一种用于印制电路板埋嵌技术的电感结构及其制作方法技术

本发明专利技术提供一种用于印制电路板埋嵌技术的电感结构及其制作方法，属于印制电路集成元件技术领域，本发明专利技术通过改进磁芯构造及线圈的环绕方式以达到提到电感感值和电感在使用过程的稳定性；本发明专利技术提供的电感结构能够降低铜线圈在PCB基板上的占据面积，提高了电感元件尺寸微型化程度，制得的电感结构体积小、性能高；本发明专利技术主要采用图形转移技术、层间通孔、开窗处理、电镀及化学镀、热压增层等工艺形成用于印制电路板埋嵌电感技术的电感结构，该制作方法简单、可控性强，与现有印制电路板技术的工艺兼容，有利于提高印制电路的元件集成化程度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于印制电路集成元件
，尤其是一种用于印制电路板埋嵌技术的电感结构及其制作方法。
技术介绍
多功能电子信息产品的微型化与轻薄化发展趋势要求搭载元器件且实现电传输的印制电路产品表现出更高集成度，其集成度的实现主要是通过元件埋嵌制作于印制电路板内部。这种集成元件的印制电路板除了可减小板面布设元件所占的面积而缩减电子信息产品的三维尺寸外，由于元件内嵌于印制电路板内部而实现电信号的最小距离传输，最大程度地消除了印制电路信号的衰减问题而提高信号传输的完整性。埋嵌电感元件、电阻元件是印制电路集成化的主要技术方法。印制电路埋嵌电阻元件的方法包括印刷法、电镀法与蚀刻法。印刷埋嵌电阻元件的方法主要受限于导电碳浆固化后表现出阻值不稳定，难以形成较精镀的电阻元件。电镀埋嵌电阻元件的方法是在铜线局部区域化镀镍磷层而形成电阻元件，但是现有化镀配方的不稳定导致镍磷层的阻值精度差。蚀刻镍磷埋嵌电阻元件的方法是将覆镍磷薄基板层压在覆铜基板上，然后通过蚀刻方法选择性地形成镍磷电阻元件图形，虽然能保证较大的阻值稳定性，但是覆镍磷薄基板的成本非常高而不适印制电路的低成本制造。因此，印制电路制造商只会选择性地在高端印制电路中集成电阻元件。相比集成电阻元件，印制电路集成电感元件更显优势，其原因是电感元件的形成只需要将铜箔蚀刻成导电线圈；虽然印制电路埋嵌电感元件的工艺相对简单，但是电感元件的感值较小而无法发挥特定的要求。传统提高电感值的方法是加大导电线圈数量，但是线圈数量的增加使得电感元件所占据的板面积变大，不利于印制电路尺寸的小型化制造，严重限制埋嵌电感元件的制造与应用。因此，在保证埋嵌电感元件尺寸小型化的前提下，提高电感元件的感值是目前印制电路集成技术开发的热点与难点。中国专利技术专利《一种LTCC低温共烧陶瓷功率电感器》申请号为CN201010114193.5中公开了低温共烧陶瓷(LowTemperatureCo-firedCeramic)，LTCC工艺制作埋嵌磁芯的电感元件，其所用的陶瓷材料需要在900℃温度下烧结成型，所用的掺有磁芯材料环氧树脂与陶瓷材料具有热膨胀不匹配特性，而且所用导电线圈基本为导电银浆或导电铜浆，烧结温度过高、导电线圈长期工作的氧化以及热膨胀不匹配等问题均使得该工艺无法应用在印制电路制作埋嵌磁芯的电感元件。因而，研究人员逐步开发符合印制电路制程要求的埋嵌磁芯电感元件，例如：中国专利技术专利《磁芯层压式盲孔电磁感应多层印制电路板的制作方法》申请号为CN201410285999.9中公开了使用层压法制作埋嵌磁芯，然后在磁芯中制作导通孔，导通孔形成类似电感线路结构；专利名称分别为《电感式印制电路板及其加工工艺》、《具有埋入电感器件的PCB板的制作方法》和《电感式印制电路板》，专利申请号分别为CN200910266891.4、CN201210408784.2和CN200920351884.X的中国专利以及陈健等在文献《一种在组装过程中的电感磁芯埋入PCB技术》、曾志等在文献《埋磁芯PCB产品研究开发》中均报导了类似的埋嵌磁芯电感元件制作方法；而中国专利技术专利《一种嵌埋电感磁环的层压制作方法》申请号为CN201010548089.7中公开内容显示将导通孔移至磁芯与介质层各占一半区域，但埋嵌磁芯的过程基本无过大差异；这种方法所使用钻刀钻通孔容易破坏磁芯与基板的结合力而造成磁芯与基板的分离，而且纯磁芯与基板介质存在热膨胀不匹配，电路板产品的可靠性受到非常大的影响。专利名称分别为《印制电路板中埋入电感的方法及其印制电路板》和《具有埋入电感的印制电路板》，专利申请号分别为CN201510206398.9和CN201520262439.1的中国专利提供的技术方案均实现了通孔互连的开口环线圈包围磁芯的电感结构，但是线圈与磁芯的互感作用只限制在平面方向，垂直方向并未能有效地提高感值，而且多次层间通孔互连的实现容易受到对应精准度的影响，不利于获得电传输可靠与高感值效果的电感结构。中国专利技术专利《埋电感式印制电路板的制作方法以及该方法制得的电路板》申请号为CN201310216850.0中采用注塑成型方法将磁芯包裹于树脂材料，再通过压合固定磁芯于基板中，此方法虽然尝试增强磁芯边缘与基板介质树脂的结合力，但是磁芯与其外围树脂材料、基板树脂的热膨胀系数差异大，当完成压合后冷却时，磁芯与树脂的热应力作用易造成爆板问题，同样存在制程稳定性问题。中国技术专利《一种小型内嵌铁氧体磁芯的NFC天线》申请号为CN201320168284.6中则在金属线圈上下方局部区域粘合薄磁芯，该方法中未被薄磁芯覆盖的金属线圈区域则无法增加线圈的感值，不利于获得高质量的电感元件。中国专利技术专利《一种印制电路板埋嵌磁芯电感的制备方法》申请号为CN201510375350.0中使用化学镀方法在导电线圈表面镀覆一层磁芯材料，但是这种磁芯材料必须经过高温热处理才能引起晶格变化而产生磁效应，印制电路基板无法承受其处理的高温，不利于埋嵌磁芯结构的工艺实现。BangDH等在文献《Ni-ZnferritescreenprintedpowerinductorsforcompactDC-DCpowerconverterapplications》(《Ni-Zn铁氧体丝网印刷功率电感及其在直流-直流电源转换器中的应用》)、SugawaY等在文献《Carbonyl-iron/epoxycompositemagneticcoreforplanarpowerinductorusedinpackage-levelpowergrid》(《用于封装级电源网格中平面电源电感的羰基铁/环氧树脂复合材料磁芯》)中提出在电感元件表面涂覆磁性材料的方法增强感值，但是只能在平面方向获得感值的增强，电感元件的增强效果不明显。KimCH等在文献《Thick-copper-buriedinductorsusinganodizedaluminumpackagesubstrates》(《基于阳极电镀铝封装基板的厚铜埋嵌电感》)中指出以凹槽金属化方式实现电感线圈的制作而提高板面平整性，但是未加入磁芯，电感元件的感值只能通过增加线圈数来提高，不利于电感元件的尺寸微型化。
技术实现思路
本专利技术针对现有埋嵌磁芯电感结构存在电感感值低且不稳定的技术问题，提供了一种用于印制电路板PCB埋嵌技术的电感结构及其制作方法。本专利技术采用如下技术方案：技术方案1：一种用于印制电路板埋嵌技术的电感结构，包括分别蚀刻在双面覆铜基板顶面和底面的第一导电线圈101和第二导电线圈102及位于两个导线线圈中的磁芯7；所述第一导电线圈101在所述第二导电线圈102所在平面形成的垂直投影中两个导电线圈的内端重合，第一导电线圈101的内端和第二导电线圈102的内端分别设有第一焊盘201和第二焊盘202，所述第一导电线圈101和所述第二导电线圈102通过设置于所述第一焊盘201和所述第二焊盘202之间的导通孔301连接，所述导通孔301的内壁镀有均匀的金属层；所述双面覆铜基板经过蚀刻导电线圈形成的未覆铜区域一601和未覆铜区域二602，所述未覆铜区域一601和所述未覆铜区域二602的之间的内绝缘层401开设有通孔5，所述通孔5的开孔位置位于所述未覆铜区域一本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于印制电路板埋嵌技术的电感结构，其特征在于，包括分别蚀刻在双面覆铜基板顶面和底面的第一导电线圈(101)和第二导电线圈(102)及位于两个导线线圈中的磁芯(7)；所述第一导电线圈(101)在所述第二导电线圈(102)所在平面形成的垂直投影中两个导电线圈的内端重合，第一导电线圈(101)的内端和第二导电线圈(102)的内端分别设有第一焊盘(201)和第二焊盘(202)，所述第一导电线圈(101)和所述第二导电线圈(102)通过设置于所述第一焊盘(201)和所述第二焊盘(202)之间的导通孔(301)连接，所述导通孔(301)的内壁镀有均匀的金属层；所述双面覆铜基板经过蚀刻导电线圈形成的未覆铜区域一(601)和未覆铜区域二(602)，所述通孔(5)设于所述未覆铜区域一(601)和所述未覆铜区域二(602)之间的内绝缘层(401)，所述通孔(5)的开孔位置位于所述未覆铜区域一(601)的中心部分和所述未覆铜区域二(602)的中心部分，并且所述通孔(5)的开孔大小不超过导电线圈的第一匝线圈的大小；所述磁芯(7)包括填塞于所述通孔(5)内的垂直磁芯(701)、第一导电线圈(101)内未覆铜区域一(601)的顶面磁芯(702)及第二导电线圈(102)内未覆铜区域二(602)的底面磁芯(703)。...

【技术特征摘要】
1.一种用于印制电路板埋嵌技术的电感结构，其特征在于，包括分别蚀刻在双面覆铜基板顶面和底面的第一导电线圈(101)和第二导电线圈(102)及位于两个导线线圈中的磁芯(7)；所述第一导电线圈(101)在所述第二导电线圈(102)所在平面形成的垂直投影中两个导电线圈的内端重合，第一导电线圈(101)的内端和第二导电线圈(102)的内端分别设有第一焊盘(201)和第二焊盘(202)，所述第一导电线圈(101)和所述第二导电线圈(102)通过设置于所述第一焊盘(201)和所述第二焊盘(202)之间的导通孔(301)连接，所述导通孔(301)的内壁镀有均匀的金属层；所述双面覆铜基板经过蚀刻导电线圈形成的未覆铜区域一(601)和未覆铜区域二(602)，所述通孔(5)设于所述未覆铜区域一(601)和所述未覆铜区域二(602)之间的内绝缘层(401)，所述通孔(5)的开孔位置位于所述未覆铜区域一(601)的中心部分和所述未覆铜区域二(602)的中心部分，并且所述通孔(5)的开孔大小不超过导电线圈的第一匝线圈的大小；所述磁芯(7)包括填塞于所述通孔(5)内的垂直磁芯(701)、第一导电线圈(101)内未覆铜区域一(601)的顶面磁芯(702)及第二导电线圈(102)内未覆铜区域二(602)的底面磁芯(703)。2.根据权利要求1所述的一种用于印制电路板埋嵌技术的电感结构，其特征在于，所述第一导电线圈(101)和所述第二导电线圈(102)均为平面多匝线圈且形状相同，所述第一导电线圈(101)在所述第二导电线圈(102)所在平面形成的垂直投影中一个导电线圈中单匝线圈与另一个导电线圈中单匝线圈由内至外顺次交错排布以形成紧密绕线结构。3.根据权利要求1或2所述的一种用于印制电路板埋嵌技术的电感结构，其特征在于，还包括经开窗处理后分别热压于所述双面覆铜基板的顶面和底面作为增层的上绝缘介质层(402)和下绝缘介质层(403)以及分别设于第一导电线圈(101)外端和第二导电线圈(102)外端的第三焊盘(203)和第四焊盘(204)；所述上绝缘介质层(402)和下绝缘介质层(403)的开窗区域均为所述双面覆铜基板经过蚀刻导电线圈形成未覆铜区域和导电线圈所在区域；所述第三焊盘(203)在所述顶面磁芯(702)的对应区域和所述第四焊盘(204)在所述底面磁芯(703)的对应区域均形成填铜盲孔(8)以实现所述双面覆铜基板上的导电线圈与外层电路互连。4.一种用于印制电路板埋嵌技术的电感结构的制作方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤A：在双面覆铜基板的顶面和底面进行图形转移后，刻蚀得到第一导电线圈(101)和第二导电线圈(102)；步骤B：在步骤A制得的第一导电线圈(101)内端部分和第二导电线圈(102)内端部分之间钻出实现连通的过孔，然后将所述过孔的内壁经过金属化处理后形成导通孔(301)，其中，所述过孔上下底面均小于两个导电线圈的内端部分，所述第一导电线圈(101)内端除去开孔的部分形成第一焊盘(201)，所述第二导电线圈(102)内端除去开孔的部分形成第二焊盘(202)；步骤C：对步骤B制得双面覆铜基板进行开窗处理形成埋嵌磁芯(701)的...

【专利技术属性】
技术研发人员：何雪梅，何为，陈苑明，王守绪，周国云，王翀，申桃，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51