專利名稱：用于電路板的增強(qiáng)的局部分布電容的制作方法
用于電路板的增強(qiáng)的局部分布電容
領(lǐng)域
本發(fā)明的許多實(shí)施方式涉及電路板。本發(fā)明的至少一個(gè)實(shí)施方式涉及
電^各4反內(nèi)的增強(qiáng)的嵌入式電容(enhanced embedded capacitance),所述電 容為非分立的，局部的和分布的。
背景
在電贈(zèng)4殳計(jì)和電路板制造領(lǐng)域，電容器通常被用于減少電石茲干擾， 去耦信號(hào)，減少或減幅(dampen)諧振，抑制電流/電壓噪聲，提高信號(hào) 質(zhì)量，對(duì)信號(hào)濾波和另外一些這樣的用途和/或功能。分布式平面間電容 (distributed interplane capacitance )(或嵌入式電容)通常形成于電源層和 接地層之間，從而為整個(gè)印刷電路板提供整體配電網(wǎng)絡(luò)的阻抗改善。除了 分布式平面間電容之外，旁路電容器經(jīng)常與特定的器件一起使用。典型地， 位于有源器件的電源接腳附近的小值(small-valued)電容器被用于高頻 去耦(比如，諧振減幅，噪聲抑制等)。例如，圖l示出了現(xiàn)有技術(shù)的集 成電容疊.層結(jié)構(gòu)(integrated c.apacitive laminate structure )的才黃截面圖，所 述結(jié)構(gòu)使用表面安裝的旁路電容器110為集成電路器件108抑制電流/電 壓噪聲。印刷電路板100可包括多層116，連同第一傳導(dǎo)層102、第二傳 導(dǎo)層104以及夾在第一傳導(dǎo)層102和第二傳導(dǎo)層104之間的電介質(zhì)層106 以生成集成電容疊層。IC器件108被安裝在印刷電路板100上。為了向 IC器件108提供大于集成電容疊層所提供的電容的、額外的電容，分立 的、表面安裝的電容器IIO也被安裝在了印刷電路板100上。為了與表面 安裝的電容器IIO建立聯(lián)系，形成了一條電氣路徑，該路徑自IC器件108 處的第一端子112,穿過(guò)第一傳導(dǎo)層102,到達(dá)分立的、表面安裝的電容 器110，接著到達(dá)第二傳導(dǎo)層104，并到達(dá)IC器件108處的第二端子114。
6當(dāng)電路板的設(shè)計(jì)者不受電路板表面的空間限制時(shí)，分立電容器通常 安裝在電路板的表面。然而，隨著電路復(fù)雜程度的增加和電子器件尺寸的 減小，電路板表面的空間經(jīng)常為有限的，沒(méi)有表面安裝多個(gè)電容器的空間。
例如，由于制造的限制，在IC器件108周圍留有一排除區(qū)(keep out zone )， 在該區(qū)域，不能安裝表面安裝的電容器(或任何其他器件)。另外也不期 望增加表面安裝的電容器，因?yàn)殡S著每一個(gè)電容器的增加，通孔(via) 和/或電氣路徑也必須增加，而它們會(huì)導(dǎo)致不希望有的屬性，例如額外的 電感和電阻。例如，圖2為

圖1中的現(xiàn)有技術(shù)集成電容層狀電路的示意電 路圖。分立的表面安裝電容110的綜合電效應(yīng)已在等效電路132 (無(wú)附圖 標(biāo)記132)中示出，該等效電路顯示了與分立電容器110相關(guān)的電容202、 電阻204和電感206。另外，穿過(guò)電路板的通孔和電氣路徑還4是供了額外 的電感208和210。這些額外的電容、電阻和感應(yīng)元件是不希望有的，因 為它們降低了旁路帶寬(bypass bandwidth ),造成諧振、噪聲、干擾并以 其他方式破壞電信號(hào)。
因此，集成電容疊層技術(shù)得到發(fā)展，其中在兩個(gè)導(dǎo)體箔(conductor foil)之間的薄電介質(zhì)層給電路提供了分布電容，并取代一個(gè)或更多個(gè)常 規(guī)分立電容器。例如，Howard等人的美國(guó)專利第5,079,069號(hào)公開(kāi)了 一種 電容性的印刷電路板(PCB),其通過(guò)夾在兩片傳導(dǎo)材料之間的一片電介 質(zhì)材料，給大量器件提供了電容。因此，Howard公開(kāi)了一種PCB,其依 賴于器件的隨機(jī)啟動(dòng)(firing),通過(guò)與獨(dú)立的器件成比例的電容器疊層的 一部分和從電容器疊層的其他部分借來(lái)的電容向每個(gè)獨(dú)立的器件提供電 容。因此，Howard等人所公開(kāi)的PCB容許常規(guī)的、表面安裝的電容器的 多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)在電路板的表面保留了空間，因?yàn)殡娙荼患稍诹薖CB 自身的層上。
盡管Howard等人公開(kāi)了使用集成電容疊層的PCB，但這些PCB通 常在將電容提供給一定數(shù)量的器件時(shí)是成功的。在某些應(yīng)用中，這樣的集 成電容疊層提供的電容并不夠。例如，由于其潛在的干擾和噪聲，某些高 功率、高轉(zhuǎn)換速度的集成電路(IC)器件需要的電容超過(guò)集成電容疊層所 能提供的電容。因此，要求電路設(shè)計(jì)者應(yīng)用額外的、局部的表面安裝的電容器以向IC器件提供足夠的電容。然而，這樣的局部的、表面安裝的電 容器，由于以上討論過(guò)的原因，并不希望存在。
其他人也在尋求改善集成電容疊層。例如，Novak等人的美國(guó)專利第
以穩(wěn)定電路板阻抗的系統(tǒng)和方法。盡管公開(kāi)了用于穩(wěn)定電路板阻抗的系統(tǒng)
和方法，但該'373專利未能公開(kāi)將局部的電容提供給電路板上特定器件 的系統(tǒng)。
Novak的美國(guó)專利第6,441 ，313號(hào)7>開(kāi)了另 一種這樣的系統(tǒng)。所述 '313專利公開(kāi)了一種減少集成電容層狀結(jié)構(gòu)的電源層諧振的裝置。該裝 置通過(guò)使用損耗配電網(wǎng)絡(luò)減少電源層諧振，所述損耗配電網(wǎng)絡(luò)由被電介質(zhì) 層分開(kāi)的一對(duì)平行平面導(dǎo)體形成。然而所述'313專利也未能公開(kāi)將局部 的電容提供給電路板上特定器件的系統(tǒng)。
因此，本領(lǐng)域有一個(gè)長(zhǎng)期存在的需求，即不利用表面空間也不增加 整體電感，在電路板上提供針對(duì)特定器件的電容。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的不同實(shí)施方式針對(duì)用于將針對(duì)特定器件的電容提供給電路 板上的一個(gè)或更多器件的局部的、非分立的分布電容元件(localized, non-discrete, and distributive capacitive element )。
提供了一種印刷電路板，包括(a)具有第一表面和相對(duì)的第二表面 的第一電介質(zhì)層，(b)耦合到第一電介質(zhì)層的第一表面的第一傳導(dǎo)層，(c) 耦合到第一電介質(zhì)層的第二表面的第二傳導(dǎo)層；和/或(d)鄰近于第一傳 導(dǎo)層的局部分布非分立電容元件。該局部分布非分立電容元件可占據(jù)與將 被所述電容元件去耦的器件的周界近似重合的周界區(qū)域。 一個(gè)或更多個(gè)電 路板層可位于該局部分布非分立電容元件之上，從而將該局部分布非分立 電容元件嵌入電路板。第一傳導(dǎo)層和第二傳導(dǎo)層可界定印刷電路板的埋入 電容，而局部非分立電容元件將不同的旁路電容提供給其將耦合到的器件 上。第一傳導(dǎo)層可以為電源層或接地層中的一個(gè)。
8局部分布非分立電容元件可包括(a)由第一傳導(dǎo)層的一部分所界定 的第 一傳導(dǎo)元件，(b )由第 一傳導(dǎo)層上的隔離間隙所界定的第二傳導(dǎo)元件， 該第二傳導(dǎo)元件與第一傳導(dǎo)元件分離但鄰近于第一傳導(dǎo)元件，并與第一傳
導(dǎo)層電隔離，(c)位于第一傳導(dǎo)元件之上的電介質(zhì)元件，(d)位于電介質(zhì) 元件之上的第三傳導(dǎo)元件，其延伸跨越該隔離間隙，并耦合到第二傳導(dǎo)元 件，和/或(e) —個(gè)或更多個(gè)耦合第二傳導(dǎo)元件和第二傳導(dǎo)層的導(dǎo)電通孔。 第一電氣通孔可自第一表面端子延伸至第一傳導(dǎo)元件，而第二電氣通孔可 自第二表面端子延伸至第二傳導(dǎo)層。第一傳導(dǎo)元件可界定為圍繞將被去庫(kù)禺 的器件的球柵陣列反焊盤(pán)圖形(ball grid array anti-pad pattern )的周界帶。 第三傳導(dǎo)元件可以包括被選擇來(lái)獲得所要求的等效串聯(lián)電阻的電阻材料。 電容元件所占據(jù)的區(qū)域與將被耦合到電容元件的器件的周界區(qū)域近似重 合。
還提供了一種嵌入電路板的局部分布非分立電容元件，包括(a)由 電路板的第一傳導(dǎo)層的一部分所界定的第一傳導(dǎo)元件，(b)由第一傳導(dǎo)層 上的隔離間隙所界定的第二傳導(dǎo)元件，該第二傳導(dǎo)層元件與第 一傳導(dǎo)元件 分離但鄰近于第一傳導(dǎo)元件并與第一傳導(dǎo)層電隔離，(c)位于第一傳導(dǎo)層 元件之上并延伸至第一傳導(dǎo)元件和第二傳導(dǎo)元件之間的區(qū)域的電介質(zhì)元 件，和/或(d)位于電介質(zhì)元件之上的第三傳導(dǎo)元件，其延伸跨越該隔離 間隙，并耦合到第二傳導(dǎo)元件以在第一傳導(dǎo)元件和第二傳導(dǎo)元件之間形成 旁路電容器。 一個(gè)或更多個(gè)電路板層可位于局部分布非分立電容元件之上 從而將該電容元件嵌入電路板。在一個(gè)例子中，電容元件可占據(jù)與一位置 近似重合的區(qū)域，將被耦合到電容元件的器件將被安裝在所述位置上。在 另 一個(gè)例子中，電容元件可占據(jù)與被耦合至電容元件的器件的周界區(qū)域近 似重合的區(qū)域。在又一個(gè)例子中，電容元件可以占據(jù)與被耦合到電容元件 的器件接近的電路板表面上的排除區(qū)的下方的區(qū)域。
還提供了一種用于制造具有嵌入式局部非分立電容元件的印刷電贈(zèng)-板的方法。提供具有第一表面和相對(duì)的第二表面的第一電介質(zhì)層。在第一 電介質(zhì)層的第一表面上提供第一傳導(dǎo)層。在第一電介質(zhì)層的第二表面上提 供第二傳導(dǎo)層。在第一傳導(dǎo)層上形成局部非分立電容元件，其中該電容元件占據(jù)與一位置近似重合的區(qū)域，將被耦合到該電容元件的器件將被安裝 在所述位置上。
在一個(gè)例子中，在第一傳導(dǎo)層上形成局部分布非分立電容元件的所述
步驟包括(a)在第一傳導(dǎo)層上界定第一傳導(dǎo)元件，(b)形成第一傳導(dǎo)層 上的隔離間隙所界定的第二傳導(dǎo)元件，所述第二傳導(dǎo)元件與第一傳導(dǎo)元件 分離但鄰近于第一傳導(dǎo)元件且與第一傳導(dǎo)層電隔離，(c)在第一傳導(dǎo)元件 之上形成電介質(zhì)元件，(d)在電介質(zhì)元件之上形成第三傳導(dǎo)元件，其延伸 跨越該隔離間隙并耦合到第二傳導(dǎo)元件，和/或(e)形成一個(gè)或更多個(gè)耦 合第二傳導(dǎo)元件和第二傳導(dǎo)層的導(dǎo)電通孔。第三傳導(dǎo)元件可包括被選擇來(lái)
獲得需要的等效串聯(lián)阻抗的電阻材料，且該局部非分立電容元件向其耦合 到的器件提供不同的旁路電容。
第一電氣通孔可由第一表面端子向第一傳導(dǎo)元件延伸而形成。類似 地，第二電氣通孔可由第二表面端子向第二傳導(dǎo)層延伸形成。 一個(gè)或更多 個(gè)電路板層可以被提供在局部分布非分立電容元件之上，從而將該局部分 布非分立電容元件嵌入電錄4反。器件可被安裝在印刷電路板上，且接著， 該器件被耦合到局部分布非分立電容元件。
附圖簡(jiǎn)述
圖1示出了現(xiàn)有技術(shù)的集成電容疊層結(jié)構(gòu)的橫截面圖，該結(jié)構(gòu)使用了 表面安裝的旁路電容器以為集成電路器件抑制電流/電壓噪聲。
圖2示出了圖1的現(xiàn)有技術(shù)集成電容疊層電路的示意電路圖。
圖3示出了具有附加增強(qiáng)的局部分布電容的集成電容疊層的橫截面圖。
圖5為圖3的嵌入式局部分布非分立電容元件的分解的橫截面圖和頂視圖。
圖6、 7和8示出了根據(jù)一種實(shí)現(xiàn)的嵌入式局部分布非分立電容元件構(gòu)造的頂視圖。
圖9示出了一種制造具有嵌入式分布非分立電容元件的電路板的方法。
圖10示出了具有和不具有局部分布非分立電容元件的電^^板的寬頻 帶自阻抗的比專交。
圖11示出了具有和不具有局部分布非分立電容元件的電^41的反諧 振模式減幅的比較。
詳細(xì)描述
在以下描述中，提出了大量的特定細(xì)節(jié)以提供對(duì)本發(fā)明的完全理解。 然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到，本發(fā)明在不具備這些特定細(xì)節(jié)的情況 下也可以實(shí)施。有些情況下，公知的方法、步驟和/或部件并未給出詳細(xì)描 述，以免不必要地模糊發(fā)明的方面。
在以下描述中，某些術(shù)語(yǔ)被用于描述本發(fā)明的一個(gè)或更多實(shí)施方式的 某些特征。例如，"電路板"指使用傳導(dǎo)通路機(jī)械支撐和電連接電子元件
的表面，包括多層電路板。術(shù)語(yǔ)"局部的(localized)"指將電容提供給電 路板上特定或限定的范圍或區(qū)域內(nèi)一個(gè)或更多器件的屬性。術(shù)語(yǔ)"非分立" 指在不使用分立的或表面安裝的器件(例如分立電容器)提供電容給電路 的屬性。術(shù)語(yǔ)"分布"指將電容分布在一個(gè)范圍或區(qū)域內(nèi)的性質(zhì)。術(shù)語(yǔ)"嵌 入式"指在印刷電路板表面下方的位置。
提供一種多層電路板，其具有埋入的(buried)電容層和針對(duì)特定器 件的嵌入式的局部非分立分布電容元件。在一個(gè)例子中，該電容元件可以 提供增強(qiáng)的電容以為特定的集成電路抑制電壓/電流噪聲。
圖3示出了具有附加增強(qiáng)的局部分布電容的集成電容疊層的橫截面 圖。印刷電路板300包括增強(qiáng)型局部分布非分立電容元件(enhanced localized distributive non-discrete capacitive element) 308和嵌入式電容層。 埋入的電容層由埋在第 一傳導(dǎo)層304和第二傳導(dǎo)層306之間的第 一 電介質(zhì) 層302形成。這些層304和/或306可以為箔、薄片、沉積的材料等。第一電介質(zhì)層302、第一傳導(dǎo)層304和第二傳導(dǎo)層306可以被層壓在一起，或 通過(guò)沉積或任何其他已知的方法而形成層。在一個(gè)實(shí)施方式中，對(duì)于電^各 板300,第 一傳導(dǎo)層304可以作為接地層，而第二傳導(dǎo)層306可以作為電 源層(或相反)。此外，其他傳導(dǎo)和/或非傳導(dǎo)或電介質(zhì)層307可加在增強(qiáng) 型局部分布非分立電容元件308的兩側(cè)。
增強(qiáng)型局部分布非分立電容元件308由夾在第一傳導(dǎo)元件310和第三 傳導(dǎo)元件312之間的電介質(zhì)填充元件320形成。在一個(gè)例子中，第三傳導(dǎo) 元件312可以為電阻性傳導(dǎo)元件和/或包括作為受控電阻工作的一種或更 多種材料。第一傳導(dǎo)元件310為第一傳導(dǎo)層304的一個(gè)區(qū)域(例如一條帶)， 并通過(guò)通孔313電耦合到集成電路器件324的第一端子311上。第三傳導(dǎo) 元件312電耦合到第二傳導(dǎo)元件318，所述第二傳導(dǎo)元件由第一傳導(dǎo)層304 的被隔離的部分形成。第三傳導(dǎo)元件312可以由與第二傳導(dǎo)元件318成分 不同的材料制造。隔離間隙314a和314b環(huán)繞第二傳導(dǎo)元件318形成。第 一電介質(zhì)元件320延伸到隔離間隙314b內(nèi)，以將第三傳導(dǎo)元件312與第 一傳導(dǎo)元件310電隔離。第三傳導(dǎo)元件312電耦合至第二傳導(dǎo)元件318， 并在電隔離間隙314b及第一傳導(dǎo)元件310的一部分之上延伸。第二傳導(dǎo) 元件318通過(guò)一個(gè)或更多個(gè)通孔326電耦合到第二傳導(dǎo)層306。第二傳導(dǎo) 層306通過(guò)傳導(dǎo)通孔328耦合到集成電路324的第二端子327，所述傳導(dǎo) 通孔穿過(guò)第一傳導(dǎo)層304中的反焊盤(pán)(anti-pad) 330 (例如孔)。通過(guò)這種 方式，第一端子311和第二端子327之間的諧振和/或電流/電壓噪聲可被 增強(qiáng)型局部分布非分立電容元件308減小、減幅、抑制，和/或?yàn)V波。即， 無(wú)需分立的表面安裝的電容器，并無(wú)需占據(jù)額外的電路板表面空間，高頻 信號(hào)(例如諧振、噪聲、尖峰信號(hào)等)(在第一傳導(dǎo)元件310和第二傳導(dǎo) 層306之間)穿過(guò)增強(qiáng)型分布非分立電容元件308。
圖4為圖3的嵌入式局部分布非分立電容元件的電感環(huán);洛電路圖。嵌 入式局部分布非分立電容元件設(shè)計(jì)的綜合電效應(yīng)由一等效電^f各示出，該等 效電路顯示了與一個(gè)或更多穿過(guò)一個(gè)或更多傳導(dǎo)和/或非傳導(dǎo)或電介質(zhì)層 307的通孔313相關(guān)的電感Lvia、與通過(guò)傳導(dǎo)層304和306的電氣路徑相關(guān) 的電感LzBc和與(在傳導(dǎo)層304和306之間)穿過(guò)第一電介質(zhì)層302的通
12孔相關(guān)的電感LBC。通過(guò)與表面安裝的旁路電容器(如圖2所示)相比，
本發(fā)明能減少整個(gè)電^各環(huán)^各的電感，由此增加高頻截止(high frequency cutoff )。有效地?cái)U(kuò)展高頻截止將增力口高頻旁通(high frequency bypassing ) 的范圍。特別地，與給表面安裝的分立電容器加通孔相關(guān)的額外電感和與 所述分立電容器IIO相關(guān)的電感被消除或減小了。
增強(qiáng)型局部分布非分立電容元件308可被嵌入電^各板300內(nèi)，從而節(jié) 省電路板300上的表面空間。由此，電容元件308不妨礙表面安裝制造工 序，且可部分地或全部地處于排除區(qū)內(nèi)。即，電容元件308可位于排除區(qū) 的下方，在電路板300的表面，表面安裝的器件不能位于該排除區(qū)上。
圖5示出了圖3的嵌入式局部分布非分立電容元件的分解橫截面圖和 頂視圖。為了形成局部分布非分立電容元件，第一傳導(dǎo)元件310界定為IC 器件反焊盤(pán)圖形330周圍的周界帶。反焊盤(pán)圖形330被形成于第一傳導(dǎo)層 304 W (例如，通過(guò)蝕刻或其他已知的制造方法)。類似地，第二傳導(dǎo)元件
318通過(guò)生成隔離間隙314 (例如，通過(guò)蝕刻或其他已知制造方法)，由第 一傳導(dǎo)層304的一部分形成，所述隔離間隙314將第二傳導(dǎo)元件318與第 一傳導(dǎo)層304電隔離。 -接著，第 一電介質(zhì)元件320被沉積在或成層在第一 傳導(dǎo)元件310或其一部分上(例如，第一傳導(dǎo)層304上的周界區(qū)域或帶)。 第一電介質(zhì)元件320可延伸至間隙314 (圍繞第一傳導(dǎo)元件310的周界部 分)內(nèi)，以有助于將第一傳導(dǎo)元件310和第二傳導(dǎo)元件318電隔離。接著， 第三傳導(dǎo)元件312被沉積或成層在第一電介質(zhì)元件320 (或其一部分)上， 橫越間隙314,并位于第二傳導(dǎo)元件318 (或其一部分)之上。如嵌入式 局部分布非分立電容元件的頂視圖所示，電氣路由部分(electrical route portion) 502在間隙314之上延伸，以將第三傳導(dǎo)元件312電連接到第二 傳導(dǎo)元件318。 一個(gè)或更多個(gè)傳導(dǎo)通孔326將第二傳導(dǎo)元件318電耦合到 第二傳導(dǎo)層306。由此，嵌入式局部分散式非分立電容元件由第一傳導(dǎo)元 件、第一電介質(zhì)元件320和第三傳導(dǎo)元件312形成，高頻可通過(guò)其傳到第 二傳導(dǎo)層306。
由電容元件308生成的局部高電容區(qū)域可以提供可調(diào)和/或可控的等 效串聯(lián)電阻以提供電路諧振減幅和/或電流/電壓噪聲抑制。例如，第三傳導(dǎo)元件312可包括被選擇來(lái)提供所需的諧振減幅的電阻材料。電阻可以通
過(guò)控制第三傳導(dǎo)元件312的方塊電阻(Rs )(以ohm/sq為單位)而被控制 和/或調(diào)整。在一個(gè)例子中，第三傳導(dǎo)元件312可以使用ASAHI研究化學(xué) 有限責(zé)任公司(ASAffl Research Chemical, LLC )的25 ohm/sq的電阻性絲 網(wǎng)印刷漿料(paste ) TU-25-M制造。該電阻可以進(jìn)一步通過(guò)調(diào)整電氣路由 部分502 (圖5所示)的長(zhǎng)度(1)和寬度(w)來(lái)控制。例如，電氣路由 502的長(zhǎng)度(1)可以為0.015",而寬度(w)可以為0.090"。對(duì)于3各由部 分502和0.72mil的傳導(dǎo)元件312的絲網(wǎng)印刷厚度(t),以及路由部分512 的數(shù)量(N),電阻元件的電阻R確定為
a z 、w'」iV0,72 i、 0.090 j 8 "
圖6、 7和8示出了根據(jù)一種實(shí)現(xiàn)的嵌入式局部分布非分立電容元件 構(gòu)造的頂視圖。在該示例中，球柵陣列602位于被第一傳導(dǎo)元件(區(qū)域) 310環(huán)繞的中央?yún)^(qū)域612之上。中央?yún)^(qū)域612和第一傳導(dǎo)元件310為說(shuō)明 的目的而界定，但它們是第一傳導(dǎo)層304的整體區(qū)域。如上所述，局部分 布非分立電容元件由第一導(dǎo)體元件310 (圖6)、電介質(zhì)元件320 (圖7) 和第三傳導(dǎo)元件312 (圖8)形成。在該例中，局部分布非分立電容元件 (圖5中的308)在環(huán)繞可安裝在球柵陣列602上的器件的周界的4個(gè)位 置604、 606、 608和610耦合到第二導(dǎo)體層(圖5中的306 )。局部分布非 分立電容元件可以占據(jù)一區(qū)域(例如面積、尺寸、方位和/或位置)，該區(qū) 域與圍繞(待要耦合到嵌入式局部分布非分立電容元件的)器件將安裝其 之上的一位置的周界區(qū)域近似重合。球柵陣列602的一些界面可以作為到 第一傳導(dǎo)層304的第一端子311和到第二傳導(dǎo)層306的第二端子327。因 此，針對(duì)特定器件的電容可以被提供給該器件，例如高頻集成電路(IC) 器件，通過(guò)用局部分布非分立電容元件環(huán)繞IC器件周圍而將針對(duì)特定器 件的電容提供給該IC器件。在可選實(shí)施例中，器件可在多個(gè)其他位置(例 如，少于或多于圖6所示的4個(gè)位置)耦合到局部分散式非分立電容元件。
圖9示出了一種制造具有嵌入式局部分布非分立電容元件的電路板的 方法。902,第一傳導(dǎo)層和第二傳導(dǎo)層提供(例如，通過(guò)材料沉積、層壓等)在電介質(zhì)層的兩側(cè)。904,第一傳導(dǎo)元件按IC器件周圍的周界區(qū)域界
定在第一傳導(dǎo)層上。第一傳導(dǎo)元件的面積、尺寸、方位和/或位置可與(將
耦合到嵌入式局部分布非分立電容元件的)IC器件在電路板上將安裝在其 之上的一區(qū)域近似重合。906,不同于第一傳導(dǎo)元件，第二傳導(dǎo)元件通過(guò) 形成第一隔離間隙區(qū)(例如，通過(guò)蝕刻或其他已知的制造方法)由第一傳 導(dǎo)層的一部分形成，所述第一隔離間隙區(qū)將第二傳導(dǎo)元件和第一傳導(dǎo)層電 隔離。以上步驟可以同時(shí)進(jìn)行(例如，通過(guò)蝕刻或其他已知的制造方法)。 908， 一個(gè)或更多個(gè)電傳導(dǎo)通孔自第二傳導(dǎo)元件形成到第二傳導(dǎo)層。910, 電介質(zhì)元件形成(例如沉積或成層)于第一傳導(dǎo)元件或其一部分(例如第 一傳導(dǎo)元件的周界區(qū)域)之上。例如，該電介質(zhì)元件可以延伸到圍繞第二 傳導(dǎo)元件的第一隔離間隙區(qū)域的一部分中。912，接著，第三傳導(dǎo)元件一皮 沉積或成層在電介質(zhì)元件(或其一部分)之上，橫越第一隔離間隙區(qū)，并 耦合到第二傳導(dǎo)元件(或其一部分)。第三傳導(dǎo)元件可包括被選擇來(lái)獲得
所需的等效串聯(lián)電阻(ESR)的電阻材料以用于特定的實(shí)現(xiàn)。
914, 一個(gè)或更多個(gè)額外層可在局部分布非分立電容元件的兩側(cè)添加 到電蹈^反。所述一個(gè)或更多額外的層可將局部分布非分立電容元件嵌入其 間。916,第一電通孔自第一 (表面)端子形成到第一傳導(dǎo)元件。類似地， 918,第二電通孔自第二 (表面)端子形成到第二傳導(dǎo)層。920,第一和第
部分布非分立電容元件由第一傳導(dǎo)元件、第一電介質(zhì)元件和第三傳導(dǎo)元4牛 形成，高頻率可通過(guò)其傳到第二傳導(dǎo)層。
根據(jù)一種制造局部分布電容的方法的一個(gè)實(shí)例，來(lái)自ASAHI研究化 學(xué)有限責(zé)任公司的電介質(zhì)常數(shù)為50的電介質(zhì)漿料CX-16被絲網(wǎng)印刷并固 化以圍繞中央?yún)^(qū)域612 (圖3、 5、 6、 7和8)周界在第一傳導(dǎo)元件310上 形成電介質(zhì)層320 (圖3和5 )。第三傳導(dǎo)元件312 (頂部電容器電極)(圖 3、 5和8 )可以使用ASAffl研究化學(xué)有限責(zé)任公司的方塊電阻25 ohm/sq 電阻漿料TU-25-M在第二次絲網(wǎng)印刷和固化操作時(shí)涂覆(applied)。在一 個(gè)示例性i殳計(jì)中，4個(gè)電氣路由部分502 (圖5)圍繞局部分布電容元件近 似等間隔地設(shè)置(如圖8所示)。在其他實(shí)現(xiàn)中，可使用多個(gè)電氣路由部
15分502。比如2個(gè)、6個(gè)、8個(gè)等電氣路由部分502可以圍繞BGA圖形的 周界設(shè)置。在一個(gè)例子中，每一電氣路由部分502的長(zhǎng)度和寬度可以被調(diào) 整從而^是供給局部分布電容器元件0.72 ohm的ESR^直。通過(guò)改變電氣^各 由部分502的長(zhǎng)度、寬度和/或數(shù)量，和/或改變第三傳導(dǎo)元件312的方塊 電阻，可以獲得其他電阻值。在一個(gè)實(shí)例中，每一電隔離的第二傳導(dǎo)元件 318都可以具有3個(gè)傳導(dǎo)通孔326，所述傳導(dǎo)通孔將第二傳導(dǎo)元件318電 耦合到第二傳導(dǎo)層306。在一個(gè)實(shí)例中，許多通孔326將電感Lbc咸少到 原來(lái)的1/24,這有效地將局部非分立電容元件的去耦范圍和反諧振模式減 幅增加到較高的頻率。
圖10和11示出了與類似的接受表面安裝的電容器的常規(guī)多層電路板 相比，具有增強(qiáng)型局部非分立電容元件的多層電路板的電特性。增強(qiáng)型局 部非分立電容元件可以被形成和/或配置為如以上實(shí)例所述，具有8個(gè)電氣 路由部分502、 0.72ohm的ESR值，以及，每一隔離的第二傳導(dǎo)元件318 有3個(gè)傳導(dǎo)通孔326。圖IO示出了具有和不具有局部分布非分立電容元件 308的BGA區(qū)域的寬頻帶自阻抗譜。1到100MHz的低頻區(qū)域顯示為降低 的自阻抗區(qū)域1002 (與4.2nF的電容增加相對(duì)應(yīng))，其與電介質(zhì)層320 (圖 5)的電介質(zhì)厚度以及頂部電容器電極或第三傳導(dǎo)元件312的周界長(zhǎng)度和 寬度相符。較高的電容值可以通過(guò)在本發(fā)明范圍內(nèi)的其他制造方法(例如 更薄的電介質(zhì)層)和材料(具有更高的電介質(zhì)常數(shù))獲得。
圖11示出了自阻抗譜的較高頻部分和一般存在于傳導(dǎo)面層304和306 之間的反諧振模式細(xì)節(jié)的展開(kāi)圖。對(duì)于傳導(dǎo)面層304和306,任何電路^各 徑內(nèi)加入局部非分立電容元件(即等效串聯(lián)電阻)都具有減幅高階反諧^展 才莫式(higher order anti-resonance mode )的步文果。長(zhǎng)口上戶斤述,通過(guò)材灃牛的選 擇和/或幾何形狀調(diào)整，增強(qiáng)型局部電容元件的ESR值將獲得反諧振的減 幅的效果。例如，在圖11中，在286Mhz的反諧振模式降低了-2.7db， 且 575Mhz下的反諧振模式降低了-2.3db。
應(yīng)當(dāng)注意到，局部分布非分立電容元件相對(duì)于第一傳導(dǎo)層的位置可以 依賴于電路板的規(guī)格而改變。多個(gè)局部分布非分立電容元件可設(shè)置在第一 傳導(dǎo)元件上，以與可安裝在電路板上的多個(gè)IC器件重合，從而向每一器件提供其自身的局部分布電容。局部分布非分立電容元件可以嵌入第一傳 導(dǎo)層內(nèi)，位于第一傳導(dǎo)層的附近，和/或嵌入第一電介質(zhì)層。局部分布非分 立電容元件的這些或其他位置都在本發(fā)明的考慮范圍內(nèi)。
本發(fā)明的不同方面可適用于不同配置下的電路板。例如，在本發(fā)明的 不同實(shí)施方式中，局部分布非分立電容元件對(duì)于集成電路器件起旁路電容 器的作用。另外，在本發(fā)明的不同實(shí)施方式中，第一和第二傳導(dǎo)層界定電 路板的集成電容性疊層。而且，局部分布非分立電容元件可以被放置在多
層電路板的不同深度(level)或?qū)?。因此，本發(fā)明可應(yīng)用于本領(lǐng)域內(nèi)已知 的多種電路板設(shè)計(jì)。
實(shí)施。例如，在本發(fā)明的不同實(shí)施方式中，第一傳導(dǎo)層為多層印刷電路板 的電源層，然而在本發(fā)明的其他實(shí)施方式中，第一傳導(dǎo)層為多層印刷電路 板的接地層。
此外，應(yīng)當(dāng)注意到本發(fā)明的特征可以用本領(lǐng);或已知的用于電路板和電 容層壓板的材料中的任何材料實(shí)施。在本發(fā)明的不同實(shí)施方式中，局部分 布非分立電容元件的第一電介質(zhì)元件320可以包括具有被選擇來(lái)獲得所要 求的電容的高電介質(zhì)常數(shù)的材料。在本發(fā)明的不同實(shí)施方式中，第三傳導(dǎo) 元件312可包括具有被選擇來(lái)獲得所要求的電效應(yīng)的高傳導(dǎo)系數(shù)或受控電 阻的材料。這些和其他在電路板制造領(lǐng)域已知的材料也在本發(fā)明的范圍以 內(nèi)。
如圖3、 4、 5、 6、 7、 8、 9、 10和/或11中示出的一個(gè)或更多個(gè)部件， 步驟和/或功能可以被重新安排和/或組合為單個(gè)部件、步驟或功能，或被 包含在幾個(gè)部件、步驟或功能內(nèi)，而不影響偽隨機(jī)數(shù)字生成操作。其他元 件、部件、步驟和/或功能也可以增加而不脫離本發(fā)明。如圖3、 4、 5、 6、 7和/或8所示的裝置、器件和/或部件可以被配置為執(zhí)行圖9中描述的一 個(gè)或更多個(gè)方法、特征或步驟。
盡管在附圖中描述和顯示了某些示例性的實(shí)施方式，但應(yīng)理解，這 些實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明范圍僅為闡釋性的，而非限制性的，且本發(fā)明并不限 于所顯示和描述的特定的結(jié)構(gòu)和設(shè)置，因?yàn)槎喾N其他變更是可能的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到可以形成剛所描述的優(yōu)選實(shí)施方式的不同適配及變 更而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。因此，可以理解，在隨附的權(quán)利要求書(shū) 范圍內(nèi)，本發(fā)明可以按不同于在此所具體描述的其他方式實(shí)施。
權(quán)利要求
1.一種印刷電路板，包括第一電介質(zhì)層，其具有第一表面和相對(duì)的第二表面；第一傳導(dǎo)層，其耦合到所述第一電介質(zhì)層的第一表面；第二傳導(dǎo)層，其耦合到所述第一電介質(zhì)層的第二表面；以及鄰近于所述第一傳導(dǎo)層的局部分布非分立電容元件，其中所述電容元件占據(jù)與將被所述電容元件去耦的器件的周界近似重合的周界區(qū)域。
2. 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述局部分布非分立電容 元件包括第一傳導(dǎo)元件，其由所述第一傳導(dǎo)層的一部分界定；第二傳導(dǎo)元件，其由所述第一傳導(dǎo)層上的隔離間隙界定，所述第二傳 導(dǎo)元件與所述第一傳導(dǎo)元件分離但鄰近于所述第一傳導(dǎo)元件，并與所述第 一傳導(dǎo)層電隔離；電介質(zhì)元件，其位于所述第一傳導(dǎo)元件之上；第三傳導(dǎo)元件，其位于所述電介質(zhì)元件之上，所述第三傳導(dǎo)元件延伸 跨越所述隔離間隙，并耦合到所述第二傳導(dǎo)元件；以及一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)電通孔，所述一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)電通孔耦合所述第二傳 導(dǎo)元件和所述第二傳導(dǎo)層。
3. 如權(quán)利要求2所述的印刷電路板，進(jìn)一步包括 第一電氣通孔，其從第一表面端子延伸到所述第一傳導(dǎo)元件；以及 第二電氣通孔，其從第二表面端子延伸到所述第二傳導(dǎo)層。
4. 如權(quán)利要求2所述的印刷電路板，其中所述第一傳導(dǎo)元件被界定 為圍繞待被去耦的所述器件的球柵陣列反焊盤(pán)圖形的周界帶。
5. 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，進(jìn)一步包括一個(gè)或更多個(gè)電路板層，位于所述局部分布非分立電容元件之上，以 將所述局部分布非分立電容元件嵌入所述電^f各板。
6. 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述第一傳導(dǎo)層和所述第 二傳導(dǎo)層界定所述印刷電路板的埋入電容，且所述局部非分立電容元件給該電容元件被耦合到的器件提供不同的旁路電容。
7. 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述第一傳導(dǎo)層為電源層或接地層中的任一個(gè)。
8. 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中第三傳導(dǎo)元件包括被選擇 來(lái)獲得所需的等效串聯(lián)電阻的電阻材料。
9. 如權(quán)利要求1所述的印刷電路板，其中所述電容元件占據(jù)的所述 區(qū)域與將被耦合到該電容元件的器件的周界區(qū)域近似重合。
10. —種嵌入在電路板內(nèi)的局部分布非分立電容元件，包括第一傳導(dǎo)元件，其由所述電路板的第一傳導(dǎo)層的一部分界定；第二傳導(dǎo)元件，其由所述第一傳導(dǎo)層上的隔離間隙界定，所述第二傳 導(dǎo)元件與所述第一傳導(dǎo)元件分離但鄰近于所述第一傳導(dǎo)元件并與所述第 一傳導(dǎo)層電隔離；電介質(zhì)元件，其位于所述第一傳導(dǎo)元件之上并延伸到所述第一傳導(dǎo)元 件和所述第二傳導(dǎo)元件之間的區(qū)域；以及第三傳導(dǎo)元件，其位于所述電介質(zhì)元件之上，所述第三傳導(dǎo)元件延伸 跨越所述隔離間隙，并耦合到所述第二傳導(dǎo)元件以在所述第 一傳導(dǎo)元件和 所述第二傳導(dǎo)元件之間形成旁路電容器。
11. 如權(quán)利要求10所述的局部分布非分立電容元件，其中一個(gè)或更多 個(gè)電路板層位于所述局部分布非分立電容元件之上以將所述電容元件嵌 入所述電3各4反。
12. 如權(quán)利要求10所述的局部分布非分立電容元件，其中所述電容 元件占據(jù)與 一位置近似重合的區(qū)域，將被耦合到所述電容元件的器件將被 安裝在所述位置上。
13. 如權(quán)利要求10所述的局部分布非分立電容元件，其中所述電容 元件占據(jù)與將被耦合到所述電容元件的器件的周界區(qū)域近似重合的區(qū)域。
14. 如權(quán)利要求10所述的局部分布非分立電容元件，其中所述電容 元件占據(jù)將被耦合到所述電容元件的器件接近的、所述電路板的表面上的 排除區(qū)的下方的區(qū)域。
15. —種用于制造具有嵌入式局部非分立電容元件的印刷電路板的方 法，包括提供具有第一表面和相對(duì)的第二表面的第一電介質(zhì)層；在所述第一電介質(zhì)層的第一表面上提供第一傳導(dǎo)層；在所述第一電介質(zhì)層的第二表面上提供第二傳導(dǎo)層；以及在所述第一傳導(dǎo)層上形成所述局部非分立電容元件，其中所述電容元 件占據(jù)與一位置近似重合的區(qū)域，將被耦合到所述電容元件的器件將被安 裝在所述位置上。
16. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中在所述第一傳導(dǎo)層上形成所述 局部分布非分立電容元件的所述步驟包括在所述第一傳導(dǎo)層上界定第一傳導(dǎo)元件；形成由所述第 一傳導(dǎo)層上的隔離間隙所界定的第二傳導(dǎo)元件，所述第 二傳導(dǎo)元件與所述第一傳導(dǎo)元件分離但鄰近于所述第一傳導(dǎo)元件，并與所 述第一傳導(dǎo)層電隔離；在所述第一傳導(dǎo)元件之上形成電介質(zhì)元件；在所述電介質(zhì)元件之上形成第三傳導(dǎo)元件，所述第三傳導(dǎo)元件延伸跨 越所述隔離間隙并耦合到所述第二傳導(dǎo)元件；以及形成耦合所述第二傳導(dǎo)元件和所述第二傳導(dǎo)層的一個(gè)或更多個(gè)導(dǎo)電 通孔。
17. 如權(quán)利要求15所述的方法，其中所述第三傳導(dǎo)元件包括被選擇 來(lái)荻得所需的等效串聯(lián)電阻的電阻材料，且所述局部非分立電容元件給該 電容元件被耦合到的器件提供不同的旁路電容。
18. 如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括形成從第一表面端子延伸到所述第一傳導(dǎo)元件的第一電氣通孔；以及 形成從第二表面端子延伸到所述第二傳導(dǎo)層的第二電氣通孔。
19. 如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括在所述局部分布非分立電容元件之上提供一個(gè)或更多個(gè)電路板層，以 將所述局部分布非分立電容元件嵌入所述電路板。
20. 如權(quán)利要求15所述的方法，進(jìn)一步包括 將所述器件安裝在所述印刷電路板上；以及 將所述器件耦合到所述局部分布非分立電容元件。
全文摘要
提供了一種多層電路板，其具有埋入電容層和針對(duì)特定器件的嵌入式局部非分立分布電容元件。提供了一種印刷電路板，其包括(1)第一電介質(zhì)層，(2)耦合到第一電介質(zhì)層的第一表面的第一傳導(dǎo)層，(3)耦合到第一電介質(zhì)層的第二表面的第二傳導(dǎo)層，(4)鄰近于第一傳導(dǎo)層的局部分布非分立電容元件，其中該電容元件占據(jù)與一位置近似重合的區(qū)域，將耦合到該電容元件的器件將被安裝在所述位置上。嵌入式局部非分立分布電容元件可提供針對(duì)特定器件的電容，以為該特定器件抑制電壓/電流噪聲。
文檔編號(hào)H05K1/16GK101653050SQ200880010835
公開(kāi)日2010年2月17日 申請(qǐng)日期2008年2月6日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月6日
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