专利名称：具有盲通孔的电容器内嵌式印刷电路板及其制造方法
技术领域：
本发明主要涉及印刷电路板及其制造方法，尤其涉及具有一个或多个盲通孔(blind via hole)的电容器内嵌式印刷电路板及其制造方法，该盲通孔用于在集成电路封装或印刷电路板的狭窄区域中提供高的电容值。
背景技术：
随着半导体系统近来朝着高集成和高速度的发展，整个系统包括半导体芯片的操作速度和性能是由外部因素以及半导体芯片的内部因素决定的。因此，最重要的设计因素就是确保在半导体芯片内部和外部的信号完整性。
此外，在电子系统中，半导体芯片的高速开关和高频信号的传输产生了归因于电磁干扰的噪声。尤其，在高密度电路设计中在相邻线路和输入/输出管脚间的串扰噪声和同期的开关噪声是导致信号完整性降低的因素。
因此，必须克服诸如接地跳动和电源跳动(ground bouncing and powerbouncing)的问题，它们是由于大量半导体芯片装配在高密度的印刷电路板(PCB)上由此消耗大量电能的问题导致的。因此，去耦电容器和旁路电容器的作用非常重要。
因为常规无源电路元件由于归因于引线的电感值，会在不希望的频段内产生共振，所以在用于PCB的高密度装配技术领域提出了将无源元件插入PCB中以克服这个问题的方案。
到目前为止，离散芯片电阻器或离散芯片电容器已经装配在大多数PCB表面上。然而，最近已经研发了内嵌电阻器或电容器的PCB。
在这样的内嵌式PCB中，电容器被掩埋于PCB的外部或内部。集成为PCB一部分的电容器被称为“内嵌(掩埋)电容器”，并且包含这种电容器的板被称为“电容器内嵌式PCB”而不管PCB的尺寸如何。
通常，电容器内嵌式PCB技术可主要分为四种方法。
第一种方法是聚合物厚膜型电容器实施方法，该方法通过涂敷聚合物电容器膏并对膏进行热处理也就是将膏干燥来产生电容器。这种方法是通过将聚合物电容器膏涂敷到PCB内层并将膏干燥后印刷和干燥铜膏以形成电极从而制造内嵌电容器。
第二种方法是内嵌式离散型电容器实施方法，该方法通过在PCB上涂敷填充陶瓷的光电介质树脂来产生电容器。关于这种方法，美国Motorola公司拥有相关的专利技术。这种方法产生离散电容器是通过在PCB上涂敷含有陶瓷粉末的光电介质树脂、将铜箔碾压形成上下电极、形成电路图案、然后蚀刻光电介质树脂。
第三种方法是这样的方法将具有电容特性的分离电介质插入PCB的内层中以取代装配在PCB表面上的去耦电容器来产生电容器。关于这种方法，美国Sanmina SCI公司拥有相关的专利技术。这种方法是通过将包含电源电极和接地电极的电介质插入PCB的内层中来产生电源分布去耦电容器。
第四种方法涉及内嵌电容器的PCB及其制造方法，其中具有高电介质常数并由BaTiO3和环氧化合物组成的聚合体电容器膏是在PCB内层的通孔中进行充电。关于这种方法，韩国Samsung Electro-Mechanics有限公司拥有相关的专利技术。这种方法包括八个步骤，从通过在PCB中形成通孔来在铜箔分层板的所需部分中形成多个内层通孔的步骤，到镀制外层通孔和穿孔的内壁的步骤。
图1A至1N是示出制造内嵌电容器的PCB的现有技术方法的流程的截面图，该方法与上述四种方法中的第二种相关。
首先，制备铜分层板，其中第一铜箔层12形成在绝缘层11上，如图1A所示，然后光-电介质材料层13涂敷在第一铜箔层12上，如图1B所示。
之后，第二铜箔层14层叠在光-电介质材料层13上，如图1C所示，并且感光膜20a层叠在第二铜箔层上，如图1D所示。
之后，如图1E所示，使其上形成有所需电容器图案的光掩模30a与感光膜20a紧密接触，并将紫外光40a照射到光掩模30a上。此时，紫外光40a穿过光掩模30a的未印刷部分31a，由此形成光掩模30a下的感光膜20a中的设置部分21a，而紫外光40a无法穿过光掩模30a的已印刷的暗部分32a，使得光掩模30a下的感光膜20a中的部分22a保持未设置。
之后，如图1F所示，在去除光掩模30a之后，感光膜20a的未设置部分22a通过执行显影工序来去除，使得感光膜20a的设置部分21a得以保留。
如图1G所示，通过利用感光膜20a的设置部分21a作为抗蚀剂来对第二铜箔层14进行蚀刻，在第二铜箔层14中形成内嵌电容器的上部电极层14a。
如图1H所示，在去除感光膜20a的设置部分21a之后，利用上部电极层14a作为掩模，令紫外光40b照射在光-电介质材料层13上。此时，其上未形成上部电极层14a的光-电介质材料层13的一部分吸收紫外光40b，并形成可在显影工序中利用特殊溶剂(例如Gamma-Butyrolactone(GBL))来溶解的反应部分13b，其上形成有上部电极层14a的光-电介质材料层13的一部分不吸收紫外光40b并形成不反应的部分13a。
之后，如图1I所示，通过显影工序去除与紫外光40b进行反应的部分13b，内嵌电容器的电介质层13a在光-电介质材料层13上形成。
之后，如图1J所示，第一铜箔层12、电介质层13a和上部电极层14a涂敷以感光树脂20b。
之后，如图1K所示，在已使其上形成有所需电路图案的光掩模30b与感光树脂20b相接触后，照射紫外光40c。此时，紫外光40c穿过光掩模30b的未印刷部分31b，并形成光掩模30b下的感光膜20b中的设置部分21b，而紫外光40c无法穿过光掩模30b的已印刷的暗部分32b，使得光掩模30b下的感光膜20b中的部分22b保持未设置。
之后，如图1L所示，在去除光掩模30b之后，感光膜20b的未设置部分22b通过执行显影工序来去除，使得感光膜20b的设置部分21b得以保留。
此外，如图1M所示，通过利用感光树脂20b的设置部分21b作为抗蚀剂来对第一铜箔层12进行蚀刻，在第一铜箔层12中形成内嵌电容器的下部电极层12a和电路图案12b。
最后，如图1N所示，去除感光树脂20b的设置部分21b。之后，当层叠了绝缘层，并且执行了电路图案形成工序、抗焊剂形成工序、镀镍/金工序以及轮廓形成工序时，制造出内嵌电容器的PCB 10。
授予Motorola公司的美国专利第6,349,456号示意性地公开了一种制造上述现有技术的内嵌电容器的PCB 10的方法。
如上所述，所制造的现有技术的内嵌电容器的PCB 10表现为预定的电容，电介质层13a形成在两个电极层12a和12b之间。
因此，现有技术的内嵌电容器的PCB 10的内嵌电容器电容值由内嵌电容器的横截面、两个电极层12a和14a之间的距离以及电介质层13a的电介质常数决定。
然而，由于基于现有技术方法的IC封装或PCB中使用的内嵌电容器被构造为利用衬底层之间的平面铜板而具有平面形式，因此现有技术的内嵌电容器由于无法实现高电容值而具有结构问题。
发明内容
因此，本发明是针对于现有技术中的问题作出的，本发明的目的是提供一种利用盲通孔而具有高电容值的电容器内嵌式PCB及其制造方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种具有一个或多个盲通孔的电容器内嵌式PCB，包括电介质层；形成在电介质层下的下电极层；以及形成在电介质层上的上电极层，配置为具有向内形成的一个或多个第一盲通孔。
在本发明的另一优选实施例中，该内嵌电容器的PCB还包括形成在下电极层下的绝缘层，其中下电极层包括向内形成的一个或多个第二盲通孔。
为了实现上述目的，本发明提供了一种制造具有一个或多个盲通孔的电容内嵌式PCB的方法，包括步骤(A)在电介质层一面向内形成一个或多个盲通孔；以及(B)通过在电介质层两面以及盲通孔的内壁上形成电镀层，形成上电极层和下电极层，以便提供到盲通孔的导电性。
为了实现上述目的，本发明提供了一种制造具有一个或多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的方法，包括步骤(A)在绝缘层的一面中形成一个或多个第一盲通孔；(B)通过在包括第一盲通孔的绝缘层的表面上形成镀层，形成下电极层，以便提供对第一盲通孔的导电性；(C)在下电极层上形成电介质层；(D)在电介质层中向内形成一个或多个第二盲通孔；以及(E)通过在电介质层以及第二盲通孔的内壁上形成镀层，形成上电极层，以便提供对第二盲通孔的导电性。
从结合附图进行的如下详细描述中，将更为清楚地理解本发明的上述以及其他目的、特征和优点，在附图中图1A至图1N是示出制造现有技术的内嵌电容器的PCB的方法的流程的截面图；图2A是根据本发明实施例在上部电极层中具有盲通孔的电容器内嵌式PCB的透视图；图2B是图2A沿W-W’线的截面图，图2A示出具有盲通孔的电容器内嵌式PCB；图3A至图3D是根据本发明实施例制造在上部电极层中具有单个盲通孔的电容器内嵌式PCB的方法流程的截面图；图4A是根据本发明第二实施例在上部电极层中具有多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的透视图；图4B是图4A沿X-X’线的截面图，图4A示出具有盲通孔的电容器内嵌式PCB；图5A至图5D是根据本发明第二实施例制造在上部电极层中具有多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的方法流程的截面图；图6A是根据本发明第三实施例在上部和下部电极层中具有盲通孔的电容器内嵌式PCB的透视图；
图6B是图6A沿Y-Y’线的截面图，图6A示出具有盲通孔的电容器内嵌式PCB；图7A至图7H是根据本发明第三实施例制造在上部和下部电极层的每一层中具有盲通孔的电容器内嵌式PCB的方法流程的截面图；图8A是根据本发明第四实施例在上部和下部电极层中具有多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的透视图；图8B是图8A沿Z-Z’线的截面图，图8A示出具有盲通孔的电容器内嵌式PCB；以及图9A至图9H是根据本发明第四实施例制造在上部和下部电极层的每一层中具有多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的方法流程的截面图。
具体实施例方式
现在将参照附图，其中相同的标号是遍及不同的附图用于指示相同或相似的组件。
根据本发明的具有盲通孔的电容器内嵌式PCB及其制造方法是参照附图详细说明的。
图2A是示出根据本发明实施方式在上电极层中具有盲通孔的电容器内嵌式PCB的透视图，图2B是图示具有盲通孔的电容器内嵌式PCB的图2A沿线W-W’的截面图。
如图2A和图2B所示，根据本发明实施例具有盲通孔B的电容器内嵌式PCB 100包含电介质层101、具有盲通孔B的上电极层102和下电极层103。
优选的，电介质层101由具有高电介质常数的材料制成以便提高电容值。
上电极层102在电介质层101上形成，包含向内形成的单个盲通孔B。尽管上电极层102可以由任何具有高电导率的材料制成，优选的是上电极层102由Cu制成，Cu主要用在PCB中并具有高电导率。
下电极层103在电介质层101下形成，可以由任何具有高电导率的材料制成，就像上电极层102。
如上所述，根据本发明实施例的内嵌电容器的PCB包含由向内形成的单个盲通孔B，使得内嵌电容器的横截面增加并且上电极层102和下电极层103之间的距离减少，于是电容值增加。
图3A到3D是示出根据本发明实施例在上电极层中有单个盲通孔的电容器内嵌式PCB的制造方法流程的截面图。
如图3A所示，制备原板110，其包含电介质层101以及在电介质层101的两面上形成的铜箔102a和103a。
在本例中，优选的是，用在原板110中的电介质层101是由具有高电介质常数的材料制成使得电容值增加。
如图3b所示，单窗A在电介质层101的上铜箔102a中的预定位置由光刻工艺形成。
窗A的形成方法是这样进行的在上铜箔102a上涂敷干膜或感光材料以形成抗蚀剂，用曝光和显影工艺在所需位置形成窗图案A，运用光刻工艺将铜箔102a上对应窗图案A的部分去除，然后用剥离工艺去除在电介质层101的上铜箔102a上涂敷的干膜或感光材料，从而在上铜箔102a的预定位置形成窗A。在显影工艺中，Na2CO3或K2CO3更适宜用于显影剂，在剥离工艺中，更适宜使用包括NaOH或KOH的剥离溶液。
如图3C所示，单个盲通孔B是通过在预定位置使用激光和窗A形成电介质层101来形成。
当形成盲通孔B时，如果盲通孔B的底表面和下铜箔102b接触，就会产生短路。相应地，优选将盲通孔B的深度保持适宜。
CO2激光可作为该激光使用。
在优选的实施例中，在用激光工艺形成单个盲通孔B后，优选额外实施去污工艺，该工艺消除了在生成盲通孔B的同时受热熔化的电介质层101在盲通孔B的内壁上形成的污渍。
在另一个优选的实施例中，盲通孔B可以用Yttrium Aluminum Garnet(YAG)激光而不是CO2激光来形成。在这个实例中，YAG激光可以处理在电介质层101上形成的铜箔102a，以至盲通孔无需图3B所示的窗形成工艺就能形成。
如图3D所示，当镀层102a和103b是利用具有高电导率的材料(例如铜)来形成以便电连接一个盲通孔B的内壁时，制造出在其一面上包括盲通孔B的内嵌电容器。
在这个实例中，在电介质层101的上面上的铜箔102a和镀层102b构成了电容器的上电极层102，在其下面上的铜箔103a和镀层103b构成了下电极层103。
图4A是根据本发明第二实施例在上电极层中具有多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的透视图。图4B是沿着图4A的X-X’线的截面图，图4A示出具有盲通孔的电容器内嵌式PCB。
如图4A和4B所示，根据本发明第二实施例具有盲通孔D的电容器内嵌式PCB 200包括电介质层201、具有多个盲通孔D的上电极层202和下电极层203。
优选电介质层201由具有高电介质常数的材料制成以增加电容值。
上电极层202在电介质层201上形成，并包括多个向内形成的盲通孔D。上电极层202可以是任何具有高电导率的材料。
下电极层203在电介质层201下形成，就像上电极层202一样，可以由任何具有高电导率的材料制成。
表1示出了用于根据本发明第二实施例具有九个盲通孔的内嵌电容器的电容值的以及没有盲通孔的现有技术的内嵌式电容器的电容值的仿真数据。在这个实例中，条件是一样的，包括内嵌式电容器的横截面、两个电极层之间的距离和电介质层的电介质常数。
表1
如表1所示，根据本发明具有九个盲通孔的内嵌式电容器的电容值高于现有技术的没有盲通孔的内嵌式电容器的电容值，因此本发明能提供高容量的电容器内嵌式PCB。
图5A到5D是截面图，示出根据本发明第二实施例在上电极层中具有多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的制造方法的流程。
如图5A所示，制备原板201，其包括电介质层201和在它两面上形成的铜箔202a和203a。
在这个实施例中，优选原板210的电介质层201由具有高电介质常数的材料制成以增加电容值。
如图5B所示，多个窗C在电介质层201的上铜箔202a中在预定位置用光刻工艺生成。
如图5C所示，多个盲通孔D是通过使用激光和在电介质层201的上铜箔202a中形成的窗C对电介质层101进行处理来形成。
当盲通孔D形成时，如果盲通孔D的下表面与下铜箔102b接触，就会产生短路。相应地，优选保持盲通孔D的深度适宜。
CO2激光或YAG激光能够作为激光使用。可进一步实施去污工艺，用于消除在盲通孔D的内壁上形成的污渍。
如图5D所示，当镀层202a和203b利用具有高电导率的材料来形成以便电连接盲通孔D的内壁时，实现了在其一面上包括多个盲通孔的内嵌电容器。
在这个实施例中，在电介质层201的上面上的铜箔202a和镀层202b组成电容器的上电极层102，在它的下面上的铜箔203a和镀层203b组成下电极层。
图6A是根据本发明第三实施例在上和下电极层上具有盲通孔的电容器内嵌式PCB的透视图。图6B是图6A的沿Y-Y’线的截面图，图6A示出具有盲通孔的电容器内嵌式PCB。
如图6A和6B所示，根据本发明第三实施例具有盲通孔F和H的电容器内嵌式PCB 300包括绝缘层301、具有第一盲通孔F的下电极层302、电介质层303和具有第二盲通孔H的上电介质层304。
绝缘层301用于支持在其上形成的内嵌电容器的下电极层302、电介质层303和上电极层304。
下电极层302在绝缘层301上形成，并且包括向内形成的第一盲通孔F。下电极层302可以由任何具有高电导率的材料制成。
优选的，电介质层303由具有高电介质常数的材料制成以增加电容值。
上电极层304在电介质层303上形成，并且包括向内形成的第二盲通孔H。上电极层304也可以由任何具有高电导率的材料制成，就像下电极层302。
图7A到7H是根据本发明第三实施例在上电极层和下电极层中具有盲通孔的电容器内嵌式PCB的制造方法流程的截面图。
如图7A所示，制备原板310，其包括电介质层301和在其一面上生成的铜箔302a。
如图7B所示，第一窗E在铜箔302a中形成，是用光刻工艺在绝缘层301的一面上在所需位置形成。
如图7C所示，第一盲通孔F是用激光和在绝缘层301的上铜箔302a中形成的第一窗E来对绝缘层301进行处理而形成的。
在这个实施例中，优选进一步实施用于消除在盲通孔F的内壁上产生的污渍的去污工艺。
如图7D所示，为了电传导，传导性是通过在第一盲通孔F的内壁上形成镀层302b来提供的。
在这个实施例中，绝缘层301的上铜箔302a和镀层302b组成内嵌电容器的下电极层302。
如图7E所示，在电介质层303在下电极层302上被层叠之后，铜箔304a在电介质层303上被层叠。
优选电介质层303具有高电介质常数以增加电容值。
如图7F所示，第二窗G在铜箔304a内形成，是利用光刻工艺在电介质层303上形成。
在这个实施例中，第二窗G的位置能够直接设置在第一盲通孔F的位置上方。当第二通孔在后续工艺中用第二窗G来形成时，该位置能防止第二通孔与下电极层302接触并因而产生短路。
如图7G所示，第二盲通孔H是通过用激光和第二窗G来处理电介质层303而产生。
在这个实施例中，优选进一步实施用于消除在盲通孔H的内壁上产生的污渍的去污工艺。
如图7H所示，当镀层304b在一个第二盲通孔H的内壁上形成以提供电传导并且提供了传导性时，实现了在其两面上包括盲通孔F和H的内嵌电容器。
形成在绝缘层303上的铜箔304a和镀层304b构成了内嵌式电容器的上电极层304。
图8A是根据本发明第四实施例在上部和下电极层中具有多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的透视图。图8B是图8A沿Z-Z’线的截面图，图8A示出具有盲通孔的电容器内嵌式PCB。
如图8A和图8B所示，根据本发明第四实施例具有盲通孔J和L的电容器内嵌式PCB 400包括绝缘层401、具有多个第一盲通孔J的下电极层402、电介质层403以及具有多个第二盲通孔L的上电极层404。
绝缘层401用于支撑在其上形成的内嵌电容器400的下电极层402、电介质层403和上电极层404。
下电极层402形成在绝缘层401上，并包括向内形成的第一盲通孔J。下电极层402可由具有高电导率的任何材料制成。
优选地，电介质层403由具有高电介质常数的材料制成以便提高电容值。
上电极层404在电介质层303上形成，并包括向内形成的第二盲通孔L。上电极层404和下电极层402一样，可由具有高电导率的任何材料制成。
表2示出了用于根据本发明第四实施例在上和下电极层的每一层中具有九个盲通孔的内嵌电容器的电容值的以及不具有盲通孔的现有技术的内嵌电容器的电容值的仿真数据。在此例中，条件是相同的，包括内嵌电容器的横截面、两个电极层间的距离以及电介质层的电介质常数。
表2
如表2所示，根据本发明具有九个盲通孔的内嵌电容器的电容值是高于不具有盲通孔的现有技术的内嵌电容器的电容值，这样就实现了高容量的电容器内嵌式PCB。
图9A至图9H是截面图，示出了根据本发明第四实施例制造在上和下电极层的每一层中具有多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的方法的流程。
如图9A所示，制备原板410，其包括电介质层401和在其一面上形成的铜箔402a。
如图9B所示，利用光刻工艺在绝缘层401一面上的铜箔402a中在预定位置形成多个第一窗I。
如图9C所示，通过利用激光和在绝缘层401的上铜箔402a中形成的多个第一窗I对绝缘层401进行处理来形成多个第一盲通孔J。
如图9D所示，在第一盲通孔J的内壁上形成镀层302b，以便提供电传导，从而提供传导性。
在本例中，绝缘层401的上铜箔402a和镀层402b构成了内嵌式电容器400的下电极层402。
如图9E所示，在电介质层403层叠在下电极层402上后，将铜箔404a层叠在电介质层403上。
如图9F所示，利用光刻工艺在铜箔404a上形成多个第二窗K，铜箔404a形成在电介质层403上。
第二窗K的位置可直接设置在第一盲通孔J的位置上方。
如图9G所示，通过利用激光和第二窗K对电介质层403进行处理，形成多个第二盲通孔L。
在本例中，优选地是进一步执行去污工艺，以便去除形成在盲通孔L的内壁上的污渍。
如图9H所示，当镀层404b在第二盲通孔L的内壁上形成以提供电传导并且提供传导性时，就实现了在原板的两面上包括盲通孔的内嵌电容器。
绝缘层403内形成的铜箔404a和镀层404b构成了内嵌式电容器的上电极层404。
如上所述，根据本发明的内嵌电容器的PCB及其制造方法，利用盲通孔能够实现三维铜板，由此实现高电容值，使得本发明能够有效地应用于小型电子设备，如移动电话和移动图片专家组-1音频第3层(MP3)播放器，其中必须在狭小的衬底上使用大量元件。并且，可以在小面积上实施大量的电容器。
尽管为了进行说明公开了本发明的优选实施例，但是本领域的技术人员将会理解，不脱离如所附权利要求中公开的本发明的范围和主旨，可以有各种变形、添加和删减。
权利要求
1.一种具有一个或多个盲通孔的电容器内嵌式印刷电路板(PCB)，包括电介质层；形成在电介质层下的下电极层；以及形成在电介质层上的上电极层，配置为具有向内形成的一个或多个第一盲通孔。
2.根据权利要求1的电容器内嵌式PCB，还包括形成在下电极层下的绝缘层；其中下电极层包括向内形成的一个或多个第二盲通孔。
3.根据权利要求2的电容器内嵌式PCB，其中第一盲通孔中的至少一个以及第二盲通孔中的至少一个在垂直于下电极层表面的方向上形成在相同的位置。
4.一种制造具有一个或多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的方法，包括步骤(A)在电介质层的一面中向内形成一个或多个盲通孔；以及(B)通过在电介质层的两面以及盲通孔的内壁上形成镀层，形成上电极层和下电极层，以便提供对盲通孔的导电性。
5.一种制造具有一个或多个盲通孔的电容器内嵌式PCB的方法，包括(A)在绝缘层的一面中形成一个或多个第一盲通孔；(B)通过在包括第一盲通孔的绝缘层的表面上形成镀层，形成下电极层，以便提供对第一盲通孔的导电性；(C)在下电极层上形成电介质层；(D)在电介质层中向内形成一个或多个第二盲通孔；以及(E)通过在电介质层以及第二盲通孔的内壁上形成镀层，形成上电极层，以便提供对第二盲通孔的导电性。
6.根据权利要求5的方法，其中形成第二盲通孔的步骤(D)是通过使第一盲通孔中的至少一个以及第二盲通孔中的至少一个在垂直于下电极层表面的方向上形成在相同的位置来执行。
全文摘要
在此公开的是一种电容器内嵌式PCB及其制造方法。该电容器内嵌式PCB包括电介质层、在电介质层下形成的下电极层和在电介质层上形成的并且配置为具有一个或多个向内产生的第一盲通孔的上电极层。
文档编号H05K3/00GK1835657SQ200610007410
公开日2006年9月20日 申请日期2006年2月8日 优先权日2005年3月18日
发明者金汉 , 柳昌明, 李英宰 申请人:三星电机株式会社