[发明专利]一种高效率的集成电感结构

说明书

技术领域

本发明涉及电感器，尤其涉及一种用于电源管理的高效率的集成电感结构。

背景技术

电感在电路中具有广泛的应用，尤其在电源管理集成电路中，电感是最难在集成电路中实现的元件，它的性能参数直接影响着电路的性能。随着移动和可穿戴电子设备的电源管理的快速发展，高性能的集成电感及变压器具有了更加迫切的市场需求。高性能的集成功率电感及变压器需要具有高的集成度、大的电感和小的直流电阻，这就要求集成功率电感及变压器的器件结构能够紧凑有效地实现具有大的横截面积的金属线圈线条以及具有大的横截面积的磁芯。

发明内容

本发明提出了一种高效率的集成电感结构，该集成电感包括两个带有金属线条层的衬底，两层金属线条层均嵌入相应的衬底中，所述两层金属线条层和连接两层金属线条层的金属导体层形成螺线管形状，两层金属线条层之间还可设置磁芯。本发明集成电感可实现较大的金属线条厚度值，有利于实现小的电阻，同时控制磁芯的横截面积还可实现大的电感，从而得到高效率的集成电感及变压器。

本发明的技术方案如下：

一种高效率的集成电感结构，包括第一衬底11、第二衬底12，嵌入所述第一衬底11中的第一金属线条层21，嵌入所述第二衬底12中的第二金属线条层22，所述第一金属线条层21和第二金属线条层22通过金属导体层4相向、错位连接形成螺线管形状，所述第一金属线条层21通过金属通孔23与第一衬底11的另一表面电学连接。

进一步地，所述第一金属线条层21与第二金属线条层22之间还有磁芯5，所述磁芯5设置于第一金属线条层表面或设置于第二金属线条层表面，所述第一金属线条层21、第二金属线条层22和金属导体层4组成的螺线管形状的金属线圈环绕磁芯5。

进一步地，所述第一金属线条层21和金属通孔23与第一衬底11之间设置第一绝缘层31。

进一步地，所述第二金属线条层22与第二衬底12之间设置第二绝缘层32。

进一步地，所述第一金属线条层21表面和面向第二金属线条层22的第一衬底表面设置第三绝缘层33，所述第二金属线条层22表面和面向第一金属线条层21的第二衬底表面设置第四绝缘层34。

进一步地，所述第三绝缘层33和第四绝缘层34之间还有磁芯5，所述磁芯设置于第三绝缘层表面或者设置于第四绝缘层表面，所述第一金属线条层21、第二金属线条层22和金属导体层4组成的螺线管形状的金属线圈环绕磁芯5。

进一步地，上述结构中第一金属线条层21或第二金属线条层22可直接与外界电学连接。

进一步地，所述第一金属线条层21和第二金属线条层22的厚度为20～200μm，线宽为10～50μm。

进一步地，所述第一衬底11和第二衬底12的厚度为200～400μm。

进一步地，所述第一衬底11和第二衬底12为硅等。

进一步地，所述第一金属线条层21、第二金属线条层22和金属通孔23为铜、金、铝、钨、钽等金属及其氮化物、合金中的一种或两种以上组成，采用电镀、溅射、蒸发、化学气相沉积等方法制备得到。

进一步地，所述金属导体层4为铜、金、钛、钨、镍、锡等金属及其氮化物、合金中的一种或两种以上组成。

进一步地，所述金属导体层采用倒装焊接法制备得到，具体地，在第一金属线条层21和第二金属线条层22中需要连接的线条的两端形成金属凸块和焊锡帽，进行倒装焊接即可得到，所述焊锡帽设置在金属凸块的顶端。

进一步地，所述磁芯5为镍铁合金、铁氧体等磁性材料及其与介质材料形成的层状结构，采用电镀、溅射、旋转涂布、丝网印刷、喷涂等方法制备得到。

进一步地，所述第一绝缘层31、第二绝缘层32、第三绝缘层33和第四绝缘层34为硅氧化物、硅氮化物、硅氮氧化物、聚酰亚胺、苯并环丁烯中的一种或两种以上组成的绝缘层，采用热氧化、化学气相沉积、旋转涂布等方法制备得到。

其中，当所述第一衬底11导电性能差(电阻率大于1000Ω·cm)时，上述结构可不需要第一绝缘层31，当所述第二衬底12导电性能差(电阻率大于1000Ω·cm)时，上述结构可不需要第二绝缘层32，当所述磁芯5导电性能差(电阻率大于1000Ω·cm)时，上述结构可不需要第三绝缘层33和第四绝缘层34。

进一步地，所述金属通孔23的截面为圆形、矩形、三角形等形状。

进一步地，所述第一金属线条层21和第二金属线条层22中的金属线条的截面为矩形、椭圆形等形状。

进一步地，所述金属导体层4的截面为圆形、矩形等其他形状，所述磁芯的截面为矩形等形状。