TWI440235B - 具磁性元件的封裝結構及其方法 - Google Patents
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Description
本發明係關於封裝結構，特別是關於具有整合於印刷電路板中的磁性元件之封裝結構。
將磁性元件整合於印刷電路板或半導體平台中已是近幾年來眾所囑目的電子元件發展技術。
圖1A至圖1C之剖面圖係顯示習知將磁性元件嵌入印刷電路板中的製法。如圖1A所示，首先提供一絕緣基板100，此絕緣基板100可為一般環氧樹脂玻纖板。形成一凹槽110於絕緣基板100中。接著，如圖1B所示，將指環狀磁性元件120置入凹槽110。然後，如圖1C所示，塗佈環氧樹脂封裝膠材130覆蓋磁性元件120並將凹槽110填滿並進行固化。待封裝膠材130固化後，對位在指環狀磁性元件120之內部的封裝膠材130進行鑽孔鍍銅以形成導通孔140。同時，也對位在指環狀磁性元件120之外部的封裝膠材130進行鑽孔鍍銅以形成導通孔150。之後再形成表面金屬導線連接導通孔140與150，如此便完成環繞磁性元件120的導電線圈的製作。完成鑽孔鍍銅後之結構如圖1C所示。
習知技術提供很多類似以上所述之結構與作法，然此等不免有各種缺點，因此需要有更新穎創新的方式，來彌補習知技術的不足。
本發明係發現習知技術有結構不良的問題，難以抵擋較嚴厲環境或是難以支撐其上可能疊置的結構。譬如本發明發現如圖1C之導通孔140所穿透的封裝膠材130結構並不夠堅固，而且封裝膠材130也可能對磁性元件120施加不當的應力。因此，本發明於一方面係提出針對解決此問題而提出方案。
在一方面，本發明係提供一種一種封裝結構，包含一絕緣基板，具有一指環型凹槽及由該指環型凹槽所定義的一島狀部分及一外圍部分，該指環型凹槽橫向地介於島狀部分與外圍部分之間；一指環型磁性元件置於該指環型凹槽中；一上佈線層位於該絕緣基板上方及一下佈線層位於該絕緣基板下方；一內電通孔垂直穿透該島狀部分並連接該上佈線層及該下佈線層；及一外電通孔垂直穿透該外圍部分並連接該上佈線層及該下佈線層，其中該內電通孔、該外電通孔、該上佈線層及該下佈線層係形成一導電線圈環繞該指環型磁性元件。
在另一方面，本發明係提供一種封裝結構的製造方法，包含提供一電覆絕緣基板，該電覆絕緣基板係預先定義一指環型區域，一島狀部分及一外圍部分，該指環型區域橫向地介於該島狀部分與該外圍部分之間；形成一內電通孔垂直穿透該島狀部分及一外電通孔垂直穿透該外圍部分；形成一指環型凹槽於該電覆絕緣基板之該指環型區域中；提供一指環型磁性元件置於該指環型凹槽中；形成一上佈線層於該電覆絕緣基板上方及一下佈線層位於該電覆絕緣基板下方；使該內電通孔、該外電通孔、該上佈線層及該下佈線層電連接以構成一導電線圈環繞該指環型磁性元件。
本發明尚包含其他方面以解決其他問題並合併上述之各方面詳細揭露於以下實施方式中。
以下將參考所附圖式示範本發明之較佳實施例。所附圖式中相似元件係採用相同的元件符號。應注意為清楚呈現本發明，所附圖式中之各元件並非按照實物之比例繪製，而且為避免模糊本發明之內容，以下說明亦省略習知之零組件、相關材料、及其相關處理技術。
圖2A及2B至圖8A及8B係依據本發明一第一實施例顯示一封裝結構其製作過程中各步驟之上視圖與剖面圖，標示A之圖為上視圖，標示B之圖為沿標示A之圖之虛線I-I’的剖面圖。
首先，參考圖2A及2B，提供一電覆絕緣基板210，其包含一絕緣基板211及覆蓋絕緣基板211之上導體層212及下導體層213。在此實施例，絕緣基板210可為一般環氧樹脂玻纖板(FR4)。上導體層212及下導體層213可為銅箔。電覆絕緣基板210之較佳厚度一般可在0.5mm~6.0mm之範圍間，但不以此為限。電覆絕緣基板210的面積依需求而定。可在電覆絕緣基板210上製作一個或多個埋入式磁性元件之封裝結構，也可同時形成其他線路或埋入其它元件。為清楚說明，圖中僅顯示虛線X-X’，Y-Y’所劃出單一埋入式磁性元件封裝結構的製造區域。此外，電覆絕緣基板210上也事先預定好放置埋入式磁性元件的位置，如由虛線r及r’所劃出的指環型區域210r。電覆絕緣基板210上相對指環型區域210r為內部的區域定義為島狀部分210a；電覆絕緣基板210上相對指環型區域210r為外部的區域定義為外圍部分210b。指環型區域210r係橫向地介於島狀部分210a與外圍部分210b之間。
接著，參考圖3A及3B，於電覆絕緣基板210之島狀部分210a及外圍部分210b分別製作垂直穿透電覆絕緣基板210的內通孔310a及外通孔310b。通孔310a及310b延指環型區域210r之內外邊緣排列，其個數可依需求而定。製作方法可採用機械鑽孔或雷射鑽孔或其他合適技術。通孔310a及310b的孔徑一般可在0.15mm~0.3mm之範圍間，但不以此為限。
參考圖4A及4B，完成鑽孔後，可執行去鑽污、除膠渣及通孔電鍍等步驟方式，但不以此為限，以製作內位於島狀部分210a的內電通孔410a及位於外圍部分210b的外電通孔410b。接著，可進行塞孔及鍍帽蓋層(cap plating)等步驟，並經由影像轉移與蝕刻對上導體層212及下導體層213加工，以形成覆蓋各電通孔410a及410b上方與下方的各個帽蓋墊420。
參考圖5A及5B，完成內電通孔410a、外電通孔410b及帽蓋墊420後，可利用機械或化學或其它合適的技術，移除位於指環型區域210r的絕緣基板211材料，以形成一指環型凹槽510。指環型凹槽510係用來收納指環型磁性元件610(見圖6)並使其完全埋入絕緣基板211中，故在此實施例中，指環型凹槽510的平面大小及體積係略大於指環型磁性元件610。執行移除絕緣基板211材料製程時應注意控制深度以保留部份之絕緣基板211材料作為指環型凹槽510的底部510a。
接著，參考圖6A及6B，將指環型磁性元件610置放於指環型凹槽510中。應注意，本發明所指之“指環型”係意指甜甜圈的構造，在此實施例以兩個同心的橢圓形環來示範說明。本發明所指之“指環型”並不限於橢圓形環，其亦可為四方形指環、其他多角型指環、或各種合適的型狀。磁性元件610可來自任何適合作為電磁元件的磁性材料，例如鐵芯(ferrite core)。本實施例之指環型磁性元件一般厚度可在0.8mm~3.0mm之範圍間，但不以此為限。
同樣參考圖6A及6B，由於指環型凹槽510的平面大小及體積係略大於磁性元件610，故磁性元件610置放於指環型凹槽510後，磁性元件610與指環型凹槽510之內壁間會形成間隙620。同時，也可使指環型凹槽510的深度高於磁性元件610的高度，因此當磁性元件610置入指環型凹槽510後，磁性元件610之上表面上方將仍然保留低於絕緣基板211之上表面的一空間630。在此實施例中，間隙620及空間630係充滿空氣。
參考圖7A及7B，將指環型磁性元件610置放於指環型凹槽510後，接著形成介電層710及導電層720於絕緣基板211的上下側。介電層710及導電層720覆蓋帽蓋墊420及指環型凹槽510。舉例而言，介電層710可為一環氧樹脂膠片(bondply)或其他有機物質製成之絕緣材料等。導電層720可為單面銅板基板或具有導電性質之材料。在此實施例中，環氧樹脂膠片作為一黏合劑，利用壓合使兩張單面銅板基板透過環氧樹脂膠片形成於絕緣基板211的上下側。介電層710及導電層720之厚度一般最薄可為0.05mm，然不限於此，依客戶要求設計作任何合適變化。注意在此實施例中，由與所使用的黏著介電層710(即環氧樹脂膠片)為不流動型，壓合時通常不會有或只有極少量的膠液會產生。所以，在此實施例中，壓合後之間隙620及空間630仍充滿空氣。然而，在其他實施例，黏著介電層710也可為流動型材料製成，當執行壓合時流動型黏著介電層710有可能產生相當數量的膠液，此膠液將流入間隙620中，而或甚至填滿空間630。
參考圖8A及8B，形成介電層710及導電層720後，接著執行鑽孔、去鑽污、除膠渣及通孔電鍍等步驟以製作上層內電通孔811a，上層外電通孔811b及下層內電通孔812a及下層外電通孔812b。電通孔811a,811b及電通孔812a,812b分別透過帽蓋墊420電連接電通孔410a,410b。接著，利用影像移轉與蝕刻圖案化位於絕緣基板211上下側的導電層720。圖案化後之導電層720包含上佈線層821及下佈線層822。
圖8A及8B顯示依據本發明第一實施例所製作之封裝結構800。如圖所示，封裝結構800包含絕緣基板211，具有一指環型凹槽510及由指環型凹槽510所定義的島狀部分210a及外圍部分210b。指環型凹槽510橫向地介於島狀部分210a與外圍部分210b之間。指環型磁性元件610置於指環型凹槽中510。圖8A以虛線表示埋入封裝結構800中的指環型磁性元件610。封裝結構800包含上佈線層821位於絕緣基板211上方及下佈線層822位於絕緣基板211下方。內電通孔410a垂直穿透島狀部分210a並連接上佈線層821及下佈線層822。外電通孔410b垂直穿透外圍部分210b並連接上佈線層821及下佈線層822。內電通孔410a、外電通孔410b、上佈線層821及下佈線層822係形成一導電線圈環繞指環型磁性元件610。此外，封裝結構800更可包含介電層710介於絕緣基板211與上佈線層821間，上層內電通孔811a及上層外電通孔811b係分別穿透介電層710以使內電通孔410a與外電通孔410b分別電相連上佈線層821。封裝結構800也包含另一介電層710位於絕緣基板211與下佈線層822間，下層內電通孔812a及下層外電通孔812b係分別穿透此介電層710以使內電通孔410a與外電通孔410b分別電相連下佈線層822。
圖9係依據本發明之第二實施例例示另一封裝結構900的上視圖。第二實施例封裝結構900與第一實施例封裝結構800之差別在於，封裝結構900更包含形成一通氣孔910穿透介於絕緣基板211與上佈線層821間之介電層710。通氣孔910連通至指環型凹槽510而露出底下的磁性元件610。在此實施例中，磁性元件610與指環型凹槽510之內壁間所形成間隙620及上述之間隔630係充滿空氣。通氣孔910可使間隙620與間隔中的空氣與外界溝通藉此避免於高壓製程下造成爆板。
此外，應注意第一實施例所揭露之方法係教示先形成通孔310a及310b(如圖3A及3B)，再形成指環型凹槽510(如圖5A及5B)。本發明也包含先形成指環型凹槽510，再形成通孔310a及310b的實施例。換言之，本發明包含將第一實施例所示之各步驟的順序作適當交換改變的各種實施例。
圖10A,10B及圖11係依據本發明之第三實施例顯示具磁性元件之封裝結構1100其製作過程中之步驟。其中圖10A為下視圖。圖10B為沿圖10A之虛線I-I’的剖面圖，圖11為延續圖10B之步驟的剖面圖。第三實施例與第一實施例之差別在於，第一實施例之絕緣基板211的上下兩側係分別形成介電層710與導電層720(見圖7A及7B)，但於第三實施例只有在暴露出指環型凹槽510的絕緣基板211的那一側(即上側)形成介電層710與導電層720。換言之，絕緣基板211的下側因為保有底部510a之絕緣基板材料，故省略下層的介電層710。
因此，如圖10B之剖面圖所示，第三實施例之下佈線層1022係直接形成於底部510a之絕緣基板211表面上。圖10A顯示下佈線層1022之圖案與之前述之下佈線層822相似。形成下佈線層1022之步驟在指環型凹槽510形成之前或之後皆可。此實施例例示於指環型凹槽510形成之前製作下佈線層1022。換言之，即接續圖3B所示之步驟進行下佈線層1022製作，其完成之結構可見於圖10A及10B。接續圖10A之步驟後，參考於第一實施例中所述之各步驟可完成如圖11所示之封裝結構1100。
圖12A及12B至圖16A及16B係依據本發明一第四實施例顯示封裝結構1600其製作過程中各步驟之上視圖與剖面圖，標示A之圖為上視圖，標示B之圖為沿標示A之圖之虛線I-I’的剖面圖。第四實施例之封裝結構1600為具有兩層導電層之結構，而第一實施例之封裝結構800為具有四層導電層之結構，第三實施例之封裝結構1100則為具有三層導電層之結構。
首先，參考圖12A及12B，提供一絕緣基板1210，其包含一指環型凹槽510用以收納一指環型磁性元件。在此實施例，絕緣基板1210可為一般環氧樹脂玻纖板(FR4)，或是一模製材料例如液晶高分子，或其中合適材料。絕緣基板1210之較佳厚度一般可在0.5mm~6.0mm之範圍間，但不以此為限。絕緣基板1210的面積依需求而定。可在絕緣基板1210上製作一個或多個埋入式磁性元件之封裝結構，也可同時形成其他線路或埋入其它元件。為清楚說明，圖中僅顯示虛線X-X’，Y-Y’所劃出單一埋入式磁性元件封裝結構的製造區域。如圖12A所示，絕緣基板1210係在虛線r及r’之間定義一指環型區域1210 r。絕緣基板1210相對指環型區域1210 r為內部的區域定義為島狀部分1210a；絕緣基板1210上相對指環型區域1210 r為外部的區域定義為外圍部分1210b。指環型區域1210 r係橫向地介於島狀部分1210a與外圍部分1210b之間。指環型凹槽510係用來收納指環型磁性元件並使其完全埋入絕緣基板1210中，故在此實施例中，指環型凹槽510的平面大小及體積係略大於指環型磁性元件。可利用機械或化學或其它合適的技術，移除位於指環型區域1210 r的絕緣基板1210材料，以形成指環型凹槽510。形成指環型凹槽510製程時應注意控制深度以保留部份之絕緣基板1210材料作為指環型凹槽510的底部510a。
接著，參考圖6A及6B，將指環型磁性元件610置放於指環型凹槽510中。應注意，本發明所指之“指環型”係意指甜甜圈的構造，在此實施例以兩個同心的橢圓形環來示範說明。本發明所指之“指環型”並不限於橢圓形環，其亦可為四方形指環、其他多角型指環、或各種合適的型狀。磁性元件610可來自任何適合作為電磁元件的磁性材料，例如鐵芯(ferrite core)。本實施例之指環型磁性元件一般厚度可在0.8mm~3.0mm之範圍間，但不以此為限。
接著，參考圖13A及13B，置放指環型磁性元件610於指環型凹槽510中。此實施例使用之指環型磁性元件610可參考於第一實施例中所述。由於指環型凹槽510的平面大小及體積係略大於磁性元件610，故磁性元件610置放於指環型凹槽510後，磁性元件610與指環型凹槽510之內壁間會形成間隙620。同時，也可使指環型凹槽510的深度高於磁性元件610的高度，因此當磁性元件610置入指環型凹槽510後，磁性元件610之上表面上方將仍然保留低於絕緣基板211之上表面的一空間630。在此實施例中，間隙620及空間630係充滿空氣。
參考圖14A及14B，將指環型磁性元件610置放於指環型凹槽510後，接著形成介電層710及導電層720於絕緣基板211的上下側。介電層710及導電層720之材質可參考於第一實施例中所述。在此實施例中，介電層710為環氧樹脂膠片作為一黏合劑，利用壓合使兩張單面銅板基板透過環氧樹脂膠片形成於絕緣基板1210的上下側。注意在此實施例中，由與所使用的黏著介電層710(即環氧樹脂膠片)為不流動型，壓合時通常不會有或只有極少量的膠液會產生。所以，在此實施例中，壓合後之間隙620及空間630仍充滿空氣。然而，在其他實施例，黏著介電層710也可為流動型材料製成，當執行壓合時流動型黏著介電層710有可能產生相當數量的膠液，此膠液將流入間隙620中，而或甚至填滿空間630。
然後，參考圖15A及15B，形成介電層710及導電層720後，接著執行鑽孔、去鑽污、除膠渣及通孔電鍍等步驟以製作內電通孔1510a及外電通孔1510b。內電通孔1510a及外電通孔1510b分別分別穿透絕緣基板1210及上下之介電層710及導電層720。接著，參考圖16A及16B，利用影像移轉與蝕刻圖案化位於絕緣基板1210上下側的導電層720。圖案化後之導電層720包含上佈線層1610及下佈線層1620。注意在此實施例中也可選擇性地形成一通氣孔1630穿透介電層710而通往指環型凹槽510。通氣孔1630可使指環型凹槽510與封裝結構1600之外部溝通。通氣孔1630可能會露出磁性元件610。在此實施例中，磁性元件610與指環型凹槽510之內壁間所形成間隙620及上述之間隔630係充滿空氣。通氣孔1630可使間隙620與間隔630中的空氣與外界溝通藉此避免於高壓製程下造成爆板。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100．．．絕緣基板
110．．．凹槽
120．．．環狀磁性元件
130．．．封裝膠材
140．．．導通孔
150．．．導通孔
210．．．電覆絕緣基板
211．．．絕緣基板
212．．．上導體層
213．．．下導體層
210r．．．指環型區域
210a．．．島狀部分
210b．．．外圍部分
310a,310b．．．通孔
410a．．．內電通孔
410b．．．外電通孔
420．．．帽蓋墊
510．．．指環型凹槽
510a．．．底部
610．．．指環型磁性元件
620．．．間隙
630．．．空間
710．．．介電層
720．．．導電層
811a．．．上層內電通孔
811b．．．上層外電通孔
812a．．．下層內電通孔
812b．．．下層外電通孔
821．．．上佈線層
822．．．下佈線層
800,900,1100,1600．．．封裝結構
910．．．通氣孔
1022．．．下佈線層
1210．．．絕緣基板
1210r．．．指環型區域
1210a．．．島狀部分
1210b．．．外圍部分
1510a．．．內電通孔
1510b．．．外電通孔
1610．．．上佈線層
1620．．．下佈線層
1630．．．通氣孔
圖1A至1C係顯示習知封裝結構的剖面圖。
圖2A及2B至圖8A及8B係依據本發明第一實施例顯示一封裝結構其製作過程中各步驟之上視圖與剖面圖。
圖9係依據本發明之第二實施例例示另一封裝結構之上視圖。
圖10A,10B及圖11係依據本發明之第三實施例顯示另一封裝結構其製作過程中之某些步驟之下視圖與剖面圖，其中圖10A為下視圖，圖10B為沿圖10A之虛線I-I’的剖面圖，圖11為延續圖10B之步驟的剖面圖。
圖12A及12B至圖16A及16B係依據本發明第四實施例顯示另一封裝結構其製作過程中各步驟之上視圖與剖面圖。
211．．．絕緣基板
210a．．．島狀部分
210b．．．外圍部分
410a．．．內電通孔
410b．．．外電通孔
510．．．指環型凹槽
610．．．指環型磁性元件
710．．．介電層
811a．．．上層內電通孔
811b．．．上層外電通孔
812a．．．下層內電通孔
812b．．．下層外電通孔
821．．．上佈線層
822．．．下佈線層
800．．．封裝結構
Claims (5)
- 一種封裝結構，包含：一絕緣基板，具有一指環型凹槽及由該指環型凹槽所定義的一島狀部分及一外圍部分，該指環型凹槽橫向地介於該島狀部分與該外圍部分之間；一指環型磁性元件置於該指環型凹槽中，其中一空隙位於該指環型凹槽之一內壁與該指環型磁性元件之間，該空隙充滿空氣；一上佈線層位於該絕緣基板上方及一下佈線層位於該絕緣基板下方；一介電層，介於該絕緣基板與該上佈線層間或介於該絕緣基板與該下佈線層間；一內帽蓋墊及一外帽蓋墊分別形成在該介電層與該絕緣基板之間；一內電通孔垂直穿透該島狀部分以連接該內帽蓋墊並進一步穿透該介電層以連接該上佈線層或該下佈線層；及一外電通孔，垂直穿透該外圍部分以連接該外帽蓋墊並進一步穿透該介電層以連接該上佈線層或該下佈線層，其中該內帽蓋墊及該外帽蓋墊分別覆蓋該內電通孔及該外電通孔，且其中該內電通孔、該外電通孔、該上佈線層及該下佈線層係形成一導電線圈環繞該指環型磁性元件。
- 一種封裝結構，包含：一絕緣基板，具有一指環型凹槽及由該指環型凹槽所定義的一島狀部分及一外圍部分，該指環型凹槽橫向地介於島狀部分與外圍部分之間；一指環型磁性元件置於該指環型凹槽中； 一上佈線層位於該絕緣基板上方及一下佈線層位於該絕緣基板下方；一內電通孔垂直穿透該島狀部分並連接該上佈線層及該下佈線層；及一外電通孔垂直穿透該外圍部分並連接該上佈線層及該下佈線層，其中該內電通孔、該外電通孔、該上佈線層及該下佈線層係形成一導電線圈環繞該指環型磁性元件；一介電層介於該絕緣基板與該上佈線層間，該內電通孔及該外電通孔係分別穿透該介電層；以及一通氣孔穿透該介電層以使該指環型凹槽連通至該封裝結構的外部。
- 一種封裝結構的製造方法，包含：提供一電覆絕緣基板，該電覆絕緣基板係預先定義一指環型區域，一島狀部分及一外圍部分，該指環型區域橫向地介於該島狀部分與該外圍部分之間；形成一內電通孔垂直穿透該島狀部分及一外電通孔垂直穿透該外圍部分；形成一指環型凹槽於該電覆絕緣基板之該指環型區域中；提供一指環型磁性元件置於該指環型凹槽中，其中一空隙位於該指環型凹槽之一內壁與該指環型磁性元件之間，該空隙充滿空氣；形成分別覆蓋該內電通孔及該外電通孔的一內帽蓋墊及一外帽蓋墊，形成一上佈線層於該電覆絕緣基板上方及一下佈線層位於該電覆絕緣基板下方，其中一介電層介於該電覆絕緣基板與該上佈線層間或介於該電覆絕緣基板與該下佈線層間； 使該內電通孔、該內帽蓋墊、、該上佈線層、該外帽蓋墊、該外電通孔及該下佈線層電連接以構成一導電線圈環繞該指環型磁性元件。
- 請求項3所述之封裝結構的製造方法，其中在該指環型磁性元件置於該指環型凹槽中之步驟之後，更包含形成該介電層於該電覆絕緣基板上或下。
- 一種封裝結構的製造方法，包含：提供一電覆絕緣基板，該電覆絕緣基板係預先定義一指環型區域，一島狀部分及一外圍部分，該指環型區域橫向地介於該島狀部分與該外圍部分之間；形成一內電通孔垂直穿透該島狀部分及一外電通孔垂直穿透該外圍部分；形成一指環型凹槽於該電覆絕緣基板之該指環型區域中；提供一指環型磁性元件置於該指環型凹槽中；形成一上佈線層於該電覆絕緣基板上方及一下佈線層位於該電覆絕緣基板下方，其中一介電層介於該電覆絕緣基板與該上佈線層間或介於該電覆絕緣基板與該下佈線層間；使該內電通孔、該上佈線層、該外電通孔及該下佈線層電連接以構成一導電線圈環繞該指環型磁性元件；以及形成一通氣孔穿透該介電層以以使該指環型凹槽連通至該封裝結構的外部。
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