專利名稱：具有內(nèi)建電容的多層基板及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是有關(guān)于一種多層電路板內(nèi)建電容器及其形成方法，特別是有關(guān)于在電壓層(power plane)及接地層(ground plane)之間內(nèi)建電容器的設(shè)計(jì)。
近年來，不只是集成電路(IC)包括主動(dòng)組件如電晶體或者被動(dòng)組件如電容、電阻等都要求輕、薄、短、小以降低成本，用以連接IC間的印刷電路板(printed，circuit board；PCB)也同時(shí)朝向多層板的設(shè)計(jì)，以因應(yīng)日益增加的電子組件的數(shù)量，此外，一般而言，最基本的多層基板是由一層導(dǎo)線層和一層絕緣層構(gòu)成，而多層板(multiplelayer)則是上述的導(dǎo)電層和絕緣層，依序重復(fù)迭加而成。最上層的板子主要設(shè)計(jì)以承接IC芯片、其它的電子組件(包括電阻、電容及連接端子)、外接電源供應(yīng)及接地，而以下的各層已蝕刻成線路的導(dǎo)線層則用以連接最上層承載的IC芯片及電子組件，每一層導(dǎo)線圖案層再以貫孔(或稱導(dǎo)孔)及貫孔內(nèi)的電鍍導(dǎo)體層(plated through hole)或稱導(dǎo)孔(through hole)加以連接。
如

圖1所示，為減少信號(hào)傳輸時(shí)彼此干擾。通常，多層板的各導(dǎo)體圖案層設(shè)計(jì)也會(huì)將有關(guān)信號(hào)層(signal plane layer)10和電壓層(power plane layer)20及接地層(ground plane layer)30分開，導(dǎo)線層或稱導(dǎo)體層之間則是以介電層材料15，25，例如玻璃纖維，F(xiàn)R4、環(huán)氧樹脂等隔離，然而，即使如此，多層基板的IC操作時(shí)，包括開關(guān)等動(dòng)作時(shí)，將導(dǎo)致電壓層30及接地層20之間電位差的高頻振蕩(highfrequency fluctuations)或接地電壓的反彈波(ground bouncing)的問題，特別是組件速度要求愈來愈快時(shí)，問題就愈嚴(yán)重。為減少上述問題所導(dǎo)致電壓不穩(wěn)所產(chǎn)生的干擾信號(hào)，傳統(tǒng)的做法是將最上層的信號(hào)層上形成一電力環(huán)(power ring)40與一接地環(huán)(ground ring)35，并以一外加旁路電容連接，上述的電力環(huán)及接地環(huán)分別以一導(dǎo)孔(via)連接至電壓層30及接地層20。
上述跨接一電容器，需要增加組裝制程(assembly process)的一額外步驟，因此增加了整體制程的周期時(shí)間(cycle time)，同時(shí)也有可靠度的問題，特別是高頻表現(xiàn)極差，但以目前的IC設(shè)計(jì)而言，特別是用于電腦的主機(jī)板而言，電壓層的電流，一般都會(huì)有超高頻帶(高于200MHZ)范圍操作的問題。另一種傳統(tǒng)方法是利用電壓層30及接地層20之間的介電材料層25的厚度調(diào)整電容量，這種方法于需要較大的電容時(shí)，就減少介電材料層25的厚度，配合以介電層上金屬平行板面積，或增加另一組電壓層30及接地層20。這種方法雖也可解決組裝的周期時(shí)間，然而由于介電材料層25的厚度需要特別調(diào)整，或者增加另一組電壓層及接地層(未圖示)，以增加所需要的電容量。
此外，為了增加數(shù)位信號(hào)的時(shí)脈速度和在更小的空間內(nèi)裝入更多的功能，單一芯片封裝的組件數(shù)量也急劇增多，也因此，單一芯片封裝引腳(lead)的數(shù)目也越來越多，例如針腳格狀陣列封裝技術(shù)(PGA)能容納超過200個(gè)的引腳，以因應(yīng)大量增加的內(nèi)連線數(shù)目。除此之外，更有覆晶構(gòu)裝技術(shù)(flip chip package technique)及球腳格狀陣列技術(shù)(ball grid array；BGA)等等，以因應(yīng)高速組件和高密度輸入/輸出(I/O)接腳的需求。而這些組件由于速度切換極快，信號(hào)傳輸時(shí)彼此干擾的問題將更嚴(yán)重，其承載芯片的基板更迫切需要去耦合的電容器。然而就目前BGA或覆晶封裝而言，由于空間有限，安插電容器相形較一般PCB母板困難，因此有待一發(fā)明以解決上述的問題。
為此，本發(fā)明將提供一有效率且不占最上層信號(hào)層空間的內(nèi)建電容基板以解決上述問題。
本發(fā)明的一目的是提供一種電路板內(nèi)建電容的方法。
本發(fā)明的另一目的是用以解決傳統(tǒng)方法外加電容于最上層信號(hào)層，而增加制程程序的問題。
一種在多層基板內(nèi)建電容的方法，其特征在于該方法至少包含下列步驟形成多個(gè)洞于該多層基板之中，該多個(gè)洞是預(yù)留以做為該多層基板的連接洞，且該多層基板至少包含一第一介電層，一第二介電層及一第三介電層，該第二介電層上下兩面具有第二導(dǎo)體層以預(yù)做為電壓層及一接地層，而該第一介電層及該第三介電層則分別有一第一導(dǎo)體層及一第三導(dǎo)體層，該第二介電層與第二導(dǎo)體層并有貫孔以預(yù)留做為內(nèi)建電容；填入比第二介電層的介電常數(shù)高的電容填充介電材料于上述第二介電層的貫孔中并固化之；以干膜遮蔽該第二導(dǎo)體層需要鍍銅的區(qū)域；施以蝕刻處理，用以去除曝露的第二導(dǎo)體層以分別形成該接地層及該電壓層于該第二介電層的上、下；去除該干膜；鍍銅處理該第二介電層，用以沉積銅層于該接地層及該電壓層上，封住該貫孔以形成電容器；將該第一導(dǎo)體層/該第一介電層/該接地層/該第二介電層/該電壓層/該第三介電層/該第三導(dǎo)體層組裝并熱壓合以形成多層基板雛型；分別圖案化該第一導(dǎo)體層，該第三導(dǎo)體層以形成具有連接線的信號(hào)層；及施以貫孔電鍍以連接該電壓層，及接地層與對(duì)應(yīng)的各該信號(hào)層。
一種具有內(nèi)建電容的多層基板，其特征在于該多層基板至少包含一具有一上信號(hào)層/一第一介電層/一接地層/一第二介電層/一電源層/一第三介電層/一下信號(hào)層的組裝電路板，該組裝電路板具有多個(gè)連接洞；及該第二介電層內(nèi)具有至少一個(gè)已填入一種電容填充介電材料的洞于該電源層及該接地層內(nèi)，以形成電容器，該電容填充介電材料比第二介電層的介電常數(shù)明顯高，且該上信號(hào)層至少包含一接地環(huán)及一電力環(huán)并分別有介層連接至接地層及該電力層。
本發(fā)明是一種具有內(nèi)建電容的多層基板，該多層基板至少包含一具有上信號(hào)層/一第一介電層/一接地層/一第二介電層/一電力層/一第三介電層/下信號(hào)層的組裝電路板，組裝電路板并具有多個(gè)連接洞；且第二介電層內(nèi)具有至少一個(gè)已填入一種電容填充介電材料的洞于電力圖案層及接地圖案層內(nèi)，以形成電容器，電容填充介電材料比第一介電層的介電常數(shù)明顯高，約大兩個(gè)數(shù)量級(jí)，且上信號(hào)層至少包含一接地環(huán)及一電力環(huán)并分別有導(dǎo)孔連接至接地層及電力層，本發(fā)明并提供形成上述多層基板的方法。當(dāng)然，電力層及接地層內(nèi)的第二介電層內(nèi)也可以具有填入第二或第三種電容填充介電材料以形成不同電容量的電容器。本發(fā)明并提供具內(nèi)建電容的多層基板的方法。
本發(fā)明具有的優(yōu)點(diǎn)(1)以本發(fā)明提供的多層基板內(nèi)建電容方式相較于傳統(tǒng)方法而言非常簡單，且可使得設(shè)計(jì)工程師更加有彈性及效率。
(2)本發(fā)明的內(nèi)建電容可以依電容量需求調(diào)整電容介電層材料，同時(shí)也可以容許不同導(dǎo)孔位置填入不同介電常數(shù)的材料，當(dāng)然也可以同時(shí)調(diào)整電壓層與接地層之間介電層厚度。
本發(fā)明的較佳實(shí)施例將于往后的說明文字中輔以下列圖形做更詳細(xì)的闡述圖1顯示傳統(tǒng)方法的多層印刷電路板以旁路電容跨接于電力環(huán)與接地環(huán)之間的示意圖。
圖2顯示依據(jù)本發(fā)明的方法所形成具有內(nèi)建電容多層基板板的示意圖。
圖3顯示依據(jù)本發(fā)明的方法，形成導(dǎo)孔于多層基板的各層介電層的示意圖。
圖4顯示依據(jù)本發(fā)明的方法，形成內(nèi)建電容于多層基板的電壓層及接地層之間的示意圖。
圖5顯示依據(jù)本發(fā)明的方法，最后所形成具有內(nèi)建電容多層基板的示意圖。
有監(jiān)于如發(fā)明背景所述，多層基板為電子組件開關(guān)等動(dòng)作時(shí)，導(dǎo)致電壓層及接地層之間的高頻振蕩或接地電壓的反彈波(groundbouncing)的問題，特別是高速組件速度所造成的問題，需要外加旁路電容連接電力環(huán)(power ring)與接地環(huán)(ground ring)，或者額外設(shè)計(jì)電壓層和電壓層之間介電層厚度產(chǎn)生電容以濾除電壓不穩(wěn)定所造成干擾信號(hào)的問題。但如此將需額外的步驟安裝，徒增制程時(shí)間，同時(shí)調(diào)整的彈性也不大。特別是球腳格狀陣列BGA或覆晶封裝基板由于空間限制要加入電容于最上層信號(hào)層就更形困難，本發(fā)明提供的方法將可有效解決上述問題為方便起見本發(fā)明的一實(shí)施例是以四層基板，各層之間和發(fā)明背景所述相同，以做為說明，但這并不代表限制本發(fā)明的范圍，凡熟悉該項(xiàng)技藝的人士當(dāng)可運(yùn)用本發(fā)明的精神做修飾或修改，都應(yīng)屬于本發(fā)明的范圍。
由于電力環(huán)和接地環(huán)之間需要一足夠大的電容以過濾信號(hào)脈沖所致的反彈波以提供穩(wěn)定電壓，并減低干擾信號(hào)。本發(fā)明提供的多層基板是如圖2所示的四層板示意圖，由下而上分別為下信號(hào)層120A(signal plane)、電壓層130A(power plane)、接地層140A(groundplane)及上信號(hào)層150A。最上層的導(dǎo)線層，即上信號(hào)層150A，是用以承載IC芯片，及其它電子組件?；騿我恍酒?，就BGA的承載基板而言，IC芯片的電源接腳(未圖示)透過導(dǎo)線而和電力環(huán)160連接，而IC芯片的接地接腳則和接地環(huán)155連接。接地環(huán)155和電力環(huán)160則由導(dǎo)孔162，164分別和接地層140A及電壓層130A的及各層導(dǎo)線連接。此外，第二介電層135更有額外的導(dǎo)孔以形成內(nèi)建電容。這些額外的導(dǎo)孔可填入不同介電常數(shù)的材料，以得到所需的電容值。由于PCB的導(dǎo)電層間的介電材料，例如BT樹脂或FR-4介電常數(shù)約僅為3.5至4.5之間而已，因此若以傳統(tǒng)的制造方法，即利用較薄的玻璃纖維板或環(huán)氧樹脂板，就必須將其中電壓層130及接地層140間距離調(diào)整至甚薄例如0.0015英寸或更小，配合調(diào)整電壓層和接地層金屬面積，而如果利用本發(fā)明的方法，則只需在既有的導(dǎo)孔或貫孔填入高兩個(gè)數(shù)量級(jí)的介電層材料即可提高百倍的電容值，并且可以依各種電路的需要調(diào)整材料就可獲得所需的電容，因此可以克服各種高頻、高速電流切換情況需要的電容大小，當(dāng)然本發(fā)明的內(nèi)建電容也可以除變換介電層材料外，再利用電壓層和接地層的距離做調(diào)整。
本發(fā)明的內(nèi)建電容于多層基板中的方法，描述如下請(qǐng)參考圖3的示意圖。首先將預(yù)定組裝的多層基板迭合并進(jìn)行鉆孔以形成多個(gè)洞105于多層基板之中，多個(gè)洞105是預(yù)留以做為多層基板的連接洞，接著，將上述已鉆孔的多層基板分開，以分開處理，另外再視需要鉆一個(gè)或以上的孔108于第二介電層135中以供形成內(nèi)建電容之用。在此所稱的多層基板至少包含一第二介電層135，一第一介電層145及一第三介電層125，第二介電層通常為低介電常數(shù)的BT環(huán)氧樹脂且上下兩面各具有第二導(dǎo)體層130及140以預(yù)做為電壓層及一接地層，而第一介電層150上則有導(dǎo)體層例如銅箔以保留做為上信號(hào)層，同時(shí)第三介電層120上則也有銅箔以保留做為下信號(hào)層。以一較佳的實(shí)施例而言，BT基板約厚0.25-0.6mm，而多個(gè)洞105的孔徑約為200-250μm。
接著，請(qǐng)參考圖4，將上述已鉆孔的多層基板分開以分開處理。首先，將第二介電層135中需要形成電容的貫孔108以網(wǎng)板印刷的方式填以高介電常數(shù)的電容填充材料138，此時(shí)不需要形成內(nèi)建電容的其它洞105是被蓋住的以避免也形成內(nèi)建電容。電容填充介電材料138，例如為粉末狀的BaTiO3和有機(jī)材料的混合體，之后，再以干膜(dry film)遮蔽第二介電層135的所要需要鍍銅的區(qū)域，并蝕刻所有曝露的部分，在干膜去除的后，再以鍍銅處理，以形成兩導(dǎo)體層139于第二介電層135上、下導(dǎo)體層140A，130A上，用以封住已填入電容填充介電材料138的導(dǎo)孔以形成平行板電容器，以上述的BT基板，第二介電層135而言，若填入的介電常數(shù)為20-200即可產(chǎn)生0.1μF至數(shù)μF的電容。
請(qǐng)參考圖5，將一第一導(dǎo)體150/該第一介電層145/具有接地層圖案140A及電壓層圖案130A的第二介電層135/該第三介電層125/一第三導(dǎo)體層120熱壓合后以形成多層基板雛型。隨后，再分別圖案化該第一導(dǎo)體150，第三導(dǎo)體層120以形成上、下信號(hào)層圖案150A及120A，并至少在第二導(dǎo)體150A，及該第三導(dǎo)體層120A的其中之一形成至少一接地環(huán)155及一電力環(huán)160，最后再施以貫孔電鍍鍍上導(dǎo)體，銅層164及162，以連接電力環(huán)160與電壓層圖案130A及接地環(huán)155與接地層圖案140A請(qǐng)結(jié)果請(qǐng)請(qǐng)考圖5。
本發(fā)明僅以較佳實(shí)施例說明如上，并非用以限定本發(fā)明的申請(qǐng)范圍；凡熟習(xí)該項(xiàng)技藝人士，在未脫離本發(fā)明的精神下，當(dāng)可作些許改變或修飾，其專利保護(hù)范圍均應(yīng)包含在權(quán)利要求內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種具有內(nèi)建電容的多層基板制造方法，其特征在于該方法至少包含下列步驟形成多個(gè)洞于該多層基板之中，該多個(gè)洞是預(yù)留以做為該多層基板的連接洞，且該多層基板至少包含一第一介電層，一第二介電層及一第三介電層，該第二介電層上下兩面具有第二導(dǎo)體層以預(yù)做為電壓層及一接地層，而該第一介電層及該第三介電層則分別有一第一導(dǎo)體層及一第三導(dǎo)體層，該第二介電層與第二導(dǎo)體層并有貫孔以預(yù)留做為內(nèi)建電容；填入比第二介電層的介電常數(shù)高的電容填充介電材料于上述第二介電層的貫孔中并固化之；以干膜遮蔽該第二導(dǎo)體層需要鍍銅的區(qū)域；施以蝕刻處理，用以去除曝露的第二導(dǎo)體層以分別形成該接地層及該電壓層于該第二介電層的上、下；去除該干膜；鍍銅處理該第二介電層，用以沉積銅層于該接地層及該電壓層上，封住該貫孔以形成電容器；將該第一導(dǎo)體層/該第一介電層/該接地層/該第二介電層/該電壓層/該第三介電層/該第三導(dǎo)體層組裝并熱壓合以形成多層基板雛型；分別圖案化該第一導(dǎo)體層，該第三導(dǎo)體層以形成具有連接線的信號(hào)層；及施以貫孔電鍍以連接該電壓層，及接地層與對(duì)應(yīng)的各該信號(hào)層。
2.如權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)建電容的多層基板制造方法，其特征在于還包含在第一導(dǎo)體層，及該第三導(dǎo)體層的其中之一形成至少一電壓環(huán)及一接地環(huán)，該電壓環(huán)及接地環(huán)并分別連接至電源層及接地層。
3.如權(quán)利要求1所述的具有內(nèi)建電容的多層基板制造方法，其特征在于還包含在上述第一介電層的多個(gè)洞的其中若干個(gè)填入第二種電容填充介電材料于其內(nèi)，該第二種電容填充介電材料的介電常數(shù)不同于第一介電層及上述的電容填充介電材料的介電常數(shù)，用以形成不同電容量的電容器。
4.一種具有內(nèi)建電容的多層基板，其特征在于該多層基板至少包含一具有一上信號(hào)層/一第一介電層/一接地層/一第二介電層/一電源層/一第三介電層/一下信號(hào)層的組裝電路板，該組裝電路板具有多個(gè)連接洞；及該第二介電層內(nèi)具有至少一個(gè)已填入一種電容填充介電材料的洞于該電源層及該接地層內(nèi)，以形成電容器，該電容填充介電材料比第二介電層的介電常數(shù)明顯高，且該上信號(hào)層至少包含一接地環(huán)及一電力環(huán)并分別有介層連接至接地層及該電力層。
5.如權(quán)利要求4所述的具有內(nèi)建電容的多層基板，其特征在于還包含有第二種電容填充介電材料于上述第二介電層的所形成的電容，第二種電容填充介電材料的介電常數(shù)不同于第一介電層及電容填充介電材料的介電常數(shù)。
6.如權(quán)利要求4所述的具有內(nèi)建電容的多層基板，其特征在于該多層基板是用以承載BGA芯片或覆晶芯片組或做為印刷電路母板使用。
全文摘要
一種具有內(nèi)建電容的多層基板,本發(fā)明利用電壓層和接地層之間的貫孔填入一種或一種以上的高介電常數(shù)的材料,貫孔上下并予以電鍍以做為電容極板,因此而產(chǎn)生內(nèi)建多個(gè)內(nèi)建不同電容量的電容器,用以去耦合電壓層和接地層之間因高頻操作所產(chǎn)生的干擾信號(hào)。
文檔編號(hào)H05K1/16GK1376021SQ01109168
公開日2002年10月23日 申請(qǐng)日期2001年3月16日 優(yōu)先權(quán)日2001年3月16日
發(fā)明者蔡進(jìn)文, 吳忠儒, 林蔚峰 申請(qǐng)人:矽統(tǒng)科技股份有限公司