專利名稱：具有三維螺旋電感器的印刷電路板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及具有電感器的印刷電路板(PCB)及其制造方法，更具體，涉及具有電感器的PCB以及涉及制造該電感器的方法，其中通過適當(dāng)?shù)夭贾寐菪怪苯Y(jié)構(gòu)形成電感器以便有效地使用PCB的空間。
背景技術(shù)：
電子產(chǎn)品和電路中使用的無源元件一般分為電阻器、電容器和電感器。它們中的電容器和電感器是能存儲和提供能量的最基本元件。由于它們具有頻率特性，因此它們的材料取決于頻率、電壓和電流。
其間，當(dāng)前的電子器件變得小、輕和微薄，以及電子器件的制造和設(shè)計技術(shù)的進(jìn)展促使電子器件中使用的無源元件小型化。具體，電容器和電感器的小型化是決定產(chǎn)品尺寸的重要因素。
與其他無源元件不同，除當(dāng)電感器用于低功率信號的非常稀有的情況之外，電感器不制造為現(xiàn)成的產(chǎn)品。由此，通過設(shè)計、制造、測試、評估以及外購等的許多步驟獲得電感器。
當(dāng)兩個或更多電感器同時地連接到一個線心時，所得的結(jié)構(gòu)用作變壓器。變壓器是用于電絕緣、阻抗變換、電壓和電流的數(shù)量轉(zhuǎn)換以及過濾的重要器件。
電感器和變壓器具有基本上相同的結(jié)構(gòu)，其中它們圍繞線心纏繞，但是在應(yīng)用中它們彼此顯著地不同。
在IC封裝或PCB中使用的常規(guī)電感器具有二維型結(jié)構(gòu)，其中在襯底的外層上層疊微-帶(micro-stript)層。當(dāng)形成長且直的圖形時，可以使用圖形如微-帶制造電感器。但是，因為空間限制，主要以圖1所示的三種類型的一種制造電感器。
在三種類型的電感器中，圖形被扭曲，以便在窄空間內(nèi)形成為長的。它們中的螺旋電感器被經(jīng)常使用，因為它對于形成長圖形是有用的。螺旋電感器的有利之處在于由于它在一個方向螺旋，同時形成同心圓，因此通過互感在相同的方向中增加磁場。由此，可以在小的區(qū)域中形成高電感。
彎曲線電感器如同蛇一樣纏繞和扭曲。但是，彎曲線電感器的不利之處在于由于在相反的方向中產(chǎn)生互感，且因此彼此偏移，因此對于給定的尺寸難以形成高電感?；芈冯姼衅骶哂斜葍煞N前述類型更差的形狀和性能，因而它很少被使用，但是有時被用作濾波器。
電感器的三種類型中，螺旋電感器是最有利的，但是問題在于二維的螺旋電感器占據(jù)將應(yīng)用于使電流器件小型化和復(fù)雜的襯底的太大區(qū)域，同時不能保證充足的電感。
為了避免上述缺點，日本專利特許-公開號2002-324962公開了具有電感器的PCB及其制造方法。
據(jù)此，提供兩種類型的電感器結(jié)構(gòu)。在圖2a和2b中示出了第一類型，其中使用穿過絕緣層23形成的通孔25電連接導(dǎo)線22a和導(dǎo)線26a，由此產(chǎn)生電感器部件，導(dǎo)致電感器嵌入PCB中。
在圖2a中，省略了絕緣層。在制造PCB的方法中，如圖3a至3f所示，在第一絕緣層21上層疊銅箔層，以形成導(dǎo)體層22(參考圖3a)，在導(dǎo)體層22上形成預(yù)定的抗蝕劑圖形，使用抗蝕劑圖形作為掩模刻蝕導(dǎo)體層22，以及抗蝕劑圖形被分開，以形成第一導(dǎo)線22a(參考圖3b)。
此外，在其上已經(jīng)形成了第一導(dǎo)線22a的第一絕緣層21上形成第二絕緣層23(參考圖3c)，在預(yù)定位置穿過第二絕緣層23形成孔24(參考圖3d)，以及通過無電和電解銅電鍍工藝裝填孔24，以形成通孔25和導(dǎo)體層26，(參考圖3e)。導(dǎo)體層26被構(gòu)圖，以形成第二導(dǎo)線26a，形成電感器部件(參考圖3f)，以及在其他襯底上同時形成引線和通孔，由此產(chǎn)生具有電感器的PCB。
圖4示出了第二類型，其中在絕緣層(未示出)上形成環(huán)形導(dǎo)線31、32和33，以及環(huán)形導(dǎo)線31、32和33通過通孔41、42彼此電連接，由此產(chǎn)生電感器。在制造具有電感器的PCB的方法中，通過貫穿第二絕緣層形成的通孔41電連接第一環(huán)形導(dǎo)線31的端電極31b和第二環(huán)形導(dǎo)線32的端電極32a，其中第一環(huán)形導(dǎo)線31的端電極31b形成在第一絕緣層上，第二環(huán)形導(dǎo)線32的端電極32a形成在第二絕緣層上。同樣，通過貫穿第三絕緣層形成的通孔42電連接第二環(huán)形導(dǎo)線32的端電極32b和第三環(huán)形導(dǎo)線33的端電極33a，其中第二環(huán)形導(dǎo)線32的端電極32b形成在第二絕緣層上，第三環(huán)形導(dǎo)線33的端電極33a形成在第三絕緣層上，從而創(chuàng)建電感。如上所述，通過貫穿絕緣層形成的通孔電連接環(huán)形導(dǎo)線，以及層疊希望數(shù)目的所得層，由此形成電感器部件。在其他絕緣層上同時形成引線和通孔，由此產(chǎn)生具有電感器的PCB。
據(jù)此，在名稱為″a PCB and a method of fabricating the same″的日本專利特許公開號2003-209331中，公開了根據(jù)另一常規(guī)技術(shù)的電感器結(jié)構(gòu)。
下面將參考圖5至9描述其他常規(guī)技術(shù)。圖5說明根據(jù)另一常規(guī)技術(shù)的PCB，其示出了包括電感器的PCB的部分的表面。如圖5所示，電感器51被嵌入在PCB中，該電感器51包括上引線和下引線、在上和下引線之間插入的絕緣層以及用于使上和下引線彼此電連接的通孔。PCB設(shè)有電感器51和不同的樹脂，該不同的樹脂由包含磁性物質(zhì)的樹脂52和不包含磁性物質(zhì)的樹脂53構(gòu)成。
圖6是沿著圖5的A-A′線的剖面圖，以及圖7是沿著圖5的B-B’線的剖面圖。如圖6和7所示，在其上形成引線圖形(未示出)的襯底56上形成第一絕緣樹脂層54，以及在其上形成第二絕緣樹脂層55。使用準(zhǔn)分子激光器處理第二絕緣樹脂層55，以除去其部分和圍繞除去部分的樹脂，通過該部分形成電感器。由此，通過第二絕緣樹脂層形成溝槽，以便露出下引線58。在溝槽中裝填包含磁性物質(zhì)的樹脂52，然后形成上引線62。在此情況下，可以僅僅在通孔之間形成磁性物質(zhì)。
在圖5的修改實施例中，圖8是沿圖5的PCB的線A-A′的剖面圖，其中在圖5的第一絕緣樹脂層54中設(shè)置磁性物質(zhì)。在此情況下，在襯底56上預(yù)先形成導(dǎo)體絕緣層59，以便具有比沖壓部分更大的面積，由此形成第一絕緣樹脂層。在形成下引線58之后，使用廉價的二氧化碳?xì)怏w激光器代替準(zhǔn)分子激光器形成溝槽，以便露出第一絕緣樹脂層的表面。
在這方面，絕緣樹脂59和下引線58用作停止層，以及通過二氧化碳?xì)怏w激光器熔融其上未形成下引線58的部分樹脂，由此形成溝槽，以便露出襯底上的導(dǎo)線絕緣層59。在溝槽形成之后，形成第二絕緣樹脂層。后續(xù)過程與圖6和7相同。
此外，在圖5的另一修改實施例中，如圖9所示，通過與圖6和7相同的過程形成第一絕緣樹脂層。在形成上引線62之后，使用二氧化碳?xì)怏w激光器形成溝槽，以及在溝槽中裝填包含磁性物質(zhì)的樹脂。在此情況下，上引線62和下引線58用作停止層，以形成溝槽。
由此，產(chǎn)生PCB，其中電感器的上引線下的樹脂不同于下引線上的樹脂。
但是，在上述現(xiàn)有技術(shù)中，盡管螺旋電感器是最有利的，但是螺旋電感器的問題在于它占據(jù)將應(yīng)用于使電流器件小型化和復(fù)雜的襯底的太大區(qū)域，由此不能保證充足的電感。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明記住現(xiàn)有技術(shù)中出現(xiàn)的上述缺點，以及本發(fā)明的目的是提供一種具有三維螺旋電感器的PCB及其制造方法，其在小型化和復(fù)雜電子器件的IC封裝或PCB的小面積中保證高的電感。
通過提供具有三維螺旋電感器的PCB可以實現(xiàn)上述目的，該電感器包括多個絕緣層和導(dǎo)體層。PCB包括由導(dǎo)電材料制成且加工成條形的多個線圈導(dǎo)體圖形，其分別設(shè)置在多個導(dǎo)體層上，以便多個線圈導(dǎo)體圖形彼此平行并位于垂直于導(dǎo)體層的相同平面上，以及其中多個線圈導(dǎo)體圖形的每個比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更長；相對于印刷電路板的中心對稱地設(shè)置多個導(dǎo)電穿通孔，導(dǎo)電穿通孔電連接設(shè)置在導(dǎo)體層上的線圈導(dǎo)體圖形，以便多個線圈導(dǎo)體圖形和多個導(dǎo)電穿通孔一起形成螺旋導(dǎo)體；以及一對引出線圖形，連接到由線圈導(dǎo)體圖形和多個導(dǎo)電穿通孔構(gòu)成的螺旋導(dǎo)體的內(nèi)端和外端，以便允許將外電源提供給螺旋導(dǎo)體。
此外，本發(fā)明提供一種制造具有三維螺旋電感器的PCB的方法。該方法包括制備覆銅疊層和形成用于形成線圈通孔的多個第一穿通孔的第一步驟，所述覆銅疊層由第一絕緣層和第一絕緣層的兩側(cè)上的第一導(dǎo)體層構(gòu)成；在覆銅疊層上形成第一電鍍層以及在第一導(dǎo)體層和覆銅疊層的第一電鍍層上形成具有預(yù)定長度的多個條形第一線圈導(dǎo)體圖形，以便第一線圈導(dǎo)體圖形彼此平行并在其第一端連接到第一穿通孔的第二步驟；在所得疊層的兩側(cè)上層疊第二絕緣層和第二導(dǎo)體層的第三步驟；以及形成多個第二穿通孔、形成第二電鍍層以及在第二導(dǎo)體層和第二電鍍層上形成多個條形第二線圈導(dǎo)體圖形以便第二線圈導(dǎo)體圖形平行于形成在覆銅疊層上的第一線圈導(dǎo)體圖形的第四步驟，所述多個第二穿通孔通過第二絕緣層連接到第一線圈導(dǎo)體圖形的第二端。


從下面結(jié)合附圖的詳細(xì)說明將更清楚地理解本發(fā)明的上述及其他目的、特征以及其他優(yōu)點，其中圖1說明常規(guī)平面電感器結(jié)構(gòu)；圖2a和2b說明根據(jù)常規(guī)技術(shù)的三維電感器結(jié)構(gòu)；圖3a至3f是說明根據(jù)常規(guī)技術(shù)的三維電感器制造的剖面圖；圖4說明根據(jù)常規(guī)技術(shù)，其中平行地布置環(huán)形結(jié)構(gòu)的環(huán)形電感器；圖5說明根據(jù)另一常規(guī)技術(shù)的三維電感器結(jié)構(gòu)；圖6是沿著圖5的A-A′線的剖面圖；圖7是沿著圖5的B-B′線的剖面圖；圖8說明圖5的三維電感器結(jié)構(gòu)的改進(jìn)實施例；圖9說明圖5的三維電感器結(jié)構(gòu)的另一改進(jìn)實施例；圖10是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例在具有三維螺旋電感器的PCB中使用的四層三維電感器的透視圖；圖11是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例在具有三維螺旋電感器的PCB中使用的六層三維電感器的透視圖；圖12說明根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，其中省略了絕緣層的三維螺旋電感器；圖13a至13h是說明制造圖12的電感器的剖面圖，其沿圖12的A-A′；圖14a至14f是說明制造圖12的電感器的剖面圖，其沿圖12的線B-B′；圖15a是常規(guī)螺旋電感器的透視圖，其中省略了絕緣層，以及圖15b是圖15a的常規(guī)螺旋電感器的平面圖，其中省略了絕緣層；
圖16a是根據(jù)本發(fā)明的三維螺旋電感器的透視圖，其具有橫向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)以及其中省略了絕緣層，以及圖16b是根據(jù)圖15b所示的本發(fā)明的三維螺旋電感器的平面圖，具有橫向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)；圖17a是常規(guī)螺旋電感器的透視圖，其中省略了絕緣層，以及圖17b是圖17a的常規(guī)螺旋電感器的平面圖，其中省略了絕緣層；圖18是根據(jù)本發(fā)明的三維螺旋電感器的透視圖，其具有橫向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)以及其中省略了絕緣層，以及圖18b是根據(jù)圖17b所示的本發(fā)明的三維螺旋電感器的平面圖，其具有橫向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)。
具體實施例方式
下面，將參考附圖詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明具有三維螺旋電感器的PCB及其制造方法。
圖10是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例在包括三維螺旋電感器的PCB中使用的四層三維電感器的透視圖；參考圖10，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例在具有三維螺旋電感器的PCB中使用的三維電感器設(shè)有多個線圈導(dǎo)體圖形1100a-1100d、多個線圈通孔1101a-1101c以及兩個引出線圖形1103a，1103b。在線圈通孔1101a-1101c的兩端形成焊盤部件1101aa和1101ab、1101ba和1101bb以及1101ca和1101cb。
在圖10中，線圈導(dǎo)體圖形1100a-1100d以微帶構(gòu)形，且分開和彼此平行。
此外，線圈通孔1101a-1101c形成為垂直于線圈導(dǎo)體圖形1100a-1100d，以及電連接相應(yīng)的線圈導(dǎo)體圖形1100a-1100d。
在這方面，在線圈通孔1101a-1101c的壁上形成無電和電解銅電鍍層，以為通孔提供導(dǎo)電性，以及在線圈通孔的剩余孔中裝填膏劑或為線圈通孔的剩余孔進(jìn)行填充電鍍處理。
此外，在線圈通孔1101a-1101c的兩端形成焊盤部件1101aa和1101ab、1101ba和1101bb以及1101ca和1101cb，以提高導(dǎo)電性。
具有微帶形的兩個引出線圖形1103a、1103b以直角連接到最外的導(dǎo)體圖形1100a、1100b，以在導(dǎo)體圖形1100a、1100b和外部之間形成電路徑。
由圖10可以看到線圈的繞組數(shù)目是1.5，為了獲得上述繞組數(shù)目需要四個電路層和三個線圈通孔1101a-1101c。
此外，每個線圈導(dǎo)體圖形1100a-1100d比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更長，由此形成螺旋電感器。
在該實施例中示出了具有1.5繞組的電感器，但是可以實現(xiàn)具有更多繞組的電感器。
不用說，在該實施例中多個線圈導(dǎo)體圖形1100a-1100d具有幾乎相同的寬度，但是該圖形可以具有不同的寬度。
換句話說，多個線圈導(dǎo)體圖形1100a-1100d的每一個可以比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更寬，或反之，每個圖形可以比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更窄。在此情況下，DC(直流電)阻抗和Q值改變。
據(jù)此，在線圈導(dǎo)體圖形1100a-1100d中，如果中間層和外層上的圖形的寬度大于內(nèi)層上的圖形寬度，那么中間和外層上的圖形的截面積大于內(nèi)層上的圖形的截面積，且因此，中間和外層上的圖形具有比內(nèi)層上的圖形更小的DC電阻率。由此，線圈導(dǎo)體圖形的總DC電阻減小。
當(dāng)電感是L時，DC電阻是R，以及共振頻率是fo，Q值由Q＝2πfoL/R表示，因此Q值增加。
用于導(dǎo)體圖形1100a-1100d的材料例子包括Ag、Pd、Cu、Ni、Au以及Ag-Pd。
此外，使用光刻、刻蝕以及孔處理技術(shù)的組合制造線圈導(dǎo)體圖形1100a-1100d和線圈通孔1101a-1101c。詳細(xì)地，制備覆銅疊層，形成穿通孔，以形成線圈通孔1101b、1101c，進(jìn)行無電和電解銅電鍍處理，以形成電鍍層，以便為穿通孔提供導(dǎo)電性，以及在導(dǎo)體層上形成光刻膠層。接著，在光刻膠層上層疊(layer)光掩模，然后露出光掩模。接下來，露出的抗蝕劑層被顯影，因此抗蝕劑層的不必要部分被除去。使用蝕刻劑部分地除去導(dǎo)體層，同時其上層疊抗蝕劑層的部分導(dǎo)體層不被除去。由此，形成線圈導(dǎo)體圖形1100c、1100d和引出圖形1103b。
此后，在線圈導(dǎo)體圖形1100c、1100d的兩側(cè)上層疊絕緣層，以及形成穿通孔，以形成導(dǎo)體通孔1101a。此外，穿通孔經(jīng)受無電和電解銅電鍍處理，以具有導(dǎo)電性，以及形成導(dǎo)體層。接著，導(dǎo)電膏填充穿通孔。重復(fù)上述過程，以形成線圈導(dǎo)體圖形1100a、1100b和引出圖形1103a。
圖11是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例在具有三維螺旋電感器的PCB中使用的六層三維電感器的透視圖。
參考圖11，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例在具有三維螺旋電感器的PCB中使用的三維電感器設(shè)有多個線圈導(dǎo)體圖形1200a-1200f、用于使線圈導(dǎo)體圖形1200a-1200f彼此連接的多個線圈通孔1201a-1201e以及兩個引出線圖形1203a，1203b。
由圖11，可以看到線圈的繞組數(shù)目是2.5，為了獲得上述繞組數(shù)目需要六個電路層和六個線圈通孔1201a-1201e。
此外，每個線圈導(dǎo)體圖形1200a-1200f比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更長，由此形成螺旋電感器。
在本實施例中線圈導(dǎo)體圖形1200a-1200f具有幾乎相同的寬度，但是該圖形可以具有不同的寬度。
換句話說，多個線圈導(dǎo)體圖形1200a-1200f的每一個可以比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更寬，或反之，每個圖形可以比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更窄。在此情況下，DC電阻和Q值改變。
據(jù)此，在線圈導(dǎo)體圖形1200a-1200f中，如果中間層和外層上的圖形的寬度大于內(nèi)層上的圖形寬度，那么中間和外層上的圖形的截面積大于內(nèi)層上的圖形的截面積，且因此，在螺旋線圈導(dǎo)體圖形1200a-1200f中，中間和外層上的圖形具有比內(nèi)層上的圖形更小的DC電阻率。由此，線圈導(dǎo)體圖形的總DC電阻減小以及Q值增加。
導(dǎo)體圖形1200a-1200f的材料例子包括Ag、Pd、Cu、Ni、Au以及Ag-Pd。
此外，使用光刻、刻蝕以及孔處理技術(shù)的組合制造線圈導(dǎo)體圖形1200a-1200f和線圈通孔1201a-1201e。
圖12說明根據(jù)本發(fā)明的第三實施例，其中省略了絕緣層的三維螺旋電感器。
參考圖12，在本發(fā)明中，第三實施例不同于第一和第二實施例在于其中平行地布置三個螺旋結(jié)構(gòu)。
換句話說，在本發(fā)明的第三實施例中三個垂直平面彼此平行布置。在每個平面上形成包括具有1.75繞組的螺旋結(jié)構(gòu)的電感器部件。電感器部件通過引線連接圖形1304a、1304b彼此電連接。
下面將描述在平面上形成的電感器部件的第一電感器部件。第一電感器部件設(shè)有多個線圈導(dǎo)體圖形1300a-1300d、多個線圈通孔1301a-1301c以及引出圖形1303a。在線圈通孔1301a-1301c的兩端形成焊盤部件1301aa和1301ab，1301ba和1301bb以及1301ca和1301cb。
在第一電感器部件的展開圖中，線圈導(dǎo)體圖形1300a-1300d加工成微帶形，且彼此平行地分開。
此外，線圈通孔1301a-1301c形成為垂直于線圈導(dǎo)體圖形1300a-1300d，以及電連接相應(yīng)的線圈導(dǎo)體圖形1300a-1300d。
在這方面，在線圈通孔1301a-1301c的壁上形成無電和電解銅電鍍層，以為通孔提供導(dǎo)電性，以及在線圈通孔的剩余孔中裝填膏劑或為線圈通孔的剩余孔進(jìn)行填充電鍍處理。
此外，在線圈通孔1301a-1301c的兩端形成焊盤部件1301aa和1301ab、11301ba和1301bb以及1301ca和1301cb，以提高導(dǎo)電性。
具有微帶形的引出線圖形1303a以直角連接到最外的導(dǎo)體圖形1300a、1300b，以在導(dǎo)體圖形1300a、1300b和外部之間形成電路徑。
由圖12，可以看到線圈的繞組數(shù)目是1.5，為了實現(xiàn)上述繞組數(shù)目需要四個電路層和三個線圈通孔1301a-1301c。
此外，每個線圈導(dǎo)體圖形1300a-1300d比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更長，由此形成螺旋電感器部件。
在該實施例中示出了具有1.5繞組的每個電感器部件，但是可以實現(xiàn)具有更多繞組的電感器部件。
不用說，在該實施例中多個線圈導(dǎo)體圖形1300a-1300d具有幾乎相同的寬度，但是該圖形可以具有不同的寬度。
換句話說，線圈導(dǎo)體圖形1300a-1300d可以比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更寬，或反之，可以比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更窄。在此情況下，DC電阻和Q值改變。
據(jù)此，在線圈導(dǎo)體圖形1300a-1300d中，如果中間層和外層上的圖形的寬度大于內(nèi)層上的圖形寬度，那么中間和外層上的圖形的截面積大于內(nèi)層上的圖形的截面積，且因此，中間和外層上的圖形具有比內(nèi)層上的圖形更小的DC電阻率。由此，線圈導(dǎo)體圖形的總DC電阻減小。
通過上述描述，具體陳述了第一電感器部件，第二和第三電感器部件可以以同樣方式理解。
具體，要求分開的電感器部件彼此電連接。參考該展開圖，第一電感器部件通過第一引線連接圖形1304a電連接到第二電感器部件，以及第二和第三電感器部件通過第二引線連接圖形1304b彼此電連接。
引線連接圖形1304a、1304b分別連接到最外引線和最內(nèi)引線。
此外，引線連接圖形1304a、1304b不顯著地增加電感，但是顯著地影響寄生電阻或電容。由此，如果引線連接圖形盡可能窄，那么可以使寄生電阻或電容最小。
在本發(fā)明的第三實施例中僅僅具體陳述了由三個電感器部件構(gòu)成的三維螺旋電感器。但是，可以設(shè)計具有更多繞組的三維螺旋電感器。
圖13a至13h是說明圖12的電感器制造的剖面圖，其沿圖12的線A-A′。
參考圖13a，制備覆銅疊層1400，覆銅疊層1400由在絕緣層的兩側(cè)上形成的絕緣層1401和銅箔1402a，1402b構(gòu)成。
參考圖13b，使用機(jī)械或激光鉆機(jī)形成穿通孔1403，以便形成線圈通孔，用于電連接構(gòu)成覆銅疊層1400的兩側(cè)的銅箔。
參考圖13c，執(zhí)行無電和電解銅電鍍處理，以形成電鍍層1404，由此為穿通孔1403提供導(dǎo)電性。如圖13d所示，在穿通孔1403中裝填導(dǎo)電膏或為穿通孔進(jìn)行填充電鍍處理，以便提高導(dǎo)電性。
接著，在銅箔1402a、1402b上形成光刻膠層之后，在光刻膠層上層疊光掩模，然后露出光掩模。
接下來，露出的抗蝕劑層被顯影，因此抗蝕劑層的不必要部分被除去。
使用蝕刻劑部分地除去導(dǎo)體層，同時其上層疊抗蝕劑層的部分導(dǎo)體層不被除去。由此，形成內(nèi)層線圈導(dǎo)體圖形和引出圖形。
如圖13e所示，在線圈導(dǎo)體圖形的兩側(cè)上層疊絕緣層1411a、1411b和銅箔1412a、1412b，以及，如圖13f所示，形成穿通孔1413、1414，以形成線圈通孔。如圖13g所示，進(jìn)行無電和電解銅電鍍處理，以形成電鍍層1415，由此為穿通孔1413、1414提供導(dǎo)電性。
如圖13h所示，在穿通孔1413、1414中裝填導(dǎo)電膏，或為穿通孔執(zhí)行填充電鍍處理，以便提高導(dǎo)電性。
在無電和電解銅電鍍層1415上形成光刻膠層之后，在光刻膠層上層疊光掩模，然后露出光掩模。
接下來，露出的抗蝕劑層被顯影，因此抗蝕劑層的不必要部分被除去。使用蝕刻劑部分地除去導(dǎo)體層，同時其上層疊抗蝕劑層的部分導(dǎo)體層不被除去。由此，形成外層線圈導(dǎo)體圖形和引出圖形。
圖14a至14f是說明圖12的電感器制造的剖面圖，其沿圖12的線B-B′。
參考圖14a，制備覆銅疊層1400，覆銅疊層1400由在絕緣層的兩側(cè)上形成的絕緣層1401和銅箔1402a、1402b構(gòu)成。
如圖13b，使用機(jī)械或激光鉆機(jī)形成穿通孔1403，以便形成線圈通孔，用于電連接構(gòu)成覆銅疊層1400的兩側(cè)的銅箔。在此階段，不改變覆銅疊層的形狀，因為穿通孔1403沒有設(shè)置在沿線B-B’的電感器的截面。
參考圖14b，執(zhí)行無電和電解銅電鍍處理，以形成電鍍層1404，由此為圖13b中的穿通孔1403提供導(dǎo)電性。
如圖14c所示，在銅箔1402a、1402b上形成光刻膠層之后，在光刻膠層上層疊光掩模，然后露出光掩模。
接著，露出的抗蝕劑層被顯影，因此抗蝕劑層的不必要部分被除去。
使用蝕刻劑部分地除去導(dǎo)體層，而其上層疊抗蝕劑層的部分導(dǎo)體層不被除去。由此，形成內(nèi)層線圈導(dǎo)體圖形和引出圖形。
如圖14d所示，在線圈導(dǎo)體圖形的兩側(cè)上層疊絕緣層1411a、1411b和銅箔1412a、1412b。如圖14e所示，進(jìn)行無電和電解銅電鍍處理，以形成電鍍層1415，由此為穿通孔提供導(dǎo)電性，用于形成圖13f的線圈通孔。
如圖14f所示，在無電和電解銅電鍍層1415上形成光刻膠層之后，在光刻膠層上層疊光掩模，然后露出光掩模。
接下來，露出的抗蝕劑層被顯影，因此抗蝕劑層的不必要部分被除去。使用蝕刻劑部分地除去導(dǎo)體層，而其上層疊抗蝕劑層的部分導(dǎo)體層不被除去。由此，形成外層線圈導(dǎo)體圖形和引出圖形。
圖15a是常規(guī)螺旋電感器的透視圖，其具有3繞組，以及圖16a說明根據(jù)本發(fā)明的三維螺旋電感器，其具有橫向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)和10繞組。在圖15a和16a中，省略了絕緣層。在這些圖中，顏色改變意味著電流密度改變。附注表示顏色所對應(yīng)的電流密度。
圖15b是圖15a的常規(guī)螺旋電感器的平面圖。在該圖中，未示出絕緣層。從圖15b，可以看到常規(guī)螺旋電感器具有1100μm×1100m的面積。
此外，圖16b說明本發(fā)明的三維螺旋電感器，其具有圖16a的橫向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)。圖16b示出三維螺旋電感器的面積是1000μm×1100m。
從圖15a至16b，可以看到常規(guī)螺旋電感器具有3繞組，而本發(fā)明的三維螺旋電感器具有10繞組，在相同的面積中超過常規(guī)電感器7。在圖1中比較地描述了常規(guī)電感器和本發(fā)明的電感器的電感和電容值。
表1

由表1，可以看到本發(fā)明的三維螺旋電感器具有常規(guī)電感器的兩倍以上的電感。
盡管本發(fā)明的電感器具有希望的高電感，但是關(guān)于電容量它輕徽地高于常規(guī)電感器，這是電感器的不利因素。
下面，將描述當(dāng)常規(guī)電感器的電感和本發(fā)明的電感器相同時，在本發(fā)明的電感器中需要多小的面積。
圖17是常規(guī)螺旋電感器的透視圖，具有3繞組，以及圖18說明根據(jù)本發(fā)明的三維螺旋電感器，具有橫向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)和5繞組。在圖17a和18a中，省略了絕緣層。附注表示顏色所對應(yīng)的電流密度。
同樣，圖17b說明圖17a的常規(guī)螺旋電感器。在該圖中，未示出絕緣層。從圖17b，可以看到常規(guī)螺旋電感器具有1100μm×1100m的面積。附注示出顏色對應(yīng)于電流密度。
此外，圖18b說明本發(fā)明的三維螺旋電感器，具有圖18a的橫向擴(kuò)展的結(jié)構(gòu)。圖18b示出三維螺旋電感器的面積是400μm×1100m，與圖17a所示的常規(guī)螺旋電感器相比減小63％。
由圖17a至18b，可以看到盡管本發(fā)明的電感器的面積與常規(guī)電感器相比減小63％，但是常規(guī)電感器具有3繞組，而本發(fā)明的三維電感器具有5繞組，超過常規(guī)電感器2。在表2中描述了常規(guī)電感器和本發(fā)明的電感器的電感和電容值。
表2

由表2，可以看到盡管與常規(guī)電感器相比本發(fā)明的電感器面積減小63％，但是兩個電感器具有幾乎相同的電感。
此外，在本發(fā)明的電感器中，與增加電感不同，與常規(guī)電感器相比電容量減小，這是電感器的不利因素。
盡管為了說明性目的公開了根據(jù)本發(fā)明的具有三維電感器的PCB及其制造方法，但是所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將理解在不脫離附屬的權(quán)利要求所公開的發(fā)明的范圍和精神條件下各種改進(jìn)、添加和替換都是可能的。
如上所述，本發(fā)明的有利之處在于在其中許多元件安裝在窄襯底上的小型器件如移動電話或MP3電話的窄面積中可以實現(xiàn)高電感。
另一個優(yōu)點是可以實現(xiàn)高電感而不增加電容量，電容量是電感器的不利因素。
權(quán)利要求
1.具有三維螺旋電感器的印刷電路板，其包括多個絕緣層和導(dǎo)體層，包括由導(dǎo)電材料制成并加工成條形的多個線圈導(dǎo)體圖形，所述多個線圈導(dǎo)體圖形分別設(shè)置在多個導(dǎo)體層上，以便所述多個線圈導(dǎo)體圖形彼此平行并設(shè)置在垂直于導(dǎo)體層的相同平面上，以及其中所述多個線圈導(dǎo)體圖形的每一個比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更長；相對于所述印刷電路板的中心對稱地設(shè)置多個導(dǎo)電穿通孔，所述多個導(dǎo)電穿通孔電連接設(shè)置在所述導(dǎo)體層上的所述線圈導(dǎo)體圖形，以便所述多個線圈導(dǎo)體圖形和所述多個導(dǎo)電穿通孔一起形成螺旋導(dǎo)體；以及一對引線圖形，其連接到由所述線圈導(dǎo)體圖形和所述多個導(dǎo)電穿通孔構(gòu)成的所述螺旋導(dǎo)體的內(nèi)端和外端，以便允許將外電源提供給所述螺旋導(dǎo)體。
2.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中用導(dǎo)電材料填充所述多個穿通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中在所述多個穿通孔的壁上形成電鍍層。
4.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中每個所述線圈導(dǎo)體圖形比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更寬。
5.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述多個線圈導(dǎo)體圖形設(shè)置在多個導(dǎo)體層上，以便所述線圈導(dǎo)體圖形設(shè)置在平行于該平面的多個平面的每一個上，以及所述多個導(dǎo)電穿通孔設(shè)置在多個平面的每一個上，以電連接相對于所述印刷電路板的中心對稱地設(shè)置的導(dǎo)體層上設(shè)置的所述線圈導(dǎo)體圖形，以便形成多個螺旋電感器，設(shè)置在多個平面的兩個相鄰平面上的所述螺旋電感器在相反的方向螺旋地延伸。
6.一種制造具有三維螺旋電感器的印刷電路板的方法，包括制備由第一絕緣層和在所述第一絕緣層的兩側(cè)上的第一導(dǎo)體層構(gòu)成的覆銅疊層以及形成用于形成線圈通孔的多個第一穿通孔的第一步驟；在所述覆銅疊層上形成第一電鍍層，以及在所述第一導(dǎo)體層和所述覆銅疊層的所述第一電鍍層上形成具有預(yù)定長度的多個條形第一線圈導(dǎo)體圖形，以便所述第一線圈導(dǎo)體圖形彼此平行并在其第一端連接到所述第一穿通孔的第二步驟；在所得疊層的兩側(cè)上層疊第二絕緣層和第二導(dǎo)體層的第三步驟；以及通過第二絕緣層形成連接到所述第一線圈導(dǎo)體圖形的第二端的多個第二穿通孔、形成第二電鍍層以及在所述第二導(dǎo)體層和所述第二電鍍層上形成多個條形第二線圈導(dǎo)體圖形以便所述第二線圈導(dǎo)體圖形平行于在所述覆銅疊層上形成的所述第一線圈導(dǎo)體圖形的第四步驟。
7.如權(quán)利要求6所述的方法，進(jìn)一步包括重復(fù)地進(jìn)行第三和第四步驟以增加大量繞組的第五步驟。
8.如權(quán)利要求6所述的方法，其中每個所述第一和第二線圈導(dǎo)體圖形比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更寬。
全文摘要
公開了一種具有三維螺旋電感器的PCB，該電感器包括多個絕緣層和導(dǎo)體層。該P(yáng)CB包括由導(dǎo)電材料制成并加工成條形的多個線圈導(dǎo)體圖形，該多個線圈導(dǎo)體圖形分別設(shè)置在多個導(dǎo)體層上，以便多個線圈導(dǎo)體圖形彼此平行并設(shè)置在垂直于導(dǎo)體層的相同平面上，以及其中多個線圈導(dǎo)體圖形的每一個比相鄰的內(nèi)部線圈導(dǎo)體圖形更長。
文檔編號H05K3/18GK1798474SQ20051007809
公開日2006年7月5日 申請日期2005年6月16日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月30日
發(fā)明者金漢 , 閔炳烈, 金永雨, 李英宰, 柳昌明 申請人:三星電機(jī)株式會社