CN104347255A - 薄膜型电感器和制造薄膜型电感器的方法 - Google Patents
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Abstract
在此公开一种薄膜型电感器以及薄膜型电感器的制造方法。所述薄膜型电感器具有高长宽比的线圈配线，所述薄膜型电感器包括：基板，所述基板上形成有线圈图案的通孔；以及金属层，所述金属层填充在通孔中。
Description
本申请要求于2013年7月29日提交的题为“薄膜型电感器和制造薄膜型电感器的方法（Thin Film Type Inductor And Method Of Manufacturing TheSame）”的韩国专利申请序号第10-2013-0089475号的权益，通过引用将其全部内容结合到本申请中。
技术领域
本发明涉及一种薄膜型电感器和制造薄膜型电感器的方法，更具体地，涉及一种具有增加的线圈图案的长宽比的薄膜型电感器及制造该电感器的方法。
背景技术
电感器是与电阻器和电容器一起构成电子电路的重要无源装置，并且已经主要用于电子器件中的电源电路（诸如DC-DC变换器）中，或者已经广泛用作用于消除噪声或者构成LC谐振电路的部件。最近，其中，由于在智能电话、平板PC等中需要用于通信、摄像头、游戏等的多功能，因而已经增加了具有降低的电流损耗和提高的效率的功率电感器的使用。
根据电感器的结构，电感器可以被分成多种类型，诸如：多层型、卷绕型、薄膜型等；并且随着电子器件的微型化和变薄的加速，近来已经广泛地使用薄膜型电感器。
薄膜型电感器的内部配有线圈配线，因此在对薄膜型电感器施加电力时，薄膜型电感器产生磁通量。在此，通过丝网印刷法将银或银钯导体膏施加至磁片上并烘烤该膏而形成线圈配线。在这种情况下，当印刷精确度降低或者未在适当的温度下烘烤该导体膏时，就不会印刷出线圈配线，因此难以精确地控制电感L、DC电阻特性（Rdc）等。
此外，由于电子器件微型化并变薄，因而对本文中使用的电感器的变薄和微型化的需求已经增加，并且同时，还已经提出了超出相同水平的电感、Q值等的需求。因此，在材料方面，已经作出努力以使用具有更高饱和磁化值的铁氧体材料的，或者就方法而言，已经作出努力以使用用于增加线圈配线的宽度厚度比（也即，长宽比）的印刷法或使用用于增加长宽比的结构法来增加线圈配线的面积。
参考专利文献（韩国专利公开公布第10-2003-0020603），为了增加线圈配线的长宽比，通过以下方式形成线圈配线以满足预定的长宽比，所述方式即：将具有预定厚度的光敏层施加在基板的一个表面上；在光敏层上形成线圈图案的开口；以及对该开口的内部进行镀覆和填充。
也即，以上专利文献公开了一种用于在光敏层上形成线圈图案的开口的光刻工艺，作为使用较厚的光敏层形成满足预定长宽比的线圈配线的工艺中的一种。然而，为了硬化光敏层的下部，需要加强曝光和显影条件。在这种情况下，由于较厚的厚度，光敏层的上部过度地硬化而其下部相对硬化不足，因此可能出现底切，使得线圈配线的形状可能形成得不均匀。
此外，在去除线圈配线的下部的晶种层的过程中，由于狭窄的配线间隔和线圈配线的高厚度，蚀刻液不能在线圈配线的图案之间顺畅的流动，并且因此晶种层未被蚀刻，使得线圈配线图案可能相对于彼此短路。
[相关技术文献]
[专利文献]
（专利文献1）专利文献：韩国专利公开公布第10-2003-0020603号
发明内容
本发明的目标是提供一种薄膜型电感器及制造该薄膜型电感器的方法，该薄膜型电感器的线圈配线在增加长宽比的同时具有结构上更稳定的形状。
根据本发明的示例性实施方式，提供一种薄膜型电感器，包括：基板，基板上形成有线圈图案的通孔；以及金属层，所述金属层填充在通孔中。
该基板可由磁性材料或者电介质材料制成。
该金属层可以由选自由Ni、Al、Fe、Cu、Ti、Cr、Au、Ag和Pd组成的组中的至少任意一种金属制成。
基板的一个表面可设置有电连接至金属层的端部的一对外部端子。
基板可具有与预定的装置尺寸相对应的尺寸。
薄膜型电感器还可包括：绝缘层，所述绝缘层形成在基板的包括通孔的内壁的表面上。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种薄膜型电感器，包括：具有至少两层的基板，所述基板设有线圈图案的通孔并在厚度方向上具有多层；以及金属层，所述金属层填充在每层的通孔中，其中，每层的金属层通过使得上部和下部上的其图案匹配而形成一个线圈配线。
位于至少两层的基板之中的最上层上的基板的一个表面上可设有电连接至线圈配线的端部的一对外部端子。
根据本发明的又一示例性实施方式，提供了一种制造薄膜型电感器的方法，包括：在基板上形成线圈图案的通孔；以及在通孔中形成金属层。
在基板上形成线圈图案的通孔可以包括：将光致抗蚀剂图案附接至基板的一个表面上；对通过光致抗蚀剂图案的开口暴露的基板部分进行蚀刻；以及将光致抗蚀剂图案进行分层。
在通孔中形成金属层可以包括：将形成有通孔的基板附接至虚拟基板上，该虚拟基板的一个表面形成有晶种层；通过引入线在晶种层上执行电镀；以及去除虚拟基板。
制造薄膜型电感器的方法还可以包括：在将线圈图案的通孔形成在基板上之后，在基板的包括通孔的内壁的表面上形成绝缘层。
制造薄膜型电感器的方法还可以包括：在将金属层形成在通孔中之后，对基板的上表面进行平整化。
在通孔中形成有金属层的基板可为体现为至少两层的多层，但是上层和下层上的金属层可以是多层的以使得其图案彼此匹配。
根据本发明的再一示例性实施方式，提供一种制造薄膜型电感器的方法，包括：在具有预定厚度的基板上形成线圈图案的凹槽；在凹槽中形成金属层；以及去除基板的与虚拟部分相对应的下部，使得金属层的下表面暴露。
可将基板的厚度设置为预定的装置厚度和虚拟部分的厚度的总和。
在具有预定厚度的基板上形成线圈图案的凹槽可以包括：将光致抗蚀剂图案附接至基板的一个表面上；在通过光致抗蚀剂图案的开口暴露的基板部分上执行半蚀刻；以及对光致抗蚀剂图案进行分层。
在凹槽中形成金属层可以包括：在包括凹槽的内壁的基板上形成晶种层；通过引入线在晶种层上执行电镀；以及去除基板上的晶种层。
金属层可以形成在凹槽中并且从中去除虚拟部分的基板可为体现为至少两层的多层，但是上层和下层上的金属层可以是多以层的使得其图案彼此匹配。
附图说明
图1是根据本发明的示例性实施方式的薄膜型电感器的立体图。
图2为沿图1的线I-I’截取的截面图。
图3是根据本发明的另一示例性实施方式的薄膜型电感器的立体图。
图4是沿着图3的线II-II’截取的截面图。
图5至图9是顺序地示出根据本发明的示例性实施方式的制造薄膜型电感器的方法的过程图。
图10至图14是顺序地示出根据本发明的又一示例性实施方式的制造薄膜型电感器的方法的过程图。
具体实施方式
参照附图从以下示例性实施方式的描述中，本发明及其实现方法的各种优点和特征将变得显而易见。然而，本发明可以不同的形式修改并且不应当局限于在此阐述的示例性实施方式。提供这些示例性实施方式是为了使本公开详尽且完整，并且向本领域技术人员充分传达本发明的范围。
本说明书中使用的术语用于解释示例性实施方式，而不是限制本发明。除非另有清楚的说明，否则本说明书中的单数形式包括复数形式。词语“包括（comprise）”以及诸如“包含（comprises）”或“含有（comprising）”等变体应理解为表示包括所述构成部分、步骤、操作和/或元件，然而并不表示排除任何其他构成部分、步骤、操作和/或元件。
在下文中，将参照附图更为详细地描述本发明的示例性实施方式的构成和作用效果。
图1是示出了根据本发明的示例性实施方式的薄膜型电感器的立体图，并且图2为沿图1的线I-I’截取的截面图。此外，附图中所示的部件不必按比例示出。例如，与其它部件相比较，附图中所示的一些部件的尺寸可被放大，从而有助于理解本发明的示例性实施方式。同时，贯穿附图中，相同的参考标号将被用于描述相同的部件。为了简洁且清楚地说明，附图中将示出一般结构方案，并且将省去对本领域中公知的特征和技术的详细描述，以防止对本发明的示例性实施方式的描述变得不必要地晦涩。
参考图1和图2，根据本发明的示例性实施方式的薄膜型电感器100可以包括基板110和通过穿透基板110而形成的金属层120。
基板110是陶瓷材料的六面体，其成为装置的主体。因此，例如，可以使用磁性陶瓷和介电陶瓷等作为基板110的成分，所述磁性陶瓷诸如选自Ni-Zn-基、Ni-Cu-Zn-基及Mg-Zn-基的铁氧体的一种或多种铁氧体和铁氧体玻璃复合材料，所述介电陶瓷诸如钛酸钡、矾土（alumina，氧化铝）及矾土玻璃复合材料。
此外，还可以将基板110制造成预定尺寸，例如：2012（2.0mm×1.2mm×1.2mm）、1005（1.0mm×0.5mm×0.5mm）、0603（0.6mm×0.3mm×0.3mm）、0402（0.4mm×0.2mm×0.2mm）的尺寸等。
金属层120成为其上形成有线圈配线的层，并且金属层120可通过穿透基板110而形成。也即，基板110形成有线圈图案的通孔，并且金属层120可以通过被填充在通孔中来形成。
金属层120可以由选自由Ni、Al、Fe、Cu、Ti、Cr、Au、Ag和Pd组成的组中的至少任意一种金属制成，所有这些金属都具有优良的传导性。
同时，如图1中所示，金属层120可形成为被包围在四边形中，但是也可以形成为被包围在圆形中。如图1中所示，当金属层被包围在四边形中时，可以放大线圈的横截面积，并且容易实现高容量电感；而当金属层被包围在圆形中时，改善了电流的流动性，从而可改善DC电流的特性（Rdc）。
用于使金属层120与外部进行传导的一对外部端子130可设置在基板110的一个表面上。也即，外部端子130可以由电连接至金属层120的一端的第一外部端子131和电连接至金属层120的另一端的第二外部端子132构成。在此构造中，第一外部端子131可通过其上安装有根据本发明示例性实施方式的薄膜型电感器的PCB基板内的电路连接至金属层120的一端。
因而，根据本发明示例性实施方式的薄膜型电感器100使用与预定装置尺寸对应的基板110从而能够以精确的装置尺寸被实现，并且具有期望的长宽比的金属层120可以通过控制金属层120填充于其中的通孔的图案宽度来形成。
同时，尽管未在附图中示出，但是为了确保基板110与金属层120之间绝缘，基板110的包括通孔的内壁的表面可以进一步设有绝缘层。也即，在金属层120被填入基板110的通孔中之前，绝缘层形成在通孔的内壁中，并且因此通过被填入通孔中而形成的金属层通过绝缘层与基板110绝缘。在此，通过使用阳极氧化法来阳极氧化基板110、等离子法等可以形成绝缘层。
图3是示出了根据本发明的另一示例性实施方式的薄膜型电感器的立体图，并且图4为沿图3的线II-II’截取的截面图。参考图3和图4，根据本发明的示例性实施方式的薄膜型电感器可以被构造成多层基板110在厚度方向上层积的形式。图3和4示出了两个基板111和112被层积，但是多层基板110的层数可以是两个或更多。
与图1相似，每层的基板111和112装配有线圈图案的通孔并且每层的通孔可以填充有金属层121和122。在此，如图4中所示，每层的金属层120通过匹配上部和下部上的其图案而形成一个线圈配线。在这种情况下，用于引导的一对外部端子130设置在最上层的基板111的一个表面上，并且因此该对外部端子电连接至线圈配线的两端。
因而，当薄膜型电感器通过将多个基板110层积而构成时，由多层金属层120构造成的线圈配线的长宽比与多层基板110的层数成比例，使得DC电阻特性（Rdc）和Q特性可被极大地改善。
在下文中，将描述根据本发明的示例性实施方式的制造薄膜型电感器的方法。
图5至图9是顺序地示出了根据本发明的示例性实施方式的制造薄膜型电感器的方法的过程图，并且执行在基板110上形成线圈图案的通孔110a的过程。
详细描述形成通孔110a的过程，如图5中所示，光致抗蚀剂图案10附接至所制备的具有预定尺寸的基板110的一个表面。详细地，当感光光致抗蚀剂附接至基板110的一个表面并且然后在利用掩模遮挡光致抗蚀剂的状态下通过紫外线照射而进行显影时，在光致抗蚀剂上形成预定的图案。
随后，如图6所示，通过湿蚀刻或干蚀刻对通过光致抗蚀剂图案10之间的开口暴露的基板100部分进行蚀刻以形成通孔110a。
当如上所述形成通孔110a时，执行层离（剥离）光致抗蚀剂图案10的过程和在通孔110a中形成金属层120的过程。
通过电镀形成金属层120。首先，如图7中所示，其上形成有通孔110a的基板附接在虚拟基板20上，所述虚拟基板的一个表面形成有晶种层21，其成为电镀的引入线。随后，当晶种层21通过引入线经受电镀时，通过镀覆和使来自通孔110a下部的金属材料生长而可以在通孔110a中形成金属层（图8）。
在这种情况下，当由于过度镀覆而将金属材料镀覆在通孔110a的外部时，金属层120的图案可能彼此短路。因此，为处理该情况，可以进一步执行金属层120的形成并然后使基板110的上表面平整的过程。
当如上所述形成金属层120时，如图9中所示，可最终完成根据本发明示例性实施方式的薄膜型电感器，该薄膜型电感器通过去除虚拟基板20而被构造成基板110，其中金属层120形成在通孔110a中。可替换地，在去除虚拟基板20之后获得的基板110是至少两层的多层，但是每层的金属层120是多层的以使得其图案彼此匹配，因此制造图3中所示的薄膜型电感器。
同时，为了在形成通孔110a之后使得基板110与金属层120绝缘，可以进一步执行通过使用阳极氧化法阳极氧化包括通孔110a的内壁的基板110的表面、等离子法等形成绝缘层的过程。
图10至图14是顺序地示出根据本发明又一示例性实施方式的制造薄膜型电感器的方法的过程图，并且通过使用蚀刻基板110的一部分的厚度而不是通过完全蚀刻而形成通孔110a的方法可以制造根据本发明的示例性实施方式的薄膜型电感器。
为此，首先，如图10中所示，制备具有预定厚度的基板110。可以将基板110的厚度设置为预定的装置厚度和虚拟部分110’的厚度的总和。在此，虚拟部分110’是基板110的下部区域，在后续过程中该下部区域未被蚀刻，并且当待制造的装置尺寸是例如1005时，可以形成基板110使其具有0.7mm的厚度，该厚度是装置的厚度0.5mm与任意设置的虚拟部分110’的厚度0.2mm的总和。
因而，当制备具有预定厚度的基板110时，如图11所示，执行形成线圈图案的凹槽110b的过程。通过附接光致抗蚀剂图案并在通过光致抗蚀剂图案的开口暴露的基板110部分上执行半蚀刻，可以形成凹槽110b。
与执行蚀刻以穿透整个基板110的完全蚀刻不同，半蚀刻（其是仅蚀刻基板110厚度的一部分的技术）由于凹槽110b的存在而没有穿透基板110之下的虚拟部分110’。
当通过半蚀刻形成凹槽110b时，执行层离光致抗蚀剂图案并且随后在凹槽110b中形成金属层120的过程。如图12中所示，这可以通过在包括凹槽110b的内壁的基板110上形成晶种层21并通过引入线在晶种层21上执行电镀以填充和镀覆凹槽110b的内部而完成。当凹槽110b的内部完全地填充金属时，如图13所示，可以通过去除基板110上的晶种层21而获得金属层120以防止图案之间的短路。
随后，如图14中所示，可以通过去除基板110的虚拟部分110’以暴露金属层120的下表面而最终完成根据本发明的示例性实施方式的薄膜型电感器。可替换地，金属层120形成在凹槽110b中，并且从中去除虚拟部分110’的基板110是至少两层的多层，但是每层的金属层120是多层的以使得其图案彼此匹配，因此制造图3中所示的薄膜型电感器。
根据本发明示例性实施方式的薄膜型电感器，可以通过使用与作为装置主体的预定装置尺寸相对应的基板而精确地实现精确的装置尺寸。
此外，因为线圈配线由穿透基板的金属层构造而成，因此可以通过较简单的方法增加线圈配线的长宽比而不造成诸如底切的缺陷。
已结合目前被视为实用的示例性实施方式描述了本发明。尽管已经描述了本发明的示例性实施例，但是本发明同样可能在各种其他组合、变形和环境中使用。换言之，本发明可以在说明书中公开的本发明原理范围内改变或修改，该范围等同于本公开和/或本发明涉及的领域中的技术或知识的范围。已经提供了上述示例性实施例以说明实施本发明的最佳方式。因此，在使用诸如本发明的其他发明中，这些示例性实施例可以在其他为该领域所知的涉及本发明的情形下实施，并且同样可以在专门应用领域和本发明的用法的要求下以各种形式更改。因此，应当理解的是，本发明不限于所公开的实施方式。应理解，其他实施例也包括在所附权利要求的精神和范围内。
Claims (19)
1.一种薄膜型电感器，包括：
基板，所述基板上形成有线圈图案的通孔；以及
金属层，所述金属层填充在所述通孔中。
2.根据权利要求1所述的薄膜型电感器，其中，所述基板由磁性材料或者电介质材料制成。
3.根据权利要求1所述的薄膜型电感器，其中，所述金属层由选自由Ni、Al、Fe、Cu、Ti、Cr、Au、Ag和Pd组成的组中的至少任意一种金属制成。
4.根据权利要求1所述的薄膜型电感器，其中，所述基板的一个表面设有电连接至所述金属层的端部的一对外部端子。
5.根据权利要求1所述的薄膜型电感器，其中，所述基板具有与预定的装置尺寸相对应的尺寸。
6.根据权利要求1所述的薄膜型电感器，进一步包括：
绝缘层，形成在所述基板的包括所述通孔的内壁的表面上。
7.一种薄膜型电感器，包括：
具有至少两层的基板，所述基板设有线圈图案的通孔并在厚度方向上具有多层；以及
金属层，所述金属层填充在每层的所述通孔中，
其中，每层的所述金属层通过使得上部和下部上的其图案匹配而形成一个线圈配线。
8.根据权利要求7所述的薄膜型电感器，其中，位于至少两层的所述基板之中的最上层上的所述基板的一个表面设有电连接至所述线圈配线的端部的一对外部端子。
9.一种制造薄膜型电感器的方法，包括以下步骤：
在基板上形成线圈图案的通孔；以及
在所述通孔中形成金属层。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，在基板上形成线圈图案的通孔的步骤包括：
将光致抗蚀剂图案附接至所述基板的一个表面上；
对通过所述光致抗蚀剂图案的开口暴露的基板部分进行蚀刻；以及
层离所述光致抗蚀剂图案。
11.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述通孔中形成金属层的步骤包括：
将形成有所述通孔的所述基板附接至虚拟基板上，所述虚拟基板的一个表面形成有晶种层；
通过引入线在所述晶种层上执行电镀；以及
去除所述虚拟基板。
12.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
在基板上形成线圈图案的通孔的步骤之后，在所述基板的包括所述通孔的内壁的所述表面上形成绝缘层。
13.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
在所述通孔中形成金属层的步骤之后，使所述基板的上表面平整。
14.根据权利要求9所述的方法，其中，在所述通孔中形成有所述金属层的所述基板是至少两层的多层，但是上层和下层上的所述金属层是多层的以使得其图案彼此匹配。
15.一种制造薄膜型电感器的方法，包括以下步骤：
在具有预定厚度的基板上形成线圈图案的凹槽；
在所述凹槽中形成金属层；以及
去除所述基板的与虚拟部分相对应的下部，以便暴露所述金属层的下表面。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述基板的厚度被设置为预定的装置厚度和所述虚拟部分的厚度的总和。
17.根据权利要求15所述的方法，其中，在具有预定厚度的基板上形成线圈图案的凹槽的步骤包括：
将光致抗蚀剂图案附接至所述基板的一个表面上；
在通过所述光致抗蚀剂图案的开口暴露的基板部分上执行半蚀刻；以及
层离所述光致抗蚀剂图案。
18.根据权利要求15所述的方法，其中，在所述凹槽中形成金属层的步骤包括：
在包括所述凹槽的内壁的基板上形成晶种层；
通过引入线在所述晶种层上执行电镀；以及
去除所述基板上的所述晶种层。
19.根据权利要求15所述的方法，其中，所述金属层形成在所述凹槽中并且去除了所述虚拟部分的所述基板为至少两层的多层，但是上层和下层上的所述金属层是多层的以使得其图案彼此匹配。
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