專利名稱：嵌入式電容結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來說涉及一種埋入電容結(jié)構(gòu)以及一種制造埋入電容結(jié)構(gòu)的方法。
背景技術(shù)：
在設(shè)計(jì)、工藝和實(shí)現(xiàn)用于在電子裝置和系統(tǒng)中進(jìn)行去耦的電源的埋入電容 的過程中，已經(jīng)提出了各種不同的技術(shù)來實(shí)現(xiàn)埋入電容。在實(shí)現(xiàn)埋入電容的過程 中，就性能和空間利用而言在把埋入電容與電源分配網(wǎng)絡(luò)相集成方面出現(xiàn)了諸
多限制。例如，在現(xiàn)有技術(shù)中一般都需要盲孑L/埋孔(blind/buriedvias),這將導(dǎo) 致工藝上的限制以及增大制造復(fù)雜性。此外，在現(xiàn)有技術(shù)中， 一般必須分別提 供強(qiáng)電流孔和高頻去耦孔，這將導(dǎo)致增大互連和焊點(diǎn)的數(shù)目。
通常，在制造期間，實(shí)現(xiàn)埋入電容的不同現(xiàn)有技術(shù)被設(shè)計(jì)并限制于特定的 工藝技術(shù)，由于缺乏對(duì)不同制造工藝技術(shù)的適應(yīng)性，因此這會(huì)給現(xiàn)有技術(shù)帶來 更多的限制。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種埋入電容結(jié)構(gòu)，包括主體；至少一 個(gè)埋入電容，具有形成于主體之中的第一電極、介質(zhì)層和第二電極；以及形成 于主體中的至少一個(gè)孔電連接；其中至少一個(gè)第一和第二電極沒有直接電連接
到孔電連接。
該結(jié)構(gòu)還包括主體表面上安裝的至少一個(gè)分立元件。
分立元件包括集成電路(IC)、電容或IC電容。
至少一個(gè)孔電連接基本上形成于分立元件的下面。
直接地電連接到相應(yīng)孔電連接的電極可被形成為相應(yīng)孔電連接的分支。
直接電連接到相應(yīng)孔電連接的一個(gè)或多個(gè)電極包括該孔電連接的至少一部 分相應(yīng)捕獲焊盤。
相對(duì)于相應(yīng)的孔電連接被對(duì)稱地或非對(duì)稱地形成埋入電容。
該結(jié)構(gòu)還包括嵌入于主體之中的至少一個(gè)分立電容。
沒有直接電連接到孔電連接的電極可用作高頻去耦器。
沒有直接電連接到孔電連接的電極提供阻尼以抑制由電源層空腔效應(yīng)引起 的共振。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種制造埋入電容結(jié)構(gòu)的方法，該方法包
括在埋入電容結(jié)構(gòu)的主體中形成至少一個(gè)埋入電容，該埋入電容具有第一電 極、介質(zhì)層和第二電極；以及形成于主體中的至少一個(gè)孔電連接；其中至少一 個(gè)第一和第二電極沒有直接電連接到孔電連接。
該方法包括印刷電路板(PCB)工藝步驟、低溫陶瓷共燒(LTCC)工藝步 驟或PCB工藝步驟與LTCC工藝步驟。


根據(jù)以下的描述，例如僅結(jié)合附圖，本發(fā)明的實(shí)施例將更好地被本領(lǐng)域普 通技術(shù)人員所理解并且對(duì)本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說很容易明白，其中 圖l是根據(jù)示例實(shí)施例的埋入電容結(jié)構(gòu)的示意剖視圖； 圖2是根據(jù)示例實(shí)施例的埋入電容結(jié)構(gòu)的示意剖視圖； 圖3是根據(jù)示例實(shí)施例的埋入電容結(jié)構(gòu)的示意剖視圖； 圖4到10是舉例說明根據(jù)示例實(shí)施例的埋入電容結(jié)構(gòu)的制造的相應(yīng)示意 剖面圖11到14是舉例說明根據(jù)示例實(shí)施例的埋入電容結(jié)構(gòu)的制造的相應(yīng)示 意剖面圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的實(shí)施例提供了一種在電子裝置和系統(tǒng)中裝配電源去耦電容的埋入
電容的技術(shù)。該示例實(shí)施例就性能和空間利用而言對(duì)電源分配網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng) 級(jí)優(yōu)化。此外，示例實(shí)施例對(duì)分立無源及有源組件實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)級(jí)集成。
圖1是根據(jù)第一示例實(shí)施例的埋入電容結(jié)構(gòu)100的示意剖視圖。在這個(gè)示
例實(shí)施例中，多個(gè)埋入電容例如102、 104與集成電路(IC) 106形式的分立有 源組件集成。在這個(gè)示例實(shí)施例中，IC 106經(jīng)由焊球連接107、 109而連接到孔 110、 112集成在一起。每一個(gè)埋入電容(例如104)包括一個(gè)電極(例如頂部 電極10S)，所述電極沒有物理/直接地電連接到縱向內(nèi)部連接(即孔110、 112)。 因而，頂部電極108的材料、厚度或者材料與厚度都不同于電源或接地面金屬 層(例如114)。
在這個(gè)示例實(shí)施例中，結(jié)構(gòu)100的主體采取復(fù)合層122、 124以及126的形
式。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，例如取決于用于構(gòu)造結(jié)構(gòu)100的制造技術(shù)，在 不同的實(shí)施例中主體可包括不同的層，例如一個(gè)或多個(gè)層包括以低溫陶瓷共燒 技術(shù)制造的陶瓷板。根據(jù)示例實(shí)施例的不同制造工藝的細(xì)節(jié)將參考圖4到14 稍后進(jìn)行描述。
這個(gè)第一示例實(shí)施例的另一個(gè)特征是埋入電容(例如104)的結(jié)構(gòu)中的捕 獲焊盤(例如116)的利用，在這個(gè)示例實(shí)施例中其具有相對(duì)于孔110、 112的 對(duì)稱或不對(duì)稱電極。利用捕獲焊盤116并且穿過反焊盤區(qū)119來形成一個(gè)電極 例如118,在這個(gè)示例實(shí)施例中金屬層121提供了一種改進(jìn)的空間利用。捕獲 焊盤典型地用于"固定"孔例如112，以簡(jiǎn)化連續(xù)通孔(through-vias)的構(gòu)造， 其中孔例如112在單獨(dú)的部分中或在兩個(gè)部分中被制造。
所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在第一實(shí)施例的埋入電容結(jié)構(gòu)100中， 強(qiáng)電流即低頻組件可流過孔110、 112并且繞過沒有直接電連接于孔110、 112 的相應(yīng)電極，例如相應(yīng)埋入電容104的頂部電極108。未直接連接到孔110、 112 的電極(例如頂部電極108)可提供高頻去耦的功能。通過把未直接連接到孔 110、 112的電極(例如頂部電極108)選擇成電阻性的，或者通過控制沉積厚 度，可提供阻尼來抑制由于電源層空腔效應(yīng)所引起的共振。
第一示例實(shí)施例的另一個(gè)特征在于沒有微孔(microvia),即不需要盲的或
埋的小直徑互連來接觸其沒有直接電連接到孔110、 112的電極(例如頂部電極
108)，這提高了安全性。
埋入電容結(jié)構(gòu)100的電源分配網(wǎng)絡(luò)的等效電路包括分布電容元件。這個(gè)拓 撲允許埋入電容分別地被加工以滿足系統(tǒng)性能要求。
圖2顯示了根據(jù)第二示例實(shí)施例的另一個(gè)埋入電容結(jié)構(gòu)200的示意剖視圖。 在這個(gè)示例實(shí)施例中，埋入電容例如202、 204放在分立電容206之下。否則， 結(jié)構(gòu)200就與參考圖1在上面描述的結(jié)構(gòu)IOO相同。所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員 應(yīng)當(dāng)明白，分立電容例如206可用來提供中頻電源去耦的大容量電容。
在現(xiàn)有技術(shù)中，不同電容值的分立電容被緊密地放在一起以抑制由于單個(gè) 電容的自諧振所引起的共振，以擴(kuò)展所得到的結(jié)構(gòu)的操作帶寬。在這個(gè)示例實(shí) 施例中利用多個(gè)或大批電容，可使寬帶電源去耦網(wǎng)絡(luò)具有用于提供低頻率的大 容量電容的分立電容例如206。高頻電容繞過是由示例實(shí)施例中的埋入電容例 如204來實(shí)現(xiàn)的。
如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員所知的那樣，典型的電源分配網(wǎng)絡(luò)包括三個(gè)核心電源 去耦組件低頻大容量去耦(nF到mF)、中頻去耦(H F )以及高頻去耦(nF )。 高頻去耦可在芯片內(nèi)(但是受芯片面積的限制)實(shí)現(xiàn)或者被實(shí)現(xiàn)為所裝配的整 體電容。中頻去耦可被實(shí)現(xiàn)為所裝配的整體電容或以分立電容的形式被實(shí)現(xiàn)。 大容量去耦以分立電容的形式被實(shí)現(xiàn)。在本發(fā)明中，所裝配的整體電容起高頻 或者中頻去耦的作用。前者可被互連到中頻及低頻分立電容，同時(shí)后者可與高 頻芯片內(nèi)的電容及低頻分立電容一起被使用。但不論是哪種情況，都會(huì)立即提 供寬帶電源去耦。
圖3a顯示了根據(jù)第三示例實(shí)施例的埋入電容結(jié)構(gòu)300的示意剖示圖。在這 個(gè)示例實(shí)施例中，若干埋入電容例如302、 304與IC 306形式的分立有源組件 集成在一起，且與若干埋入分立電容例如308集成在一起。這個(gè)示例實(shí)施例尤 其適合于窄板(low profile )分立電容。否則，結(jié)構(gòu)300就與參考圖l在上面描 述的結(jié)構(gòu)IOO相同。在不同實(shí)施例中， 一個(gè)或多個(gè)分立電容可位于遍及結(jié)構(gòu)300 上的不同位置之處。
在下文中，描述了不同的制造工藝以制造根據(jù)本發(fā)明的不同實(shí)施例的埋入 電容結(jié)構(gòu)。參考圖4到9描述了第一示例的有機(jī)制造流程。
在圖4中，在雙邊疊層408上形成底電極例如402、 404、 406的圖形。底 電極例如402、 404、 406的材料包括但不限于已在電介質(zhì)408上預(yù)先層壓的金 屬箔，且在本示例實(shí)施例中包括銅。電極例如402、 404、 406可通過銅層的蝕 刻而形成圖形。疊層408包括但不限于BT、 FR4、玻璃纖維環(huán)氧樹脂以及有機(jī) 材料。接下來，通過印刷(printing)、旋涂或其他已知技術(shù)來沉積高K材料以 形成要形成的埋入電容的介質(zhì)層部分例如502、 504，如圖5中所舉例說明的那 樣。高K材料包括諸如鈦酸鋇合成膠之類的陶瓷填充聚合物，其可以被旋涂或 絲網(wǎng)印刷以及在低于大約25(TC的溫度下被固化(cured),實(shí)現(xiàn)與示例實(shí)施例中 的有機(jī)基片之間的兼容性。陶質(zhì)過濾器用于提高示例實(shí)施例中的膠的介電常數(shù)。
接下來，在圖6中舉例說明，通過印刷、旋涂或其他已知技術(shù)來形成頂部 電極例如602、 604。
然后把附加層700、 702層壓到雙邊疊層408的頂部和底部，如圖7和8 中所舉例說明的那樣。附加層700、 702包括但不限于BT、 FR4、玻璃纖維環(huán) 氧樹脂以及有機(jī)材料。
參考圖9，然后利用機(jī)械打孔、激光打孔或其他已知技術(shù)來打出通孔900、 902。然后對(duì)通孔900、 902進(jìn)行電鍍以形成期望的電連接。
現(xiàn)在參考圖IO到14來描述另一個(gè)示例實(shí)施例中的低溫陶瓷共燒(LTCC) 技術(shù)制造流程。
如圖10中所舉例說明的那樣，孔1000、1002被打出并被填入陶瓷基片1004 中。通過印刷、旋涂或其他已知技術(shù)來形成底電極例如1006、 1008的圖形。
接下來，如在圖11中所舉例說明的那樣，沉積高K材料以形成要形成的 埋入電容結(jié)構(gòu)的介質(zhì)層元件例如1102、 1104。高K材料是陶瓷膠(ceramic based paste),其可被絲網(wǎng)印刷以及通過在大于大約80(TC的溫度下進(jìn)行燒結(jié)而被固 化。通過印刷、旋涂或其他已知技術(shù)來沉積介質(zhì)層元件例如1102、 1104。
接下來，如在圖12中舉例說明的那樣來形成頂部電極例如1202、 1204。通過印刷、旋涂或其他已知技術(shù)來形成頂部電極例如1202、 1204。
然后輔助條層1300被層壓在陶瓷基片1004的頂部，如圖13和14中所舉 例說明的那樣，以產(chǎn)生層壓基片結(jié)構(gòu)1400。輔助條層1300包括但不限于陶瓷 和玻璃陶瓷材料。多個(gè)條可以在室溫下同時(shí)被機(jī)械地層壓，繼之以在直至大約 90。C的溫度下施加等靜壓。在等靜壓層壓過程期間，在示例實(shí)施例中，條被密 封在防水袋中。參考圖13和14,條層1300包括孔部分1302、 1304。在每個(gè)條 層上，在示例實(shí)施例中施加機(jī)械穿孔以產(chǎn)生垂直的洞。然后模板填充被用于填 充該洞，借此形成填充孔。
在示例實(shí)施例中，在層壓步驟期間，那些孔部分1302、 1304不需要被"彎" 到電極結(jié)構(gòu)1202、 1204上方。更確切地說，是條層材料1300嵌入到電極結(jié)構(gòu) 1202、 1204并承受必要的變形，借此降低且最好是避免孔部分1302、 1304上 的變形或張力?？撞糠?302、 1304與陶瓷基片1004中所形成的孔部分1306、 1308分別對(duì)齊，這種對(duì)齊進(jìn)一步通過捕獲焊盤例如1310來簡(jiǎn)化。
所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，在參考圖4到14來描述的上述示例制 造流程中，可通過重復(fù)/添加相應(yīng)多層工藝步驟而形成多層結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的實(shí)施例具有與現(xiàn)有技術(shù)相比的若干優(yōu)點(diǎn)，包括例如
-與現(xiàn)有印刷電路板(PCB)和LTCC制造工藝相兼容，包括高容量且低 成本解決方案。
-不需要盲孔/埋孔。
-潛在地改進(jìn)了安全性和成品率。
-埋入電容的"即插即用"集成，提供設(shè)計(jì)自由。
-改進(jìn)電源去耦性能，提高運(yùn)行速度和帶寬。
-小型化。
所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)明白，在不脫離如所大致描述的本發(fā)明的精 神和范圍的情況下可對(duì)特定實(shí)施例中所示的本發(fā)明做出許多變化和/或修改。因 此，無論從哪方面來考慮，本實(shí)施例都是說明性的而不是限制性的。
例如，應(yīng)當(dāng)明白，電極層的形狀、布局和尺寸可在不同實(shí)施例中進(jìn)行改變
以滿足給定埋入電容結(jié)構(gòu)的特定要求。同樣地，電源或接地面金屬層以及捕獲 焊盤/反焊盤的形狀、布局和尺寸可在不同實(shí)施例中進(jìn)行變化以滿足給定埋入電 容結(jié)構(gòu)的要求。
權(quán)利要求
1.一種埋入電容結(jié)構(gòu)，包括主體；至少一個(gè)埋入電容，具有形成于主體中的第一電極、介質(zhì)層、和第二電極；以及形成于主體中的至少一個(gè)孔電連接；其中至少一個(gè)第一和第二電極沒有直接電連接到該孔電連接。
2. 如權(quán)利要求l中所述的結(jié)構(gòu)，更進(jìn)一步包括主體表面上安裝的至少一 個(gè)分立元件。
3. 如權(quán)利要求2中所述的結(jié)構(gòu)，其中分立元件包括IC、電容或IC與電容。
4. 如權(quán)利要求2或3中所述的結(jié)構(gòu)，其中至少一個(gè)孔電連接基本上被形成 于分立元件之下。
5. 權(quán)利要求1到4中任一個(gè)所述的結(jié)構(gòu)，其中直接電連接到相應(yīng)孔電連接 的電極可被形成為相應(yīng)孔電連接的分支。
6. 如權(quán)利要求5中所述的結(jié)構(gòu)，其中直接電連接到相應(yīng)孔電連接的一個(gè)或 多個(gè)電極包括孔電連接的至少部分相應(yīng)捕獲焊盤。
7. 如權(quán)利要求5或6中所述的結(jié)構(gòu)，其中相對(duì)于該相應(yīng)孔電連接來對(duì)稱地 或非對(duì)稱地形成埋入電容。
8. 如權(quán)利要求1到7中任意一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，更進(jìn)一步包括嵌入到主體之 中的至少一個(gè)分立電容。
9. 如權(quán)利要求1到8中任意一項(xiàng)所述的結(jié)構(gòu)，其中電極沒有直接電連接到 起高頻去耦器作用的孔電連接。
10. 如權(quán)利要求9中所述的結(jié)構(gòu)，其中沒有直接電連接到孔電連接的電極 提供阻尼以抑制由電源層空腔效應(yīng)所引起的共振。
11. 一種制造埋入電容結(jié)構(gòu)的方法，該方法包括在埋入電容結(jié)構(gòu)的主體中形成至少一個(gè)埋入電容，該埋入電容具有第一電 極、介質(zhì)層和第二電極；以及在主體中形成至少一個(gè)孔電連接；其中至少一個(gè)第一和第二電極層沒有直接電連接到該孔電連接。 12.如權(quán)利要求ll中所述的方法，其中該方法包括PCB工藝步驟、LTCC 工藝步驟，或PCB工藝步驟與LTCC工藝步驟。
全文摘要
一種埋入電容結(jié)構(gòu)(100)，包括主體；至少一個(gè)埋入電容(102，104)，其具有形成于主體中的第一電極(108)、介質(zhì)層、和第二電極(118)；以及形成于主體中的至少一個(gè)孔電連接(110，112)；其中至少一個(gè)第一和第二電極(108，118)沒有直接電連接到該孔電連接(110，112)。
文檔編號(hào)H05K3/46GK101189925SQ200680018071
公開日2008年5月28日 申請(qǐng)日期2006年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月24日
發(fā)明者樂文肯, 盧志衛(wèi), 衛(wèi)萊萊, 王志昆 申請(qǐng)人:新加坡科技研究局