專利名稱：具有退耦功能的多層板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種應(yīng)用于球柵陣列(Ball Grid Array(BGA))型封裝的具有退耦功能的多層板，更具體地，涉及一種具有退耦功能的多層板，其使用多層片式電容器(MLCC)和薄膜電容器以在低頻帶和射頻帶都實現(xiàn)良好的退耦特性。
背景技術(shù)：
最近，隨著數(shù)字集成電路(IC)芯片中更高的工作頻率和更低的工作電壓，為了實現(xiàn)更穩(wěn)定的電源供應(yīng)以及去除開關(guān)噪聲，對于低阻抗退耦電容器的需求正在日益增加。
這種退耦電容器能夠在更鄰近IC芯片的位置進一步減少阻抗，因此已經(jīng)有很多關(guān)于在IC上形成這種電容器的技術(shù)的研究。
以下簡要地解釋這種退耦電容器。
首先，在使用片外電容器的情況下，片外電容器連接到將要使用的印刷電路板或IC封裝上，然而，由于將IC芯片連接至電容器的布線長度產(chǎn)生的寄生電感，這降低了射頻特性。
另一方面，如果在硅片上構(gòu)造晶體管的工藝中形成，則退耦電容器形成在最鄰近IC芯片的位置是最理想的。然而，由于下列兩個原因，鄰近晶體管來布置退藕電容器并不有效首先，用作芯片內(nèi)電極的材料具有高阻抗值，阻礙具有至少為10的Q值的電容器的制造。其次，由于電容器被放置在分離的位置，因此每單位面積的成本增加，導(dǎo)致在芯片內(nèi)部形成無源器件需要復(fù)雜的制造工藝和更高的生產(chǎn)成本。
由于這些原因，通常通過使用后段制程(Back-End-Of-the-Line(BEOL))在電源和地之間形成介電膜來制造將被應(yīng)用于芯片的電容器。
應(yīng)用了BEOL的電容器要求具有至少100nF/cm2的大電容值，并且要求在溫度達到450℃的低溫沉積，以防止構(gòu)成配線的Cu氧化，并且保持構(gòu)成絕緣層的襯底的有機材料的穩(wěn)定性。
通常，系統(tǒng)需要適應(yīng)從模擬到數(shù)字以及從低速、低電流和低電壓到高速、高電流和高電壓。因此，需要一種能夠在射頻域提供低阻抗電源的無源器件或者器件系統(tǒng)。
圖1示出了根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)的具有MLCC的多層板。如圖所示，傳統(tǒng)多層板包括板體10，由多個堆疊的介電層LY1至LY4、電源端單元T1、接地端單元T2制成；其中電源端單元T1具有形成在板體10的上表面10-T上的電源端T1a和形成在下表面10-B上的電源端T1b；以及接地端單元T2具有形成在板體10的上表面10-T上的接地端T2a和下表面10-B上的接地端T2b。上電源端T1a和下電源端T1b通過電源過孔(power via)VH1彼此連接，以及上接地端T2a和下接地端T2b通過接地過孔(ground via)VH2彼此連接。
此時，IC元件20安裝在板體10的上表面10-T上，并且通過接地焊球BG和電源焊球BP連接至上電源端T1a和上接地端T2a。
在該多層板中，形成在板體10的上表面10-T上的第一電源線LP1包括第一連接線LP1a，將連接至電源焊球BP的電源端與連接至電源過孔VH1的上電源端連接；以及第二連接線LP1b，將上電源端與器件-安裝電源端PT連接。
另外，形成在板體10內(nèi)部的第二電源線LP2通過電源過孔VH1連接至電源端單元T1。
另外，形成在板體10的上表面10-T上的第一地線LG1包括第一連接線LG1a，將連接至接地焊球BG的接地端與連接至接地過孔VH2的上接地端連接；以及第二連接線LG1b，將上接地端與器件-安裝接地端GT連接。另外，形成在板體10內(nèi)部的第二地線LG2通過接地過孔VH2連接至接地端單元T2。
在該多層板中，至少一個MLCC11安裝在板體10的上表面10-T上，并且MLCC11連接在器件-安裝電源端PT和器件-安裝接地端GT之間，用于在電源線和地線之間提供退耦電容。
圖2示出了這種傳統(tǒng)多層板的等效退耦電路。
圖2是示出電源線和地線之間的等效退耦電容的電路圖。參照圖1和圖2，電源線和地線之間的等效退耦電容電路是MLCC和連接至MLCC的線的等效電路，其中，地線可以由串聯(lián)連接的電感L1、電容C1、以及電阻R1表示。
這種傳統(tǒng)多層板使用MLCC11以提供退耦特性。然而，使用MLCC11在低頻帶支持低阻抗和有效退耦特性，但是在射頻帶不支持足夠低的阻抗和極為普通的退耦特性。
此外，傳統(tǒng)多層板具有將MLCC與電源線和地連接的長物理線，因此易受噪聲的影響并且妨礙精確的退耦電容。

發(fā)明內(nèi)容
為了解決現(xiàn)有技術(shù)的上述問題而做出本發(fā)明，因此，本發(fā)明的一方面在于提供一種具有退耦功能的多層板，其使用多層片式電容器(MLCC)和薄膜電容器以在低頻帶和射頻帶提供優(yōu)良的退耦特性。
本發(fā)明的另一方面在于提供一種具有退耦功能的多層板，其能夠提供更精確的退耦電容。
根據(jù)本發(fā)明的一方面，本發(fā)明提供了一種具有退耦功能的多層板。多層板包括板體，其具有多個堆疊的介電層，形成在板體上表面和下表面上的電源端和接地端，其中形成在板體上表面和下表面上的電源端通過電源過孔彼此連接，形成在板體上表面和下表面上的接地端通過接地過孔彼此連接，以及安裝在板體上表面上并連接至電源端和接地端的集成電路元件；電源線單元，形成在板體的多個介電層中的預(yù)定介電層上，電源線單元連接至電源端和集成芯片元件；地線單元，形成在板體的多個介電層中的預(yù)定介電層上，地線單元連接至接地端和集成電路元件；至少一個多層片式電容器，安裝在板體上表面上，并連接于形成在板體上表面上的電源端和接地端之間；以及至少一個薄膜電容器，安裝在板體內(nèi)部，并連接于電源線單元和地線單元之間。
電源線單元包括第一電源線，形成在板體上表面上，并連接至形成在板體上表面上的電源端；以及第二電源線，形成在板體內(nèi)部，并連接至連接形成在板體上表面和下表面上的電源端的電源過孔。
薄膜電容器連接于第一電源線和地線單元之間。
薄膜電容器連接于第二電源線和地線單元之間。


通過以下結(jié)合附圖進行的詳細描述，本發(fā)明的上述和其他方面、特征、和其它優(yōu)點將更易于理解，在附圖中圖1是示出具有多層片式電容器(MLCC)的傳統(tǒng)多層板的結(jié)構(gòu)圖；圖2是示出圖1的電源線和地線之間的退耦電容的等效電路圖；圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的具有退耦功能的多層板的結(jié)構(gòu)圖；圖4是示出圖3中所示的包括薄膜電容器的多層板的局部放大結(jié)構(gòu)圖；圖5是示出圖3的電源線和地線之間的退耦電容的等效電路圖；
圖6是將根據(jù)本發(fā)明的多層板與具有低電感陶瓷電容器(LICC)的傳統(tǒng)多層板的頻率響應(yīng)特性進行比較的圖表；以及圖7是將根據(jù)本發(fā)明的多層板與具有超低電感電容器(SLIC)的傳統(tǒng)多層板的頻率特性進行比較的圖表。
具體實施例方式
現(xiàn)在將參照附圖來詳細描述本發(fā)明的示例性實施例。在附圖中，通篇使用相同的參考標號來表示具有基本相同結(jié)構(gòu)和功能的元件。
隨著系統(tǒng)或數(shù)字電路中當前進展和高級功能，對于能夠在射頻域(千兆Hz區(qū)域)提供低阻抗電源的無源器件或器件系統(tǒng)的需求正日益增加。因此，本發(fā)明旨在在射頻域，尤其是在傳統(tǒng)用于退耦的低電感陶瓷電容器(LICC)或超低電感電容器(SLIC)、多層陶瓷電容器(MLCC)不能確保低阻抗電源的超過諧振點的射頻域，提供一種數(shù)字電路所需的低阻抗電源。此外，本發(fā)明使用在低溫生產(chǎn)的嵌入式薄膜電容器和多層片式電容器(MLCC)，從而在以千兆為單位的射頻域獲得優(yōu)良的特性，而這是LICC或SLIC都不能實現(xiàn)的。
現(xiàn)在將參照圖3至圖7來詳細描述本發(fā)明。
圖3是示出根據(jù)本發(fā)明的具有退耦功能的多層板的結(jié)構(gòu)圖。參照圖3，根據(jù)本發(fā)明的多層板包括板體100，具有多個堆疊的介電層LY1、LYk、LYm、和LYn；電源線單元L10；地線單元L20；至少一個MLCC110以及至少一個薄膜電容器120。
板體100具有電源端單元T10和接地端單元T20，電源端單元T10包括形成在板體上表面100-T和下表面100-B上的電源端T11和T12，接地端單元T20包括形成在板體上表面100-T和下表面100-B上的接地端T21和T22。分別形成在板體100的上表面100-T和下表面100-B上的電源端T11和T12通過電源過孔彼此連接。形成在板體100的上表面100-T和下表面100-B上的接地端T21和T22通過接地過孔彼此連接。板體100還具有集成電路(IC)元件200，其安裝在板體上表面100-T上，并通過電源焊球BP和接地焊球BG連接至電源端單元T11和接地端單元T21。
此時，上電源端T11包括連接至電源焊球BP的球-連接電源端T11b和器件-安裝電源端T11m。
另外，上接地端T21包括連接至接地焊球BG的球-連接接地端T21b和器件-安裝接地端T21m。
電源線單元L10形成在板體100的多個介電層外部的預(yù)定電源介電層上，并連接至電源端單元T10和IC元件200。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，電源線單元L10包括第一電源線L11，形成在板體100的上表面100-T上，連接上電源端T11和球-連接電源端T11b，并連接上電源端T11和器件-安裝電源端T11m；第二電源線L12，形成在板體100的內(nèi)部100-I中，連接至連接形成在板體100上表面100-T和下表面100-B上的電源端T11和T12的電源過孔VH10。
此時，第一電源線L11包括第一連接線L11a，其將上電源端T11與球-連接電源端T11b連接；第二連接線L11b，其將上電源端T11與器件-安裝電源端T11m連接。
地線單元L20形成在板體100的多個介電層外部的預(yù)定的地介電層上，并連接至接地端單元T20和IC元件200。
如圖3所示，根據(jù)本發(fā)明的實施例，地線單元L20包括第一地線L21，形成在板體100的上表面100-T上，將上接地端T21與球-連接接地端T21b連接，并將上接地端T21與器件-安裝接地端T21m連接；第二地線L22，形成在板體100的內(nèi)部100-I中，連接至連接形成在板體100的上表面100-T和下表面100-B上的接地端T21和T22的接地過孔VH20。
此時，第一地線L21包括第一連接線L21a，其將上接地端T21與球-連接接地端T21b連接；以及第二連接線L21b，其將上接地端T21與器件-安裝接地端T21m連接。
這里，電源介電層能夠沉積在地介電層上。另一方面，如果設(shè)置了多個電源介電層，則可以將地介電層沉積在多個電源介電層中的一些電源介電層上。
MLCC 110安裝在板體100的上表面100-T上，并且連接于連接至上電源端T11的器件-安裝電源端T11m和連接至上接地端T21的器件-安裝接地端T21m之間。如圖5所示，MLCC110(圖4)提供了本發(fā)明的整個退耦電容器的一部分。
薄膜電容器120嵌入在板體100的內(nèi)部100-I中，并且連接于電源線單元L10和地線單元L20之間。
特別地，在上電源端T11如上所述包括第一電源線L11和第二電源線L12的情況下，薄膜電容器120可以如圖3所示連接于第二電源線L12和地線單元L20之間。
可選地，薄膜電容器120可以連接于第一電源線L11和地線單元L20之間。
如圖5所示，根據(jù)本發(fā)明的薄膜電容器120提供部分退耦電容，其與MLCC110提供的電容組成整個退耦電容。
現(xiàn)在將參照圖4來解釋薄膜電容器120的連接結(jié)構(gòu)。
圖4是示出圖3中所示的包括薄膜電容器的多層板的局部放大結(jié)構(gòu)圖。參照圖3和圖4，薄膜電容器120包括位于中間的介電層120b，其具有形成在其上部的上電極120a和形成于其下部的下電極120c。上電極120a連接至第二電源線L12，以及下電極120c連接至第二地線L22。
圖5是圖3的電源線和地線之間的等效退耦電容的電路圖。參照圖5，第一阻抗電路IM10是MLCC110的等效電路，其包括電感L11、電容C11、以及電阻R11。
另外，第二阻抗電路IM20是薄膜電容器120的等效電路，其包括電感L21、電容C21、以及電阻R21。
在這種等效退耦電容電路中，如果能夠?qū)LCC110的電容C11和薄膜電容器的電容C21適當?shù)亟M合以在低頻域以及射頻域都提供較低阻抗，就能實現(xiàn)優(yōu)良的退耦特性。
上文闡述的根據(jù)本發(fā)明的多層板是多層陶瓷電容器/薄膜嵌入電容器混合系統(tǒng)(MTFCH)的多層板，與傳統(tǒng)LICC型多層板相比，其在結(jié)構(gòu)、功能、和經(jīng)濟方面能夠提供多種優(yōu)勢。
例如，基于在特定產(chǎn)品(例如，芯片組封裝Intel i945G芯片組)中的使用，傳統(tǒng)LICC型多層板需要26個LICC，每個LICC具有0.47uF的電容，這樣產(chǎn)生12.2uF的總電容。然而，根據(jù)本發(fā)明的MTFCH的多層板需要9個MLCC(每個具有2uF的電容)和9個薄膜電容器(每個具有70nF的電容)來配置混合結(jié)構(gòu)，使得以更少的電容器產(chǎn)生優(yōu)良的18uF電容。
根據(jù)本發(fā)明的退耦特性，低頻域的頻率特性通過MLCC實現(xiàn)，而射頻域的頻率特性通過薄膜電容器實現(xiàn)，從而分別獲得了低頻域和射頻域的頻率特性。
因此，本發(fā)明不僅具有優(yōu)良性能，而且通過使用現(xiàn)有的MLCC實現(xiàn)了低生產(chǎn)成本。
另外，使用嵌入板體內(nèi)部的薄膜電容器使得將薄膜電容器與電源線和地線連接的物理導(dǎo)電長度可以更短，從而實現(xiàn)了更精確的退耦特性。
圖6是示出在根據(jù)本發(fā)明的多層板與具有LICC的傳統(tǒng)多層板之間進行比較的頻率響應(yīng)特性的圖表。如圖6所示，G12是采用LICC型MLCC作為退藕電容器的傳統(tǒng)多層板的阻抗特性曲線，而G20是采用MLCC和薄膜電容器作為退耦電容器的多層板的阻抗特性曲線。
比較圖6中的G12和G20，在諧振點RP(諧振頻率為25MHz)以下的頻域中，二者均表現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)類似的特性，但是在諧振點RP(諧振頻率在25MHz)以上的特定射頻域(25MHz到100MHz)，其表現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)相比改進了的低阻抗特性。
圖7是示出在根據(jù)本發(fā)明的多層板與具有SLIC的傳統(tǒng)多層板之間進行比較的頻率響應(yīng)特性的圖表。如圖7所示，G12是包括SLIC型MLCC作為退藕電容器的傳統(tǒng)多層板的阻抗特性曲線，而G20是包括MLCC和薄膜電容器作為退耦電容器的多層板的阻抗特性曲線。
比較圖7中的G12和G20，在諧振點RP(諧振頻率為0.1GHz)以下的低頻域中，二者均表現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)類似的特性，但是在諧振點RP(諧振頻率為0.1GHz)以上時，表現(xiàn)出與現(xiàn)有技術(shù)相比改進了的低阻抗特性。
根據(jù)上述的本發(fā)明，具有退藕功能的多層板(其可以應(yīng)用于球柵陣列(BGA)型封裝)利用MLCC和薄膜電容器以在低頻帶和射頻帶都實現(xiàn)優(yōu)良的退耦特性。
另外，根據(jù)本發(fā)明，多層板提供更精確的退耦電容。
此外，根據(jù)本發(fā)明，多層板不僅表現(xiàn)出優(yōu)良的性能，而且通過使用現(xiàn)有的MLCC實現(xiàn)了低制造成本。
雖然已經(jīng)結(jié)合示例性實施例示出和描述了本發(fā)明，然而，顯而易見，對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，在不背離由所附的權(quán)利要求限定的本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以對本發(fā)明做出各種修改和改變。
權(quán)利要求
1.一種具有退耦功能的多層板，包括板體，具有多個堆疊的介電層；電源端和接地端，形成在所述板體的上表面和下表面上，其中，形成在所述板體的所述上表面和下表面上的所述電源端通過電源過孔彼此連接，形成在所述板體的所述上表面和下表面上的所述接地端通過接地過孔彼此連接；以及集成電路元件，安裝在所述板體的所述上表面上，并連接至所述電源端和所述接地端；電源線單元，形成在所述板體的所述多個介電層中的預(yù)定介電層上，所述電源線單元連接至所述電源端和所述集成芯片元件；地線單元，形成在所述板體的所述多個介電層中的預(yù)定介電層上，所述地線單元連接至所述接地端和所述集成電路元件；至少一個多層片式電容器，安裝在所述板體的所述上表面上，并連接于形成在所述板體的所述上表面上的所述電源端和所述接地端之間；以及至少一個薄膜電容器，安裝在所述板體內(nèi)部，并連接于所述電源線單元和所述地線單元之間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層板，其中，所述電源線單元包括第一電源線，形成在所述板體的所述上表面上，并連接至形成在所述板體的所述上表面上的所述電源端；以及第二電源線，形成在所述板體的內(nèi)部，并連接至連接形成在所述板體的所述上表面和下表面上的所述電源端的所述電源過孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層板，其中，所述薄膜電容器連接于所述第一電源線和所述地線單元之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多層板，其中，所述薄膜電容器連接于所述第二電源線和所述地線單元之間。
全文摘要
一種在低頻帶和射頻帶具有優(yōu)良退耦功能的多層板。多層板包括板體，具有多個堆疊的介電層、通過過孔連接的電源端、通過過孔連接的接地端、以及連接至電源端和接地端的集成電路元件。多層板還包括電源線單元，連接至電源端和集成電路元件；以及地線單元，連接至接地端和集成電路元件。多層板進一步包括至少一個多層片式電容器，安裝在板體上，并連接于形成在板體上的電源端和接地端之間；以及至少一個薄膜電容器，安裝在板體的內(nèi)部，并連接于電源線單元和地線單元之間。
文檔編號H05K1/18GK101026930SQ200710079520
公開日2007年8月29日 申請日期2007年2月16日 優(yōu)先權(quán)日2006年2月22日
發(fā)明者林成澤, 鄭栗教 申請人:三星電機株式會社