一種高效率的集成電感結(jié)構(gòu)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及電感器，尤其涉及一種用于電源管理的高效率的集成電感結(jié)構(gòu)。
【背景技術(shù)】
[0002]電感在電路中具有廣泛的應(yīng)用，尤其在電源管理集成電路中，電感是最難在集成電路中實現(xiàn)的元件，它的性能參數(shù)直接影響著電路的性能。隨著移動和可穿戴電子設(shè)備的電源管理的快速發(fā)展，高性能的集成電感及變壓器具有了更加迫切的市場需求。高性能的集成功率電感及變壓器需要具有高的集成度、大的電感和小的直流電阻，這就要求集成功率電感及變壓器的器件結(jié)構(gòu)能夠緊湊有效地實現(xiàn)具有大的橫截面積的金屬線圈線條以及具有大的橫截面積的磁芯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提出了一種高效率的集成電感結(jié)構(gòu)，該集成電感包括兩個帶有金屬線條層的襯底，兩層金屬線條層均嵌入相應(yīng)的襯底中，所述兩層金屬線條層和連接兩層金屬線條層的金屬導(dǎo)體層形成螺線管形狀，兩層金屬線條層之間還可設(shè)置磁芯。本發(fā)明集成電感可實現(xiàn)較大的金屬線條厚度值，有利于實現(xiàn)小的電阻，同時控制磁芯的橫截面積還可實現(xiàn)大的電感，從而得到高效率的集成電感及變壓器。
[0004]本發(fā)明的技術(shù)方案如下:
[0005]一種高效率的集成電感結(jié)構(gòu)，包括第一襯底11、第二襯底12，嵌入所述第一襯底11中的第一金屬線條層21，嵌入所述第二襯底12中的第二金屬線條層22，所述第一金屬線條層21和第二金屬線條層22通過金屬導(dǎo)體層4相向、錯位連接形成螺線管形狀，所述第一金屬線條層21通過金屬通孔23與第一襯底11的另一表面電學(xué)連接。
[0006]進一步地，所述第一金屬線條層21與第二金屬線條層22之間還有磁芯5，所述磁芯5設(shè)置于第一金屬線條層表面或設(shè)置于第二金屬線條層表面，所述第一金屬線條層21、第二金屬線條層22和金屬導(dǎo)體層4組成的螺線管形狀的金屬線圈環(huán)繞磁芯5。
[0007]進一步地，所述第一金屬線條層21和金屬通孔23與第一襯底11之間設(shè)置第一絕緣層31。
[0008]進一步地，所述第二金屬線條層22與第二襯底12之間設(shè)置第二絕緣層32。
[0009]進一步地，所述第一金屬線條層21表面和面向第二金屬線條層22的第一襯底表面設(shè)置第三絕緣層33，所述第二金屬線條層22表面和面向第一金屬線條層21的第二襯底表面設(shè)置第四絕緣層34。
[0010]進一步地，所述第三絕緣層33和第四絕緣層34之間還有磁芯5，所述磁芯設(shè)置于第三絕緣層表面或者設(shè)置于第四絕緣層表面，所述第一金屬線條層21、第二金屬線條層22和金屬導(dǎo)體層4組成的螺線管形狀的金屬線圈環(huán)繞磁芯5。
[0011]進一步地，上述結(jié)構(gòu)中第一金屬線條層21或第二金屬線條層22可直接與外界電學(xué)連接。
[0012]進一步地，所述第一金屬線條層21和第二金屬線條層22的厚度為20?200 μ m，線寬為10?50 μ mo
[0013]進一步地，所述第一襯底11和第二襯底12的厚度為200?400 μ m。
[0014]進一步地，所述第一襯底11和第二襯底12為硅等。
[0015]進一步地，所述第一金屬線條層21、第二金屬線條層22和金屬通孔23為銅、金、鋁、鶴、鉭等金屬及其氮化物、合金中的一種或兩種以上組成，采用電鍍、灘射、蒸發(fā)、化學(xué)氣相沉積等方法制備得到。
[0016]進一步地，所述金屬導(dǎo)體層4為銅、金、鈦、鎢、鎳、錫等金屬及其氮化物、合金中的一種或兩種以上組成。
[0017]進一步地，所述金屬導(dǎo)體層采用倒裝焊接法制備得到，具體地，在第一金屬線條層21和第二金屬線條層22中需要連接的線條的兩端形成金屬凸塊和焊錫帽，進行倒裝焊接即可得到，所述焊錫帽設(shè)置在金屬凸塊的頂端。
[0018]進一步地，所述磁芯5為镲鐵合金、鐵氧體等磁性材料及其與介質(zhì)材料形成的層狀結(jié)構(gòu)，采用電鍍、濺射、旋轉(zhuǎn)涂布、絲網(wǎng)印刷、噴涂等方法制備得到。
[0019]進一步地，所述第一絕緣層31、第二絕緣層32、第三絕緣層33和第四絕緣層34為硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、聚酰亞胺、苯并環(huán)丁烯中的一種或兩種以上組成的絕緣層，采用熱氧化、化學(xué)氣相沉積、旋轉(zhuǎn)涂布等方法制備得到。
[0020]其中，當所述第一襯底11導(dǎo)電性能差(電阻率大于1000 Ω.cm)時，上述結(jié)構(gòu)可不需要第一絕緣層31，當所述第二襯底12導(dǎo)電性能差(電阻率大于1000Ω.cm)時，上述結(jié)構(gòu)可不需要第二絕緣層32，當所述磁芯5導(dǎo)電性能差(電阻率大于1000 Ω -cm)時，上述結(jié)構(gòu)可不需要第三絕緣層33和第四絕緣層34。
[0021]進一步地，所述金屬通孔23的截面為圓形、矩形、三角形等形狀。
[0022]進一步地，所述第一金屬線條層21和第二金屬線條層22中的金屬線條的截面為矩形、橢圓形等形狀。
[0023]進一步地，所述金屬導(dǎo)體層4的截面為圓形、矩形等其他形狀，所述磁芯的截面為矩形等形狀。
[0024]進一步地，所述第一金屬線條層或第二金屬線條層與外界電學(xué)連接可通過第一襯底或第二襯底上的金屬通孔實現(xiàn)，也可將第一金屬線條層或第二金屬線條層直接與外界電學(xué)連接。
[0025]進一步地，所述磁芯5可形成閉合的環(huán)。
[0026]進一步地，上述磁芯5形成的閉合環(huán)中可有開口 6，用于增加磁芯儲存能量的能力。
[0027]進一步地，兩個或多個環(huán)繞閉合環(huán)磁芯5的螺線管金屬線圈可組成耦合電感或變壓器。
[0028]進一步地，上述兩個或多個環(huán)繞閉合環(huán)磁芯5的螺線管金屬線圈組成的耦合電感或變壓器，其中所述磁芯5具有兩個或多個閉合矩形環(huán)。
[0029]本發(fā)明的有益效果為:本發(fā)明的第一金屬線條層和第二金屬線條層均嵌入相應(yīng)的襯底中，可實現(xiàn)較大的金屬線條的厚度值，且金屬導(dǎo)體層中電流流動的方向垂直于襯底表面，可通過版圖設(shè)計實現(xiàn)大的截面積，故該集成電感結(jié)構(gòu)可實現(xiàn)小的電阻；另一方面，本發(fā)明所述磁芯設(shè)置于第一金屬線條層和第二金屬線條層之間，且磁芯制作在一個平整的表面上，更有利于實現(xiàn)高性能的磁芯的平坦化制備，此外，該結(jié)構(gòu)中對磁芯的厚度沒有限制，可控制磁芯的厚度實現(xiàn)大的電感。因此，本發(fā)明的集成電感可同時實現(xiàn)小的電阻和大的電感，從而得到高效率的集成電感及變壓器。
【附圖說明】
[0030]圖1為本發(fā)明提供的一種高效率的集成電感結(jié)構(gòu)的示意圖。
[0031]圖2為圖1所示集成電感沿XX’ X”面的截面圖。
[0032]圖3為本發(fā)明提供的集成電感的金屬通孔、第一金屬線條層、第二金屬線條層、金屬導(dǎo)體層的截面圖；(a)為集成電感的金屬通孔沿圖2中A-A’的截面圖；(b)為集成電感的第一金屬線條層沿圖2中B-B’的截面圖；(c)為集成電感的金屬導(dǎo)體層沿圖2中C-C’的截面圖；(d)為集成電感的第二金屬線條層沿圖2中D-D’的截面圖。
[0033]圖4為本發(fā)明提供的集成電感中的第一金屬線條層、第二金屬線條層、金屬導(dǎo)體層、金屬通孔和磁芯5組成的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0034]圖5為本發(fā)明一實施例的集成電感沿圖1中所示XX’ X”面的截面示意圖。
[0035]圖6為本發(fā)明一實施例的集成電感沿圖1中所示XX’ X”面的截面示意圖。
[0036]圖7為本發(fā)明一實施例的集成電感沿圖1中所示XX’ X”面的截面示意圖。
[0037]圖8為本發(fā)明的一種含閉合矩形環(huán)磁芯的集成電感的第一金屬線條層、第二金屬線條層、金屬導(dǎo)體層、金屬通孔和磁芯5組成的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0038]圖9為本發(fā)明的一種有開口的矩形環(huán)磁芯的集成電感的第一金屬線條層、第二金屬線條層、金屬導(dǎo)體層、金屬通孔和磁芯5組成的結(jié)構(gòu)的俯視圖。
[0039]圖1