專利名稱：功率電感結構的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種電感結構，且特別是涉及一種功率電感(power inductor)結構。
背景技術：
一般而言，功率電感器用于在電路中汲取能量，在磁場中儲存能量，并且反饋能量 至電路。在電子產品中，功率電感器常被作為直流-直流轉換器(DC-to-DC converter)或 是應用于電源管理電路(power management circuit)中然而，一般的表面接著型態(tài)(surface mount type,SMT)的功率電感器因尺寸較大 且造價昂貴，并不適于作為封裝模塊的部件。另一方面，無線射頻芯片(radio frequency chip, RF Chip)電感器雖然體積較小，但無法提供高電感也無法承受大電流。因此，有必要發(fā)展同時具備小尺寸、低造價、可提供高電感以及高電流耐受力等條 件的功率電感器。

發(fā)明內容
承上所述，本發(fā)明的目的在于提供一種功率電感結構，其具有高電感以及高電流 耐受力。此功率電感結構同時具有較小的封裝尺寸以及低制作成本。為達上述目的，本發(fā)明提出一種功率電感結構，其包括一封裝結構、一磁性材料塊 以及多條打線。封裝結構上具有一金屬層。此金屬層包括多個獨立的焊接手指，且每一焊 接手指包括相互分離的兩個加寬部以及連接于該兩加寬部之間的一連接部。磁性材料塊位 于封裝結構上，且位于連接部上方以及位于加寬部之間。所述多條打線位于封裝結構之上 且跨越磁性材料塊，并電連接所述多個焊接手指。本發(fā)明還提出一種功率電感結構，其包括一封裝結構、多個導電通孔、一磁性材料 塊以及多條打線。封裝結構的兩相對表面分別具有一第一金屬層以及一第二金屬層。導電 通孔位于封裝結構內。磁性材料塊位于封裝結構上。第一金屬層包括多個焊接手指對，而 第二金屬層包括多個導電線段。每一焊接手指對包括相互分離的兩個加寬部，且該兩加寬 部通過相應的該些導電通孔以及該導電線段相互電連接。打線位于封裝結構之上并跨越磁 性材料塊，且打線電連接焊接手指對。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，前述的封裝結構的一介電芯層包括一溝槽緊鄰磁性材料 塊，且此溝槽位于加寬部與磁性材料塊之間。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，所述溝槽為環(huán)狀且環(huán)繞磁性材料塊。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，前述的封裝結構的一介電芯層包括一凹洞，且磁性材料 塊配置于此凹洞內。磁性材料塊可突出凹洞并且高于封裝結構的一頂面。依據(jù)本發(fā)明的一實施例，功率電感結構更包括兩粘著層分別配置于所述磁性材料 塊的兩個相對表面上，以增強粘著效果。為讓本發(fā)明的上述特征和優(yōu)點能更明顯易懂，下文特舉實施例，并配合所附附圖 作詳細說明如下。


圖IA繪示依照本發(fā)明的一實施例的一種功率電感結構的上視圖IB繪示圖IA的功率電感結構沿1-1’線的剖視圖IC繪示圖IA的焊接手指的一種設置的范例；
圖2A繪示依照本發(fā)明的另一實施例的一種功率電感結構的上視圖
圖2B繪示圖2A的功率電感結構沿1-1’線的剖視圖2C繪示圖2A的功率電感結構由底面視之的局部立體圖3A繪示依照本發(fā)明的第三實施例的一種功率電感結構的上視圖
圖3B繪示圖3A的功率電感結構沿1-1’線的剖視圖4A繪示依照本發(fā)明的另一實施例的一種功率電感結構的上視圖
圖4B繪示圖4A的功率電感結構沿1-1’線的剖視圖。
主要元件符號說明
100 封裝結構
100a:介電層
IOOb 頂部金屬層
IOa:封裝結構的頂面
IOb 封裝結構的底面
102 焊接手指
102a 加寬部
102b 連接部
104 連接線
106 打線
108 磁性材料塊
110:粘著層
D 焊接手指的分布區(qū)域
200 封裝結構
200a:介電層
200b 頂部金屬層
200c 底部金屬層
20a:封裝結構的頂面
20b 封裝結構的底面
202 焊接手指對
202a 加寬部
203 導電通孔
204 連接線
205:導電線段
206 打線
208 磁性材料塊
5
300 封裝結構
300a介電層
302 焊接手指對
308 磁性材料塊
312 溝槽
400 封裝結構
400a介電芯層
400b頂部金屬層
400c底部金屬層
40a:封裝結構的頂面
40b 封裝結構的底面
402 焊接手指對
402a加寬部
403 導電通孔
404 連接線
405 導電線段
406 打線
408 磁性材料塊
410 丨粘著層
412 凹洞
A 磁芯區(qū)域
N:線圈的打線匝數(shù)
1 線圈的長度
具體實施例方式本發(fā)明所提出的電感結構或其相關變化可被應用于一般或是高頻的封裝模塊。如 下述的內埋式電感結構是指至少有部分內埋或設置于線路板或印刷電路板的電感結構。當 然，本發(fā)明其他實施例的功率電感結構也可設置于線路板或是印刷電路板上，并未超出本 發(fā)明的范圍。本發(fā)明所提出的電感結構可結合打線接合技術，且所使用的材料可相容于現(xiàn)有的 封裝材料。因此，相比較于以往的功率電感器，本發(fā)明的功率電感結構的制作成本較低。圖IA繪示依照本發(fā)明的一實施例的一種功率電感結構的上視圖。圖IB繪示圖IA 的功率電感結構沿1-1’線的剖視圖。依據(jù)本發(fā)明的實施例，封裝結構100可為線路板，如雙層或四層印刷電路板，或層 壓板(laminated board)。在圖IA中，封裝結構100為雙層印刷電路板，其具有至少一頂部 金屬層IOOb配置于介電層IOOa上。封裝結構100的頂面IOa具有多個焊接手指102。該 些焊接手指102平行設置并且相互分離。基于設計需求，焊接手指102的數(shù)量為N，其中N 為大于3的正整數(shù)。每一焊接手指102包括相對設置的兩個加寬部102a以及位于所述兩 個加寬部102a的一連接部102b，連接部102b連接兩加寬部102a。圖IC繪示焊接手指102
6的一種設置的范例。然而，本范例并非用以限定焊接手指102的形狀或設置方式。本發(fā)明 可依據(jù)微型化或是電氣特性的需求來調整焊接手指102的形狀或設置方式。除此之外，最 外圍的焊接手指102旁可設置連接線104，以電連接焊接手指102至外部電路或元件。焊 接手指102以及連接線104是通過對封裝結構100的頂部金屬層IOOb進行圖案化所形成。 頂部金屬層IOOb的材料例如是銅(copper)。應用封裝制作工藝的打線接合技術，多條打線106被形成于焊接手指102之間，以 及焊接手指102與連接線104之間，如圖IA所示。打線106的材料例如是銅。每一打線106 連接焊接手指102的一加寬部102a至下一個焊接手指102的另一側的加寬部102a。在此， 每一焊接手指102與另一焊接手指102相互分離，每一焊接手指102電連接至其最接近的 焊接手指102或連接線104。通過前述打線106以及焊接手指102的設置與連接方式，可得 到連續(xù)線圈。在焊接手指102的分布區(qū)域D中，磁性材料塊108配置于封裝結構100上，且位 于焊接手指102上方以及打線106下方。磁性材料塊108位于加寬部102a之間，且位于 連接部102b的正上方。較佳者，兩粘著層110分別設置于磁性材料塊108的相對的兩個 表面，以增強磁性材料塊108與焊接手指102之間的粘著效果或是磁性材料塊108與打線 106之間的粘著效果。磁性材料塊108的材料可為導電材料，例如鎳(nickel)或鐵氧體 (ferrite)。粘著層110可為非導電環(huán)氧樹脂層(non-conductive epoxy layer)或非導電 薄膜(non-conductive adhesive film) 圖2A繪示依照本發(fā)明的另一實施例的一種功率電感結構的上視圖。圖2B繪示圖 2A的功率電感結構沿1-1’線的剖視圖。圖2C繪示圖2A的功率電感結構由底面視之的局 部立體圖。本實施例不在重述與前述實施例相同或相似的特征。在圖2A中，封裝結構200 為雙層印刷電路板，其具有一頂部金屬層200b以及一底部金屬層200c分別設置于介電層 200a的兩個相對的表面上。封裝結構200的頂部金屬層200b包括位于頂面20a的多個焊 接手指對202，而底部金屬層200c包括位于底面20b的多個導電線段205。另外，若封裝結 構200為四層或更多層的印刷電路板，則底部金屬層200c可為此多層印刷電路板的任一內 層金屬層。有別于前述實施例，每一焊接手指對202包括相互分離的兩個加寬部202a，該兩 個加寬部202a位于磁性材料塊208的兩側?；谠O計需求，焊接手指對202的數(shù)量為N，其 中N為大于3的正整數(shù)。加寬部202a的形狀不限為橢圓，更可為圓、矩形或其他多邊形。如 圖2C所示，每一焊接手指對202的兩個分離的加寬部202a通過介電層200a內的導電通孔 203以及封裝結構200的底面20b上的一個導電線段205相互連接。導電通孔203以及導 電線段205可對比為前述實施例中用以連接兩個加寬部102a的連接部102b。在本實施例 中，此種設置方式可以達到較佳的空間利用率，并提供設計上的彈性。本范例并非用以限定 焊接手指對202的形狀或設置方式。本發(fā)明可依據(jù)微型化或是電氣特性的需求來調整焊接 手指對202的形狀或設置方式。除此之外，最外圍的焊接手指對202旁可設置連接線204， 以電連接焊接手指對202至外部電路或元件。如圖2A-圖2B所示，多條打線206被形成于焊接手指對202的加寬部202a之間， 且所述打線206位于加寬部202a與連接線204之間。在圖2A中，打線206跨越磁性材料塊208并且連接焊接手指對202 (位于磁性材料塊208的一側)的加寬部202a以及下一個 焊接手指對202的另一加寬部202a ( S卩，位于磁性材料塊208另一側的加寬部202a)。換言 之，如圖2C所示，同一焊接手指對202的相互分離的兩個加寬部202a經由導電通孔203以 及導電線段205相互電連接，而每一焊接手指對202通過打線206電連接至最接近的另一 焊接手指對202或連接線204。通過打線206、內埋的導電通孔203、導電線段205以及焊接 手指對202的設置，可得到一連續(xù)線圈。在此連續(xù)線圈中，焊接手指對202的數(shù)量N即為線 圈的匝數(shù)。磁性材料塊208配置于封裝結構200的頂面20a，且位于焊接手指對202的兩個加 寬部202a之間以及位于打線206下方。較佳者，粘著層210分別被設置于磁性材料塊208 的兩個相對表面上，以增強磁性材料塊208與封裝結構200之間或磁性材料塊208與打線 206之間的粘著效果。另一方面，磁性材料塊的附近或是周圍可設置溝槽。如圖3A-圖3B所示，環(huán)狀溝槽 312位于封裝結構300的介電層300a內并且環(huán)繞磁性材料塊308。溝槽312架構于介電層 300a中且位于焊接手指對302與磁性材料塊308之間，但與圖2A相比，溝槽312并不會使磁 性材料塊308的位置降低。溝槽312可沿著磁性材料塊308的四個邊設置，或沿著磁性材料 塊308的任兩個相對邊設置。溝槽312的深度或形狀可依據(jù)電氣特性或布局需求來調整。電 感器的品質因數(shù)(quality factor,Q)為一給定頻率下其有感電抗(inductivereactance) 與阻抗(resistance)的比值，用以評估電感器的效率。本實施例的功率電感結構的溝槽設 計可提高品質因數(shù)。如此，搭配溝槽設計的功率電感結構因部分介電材料被空氣取代(形 成溝槽)，達到低正切損耗(tangent loss)，而可具有高虛部組抗(imaginary impedance)。另外，在下列實施例中，封裝結構內可形成凹洞，而磁性材料塊深埋于此凹洞內， 以降低封裝模塊的高度，并對電感結構提供較大的磁芯。圖4A繪示依照本發(fā)明的另一實施例的一種功率電感結構的上視圖。圖4B繪示圖 4A的功率電感結構沿1-1’線的剖視圖。在圖4A中，封裝結構400為四層印刷電路板，其具有至少一頂部金屬層400b以及 一底部金屬層400c分別設置于介電芯層400a的兩個相對的表面上。介電芯層400a可能 包括更多金屬層或內連線結構。封裝結構400的頂部金屬層400b包括位于頂面40a上的 多個焊接手指對402，而底部金屬層400c包括位于底面40b上的多個導電線段405。介電 芯層400a包括連接焊接手指對402與導電線段405的多個導電通孔403。每一焊接手指對 402包括相互分離的兩個加寬部402a分別位于磁性材料塊408的兩側，且每一焊接手指對 402的相互分離的兩個加寬部402a通過介電芯層400a內的導電通孔403以及位于封裝結 構400的底面40b的導電線段405相互連接。此外，連接線404可以被設置于最外圍的焊 接手指對402旁，以電連接焊接手指對402至外部電路或元件。如圖4A-圖4B所示，多條打線406被形成于磁性材料塊408之上，該些打線406 位于焊接手指對402的加寬部402a之間，且位于加寬部402a與連接線404之間。有別于前述實施例，封裝結構400的介電芯層400a內形成有凹洞412。磁性材料 塊408配置于凹洞412內，且位于打線406下方。較佳者，磁性材料塊408部分突出于凹洞 412且高于封裝結構400的頂面40a。磁性材料塊408的尺寸可隨需求的模塊高度或電感 而改變。因此，凹洞412的深度可隨封裝結構的厚度或是需求的模塊高度來調整。例如，采
8用大尺寸的磁性材料塊時，可形成較深的凹洞，以得到較薄的封裝模塊。在上視圖中，磁性 材料塊408配置于焊接手指對402的加寬部402a之間。粘著層410分別形成于磁性材料 塊408的兩個相對的表面，以強化磁性材料塊408與基板400之間或是磁性材料塊408與 打線406之間的粘著效果。應用于線路板或是印刷電路板，功率電感結構的高度可被縮減，且功率電感結構 可提供高電感值并可忍受大電流。如圖IA-圖IB所示的功率電感結構，通過打線以及焊接手指對的電連接來得到連 續(xù)線圈。另外，如圖2A-圖4B所示的功率電感結構，通過打線、導電通孔、導電線段以及焊 接手指對之間的電連接來得到連續(xù)線圈。所述實施例的電感結構的電感值可由以下公式求 得
Γ π r M2jIiA Γ …
L =——γ^[UJ其中L代表單位為亨利(Henry)的電感值，N代表線圈的打線匝數(shù)，μ代表磁芯 的導磁率(permeability)，1代表線圈的長度，而A代表電感結構的截面積(即如圖1B、圖 2B、圖3B或圖4B所示的磁芯的區(qū)域A)。顯然，電感結構的電感值正比于N(線圈的打線匝數(shù))、μ (磁芯的導磁率)以及 Α(線圈的截面積)。相對而言，圖2Β、圖3Β或圖4Β所示的電感結構因為其線圈截面積包括 部分的封裝結構，因此圖2Β、圖3Β或圖4Β的線圈截面積大于圖IB所示者。在此情況下，線 圈截面積A增加，而電感值也相應增加。在本發(fā)明的電感結構的布局設計中，線圈的打線匝 數(shù)N或是線圈的長度1可以被改變，以符合適當?shù)碾姎馓匦?。另一方面，可通過溝槽的設計 來調整磁芯的導磁率μ。以圖IA-圖IB所示的電感結構為例，其電感值約為2 μ H，若是磁鐵材料為鐵氧體， 則其磁芯的導磁率μ為100Η Dm-LN為25，1為3. 6mm。事實上，相比較于現(xiàn)有的表面接 著型態(tài)功率電感器，不論是圖2A-圖4B所示的電感結構或是圖IA-圖IB所示的電感結構皆 可在應用頻率IOMHz或更低的頻率下，提供令人滿意的電感值(如0. 4-5 μ H)，大電流(如 5-15安培)，并符合小尺寸的需求。綜上所述，本發(fā)明的功率電感結構可以提供令滿意的電感值并且有助于縮小封裝 尺寸。此外，本發(fā)明的功率電感結構不需更換封裝材料，且可相容于現(xiàn)有的封裝制作工藝， 因此制作成本低廉。據(jù)此，本發(fā)明提出的設計可應用于功率電感結構，作為封裝結構中的直流-直流 轉換器。雖然結合以上實施例揭露了本發(fā)明，然而其并非用以限定本發(fā)明，任何所屬技術 領域中熟悉此技術者，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍內，可作些許的更動與潤飾，故本發(fā)明 的保護范圍應以附上的權利要求所界定的為準。
權利要求
一種功率電感結構，包括封裝結構，具有第一金屬層以及第二金屬層，分別位于該封裝結構的兩相對表面，其中該第一金屬層包括多個焊接手指對，而該第二金屬層包括多條導電線段，每一焊接手指對包括相互分離的兩個加寬部；多個導電通孔，位于該封裝結構內并且連接該些焊接手指對的該些加寬部與該些導電線段，其中每一焊接手指對的兩加寬部通過相應的該些導電通孔以及該導電線段相互電連接；磁性材料塊，位于該封裝結構上并且位于該些加寬部之間；以及多條打線，位于封裝結構之上并跨越該磁性材料塊，且該些打線電連接該些焊接手指對。
2.如權利要求1所述的功率電感結構，還包括第一粘著層以及第二粘著層，其中該第 一粘著層配置于該磁性材料塊與該些打線之間，而該第二粘著層配置于該磁性材料塊與該 封裝結構之間。
3.如權利要求1所述的功率電感結構，其中該封裝結構包括介電芯層，配置于該第一 金屬層與該第二金屬層之間，且該介電芯層包括一溝槽緊鄰該磁性材料塊，且該溝槽位于 該些加寬部與該磁性材料塊之間。
4.如權利要求3所述的功率電感結構，其中該溝槽為環(huán)狀且環(huán)繞該磁性材料塊。
5.如權利要求1所述的功率電感結構，其中該封裝結構包括一介電芯層配置于該第一 金屬層與該第二金屬層之間，且該磁性材料塊配置于該介電芯層的一凹洞內。
6.如權利要求5所述的功率電感結構，其中該磁性材料塊突出該凹洞并且高于該封裝 結構的一頂面。
7.如權利要求1所述的功率電感結構，其中該磁性材料塊的材料包括鎳或鐵氧體。
8.如權利要求2所述的功率電感結構，其中該第一粘著層或該第二粘著層的材料包括 非導電環(huán)氧樹脂。
9.如權利要求1所述的功率電感結構，其中該第一金屬層還包括至少兩連接線，分別 電連接至最外圍的兩個焊接手指對。
10.一種功率電感結構，包括封裝結構，其上具有金屬層，其中該金屬層包括多個獨立的焊接手指，且每一焊接手指 包括相互分離的兩個加寬部以及位于該兩個加寬部之間的一連接部；磁性材料塊，位于該封裝結構上，該磁性材料塊位于該些連接部上方且位于該些加寬 部之間；以及多條打線，位于該封裝結構上并且跨越該磁性材料塊，該些打線電連接該些焊接手指。
11.如權利要求10所述的功率電感結構，還包括第一粘著層以及第二粘著層，其中該 第一粘著層配置于該磁性材料塊與該些打線之間，而該第二粘著層配置于該磁性材料塊與 該封裝結構之間。
12.如權利要求10所述的功率電感結構，其中該磁性材料塊的材料包括鎳或鐵氧體。
13.如權利要求11所述的功率電感結構，其中該第一粘著層或該第二粘著層的材料包 括非導電環(huán)氧樹脂。
14.如權利要求10所述的功率電感結構，其中該金屬層還包括至少兩連接線，分別電連接至最外圍的兩個焊接手指對。
全文摘要
本發(fā)明公開一種功率電感結構，其通過將磁性材料塊設置于多條打線與多個焊接手指或焊接手指對之間，以得到多種功率電感結構。此功率電感結構可以提供高電感以及大電流，且同時符合小尺寸的需求。
文檔編號H01F27/29GK101964249SQ20101029790
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月27日 優(yōu)先權日2010年5月27日
發(fā)明者姜成模, 林星默, 鄭潤載 申請人:日月光半導體制造股份有限公司