch 25 bereit. Weitere Elemente der Erfindung sind Verwendungsvorschläge für die erfindungsgemäßen Bauelemente.

1 zeigt drei prinzipiell integrierbare Spulentypen: 1a – Ringkernspule, 1b – Spiralspule, 1c – Stabspule.
2 zeigt den Herstellungsprozess für einen vorstrukturierten Kern entsprechend 2d, 2e oder 3d.
3 illustriert ein alternatives Herstellungsverfahren, bei dem die ferromagnetische Lage erst nach Aufbringen auf das Trägersubstrat 1 strukturiert wird.
4 zeigt den Unterschied zwischen elektrisch leitfähiger und nicht leitfähiger ferromagnetischer Lage.
5 zeigt eine Ausführungsform mit einer durchgehenden ferromagnetischen Lage, die lediglich Löcher für die Vias aufweist.
6 zeigt eine Ausführungsform mit einer ferromagnetischen Lage, die größere Öffnungen für die Vias aufweist.
7 zeigt eine besondere Ausführungsform, bei der die Vias im Inneren der Ringkernspule versetzt sind.
8 zeigt die Herstellung von miniaturisierten Bauelementen mit magnetischen Komponenten, Induktivitäten wie Spulen, Trafos oder Mehrfachanordnungen von diesen.
9 zeigt die Integration eines erfindungsgemäßen magnetischen Bauelements auf der Oberseite einer aktiven Halbleiterschaltung.
Durch Herstellung von Ringkern- oder Stabspulen oder dergleichen mit Dünnfilmtechnik auf einem Substrat/Wafer mittels einer auflaminierten ferromagetischen Schicht können wesentlich höhere Induktivitätswerte pro Fläche hergestellt werden, da aufgrund der geringen Via-Durchmesser wesentlich mehr Windungen realisierbar sind. Durch galvanisches Verstärken der Leitbahnen, die vorzugsweise aus Kupfer bestehen, können Schichtdicken wie in der Leiterplattentechnologie hergestellt und somit gegenüber der LTCC-Technologie wesentlich höhere Spulengüten und höhere Spulenströme realisiert werden. Durch die geringeren Via-Abmessungen kann die Windungsanzahl gegenüber sowohl Leiterplattentechnologie als auch LTCC gesteigert werden.
Durch die Herstellungsmöglichkeit auf dem Si-Wafer oder ähnlichen Substraten können komplette miniaturisierte Systeme hergestellt werden. Es können kostengünstig mehrere Spulen oder Transformatoren als ein komplexer Aufbau mit hoher Anschlusszahl auch als Einzelbauelemente hergestellt werden. Durch die Kompatibilität zum Wafer-level-Packaging werden die Außenanschlüsse z.B. als flächig verteilte Lotkontakte (area bumps) einfach realisiert und SMD-Kompatibilität erzielt.
In der nachstehend beschriebenen besonderen Ausführungsform von Ringkernspulen mit nach außen hin verbreiterten Leitbahnen und Vias wird die Spulengüte weiter erhöht, die Zuverlässigkeit der Prozesse gesteigert und auch die Wärmeableitung der Spulen deutlich verbessert.
Die Herstellung der erfindungsgemäßen, im wesentlichen planaren Ringkernspulen, Stabspulen oder Transformatoren erfolgt wie erwähnt mit Hilfe von Wafer-Level-Prozessen. Ganz allgemein wird dazu auf einem Substrat, z.B. einem Silicium-Wafer eine erste Metallisierungsschicht oder Leitbahnschicht für den unteren Teil der Windungen hergestellt. Anschließend wird eine ferromagnetische Schicht, die in manchen Ausgestaltungen bereits Öffnungen enthalten oder strukturiert sein kann, aufgebracht, z.B. aufgeklebt. Zum Schluss werden Durchkontakte (Vias) zur unteren Leitbahn hergestellt, und durch eine obere, strukturierte Metallisierung werden die Windungen geschlossen, die in ihrem Inneren das ferromagnetische Material einschließen. Ein großer Vorteil der Erfindung liegt darin, dass die Durchkontaktierung und die obere, strukturierte Metallisierung in der Regel in ein- und demselben Schritt erfolgen kann. Die Strukturierungen können beispielsweise mit Hilfe der Fotolithographie erfolgen. Die Dicke der ferromagnetischen Lage liegt günstigerweise im Bereich von einigen μm, z.B. 1 bis 10 μm, bis zu ca. 200 μm, ggf. auch noch darüber. Bevorzugt sind Bereiche von etwa 50-200 μm. Falls das ferromagnetische Material elektrisch leitfähig ist, werden vorzugsweise dielektrische Beschichtungen abgeschieden, die den Magnetkern und dessen Öffnungen für die Vias isolieren. Aufgrund der großen, durch den Magnetkern bedingten Topografie werden Beschichtungen eingesetzt, die eine konforme Beschichtung auch der Seitenflanken ermöglichen.
Mit der erfindungsgemäßen Technik können z.B. einzelne magnetische Bauelemente hergestellt werden, insbesondere auf Siliciumwafern als Substrat. Dieses Substrat kann dann bei Bedarf als Substrat auch für weitere Komponenten wie Induktivitäten, Spulen, Trafos, weiterhin natürlich auch für weitere aktive oder passive elektronische Bauelemente dienen.
Alternativ kann die erfindungsgemäße Technik dazu genutzt werden, um Arrays mit einer Mehr- oder sogar Vielzahl magnetischer Bauelemente zu erzeugen. Dabei kann das ferromagnetische Material entweder bereits vorstrukturiert eingesetzt werden, wobei die einzelnen Elemente durch Stege verbunden sein können oder z.B. von einer Folie herunter auf die Unterlage aufgeklebt werden können, oder aber man verwendet eine ferromagnetische Schicht und versieht diese mit sehr kleinen, auf ihrer Oberfläche leitenden Öffnungen (Vias), die mit einer elektrischen Leitschicht unterhalb der ferromagnetischen Schicht sowie mit elektrisch leitenden Strukturen oberhalb dieser Schicht derart in Kontakt stehen, dass Wicklungen um einen virtuellen Kern entstehen. Diese Arrays können später ggf. in kleinere Einheiten getrennt oder vereinzelt werden.
Demzufolge ist das ferromagnetische Material in einer ersten spezifischen Ausführungsform der Erfindung eine durchgehende Schicht, in der nach Aufbringen auf dem Substrat Löcher für Durchkontaktierungen strukturiert werden. Für deren Justierung zur ersten Metallage kann die ferromagnetische Schicht Öffnungen im Bereich der Justiermarken besitzen. Das Herstellen der Öffnungen kann durch mechanisches Bohren, Laserbohren, aber auch Naß- oder Trockenätzen erfolgen. Ist die ferromagnetische Schicht selbst ein Multilayer, wird vorteilhaft durch einen mehrstufigen Ätzprozess strukturiert.
In einer alternativen spezifischen Ausführungsform der Erfindung besitzt das ferromagentische Material bereits Öffnungen für die Verbindung von unterer und oberer Leitbahnebene. Dies können sowohl runde Öffnungen für Vias sein als auch größere geöffnete Bereiche, die so gestaltet sind, daß ringkern- oder stabförmige Abschnitte in einer Matrix zusammengehalten werden. Diese können so ausgestaltet sein, dass sich darin eine, ggf. aber auch mehrere leitende Verbindungsbahn(en) anordnen lassen.
Die ferromagnetischen Lage kann beispielsweise auf dem Substrat aufgeklebt werden, indem vorher eine dünne Schicht eines Polymers aufgebracht wurde, welches nach Aufbringen der ferromagnetischen Lage und deren Justierung ausgehärtet wird.
Als Polymere können z.B. Epoxidharze, BCBs (Benzocylobutene), Polyimid u.a. verwendet werden, die aufgeschleudert, aufgesprüht, durch Roll- oder Tauchbeschichtung oder Elektrophorese oder mit Hilfe anderer Methoden aufgebracht werden. Die dielektrische Schicht muß alle Höhentoleranzen zwischen Substrat und ferromagnetischer Schicht ausgleichen und sollte so dünn wie möglich sein. Zur Planarisierung kann auch das chemisch-mechanische Polieren (CMP) eingesetzt werden.
Das ferromagnetische Material kann in einer Ausgestaltung der Erfindung elektrisch leitfähig sein. Dann werden isolierende dielektrische Beschichtungen der Oberseite und der Flanken bzw. Via-Öffnungen eingeführt, bevor die strukturierte Metallisierung erfolgt. Es ist auch möglich, die voranstehend erwähnte Klebschicht als untere dielektrische Schicht zu verwenden, sofern nichtleitende Polymer- oder andere Kleber verwendet werden. Aufgrund der großen, durch den Magnetkern bedingten Topografie werden in vorteilhafter Weise Beschichtungen eingesetzt, die eine konforme Beschichtung auch der Seitenflanken ermöglichen. Dies kann sein: Bedampfung, CVD, LPCVD, Plasmapolymerisation, Elektrophorese. Als Materialien können die gleichen verwendet wie zum Aufkleben der magnetischen Lage, oder aber andere Materialien, z.B. Parylene.
In einer speziellen Ausgestaltung der Erfindung besteht die ferromagnetische Schicht aus einem Sandwich (Multilayer) aus metallischen, magnetischen Schichten (bestehend z.B. aus Eisen, Nickel, Kobald, Magnesium, Mangan), die mit dünnen Isolierschichten verklebt sind, um die Wirbelstromverluste gering zu halten. Die Strukturierung von Öffnungen für Durchbrüche, Vias erfolgt dabei am günstigsten durch Stanzen.
Das Öffnen der Vias kann mit Hilfe von reaktivem Ionenätzen, photosensitiven Prozessen, Laserbohren oder Naßätzen durchgeführt werden. Der Via-Durchmesser kann ggf. bis zu 1000μm betragen. Allerdings sind kleinere Durchmesser aus den vorgenannten Gründen deutlich bevorzugt. Bereiche bis 100μm sind üblich; man kann jedoch ohne weiteres Durchmesser von ca. 10 bis 20μm, in vielen Fällen sogar ca. hinunter bis ca. 1 bis 5μm erreichen.
In einer besonderen Ausführungsform des Spulendesigns werden die Leitbahnen der Ringkernspulen von innen nach außen verbreitert. Stattdessen oder zusätzlich können im Außenbereich größere oder mehrere Vias angeordnet sein, um den Leitbahnwiderstand zu reduzieren.
In einer weiteren besonderen Ausführungsform sind die Vias im inneren der Ringkernspule versetzt angeordnet, um die Anzahl der Windungen zu maximieren.
Der Aufbau der erfindungsgemäßen Spulen und Transformatoren kann in verschiedenen Materialkombinationen realisiert werden. Für die vorgenannten besonderen Ausführungsformen des Spulendesigns (Verbreiterung der Leitbahnen nach außen; mehr Vias im Außenbereich als im Innenbereich; versetzte Anordnung der Vias im Inneren der Ringkernspulen) ist er dabei im Übrigen nicht auf die Wafer-Level-Technologie beschränkt. So kann er z.B. als Multilayer LTCC mit Ferrit-Tape Kernlagen und siebgedruckten metallischen Leitbahnen und Vias hergestellt werden. Eine alternative Möglichkeit ist es, die Bauelemente in Multilayer-Leiterplattentechnologie zu erzeugen, wobei eine ferromagnetischen Lage auf das Substrat auflaminiert wird, das zuvor mit Cu-Leitbahnlagen versehen wurde. Cu-Leitbahnlagen werden auch oberhalb der ferromagnetischen Lage angebracht, und beide Leitbahnlagen werden durch galvanisierte Vias verbunden, um die stromführenden Wicklungen zu realisieren.
Das ferromagnetische Material der erfindungsgemäßen magnetischen Bauelemente kann beliebig ausgewählt werden. Geeignet sind z.B. polymergebundene Ferrite, die üblicherweise eine relative Permeabilität im Bereich von etwa 10 bis 50 besitzen, als glaskeramische Folien gesinterte Ferrite mit einer relativen Permeabilität von in der Regel etwa 100 bis 500, Metallfolien, deren relative Permeabilitäten meist im Bereich von etwa 500 bis 1000 liegen, sowie sehr dünne (ab ca. 10-20 μm, aber auch ca. 0.1 bis 1mm) gesinterte Ferrit-Substrate mit relativer Permeabilität von 1000 bis 10000.
Als Trägermaterialien für die erfindungsgemäßen Bauelemente kann beispielsweise ein Si-Substrat (Wafer), ein Glassubstrat, ein Keramiksubstrat, eine Metallplatte oder ein Verbundwerkstoff wie Epoxidharz-Glasfasergewebe verwendet werden.
In einer spezifischen Ausgestaltung dient das Substrat nur als Hilfsmittel und Träger für die Herstellung der erfindungsgemäßen magnetischen Bauelemente, um die Herstellung mit Waferprozessen möglich zu machen. In dieser Ausgestaltung wird die Spulenlage nach Fertigstellung und Aufbringen von Kontakten von diesem Substrat wieder getrennt. Dafür kann z.B. eine Opferschicht und ggf. eine dielektrische Schicht zwischen Substrat und unterer Spulenmetallisierung eingefügt werden. Als Opferschicht eignet sich z.B. ein Polymer, welches dann mit Lösungsmitteln entfernt wird oder ein Metall, welches durch Nassätzen entfernt wird. Auf diese Weise können ultradünne Bauelemente hergestellt werden.
Die erfindungsgemäßen magnetischen Bauelemente können in einer Vielzahl von verschiedenen elektronischen und anderen miniaturisierten Bauteilen integriert werden. Anwendungsgebiete sind beispielsweise miniaturisierte SMD-Spulen und Transformatoren für beliebige Anwendungsgebiete der Elektronik. Vorteil ist insbesondere die sehr flache Bauform und die einfache Herstellung und Kontaktierung auch mit vielen Anschlüssen. Weiterhin eignen sie sich als Low profile Spannungswandler. Hauptanwendungsgebiet hierbei sind Spannungswandler mit sehr hoher Energiedichte und sehr flacher Bauform, guter Wärmeableitung. Darüberhinaus können die magnetischen Bauelemente für HF-Baugruppen, Endstufen, galvanische Trennungen, Entstördrosseln usw. eingesetzt werden. Ein spezifischer Anwendungsbereich eröffnet sich magnetischen Bauelementen, in denen kein Ringstrom erzeugt werden kann. Diese eignen sich z.B. als Magentfeldsensoren: Wird der geschlossene Ringkern unterbrochen, kann die Anordnung auch als Sensor verwendet werden. Wird der geschlossene Ringkern unterbrochen, kann die Anordnung auch dazu verwendet werden, ein über dem Magnetspalt beweglich angeordnetes magnetisches Element zu bewegen. Man erhält dann MEMS mit elektromagnetischer Aktorik. Schließlich sei beispielhaft auch noch das "System on Chip" genannt, miniaturisierte Anwendungen wie eGrain, die in einem kompakten Volumen von etwa 1mm³ bis etwa 1cm³ ein komplettes System enthalten.
Wenn sie als Bauelement für eine IC vorgesehen sind, kann die untere Metallisierung der Ringkernspulen gleichzeitig an die Anschlußpads des als Substrat dienenden ICs ankontaktiert und damit in einem Herstellungsschritt die Beschaltung des IC mit passiven Komponenten vorgenommen werden.
Die IC's mit auf der Oberfläche integrierten Spulen können beispielsweise Bestandteil eines dreidimensionalen IC-Stapels sein und damit Induktivitäten und Transformatoren platzsparend als Mikrosystem integrieren.
Die erfindungsgemäßen Spulen oder Trafos in Folien-Form können auch Bestandteil eines dreidimensionalen Stapels aus Folien mit anderen passiven Bauelementen und dünnen Halbleitern sein, wodurch sich kompakte Mikrosysteme aufbauen lassen.
Auf der fertiggestellten Spule kann ggf. eine Verdrahtungslage mit Anschlusskontakten, z.B. Ni, Au-Bumps, Lot-Bumps aufgebracht werden, so dass die IC mit integrierten Spulen oder der alleinige Spulen-Chip auf einer Leiterplatte kontaktiert werden kann.
Die erfindungsgemäßen magnetischen Bauelemente in Form von geschlossenen Spulen können als Induktivitäten im Frequenzbereich von 100 kHz bis 10 MHz als Speicherelement für Spannungswandler und im Bereich von 10 MHz bis 1 GHz für HF-Devices genutzt werden.
Ihre Windungen können ganz allgemein so angeordnet werden, dass sich in der Ebene der Lage des magnetischen Materials ein geschlossener magnetischer Fluss ergibt, wobei ringförmige oder auch rechteckige Designs möglich sind.
Die magnetischen Bauelemente können eine Wicklung, mehrere Wicklungen (Transformatoren, Übertrager) sowie Wicklungen mit mehreren Abgriffen besitzen.
Ein planarer Ringkern mit mehreren Wicklungen kann beispielsweise für eine miniaturisierte Ladungsausgleichelektronik für mehrzellige Batteriesysteme verwendet werden.
Planare Spulen können als Entstördrosseln genutzt werden.
Der Magnetkern muss nicht in jedem Fall geschlossen sein, sondern kann statt dessen auch eine Öffnung besitzt. Auf diese Weise kann die Spule als Magentfeldsensor genutzt werden oder Bestandteil eines Aktuators sein, indem ein in der Nähe der Unterbrechung des Magentkerns angeordneter beweglicher Magnet mit dem austretenden Feld der Spule in Wechselwirkung tritt.
Nachstehend soll die Erfindung anhand von Figuren und Ausführungsbeispielen näher erläutert werden.
1 zeigt drei mögliche, integrierbare Spulentypen: 1a – Ringkernspule, 1b – Spiralspule, 1c – Stabspule. Man erkennt, dass bei der Ringkern- und Stabspule für jede Windung zwei Vias hergestellt werden müssen, während die Spiralspule insgesamt nur zwei Vias benötigt. Die Spiralspule muß aber in das magnetische Material eingebettet sein, da der magnetische Kreis um die Windungen herum geschlossen werden muß, d.h. im Normalfall sind zwei Lagen (über und unter der Spule) notwendig, während Rinkern- und Stabspule mit jeweils einer Magnetlage (schwarz) auskommen, wobei sich (bei Ringkernspulen) ein magnetischer Kreis in der Ebene ergibt. Deshalb ist die vorliegende Erfindung vor allem für offene oder geschlossene, runde oder auch eckige Ringkernspulen sowie Stabspulen geeignet.
Die 2a-2d zeigen den Herstellungsprozess für einen vorstrukturierten Kern.
Wie aus 2a zu ersehen, wird auf dem an der Oberfläche isolierten Substrat 1 eine Leitbahn 2 für die untere Seite der Windung hergestellt. Dies geschieht z.B. durch Sputtern, Aufdampfen, galvanisch Verstärken. Die Schicht wird anschließend durch ein beliebiges Verfahren, vorzugsweise Fotolithografie mittels Semiadditivtechnik oder Ätzprozessen, strukturiert. Als Leitbahnmaterial wird vorzugsweise Kupfer oder Aluminium, Gold verwendet. Zumindest dann, wenn der später aufzubringende ferromagnetische Kern elektrisch leitfähig ist, sollte sodann eine elektrische Isolationsschicht 3 aufgebracht werden. Vorzugsweise wird photosensitives Polyimid, BCB oder ein Epoxidharz verwendet, um in einem Schritt die Via-Öffnungen herzustellen. Die Öffnungen können aber auch subtraktiv durch reaktives Ionenätzen oder Laserbearbeitung hergestellt werden. Die Schicht 3 sollte so dünn wie möglich sein, damit ein geringer Abstand zwischen den Leitbahnen 2 und der ferromagnetischen Schicht 5 entsteht. Anschließend wird eine dünne Klebstoffschicht 4 aufgebracht (z.B per Schleuder-, Sprüh-, Tauch-, Siebdruck-, Rakelbeschichtung) und die Lage mit der ferromagnetischen Schicht 5 (2b) damit aufgeklebt. Die Kernlage kann vorstrukturiert sein (2d, 2e, 3d) und/oder sie kann sich auf einer Trägerschicht befinden, die anschließend entfernt wird. Auf einer solchen formstabilen Trägerschicht können die einzelnen Magnetkerne auch schon völlig voneinander getrennt sein.
Günstigerweise erfolgt eine Lagejustierung der ferromagnetischen Lage in Bezug zu der ersten Metallisierung 2 beispielsweise mit Hilfe eines Waferbonders. Der Klebstoff wird anschließend ausgehärtet. Als Klebstoff können neben den üblichen Materialien auch BCB oder Polyimid verwendet werden. Die Schicht sollte ebenfalls möglichst dünn sein.
Zumindest wenn die ferromagnetische Kernlage 5 elektrisch leitend ist, sollte sie anschließend mit einer Isolationsschicht 6 abgedeckt werden. Dafür sollten vorzugsweise Prozesse verwendet werden, die eine gute Flankenbeschichtung (conformal coating) ermöglichen, wie Elektrophorese, Bedampfung von Polymeren wie Parylen, Sprühbeschichtung, Plasmapolymerisation, aber auch Aufschleudern; es können Materialien wie für Lage 3 verwendet werden. Anschließend erfolgt eine Strukturierung der Vias oder Flanken 7. Dabei wird vorzugsweise Lage 6 und die Klebstoffschicht 4 in einem Arbeitsgang strukturiert (z.B. durch reaktives Ionenätzen, Entwickeln von photosensitiven Polymeren, Laserbearbeitung, Nassätzen). Die Definition der Via-Öffnungen kann wiederum durch Fotolithografie erfolgen.
Wie aus 2c ersichtlich, erfolgt im letzten Schritt die strukturierte Herstellung der zweiten Metallisierung 8, bei der gleichzeitig die Windungen über die völlig durchmetallisierten Vias oder über andere elektrisch leitfähige Leitbahnstrukturen entlang der Flanken geschlossen werden. Es werden die gleichen Verfahren wie für die Metallisierung 2 verwendet. Anschließend kann noch eine Passivierungsschicht aufgebracht werden.
Falls der Kern 5 aus einem elektrisch nicht leitfähigen Material (Ferrit) besteht, können die Isolationsschichten 3 und 6 entfallen. Gegebenenfalls ist eine Schicht zur Planarisierung vorzusehen.
2d zeigt, wie Ringkernstrukturen 10 mittels Verbindungsstücken 9 zu einer einheitlichen Folie zusammengehalten werden. Die Teile 9 sollten im Anschlussbereich an die Ringe 10 möglichst eine geringere Breite als die Ringe 10 aufweisen. Eine spätere Trennung in vereinzelte magnetische Elemente oder in Gruppen solcher Elemente ist möglich.
2e zeigt, wie die Kerne 10 und die Halterungen 9 wiederum in einem Rahmen 11 angeordnet sein können, der seinerseits eine andere Breite haben kann.
In den 3a-3d ist die Herstellungstechnologie dargestellt, bei der die Strukturierung der ferromagentischen Lage erst auf dem Trägersubstrat 1 durchgeführt wird. Der Vorteil besteht darin, dass keine Justierung bei der Verbindung der ferromagnetischen Lage zu dem Substrat erfolgen muss und damit keine aufwendige Anlagentechnik (Waferbonder) erforderlich ist.
3a zeigt, dass die ersten Schritte identisch mit denen des in Verbindung mit 2 geschilderten Verfahrens sind.
Gemäß 3b wird dann eine ganzflächige Folie 12 aus ferromagnetischem Material aufgebracht. Diese Folie hat größere Durchbrüche nur im Bereich der Justiermarken (nicht in der Abb. gezeigt), um in den Folgeschritten zur unten auf dem Substrat befindlichen Metallisierung (2) justieren zu können.
3c zeigt die Herstellung von Öffnungen 13 in der Lage 12. Die Definition der Öffnungen erfolgt z.B. mittels Fotolithografie und Ätzprozessen oder Laserbearbeitung. Es können Löcher für jeweils einzelne Vias (14 in 3d) oder größere Öffnungen (15 in 2d und 2e) hergestellt werden, in denen dann jeweils mehrere Vias in Form von strukturierten elektrischen Leitbahnen dicht nebeneinander liegen. Größere Öffnungen sind gegebenenfalls technologisch einfacher herzustellen aufgrund der seitlichen Unterätzung.
3d demonstriert, wie sich der magnetische Fluss entsprechend der Anordnung der Windungen automatisch als geschlossener Ring 16 ausbildet, auch wenn keine Strukturierung des Kerns wie in 2d oder 2e erfolgt ist.
In den 4a und 4b ist der Unterschied zwischen elektrisch leitfähiger und nicht leitfähiger ferromagnetischer Lage dargestellt.
4a zeigt die Variante, in der die ferromagnetische Lage 5 elektrisch leitfähig ist (Beispiel: Metallfolien aus Fe, Ni, Co. Mn). In diesem Fall muss eine Isolierung (3,6) zwischen den Windungen (2,8) und der Schicht 5 und auch im Bereich der Vias 7 erfolgen.
Falls die ferromagnetische Lage 5 isolierend, z.B. Glaskeramik, Sinterkeramik (Beispiel: Ferrit) ist, können, wie in 4b gezeigt, die Metallisierungen für Windungen (2,8) und Vias (7) direkt aufgebracht werden.
Die 5 und 6 zeigen besondere Ausführungsformen mit nach außen verbreiterten Leitbahnen, um den elektrischen Widerstand der Wicklung zu reduzieren und damit die Spulengüte zu erhöhen.
Dabei zeigt 5 eine Ausgestaltung mit einer durchgehenden ferromagnetischen Lage, die lediglich Löcher für die Vias aufweist. Die untere Metallisierung der Windung 20 wird in der Mitte des Ringkerns durch ein Via 21 und im Außenbereich durch mehrere Vias 22 mit der Oberen Metallisierung der Wicklung 23 verbunden.
6 zeigt eine Ausführungsform mit einer ferromagnetischen Lage, die größere Öffnungen für die Vias aufweist. Die untere Metallisierung der Windung 20 wird in der Mitte des Ringkerns durch ein Via 21 und im Außenbereich durch ein gegebenenfalls größeres Via 24 oder auch durch mehrere Vias 22 mit der oberen Metallisierung der Wicklung 23 verbunden und wie in 6c gezeigt in der vorstrukturierten Magentkernlage angeordnet.
7 zeigt eine besondere Ausführungsform, bei der die Vias im Inneren der Ringernspule versetzt sind, um damit bei gegebenen Designregeln die Anzahl der Windungen zu steigern. Die Vias befinden sich dabei alternierend auf einem inneren Radius 25 und einem äußeren Radius 26.
8 zeigt ein Beispiel für die Herstellung von miniaturisierten Bauelementen mit magnetischen Komponenten, Induktivitäten wie Spulen, Trafos oder Mehrfachanordnungen von diesen. Auf der Oberseite der Wicklungen wird eine Isolationslage 31 aufgebracht sowie zusätzliche Kontaktmetallisierungen 33. Darauf können z.B. Lotkugeln 34 hergestellt werden. Anschließend wird das gemeinsame Substrat in chipgroße Bauelemente vereinzelt, die wie SMD – Bauelemente auf Leiterplatten aufgelötet oder gebondet werden können.
Um besonders dünne Bauelemente herzustellen, kann zwischen Substrat 1 und einer unteren Isolationsschicht 30 noch eine Opferschicht 32 vorgesehen werden, mit deren Hilfe das magnetische Bauelement vom Substrat 1 getrennt werden kann.
9 schließlich zeigt ein Beispiel für die Integration eines magnetischen Bauelements auf der Oberseite einer aktiven Halbleiterschaltung 35. Vom IC (35) sind die Anschlusspads 36 und die abschließende Chippassivierung 37 dargestellt. Die mit einer Wicklung um den Kern 5 fertiggestellte Induktivität wird dabei während der Herstellung der ersten Metallisierung (2) oder der 2. Metallisierung (8) mit den Anschlusspads des IC verbunden und somit gleichzeitig die Beschaltung des IC mit passiven Komponenten vorgenommen. Die Kernlage 5 kann auch eine Abschirmfunktion erfüllen.

Claims

Miniaturisiertes magnetisches Bauelement, umfassend die folgenden Bestandteile: (a) ein Substrat (1) (b) eine auf dem Substrat befindliche Leitbahnschicht (2), (c) eine Struktur (5) aus einem ferromagnetischen Material, (d) mit einem elektrisch leitenden Material (8) ausgekleidete Öffnungen (7) oder mit elektrischen Leitbahnen (8) versehene Flanken (7), die um die ferromagnetische Struktur (5) herum angeordnet sind, wobei sich das Material (8) bzw. die Leitbahnen (8) in leitendem Kontakt mit der Leitbahnschicht (2) befindet/befinden, (e) eine strukturierte, leitfähige Schicht (8), die sich oberhalb des ferromagnetischen Materials befindet und in leitendem Kontakt mit dem elektrisch leitenden Material in den Öffnungen bzw. den Leitbahnen der Flanken (7) steht, derart, dass die strukturierte leitende Schicht (8), das elektrisch leitende Material (8) der Öffnungen (7) bzw. die Leitbahnen (8) der Flanken (7) und die Leitbahnschicht (2) eine Spulenwicklung um die Struktur (5) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das magnetische Bauelement einen im Querschnitt von unten nach oben gesehen asymmetrischen Aufbau besitzt.
Array mit einer Mehrzahl von miniaturisierten magnetischen Bauelementen, umfassend die folgenden Bestandteile: (a) ein Substrat (1) (b) eine auf dem Substrat befindliche Leitbahnschicht (2), (c) mehrere Strukturen (5) oder eine Schicht (12) aus einem ferromagnetischen Material, (d) mit einem elektrisch leitenden Material (8) ausgekleidete Öffnungen (7) oder mit elektrischen Leitbahnen (8) versehene Flanken (7), die entweder um die ferromagnetischen Strukturen (5) herum oder durch die ferromagnetische Schicht (12) hindurch angeordnet sind, wobei sich das Material (8) bzw. die Leitbahnen (8) in leitendem Kontakt mit der Leitbahnschicht (2) befindet/befinden, (e) eine strukturierte leitfähige Schicht (8), die sich oberhalb des ferromagnetischen Materials befindet und in leitendem Kontakt mit dem elektrisch leitenden Material in den Öffnungen bzw. den Leitbahnen der Flanken (7) steht, derart, dass die strukturierte leitende Schicht (8), das elektrisch leitende Material (8) der Öffnungen (7) bzw. die Leitbahnen (8) der Flanken (7) und die Leitbahnschicht (2) eine Spulenwicklung um die Strukturen (5) oder um Kernbereiche der Schicht (12) bilden, dadurch gekennzeichnet, dass das Array einen im Querschnitt von unten nach oben gesehen asymmetrischen Aufbau besitzt.
Magnetisches Bauelement nach Anspruch 1 oder Array nach Anspruch 2, weiterhin umfassend: (f) eine erste elektrische Isolationsschicht (3) oberhalb der Leitbahnschicht (2) und unterhalb des ferromagnetischen Materials, die Öffnungen aufweist, die mit den Öffnungen oder Flanken (7) fluchten und ebenfalls mit elektrisch leitendem Material ausgekleidet sind oder elektrische Leitbahnen aufweisen, sowie (g) eine zweite Isolationsschicht (6), die zumindest das ferromagnetische Material abdeckt, die aber im Bereich der Öffnungen oder Flanken (7) und der mit diesen fluchtenden Öffnungen in der ersten elektrischen Isolationsschicht nicht vorhanden ist.
Magnetische Bauelement oder Array nach einem der Ansprüche 1 bis 3, weiterhin umfassend: (g) eine Klebstoffschicht, mit der die ferromagnetischen Strukturen (5) oder die ferromagnetische Schicht (12) auf der Leitbahnschicht (2) oder der ersten Isolationsschicht (3) befestigt ist.
Magnetisches Bauelement oder Array nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das das Substrat (1) ein Silicium-Wafer, ein Glassubstrat, ein Keramiksubstrat , eine Metallplatte oder eine Platte aus Verbundwerkstoff ist.
Magnetisches Bauelement oder Array nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ferromagnetische(n) Strukture(n) (5) oder die ferromagnetische Schicht (12) aus zwei oder mehr metallischen, magnetischen Schichten bestehen/besteht, die mit dünnen Isolierschichten verklebt sind.
Magnetisches Bauelement oder Array nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material der Struktur(en) (5) oder der Schicht (12) ein polymergebundener Ferrit, ein als glaskeramische Folie gesinterter Ferrit, eine ferromagnetische Sinterkeramik oder eine Metallfolie ist.
Magnetisches Bauelement oder Array nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die ferromagnetischen Strukturen (5) Ringkerne sind oder dass die Öffnungen durch die ferromagnetische Schicht (12) derart angeordnet sind, dass sich mindestens ein geschlossener magnetischer Fluss ausbildet, oder dass die ferromagnetischen Strukturen (5) Stabkerne sind.
Magnetisches Bauelement oder Array nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Isolationsschicht (31) oberhalb der leitenden Schicht (8).
Magnetisches Bauelement oder Array nach einem der voranstehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Opferschicht und ggf. eine dielektrische Schicht zwischen dem Substrat (1) und der Leitmetallschicht (2).
Magnetisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Substrat (1) weitere Komponenten trägt.
Magnetisches Bauelement nach einem der Ansprüche 1 oder 3 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass es eine Verdrahtungslage mit Anschlusskontakten aufweist.
Magnetisches Bauelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, erhalten durch Vereinzeln eines Arrays nach einem der Ansprüche 2 bis 10.
Magnetisches Bauelement nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauelement eine eckige Kernspule, eine geschlossene oder offene Ringkernspule oder eine Stabspule oder ein Transformator ist.
Magnetisches Bauelement nach Anspruch 14 in Form einer eckigen Kernspule oder einer geschlossenen Ringkernspule, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulenwicklung so angeordnet ist, dass sich in der Ebene der Lage des magnetischen Materials ein geschlossener magnetischer Fluss ausbilden kann.
Magnetisches Bauelement nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, dass es eine geschlossene Form und eine oder mehrere Wicklungen und/oder Wicklungen mit mehreren Abgriffen besitzt.
Verwendung eines magnetischen Bauelementes nach einem der Ansprüche 14 bis 16 in Form einer Stabspule als Sensorelement oder in Form einer offenen Ringkernspule als Magnetfeldsensor oder Bestandteil eines Aktuators, wobei der Magnetfeldsensor in der Nähe eines beweglichen Magneten angeordnet ist und die Wechselwirkung seines austretenden Feldes mit dem Magneten detektiert wird.
Verwendung eines magnetischen Bauelements nach einem der Ansprüche 14 bis 16 in Form einer Ringspule als Speicherelement für Spannungswandler, wobei die Induktivitäten im Frequenzbereich von 100 kHz bis 10MHz genutzt werden, oder als HF-Device, wobei die Induktivitäten im Frequenzbereich von 10 MHz bis 1 GHz genutzt werden.
Verwendung eines magnetischen Bauelements nach einem der Ansprüche 14 bis 16, worin das Bauelement einen planaren Ringkern mit mehreren Wicklungen aufweist, für die miniaturisierte Ladungsausgleichselektronik für mehrzellige Batteriesysteme.
Verwendung eines magnetischen Bauelements nach einem der Ansprüche 14 bis 16, worin das Bauelement einen planaren Ringkern aufweist, als Entstördrossel.
Verwendung eines magnetischen Bauelements nach einem der Ansprüche 14 bis 16 zur Herstellung eines miniaturisierten elektronischen Bauteils, insbesondere eines IC, wobei das Substrat (1) des Bauelements als Substrat für weitere aktive oder passive Bauelemente oder elektronische Komponenten dient.
Verwendung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, worin das Substrat (1) ein Silicium-Wafer ist.
Verwendung nach Anspruch 21 oder 22, dadurch gekennzeichnet, dass das miniaturisierte elektronische Bauteil ein IC ist, das Bestandteil eines dreidimensionalen IC-Stapels ist.
Verwendung nach einem der Ansprüche 14 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass das miniaturisierte elektronische Bauteil ein dreidimensionaler Stapel aus Folien mit zusätzlichen passiven Bauelementen und dünnen Halbleitern ist.
Verfahren zum Herstellen eines magnetischen Bauelements oder Arrays nach einem der Ansprüche 1 bis 10, umfassend die folgenden Schritte: (i) Bereitstellen eines Substrates (1) (ii) Aufbringen von Leitbahnen (2) auf dem Substrat (1), (iii) Aufbringen mindestens einer Struktur (5) oder einer Schicht (12) aus einem ferromagnetischen Material oberhalb der Leitbahnschicht, (iv) Einarbeiten von Öffnungen (7) oder Flanken (7) in das ferromagnetische Material, wenn diese sich nicht bereits beim Aufbringen der Struktur(en) (5) oder Schicht 12 darin befinden, wobei die Öffnungen bzw. Flanken so angeordnet sind bzw. werden, dass sie sich zu leitfähigen Strukturen der Leitbahnschicht (2) hin öffnen, (v) Auskleiden der Öffnungen (7) mit einem elektrisch leitenden Material (8), oder Versehen der Flanken (7) mit elektrischen Leitbahnen (8), derart, dass das leitende Material (8) bzw. die Leitbahnen (8) in Kontakt mit den leitfähigen Strukturen der Leitbahnschicht (2) steht, (vi) Aufbringen einer strukturierten leitfähigen Schicht (8) derart, dass diese zumindest teilweise oberhalb des ferromagnetischen Materials liegt und in leitendem Kontakt mit dem elektrisch leitenden Material in den Öffnungen (7) steht, derart, dass die strukturierte leitende Schicht (8), das elektrische leitende Material (8) der Öffnungen (7) bzw. die Leitbahnen (8) der Flanken (7) und die Leitbahnschicht (2) eine Spulenwicklung um die Struktur(en) (5) oder um Kernbereiche der Schicht (12) bilden.
Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, dass die Schritte (v) und (vi) als ein einziger Schritt gleichzeitig ausgeführt werden.
Verfahren nach Anspruch 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material (5, 12) ein elektrisch leitendes Material ist, dass vor dem Aufbringen dieses Materials eine elektrische Isolationsschicht (3) aufgebracht und mit Öffnungen (7) versehen wird, die mit den Öffnungen oder Flanken (7) im ferromagnetischen Material und mit den genannten leitfähigen Strukturen fluchten, und dass nach dem Aufbringen des ferromagnetischen Materials eine zweite Isolationsschicht (6) aufgebracht wird, die im Bereich der Öffnungen oder Flanken (7) und der mit diesen fluchtenden Öffnungen in der ersten elektrischen Isolationsschicht nicht vorhanden ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material bereits Öffnungen (7) aufweist, wenn es aufgebracht wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material aus einer einzelnen Struktur (5) oder einer Mehrzahl von nicht miteinander verbundenen Strukturen (5) besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material eine vorstrukturierte Schicht ist, die aus über Stege verbundenen Strukturen (5) besteht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (5) in Bezug zur Lage der Leitbahnschicht (2) justiert werden, bevorzugt mit Hilfe eines Waferbonders.
Verfahren nach einem der Ansprüche 28 bis 31, dadurch gekennzeichnet, dass die Strukturen (5) von einer Trägerschicht herunter aufgebracht und die Trägerschicht dabei oder sodann entfernt wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 27, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material eine durchgehende Schicht (12) ist, ggf. mit Ausnahme von Öffnungen für Justiermarken, und nach dem Aufbringen dieser Schicht Öffnungen in dieser hergestellt werden.
Verfahren nach Anspruch 33, dadurch gekennzeichnet, dass die Öffnungen durch mechanisches Bohren, Laserbohren, Nass- oder Trockenätzen erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 34, dadurch gekennzeichnet, dass das ferromagnetische Material aufgeklebt wird, indem zuerst eine Polymerschicht aufgebracht und diese nach Aufbringen des ferromagnetischen Materials und dessen Justierung ausgehärtet wird.