TWI476792B - 平面式磁性元件及其製造方法 - Google Patents

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Description

平面式磁性元件及其製造方法
本發明是有關於一種磁性元件結構，且特別是有關於一種應用於變壓器之嵌入式磁性元件結構。
傳統之應用於通訊連接器中之具有嵌入式磁性元件之變壓器，其所使用之磁性元件例如是鐵粉芯。而鐵粉芯一般以四氧化三鐵等磁性材料為主。有鑒於鐵粉芯易碎的特質，因此有人提出將具有彈性的填充物環繞於嵌入式磁性元件周圍，例如美國案US 8,203,418 B2中所述之具有彈性的環氧樹脂材料等，以緩衝磁性元件所承受之，於元件操作時因熱脹冷縮所產生的應力，並降低磁性元件破裂的可能性。
然而，本案發明人發現，具有彈性的環氧樹脂材料並無法避免鐵粉芯於壓合過程中所產生的破裂現象。有鑑於此，有必要提出一種新的具有嵌入式磁性元件的變壓器結構，以提升對於鐵粉芯的保護能力，並藉此提升變壓器的製作良率。
本發明提出一種平面式磁性元件與其形成方法，以提升變壓器的製作良率。
為達上述優點或其他優點，本發明之一實施例提出一種 平面式磁性元件，包括：基板、第一導體層與磁性結構。其中第一導體層位於基板之一側，且磁性結構貫穿第一導體層並鑲嵌於基板中。上述磁性結構包括鐵磁性材料層與第一硬質保護層。上述第一硬質保護層配置於鐵磁性材料層之一側。
在本發明之一實施例中，上述磁性結構更包含第二硬質保護層，位於上述鐵磁性材料層之相對一側。
在本發明之一實施例中，上述第一硬質保護層與第二硬質保護層之材質為具有環氧基之反應性樹脂。
在本發明之一實施例中，上述具有環氧基之反應性樹脂的玻璃轉換溫度(Glass transition temperature，簡稱Tg)大於200℃。
在本發明之一實施例中，上述具有環氧基之反應性樹脂的熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion，簡稱CTE)大於或等於該基板之熱膨脹係數。
在本發明之一實施例中，更包含配置第二導體層於基板之第二表面，上述第一表面與第二表面為基板的相對兩表面，且包含配置第三導體層於第一導體層之遠離第一表面之一側，且第三導體層位於磁性結構之遠離第二表面之一側。
在本發明之一實施例中，上述第一硬質保護層配置於鐵磁性材料層與第三導體層之間。
在本發明之一實施例中，更包含複數個通孔與至少一導線，每一通孔貫穿第三導體層、磁性結構、基板與第二導體層，上述導線穿越通孔並纏繞於磁性結構周圍。
在本發明之一實施例中，上述基板係為一印刷電路板(Printed Circuit Board，簡稱PCB)。
本發明另提出一種平面式磁性元件的形成方法，包括：提供基板，上述基板之第一表面上具有第一導體層；於基板中形成凹 槽，其中凹槽貫穿第一導體層；以及形成磁性結構於上述凹槽中，上述磁性結構包括至少一第一硬質保護層與鐵磁性材料層，其中第一硬質保護層位於鐵磁性材料層之一側。
在本發明之一實施例中，上述磁性結構更包含第二硬質保護層，其中第二硬質保護層位於鐵磁性材料層之相對一側。
在本發明之一實施例中，上述第一硬質保護層與第二硬質保護層之材質為具有環氧基之反應性樹脂。
在本發明之一實施例中，上述基板已形成有第二導體層，位於基板之第二表面，上述第一表面與第二表面分別為基板之相對兩表面。
在本發明之一實施例中，更包含形成第三導體層於第一導體層之遠離第一表面之一側，且第三導體層位於磁性結構之遠離第二表面之一側。
在本發明之一實施例中，上述第一硬質保護層配置於鐵磁性材料層與第三導體層之間。
在本發明之一實施例中，上述更包含形成複數個通孔與至少一導線，每一通孔貫穿第三導體層、磁性結構、基板與第二導體層，上述導線穿越通孔並纏繞於磁性結構周圍。
綜上所述，本發明係於鐵磁性材料層的上下兩側分別設置硬質保護層，以保護鐵磁性材料層，使其避免於壓合過程中產生破裂的現象。此外，本發明藉由將磁性結構鑲嵌於表面具有導體層之基板，因而使後續成長於基板上之其他導體層與基板之間可不需額外的黏著層，即可使後續成長的其他導體層與基板之間具有良好的接著力。
為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。
100‧‧‧平面式磁性元件
110‧‧‧基板
111‧‧‧第一導體層
112‧‧‧第二導體層
120‧‧‧磁性結構
122‧‧‧鐵磁性材料層
124‧‧‧第一硬質保護層
126‧‧‧第二硬質保護層
130‧‧‧第三導體層
H1‧‧‧凹槽
S1‧‧‧第一表面
S2‧‧‧第二表面
V1、V2‧‧‧通孔
1220‧‧‧實心圓柱體之鐵磁性材料層
1221‧‧‧環輪體之鐵磁性材料層
圖1A至圖1E為本發明之一實施例之平面式磁性元件的形成方法流程示意圖。
圖1F與圖1G為本發明之鐵磁性材料層的形狀示意圖。
圖1A至圖1E為本發明之一實施例之平面式磁性元件的形成方法流程示意圖。首先請參閱圖1A與圖1B，本發明之平面式磁性元件的形成方法包括以下步驟：提供基板110，基板110的第一表面S1已形成有第一導體層111，基板110的第二表面S2已形成有第二導體層112，且第一表面S1與第二表面S2為基板110之相對兩表面(繪示於圖1A)；接著於基板110中形成凹槽H1，其中凹槽H1貫穿第一導體層111(繪示於圖1B)。此外上述基板例如為印刷電路板(Printed Circuit Board，簡稱PCB)。上述第一導體層111與第二導體層112的材質例如是銅。
接著，請參閱圖1C，於凹槽H1中形成磁性結構120，使磁性結構120鑲嵌於基板110中。上述磁性結構120包括鐵磁性材料層122與至少一第一硬質保護層124，其中第一硬質保護層124位於鐵磁性材料層122的一側。上述鐵磁性材料層122例如是鐵粉芯，而上述磁性結構例如更包含第二硬質保護層126，位於鐵磁性材料層122之相對一側。上述第一硬質保護層124與第二硬質保護層126配置於鐵磁性材料層122的相對兩側(例如上下兩側)，用以保護鐵磁性材料層122，使其避免於壓合過程中產生破裂的現象。因此第一硬質保護層124與第二硬質保護層126之材質例如為完全硬化之具有環氧基之反應性樹脂，其中具有環氧基之反應性樹脂的玻璃轉換溫度(Glass transition temperature， 簡稱Tg)例如大於200℃，且具有環氧基之反應性樹脂的熱膨脹係數(Coefficient of Thermal Expansion，簡稱CTE)例如大於或等於基板110之熱膨脹係數。因此上述形成磁性結構120的方法，例如先於凹槽H1底部先填充一層具有環氧基之反應性樹脂，以形成上述第二硬質保護層126，再配置鐵磁性材料122於第二硬質保護層126上方，接著再於鐵磁性材料122上方填充另一層具有環氧基之反應性樹脂，以形成上述第一硬質保護層124，而完成磁性結構120的製作。
於完成磁性結構120之後，請參閱圖1D，形成第三導體層130於第一導體層111之遠離第一表面S1之一側，且第三導體層130位於磁性結構120之遠離第二表面S2之一側。其中第一硬質保護層124例如配置於鐵磁性材料層122與第三導體層130之間，因此第三導體層130例如部分接觸第一硬質保護層124。上述第三導體層130例如是銅。值得一提的是，本發明之平面式磁性元件保留部分第一導體層111於基板110上，並使得材質同為銅的第三導體層130部份與第一導體層111直接接觸，如此可提升基板110與後續成長於其上之其他導體層(例如第三導體層)之間的接著力，並可免去在第三導體層130與第一導體層111之間額外再形成黏著層。
接下來，請參閱圖1E，形成複數個通孔與至少一導線(圖未示)，在圖1E中以通孔V1、V2為解說範例，但本發明之通孔與導線的數目不以此為限。每一通孔V1、V2貫穿第三導體層130、磁性結構120、基板110與第二導體層112，使導線能穿越通孔V1、V2並纏繞複數圈於磁性結構120周圍，以完成本發明之平面式磁性元件100之繞線結構。此外，請參閱圖1F與圖1G，上述鐵磁性材料層122例如是實心圓柱體1220或環輪體1221等，且凹槽的形狀亦會隨著鐵磁性材料層的形狀而做調整，但本發明之鐵磁性材料層的形狀不以此為限。值得一提的是，若鐵磁性材料層122為實心圓柱體，則通孔V1、V2的側壁例 如更包含有絕緣層(圖未示出)，並藉由絕緣層使磁性結構120與穿越通孔V1、V2之導線能相互隔絕。
此外，本發明之平面式磁性元件100除了可用於製作通訊連接器中之寬頻平面變壓器，亦可應用於機上盒、RF路由器、RF行動裝置、網際網路及消費性電子產品等非乙太網路應用的元件製作上。
綜上所述，本發明係於鐵磁性材料層的上下兩側分別設置硬質保護層，以保護鐵磁性材料層，使其避免於壓合過程中產生破裂的現象。此外，本發明藉由將磁性結構鑲嵌於表面具有導體層之基板，因而使後續成長於基板上之其他導體層與基板之間可不需額外的黏著層，即可使後續成長的其他導體層與基板之間具有良好的接著力。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
100‧‧‧平面式磁性元件
110‧‧‧基板
111‧‧‧第一導體層
112‧‧‧第二導體層
120‧‧‧磁性結構
122‧‧‧鐵磁性材料層
124‧‧‧第一硬質保護層
126‧‧‧第二硬質保護層
130‧‧‧第三導體層
V1、V2‧‧‧通孔

Claims (14)

  1. 一種平面式磁性元件，包括：一基板；一第一導體層，位於該基板之一第一表面；一磁性結構，貫穿該第一導體層並鑲嵌於該基板中，該磁性結構包括：一鐵磁性材料層；至少一第一硬質保護層，配置於該鐵磁性材料層之一側一第二導體層，位於相對該第一表面之該基板之一第二表面；以及一第三導體層，位於該第一導體層之遠離該第一表面之一側，且該第三導體層位於該磁性結構之遠離該第二表面之一側；其中該第一硬質保護層配置於該鐵磁性材料層與該第三導體層之間，該第三導體層的材料與該第一導體層的材料相同，且部分該第三導體層直接接觸於該第一導體層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之平面式磁性元件，其中該磁性結構更包含一第二硬質保護層，位於該鐵磁性材料層之相對一側。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之平面式磁性元件，其中該第一硬質保護層與該第二硬質保護層之材質為一具有環氧基之反應性樹脂。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之平面式磁性元件，其中該具有環氧基之反應性樹脂的玻璃轉換溫度大於200℃。
  5. 如申請專利範圍第3項所述之平面式磁性元件，其中該具有環氧基之反應性樹脂的熱膨脹係數大於或等於該基板之熱膨脹係數。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之平面式磁性元件，更包含複數個通孔與至少一導線，每一該通孔貫穿該第三導體層、該磁性結構、該基板與該第二導體層，該導線穿越該通孔並纏繞於該磁性結構周圍。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之平面式磁性元件，其中該基板係為一印刷電路板。
  8. 一種平面式磁性元件的形成方法，包括：提供一基板，該基板之一第一表面上具有一第一導體層；於該基板中形成一凹槽，該凹槽貫穿該第一導體層；以及形成一磁性結構於該凹槽中，該磁性結構包括至少一第一硬質保護層與一鐵磁性材料層，其中該第一硬質保護層位於該鐵磁性材料層之一側形成一第二導體層於相對該第一表面之該基板之一第二表面；形成一第三導體層於該第一導體層之遠離該第一表面之一側，且該第三導體層位於該磁性結構之遠離該第二表面之一側；其中該第一硬質保護層配置於該鐵磁性材料層與該第三導體層之間，該第三導體層的材料與該第一導體層的材料相同，且部分該第三導體層直接接觸於該第一導體層。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之形成方法，該磁性結構更包含一第二硬質保護層，其中該第二硬質保護層位於該鐵磁性材料層之相對一側。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之形成方法，其中該第一硬質保護層與該第二硬質保護層之材質為一具有環氧基之反應性樹脂。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之形成方法，其中該具有環氧基之反應性樹脂的玻璃轉換溫度大於200℃。
  12. 如申請專利範圍第10項所述之形成方法，其中該具有環氧基之反應性樹脂的熱膨脹係數大於或等於該基板之熱膨脹係數。
  13. 如申請專利範圍第8項所述之形成方法，更包含形成複數個通孔與至少一導線，每一該通孔貫穿該第三導體層、該磁性結構、該基板與該第二導體層，該導線穿越該通孔並纏繞於該磁性結構周圍。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之形成方法，其中該基板係為一印刷電路板。
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