CN1735316A - 电路基板 - Google Patents

Abstract

一种电路基板，此电路基板具有电感结构及参考面。电感结构包含第一柱形导体、第二柱形导体、第一走线及第二走线。第一柱形导体与第二柱形导体分别设置于电路基板中并贯穿此电路基板上相对的第一表面及第二表面。第一柱形导体具有相互隔开的左导电柱与右导电柱。第二柱形导体是邻近第一柱形导体的一侧。第一走线电性连接第一柱形导体的左导电柱的第一底部与第二柱形导体的第二底部。第二走线电性连接第一柱形导体的右导电柱的第一顶部与第二柱形导体的第二顶部。参考面配置于第二表面上，用以使电感结构所产生的磁力线与此参考面平行。

Description

电路基板

技术领域

本发明有关一种电路基板，且特别是有关一种利用激光切割钻孔技术以形成内建电感结构的电路基板。

背景技术

请参照图1A及图1B，图1A是传统螺旋状电感的俯视图，图1B是传统螺旋状电感的侧视剖面图。传统螺旋状电感10是平面配置于基板14表面上，且借助微孔(micro-via)12，螺旋状电感10电性连接接地层16。磁力线18垂直于接地层16，且为接地层16所反射。这是因为接地层16可以改变电场/磁场的分布情况，发挥屏蔽的功效。但是，螺旋状电感10下方至接地层16间所覆盖的空间将无法使用。此外，电感值与电感的线圈圈数平方成正比，平面配置的螺旋状电感10因受制于有限的布局(layout)空间，电感值与品质系数(quality factor，Q)均无法有有效提高。

传统螺旋状电感10在设计时，一般会以所需工作频率下的最大品质系数来设计螺旋状电感，以便在基板的可用区域上提供所需的电感值。但是为了降低基板层的漩涡电流损耗，并减少耦合到基板的电容，传统螺旋状电感必须离半导体基板愈远愈好。因此，传统螺旋状电感10与接地层16(参考面)之间必须维持一定的高度H，不能无限制的压缩，这有违整合元件微小化的趋势。另一方面，接地层却是不能省略的，否则电磁会耦合并干扰到相邻的元件。此外，微孔12的孔径过大以及螺旋状电感10均会占用基板表面的布局空间。

值得一提的是，一般常用电感值与品质系数(Q)来衡量一个电感的好坏。Q值是电感的一项重要特性。Q是用以衡量一电感的″纯度″。对一电感而言，Q值愈高，损失的能量愈低。

更进一步说明，以一个简易LRC电路20为例，如图2所示，电感22、电阻24与电容26为相互串连。在此电路中，由于储存的能量来回于电感22与电容26之间，因此产生震荡现象。此时，品质系数Q即用于衡量此震荡现象的衰减，Q值愈高，衰减的幅度愈小。Q值与电感值关系如下列数学式所示：

Q＝ωL/R，换句话说，电感值L愈高，Q值也愈大。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种电路基板，此种电路基板具有内建的电感结构，不但能增加布局空间、并能产生较大的电感值及Q值。

根据本发明的一种高效率的电路基板，其具有磁力线与参考面平行的电感结构。此种电路基板具有第一微孔与第二微孔，分别贯穿电路基板上相对的第一表面及第二表面。电路基板包括有电感结构及参考面。电感结构则包括有第一柱形导体、第二柱形导体、第一走线及第二走线。第一柱形导体具有相互隔开的左导电柱与右导电柱，配置于第一微孔中，而第二柱形导体配置于第二微孔之中，并邻近第一柱形导体。第一柱形导体与第二柱形导体分别电性连接第一表面及第二表面。第一柱形导体借助激光切割技术切割出一激光切割区，而此激光切割区会使得第一柱形导体分隔成左导电柱与右导电柱。第一柱形导体于第一表面形成第一顶部，且于第二表面形成第一底部。第二柱形导体于第一表面形成第二顶部，且于第二表面形成第二底部。第一走线位于第二表面上，用以电性连接左导电柱的第一底部与第二柱形导体的第二底部。第二走线位于第一表面上，用以电性连接右导电柱的第一顶部与第二柱形导体的第二顶部。

前述的本发明电路基板还包含有多个第一柱形导体、多个第二柱形导体以及多个第三柱形导体，分别排列成一直线且形成相互平行的三列柱形导体群。其中该第一柱形导体、第二柱形导体以及第三柱形导体分别配置于电路基板的第一微孔、第二微孔及第三微孔中。再者，该第一柱形导体均分别以激光切割成左导电柱与右导电柱，且该右导电柱分别与对应的左导电柱相互隔开。其中该第一柱形导体的左导电柱底部以多条第一走线分别电性连接对应的第二柱形导体底部，而该第一柱形导体的左导电柱顶部分别以多条第四走线电性连接对应的第三柱形导体顶部。另一方面，该第一柱形导体的该右导电柱顶部分别以多条第二走线电性连接对应的第二柱形导体顶部，而该第一柱形导体的该右导电柱底部以多条第三走线分别电性连接对应的该第三柱形导体底部。

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图进行详细说明。

附图说明

图1A是传统螺旋电感的俯视图。

图1B是传统螺旋电感的侧视剖面图。

图2是简易LRC电路的示意图。

图3A是本发明第一实施例的电路基板的部分微孔侧视剖面图。

图3B是本发明第一实施例的电路基板的部分侧视剖面图。

图3C是本发明第一实施例的电路基板的另一部分侧视剖面图。

图3D是本发明第一实施例的电路基板中的部分电感立体图。

图4A是本发明第二实施例的电路基板的微孔阵列的俯视图。

图4B是本发明第二实施例的电路基板的第一表面的俯视图。

图4C是本发明第二实施例的电路基板的第二表面的俯视图。

图4D是本发明第二实施例的电路基板中的部分电感立体图。

具体实施方式

实施例一

请参照图3A，其是是本发明第一实施例的电路基板的部分微孔侧视剖面图。电路基板300具有相对的一第一表面314及一第二表面316。借助激光切割钻孔技术所形成的第一微孔303与第二微孔305分别由此电路基板300的第一表面314贯穿至第二表面316。

请同时参照图3B、图3C以及图3D，图3B是本发明第一实施例的电路基板的部分侧视图，图3C是本发明第一实施例的电路基板的另一部分侧视图，图3D是本发明第一实施例的电路基板中的部分电感立体图。

电路基板300包括一电感结构302及一参考面。电感结构302包含有一第一柱形导体304、一第二柱形导体306、一第一走线308及一第二走线310。第一柱形导体304配置于第一微孔303中，而第二柱形导体306配置于第二微孔305之中，并邻近第一柱形导体304。第一柱形导体304与第二柱形导体306分别贯穿电路基板300。其中，借助激光切割技术，于第一柱形导体304中央部位形成一激光切割区312，并使得第一柱形导体304因此激光切割区312而分隔成左导电柱3042与右导电柱3041。此外，第二柱形导体306邻近第一柱形导体304的一侧。

第一走线308系位于第二表面316上，用以电性连接第一柱形导体304的左导电柱3042的第一底部3044与对应的第二柱形导体306的第二底部3062。另一方面，第二走线310位于第一表面上，用以电性连接第一柱形导体304的右导电柱3041的第一顶部3043与对应的第二柱形导体306的第二顶部3061。另一方面，参考面，例如是接地层317，配置于第二表面316上，用以局限磁力线的场形，达到屏蔽的效果。

借助上述走线电性连结相邻的二柱形导体，可形成一个开放式环状结构的内埋式线圈，使得磁力线的方向为沿着电路基板300与接地层317的水平方向。如此一来，电路基板300不但可薄形化，在与其他基板形成积层基板后，还可提供更大的布局空间。图式中箭头的方向表示电流的方向，反向亦可。

此电路基板300还可包括一第三柱形导体322，且此第三柱形导体322贯穿第一表面314及第二表面316。其中，此第一柱形导体304设置于第二柱形导体306与第三柱形导体322之间。此第三柱形导体322于第一表面314形成一第三顶部3221，且于第二表面316形成一第三底部3222。第三走线324位于第二表面316上，用以电性连接右导电柱的第一底部3044与第二柱形导体306的第二底部3222。使得第二柱形导体306、第二走线310、右导电柱3041、第三走线324及第三柱形导体322相互电性连接而形成一S形结构。

本发明电路基板300的第一柱形导体304、第二柱形导体306及第三柱形导体322分别具有第一贯通孔318、第二贯通孔320及第三贯通孔328，且该贯通孔径可小至10μm至15μm。

另一方面，第一柱形导体304的激光切割区312可利用同样的激光切割钻孔技术切割而成。本发明所述的激光切割钻孔技术使用二氧化碳激光或紫外线激光，其中，紫外线激光由于波长较短，比较不会产生绕射现象，因此可产生孔径较小的微孔。

电路基板300的第一柱形导体304、第二柱形导体306与第三柱形导体322的内壁表面化学电镀有一层铜导电层。另一种作法是，先将该微孔填充一铜的导电膏，再行切割第一柱形导体。换句话说，该微孔无论是实心或空心，均可发挥相同的功用。

实施例二

请参照图4A，其是是本发明第二实施例的电路基板的微孔阵列的俯视图。借助激光切割钻孔技术，形成分别排列成行的多个第一微孔403、多个第二微孔405及多个第三微孔407于基板402。

请同时参照图4B以及图4C，图4B是本发明第二实施例的电路基板的第一表面的俯视图，图4C是本发明第二实施例的电路基板的第二表面的俯视图。

电路基板400包括一电感结构402及一参考面。电感结构302包含有多个第一柱形导体404、多个第二柱形导体406、多个第三柱形导体408、多条第一走线412、多条第二走线414、多条第三走线416及多条第四走线418。电路基板400具有第一表面4021及第二表面4022，且第二表面4022相对于第一表面4021。

前述的多个柱形导体配置于电路基板400内并分别垂直贯穿电路基板400。其中，数个第一柱形导体404配置于该第一微孔403中并成一直线排列，用以贯穿第一表面4021及第二表面4022。该第一柱形导体404还包括数个左导电柱4042及数个右导电柱4041，该右导电柱4041分别与对应的左导电柱4042相互隔开。可借助激光切割钻孔技术，分别于该第一柱形导体404上形成激光切割区410，用以间隔该右导电柱4041与该左导电柱4042。

多个第二柱形导体406，配置于相对应的第二微孔405并平行排列于该第一柱形导体404的前侧，其中该第一柱形导体404的左导电柱4042底部以多条第一走线412分别电性连接对应的第二柱形导体406底部，而该第一柱形导体404的右导电柱4041顶部分别以多条第二走线414电性连接对应的第二柱形导体406顶部。

多个第三柱形导体408，配置于相对应的第三微孔407并平行排列于第一柱形导体404的后侧，其中该第一柱形导体404的右导电柱4041底部以多条第三走线416分别电性连接对应的第三柱形导体408底部，而该第一柱形导体404的左导电柱4042顶部分别以多条第四走线418电性连接对应的第三柱形导体408顶部。

另一方面，参考面，例如是接地层4024，配置于第二表面4022上，用以局限磁力线的场形，达到屏蔽的效果。再者，当通入电流后，电感结构402所产生的磁力线会与接地层4024平行。

请参照图4C，图4C是本发明第二实施例的电路基板中的部分电感立体图。该电路基板的柱形导体内分别具有第一贯通孔420、第二贯通孔422以及第三贯通孔424。在本发明的第二实施例中，在一定频率下电感值的计算公式可由法拉第定律推导如下：

L1＝μN2A/l＝μN(2wh)/(1/N)＝2μNwh/d

其中

L1：电感值

μ：核心材质(core material)的磁导率(magnetic permeability)

N：由柱形导体及走线所围成线圈的圈数

A：线圈面积，l：电感的长度

w：一柱形导体至另一对应柱形导体间的走线距离

h：柱形导体的高度，d：一线圈至相邻线圈的间距

由于现今电子元件均朝微小化发展，因此对本发明的电感而言，必须尽量缩小相邻柱形导体间的走线距离w以及柱形导体的高度h。另一方面，为了使电感值愈大，线圈的圈数愈多愈好，而相邻线圈之间距则愈小愈好。借助现今的激光钻孔以及切割技术，微孔孔径已经可以微小只有数十微米，恰可解决机械钻孔所遇到的瓶颈。图式中箭头的方向表示电流的方向，反向亦可。

与第一实施例相同的是，电路基板400的贯通孔孔径可小至约为10μm至15μm。另一方面，该第一柱形导体404的激光切割区410是利用同样的激光切割钻孔技术切割而成。本发明所述的激光切割钻孔技术使用二氧化碳激光或紫外线激光，其中，紫外线激光由于波长较短，比较不会产生绕射现象，因此可产生孔径较小的微孔。

电路基板400的多个第一柱形导体404、多个第二柱形导体406以及多个第三柱形导体408的内壁表面分别化学电镀有一层铜导电层。另一种作法是，先将于该微孔填充一铜的导电膏，再行切割第一柱形导体。因此，该微孔无论是实心或空心，均发挥相同的功用。

本发明上述实施例所揭示的电路基板，其特色是借助激光切割钻孔技术，于基板内钻出三组相互平行的微孔，再于该微孔内配置多个柱形导体。借助走线电性连接各个对应的柱形导体以形成一类似线圈交错的电感元件。本发明的电路基板由于磁力线的方向为平行于基板与参考面。如此一来，基板无论于其表面或垂直空间上，均可增加许多布局空间，亦可更薄形化。另一特色是借助激光切割钻孔技术，本发明的电路基板的多个第一柱形导体分别其上形成左右两个导电柱，该导电柱再分别利用走线与对应的微孔电性连接。此方式不但可有效减少微孔的数量，还可使得相邻线圈之间距愈小、线圈的圈数愈多。根据前述的在一定频率下电感值的计算公式可知，本发明的电路基板可以在更小的布局空间中获得较大的电感值与较大的Q值。

综上所述，虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然而其并非用以限定本发明，任何熟系本技术的人员在不脱离本发明的精神和范围内，当可作出各种的等效的改变或替换，因此本发明的保护范围当视后附的本申请权利要求范围所界定的为准。

Claims (21)

1.一种电路基板，具有相对的第一表面及第二表面，并具有一第一微孔与一第二微孔，贯穿该第一表面及第二表面，该电路基板包括：

一电感结构，包括：

一第一柱形导体，具有相互隔开的一左导电柱与一右导电柱，配置于该第一微孔中，该第一柱形导体于该第一表面形成一第一顶部，且于该第二表面形成一第一底部；

一第二柱形导体，配置于该第二微孔的中，并邻近该第.一柱形导体，该第二柱形导体于该第一表面形成一第二顶部，且于该第二表面形成一第二底部；

一第一走线，位于该第二表面上，用以电性连接第一柱形导体的该左导电柱的该第一底部与该第二柱形导体的该第二底部；及

一第二走线，位于该第一表面表面上，用以电性连接该第一柱形导体的该右导电柱的该第一顶部与该第二柱形导体的该第二顶部；以及

一参考面，配置于该第二表面上，用以使该电感结构所产生的磁力线与该参考面平行。

2.如权利要求1所述的电路基板，其特征在于该左导电柱、该第一走线、该第二柱形导体、该第二走线及该右导电柱形成一开放式环状结构。

3.如权利要求1所述的电路基板，其特征在于该参考面为一接地层。

4.如权利要求1所述的电路基板，其特征在于该电路基板还具有一第三微孔，贯穿该第一表面及该第二表面，且该电路基板还包括：

一第三柱形导体，配置于该第三微孔之中，该第三柱形导体于该第一表面形成一第三顶部，且于该第二表面形成一第三底部；及

一第三走线，位于该第二表面上，用以电性连接该右导电柱的该第一底部与该第二柱形导体的该第二底部。

5.如权利要求4所述的电路基板，其特征在于该第一柱形导体设置于该第二柱形导体与该第三柱形导体之间。

6.如权利要求4所述的电路基板，其特征在于该第二柱形导体、该第二走线、该右导电柱、该第三走线及该第三柱形导体形成一S形结构。

7.如权利要求4所述的电路基板，其特征在于该第一柱形导体具有一激光切割区，设置于该右导电柱及该左导电柱之间，用以间隔该右导电柱与该左导电柱。

8.如权利要求7所述的电路基板，其特征在于该第一柱形导体、该第二柱形导体及该第三柱形导体分别具有一第一贯通孔、一第二贯通孔及一第三贯通孔，且该激光切割区、该第一贯通孔、该第二贯通孔及该第三贯通孔是利用激光切割钻孔技术钻孔而成。

9.如权利要求8所述的电路基板，其特征在于该激光切割钻孔技术是使用二氧化碳激光。

10.如权利要求8所述的电路基板，其特征在于该激光切割钻孔技术是使用紫外线激光。

11.如权利要求8所述的电路基板，其特征在于该第一贯通孔、该第二贯通孔及该第三贯通孔的孔径大小10μm至15μm之间。

12.如权利要求8所述的电路基板，其特征在于该第一柱形导体、该第二柱形导体及该第三柱形导体是以化学电镀而形成的铜导电层。

13.一种电路基板，包括：

一基板，具有相对设置的一第一表面及一第二表面，并具有多个第一微孔、多个第二微孔及多个第三微孔配置于该基板，该第一微孔、该第二微孔及该第三微孔均贯穿该第一表面及该第二表面；

一电感结构，包括：

多个第一柱形导体，配置于该第一微孔中并成一直线排列，用以电性连接该第一表面及该第二表面，该第一柱形导体还包括：

多个左导电柱；及

多个右导电柱，该右导电柱分别与对应的该左导电柱相互隔开；

多个第二柱形导体，配置于该第二微孔中并平行排列于该第一柱形导体的前侧，其中该第一柱形导体的该左导电柱底部以多条第一走线分别电性连接对应的该第二柱形导体底部，而该第一柱形导体的该右导电柱顶部以多条第二走线分别电性连接对应的该第二柱形导体顶部；

多个第三柱形导体，配置于该第三微孔中并平行排列于该第一柱形导体的后侧，用以电性连接该第一表面及该第二表面，其中该第一柱形导体的该右导电柱底部以多条第三走线分别电性连接对应的该第三柱形导体底部，而该第一柱形导体的该左导电柱顶部以多条第四走线分别电性连接对应的该第三柱形导体顶部；以及

一参考面，配置于该第二表面上，用以使该电感结构所产生的磁力线与该参考面平行。

14.如权利要求13所述的电路基板，其特征在于该电感具有一螺旋双连环结构。

15.如权利要求13所述的电路基板，其特征在于该第一柱形导体具有多个激光切割区，设置于该右导电柱及该左导电柱之间，用以间隔该右导电柱与该左导电柱。

16.如权利要求13所述的电路基板，其特征在于该第一柱形导体、该第二柱形导体及该第三柱形导体分别具有多个第一贯通孔、多个第二贯通孔及多个第三贯通孔，且该激光切割区、该第一贯通孔、该第二贯通孔及该第三贯通孔是利用激光切割钻孔技术钻孔而成。

17.如权利要求13所述的电路基板，其特征在于该参考面为一接地层。

18.如权利要求16所述的电路基板，其特征在于该激光切割钻孔技术是使用二氧化碳激光。

19.如权利要求16所述的电路基板，其特征在于该激光切割钻孔技术是使用紫外线激光。

20.如权利要求16所述的电路基板，其特征在于该第一贯通孔、该第二贯通孔及该第三贯通孔的孔径大小10μm至15μm之间。

21.如权利要求13所述的电路基板，其特征在于该第一柱形导体、该第二柱形导体及该第三柱形导体是以化学电镀而分别形成的铜导电层。

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