TW201742085A - 堆疊式線圈結構及其製造方法 - Google Patents

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Abstract

一種堆疊式線圈結構，包括第一包封層及位於第一包封層的第一線圈。第一包封層的頂面共平面於第一線圈的頂面，且第一包封層的底面共平面於第一線圈的底面。配置於第一包封層上方的第二包封層。位於第二包封層的導通孔，第一導通孔電性耦合於第一線圈。配置於第二包封層上方的第三包封層。位於第三包封層的第二線圈。第三包封層的頂面共平面於第二線圈的頂面，且第三包封層的底面共平面於第二線圈的底面。本發明更提供一種堆疊式線圈的製造方法。

Description

堆疊式線圈結構及其製造方法
本發明是有關於一種堆疊式線圈結構及其製造方法，且特別是有關於一種用於整合扇出型封裝上的無線充電結構的堆疊式線圈結構及其製造方法。
無線充電是目前越來越熱門的充電技術。無線充電有時會被認為是感應充電(inductive charging)，其利用電磁場在能量傳送器與能量接收器之間傳送能量。能量經由電感耦合(inductive coupling)傳送至電子元件。電子元件可接著使用能量來對電子裝置的電池充電或使電子元件運作。感應充電利用第一感應線圈以從傳送器創造交替的電磁場。第二感應線圈把能量轉換回電流，以對電池充電或是直接驅動電子元件。當這兩個感應線圈接近彼此會形成電變壓器(electrical transformer)。
本發明的一種堆疊式線圈結構，包括第一包封層、第一線圈、第二包封層、第一導通孔、第三包封層及第二線圈。第一線圈位於所述第一包封層，其中所述第一包封層的頂面共平面於所述第一線圈的頂面，且所述第一包封層的底面共平面於所述第一線圈的底面。第二包封層配置於所述第一包封層上方。第一導通孔位於所述第二包封層，其中所述第一導通孔電性耦合於所述第一線圈。第三包封層配置於所述第二包封層上方。第二線圈位於所述第三包封層，其中所述第三包封層的頂面共平面於所述第二線圈的頂面，且所述第三包封層的底面共平面於所述第二線圈的底面。
本發明的一種堆疊式線圈結構，包括第一模塑化合物、第二模塑化合物、第三模塑化合物、第四模塑化合物、第五模塑化合物、第一線圈、第二線圈及第三線圈。第二模塑化合物配置於所述第一模塑化合物上方。第三模塑化合物配置於所述第二模塑化合物上方。第四模塑化合物配置於所述第三模塑化合物上方。第五模塑化合物配置於所述第四模塑化合物上方。第一線圈位於所述第一模塑化合物內。第二線圈位於所述第三模塑化合物內。第三線圈位於所述第五模塑化合物內，其中沒有線圈形成於所述第二模塑化合物及所述第四模塑化合物內。
本發明的一種堆疊式線圈結構的製造方法，包括於載台上方形成第一線圈；於第一包封層內包封所述第一線圈；於所述第一線圈及所述第一包封層上方形成第一介電層；於所述第一介電層上方形成第一金屬柱；於第二包封層內包封所述第一金屬柱；於所述第一金屬柱及所述第二包封層上方形成第二介電層；於所述第二介電層上方形成第二線圈；於第三包封層內包封所述第二線圈；以及形成連接至所述第一線圈及所述第二線圈的多個電連接件。
以下揭露內容提供用於實施所提供的標的之不同特徵的許多不同實施例或實例。以下所描述的構件及配置的具體實例是為了以簡化的方式傳達本揭露為目的。當然，僅僅為實例而非用以限制。此外，本揭露在各種實例中可使用相同的元件符號及/或字母來指代相同或類似的部件。元件符號的重複使用是為了簡單及清楚起見，且並不表示所欲討論的各個實施例及/或配置本身之間的關係。
另外，為了易於描述附圖中所繪示的一個構件或特徵與另一組件或特徵的關係，本文中可使用例如「在。。。下」、「在。。。下方」、「下部」、「在…上」、「在…上方」、「上部」及類似術語的空間相對術語。除了附圖中所繪示的定向之外，所述空間相對術語意欲涵蓋元件在使用或操作時的不同定向。設備可被另外定向（轉動90度或在其他定向），而本文所用的空間相對術語相應地作出解釋。
此處所揭露的實施例是採用具體用語進行揭露。其他實施例考慮到其他應用，此領域具有通常知識者在閱讀本揭露內容之後已經可以輕易地聯想到其他應用。值得注意的是，此處所揭露的實施例並無必要說明所有出現於結構中的元件或特徵。舉例而言，單個元件的複數型態可能於圖式中省略，例如單個元件的說明將足以傳達多個實施例中的不同樣態。此外，此處所討論的方法實施例可依照特定的順序進行；然而，其他方法實施例亦可依照任何一種符合邏輯的順序進行。
此處依據一些實施例提供多個線圈模組與多種形成線圈模組的方法。依據一些實施例繪示形成線圈模組的多種中間階段(intermediate stages)。也討論一些實施例中的不同變化。下面採用相同或相似的元件符號貫穿這些不同的實施例與示意圖中。
圖1A依據本發明的一些實施例繪示線圈模組101的俯視圖，線圈模組101包括位於其內的線圈100。如圖1C與圖1D所示，線圈100形成在多個包封層102、104、106、108及110內。
請參閱圖1B，其依據一些實施例繪示線圈100的示意圖，線圈100包括並聯的多個線圈112、114、116。線圈112、114、116分別具有多個端子CA1、CA2、CA3。此外，線圈112、114、116的多個端子連接至一起以形成共用端子CB。根據本發明的一些實施例，當線圈100被用來形成如圖20A、圖20B與圖20C的積體電路時，端子CB是電性接地節點(electrical ground node)，其連接至電性接地。
依據本發明的一些實施例，線圈112、114、116形成螺線(spirals)，其中線圈112、114、116的外端為端子CA1、CA2、CA3，且線圈112、114、116的內端連接到一起以形成共用端子CB。依據一些替代的實施例(未繪示)，線圈112、114、116的外端互連(interconnected)以形成共用端子CB，而線圈112、114、116的內端為端子CA1、CA2、CA3。
圖1C繪示線圈模組101的剖面圖，此剖面從圖1A中包括1C-1C線段的平面所得到。如圖1C所示，這些線圈116、114、112分別形成於多個包封層110、106、102內。線圈116、114、112的每一者具有所繪示的平面的長邊。由於線圈112、114形成在較低的包封層，多個導通孔122、124、126、128及多個直通模塑導通孔(through molding via)134、136、138、140，這些也被視為金屬柱，被形成以將線圈112、114連接至線圈模組101的頂面。多個電連接件142、144、146形成於線圈模組101的頂面，且可分別作為端子CA1、CA2、CA3。電連接件142、144、146可以是凸塊下金屬(Under-Bump Metallurgies，UBMs)、金屬接墊、金屬柱或類似物，且也可以或不可以包括焊區(solder regions)。
依據一些實施例，這些包封層102、104、106、108、110由模塑化合物(molding compounds)、模塑底填膠(molding underfills)、環氧化物(epoxies)、樹脂(resins)、或類似物所組成。多個介電層152、154、156、158被形成，以將這些包封層102、104、106、108、110分離於彼此，其中介電層152、154、156、158內形成有這些導通孔122、124、126、128以電互連(electrical interconnection)。
圖1D繪示線圈模組101的剖面圖，此剖面從圖1A中包括1D-1D線段的平面得到。此剖面圖橫截共用端子CB及線圈112、114、116的一些側面(sides)。依據一些實施例，電連接件148作為共用端子CB或被連接於共用端子CB。此外，電連接件148連接至多個直通模塑導通孔與位在這些介電層內的多個導通孔，以將線圈112、114、116連接至共用端子CB。
圖2A、圖2B及圖2C依據一些實施例繪示線圈模組101的透視圖、俯視圖及示意圖。除了線圈112、114、116以串聯的方式形成線圈100之外，這些實施例的線圈100相似於圖1A至圖1D的線圈100。請參閱圖2A，線圈112、114、116分別形成在包封層102、106、110內。線圈116的外端116A透過垂直連接線162A連接至線圈114的外端114A，垂直連接線162A包括兩導通孔及一個直通模塑導通孔。線圈114的內端114B透過垂直連接線162B連接至線圈112的內端112B。線圈112的外端112A透過垂直連接線162C連接至線圈模組101的頂部，垂直連接線162C包括如圖2D所示的多個導通孔及多個直通模塑導通孔。外端116A連接至(或作為)線圈100的端子CB，且連接線162C的頂端連接至(或作為)線圈100的端子CA。
圖2B繪示線圈模組101的俯視圖，其繪示端子CA、CB。在圖2B的視角中，線圈116重疊於(overlaps)線圈114與線圈112。圖2C繪示線圈100的示意圖，線圈100包括以從上到下的圖案(head-to-end pattern)串聯的線圈112、114、116。
圖2D繪示線圈模組101的剖面圖，此剖面從圖2B中包括2D-2D線段的平面而得到。此剖面圖橫截共用端子CA及線圈112、114、116的一些側面。多個垂直連接線(電連接件)162A、162C(參考圖2A)也繪示於此平面中。
圖2E繪示線圈模組101的剖面圖，此剖面從圖2B中包括2E-2E線段的平面而得到。此剖面圖橫截共用端子CB且呈垂直線圈112、114、116的一些側面的方向。垂直連接線(電連接件)162B(參考圖2A)也繪示於此平面中。
圖3A、圖3B及圖3C至圖3F依據一些實施例繪示線圈模組101的俯視圖、示意圖與多個剖面圖。除了線圈112、114、116不連接於彼此之外，這些實施例的線圈100相似於如圖1A至1D所示的線圈100。線圈112、114、116的集成藉由如圖20A、圖20B及圖20C所示的積體電路來表現。
如圖3B所示，線圈100包括不互連的多個獨立線圈116、114、112。線圈116包括端子CA1、CB1。線圈114包括端子CA2、CB2。線圈112包括端子CA3、CB3。如圖3A所示，線圈116可重疊於線圈114與線圈112。
圖3C繪示線圈模組101的剖面圖，此剖面圖從圖3A中包括3C-3C線段的平面而得到。此剖面圖橫截端子CA1、CA2、CA3，且沿著平行於(或是切割)線圈112、114、116的每一者的長邊的方向延伸。如圖3C所示，在所繪示的平面中，線圈112、114、116的每一者連接至端子CA1、CA2、CA3的其中一者。
圖3D繪示線圈模組101的剖面圖，此剖面圖從圖3A中包括3D-3D線段的平面而得到。此剖面圖橫截端子CB3，且沿著垂直於(或是切割)線圈112、114、116的每一者的長邊的方向延伸。如圖3D所示，線圈112透過多個直通模塑導通孔與位在介電層內的多個導通孔連接至端子CB3。
圖3E繪示線圈模組101的剖面圖，此剖面圖從圖3A中包括3E-3E線段的平面而得到。此剖面圖橫截端子CB2，且沿著垂直於(或是切割)線圈112、114、116的每一者的長邊的方向延伸。如圖3E所示，線圈114透過多個直通模塑導通孔及位在介電層內的多個導通孔連接至端子CB2。
圖3F繪示線圈模組101的剖面圖，此剖面圖從圖3A中包括3F-3F線段的平面而得到。此剖面圖橫截端子CB1，且沿著垂直於(或是切割)線圈112、114、116的每一者的長邊的方向延伸。如圖3F所示，線圈116透過直通模塑導通孔及位在介電層內的導通孔連接至端子CB1。
圖23A與圖23B依據一些實施例繪示多個線圈模組101的透視圖，其中線圈116重疊於線圈112、114，線圈112、114的至少一者相對於其他線圈轉動(rotated)一角度。請參閱圖23A，線圈模組101包括線圈112、114、116，其中線圈114重疊於線圈112，且線圈116重疊於線圈114。依據一些實施例，線圈112、114、116的每一者具有矩形的形狀。線圈112、116的這些邊(金屬線)平行於X方向或Y方向，其中X方向與Y方向垂直於彼此。但線圈114的這些邊既不平行也不垂直於X方向與Y方向。據此，其可被看成線圈114的這些邊相對於X方向與Y方向(線圈112、116的方向)轉動介於(但不包括)0度與90度之間的角度。
圖23B依據一些實施例繪示線圈模組101的透視圖。線圈112、114、116其中一者(例如是所繪示的線圈112)的這些邊平行於X方向或Y方向，其中X方向垂直於Y方向。線圈116、114皆不具有平行或垂直於X方向或Y方向的邊。據此，線圈112、114、116的每一者相對於其他線圈轉動介於(但不包括)0度與90度之間的角度。
線圈112、114、116的連接未繪示於圖23A與圖23B。線圈112、114、116在圖23A與圖23B的任一者中的連接方式可以如圖1B、圖2C與圖3B中的任一者。
圖20A是依據一些實施例繪示包括如圖1A至1D與圖23A及圖23B所示的線圈100的例示性的無線充電電路300的電路圖。無線充電電路300包括用來傳遞能量的能量傳遞電路302及用來接收能量的能量接收電路304。能量傳遞電路302包括交流電轉接器306、微控制器(MCU)與藍牙線路308、能量傳遞(TX)線圈310及藍牙訊號天線312。能量接收電路304包括藍牙訊號天線314、能量接收線圈100、匹配電路316、充電積體電路(charging IC)318、藍牙晶粒320、電源管理積體電路(Power Management Integrated Circuit，PMIC)322、系統電路324及電池326。可理解的是此處僅繪示示意性的無線充電電路，所有具有不同設計的其他無線充電電路被囊括在本發明的這些實施例中。
依據一些例示性的實施例，交流電轉接器306提供能量至能量傳遞(TX)線圈310。微控制器與藍牙線路308例如可與藍牙晶粒320協調(negotiate)以決定能量傳遞的量值與時機，用來協調的藍牙訊號透過藍牙訊號天線312、314來傳送與接收。例如，當能量傳遞電路302與能量接收電路304之間的距離足夠小，且/或當在電池326內儲存的能量低於預定的臨界位準(pre-determined threshold level)，透過協調，無線能量可被送出。
當判定應該要傳輸能量時，能量傳遞電路302可透過磁場的形式在高頻下(例如6.78 MHz)開始傳輸能量。能量透過線圈310傳遞。線圈100接收能量，且供應各自的(respective)電流至具有交流-直流轉換器(AC-DC converter)的充電積體電路318。電源管理積體電路322可具有直流-直流轉換(DC to DC conversion)的功能、電池充電、線性調節(linear regulation)、能量排序(power sequencing)及其他雜項系統能量(miscellaneous system power)的功能。系統電路324處理邏輯功能。被轉換的能量充電至電池326。
如圖20A所示，線圈100可具有如圖1A至圖1D所示的結構，線圈100具有端子CA1、CA2、CA3及共用端子CB這四個端子，其依據一些實施例連接至匹配電路316。線圈112、114、116所提供的能量被匹配電路316與充電積體電路318結合。據此，線圈112、114、116如單一個線圈般地作動。
圖20B依據一些實施例繪示出採用如圖2A至圖2E所示的線圈100的例示性的無線充電電路300的電路。如圖20B所示的線圈100包括如圖2C所示的串聯的線圈112、114、116。線圈100的功能相似於圖20A中所繪示的內容，此處不再多加贅述。
圖20C依據一些實施例繪示出採用如圖3A至圖3F所示的線圈100的例示性的無線充電電路300的電路。如圖20C所示的線圈100包括如圖3B所示的三個分離的線圈112、114、116。線圈100的功能相似於圖20A中所繪示的內容，此處不再多加贅述。這些分離的線圈112、114、116所接收到的能量被匹配電路316且/或充電積體電路318結合。據此，線圈112、114、116如單一個線圈般地作動。
圖4A至圖19B依據一些例示性的實施例繪示形成線圈模組101時的中間階段(intermediate stages)的剖面圖。各別的形成步驟也表示在如圖22所示的流程200中。圖4A至圖19B所繪示的形成製程的例子是以圖1A至圖1D的實施例為例來解釋形成製程。圖2A至圖2E與圖3A至圖3F的這些實施例除了這些線圈100的線路佈局改變之外，可以採用基本上相同於圖4A至圖19B中所繪示的形成製程來製作。在每一個繪示的步驟中，會顯示兩個視角的剖面圖，其中具有包括字母“A”且沿著數字(digit)順序的圖號的剖面圖是從圖1A中1C-1C線段的相同的垂直面而得到，具有包括字母“B”且沿著數字順序的圖號的剖面圖是從圖1A中1D-1D線段的相同的垂直面而得到。
圖4A與圖4B繪示載台20及形成在載台20上的介電層22。載台20可以是玻璃載台、陶瓷載台或類似物。載台20可在俯視的視角下呈圓形(round)，且可以是矽晶圓的尺寸。載台20上可以配置有釋放層(未繪示)，其中釋放層可以是由光熱轉換塗層(Light To Heat Conversion coating，LTHC coating)形成。光熱轉換塗層可以與載台20一同被移除於將要在後續步驟中所形成的重疊結構。
依據本發明的一些實施例，如同在圖22的流程中的步驟202所表示地，在釋放層的上方形成介電層22。在最終產品中，介電層22可以作為鈍化層以將重疊的金屬特徵(metallic features)隔離於濕氣與其他的有害物質(detrimental substances)所產生的不良影響。介電層22可以由聚合物形成，其也可以是光敏材料，例如是聚苯并噁唑(polybenzoxazole，PBO)、聚醯亞胺(polyimide)、苯環丁烷(benzocyclobutene，BCB)或類似物。依據本發明的一些替代的實施例，介電層22是由無機材料形成，其可以是氮化物(例如是矽氮化物)、氧化物(例如是氧化矽、磷矽玻璃(PhosphoSilicate Glass，PSG)，矽硼玻璃(BoroSilicate Glass，BSG)、摻硼磷矽玻璃(Boron-doped PhosphoSilicate Glass，BPSG)或類似物。
種子層24例如透過物理氣相沉積(PVD)形成在介電層22上方。種子層24可以是由銅、鋁、鈦或上述的複合層所形成。根據本發明的一些實施例，種子層24包括鈦層(未繪示)與形成在鈦層上方的銅層(未繪示)。依據一些替代的實施例，種子層24包括單一個銅層。如同在圖22的流程中的步驟204所表示，光阻26形成在種子層24上方，且被圖案化以形成多個開口28。若從俯視的視角來看圖4A與圖4B，開口28呈螺線(spiral)。
圖5A與圖5B繪示線圈112的形成，如同在圖22的流程中的步驟206所表示，線圈112的形成包括在開口28(圖4A與圖4B)內與種子層24上方電鍍金屬材料。線圈112可包括銅、鋁、鎢、鎳或上述的合金。在電鍍線圈112之後，光阻26被移除，所形成的結構如圖5A與圖5B所示。種子層24(圖4A)先前被光阻26覆蓋的部位被暴露出來。接著進行蝕刻的步驟以移除種子層24外露的部分，其中蝕刻可以是不等向性(anisotropic)或等向性(isotropic)蝕刻。換句話說，種子層24被線圈112重疊的部分未被蝕刻。在整個說明中(Throughout the description)，種子層24仍然被重疊的部位被視為是線圈112的底部。當形成種子層24的材料相似或相同於形成重疊的線圈112的材料時，種子層24可以被併入(merge)於線圈112而在之間無明顯的介面。因此，在接下來的圖式中未繪示種子層24。依據本發明的一些替代的實施例，種子層24與線圈112的重疊電鍍部分之間也可以存在可分辨出的介面。
接著，請參閱圖6A與圖6B，包封材料(層)102包封(有時會稱模塑)線圈112。如同在圖22的流程中的步驟208所表示。包封材料102填充於線圈112的鄰近部位之間的縫隙。包封材料102可包括聚合物基材，且可包括模塑化合物、模塑底填膠、環氧化合物、且/或樹脂。在包封製程中，包封材料102的頂面高於線圈112的頂面。包封材料102可包括環氧化合物基材及在環氧化合物基材內的填料。填料可以是具有相同直徑或不同直徑的球型微粒。填料例如可以是由二氧化矽(非晶二氧化矽)、乾磨微晶石灰石(dry-ground micritic limestone)形成。
在接下來的步驟中，進行如化學機械拋光(CMP)製程或機械研磨(mechanical grinding)製程的平坦化加工(planarization)製程，以降低包封材料102的頂面高度，直到線圈112外露，如同在圖22的流程中的步驟208所表示。由於平坦化加工，線圈112的頂面實質上齊平(共平面)於包封材料102的頂面。依據一些實施例，在平坦化加工之後，線圈112的高度H1(圖6B)大約在100微米至150微米的範圍之間，且線圈112的寬度W1大約在100微米至400微米的範圍之間。寬度/高度的比率(W1/H1)大約可以在2/3至4.0的範圍之間。
圖7A與圖7B依據一些實施例繪示介電層152及介電層152內的導通孔122的形成。如同在圖22的流程中的步驟210所表示。相較於導通孔122比直通模塑導通孔134(圖9A與圖9B)先形成，依據一些替代的實施例，導通孔122與直通模塑導通孔134在相同製程中形成。根據本發明的一些實施例，介電層152包括有機介電材料，其可以是聚苯并噁唑、聚醯亞胺、苯環丁烷或類似物的聚合物。依據一些替代的實施例，介電層152由無機介電材料形成，例如是氧化矽、氮化矽、碳化矽或類似物。導通孔122形成於介電層152內，其中導通孔122的形成製程例如可包括在介電層152內形成開口以暴露線圈112，且接著在開口內電鍍金屬。導通孔122可以是由銅、鋁、銀、鎳、鎢或其合金所形成。
圖8A至圖9B繪示分隔介電層(separation dielectric layers)與位於其內的直通模塑導通孔的形成。請參閱圖8A與圖8B，種子層30形成在介電層152與導通孔122上方。種子層30的材料例如可以相似於種子層24(圖4A與圖4B)的材料，且例如可採用物理氣相沉積(PVD形成。光阻32形成在種子層30上方，且接著被圖案化以形成開口34，如同在圖22的流程中的步驟212所表示。接著，如同在圖22的流程中的步驟214所表示，進行電鍍製程以電鍍直通模塑導通孔134，其後移除光阻32且蝕刻種子層30外露的部分。產生的結構如圖9A與圖9B所示。
依據本發明的一些替代的實施例，導通孔122與直通模塑導通孔134以相同製程形成，製程包括有在介電層152內形成開口、形成具有一部分位在介電層152上方且部分延伸至開口內的種子層、形成且圖案化光阻32、電鍍以形成導通孔122與直通模塑導通孔134、移除光阻32、且蝕刻種子層。
在接下來的步驟中，如圖22的流程圖所示，可以重複這些製程步驟以形成重疊結構，其中可以重複進行步驟204、206、208、210、212、216及216中的一些步驟。圖10A與圖10B繪示將直通模塑導通孔134包封於包封材料104內，且對包封材料104及直通模塑導通孔134進行平坦化加工，如同在圖22的流程中的步驟216所表示。包封材料104的材料與形成方式相似於包封材料102的材料與形成方式。包封材料104具有擴大線圈112與重疊的線圈114之間的距離至足夠大，以降低線圈112與114之間的干擾的功能。
圖11A與圖11B依據一些實施例繪示介電層154與介電層154內的導通孔124的形成。介電層154與導通孔124的形成製程與材料可以分別採用相同於介電層152與導通孔122形成製程與材料，此處不再多加贅述。
接下來的製程如圖12A至圖18B所示，可採用相似於如圖4A至圖10B中所表示的位在下方的特徵(underlying features)的形成方法與材料，來形成線圈、導通孔、直通模塑導通孔、介電層與包封材料。詳細的方法與材料可以參閱圖4A至圖10B的討論而不再贅述。
如圖12A至圖13B所示，形成線圈114。請參閱圖12A與圖12B，形成種子層36。光阻38被配置在種子層36上方，且接著被圖案化，以形成位於其內的開口40。請參閱圖13A與13B，形成線圈114，其接著如圖14A與圖14B所示地，包封材料106包封線圈114。圖15A與圖15B繪示介電層156、介電層156內的導通孔126及直通模塑導通孔138的形成。如圖16A與圖16B所示，包封材料108接著包封直通模塑導通孔138，接著進行平坦化加工。圖17A與圖17B繪示線圈116的形成。
接著，如圖18A與圖18B所示，包封材料110(標示於圖19A)包封線圈116，接著進行平坦化加工以暴露出線圈116。介電層160(標示於圖19A)接著形成在線圈116與包封材料110上方。如同在圖22的流程中的步驟218所表示。接著形成電連接件142、144、146(圖18A)以分別作為各線圈116、114、112的端子CA1、CA2、CA3。如同在圖22的流程中的步驟220所表示。同時，形成電連接件148(圖18B)以作為端子CB。在接下來的步驟中，位在載台20上方的結構分離於載台20，所產生的結構分別如圖19A與圖19B所示。可理解的是雖然圖1C、圖1D、圖2D、圖2E、圖與圖3C至圖3F未繪示出介電層22，依據一些實施例，介電層22也可以在線圈112下方。
多個線圈100會與如圖19A與圖19B中所繪示的線圈100一起被形成。在形成如圖19A與圖19B所示的結構之後，進行晶圓切割(die-saw)製程，以將上述結構分隔為多個分離的(discrete)線圈模組101，各線圈模組101具有如圖1A至圖1D、圖2A至圖2E或圖3A至圖3F所示的結構。如同在圖22的流程中的步驟222所表示。請參閱圖1A，在形成的線圈模組101中，線圈100的長度L1可大約是線圈模組101的長度L2的50%至99%的範圍之間。線圈100的寬度W2可大約是線圈模組101的寬度W3的50%至99%的範圍之間。線圈100的最短長度L3大約是線圈模組101的長度L2的30%至70%的範圍之間。線圈100的佔據面積(occupied area)，包括線圈100環繞的中央區域，可大約是線圈模組101的俯視面積的25%至98%。如圖2B與圖3A所示的這些實施例中的尺寸與面積可以相似於圖1A所示的實施例中的尺寸與面積。依據一些實施例，線圈模組101為分離的模組(discrete module)，其中沒有線圈100以外的主動元件(如電晶體與二極體)及其他的被動元件(如電阻、電容、傳送器(transmitters))等。
圖21繪示圖1A的線圈100的局部區域50的放大示意圖，其中繪示線圈112、114、116的兩個角落部分以作為示意。線圈112、114、116可具有圓形(rounded)角落以降低應力。例如，線圈112、114、116的半徑R1大約可以在1/2倍的W1(W1/2)至2/3倍的W1(2W1/3)之間的範圍內。
為了增進效益，依據一些實施例，線圈100的外部的寬度可大於或等於內部的寬度。例如，請參閱圖1A，寬度W1A(其可以是線圈最外面的部位的寬度)可相同於或大於線圈最裡面的部位的寬度W1B。W1B/W1A的比率大約可以介於1/2至2/3之間。此外，每隔螺線的幾圈(every several turns of spirals)，線圈100的寬度從最外面的部位至最裡面的部位可以越來越小(increasingly reduced)或是週期性地減少(periodically reduced)。雖然在圖2B與圖3A中未表示，但線圈也可以具有圓形(rounded)角落與具有變化的寬度。
本發明的這些實施例具有一些優點。藉由在包封材料內形成多個線圈，各線圈可具有足夠大的厚度，因此可降低能量損耗(power dissipation)。藉由在多層包封材料層內形成多個線圈且連接這些線圈，可增進電耦(electrical coupling)。此外，由於這些線圈堆疊，線圈的長度(footage)可縮減。
根據本發明的一些實施例，堆疊式線圈結構包括第一包封層及位於所述第一包封層的第一線圈。所述第一包封層的頂面共平面於所述第一線圈的頂面，且所述第一包封層的底面共平面於所述第一線圈的底面。配置於所述第一包封層上方的第二包封層。位於所述第二包封層的導通孔，所述第一導通孔電性耦合於所述第一線圈。配置於所述第二包封層上方的第三包封層。位於所述第三包封層的第二線圈。所述第三包封層的頂面共平面於所述第二線圈的頂面，且所述第三包封層的底面共平面於所述第二線圈的底面。
在一些實施例中，所述第一包封層、所述第二包封層及所述第三包封層的每一者包括基材(base material)及位於所述基材內的填料(fillers)。所述第一線圈串聯(serially connected)於所述第二線圈。所述第一線圈並聯地(in parallel)電性連接於所述第二線圈。所述第一線圈不連接於所述第二線圈，且所述堆疊式線圈結構更包括位於所述第三包封層內的第二導通孔，其中所述第二導通孔電性連接於所述第一線圈。結構更包括：第一介電層，介於所述第一包封層及所述第二包封層之間；第二介電層，介於所述第二包封層及所述第三包封層之間；以及多個導通孔，位於所述第一介電層及所述第二介電層。所述第二線圈重疊(overlap)於所述第一線圈，且所述第一線圈及所述第二線圈的一者相對於所述第一線圈及所述第二線圈的另一者轉動一角度。所述第一線圈及所述第二線圈被包括在不連續線圈模組內，所述不連續線圈模組沒有其他的主動元件與被動元件於其內。所述第一線圈及所述第二線圈具有圓形(rounded)轉角。
根據本發明的一些實施例，堆疊式線圈結構包括第一模塑化合物、配置於所述第一模塑化合物上方的第二模塑化合物、配置於所述第二模塑化合物上方的第三模塑化合物、配置於所述第三模塑化合物上方的第四模塑化合物及配置於所述第四模塑化合物上方的第五模塑化合物。第一線圈位於所述第一模塑化合物內。第二線圈位於所述第三模塑化合物內。第三線圈位於所述第五模塑化合物內，其中沒有線圈形成於所述第二模塑化合物及所述第四模塑化合物內。
在一些實施例中，堆疊式線圈結構更包括：多個導通孔，位於所述第二模塑化合物及所述第四模塑化合物內，其中所述些導通孔電性連接於所述第一線圈及所述第二線圈。所述第一模塑化合物包括頂面及底面，分別共平面於所述第一線圈的頂面與底面。所述第二線圈重疊於所述第一線圈，所述第三線圈重疊於所述第二線圈，所述第一線圈、所述第二線圈及所述第三線圈的一者相對於所述第一線圈、所述第二線圈及所述第三線圈的另二者轉動一角度。所述第一線圈、所述第二線圈及所述第三線圈電性絕緣於彼此。所述第一線圈、所述第二線圈及所述第三線圈具有共用端子，且所述第一線圈、所述第二線圈及所述第三線圈的其他的端子不連接於彼此。
根據本發明的一些實施例，堆疊式線圈的製造方法包括於載台上方形成第一線圈；於第一包封層內包封所述第一線圈；於所述第一線圈及所述第一包封層上方形成第一介電層；於所述第一介電層上方形成第一金屬柱；於第二包封層內包封所述第一金屬柱；於所述第一金屬柱及所述第二包封層上方形成第二介電層；於所述第二介電層上方形成第二線圈；於第三包封層內包封所述第二線圈；以及形成連接至所述第一線圈及所述第二線圈的多個電連接件。
在一些實施例中，所述第一包封層、所述第二包封層及所述第三包封層包括多個模塑化合物。堆疊式線圈的製造方法更包括：進行第一平坦化加工(planarization)，以使所述第一線圈的頂面共平面於所述第一包封層的頂面；進行第二平坦化加工，以使所述第一金屬柱的頂面共平面於所述第二包封層的頂面；以及進行第三平坦化加工，以使所述第二線圈的頂面共平面於所述第三包封層的頂面。所述第一線圈、所述第二線圈電性絕緣於彼此。堆疊式線圈的製造方法更包括：於所述第二線圈及所述第三包封層上方形成第三介電層；於所述第一介電層上方形成第二金屬柱；於第四包封層內包封所述第二金屬柱；於所述第二金屬柱及所述第四包封層上方形成第四介電層；於所述第四介電層上方形成第三線圈；以及於第五包封層內包封所述第三線圈。
以上概述了多個實施例的特徵，使本領域具有通常知識者可更佳了解本揭露的態樣。本領域具有通常知識者應理解，其可輕易地使用本揭露作為設計或修改其他製程與結構的依據，以實行本文所介紹的實施例的相同目的及/或達到相同優點。本領域具有通常知識者還應理解，這種等效的配置並不悖離本揭露的精神與範疇，且本領域具有通常知識者在不悖離本揭露的精神與範疇的情況下可對本文做出各種改變、置換以及變更。
CA、CA1、CA2、CA3、CB1、CB2、CB3‧‧‧端子 CB‧‧‧共用端子 H1‧‧‧高度 L1、L2、L3‧‧‧長度 R1‧‧‧半徑 W1、W1A、W1B、W2、W3、W4‧‧‧寬度 20‧‧‧載台 22‧‧‧介電層 24、30、36‧‧‧種子層 26、32、38‧‧‧光阻 28、34、40‧‧‧開口 50‧‧‧局部區域 100‧‧‧線圈 101‧‧‧線圈模組 102、104、106、108、110‧‧‧包封層 112、114、116‧‧‧線圈 112A、114A、116A‧‧‧外端 112B、114B、116B‧‧‧內端 122、124、126、128‧‧‧導通孔 134、136、138、140‧‧‧直通模塑導通孔 142、144、146、148‧‧‧電連接件 152、154、156、158、160‧‧‧介電層 162A、162B、162C‧‧‧垂直連接線 200‧‧‧製造方法 202~222‧‧‧步驟 300‧‧‧無線充電電路 302‧‧‧能量傳遞電路 304‧‧‧能量接收電路 306‧‧‧交流電轉接器 308‧‧‧微控制器與藍牙線路 310‧‧‧能量傳遞(TX)線圈 312‧‧‧藍牙訊號天線 314‧‧‧藍牙訊號天線 316‧‧‧匹配電路 318‧‧‧充電積體電路 320‧‧‧藍牙晶粒 322‧‧‧電源管理積體電路 324‧‧‧系統電路 326‧‧‧電池
圖1A至圖1D依據一些實施例繪示線圈模組的俯視圖、示意圖及剖面圖。 圖2A至圖2E繪示依據一些實施例線圈模組的透視圖、俯視圖、示意圖及剖面圖。 圖3A至圖3F依據一些實施例繪示線圈模組的俯視圖、示意圖及剖面圖。 圖4A至圖19B依據一些實施例繪示形成線圈模組的中間階段(intermediate stages)的剖面圖。 圖20A、圖20B及圖20C依據一些實施例繪示無線充電電路的電路圖。 圖21依據一些實施例繪示線圈的局部放大示意圖。 圖22依據一些實施例繪示形成線圈模組的流程示意圖。 圖23A與圖23B依據一些實施例繪示線圈模組的透視圖，其中位在線圈模組的不同層的多個線圈的一者相對於另一者轉動一角度。
CA1、CA2、CA3‧‧‧端子
100‧‧‧線圈
101‧‧‧線圈模組
102、104、106、108、110‧‧‧包封層
112、114、116‧‧‧線圈
122、124、126、128‧‧‧導通孔
134、136、138、140‧‧‧直通模塑導通孔
142、144、146‧‧‧電連接件
152、154、156、158、160‧‧‧介電層

Claims (10)

  1. 一種堆疊式線圈結構，包括： 第一包封層； 第一線圈，位於所述第一包封層，其中所述第一包封層的頂面共平面於所述第一線圈的頂面，且所述第一包封層的底面共平面於所述第一線圈的底面； 第二包封層，配置於所述第一包封層上方； 第一導通孔，位於所述第二包封層，其中所述第一導通孔電性耦合於所述第一線圈； 第三包封層，配置於所述第二包封層上方；以及 第二線圈，位於所述第三包封層，其中所述第三包封層的頂面共平面於所述第二線圈的頂面，且所述第三包封層的底面共平面於所述第二線圈的底面。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈結構，其中所述第一包封層、所述第二包封層及所述第三包封層的每一者包括基材(base material)及位於所述基材內的填料(fillers)。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈結構，其中所述第一線圈串聯(serially connected)於所述第二線圈，或者，所述第一線圈並聯地(in parallel)電性連接於所述第二線圈。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈結構，其中所述第一線圈不連接於(disconnected)所述第二線圈，所述堆疊式線圈結構更包括位於所述第三包封層內的第二導通孔，所述第二導通孔電性連接於所述第一線圈。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈結構，更包括： 第一介電層，介於所述第一包封層及所述第二包封層之間； 第二介電層，介於所述第二包封層及所述第三包封層之間；以及 多個導通孔，位於所述第一介電層及所述第二介電層。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈結構，其中所述第二線圈重疊(overlap)於所述第一線圈，且所述第一線圈及所述第二線圈的一者相對於所述第一線圈及所述第二線圈的另一者轉動一角度。
  7. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈結構，其中所述第一線圈及所述第二線圈被包括在不連續線圈模組內，所述不連續線圈模組沒有其他的主動元件與被動元件於其內。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的堆疊式線圈結構，其中所述第一線圈及所述第二線圈具有圓形(rounded)轉角。
  9. 一種堆疊式線圈結構，包括： 第一模塑化合物； 第二模塑化合物，配置於所述第一模塑化合物上方； 第三模塑化合物，配置於所述第二模塑化合物上方； 第四模塑化合物，配置於所述第三模塑化合物上方； 第五模塑化合物，配置於所述第四模塑化合物上方； 第一線圈，位於所述第一模塑化合物內； 第二線圈，位於所述第三模塑化合物內；以及 第三線圈，位於所述第五模塑化合物內，其中沒有線圈形成於所述第二模塑化合物及所述第四模塑化合物內。
  10. 一種堆疊式線圈結構的製造方法，包括： 於載台上方形成第一線圈； 於第一包封層內包封所述第一線圈； 於所述第一線圈及所述第一包封層上方形成第一介電層； 於所述第一介電層上方形成第一金屬柱； 於第二包封層內包封所述第一金屬柱； 於所述第一金屬柱及所述第二包封層上方形成第二介電層； 於所述第二介電層上方形成第二線圈； 於第三包封層內包封所述第二線圈；以及 形成連接至所述第一線圈及所述第二線圈的多個電連接件。
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