專利名稱：多層電容器和集成電路模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及多層電容器，其包括若干彼此堆疊的電絕緣層、在絕緣層之間彼此平行放置的第一和第二電極板，其中第一和第二電極板在彼此之上分開放置，并且具有中間絕緣層，并且具有至少一條垂直延伸通過這些層的第一連接導(dǎo)線，其連接到第一電極板并和第二電極板絕緣，以及垂直延伸通過這些層的第二連接導(dǎo)線，其連接到第二電極板并和第一電極板絕緣。
本發(fā)明還涉及具有支撐襯底以及至少一個位于該支撐襯底之上的集成電路的集成電路模塊。
多層電容器用于，例如，在為有源電路元件(特別是集成電路)提供直接電壓的情況下，分別防止和衰減不需要的其他射頻信號通過直接電壓饋電線泄漏，該其他射頻信號會損壞集成電路的射頻特性。為此目的，采用射頻阻塞電容。為了防止阻塞電容和線電感發(fā)生不希望出現(xiàn)的諧振，這些阻塞電容和集成電路直接的連接路徑必須很短。為了獲得短的路徑，阻塞電容作為表面安裝器件(SMD)或者可粘合元件，放置在支撐襯底上緊挨半導(dǎo)體芯片的位置。阻塞電容所需要的額外的空間要求和增加的粘合數(shù)目是不利的。
前文描述的結(jié)構(gòu)在例如JP 02185052 A中進行了公開。
從公開的文件JP 2001196263 A、JP 2003204164 A、DE 198 47 946A1、JP 2002198655 A和US 2001/0008479 A1可知，將射頻阻塞電容集成到多層集成電路的支撐襯底中是已知的。這釋放了支撐襯底表面上的空間，以用于其他有源元件，并降低了襯底表面上所需的絲焊和倒裝片(flip-chip)連接。
適當(dāng)?shù)闹我r底為例如，US 2001/0008479 A1中所描述的低溫共燒陶瓷(LTCC)，這是因為其具有很多的薄電性層。總體來講，用于適于集成到支撐襯底上的多層電容器的平板結(jié)構(gòu)已經(jīng)眾所周知，并且在例如DE 100 19 229 A1、美國專利5,583,359、JP 2002025856 A和JP 11251180 A中進行了描述。穿過電極板的垂直饋線和連線會不利地在多層電容器上引起寄生電容。此外，在高頻，該結(jié)構(gòu)的整體尺寸對應(yīng)的波長部分是不可忽略的。這會引起不希望出現(xiàn)的諧振，該諧振極大限制了工作頻率范圍的上端。
因此，市面上可買到的可實現(xiàn)從10到100pF電容值的多層電容器從約5GHz起，就存在自諧振頻率。
因此，本發(fā)明的目的是制造改進的多層電容器以及具有將這種多層電容器集成到其支撐襯底中的集成電路模塊，其中自諧振向更高頻率偏移，移到工作頻率范圍之外，電容值保持不變。
根據(jù)本發(fā)明，因為用于提供射頻信號的連線穿過堆疊的第一和第二電極板的中心，所以多層電容器的目的得到實現(xiàn)。
由于傳導(dǎo)信號的垂直連線優(yōu)選地配置在平行電極板的中心，所以，平均電流路徑大幅度縮短，由此降低了線電感。由于在小的多層結(jié)構(gòu)中電極板的交錯排列以及利用第一和第二垂直連線連接第一和第二電極板，所以自諧振向更高頻率偏移，移到工作頻率范圍之外，電容值保持不變具有支撐襯底以及至少一個位于該支撐襯底之上的集成電路的集成電路模塊的目的也得到實現(xiàn)，因為支撐襯底是多層的，根據(jù)本發(fā)明的至少一個這種多層電容器被集成到支撐襯底中，第一和第二連線直接連接或者通過連線或者倒裝片連接到至少一個集成電路。
因此，在一些具有多層支撐襯底的復(fù)雜集成電路模塊中，電容可以緊密地集成到支撐襯底較深的層中并且遠離支撐襯底的表面。
如果用于第二電極板的第二連線排列分布在第一電極板的外圓周上，第二電極板伸出第一電極板的外圓周之外，則這是特別有益的情況。
由第二連線形成的外部接觸孔柵欄形成的這種屏蔽進一步防止干擾效應(yīng)和對鄰近功能塊的耦合。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在在先技術(shù)中已知的多層電容中，垂直導(dǎo)體排列以及各個平行的電極板間的接觸孔連接產(chǎn)生寄生電容。
有益地，另外的第一連線排列為對稱分布于中心第一連線周圍的圓周上。因此，第一電極板和傳導(dǎo)信號的第一連線的接觸不限于中心第一連線。
如果另外的第二連線排列分布在另外的第一導(dǎo)線的圓周上也是有益的。因此，通過由第二連線在第二電極板的外圓周上形成的外部柵欄，第二電極板由另外的第二連線平行連接。
在該結(jié)構(gòu)中，另外的第一連線對第二連線的偏移應(yīng)該是對稱的，例如，在4個第一和第二連線分布在圓周上的圓形電極板的情況下，偏移為45°。
優(yōu)選地，該多層電容器在底面和表面以第一電極板結(jié)束。
可選地，可以使用多于一行的連線。決定因素是第一和第二連線的排列是有序或者無序的交互連接。電極板的形狀是任意的由于連線或者接觸孔的交錯結(jié)構(gòu)，寄生電容被降低，諧振向高頻偏移。
特別結(jié)合使用圓形第一和第二電極板和低溫共燒陶瓷(LTCC)是特別有益的。
以下將結(jié)合附圖對本發(fā)明進行詳細描述，其中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明具有圓形電極板的多層電容器的透視截面圖；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的多層電容器的第二實施例的俯視圖；圖3示出了圖2的多層電容器在截面AA’的透視截面圖；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的多層電容器的第三實施例的俯視圖；圖5示出了圖4的多層電容器在截面AA’的透視截面圖；圖6示出了多層電容器在截面BB’的透視截面圖；圖7示出了根據(jù)本發(fā)明多層電容器的第一、第二和第三實施例的模擬輸入反射和頻率的關(guān)系圖；圖8示出了根據(jù)本發(fā)明多層電容器的第一、第二和第三實施例的模擬傳輸和頻率的關(guān)系圖。
圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的多層電容器1的第一實施例的透視截面圖?？梢郧宄乜吹?，第一圓形電極板2a、2b、2c、2d和2e和第二圓形電極板3a、3b、3c和3d交替堆疊在彼此上方。在第一和第二電極板2、3之間為彼此堆疊的絕緣層(未示出)。
導(dǎo)電連接到第一電極板2的第一連線4a從多層電容器1的中心延伸通過。第二電極板3在中心有一個孔，孔的大小使得中心連線4a可以通過而不會短路且與第二電極板3絕緣。
第二電極板3的直徑比第一電極板2的直徑大，因此，4個第二連線5a、5b、5c、5d排列為分布在第一電極板2的外圓周，并且導(dǎo)電接觸連接到第二電極板3。
中心第一連線4a用作傳導(dǎo)信號線，第二連線5連接到地。
第一和第二連線4、5的直徑可以是統(tǒng)一的，例如，可以是通常的100μm。當(dāng)選擇更大的直徑時，隨著直徑增加，這樣的通孔的電感降低。
然而，使用直徑更大的連線4、5在技術(shù)上是復(fù)雜的。此外，額外的金屬化空間不能再用作平行板結(jié)構(gòu)的介質(zhì)。不使用直徑較大的第一中心連線4a，而是使用若干個統(tǒng)一直徑(例如為100μm)的交錯排列的垂直連線4a-4e是有益的。
圖2和圖4示出了這種結(jié)構(gòu)的俯視圖。
也可以使用其他形狀的電極板2、3和其他數(shù)量的連線4、5。
圖2示出了根據(jù)本發(fā)明的多層電容器1的第二實施例的俯視圖，其中第一圓形電極板2a、2b、2c、2d和2e接觸連接到另外的第一連線4b、4c、4d、和4e，這些第一連線排列為沿圓周對稱分布在中心第一連線4a周圍的周圍。
可以看到，另外的第一連線4b、4c、4d、和4e相對于第二連線5a、5b、5c和5d對稱地偏移。在所示出的四個另外的第一連線4b、4c、4d、和4e和四個第二連線5a、5b、5c和5d的情況下，偏移角度為相對于各個第一和第二連線4、5和中心連線4a的軸45°。
圖3示出了截面AA’的透視截面視圖?？梢郧宄乜吹?，另外的第一導(dǎo)線4b、4c、4d、和4e導(dǎo)電連接到第一電極板2。第二電極板3在另外的第一導(dǎo)線4b、4c、4d、和4e的面積處有大小使得第一中心連線4與第二電極板3絕緣的孔。
然而，在該實施例中，只有第一連線4a伸出以接觸連接信號傳導(dǎo)線，而且外部連線5伸出以接地。
連線4、5和電極板2、3的其他接觸和接線方式允許外電路功能。因此，例如，第一和第二連線4、5可以與第一和第二電極板2、3以形成與傳導(dǎo)信號的第一連線4a串聯(lián)的阻塞電容的方式相互連接(DC阻塞)。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的多層電容器1的第三實施例的俯視圖?？梢郧宄乜吹?，在第二實施例外，第二電極板3和其他第二連線5e、5f、5g、5h連接，并且平行地連接。
其他第二連線5e、5f、5g和5h排列為位于和其他第一連線4b、4c、4d、和4e相同的圓周上，相互對稱偏移45°。其他第二連線5e、5f、5g和5h在第一連線5a、5b、5c和5d之間和中心第一連線4a之間并且與第二連線5a、5b、5c和5d和中心第一連線4a在一條線上。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明的多層電容器1的第三實施例在截面AA’的透視截面圖。可以清楚地看到，如同參考圖3所描述的那樣，第一電極板2連接到另外的第一連線4b、4c、4d、和4e，因而平行連接。
圖6示出了截面BB’的透視截面圖。圖中清楚地示出，第二電極板3也與其他連線5e、5f、5g和5h連接。在該結(jié)構(gòu)中，內(nèi)部電極板2b、2c和2d具有使得這些電極板與其他第二連線5e、5f、5g和5h絕緣的這樣一個孔。第二連線5e、5f、5g和5h在最上層和最下層電極板3a、3b結(jié)束，不會伸出最上層和最下層電極板2a、2b之外。
在所有的實施例中，這樣的多層電容器1的空間要求統(tǒng)一地由電極板2、3的直徑?jīng)Q定。例如，對于第二電極板3來說是1毫米。
圖7示出了圖1、2和4中的第一、第二和第三實施例的模擬輸入反射|S11|與頻率(GHz)的關(guān)系圖。
可以清楚地看到，由于第二示例實施例中額外的其他第一連線，尤其是由于第三示例實施例中額外的其他第二連線5，隨著增加的交錯排列，自諧振被向高頻一再偏移到更高的頻率范圍。
因此，在根據(jù)圖1的第一實施例中，最低諧振頻率是10GHz。在根據(jù)圖2的第二實施例中，最低諧振頻率已經(jīng)向上偏移到約17GHz。在根據(jù)圖4的第三實施例中，最低諧振頻率是25GHz。
圖8示出了根據(jù)圖1的第一實施例、根據(jù)圖2的第二實施例、根據(jù)圖4的第三實施例的傳輸|S21|與頻率(dB)的關(guān)系圖?？梢郧宄乜吹剑鄬与娙萜?的射頻阻塞特性基本保持不變，尤其是在低頻。這表示根據(jù)第一、第二和第三示例實施例的多層電容器1的電容值基本保持不變。因此，自諧振的偏移對降低寄生電容有貢獻。
在使用與傳導(dǎo)信號的第一連線4a串聯(lián)的阻塞電容的直流阻塞電路中，圖7和8所示的反射和傳輸特性基本上不變。
根據(jù)分布在至少一個共同圓周上的用于連接所示的平行的第一和第二電極板2、3的另外的第一和第二連線4、5的原理，寄生電容可以更遠地偏移到毫米波段。
因此，根據(jù)本發(fā)明的多層電容器1降低了寄生效應(yīng)。同時，干擾的自諧振可以被移動到工作頻率范圍以外。此外，多層電容器1是小型的，提供了更大的集成度。此外，可以降低多層芯片模塊MCM表面的接合和倒裝片連接，可以避免襯底表面上的阻塞電容。多層電容器1的特征是，提高了屏蔽而且可以靈活地集成到多層多芯片模塊中，或者作為單獨的元件。
權(quán)利要求
1.一種多層電容器(1)，包括若干彼此堆疊的電絕緣層、在所述絕緣層之間彼此平行放置的第一和第二電極板(2、3)，其中所述第一和第二電極板(2、3)在彼此之上分開放置，交替具有中間絕緣層，并且具有至少一條垂直延伸通過這些層的第一連線(4a)，該第一連線(4a)連接到所述第一電極板(2)并與所述第二電極板(3)絕緣，并具有垂直延伸通過這些層的第二連線(5)，這些第二連線(5)連接到所述第二電極板(3)并和所述第一電極板(2)絕緣，其特征在于用于施加射頻信號的第一連線(4a)從所述堆疊的第一和第二電極板(2、3)的中心延伸通過。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多層電容器(1)，其特征在于所述第二連線(5)排列分布在所述第一電極板(2)的外圓周上，而且所述第二電極板(3)伸出所述第一電極板(2)的外圓周之外。
3.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的多層電容器(1)，其特征在于所述第一連線(4a)從所述堆疊的第一和第二電極板(2、3)的中心延伸通過。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的多層電容器(1)，其特征在于另外的第一連線(4)排列為對稱分布于所述中心第一連線(5)周圍的圓周上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的多層電容器(1)，其特征在于另外的第二連線(5)排列分布在所述另外的第一連線(4)的圓周上。
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的多層電容器(1)，其特征在于所述另外的第一連線(4)相對與所述第二連線(5)偏移。
7.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的多層電容器(1)，其特征在于所述多層電容器(1)在底面和頂面以所述第一電極板(2)結(jié)束。
8.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的多層電容器(1)，其特征在于所述第一和第二電極板(2、3)是圓形的。
9.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的多層電容器(1)，其特征在于另外的第一和/或第二連線(4、5)延伸通過所述堆疊的第一和第二電極板(2、3)，并且導(dǎo)電連接到相關(guān)的電極板(2、3)，以形成并聯(lián)和/或串聯(lián)連接的阻塞電容。
10.根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求所述的多層電容器(1)，其特征在于所述另外的第一和第二連線(4、5)和所述第一和第二電極板(2、3)相互連接以使形成與傳導(dǎo)信號的第一連線(4a)串聯(lián)的阻塞電容。
11.一種集成電路模塊，包括支撐襯底以及至少一個位于所述支撐襯底之上的集成電路，其特征在于所述支撐襯底是多層的，根據(jù)前述任何一項權(quán)利要求的至少一個多層電容器(1)集成到所述襯底中，而且所述第一和第二連線(4、5)直接連線或者通過連線或者倒裝片連接到至少一個所述集成電路。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多層電容器(1)，其包括若干彼此堆疊的電絕緣層、在所述絕緣層之間彼此平行放置的第一和第二電極板(2、3)。所述第一和第二電極板(2、3)在彼此之上分開放置，由插入的中間絕緣層分開。所述電容器還包括至少一條第一連線(4a)，其垂直延伸通過所述層，連接到所述第一電極板(2)并與所述第二電極板(3)絕緣，并具有第二連線(5)，其垂直延伸通過所述層，連接到所述第二電極板(3)并和所述第一電極板(2)絕緣。所述第一連線(4a)延伸通過所述堆疊的第一和第二電極板(2、3)并用于施加無線電頻率信號。
文檔編號H01G4/35GK101031987SQ200480043812
公開日2007年9月5日 申請日期2004年6月25日 優(yōu)先權(quán)日2004年6月25日
發(fā)明者約翰·海恩, 阿爾內(nèi)·雅各布 申請人:不倫瑞克卡羅洛-威廉明娜工業(yè)大學(xué)