專利名稱：備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于多層電路模組(multi-layer circuit module)，特別是，關(guān)于一種高整合多層電路模組及此電路模組的設(shè)計和整合方法，此電路模組備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋的被動元件。
傳統(tǒng)的設(shè)計方法通常是把系統(tǒng)劃分成為數(shù)個次模組(sub-module)的組合，然后針對各次模組先單獨設(shè)計與測試，再整合起來完成整個系統(tǒng)的設(shè)計，如圖2所示。圖2的無線通信系統(tǒng)包含一天線201、一濾波器202、平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器203、一高頻開關(guān)(high frequencyswitch)204、一晶體管(transistor)205、一快閃存儲模組206、周邊被動(passive)元件207、一基頻集成電路元件208，和一射頻(radio frequency)集成電路元件209。周邊被動元件包括電容(capacitor)、電阻(resistor)和電感(inductor)。
因為現(xiàn)今無線通信系統(tǒng)的復(fù)雜性，此種傳統(tǒng)的設(shè)計與開發(fā)方式是相當(dāng)繁雜與困難。尤其是在相互整合時，為符合產(chǎn)品特性及機(jī)構(gòu)上的需求，各次模組常常需要作部分的修改，以達(dá)到系統(tǒng)最佳整合結(jié)果。所以，在整合時將增加研發(fā)成本及時間。
此外，在現(xiàn)今產(chǎn)品輕薄短小多功能的趨勢下，這樣的整合方式將漸漸無法滿足最后產(chǎn)品的需求。時下電路整合技術(shù)，是利用FR4基板疊壓制作出多層的架構(gòu)，如圖3所示。
從圖3的剖面圖可看出，頂整合層(top integration layer)302包括一頂層集成電路306、頂層被動元件307，和一頂層主動元件308。底層(bottom integration layer)305包括底層被動元件309和311、一底層集成電路310，和一底層主動元件312。內(nèi)部接線層(inter-connection layer)303在各元件之間提供信號接線路徑(signal connection path)，并且隔離接地面(shieleding ground plane)304將元件和信號接線路徑隔離，以避免電磁的干擾(electromagneticinterference)。一天線301也裝設(shè)在頂層表面上。
如圖3所說明的，這些集成電路元件及其周邊元件是置放在此多層架構(gòu)的頂層和底層上。用來連接電路和元件的信號走線則大都穿梭在此多層架構(gòu)的中間層，以增加系統(tǒng)設(shè)計的彈性。然而，當(dāng)必要將電路模組縮小化時，這種整合方式變得較少彈性。除非晶片設(shè)計者由改善電路設(shè)計，以減少周邊被動元件的使用數(shù)目，不然由此種整合方式是不可能減小產(chǎn)品的大小。
目前的通信系統(tǒng)的電路結(jié)構(gòu)中，所用到的元件中最占面積且數(shù)量最多的是被動元件。這些被動元件包括電容、電阻、電感、濾波器、平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器、耦合器(coupler)，和天線(antenna)等等。以整體的元件數(shù)量來估計，這些被動元件約占整體元件數(shù)量的95％左右，而其體積約占整個系統(tǒng)的80％左右。加上電路各次模組間的整合匹配網(wǎng)路，其所占據(jù)的空間及面積是相當(dāng)可觀的。
所以，利用上述傳統(tǒng)多層技術(shù)，只能利用內(nèi)埋的(embedded)信號走線來提高電路模組整合度(compactness)，并不能因此而明顯有效地節(jié)省產(chǎn)品中被動元件所占的面積或體積。且在一個無線通信系統(tǒng)里，外加天線元件基于特性考量，需考慮到整合時相對位置的擺設(shè)，這又浪費了許多模組的整合面積。
本發(fā)明一種備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，包含有復(fù)數(shù)個基板層與金屬層，區(qū)分成復(fù)數(shù)個整合區(qū)域包含至少一內(nèi)部接線整合區(qū)域，至少一基本被動元件整合區(qū)域與至少一高頻被動元件整合區(qū)域；以及復(fù)數(shù)個電路元件，安裝在該電路模組的頂層和底層表面中的至少一層；其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域包含至少一接線層以作為該復(fù)數(shù)個電路元件間的電路走線，該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一基本被動元件層，且該高頻被動元件整合區(qū)域包含高頻被動元件。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一電容層。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一制造在該至少一電容層上的堆疊式電容。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一制造在該至少一電容層上的印刷式電容。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一制造在該一電容層上的至少一電阻或電感。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一電阻層。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含一制造在該至少一電阻層上的至少一電容或電感。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一電感層。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含一制造在該至少一電感層上的螺旋線以形成一電感。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含一制造在該至少一電感層上的傳輸線以形成一高頻短路傳輸線或高頻阻隔傳輸線。
其中該基本被動元件整合區(qū)域包含一制造在該至少一電感層上的至少一電容或電阻。
其中該高頻被動元件整合區(qū)域包含一高頻濾波器。
其中該高頻被動元件整合區(qū)域包含一高頻耦合器。
其中該高頻被動元件整合區(qū)域包含一高頻平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器。
其中該高頻被動元件整合區(qū)域包含一天線。
其中該復(fù)數(shù)個整合區(qū)域中的每一區(qū)域至少有一隔離接地面以將形成在其上的元件隔離。
其中該接線層至少有一隔離接地面以將形成在其上的電路接線路徑隔離。
其中該基本被動元件層至少有一隔離接地面以將形成在其上的基本被動元件隔離。
其中在不同整合區(qū)域內(nèi)或不同層的元件以灌孔連接。
其中該復(fù)數(shù)個基板層包含陶瓷基板。
其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域緊鄰安裝電路元件的該頂層或底層表面。
其中該基本被動元件整合區(qū)域與該內(nèi)部接線整合區(qū)域緊鄰，該基本被動元件整合區(qū)域含電容層與該內(nèi)部接線整合區(qū)域相鄰且含電阻層與該電容層相鄰。
其中該基本被動元件整合區(qū)域在該電阻層后還包含電感層。
其中電路元件只安裝在該電路模組的該頂層表面，該高頻被動元件整合區(qū)域形成在該電阻層之后，且該電感層形成在該高頻被動元件整合區(qū)域之后。
其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域緊鄰隔離接地面而該隔離接地面緊鄰安裝電路元件的該頂層或底層表面。
其中電路元件安裝在該電路模組的頂層和底層表面，且該高頻被動元件整合區(qū)域包含該復(fù)數(shù)個基板層和金屬層的中間層。
其中基本被動元件整合區(qū)域形成在該高頻被動元件整合區(qū)域的兩邊。
其中該頂層和底層表面皆與一內(nèi)部接線整合區(qū)域相鄰，位于鄰近該高頻被動元件整合區(qū)域的基本被動元件整合區(qū)域之后。一一種多層電路模組的制造方法，其特征在于，包含下列步驟本發(fā)明一種多層電路模組的制造方法，其特征在于，包含下列步驟a.將該電路模組分成復(fù)數(shù)個整合區(qū)域，包含至少一內(nèi)部接線整合區(qū)域，至少一基本被動元件整合區(qū)域和至少一高頻被動元件整合區(qū)域；b.在該內(nèi)部接線整合區(qū)域內(nèi)，形成至少一接線層以作為復(fù)數(shù)個電路元件間的電路連接；c.在該基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)，形成至少一基本被動元件層；d.在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)，形成復(fù)數(shù)個高頻被動元件；以及e.在該電路模組的頂層和底層表面的至少一層上裝置復(fù)數(shù)個電路元件。
其中至少一電容層是形成在該基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
其中在該至少電容層上制作一堆疊式電容。
其中在該至少電容層上制作一印刷式電容。
其中在該至少電容層上制作一電阻或電感。
其中至少一電阻層是形成在該基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
其中在該至少一電阻層上制作一電容或電感。
其中至少一電感層是形成在該基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
其中一螺旋線制造在該至少一電感層上以形成一電感。
其中一傳輸線制造在該至少一電感層上以形成一高頻短路傳輸或高頻阻隔傳輸線。
其中在該至少一電感層上制作一電容或電阻。
其中一高頻濾波器是形成在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
其中一高頻耦合器是形成在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
其中平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器是形成在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
其中一天線是形成在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
其中該復(fù)數(shù)個整合區(qū)域中的每一區(qū)域至少有一隔離接地面以將形成在其上的元件隔離。
其中該接線層至少有一隔離接地面以將形成在其上的電路接線路徑隔離。
其中該基本被動元件層至少有一隔離接地面以將形成在其上的基本被動兀件隔離。
其中在不同整合區(qū)域內(nèi)或不同層的元件以灌孔連接。
其中該電路模組包含復(fù)數(shù)個陶瓷基板層和區(qū)分成復(fù)數(shù)個該整合區(qū)域的金屬層。
其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域形成于緊鄰安裝電路元件的該頂層或底層表面。
其中該基本被動元件整合區(qū)域形成于緊鄰該內(nèi)部接線整合區(qū)域，該基本被動元件整合區(qū)域含電容層與該內(nèi)部接線整合區(qū)域相鄰且含電阻與該電容層相鄰。
其中該基本被動元件整合區(qū)域在該電阻層后還包含電感層。
其中電路元件只安裝在該電路模組的該頂層表面，該高頻被動元件整合區(qū)域形成在該電阻層之后，且該電感層形成在該高頻被動元件整合區(qū)域之后。
其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域形成于緊鄰隔離接地面而該隔離接地面緊鄰安裝電路元件的該頂層或底層表面。
其中復(fù)數(shù)個電路元件安裝在該電路模組的頂層和底層表面，且該高頻被動元件整合區(qū)域由包含該電路模組的該復(fù)數(shù)個基板層和金屬層的中間層所形成。
其中基本被動元件整合區(qū)域形成在該高頻被動元件整合區(qū)域的兩邊。
其中該頂層和底層表面皆與一內(nèi)部接線整合區(qū)域相鄰，位于鄰近該高頻被動元件整合區(qū)域的基本被動元件整合區(qū)域之本發(fā)明的多層電路模組包含復(fù)數(shù)個陶瓷基板。主動集成電路元件是裝設(shè)在此電路模組的頂層和底層表面的至少一層表面上。由于本發(fā)明的陶瓷基板具有目前無線通信產(chǎn)品使用頻寬上夠高的品質(zhì)因素(Q-factor)。此種基板的高頻響應(yīng)相當(dāng)好，使得被動元件能夠被直接且內(nèi)埋制作于多層基板中，以減少頂層及底層的表面上的被動元件的使用數(shù)目。所以大幅縮小了此多層電路模組的大小。
依據(jù)使用在電路模組里的被動元件，在本發(fā)明，多層電路模組被分成多個整合區(qū)域(integration region)。這些整合區(qū)域包括中間接線(inter-connection)整合區(qū)域、基本被動元件(basic passive device)整合區(qū)域，和高頻被動元件(high frequency passive device)整合區(qū)域。在中間接線整合區(qū)域里的接線層(connection layers)提供擺設(shè)在此電路模組的表面上的集成電路元件之間的接線。電容、電阻和電感是分別制作在包含在基本被動元件整合區(qū)域里的各個層里。高頻被動元件，如濾波器、平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器、耦合器和天線，是形成在高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
表面上的集成電路元件和接線層之間可利用灌孔(filled via)來作信號連接。接線層緊臨頂層或底層表面以避免被動元件于數(shù)量眾多的灌孔中難以插件?；颈粍釉蠀^(qū)域則置于接線層之旁?；颈粍釉蠀^(qū)域包含電容層、電阻層和電感層。由于集成電路元件通常須要大量的電容，電容層則置于緊臨接線層?；颈粍釉蠀^(qū)域之后則為高頻被動元件整合區(qū)域。
為了避免電磁的干擾，用接地面層或接線層間有效的隔離。電容層內(nèi)埋在兩隔離接地面之間以將電容與其他整合層隔離。接地灌孔也用來將電容做有效的隔離以避免相互間的耦合而造成電容特性的偏差。高頻被動元件的輸入輸出接腳較少但需要較大的連續(xù)空間來設(shè)計主體線路。高頻被動元件整合區(qū)域被小心地安排在多層電路模組的中間層以保持每一被動元件的特性且利用接地面及接地灌孔來做隔離，以避免相互間的偶合造成特性的偏差。
在本發(fā)明的一實施例中，主動集成電路元件置放在多層電路模組的頂層和底層表面上。如上所述，高頻被動元件被設(shè)計和安排在中間層，且在基本被動元件層之后和介于接線層之間。輸入和輸出接點設(shè)計在底層表面上。本發(fā)明使用符合模組化元件的標(biāo)準(zhǔn)輸出入規(guī)格的球形間隔陣列(ball grid array，BGA)形態(tài)的接點。
在本發(fā)明的另一實施例中，主動集成電路元件只置放在多層電路模組的頂層表面上。由于底層表面被用來設(shè)計輸入和輸出接點，隔離接地面完整的接地就被破壞。在本實施例中，基本被動元件層分成兩部份。電容和電阻層被安排在高頻被動元件層的一邊而電感層被安排在另一邊。


以下配合附圖及實施例的詳細(xì)說明及專利申請范圍，將上述及本發(fā)明的其他目的與優(yōu)點詳述于后，其中圖1說明一種現(xiàn)今無線通信系統(tǒng)的基本電路架構(gòu)。
圖2說明一種以傳統(tǒng)的技術(shù)整合的無線通信系統(tǒng)的多層電路結(jié)構(gòu)。
圖3說明一種以傳統(tǒng)的技術(shù)整合的多層電路模組的剖面圖其主動和被動元件是置放在此多層電路模組的頂層和底層上。
圖4說明本發(fā)明的系統(tǒng)化多層電路模組整合設(shè)計方法的一實施例的剖面圖，其主動元件擺設(shè)在多層電路模組的頂層和底層表面上。
圖5a～圖5c說明根據(jù)本發(fā)明的擺設(shè)在頂層表面上的元件、內(nèi)部接線整合區(qū)域、基本被動元件整合區(qū)域和隔離接地面之間的連接。
圖6a～圖6b說明根據(jù)本發(fā)明在多層電路模組的頂層表面上的元件的接線層和在內(nèi)部接線整合區(qū)域內(nèi)的隔離接地面。
圖7說明根據(jù)本發(fā)明以螺旋線形成電感的電感整合層和以傳輸線形成的高頻短路電路和高頻阻隔電路。
圖8說明根據(jù)本發(fā)明的多層電路模組的另一實施例的剖面圖，其電路元件只擺設(shè)在多層電路模組的一層表面上。
圖9a～圖9c說明根據(jù)本發(fā)明的設(shè)計和整合的一多層藍(lán)牙通信模組。
這些整合區(qū)域包含內(nèi)部接線整合區(qū)域、基本被動元件整合區(qū)域及高頻被動元件整合區(qū)域，其中接線整合區(qū)域包含接線層(connectionlayers)，基本被動元件整合區(qū)域又可細(xì)分為電容層、電阻層和電感層。高頻被動元件整合區(qū)域保留給高頻被動元件，包括濾波器、耦合器、平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器及天線等。
各層間信號的連接都是利用埋孔的方式來實現(xiàn)，并利用接地面來互相間隔以避免干擾的發(fā)生。主動元件及無法內(nèi)埋的元件則置于頂層或底層，輸入輸出則是以錫球接點的方式置于模組的底部以符合模組元件化的標(biāo)準(zhǔn)。
如圖4所示，多層電路模組的結(jié)構(gòu)包含數(shù)個堆疊式陶瓷基板403。電路元件擺設(shè)在多層電路模組的頂層和底層表面上。表層屏蔽金屬401覆蓋擺設(shè)在頂層表面上的元件402。接近頂層表面為含接線層404的上半部接線整合區(qū)域。數(shù)個基本被動元件層405構(gòu)成上半部基本被動元件整合區(qū)域。中間為包含高頻被動元件層406的高頻被動元件整合區(qū)域。在高頻被動元件整合區(qū)域底下為由數(shù)個基本被動元件層407所形成的下半部基本被動元件整合區(qū)域。由接線層408所形成的下半部接線整合區(qū)域置于下半部基本被動元件整合區(qū)域底下。電路元件409擺設(shè)在底層表面。球形間隔陣列形態(tài)的接點410作為輸入和輸出接點?；镜恼蠀^(qū)規(guī)劃及設(shè)計方式如下1、上下表層元件的安置上下表層元件盡量安置整齊而不考慮信號線的連接，如此將可避免空間浪費，除了高頻信號線直接遊走于元件之間外，其他數(shù)字控制線及直流電源供應(yīng)線是利用灌孔的方式直接打入下層的接線層來實現(xiàn)，接線層層數(shù)的決定在于電路的復(fù)雜度，而接線層直接安排于表層元件之下的目的在于減少電路整合時的困難。往上可與表層元件相連接，往下可與被動元件整合層的元件相連接如圖5所示。
參閱圖5的例子所示，電路模組的頂層表面上擺設(shè)集成電路元件501和502，外接被動元件503和主動元件504。接線層含連接線505作為元件的連接。灌孔506、507和508往下形成以連接基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)的被動元件至接線層。隔離接地面509和510提供元件的接地以避免電磁的干擾，如圖5a所示。隔離接地面511和512將內(nèi)埋印刷式電容516和內(nèi)埋堆疊式電容517隔離，如圖5b所示。灌孔513、514和515往上形成以連接被動元件至接線層。連接線522和灌孔523、524、525、和526連接內(nèi)埋的電阻521至接線層，如圖5c所示。隔離接地面527和528將內(nèi)埋的電阻521隔離。
一般來說表層集成電路接腳相當(dāng)多，加上其他表層周邊附屬元件，需大量的灌孔來導(dǎo)入下層以便接線，因此其他的被動元件整合層并不適合安置于表層與接線層之間，以避免在設(shè)計其他的被動元件時受到這些灌孔的影響而增加設(shè)計的困難及復(fù)雜。此外為不影響內(nèi)部整合的被動元件設(shè)計與實現(xiàn)，在這有關(guān)輸入輸出需接至底層的信號線必需安排至模組的周邊以便直接連接至底部的輸入輸出接點。
為避免電磁的干擾問題，在接線層或表層元件之后都會利用接地面將內(nèi)部整合區(qū)域相互隔離，其做法如圖6a所示。屏蔽金屬601覆蓋擺設(shè)在表層上的表層元件602。隔離接地面604將內(nèi)部接線整合區(qū)域603隔離。某些情況下，將表層隔離的隔離接地面可以是不需要的。如圖6b所示，內(nèi)部接線整合區(qū)域613緊鄰表層且以隔離接地面614隔離。元件612擺置在表層上且以屏蔽金屬611覆蓋。在表層和內(nèi)部接線整合區(qū)域613之間無隔離接地面。射頻電路隔離接地面的位置需根據(jù)表層高頻50歐姆線寬來決定適當(dāng)?shù)奈恢靡苑现瞥躺系臏?zhǔn)則。
2、基本被動元件整合區(qū)域基本被動元件整合區(qū)域的整合元件為電容、電感及電阻，分別規(guī)劃成各自的整合層來實現(xiàn)。這些整合區(qū)的先后順序可根據(jù)各元件使用數(shù)目的多寡及接線狀況來排列?；旧想娙菰诰€路中用到的數(shù)量是最多的，而且大部分接線層的走線都有電容整合于其中，因此在接線層之后安排電容層是非常有助于兩者間的整合工作。
根據(jù)制程，電容的制作方式可分為1、堆疊式，2、印刷式，如圖5b所示。前者適用于較低電容值的制作，較為精準(zhǔn)，但需使用層數(shù)較多。后者適用于高電容值的制作，使用層數(shù)較少，但是誤差較大，以成熟制程來看誤差約可控制在20％以內(nèi)。
堆疊式的電容基于模組厚度考量，不可使用過多層數(shù)來設(shè)計。使用的層數(shù)少，對相同的電容值來說所占的面積就比較大，此與縮小化的本意相違背，因此要利用此種方式實現(xiàn)的最大容值，在目前一般陶瓷材料中，使用三層金屬層來設(shè)計10pf以下的電容在大小上是較為合適的。
此外，為了與上下其他整合層相隔離，此電容層是包在上下兩個隔離接地面中，如圖5b所示。由于接地雜散電容的影響，所以電容層較為適合于接地電容的實現(xiàn)?；旧弦袁F(xiàn)有的電路架構(gòu)當(dāng)中，接地電容所占的比例較高，因此并不會提高設(shè)計的困難度，而所安置的各個電容間可利用接地灌孔來做有效的隔離以避免彼此間偶合效應(yīng)而影響特性。
由于電阻的使用數(shù)目是僅次于電容，因此必須安排于電容整合區(qū)之后，制作方式是在基板上兩電極間印上損耗性材質(zhì)，來產(chǎn)生電阻的特性，如圖5c所示。最后安排電感整合層，因為電感的使用量是最少的所以安排于此。制作方式是以傳輸線的方式在所定義的各層中繞線，以設(shè)計出符合所要的等效電感值，如圖7中繞線702所示。電感層有兩個隔離接地面703和704所隔離。
在這個整合層中除了電感外，其他的所需的傳輸線線路，如高頻阻隔線路或是高頻短路線路亦是設(shè)計在此，如電感層的傳輸線701。電感大小決定了繞線長度，頻率高低亦是設(shè)計高頻阻隔線路或是高頻短路線路長度的重要依據(jù)，這兩個因素決定了繞線所需的層數(shù)。
電感層的層數(shù)應(yīng)該小心地控制，須與模組大小和厚度相互配合，以達(dá)最佳的整合結(jié)果。而各個繞線模組亦可利用接地灌孔來做有效的隔離。此外，假如電路中所使用的電感數(shù)量少，且感值較低，在表面線路空間允許下，可直接利用微帶線設(shè)計于其中，以節(jié)省電感層的使用。
3、高頻被動元件整合區(qū)域高頻被動元件包括濾波器(filter)、耦合器(coupler)、平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器(balun)及天線(antenna)等等，這些元件在線路中的輸入輸出接腳是最少的，但卻需要較大的連續(xù)空間來設(shè)計主體線路。因此最適合安排在整個結(jié)構(gòu)的中間層。每個元件的設(shè)計并非各層都使用，而各個元件設(shè)計時所使用到的空間則利用接地面及接地灌孔來做隔離，以避免相互間的偶合造成特性的偏差。
元件的設(shè)計方式除了基本理論外，必須根據(jù)模組整體大小及整合層的層數(shù)來做適當(dāng)?shù)囊?guī)劃。而各元件間必須在保持元件特性的前提下仔細(xì)考慮相對擺設(shè)的位置，以達(dá)到最佳的空間使用率及最小的干擾效應(yīng)。
各整合層內(nèi)部元件相對的位置并不是絕對的。每個設(shè)計者可根據(jù)不同電路系統(tǒng)，來做最合適的安排。對于雙面元件架構(gòu)的模組而言，實現(xiàn)的方式是利用上述的結(jié)果以高頻被動元件整合區(qū)域為中心，上下各自有獨立的接線整合層、基本被動元件整合層，以便與頂層及底層的元件相整合，基本被動元件整合層中電容整合層必須與接線層相鄰，而電阻整合層及電感整合層的順序則可根據(jù)線路而有彈性變化。
根據(jù)本發(fā)明，在基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)的電容層必須與接線層相鄰。電阻層及電感層的順序，則可根據(jù)選定電路的需求而有彈性變化。必須注意的是，上述三個主要整合層安排的位置是不變的，否則將會增加整合的困難及復(fù)雜度。
在本發(fā)明的另一實施例中，電路模組有一表層擺設(shè)電路元件而底層表面被用來設(shè)計輸入和輸出接點。對于單面架構(gòu)的模組而言，由于底部需設(shè)計輸入和輸出接點，會破壞原本完整的隔離接地面，所以高頻被動元件整合層不可置于此，必須安排于上下隔離接地面是完整的位置，為此可把基本被動元件整合層拆成兩部份，電容整合層及電阻整合層的位置保持不變，把電感整合層及電阻整合層的位置保持不變，把電感整合層移至高頻被動元件整合層之后(如圖8所示)，以符合上述需求。
如圖8所示的多層電路模組結(jié)構(gòu)包含數(shù)個堆疊式陶瓷基板803。電路元件擺設(shè)在多層電路模組的頂層表面上。表層屏蔽金屬801覆蓋擺設(shè)在頂層表面上的元件802。接近頂層表面為含接線層804的內(nèi)部接線整合區(qū)域。上半部基本被動元件整合區(qū)域805包含電容層和電阻層。高頻被動元件整合區(qū)域806安排于電容層和電阻層之下，而其下則為含電感層的下半部基本被動元件整合區(qū)域807。形成在底層表面上的球形間隔陣列形態(tài)的接點808作為輸入和輸出接點用。底層表面上亦形一接地面809。
圖9所示為目前利用此技術(shù)所開發(fā)出的元件化微小型藍(lán)牙通信模組的各層整合的狀況。此模組為雙面元件結(jié)構(gòu)，并利用16層基板來整合線路。頂層及底層IC是利用Flip-Chip封裝技術(shù)，把集成電路直接接合在陶瓷基板上以節(jié)省傳統(tǒng)IC封裝的空間。
如圖9a所示，頂層表面元件區(qū)域901含一利用Flip-Chip技術(shù)安裝的射頻集成電路元件905，一切換二極管元件906，一石英晶體震蕩器907和一晶體管908。內(nèi)部含十五層金屬層。前兩金屬層902為接線層，作為信號接線路徑和直流電源供應(yīng)線。頂層表面上的元件與接線層底下的被動元件以灌孔連接。第三金屬層903作為隔離接地面。第四、第五金屬層904用來整合高頻隔離或電路短路。第六金屬層為另一隔離接地面，如圖9b所示。
第七至第十一金屬層和對應(yīng)陶瓷基板911為高頻被動元件整合層，包含兩內(nèi)埋的平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器913和915，一內(nèi)埋的高頻濾波器914和一內(nèi)埋的天線912。第六和第十二層分別為兩隔離接地面916和917。每一元件以灌孔連接至接地面來做隔離。圖9c中的第十三和第十四層921整合基頻信號接線。第十五層922作為基頻電路接地和部份的直流電源供應(yīng)線。除了一些連接線和基頻集成電路元件924以及快閃存儲模組925利用Flip-Chip技術(shù)安裝之外，球形間隔陣列(BGA)形態(tài)的輸出入接點926是形成在底層表面上923上且環(huán)繞電路模組的周邊使得電路模組可作為標(biāo)準(zhǔn)的模組化元件用。
上述所提出的系統(tǒng)化多層電路模組整合設(shè)計方法，整合了無線通信電路中IC主動元件及周邊所需的被動元件于多層電路架構(gòu)當(dāng)中，創(chuàng)造出了具有微小化高整合特性的無線通信模組。在現(xiàn)今通信系統(tǒng)電路中都可利用這里所提出的技術(shù)開發(fā)設(shè)計小型元件化的個別次模組，然后在無須外加復(fù)雜的周邊線路的基礎(chǔ)下，相互整合，以完成整個微小化系統(tǒng)的設(shè)計。
對于較于簡單的通信系統(tǒng)而言，利用此項技術(shù)將可在微小的空間中整合所有主要的線路，并利用所設(shè)計出標(biāo)準(zhǔn)的元件輸入輸出接點，直接整合到所要應(yīng)用的產(chǎn)品中使用，以提高產(chǎn)品附加功能，如此將可降低研發(fā)成本及時間，對現(xiàn)今輕薄短小多功能的通信產(chǎn)品的開發(fā)惟有相當(dāng)高的應(yīng)用價值。
根據(jù)本發(fā)明，多層電路模組包含復(fù)數(shù)個陶瓷基板。主動集成電路元件是裝設(shè)在此電路模組的頂層和底層表面的至少一層表面上。由于本發(fā)明的陶瓷基板具有目前無線通信產(chǎn)品使用頻寬上夠高的品質(zhì)因素。被動元件能夠被直接且內(nèi)埋制作于多層基板中，以減少頂層及底層的表面上的被動元件的使用數(shù)目。所以大幅縮小了此多層電路模組的大小。
利用本發(fā)明的設(shè)計方法，在定義好各整合區(qū)域的使用方式后，在容許層數(shù)范圍內(nèi)可以設(shè)計出相關(guān)的被動元件，而各層間可利用灌孔來作信號連接，并用隔離接地面來將元件做有效的隔離。此外，陶瓷基板具有較佳的熱膨脹系數(shù)，因此非常適合于其他非包裝的集成電路元件整合。
以上的描述是關(guān)于本發(fā)明的最佳實施例，其中基本被動元件整合區(qū)域包含個別的電容層，電阻層和電感層。然而若該電路模組不需用到太多基本被動元件，不同種類的被動元件也可安排在同一層中以減少層數(shù)與電路模組的大小。例如，電容層中亦可插入電阻層或電感。電阻層中亦可插入電容或電感，且電感層中亦可插入電阻或電容。同樣地，在基本被動元件整合區(qū)域中的基本被動元件層的順序亦可變更以吻合電路模組的需求。在這些情況下，其成效是可折衷的。
唯，以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，當(dāng)不能以此限定本發(fā)明實施的范圍。即大凡依本發(fā)明申請專利范圍所作的均等變化與修飾，皆應(yīng)仍屬本發(fā)明專利涵蓋的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，包含有復(fù)數(shù)個基板層與金屬層，區(qū)分成復(fù)數(shù)個整合區(qū)域包含至少一內(nèi)部接線整合區(qū)域，至少一基本被動元件整合區(qū)域與至少一高頻被動元件整合區(qū)域；以及復(fù)數(shù)個電路元件，安裝在該電路模組的頂層和底層表面中的至少一層；其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域包含至少一接線層以作為該復(fù)數(shù)個電路元件間的電路走線，該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一基本被動元件層，且該高頻被動元件整合區(qū)域包含高頻被動元件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一電容層。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一制造在該至少一電容層上的堆疊式電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一制造在該至少一電容層上的印刷式電容。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一制造在該一電容層上的至少一電阻或電感。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一電阻層。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含一制造在該至少一電阻層上的至少一電容或電感。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含至少一電感層。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含一制造在該至少一電感層上的螺旋線以形成一電感。
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含一制造在該至少一電感層上的傳輸線以形成一高頻短路傳輸線或高頻阻隔傳輸線。
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域包含一制造在該至少一電感層上的至少一電容或電阻。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該高頻被動元件整合區(qū)域包含一高頻濾波器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該高頻被動元件整合區(qū)域包含一高頻耦合器。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該高頻被動元件整合區(qū)域包含一高頻平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該高頻被動元件整合區(qū)域包含一天線。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該復(fù)數(shù)個整合區(qū)域中的每一區(qū)域至少有一隔離接地面以將形成在其上的元件隔離。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該接線層至少有一隔離接地面以將形成在其上的電路接線路徑隔離。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件層至少有一隔離接地面以將形成在其上的基本被動元件隔離。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中在不同整合區(qū)域內(nèi)或不同層的元件以灌孔連接。
20.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該復(fù)數(shù)個基板層包含陶瓷基板。
21.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域緊鄰安裝電路元件的該頂層或底層表面。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域與該內(nèi)部接線整合區(qū)域緊鄰，該基本被動元件整合區(qū)域含電容層與該內(nèi)部接線整合區(qū)域相鄰且含電阻層與該電容層相鄰。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域在該電阻層后還包含電感層。
24.根據(jù)權(quán)利要求22所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中電路元件只安裝在該電路模組的該頂層表面，該高頻被動元件整合區(qū)域形成在該電阻層之后，且該電感層形成在該高頻被動元件整合區(qū)域之后。
25.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域緊鄰隔離接地面而該隔離接地面緊鄰安裝電路元件的該頂層或底層表面。
26.根據(jù)權(quán)利要求1所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中電路元件安裝在該電路模組的頂層和底層表面，且該高頻被動元件整合區(qū)域包含該復(fù)數(shù)個基板層和金屬層的中間層。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中基本被動元件整合區(qū)域形成在該高頻被動元件整合區(qū)域的兩邊。
28.根據(jù)權(quán)利要求27所述的備有多層陶瓷基板和內(nèi)埋被動元件的多層電路模組，其特征在于，其中該頂層和底層表面皆與一內(nèi)部接線整合區(qū)域相鄰，位于鄰近該高頻被動元件整合區(qū)域的基本被動元件整合區(qū)域之后。二一種多層電路模組的制造方法，其特征在于，包含下列步驟
29.一種多層電路模組的制造方法，其特征在于，包含下列步驟a.將該電路模組分成復(fù)數(shù)個整合區(qū)域，包含至少一內(nèi)部接線整合區(qū)域，至少一基本被動元件整合區(qū)域和至少一高頻被動元件整合區(qū)域；b.在該內(nèi)部接線整合區(qū)域內(nèi)，形成至少一接線層以作為復(fù)數(shù)個電路元件間的電路連接；c.在該基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)，形成至少一基本被動元件層；d.在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)，形成復(fù)數(shù)個高頻被動元件；以及e.在該電路模組的頂層和底層表面的至少一層上裝置復(fù)數(shù)個電路元件。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中至少一電容層是形成在該基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中在該至少電容層上制作一堆疊式電容。
32.根據(jù)權(quán)利要求30所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中在該至少電容層上制作一印刷式電容。
33.根據(jù)權(quán)利要求30所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中在該至少電容層上制作一電阻或電感。
34.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中至少一電阻層是形成在該基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中在該至少一電阻層上制作一電容或電感。
36.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中至少一電感層是形成在該基本被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
37.根據(jù)權(quán)利要求36所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中一螺旋線制造在該至少一電感層上以形成一電感。
38.根據(jù)權(quán)利要求36所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中一傳輸線制造在該至少一電感層上以形成一高頻短路傳輸或高頻阻隔傳輸線。
39.根據(jù)權(quán)利要求36所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中在該至少一電感層上制作一電容或電阻。
40.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中一高頻濾波器是形成在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
41.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中一高頻耦合器是形成在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
42.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器是形成在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
43.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中一天線是形成在該高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。
44.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中該復(fù)數(shù)個整合區(qū)域中的每一區(qū)域至少有一隔離接地面以將形成在其上的元件隔離。
45.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中該接線層至少有一隔離接地面以將形成在其上的電路接線路徑隔離。
46.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中該基本被動元件層至少有一隔離接地面以將形成在其上的基本被動元件隔離。
47.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中在不同整合區(qū)域內(nèi)或不同層的元件以灌孔連接。
48.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中該電路模組包含復(fù)數(shù)個陶瓷基板層和區(qū)分成復(fù)數(shù)個該整合區(qū)域的金屬層。
49.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域形成于緊鄰安裝電路元件的該頂層或底層表面。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域形成于緊鄰該內(nèi)部接線整合區(qū)域，該基本被動元件整合區(qū)域含電容層與該內(nèi)部接線整合區(qū)域相鄰且含電阻與該電容層相鄰。
51.根據(jù)權(quán)利要求50所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中該基本被動元件整合區(qū)域在該電阻層后還包含電感層。
52.根據(jù)權(quán)利要求50所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中電路元件只安裝在該電路模組的該頂層表面，該高頻被動元件整合區(qū)域形成在該電阻層之后，且該電感層形成在該高頻被動元件整合區(qū)域之后。
53.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中該內(nèi)部接線整合區(qū)域形成于緊鄰隔離接地面而該隔離接地面緊鄰安裝電路元件的該頂層或底層表面。
54.根據(jù)權(quán)利要求29所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中復(fù)數(shù)個電路元件安裝在該電路模組的頂層和底層表面，且該高頻被動元件整合區(qū)域由包含該電路模組的該復(fù)數(shù)個基板層和金屬層的中間層所形成。
55.根據(jù)權(quán)利要求54所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中基本被動元件整合區(qū)域形成在該高頻被動元件整合區(qū)域的兩邊。
56.根據(jù)權(quán)利要求55所述的多層電路模組的制造方法，其特征在于，其中該頂層和底層表面皆與一內(nèi)部接線整合區(qū)域相鄰，位于鄰近該高頻被動元件整合區(qū)域的基本被動元件整合區(qū)域之后。
全文摘要
復(fù)數(shù)個陶瓷基板被用來制造和整合一高整合多層電路模組。集成電路元件安裝在電路模組的一或兩層的表層,其多層結(jié)構(gòu)分成三種整合區(qū)域,包含內(nèi)部接線整合區(qū)域、基本被動元件整合區(qū)域之內(nèi)以連接集成電路。基本被動元件整合區(qū)域包含電容、電阻和電感層。濾波器、耦合器和平衡非平衡阻抗轉(zhuǎn)換器是制造在高頻被動元件整合區(qū)域內(nèi)。隔離接地面來將元件隔離以避免電磁的干擾。標(biāo)準(zhǔn)的輸入和輸出接點形成在底層表面使得電路模組能作為模組化元件。
文檔編號H01L23/12GK1356861SQ01120040
公開日2002年7月3日 申請日期2001年7月10日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月7日
發(fā)明者周詠晃, 沈志文, 曾文仁, 王錦荔, 陳建宏, 湯敬文 申請人:財團(tuán)法人工業(yè)技術(shù)研究院