專利名稱：印刷電路圖案化的嵌入電容層的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及集成或嵌入到剛性或柔性的單層或多層電路板中 的電容器。
背景技術(shù)：
在電子領(lǐng)域中，越小通常意味著越好。在對提供較小的電子設(shè)備 的探索中，電子工業(yè)試圖尋找比原有部件更小的電子元件。電容器(夾在兩個(gè)導(dǎo)體之間的介電材料)代表一種在該探索中已 經(jīng)充分縮小的電子元件。然而，當(dāng)前實(shí)踐主要依靠將每個(gè)電容器單獨(dú) 地安裝到電路板表面上的焊料膠上并回流焊接電容器。盡管電容器小 型化取得了進(jìn)步，但每個(gè)表面安裝的電容器仍占用了印刷電路板表面 面積的相當(dāng)大部分，并且需要"拾取和放置"到板上的大量成本。例 如，典型的蜂窩電話包含用400多個(gè)焊接點(diǎn)連接到電路板上的200多個(gè) 表面安裝電容器。在電路板的制造期間在電路板中集成或嵌入電容器 的能力相對于表面安裝的電容器將提供大量的空間和費(fèi)用節(jié)省。遺憾 的是，努力制造能夠集成或嵌入到電路板中的電容器，要么制造了不 具有足以代替電路板上的許多電容器(例如需要〉100pF電容)的電容 (例如〈10pF/mm2)的電容器，要么產(chǎn)生了不按照制造體積成比例增 加的結(jié)構(gòu)和工藝。印刷電路板一般包括多層銅和玻璃增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂或其它聚合 物。將銅形成圖案，以形成電路的導(dǎo)電元件，并且聚合物提供了介質(zhì) 隔離和機(jī)械強(qiáng)度。聚合物是低介電常數(shù)材料，因此在聚合物介質(zhì)電路 板內(nèi)部形成的平行板嵌入電容器不提供高的電容密度。盡管可利用具有非常高介電常數(shù)的陶瓷介質(zhì)，但它們一般太過剛 性而不能與有機(jī)印刷電路板機(jī)械兼容。另外，有機(jī)印刷電路板不適合使用用于形成陶瓷介質(zhì)膜的方法兼容。陶瓷介質(zhì)膜一般通過寬范圍的 淀積技術(shù)來形成，例如通過化學(xué)溶液淀積(CSD)、蒸發(fā)、濺射、物理 汽相淀積和化學(xué)汽相淀積。然而，為了得到需要的介質(zhì)結(jié)構(gòu)，這種技 術(shù)通常需要高溫淀積或高溫結(jié)晶化。這種高溫將使電路板基板中的有 機(jī)材料熔化、燃燒或退化。此外，這些工藝不適用于銅。在形成陶瓷介質(zhì)需要的高溫和氧化 條件下，銅會在陶瓷介質(zhì)和銅之間的界面處氧化。這樣有效地形成了 使總體器件性能退化的界面層，由此否定了使用陶瓷介質(zhì)而得到的任 何優(yōu)點(diǎn)。在還原氣氛中銅不易氧化，但這種氣氛將在介質(zhì)氧化物層中 產(chǎn)生過多缺陷密度并會阻止相形成。此外，在低溫時(shí)銅不容易氧化， 但在與電路板部件相適合的溫度形成陶瓷膜的努力， 一般會折衷得到 陶瓷的介質(zhì)特性。對于陶瓷介質(zhì)，很明顯將有利的介質(zhì)特性與在較低 溫度很難形成的復(fù)雜的晶體結(jié)構(gòu)(例如，鈣鈦礦)密切聯(lián)系。介質(zhì)氧化物例如鋯鈦酸鉛(PZT)和鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)屬于特 別有希望的一類具有鈣鈦礦晶體結(jié)構(gòu)的高電容率陶瓷介質(zhì)。當(dāng)通過 CSD工藝形成時(shí)，能夠?qū)⒔橘|(zhì)氧化物制造成具有非常高介電常數(shù)的非 常薄的、柔性的、牢固的層。已提出幾種方法，以通過將介質(zhì)氧化物的薄的涂層添加到薄銅箔， 利用適宜的電路板壓層(layering)技術(shù)來制造意圖添加到電路板的薄 的結(jié)構(gòu)。盡管已描述了如何制造這種材料以及將其集成到電路板結(jié)構(gòu) 中并使之形成圖案的一些方面，但仍需要以獨(dú)特的方式將這些方法用 于多種應(yīng)用的改進(jìn)。需要一種將用高介電常數(shù)材料形成的電容器添加到剛性或柔性電 路板的結(jié)構(gòu)和工藝，其制造是經(jīng)濟(jì)的，并且其中該結(jié)構(gòu)是與現(xiàn)在廣泛 使用的多層電路板制造技術(shù)兼容的形式。


在附圖中通過示例而非限制的方式示例了本發(fā)明，其中相同的附 圖標(biāo)記表示相同的元件，其中圖1是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的制造可剝離電路板箔的方法 的流程圖；圖2是通過參考圖l描述的方法制造的可剝離電路板箔的截面圖； 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的制造可剝離電路板箔的方法 的流程圖；圖4是通過參考圖3描述的方法制造的可剝離電路板箔的截面圖；圖5-12是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在制造的不同階段中，包括 一個(gè)或多個(gè)隔離的、大值嵌入電容器的印刷電路子結(jié)構(gòu)的小部分的頂 層的截面圖和平面圖；圖13是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的用于制造包括嵌入電容層的 印刷電路子結(jié)構(gòu)的一些步驟的流程圖；和圖14是示出根據(jù)本發(fā)明一些實(shí)施例的印刷電路子結(jié)構(gòu)的透視圖， 該印刷電路子結(jié)構(gòu)包括參考圖5-11描述的印刷電路子結(jié)構(gòu)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員將意識到，為了簡單和清楚起見示出了圖中的 元件，這些元件不必按比例繪制。例如，可相對于其它元件夸大圖中 一些元件的尺寸，以有助于促進(jìn)對本發(fā)明實(shí)施例的理解。
具體實(shí)施方式
在詳細(xì)描述根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的特定印刷電路嵌入電容器之前， 應(yīng)注意到，本發(fā)明的實(shí)施例主要與用于電路板的嵌入電容器的方法步 驟和裝置部件組合。因此，在附圖中，已經(jīng)通過常用符號在適當(dāng)處表 示了裝置部件和方法步驟，僅示出了與理解本發(fā)明實(shí)施例有關(guān)的那些 具體細(xì)節(jié)，以便使受益于這里的描述而對本領(lǐng)域普通技術(shù)人員顯而易 見的那些細(xì)節(jié)不致使本公開模糊。本發(fā)明實(shí)施例的獨(dú)特的隔離的嵌入電容器可以以施加到印刷電路 板的子結(jié)構(gòu)上的涂覆介質(zhì)的箔開始來形成，該印刷電路板的子結(jié)構(gòu)完 成時(shí)包括至少兩個(gè)基板層；或可利用在印刷電路板上提供薄陶瓷氧化 物層的其它技術(shù)來形成，而不管該技術(shù)是常規(guī)的還是目前未知的。包 括使用箔的本發(fā)明一些實(shí)施例的嵌入電容器的完成的印刷電路板(在 這里也稱為印刷電路結(jié)構(gòu))的制造，與印刷電路板材料是兼容的，如 果試圖在印刷電路板的子結(jié)構(gòu)本身上原位地讓介電材料結(jié)晶，則這些 印刷電路板材料將典型地顯著退化。本發(fā)明實(shí)施例使用的技術(shù)與通常 所使用的僅需要經(jīng)受通常用于印刷電路焊接的工藝的印刷電路兼容。 例如，該技術(shù)與已知為FR-4的印刷電路板材料完全兼容，該材料在288 攝氏度通過10秒浸焊(solder dip)測試并具有300攝氏度的退化溫度。 另外，該技術(shù)與典型地具有微米級表面粗糙度的例如FR-4的印刷電路 材料完全兼容，因此該技術(shù)有別于現(xiàn)有技術(shù)，尤其是那些包括在聚合 物例如Teflon (特氟綸)和聚酰亞胺(polyimide)上真空淀積薄膜(<1 微米)的技術(shù)，其在提供更高溫度適應(yīng)性和更平滑的平面的同時(shí)，比 FR-4更昂貴，且基本上更難以金屬化和處理。根據(jù)一些實(shí)施例的技術(shù)包括使用箔，該箔包括結(jié)晶化的介質(zhì)氧化 物材料，在直至600攝氏度的溫度下，在將介質(zhì)氧化物施加到金屬箔 層且然后使之結(jié)晶化之后，將該結(jié)晶化的介質(zhì)氧化物材料施加到印刷 電路子結(jié)構(gòu)。參考圖1-4詳細(xì)地描述制造這種箔的一種方法；也能使用 其它方法。在2003年6月19日公布的美國公開2003/0113443A1中描 述了另一種方法的一個(gè)實(shí)例。雖然通過參考圖l-4描述的方法所形成的 電極相對地薄(在25微米或更小的量級)，但其它方法也能產(chǎn)生具有
達(dá)約70微米的至少一個(gè)電極層的厚度的箔。圖5-12詳細(xì)描述了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例在印刷電路結(jié)構(gòu)中的嵌入電容器的形成。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，示出了制造可剝離電路板箔200的方法。圖2示出了可剝離電路板箔200的截面圖。在步驟105 (圖 1)，形成金屬支撐層205 (圖2)和導(dǎo)電金屬箔210 (圖2)，該金屬 支撐層205和導(dǎo)電金屬箔210使用無機(jī)分離(release)材料215 (圖2) 在第一表面處結(jié)合。在暴露到高溫(用于將結(jié)晶的介質(zhì)層添加到可剝 離電路板箔200，如下面參考圖3和4所述)之后，該無機(jī)分離材料 215保持其隔離兩個(gè)金屬層205、 210的能力。該無機(jī)分離材料主要由 金屬和非金屬的共同淀積混合物組成，且可以利用在例如2002年2月 12日授予陳(Chen)等人的US專利6，346,335,B1中描述的那些已知 技術(shù)來形成。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，金屬支撐層205的厚度可在 10和75微米之間，且針對多數(shù)使用而言，在30和70微米之間；導(dǎo)電 金屬箔210的厚度可在5和25微米之間，且針對多數(shù)使用而言，在IO 和20微米之間；以及無機(jī)分離材料的厚度可小于0.030微米。因?yàn)楸?發(fā)明的一些實(shí)施例是用于涂覆介質(zhì)的箔的制造(最后，在多層印刷電 路板的一層或多層中形成電容器)，本發(fā)明一些實(shí)施例的導(dǎo)電金屬箔 210通常厚于用于具有分離層的常規(guī)金屬箔所使用的(例如，見US專 利6,346,335)。對于多數(shù)應(yīng)用來說，用于金屬支撐層205和導(dǎo)電金屬 箔210的最佳金屬是銅或銅合金，然而也能夠使用其它金屬例如鎳或 鎳合金。在步驟110 (圖1)，可用高溫抗氧化劑阻擋層220 (圖2)涂布 金屬箔層210的第二表面212，并且所得的涂布后的第二表面(221) 具有小于0.05微米均方根(RMS)的表面粗糙度。高溫抗氧化劑阻擋 層220有效防止在高約600攝氏度的溫度在通過已知技術(shù)施加、熱解 和結(jié)晶介質(zhì)氧化物的稍后步驟期間，導(dǎo)電金屬箔210的任何實(shí)際氧化，
并且相比在低于100攝氏度的溫度下作用良好的用于常規(guī)可剝離電路板箔的一般抗銹蝕(anti-tarnish)涂層具有性能優(yōu)點(diǎn)。可以利用將實(shí)現(xiàn)小于0.05微米RMS的表面粗糙度并且典型地將 實(shí)現(xiàn)小于0.01微米RMS的表面粗糙度的已知技術(shù)，通過濺射、非電解 電鍍或電解電鍍材料，將該高溫抗氧化劑阻擋層淀積在導(dǎo)電金屬箔210 上，所述材料可選擇自鈀、鉑、銥、鎳或包括這些金屬與其它材料例 如較少數(shù)量的鋁、磷、或其它材料的任意組合的合金或者合成物。一般，選擇用來涂布導(dǎo)電金屬箔層210的技術(shù)將導(dǎo)致金屬支撐層 205的第二表面207 (圖2)也被涂布有相同的高溫抗氧化劑阻擋層225 (圖2)到約同樣的厚度，但這不是本發(fā)明的一些實(shí)施例所需要的結(jié)果。 例如， 一種可接受的可選技術(shù)將包括，在電鍍步驟期間用抗蝕劑或其 它聚合物材料來對金屬支撐層205的第二表面掩模，使得高溫抗氧化 劑阻擋層僅被施加到導(dǎo)電金屬箔210，而留下金屬支撐層205不被涂布。 與常規(guī)的可剝離電路板箔形成對比，常規(guī)的可剝離電路板箔例如由 Waterbury、 CT的Olin Corporation Metals Group經(jīng)銷的CopperBond 薄銅箔，可有意地通過枝晶(dendrite)形成工藝使導(dǎo)電金屬箔的暴露表 面變粗糙，本發(fā)明一些實(shí)施例的導(dǎo)電金屬箔210得到的表面保持平滑, 粗糙度測量為小于0.05微米均方根(RMS),更優(yōu)選為小于0.01微米 RMS。這種平滑度能夠通過用于形成導(dǎo)電金屬箔210和高溫抗氧化劑 阻擋層220的已知技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。通過參考圖1描述的方法形成的可剝 離電路板箔200能夠被方便地制造為與常規(guī)的印刷電路板相當(dāng)大小并 被處理和運(yùn)載，而在運(yùn)載、處理和加工期間并不需使用昂貴的技術(shù)來 保護(hù)該電路板箔不起皺或撕破?，F(xiàn)在參考圖3，根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，示出了由可剝離電路板 箔200制造涂布有介質(zhì)的可剝離電路板箔400的方法。在圖4中示出 了涂布有介質(zhì)的可剝離電路板箔400的截面圖。在步驟305，與可剝離 電路板箔200的導(dǎo)電金屬箔210鄰近地形成結(jié)晶介質(zhì)氧化物層405 (圖4)。根據(jù)本發(fā)明的結(jié)晶介質(zhì)氧化物的具體實(shí)例包括鋯鈦酸鉛(PZT)、鋯鈦酸鉛鑭(PLZT)、鋯鈦酸鉛鈣(PCZT)、鈦酸鉛鑭(PLT)、鈦 酸鉛(PT)、鋯酸鉛(PZ)、鈮鎂酸鉛(PMN)、鈦酸鋇(BTO)、 鈦酸鍶(STO)和鈦酸鍶鋇(BSTO)。包括PZT系的鉛基介質(zhì)氧化物， 尤其是包括PCZT分子式PbCax(ZrOo.52Ti,)03 (其中x從0.01到0.1) 的合成物是具有吸引力的。在不能明確地命名它們的混合物中添加少 量元素例如Ni、 Nb、 Ca和Sr也能夠提高電學(xué)性能。因此，本發(fā)明一 些實(shí)施例的介質(zhì)氧化物也可包含少量的Ni、 Nb、 Ca和Sr。通過廣泛范圍的淀積技術(shù)例如化學(xué)溶液淀積(CSD)、蒸發(fā)、濺 射、物理汽相淀積和化學(xué)汽相淀積中的一種，在步驟305形成結(jié)晶介 質(zhì)氧化物。這些技術(shù)典型地需要高溫淀積或高溫結(jié)晶化，并產(chǎn)生在導(dǎo) 電金屬箔210上的多晶形式并相當(dāng)柔性的晶體涂層，同時(shí)即使在彎曲 時(shí)也保持用于形成電容器的良好的介電性能?？捎糜谛纬山Y(jié)晶介質(zhì)氧 化物層的一種經(jīng)濟(jì)、公知的技術(shù)是使用CSD。形成結(jié)晶介質(zhì)氧化物層 的另一經(jīng)濟(jì)的技術(shù)是使用粉末或粉末懸浮液的粉末涂層。如本領(lǐng)域中 公知的，通過這些技術(shù)形成的結(jié)晶介質(zhì)氧化物材料常常大多數(shù)具有多 晶性質(zhì)。結(jié)晶介質(zhì)氧化物層405可形成為具有從約0.1到約1微米的 厚度。當(dāng)結(jié)晶介質(zhì)氧化物層405是PCZT時(shí)，為了許多用途其可被形成 為0.2-0.6微米厚，并且將提供超過每平方毫米1000皮法(1000pF/mm2) 的電容密度，且其典型地為3000pF/mn^或更多，同時(shí)仍提供高的生產(chǎn) 成品率和必需的擊穿電壓(例如大于5伏)。除非另作說明，本文件 中各處使用的電容值指定在1兆赫。當(dāng)通過CSD或粉末涂覆的成本有 效方法以小于0.2微米的厚度形成結(jié)晶介質(zhì)層時(shí)，在導(dǎo)電金屬箔210和 電極層415之間缺陷趨向于以針孔短路(pinhole short)的形式出現(xiàn)。 其它技術(shù)，例如濺射，可允許更薄的結(jié)晶介質(zhì)氧化物層，但它們很不 經(jīng)濟(jì)且該層太薄而不能經(jīng)受處理。浸漬涂布(dip coating)技術(shù)和其它 技術(shù)也會導(dǎo)致形成鄰近金屬支持層205的犧牲結(jié)晶介質(zhì)氧化物層410， 但對于本發(fā)明的一些實(shí)施例該層不是所需要的。對于一些涂布技術(shù)， 允許在金屬支持層205上形成犧牲結(jié)晶介質(zhì)氧化物410，預(yù)計(jì)比試圖防 止它形成成本更低，且起到減少在只形成結(jié)晶介質(zhì)氧化物層405時(shí)可 能產(chǎn)生的箔層的彎曲的作用。通過參考圖3的步驟305描述的方法形成的可剝離電路板箔400， 能夠方便地制造為與常規(guī)的印刷電路板相當(dāng)大小并被處理和運(yùn)載，而 且在運(yùn)載、處理和加工期間并不需使用昂貴的技術(shù)來防止起皺或撕破。 然后可使用該可剝離電路板箔400來在柔性或剛性印刷電路板疊層內(nèi) 部(或上面)施加介質(zhì)層405和導(dǎo)電金屬箔層210，以形成具有不同介 質(zhì)面積的電容器。這通過以下步驟完成用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電粘合劑材料或 其它已知技術(shù)，將可剝離電路板箔400的介質(zhì)層405粘接到柔性或剛 性印刷電路板疊層的導(dǎo)電金屬層表面；然后剝離掉如圖4中的虛線450、 455所示的金屬支撐層205、犧牲結(jié)晶介質(zhì)氧化物層410和高溫抗氧化 阻擋層225，隨后是公知的形成單獨(dú)電容器的蝕刻和金屬淀積步驟。在 一個(gè)實(shí)施例中，將單個(gè)電容器形成在印刷電路板的整個(gè)層內(nèi)，例如電 源層。在步驟307 (圖3)，介質(zhì)氧化物層405的暴露表面可被以涂布粘 接層407 (圖4)，該粘接層僅需要具備對在稍后步驟中將被施加到介 質(zhì)氧化物層405的電極層提供足夠粘接力所必需的厚度。在一些實(shí)施 例中，粘接層包括鎢化鈦(TiW)，其僅為幾分之一微米厚?？赏ㄟ^濺 射、非電解電鍍或電解電鍍將該粘接層407淀積在導(dǎo)電金屬箔210上。 被選擇來涂布介質(zhì)氧化物層405的技術(shù)會導(dǎo)致犧牲結(jié)晶介質(zhì)氧化物層 410也被用同樣粘接材料涂布到約相同的厚度，從而產(chǎn)生犧牲粘接層 412，但這對于本發(fā)明的一些實(shí)施例而言并不是需要的結(jié)果。再次參考圖3和4，在步驟310 (圖3)，可使用公知技術(shù)，例如 濺射或非電解電鍍或電解電鍍，利用粘接層407將電極層415 (圖4) 粘接到結(jié)晶介質(zhì)層405。電極層415的典型厚度為2到20微米。取決 于施加電極層415所使用的技術(shù)，也可以鄰近金屬支撐層205上的結(jié) 晶介質(zhì)層410(即，在與金屬支撐層205相對的結(jié)晶介質(zhì)層的表面上)，
形成近乎與電極層415 —樣厚度的犧牲電極層420，但這對于本發(fā)明的一些實(shí)施例不是所需要的。在步驟315 (圖3)，例如通過壓制到預(yù)浸料坯(prepi:eg)層(玻 璃增強(qiáng)的B級環(huán)氧樹脂)，其是使用壓力和溫度以使環(huán)氧樹脂流動并 之后固化的公知技術(shù)，能夠?qū)⒕哂须姌O層415的可剝離電路板箔疊置 到電路板基板。當(dāng)在步驟320 (圖3)，將金屬支撐層205從導(dǎo)電金屬 箔層210剝離時(shí)，犧牲電極層420如果存在則也被剝離，如圖4中的 虛線450和460所示。到現(xiàn)在，應(yīng)意識到，可剝離電路板箔200、 400和制造它們的處理 過程提供了經(jīng)濟(jì)的便于將電容器增加到柔性或剛性電路板的箔。在暴 露到熱解和結(jié)晶的高溫之后有機(jī)分離層保持有效；在利用本發(fā)明一些 實(shí)施例將電容層添加到電路板的過程期間，可剝離金屬支撐層和雙層 結(jié)晶介質(zhì)氧化物(在一個(gè)實(shí)施例中)有助于提供形成平坦的且不起皺 或折皺的箔，并且可容易地移除犧牲金屬支撐和介質(zhì)氧化物層。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，提供陶瓷氧化物層(也就是以上參考 圖l-4描述的結(jié)晶介質(zhì)氧化物層)的技術(shù)只是一種可在本發(fā)明的實(shí)施例 中使用的以提供嵌入印刷電路板中的薄陶瓷氧化物層的技術(shù)。圖5-13是示例了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例在印刷電路結(jié)構(gòu)中的嵌 入的電容器的制造的截面圖、平面圖和流程圖。圖5是小部分具有目 前是頂層505的層的印刷電路子結(jié)構(gòu)500的頂層505的截面圖，其上 已經(jīng)施加了第一電極層515和嵌入的陶瓷氧化物層510。在這里為描述 實(shí)施例的目的，頂層505，或頂層以及頂層下面的層(在本文件中未顯 示)也被稱為基板或印刷電路基板。可施加嵌入的陶瓷氧化物層510， 但并不是必須施加，作為如以上參考圖l-4描述那樣制造的箔的結(jié)晶介 質(zhì)層。當(dāng)使用例如參考圖4所述的那種箔時(shí)，層525可以是抗氧化劑 層，而層530可以是粘接層，然而在另外的情況下， 一個(gè)或兩個(gè)層525、530可不存在。在一些實(shí)施例中，層525、 530在第二電極層520和陶 瓷氧化物層510之間、以及在陶瓷氧化物層510和第一極515之間可 以包括其它材料。在一個(gè)實(shí)例中，施加與圖4所示的相反的順序具有 抗氧化劑層和粘接層的箔。在該實(shí)例中，層525是包括TiW的粘接層， 而層530是包括鎳的抗氧化劑層。通過常規(guī)的或新的技術(shù)，可形成在 陶瓷氧化物層510上面的第二電極層520。嵌入的陶瓷氧化物層510典 型地小于1微米厚，并且是具有至少300pF/mn^介電常數(shù)的介電材料。 術(shù)語"子結(jié)構(gòu)"表示在不同制造階段期間的印刷電路板。印刷電路層 可用通常使用的印刷電路板材料例如FR4來形成，但本發(fā)明也可適用 于大多數(shù)可用的多層印刷電路材料。根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，通過 幾種技術(shù)中的一種將涂覆介質(zhì)的箔施加到頂層505的表面上。在幾種 技術(shù)中，頂層505是公知的"預(yù)浸料坯"層。在一種技術(shù)中，故意使 第一電極層515的表面粗糙，例如通過上述的枝狀生長方法而變粗糙， 將該箔施加到預(yù)浸料坯層，并處理印刷電路子結(jié)構(gòu)以完成粘接工藝。 在其中第一電極層515的表面是平滑的另一技術(shù)中，將粘接增強(qiáng)物質(zhì) (adhesion promotion substance)施加到第一電極層515的表面且之后 將其施加到預(yù)浸料坯層，并處理印刷電路子結(jié)構(gòu)以完成粘接工藝。
根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，圖13示出了迄今為止已一般性地描述 的工藝的一些步驟。在步驟1305 (圖13)，制造涂覆介質(zhì)的箔，例如 圖4的箔400，其包括電極層415、導(dǎo)電金屬箔210、和布置在電極層 415和導(dǎo)電金屬箔210之間的結(jié)晶介質(zhì)氧化物層405。該涂覆介質(zhì)的箔 400可進(jìn)一步包括高溫抗氧化劑層(例如220)和/或粘接層(例如407)， 如圖4所示。在一些實(shí)施例中，結(jié)晶介質(zhì)氧化物層405包括結(jié)晶的鋯 鈦酸鉛鈣(lead calcium zirconatetitanate)，并可以小于1微米的厚度， 且具有高于1000pF/mn^的電容密度。在步驟1310 (圖13)，將箔400 的電極層415粘接到印刷電路子結(jié)構(gòu)500的頂層505。箔400的電極層 415形成印刷電路子結(jié)構(gòu)500的第一電極層515，導(dǎo)電金屬箔415形成 印刷電路子結(jié)構(gòu)500的第二電極層520，及結(jié)晶介質(zhì)氧化物層405形成 印刷電路子結(jié)構(gòu)500的陶瓷氧化物層510?？墒褂闷渌氖侄蝸硇纬捎?br> 刷電路子結(jié)構(gòu)500的第一電極層515、第二電極層520和陶瓷氧化物層 510。當(dāng)使用箔400來形成印刷電路子結(jié)構(gòu)500時(shí)，抗氧化劑層。印刷 電路子結(jié)構(gòu)500的層525、 530代表例如以上參考圖4所述的高溫抗氧 化劑層220和粘接層407的層，或代表使用其它的常規(guī)的或新的技術(shù) 制造印刷電路子結(jié)構(gòu)500時(shí)所形成的其它中間層。將意識到，當(dāng)在本 發(fā)明的一些實(shí)施例中使用不同于參考圖1-4所述類型的陶瓷氧化物層 時(shí)，代替或除了在第二電極層520和陶瓷氧化物層510之間且與它們 接觸之外，可在第一電極層515和陶瓷氧化物層510之間形成高溫抗 氧化劑層且與它們接觸，或者也可以不存在該高溫抗氧化劑層。在一 些實(shí)施例中，可通過不是特別地使用以上描述的步驟1305、 1310的其 它已知的或新的技術(shù)形成陶瓷氧化物層510。步驟1305、 1310代表在 印刷電路基板505上的電極層(導(dǎo)電金屬層)515上制造陶瓷氧化物層 510的具體實(shí)例。在一些實(shí)施例中，陶瓷氧化物層510可包括稍微厚些 的其它介質(zhì)材料，例如達(dá)2微米。
在步驟1315 (圖13)，選擇性地移除部分的第二電極層520和高 溫抗氧化劑層525 (如果存在的話)，以形成多個(gè)電容器中每個(gè)的頂電 極605、 610、 615，以及形成陶瓷氧化物層510的露出部分650。對于 該選擇性的移除，可使用由印刷電路制造者一般實(shí)施的光刻形成圖案 和蝕刻的公知技術(shù)。圖6是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例在完成了步驟1315 之后印刷電路子結(jié)構(gòu)500的部分的截面圖。在該實(shí)例中，已通過蝕刻 第二電極層520和抗氧化劑層525 (如果存在的話)制造了三個(gè)頂電極 605、 610、 615。通過圖14可更好理解這些電極的三個(gè)空間形狀，圖 14是在這里描述的步驟之后的印刷電路子結(jié)構(gòu)500的部分的透視圖， 其中示例了在焊接掩膜應(yīng)用之前完成的最終電容器(和一些附加步 驟)。就這一點(diǎn)，印刷電路子結(jié)構(gòu)500可以不是完整的，因?yàn)榭商砑?包括另外嵌入電容器的另外層，或如果不再添加層，則可添加表面裝 配部件例如集成電路。移除部分的第二電極層520和抗氧化劑層525 的部分，使陶瓷氧化物層510的部分650暴露。
在步驟1320 (圖13)，在結(jié)晶介質(zhì)層510的露出部分650的區(qū)域 705 (圖7)內(nèi)部，對陶瓷氧化物層510的區(qū)域650進(jìn)行穿孔。當(dāng)印刷 電路子結(jié)構(gòu)500包括抗氧化層525或其它類型的中間層時(shí)，作為在用 于對第二電極層520形成圖案的處理中的步驟，可移除這種中間層， 或穿孔也必須穿過這種中間層。這可通過適當(dāng)?shù)倪x擇蝕刻劑和/或激光 技術(shù)來執(zhí)行。例如，當(dāng)中間層為幾微米的鎳時(shí)，可在用于對頂電極層 520形成圖案的蝕刻工藝期間將其移除。當(dāng)中間層為小于十分之一微米 厚的TiW時(shí)，可通過也用于陶瓷氧化物層510的穿孔的機(jī)械磨蝕或通 過激光燒蝕將其穿孔。圖7是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例，在完成了步 驟1320之后，印刷電路子結(jié)構(gòu)500的部分的截面圖，而圖8是印刷電 路子結(jié)構(gòu)500的圖7的子部分的平面圖。穿孔區(qū)域705可包括在最后 制造以包括隔離的電容器的非穿孔區(qū)例如715 (圖7) 1405 (圖14)的 周圍的外接部分，以在完成該技術(shù)的隨后的步驟時(shí)(以下將描述它的 一些實(shí)施例)，實(shí)現(xiàn)隔離的電容器與陶瓷氧化物層510的其它部分的 物理隔離。
形成穿孔區(qū)域705的穿孔可通過例如機(jī)械磨蝕或激光燒蝕的技術(shù) 形成。可使用已知的機(jī)械磨蝕技術(shù)的實(shí)例是被稱為噴砂、液體噴射和 超聲磨蝕的那些技術(shù)。常規(guī)多層印刷電路板的制作者通常使用的激光 燒蝕是二氧化碳(C02)和紫外線(UV)激光燒蝕。根據(jù)在陶瓷氧化物 層510、第一電極層515和在它們之間的任何中間層例如粘接或抗氧化
層中使用的材料來進(jìn)行選擇，從而使用這些技術(shù)中任何一種可使穿孔 工藝非常經(jīng)濟(jì)。C02激光在陶瓷氧化物層510中燒蝕孔而基本不影響電 極層515和某些中間層材料。UV激光燒蝕出穿過陶瓷氧化物層510和 第一電極層515兩者的孔，并且也可在某些中間層材料例如鎳和TiW 中燒蝕孔。使用這些技術(shù)中任何一種可以產(chǎn)生直徑范圍從IO微米到100 微米的穿孔710 (圖7和8)。(作為提醒，圖7和8中的對象不必按 比例精確繪制)。當(dāng)根據(jù)陶瓷氧化物層510和第一電極層515的材料 以及厚度布置穿孔以僅移除穿孔區(qū)面積的一小部分，例如在從0.05到 0.5的范圍內(nèi)的小部分時(shí)，穿孔710是有效的。當(dāng)然，較大的小部分也 將有效操作，但是會增加制造成本。
在步驟1325 (圖13)，通過化學(xué)蝕刻移除穿孔區(qū)域705內(nèi)的第一 電極層515和陶瓷氧化物層510。在本發(fā)明的一些實(shí)施例中，由此形成 隔離的電容器。使用光刻形成圖案和化學(xué)蝕刻的常規(guī)印刷電路技術(shù)可 被用于實(shí)現(xiàn)移除穿孔區(qū)域705內(nèi)的電極層515?？衫糜糜诔Ｒ?guī)印刷電 路板制造的常規(guī)抗蝕劑和蝕刻劑，例如可光限定(photodefinable)的 干法薄膜抗蝕劑和氯化銅或氨蝕刻劑，來執(zhí)行化學(xué)蝕刻。在其中用于 形成穿孔710的技術(shù)基本上不影響電極層的實(shí)施例中，蝕刻劑穿過穿 孔710到達(dá)第一電極層515的表面，溶解在穿孔區(qū)域內(nèi)的電極材料， 并且還橫向侵蝕了在穿孔之間的陶瓷氧化物層510下的電極材料，移 除了那里的電極材料及孔內(nèi)的電極材料。在其中在穿孔內(nèi)電極層被用 于形成穿孔710的技術(shù)來基本上移除的實(shí)施例中，蝕刻劑流入穿孔中 并橫向溶解在穿孔之間的陶瓷氧化物層510下的電極材料，移除那里 的電極材料及孔內(nèi)的電極材料。當(dāng)陶瓷結(jié)構(gòu)足夠薄時(shí)，移除穿孔之間 的陶瓷氧化物材料下的金屬電極材料會留下空隙，該空隙削弱在空隙 之上的陶瓷氧化物材料的結(jié)構(gòu)，并且在空隙之上的陶瓷材料會在沖洗 所得到的使用了的蝕刻劑混合物時(shí)破裂并沖洗掉。這些實(shí)施例較好工 作的陶瓷材料的最大厚度取決于陶瓷材料的強(qiáng)度，其對于元素的不同 組合和陶瓷材料晶體的不同程度而變化，但典型地小于1微米。由于 通過實(shí)現(xiàn)電極材料移除的化學(xué)蝕刻使陶瓷氧化材料移除，因此可以認(rèn) 為穿孔區(qū)域中的電極材料和陶瓷材料的移除基本上是同時(shí)執(zhí)行的。
參考圖9，示出了根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例在完成步驟1325之后 印刷電路子結(jié)構(gòu)500的部分的截面圖。圖10示出了印刷電路子結(jié)構(gòu)500 的圖9的子部分的相應(yīng)平面圖。在典型的蝕刻之后剩余的陶瓷氧化物 層510的露出部分650的非穿孔區(qū)域包括至少一個(gè)隔離的陶瓷氧化物 區(qū)域(這里稱為隔離的介質(zhì)芯)905，其足夠大以形成隔離的電容器910 及提供額外的橫向區(qū)915，在那里利用通路(via)能夠形成到在隔離 的介質(zhì)芯905下形成底電極925的部分第一電極的電連接。在蝕刻之
后保留的陶瓷氧化物層510和第一電極層515的其它部分是在電容器 下面且連接該電容器的區(qū)域930，和電路走線(runner)例如620、 625， 所述電容器例如共用第一電極(在一些情況下其可以是地電極)的940、 950。
當(dāng)使用激光以對陶瓷氧化物層510穿孔時(shí)，兩個(gè)選擇可用于確定 保留陶瓷氧化物層510的哪個(gè)部分905。 一個(gè)選擇是對激光編程以便使 該區(qū)域不被穿孔。第二選擇是全面形成穿孔來簡化用于在步驟1320中 (參考圖13和7)形成穿孔的激光運(yùn)行的激光編程，且之后在蝕刻步 驟期間用抗蝕劑保護(hù)部分905。僅僅在激光步驟中被穿孔并在蝕刻步驟 期間被形成圖案的抗蝕劑暴露的區(qū)域，移除陶瓷氧化物層510和第一 電極層515。當(dāng)使用C02激光時(shí)，通過始終激活激光，甚至在頂電極 615部分的上方時(shí)也激活來進(jìn)一步簡化激光編程，這是由于C02激光在 典型情況下將不會對頂電極層穿孔。當(dāng)使用UV激光時(shí)，必須對其編程 以僅僅在需要穿孔的地方激活UV激光，因?yàn)楫?dāng)在保留有頂電極層的位 置處將UV激光激活時(shí)，其也能穿孔第二電極層。
相似地，當(dāng)使用機(jī)械磨蝕以穿孔陶瓷氧化物層510時(shí)，兩個(gè)選擇 可用于確定保留陶瓷氧化物層510的哪個(gè)部分905。 一個(gè)選擇是在機(jī)械 磨蝕步驟期間例如用形成圖案的聚合物抗蝕劑來保護(hù)部分905，以使部 分905不被穿孔。第二選擇是在蝕刻步驟期間用抗蝕劑保護(hù)部分905。
特定的電路要求可使得信號耦接到兩個(gè)或更多作為組與其它電容 器相隔離的電容器，由此需要用于僅僅一個(gè)通路的第一電極層515的 區(qū)域，來實(shí)現(xiàn)該組電容器的底電極到表面終端的連接，但仍需要到在 每個(gè)隔離的電容器下面的底電極(例如底電極925)的電路走線。底電 極的這些特征是從這些特征上的陶瓷氧化物層510以陶瓷材料來形成 的。這示例于圖11中，其是印刷電路子結(jié)構(gòu)500 (圖14未示出)的另 一部分的平面圖，其具有走線1120和兩個(gè)電容器1105、 1110和用于 兩個(gè)電容器的第一電極(被隔離的陶瓷氧化芯1125覆蓋)，其與印刷
電路子結(jié)構(gòu)500上電路的其余部分相隔離。在隔離的陶瓷氧化物芯1125 上面提供區(qū)域1115，用于要制造的、向下延伸到第一電極材料(圖11
中用虛線示出)的通路。
通過這些實(shí)施中的這一點(diǎn)，已經(jīng)形成了形成圖案的嵌入電容層，
包括陶瓷氧化物層510的剩余部分，在當(dāng)前實(shí)例中其包括隔離的介質(zhì) 芯905、隔離的介質(zhì)芯1125和保留在區(qū)域750中的有機(jī)陶瓷氧化物層 510的部分。
因?yàn)楸景l(fā)明的一些實(shí)施例能夠提供電容密度比現(xiàn)有技術(shù)的大得多 的隔離電容器，因此充分減少了對于使用共用的電極和介質(zhì)芯的電容 器的需要，但在一些情況下它們可被允許使用。如由這個(gè)實(shí)例可以看 出的，對于本發(fā)明的一些實(shí)施例兩種類型都允許。
在步驟1330 (圖13)，用保形(conformal)的介質(zhì)材料1205例 如預(yù)浸料坯或涂布樹脂的箔，來覆蓋露出的表面。圖12是根據(jù)本發(fā)明 的一些實(shí)施例在已經(jīng)完成步驟1330和隨后步驟之后的印刷電路子結(jié)構(gòu) 500的部分的截面圖。該露出表面至少包括第二電極605、 610、 615的 表面；位于共用的第一電極的電容器的第二導(dǎo)電極605、 610下面的結(jié) 晶介質(zhì)層510和走線620、 625的露出共同部分；隔離介質(zhì)芯905的露 出的第二電極615;隔離介質(zhì)芯905的側(cè)面和印刷電路子結(jié)構(gòu)的頂層 505的露出區(qū)域。保形的材料1205是具有以下這些性質(zhì)的一些的任何 材料其能保形地涂布暴露表面，其能夠在涂布的導(dǎo)電層部分之間供 足夠的介質(zhì)隔離，其能用于將新的導(dǎo)電層添加到印刷電路子結(jié)構(gòu)，以 及其能夠被操作以形成電通路。
在步驟1335 (圖13)，使用盲孔(blind via) 1221、 1231、 1241、 1251和電鍍的通孔1211來形成端子1210、 1220、 1230、 1240、 1250。 用于盲孔1221、 1231、 1251和電鍍通孔1211的孔是常規(guī)的，且可利 用常規(guī)技術(shù)例如鉆孔或通過使用激光來形成。盲孔1241是非常規(guī)的，在于它穿過保形材料和陶瓷氧化物層510的薄陶瓷材料來形成。雖然 如此，在C02和UV激光兩者穿孔陶瓷氧化物層時(shí)，也可以使用常規(guī)
的激光鉆孔。圖12是根據(jù)本發(fā)明的一些實(shí)施例在已完成步驟1335之 后的印刷電路子結(jié)構(gòu)500的部分的截面圖。盲孔1221、 1231、 1251被 用于生成到頂電極605、 610、 615的電連接。盲孔1241被用于生成到 隔離電容器910的底電極925的電連接?？蛇x擇地，盲孔1241能提供 到多個(gè)電容器的公共底電極的共用布置的連接，例如可將一個(gè)輸入信 號電耦接到兩個(gè)信號路徑的兩個(gè)電容器。電鍍通孔1211被用于電耦接 到印刷電路子結(jié)構(gòu)500的整個(gè)區(qū)域750 (共用部分)下面的第一電極層 515。該通路和通孔可通過常規(guī)的技術(shù)來形成，并且通過常規(guī)的技術(shù)來 添加端子。在一些實(shí)施例中，為了直接連接到其它導(dǎo)體，可使用露出 的第一電極例如電極605、 610、 615而不用給它們添加通路。
將意識到，通過使用本發(fā)明的實(shí)施例，現(xiàn)在可將集成電路和其它 電學(xué)元件，尤其是表面安裝類型的那些，經(jīng)濟(jì)地耦接到相當(dāng)高電容值 的隔離電容器，而在集成電路和其它電學(xué)元件的端子之間具有非常小 的導(dǎo)電距離。例如，在集成電路端子的間隔基本上等于正方形電容器 的一邊的情形下，可將集成電路的端子直接設(shè)置在隔離電容器的頂電 極的端子的頂上，并且可將相同集成電路的另一端子直接設(shè)置在耦接 到隔離電容器的底電極的端子的頂上。在這個(gè)實(shí)例中，15毫米寬的集 成電路可具有本發(fā)明一些實(shí)施例的電容器，該電容器約為225平方毫
米并且提供約0.6微法拉的量級，并基本上直接耦接到位于集成電路的 相對側(cè)上間隔15毫米的集成電路的兩個(gè)端子。集成電路和電容器之間 的導(dǎo)體的總長度可小于100微米?？蛇x擇地，利用相似極短的總導(dǎo)電 長度，可將十個(gè)值高于0.01微法拉的旁路或退耦電容器耦接到IC的兩 個(gè)端子。
在前述說明中，已參考具體的實(shí)施例描述了本發(fā)明和它的好處和 優(yōu)點(diǎn)。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員意識到在不偏離以下權(quán)利要求闡 明的本發(fā)明的范圍下能夠進(jìn)行多種修改和改變。因此，說明書和附圖 被認(rèn)為是示例性的而非限制性的，并且所有這種修改意圖被包括在本 發(fā)明的范圍內(nèi)。好處、優(yōu)點(diǎn)、問題的解決方法和使任何好處、優(yōu)點(diǎn)、 或解決方案產(chǎn)生或變得更加顯著的任何要素，都不認(rèn)為是任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、必需的或基本的特征或要素。如在這里使用的，術(shù)語"包括"、"包含"或它的任何其它變形 意圖覆蓋非排他性的包含，以便包括要素列表的工藝、方法、物品或 設(shè)備不是僅包括那些要素，而是可包括未明確列出的或這種工藝、方 法、物品或設(shè)備固有的其它要素。在這里使用的術(shù)語"包含"和/或"具 有"定義為包括。
權(quán)利要求
1. 一種用于制造圖案化的嵌入電容層的方法，包括 制造陶瓷氧化物層，所述陶瓷氧化物層位于導(dǎo)電金屬層上面，所述導(dǎo)電金屬層位于印刷電路基板上面；在一定區(qū)域內(nèi)穿孔所述陶瓷氧化物層；通過化學(xué)蝕刻，在所述區(qū)域中移除所述陶瓷氧化物層和導(dǎo)電金屬層。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，通過機(jī)械磨蝕和激光燒蝕 中的一種來完成所述穿孔。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述陶瓷氧化物層的厚度 小于1微米。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中，所述陶瓷氧化物層包括由 鈦酸鉛、鋯酸鉛、鈮鎂酸鉛、鈦酸鋇和鈦酸鍶構(gòu)成的組中的材料。
5. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述穿孔移除在所述區(qū)域 內(nèi)的小于百分之五十的所述陶瓷氧化物層。
6. 根據(jù)權(quán)利要求l所述的方法，其中，所述導(dǎo)電金屬層包括銅、 鎳、鉛、鐵、金、鉑、鉻或它們的合金。
全文摘要
公開了一種制造圖案化的嵌入電容層的方法。該方法包括制造(1305、1310)陶瓷氧化物層(510)，其覆在導(dǎo)電金屬層(515)上面，該導(dǎo)電金屬層(515)覆在印刷電路基板(505)上面；在區(qū)域(705)內(nèi)穿孔(1320)陶瓷氧化物層；并通過化學(xué)蝕刻導(dǎo)電金屬層而移除(1325)該區(qū)域中的陶瓷氧化物層和導(dǎo)電金屬層。陶瓷氧化物層的厚度可小于1微米。
文檔編號H01L21/302GK101147240SQ200680009279
公開日2008年3月19日 申請日期2006年2月17日 優(yōu)先權(quán)日2005年3月21日
發(fā)明者格雷戈里·J·鄧恩, 約維察·薩維奇, 羅伯特·T·克羅斯韋爾, 阿龍·V·通加雷, 雅羅斯瓦夫·A·毛蓋勞 申請人:摩托羅拉公司