TWI842411B - 具有內嵌磁性材料的載板 - Google Patents
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Abstract
一種具有內嵌磁性材料的載板，包含一基板、一磁性材料、二介電隔絕層，及一導電金屬層。該基板包括二相對的基板表面，及一貫穿該等基板表面的基板通孔。該磁性材料覆蓋於該基板通孔的一內緣，包括二相對而分別與該等基板表面實質平行的磁性材料表面，及與該基板通孔的內緣實質平行的磁性材料內緣。該介電隔絕層分別設置在該等基板表面與該等磁性材料表面上。該導電金屬層分布於該磁性材料內緣，並延伸至該等介電隔絕層的表面。
Description
本發明是有關於一種載板，特別是指一種具有內嵌磁性材料的載板。
在電子電路或通訊領域中，其電子產品常需利用載板整合如電阻、電容或電感等被動元件來達成特定性能需求或改善其輸出特性，其中，透過在載板上設置磁性材料所構成的電感結構，可用來降低雜訊或抗電磁輻射。
一般微機電中常用載板需求如光學平台(MEMS optical bench)亦須整合射頻元件，即在載板上利用微加工(micromachining)方式製作平面或三維的磁性材料結構，來達到較高的電感數值。
當載板使用的基板為單晶矽基板時，可利用乾式或濕式蝕刻等微加工方式在單晶矽基板上製作出溝槽或基板通孔結構，進而填入磁性材料(如含鐵氧粒子的高分子或絕緣材料)製作出具有內嵌電感器的載板，以利整合其他結構或元件(如微機電光學平台中的V型溝槽、AuSn焊墊、被動元件等)。
當載板使用的基板為具良好的透光性及絕緣性的玻璃時，則可利用雷射加工、噴砂或機械加工等方式來製作溝槽或基板通孔結構，同樣可填入磁性材料(如含鐵氧粒子的高分子或絕緣材料)來形成具有內嵌電感器的載板。另外，電子封裝載板常使用的印刷電路(PCB)等基板也可使用鑽孔、研磨等機械加工方式來製作溝槽或基板通孔結構並填入磁性材料，形成具有內嵌電感器的載板。
然而，現有在基板通孔填入磁性材料的製程中，其磁性材料會被後續製程之導電層包覆住，當要對導電層進行微影蝕刻形成圖案化時，多會造成磁性材料外露，其所使用的製程化學溶液(例如蝕刻、去膜，或表面粗化化學溶液)便會直接與磁性材料接觸，導致磁性材料中的鐵氧體粒子填料被溶解出來，造成電感器的損壞與製程化學溶液被汙染，進而使得製造良率損失或元件特性下降。
因此，本發明的目的，即在提供一種具有內嵌磁性材料的載板。
於是，本發明具有內嵌磁性材料的載板，包含一基板、一磁性材料、二介電隔絕層，及一導電金屬層。
該基板包括二相對的基板表面，及一貫穿該等基板表面的基板通孔。該磁性材料覆蓋於該基板通孔的一內緣，包括二相對而分別與該等基板表面實質平行的磁性材料表面，及與該基板通孔的內緣實質平行的磁性材料內緣。該介電隔絕層分別設置在該等基板表面與該等磁性材料表面上。該導電金屬層分布於該磁性材料內緣，並延伸至該等介電隔絕層的表面。
本發明的功效在於，透過將該等介電隔絕層覆蓋在該磁性材料表面與該基板表面上，作為其絕緣材保護結構，在後續進行例如蝕刻、去膜、表面粗化等製程時，讓磁性材料不會裸露在製程化學溶液中，從而避免磁性材料受損，除了可提高製程良率及元件特性和均勻性外、也免於導電層設計時需包覆磁性材料之限制，更易實現小磁性電感器幅寬並易於走線，符合密集線路之需求，從而能整合更多例如磁性感測功能，或電感元件以降低電子元件雜訊，而提升其整體效能。
在本發明被詳細描述之前，應當注意在以下的說明內容中，類似的元件是以相同的編號來表示。
參閱圖1，本發明具有內嵌磁性材料的載板的一第一實施例包含一基板2、一磁性材料3、二介電隔絕層4，及一導電金屬層5。
具體地說，該基板2包括二相對的基板表面21，及一貫穿該等基板表面21的基板通孔20；其中，該基板通孔20的孔徑寬度與態樣會因不同製程而有所不同，例如可以是整體孔徑呈相同大小的垂直通孔，也可以是呈漸縮的態樣，在本實施例中，該基板通孔20的孔徑是以由其中一該基板表面21往其中另一該基板表面21漸縮為例做說明，但並不以此為限。適用於本實施例的該基板2材料可選自例如矽基板、玻璃基板、陶瓷基板，或銅箔基板。
該磁性材料3覆蓋於該基板通孔20的一內緣201，並包括二相對而分別與該等基板表面21實質平行的磁性材料表面31、與該基板通孔20的內緣201實質平行的磁性材料內緣32，及一對應該磁性材料內緣32的磁性材料外緣33，較佳地，在該實施例中，該等磁性材料表面31分別與該等基板表面21齊平。
該等介電隔絕層4分別設置在該等基板表面21與該等磁性材料表面31上。該導電金屬層5分布於該磁性材料內緣32，並延伸至該等介電隔絕層4的表面，也就是說，該等磁性材料表面31是直接連接該等介電隔絕層4，而該磁性材料內緣32直接連接該導電金屬層5，該磁性材料外緣33則是直接連接該基板通孔20的內緣201，使得該磁性材料3不會裸露在該基板2外。
適用於作為本實施例的該磁性材料3可包括一個或多個鐵磁(或次鐵磁性)材料，包括但不限於：鈷(Co)、鐵(Fe)、氧化鐵(III)(Fe
2O
3)(也稱為氧化鐵）、氧化鐵(IIXFeO)(也稱為氧化亞鐵)與氧化鐵(III)之組合(FeOFe
2O
3)、氧化鎳(NiO)與氧化鐵(III) 組合(NiOFe
2O
3)、氧化銅(II)(CuO)與氧化鐵(III)之組合(CuOFe
2O
3)、氧化鎂(MgO)及氧化鐵(III)之組合(MgOFe
2O
3)、鉍化錳(IIIXMnBi)、鎳(Ni)、銻化錳(IIIXMnSb)、氧化錳(II)(MnO)與氧化鐵(III)之組合(MnOFe
2O
3)、氧化釔鐵(Y
3Fe
5O
12)、氧化鉻(IV)(CrO
2)、砷化錳(III)(MnAs)、或碲化鎘鋅(CdZnTe)(也稱為CZT)、及其中之任何組合。
適用於作為該介電絕緣層4的材料則可為聚合物或非聚合物所形成，例如雙馬來亞醯胺-三氮雜苯樹脂(bismaleimie triacine，BT)、ABF膜(ajinomoto build-up film)、聚丙烯(polypropylene，PP)、膠片(prepreg)、環氧樹脂(epoxy)、聚醯亞胺(polyimide，PI)、聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)、聚對二甲苯(Parylene)，或感光型介電材料(photoimageable dielectric，PID)。
在本實施例中，透過在該基板2中內嵌該磁性材料3使其構成一內嵌式的電感器，以達成特定性能需求與改善相關輸出特性，本實施例進一步讓該等介電隔絕層4覆蓋在該磁性材料表面31與該基板表面21上，作為其絕緣材保護結構，在後續進行例如蝕刻、去膜、表面粗化等製程時，讓磁性材料3不會裸露在製程化學溶液中，從而避免磁性材料受損，以提高製程良率及元件特性和均勻性等。
參閱圖2，本發明具有內嵌磁性材料的載板的一第二實施例，其結構大致相同於該第一實施例，其不同處在於，在該第二實施例中，還包含一設置在該基板通孔20中，而被該導電金屬層5包覆的絕緣填充材6，使得該導電金屬層5位在該絕緣填充材6與該磁性材料3之間，在本實施例中，該絕緣填充材6的兩相對端部分別凸伸超過該等介電隔絕層4的表面。
適用於作為本實施例的該絕緣填充材6的材料可選自例如環氧樹脂(epoxy)、矽烷(如：六甲基二矽氧烷、四乙氧基矽烷、雙二甲基胺二甲基矽氮烷)，或其他適宜的塞孔材料。
參閱圖3，本發明具有內嵌磁性材料的載板的一第三實施例，其結構大致相同於該第二實施例，其不同處在於，在該第三實施例中，還包括一焊料7，及一溝槽8。具體地說，該焊料7設置在該導電金屬層5上而用以供一例如電阻或電容的被動元件(圖未示)設置電連接，該溝槽8向該基板2凹陷而呈V型或U型，用以而供一光學元件(圖未示)置放，以利整合其他元件。
參閱圖4，本發明具有內嵌磁性材料的載板的一第四實施例，其結構大致相同於該第二實施例，其不同處在於，該第四實施例還包含二絕緣保護層9，及一線路單元90。具體地說，該等絕緣保護層9分別覆蓋該等介電隔絕層4，該線路單元90貫穿該等絕緣保護層9而與該導電金屬層5電連接。
較佳地，該導電金屬層5包含有延伸至該等介電隔絕層4上，且向該磁性材料3的正投影範圍不超過該磁性材料3的導電金屬區域51。由於該等介電隔絕層4設置在該磁性材料3及該基板2上，作為其絕緣材保護結構，從而與該導電金屬層5的導電金屬區域51之間進行隔絕，在後續進行例如蝕刻、去膜、表面粗化等製程時，讓磁性材料不會裸露在製程化學溶液中，從而避免磁性材料受損，進而免於導電層設計時需包覆磁性材料的限制，可維持該導電金屬區域51之導電銅墊的幅寬小於磁性電感器幅寬，更易實現小磁性電感器幅寬並易於走線，符合密集線路之需求。
為了更清楚的說明本實施例之具有內嵌電感器的載板的結構，以下以製作該第四實施例的製作流程為例做說明。
參閱圖5至圖7，首先，選擇使用矽基板、玻璃基板、陶瓷基板，或銅箔基板其中一者作為該基板2，並在該基板2上形成該基板通孔20，該基板通孔20的數量並沒有特別限制，此處為了方便說明，圖式中以一個該基板通孔20為例做代表。
要說明的是，當選用不同材料作為該基板2時，其形成該基板通孔20的方式也會有所不同，舉例來說，當使用矽作為該基板2時，一般會使用乾式或濕式蝕刻方式來形成該基板通孔20；當使用玻璃作為該基板2時，則會使用雷射鑽孔(laser drilling)、噴砂或機械加工等方式形成該基板通孔20；當使用銅箔基板作為該基板2時，也可以使用CNC鑽孔、研磨等機械加工方式方式來形成該基板通孔20。
接著，在該基板通孔20中設置該磁性材料3，以將該基板通孔20塞滿，並對該磁性材料3表面進行刷磨，使該磁性材料3的表面與該基板表面21齊平(如圖5所示)。
隨後，再將該等介電隔絕層4分別壓合覆蓋該等基板表面21與該磁性材料3的二相對表面，且對應在該磁性材料3位置進行鑽孔，以形成一磁性材料通孔34。
再以化鍍或電鍍方式在該介電隔絕層4及該磁性材料通孔34上形成導電金屬層5，並讓該導電金屬層5往該磁性材料內緣32延伸而覆蓋該介電隔絕層4與該磁性材料內緣32(如圖6所示)。
在讓該導電金屬層5延伸至該磁性材料內緣32後，會於其中填滿該絕緣填充材6，並透過刷磨讓該絕緣填充材6的表面與該導電金屬層5齊平，接著，以濺鍍、化鍍或電鍍方式在該導電金屬層5及該絕緣填充材6上再形成第二導電金屬層52，使該導電金屬層5與該第二導電金屬層52共同包覆該絕緣填充材6。
進一步地對該導電金屬層5及該第二導電金屬層52進行微影、蝕刻、去膜，及表面粗化等製程，而構成部分幅寬小於磁性電感器幅寬的該導電金屬區域(也就是該導電金屬層5及該第二導電金屬層52)。要說明的是，在對該導電金屬層5與該第二導電金屬層52進行微影、蝕刻、去膜等製程時，由於設置又該等介電隔絕層4來保護該磁性材料3，從而讓該磁性材料3不會與製程化學溶液相接觸，有效地避免損壞該磁性材料3。
最後，形成覆蓋該介電隔絕層4與該該第二導電金屬層52的絕緣保護層9，接著讓部分該第二導電金屬層52露出，以在後續形成與該導電金屬區域電連接的線路單元90，以製作完成本發明具有內嵌電感器的載板。
綜上所述，本發明具有內嵌電感器的載板，讓該等介電隔絕層4覆蓋在該磁性材料表面31與該基板表面21上，作為其絕緣材保護結構，在後續進行例如蝕刻、去膜、表面粗化等製程時，讓磁性材料3不會裸露在製程化學溶液中，從而避免磁性材料受損，以提高製程良率及元件特性和均勻性等，且由於該介電隔絕層4設置在該磁性材料3及該基板2上，從而與該導電金屬層5的導電金屬區域51之間進行隔絕，進而可維持該導電金屬區域51之導電銅墊的幅寬小於磁性電感器幅寬，符合密集線路之需求，故確實能達成本發明的目的。
惟以上所述者，僅為本發明的實施例而已，當不能以此限定本發明實施的範圍，凡是依本發明申請專利範圍及專利說明書內容所作的簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本發明專利涵蓋的範圍內。
2:基板
20:基板通孔
201:內緣
21:基板表面
3:磁性材料
31:磁性材料表面
32:磁性材料內緣
33:磁性材料外緣
34:磁性材料通孔
4:介電隔絕層
5:導電金屬層
51:導電金屬區域
52:第二導電金屬層
6:絕緣填充材
7:焊料
8:溝槽
9:絕緣保護層
90:線路單元
本發明的其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中：
圖1是一示意圖，說明本發明具有內嵌磁性材料的載板的一第一實施例；
圖2是一示意圖，說明本發明具有內嵌磁性材料的載板的一第二實施例；
圖3是一示意圖，說明本發明具有內嵌磁性材料的載板的一第三實施例；
圖4是一示意圖，說明本發明具有內嵌磁性材料的載板的一第四實施例
圖5是一流程示意圖，說明製作本發明具有內嵌磁性材料的載板的部分流程；
圖6是一流程示意圖，延續圖5說明製作本發明具有內嵌磁性材料的載板的部分流程；及
圖7是一流程示意圖，延續圖6說明製作本發明具有內嵌磁性材料的載板的部分流程。
2:基板
20:基板通孔
201:內緣
21:基板表面
3:磁性材料
31:磁性材料表面
32:磁性材料內緣
33:磁性材料外緣
4:介電隔絕層
5:導電金屬層
Claims (9)
- 一種具有內嵌磁性材料的載板，包含：一基板，包括二相對的基板表面，及一貫穿該等基板表面的基板通孔；一磁性材料，覆蓋於該基板通孔的一內緣，包括二相對而分別與該等基板表面實質平行的磁性材料表面，及與該基板通孔的內緣實質平行的磁性材料內緣；二介電隔絕層，分別設置在該等基板表面與該等磁性材料表面上；一導電金屬層，分布於該磁性材料內緣，並延伸至該等介電隔絕層的表面，該導電金屬層含有向該磁性材料的正投影範圍不超過該磁性材料之導電金屬區域；二絕緣保護層，分別覆蓋該等介電隔絕層；及一線路單元，設置在該等絕緣保護層上並貫穿該等絕緣保護層而與該導電金屬層電連接。
- 如請求項1所述的具有內嵌磁性材料的載板，其中，該磁性材料構成一電感器。
- 如請求項1所述的具有內嵌磁性材料的載板，其中，該等磁性材料表面分別與該等基板表面齊平。
- 如請求項1所述的具有內嵌磁性材料的載板，還包含一設置在該基板通孔中，而被該導電金屬層包覆的絕緣填充材。
- 如請求項1所述的具有內嵌磁性材料的載板，其中，該基板通孔的孔徑由其中一該基板表面往其中另一該基板表 面漸縮。
- 如請求項1所述的具有內嵌磁性材料的載板，其中，該基板選自矽基板、玻璃基板、陶瓷基板，或銅箔基板。
- 如請求項1所述的具有內嵌磁性材料的載板，還包括一焊料，及一溝槽，該焊料設置在該導電金屬層上而用以供一被動元件設置，該溝槽向該基板凹陷而呈V型或U型，用以而供一光學元件置放。
- 如請求項1所述的具有內嵌磁性材料的載板，其中，該等介電隔絕層的材料選自雙馬來亞醯胺-三氮雜苯樹脂(bismaleimie triacine，BT)、ABF膜(ajinomoto build-up film)、聚丙烯(polypropylene，PP)、膠片(prepreg)、環氧樹脂(epoxy)、聚醯亞胺(polyimide，PI)、聚二甲基矽氧烷(Polydimethylsiloxane，PDMS)、聚對二甲苯(Parylene)，或感光型介電材料(photoimageable dielectric，PID)。
- 如請求項1所述的具有內嵌磁性材料的載板，該磁性材料還包括一對應該磁性材料內緣的磁性材料外緣，該等磁性材料表面直接連接該等介電隔絕層，該磁性材料內緣直接連接該導電金屬層，該磁性材料外緣直接連接該基板通孔的內緣。
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Patent Citations (3)
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