CN101052276A - 用于制造嵌入印刷电路板的电容器的方法 - Google Patents

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Abstract

一种嵌入PCB中的电容器的制造方法，包括：准备具有加强构件和形成在该加强构件的两个表面上的铜箔的覆铜箔层压(CCL)基板；平坦化该CCL基板的铜箔的表面；在该铜箔的平坦化表面上形成介电层；以及在该介电层上形成上电极。

Description

用于制造嵌入印刷电路板的电容器的方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2006年4月5日向韩国知识产权局提交的韩国专利申请第10-2006-0031099号的优先权，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及一种用于制造嵌入印刷电路板(PCB)的电容器的方法，更具体地说，涉及一种用于制造嵌入PCB的电容器的方法，该方法可以除去作为下电极的覆铜箔层压(copper clad lamination，CCL)基板的表面缺陷，从而提高电容器的产率。
背景技术
离散片式电阻器(或称“分立片式电阻器”，discrete chip resistor)或离散片式电容器(或称“分立片式电容器”，discrete chip capacitor)已安装在PCB的表面上。最近，已经开发了具有嵌入无源元件例如电阻器或电容器的PCB。
在这样的PCB技术中，诸如电阻器或电容器的无源元件通过使用新材料和方法而被嵌入PCB的外层或内层，并且嵌入的无源元件作为现有的片式电阻器或片式电容器。
例如，当电容器埋入至PCB的内层或外层并整合为PCB的一部分时，无论PCB尺寸如何，该电容器称作嵌入电容器(嵌入式电容器，embedded capacitor)而该PCB称作嵌入电容器PCB。
嵌入电容器PCB的最重要特性在于该电容器无需安装在PCB的表面上，因为该电容器形成为PCB的一部分。
下面将描述嵌入电容器PCB的三种制造方法。
第一种方法是通过沉积、热硬化和干燥聚合物电容膏(polymercapacitor paste)来制造聚合物厚膜型电容器。
根据第一种方法，将聚合物电容相(capacitor phase)沉积在PCB的内层上并干燥。然后，印刷铜膏并干燥以形成电极。这样就制造出嵌入电容器。
第二种方法是通过在PCB上涂敷填充陶瓷的光致介电树脂来制造嵌入式离散型电容器。
根据第二种方法，在将含陶瓷粉末的光致介电树脂涂敷到基板上后，将铜箔层压在光致介电树脂上以形成上电极和下电极。然后，电路图案形成，光致介电树脂被蚀刻以形成嵌入式离散型电容器。
第三种方法是通过将具有电容特性的分离的介电层插入到PCB的内层中而制造电容器，使得介电层可以代替已被安装在PCB表面上的去耦电容器。
根据第三种方法，通过将带有电源电极和接地电极的介电层插入到PCB的内层中而制造功率分配去耦电容。
同时，与外部电容器相比，嵌入PCB的电容器难以保证具有充分的电容，因为该电容器的尺寸按照PCB的体积而受到限制。
因此，需要存在一种通过实施每单位面积的高电容密度而在PCB中嵌入高密度电容器的技术。高密度电容器的实例是不嵌入PCB而是安装在PCB上的外部多层陶瓷电容器(MLCC)。为此，薄膜技术已经应用于嵌入电容器的制造方法，从而增加介电层的电容率但降低其厚度。
然而，当薄膜技术用于形成薄约几百纳米的介电层以使该电容器的尺寸最小化时，根据置于介电层下面的下电极的表面状态会出现介电层的形态缺陷(formation defect)。这导致下电极和上电极之间的漏电流增大和电学短路。
在下文中，将参照图1和图2详细地描述传统的嵌入PCB中的电容器的问题。
图1是传统的嵌入PCB的电容器的剖视图。参照图1，传统的电容器100包括CCL基板110、介电层120、以及上电极130。CCL基板110包括加强构件111(例如，FR-4)和形成在加强构件111两个表面上的铜箔112。CCL基板110充当嵌入电容器的下电极。
铜箔112的表面，即在其上形成有介电层120的CCL基板110的表面，具有诸如凸起缺陷和凹入缺陷的表面缺陷，取决于加强构件111的表面状态。
这些表面缺陷增加了嵌入电容器的漏电流，降低了嵌入电容器PCB的特性和可靠性。
此外，当介电层120在具有表面缺陷的CCL基板110上形成，尤其当该介电层形成为薄约几百纳米以使电容器的尺寸最小化时，缺陷发生在介电层120中，如由参考符号“F”所示。将参照图2详细地描述该缺陷。
图2是示出传统的嵌入PCB中的电容器的问题的照片。特别地，图2示出了CCL基板的凸起缺陷，其中CCL基板110的凸起部分穿过介电层120和上电极130，并因此被暴露。此外，放大的凸起部分示于图2中。
当介电层120和上电极130依次被形成在具有凸起缺陷的CCL基板110上时，介电层120无法形成于凸起缺陷处。因此，充当下电极的CCL基板110短路至上电极130。
也就是说，CCL基板的表面缺陷增大了该嵌入电容器的漏电流，并使下电极与上电极短路。因此，嵌入PCB中的电容器的特性(或性能)和可靠性降低，并且其制造产率降低。
发明内容
本发明的一个优点在于提供一种嵌入PCB中的电容器的制造方法，该方法可以去除用作下电极的CCL基板的表面缺陷，从而改进嵌入电容器的特性、可靠性以及制造产率。
本发明的总发明构思的其它方面和优点将在下述描述中部分地陈述，并且其将部分地通过这些描述变得显而易见，或者可通过该总发明构思的实践而获知。
根据本发明的一个方面，嵌入PCB中的电容器的制造方法包括：准备具有加强构件和形成在该加强构件的两个表面上的铜箔的CCL基板；平坦化该CCL基板的铜箔的表面；在该铜箔的平坦化表面上形成介电层；以及在该介电层上形成上电极。
根据本发明的另一个方面，该方法进一步包括在平坦化该CCL基板的铜箔表面之前和之后清洗和干燥该CCL基板。
根据本发明的又一个方面，该CCL基板的铜箔表面通过使用机械抛光工艺或电解抛光工艺被平坦化。更优选地，依次实施机械抛光工艺和电解抛光工艺。
根据本发明的又一个方面，机械抛光工艺通过使用其中陶瓷颗粒被涂敷在聚酯膜上的抛光带来实施。陶瓷颗粒为尺寸小于20μm的SiC或Al2O3。
根据本发明的又一个方面，该机械抛光工艺包括使用其中陶瓷颗粒被涂敷在聚酯膜上的第一抛光带的第一抛光工艺，和使用第二抛光带的第二抛光工艺，其中第二抛光带上涂敷有尺寸比第一抛光带的陶瓷颗粒小的陶瓷颗粒。第一抛光带的陶瓷颗粒为尺寸小于20μm的SiC或Al2O3。
根据本发明的又一个方面，该电解抛光工艺通过使用选自由磷酸、硫酸、盐酸、硝酸、硼酸、及其组合组成的组中的电解液来实施。该电解液还包括含有铬酸或尿素的添加物以防止对铜箔的腐蚀。优选地，对于全部电解液来说加入0.5wt％至1wt％的添加剂。
根据本发明的又一个方面，该电解液的pH值小于5。如果pH值大于6，抛光速率降低，以致表面缺陷未被彻底除去。
根据本发明的又一个方面，该电解液的电解温度范围为0℃至75℃。
根据本发明的又一个方面，该电解液的电流密度范围为5A/dm2至50A/dm2。
根据本发明的又一个方面，该介电层由具有高电容率的陶瓷组合物形成。
根据本发明的又一个方面，该上电极由选自由Cu、Ni、Al、Pt、Ta、Ag、及其合金组成的组中的至少一种形成。
附图说明
通过结合附图对具体实施方式的下述描述，本发明的总发明构思的这些和/或其他方面和优点将变得显而易见并且更易于理解，附图中：
图1是传统的嵌入PCB中的电容器的剖视图；
图2是示出传统的嵌入PCB中的电容器的问题的照片；
图3A至图3C是举例说明根据本发明一个具体实施例的嵌入PCB中的电容器的制造方法的剖视图；以及
图4和图5是示出根据本发明的嵌入PCB中的电容器的效果的照片。
具体实施方式
现在将详细参照本发明总发明构思的具体实施方式，其实例示于附图中，其中相同参考数字始终表示相同元件。下面参照附图描述具体实施方式以解释本发明的总发明构思。附图中，为了清楚而夸大了层和区域的厚度。
在下文中，将参照附图详细描述根据本发明具体实施方式的嵌入PCB的电容器的制造方法。
图3A至图3C为示出根据本发明一个具体实施方式的嵌入PCB中的电容器的制造方法的剖视图。
参照图3A，准备CCL基板110。CCL基板110包括加强构件111(例如，FR-4)和形成在加强构件111的两个表面上的铜箔112。此时，加强构件111也可以根据PCB的目的而由适合的材料形成。在该具体实施方式中，CCL基板110充当嵌入电容器的下电极。
同时，CCL基板110的表面，即铜箔112的表面，具有诸如凸起缺陷和凹入缺陷的表面缺陷，取决于与铜箔112的表面接触的加强构件111的表面状态。
这些表面缺陷增大了嵌入电容器的漏电流，降低了嵌入电容器的PCB的特性和可靠性。此外，将在下文描述，该表面缺陷作为在介电层和上电极中引发缺陷的因素，这导致制造产率降低。
如前所述，由于CCL基板110的表面缺陷显著地影响嵌入电容器的特性和可靠性并降低制造产率，因此这些表面缺陷在嵌入于PCB的电容器的制造工艺中必须被除去。
参照图3B，CCL基板110内铜箔112的表面被平坦化。优选地，采用机械抛光或电解抛光工艺作为平坦化工艺。为了提高抛光效率，可以在机械抛光工艺之后另外实施电解抛光工艺。
也就是说，通过平坦化CCL基板110的表面来除去铜箔112的表面缺陷。因此，可以解决由于表面缺陷引起的问题。
参照图3C，将介电层120和上电极130依次形成在平坦化的CCL基板110上。
采用各种薄膜形成方法例如ALD、PLD、CVD等，通过沉积具有高电容率的陶瓷组合物来形成介电层120。陶瓷组合物的实例包括BZN、Al2O3、PZT、PLZT、PT、PMN、PMN-PT、BaTiO3、HfO2、以及SrTiO3。本发明并不限于这些陶瓷组合物，而是可以使用具有高电容率的任何材料。
上电极130可以利用低温溅射工艺、蒸镀工艺、或非电解电镀工艺(或称“化学镀工艺”，electroless plating process)而形成，而电极材料可以是选自由Cu、Ni、Al、Pt、Ta、Ag、及其合金组成的组中的至少一种。
在下文中，将参照图4和图5描述用于平坦化CCL基板中铜箔的表面的详细方法。
机械抛光方法
对具有表面缺陷的CCL基板的表面依次实施第一清洗工艺和第一干燥工艺。优选使用去离子水作为清洗溶液(洗涤液，cleaningsolution)。
此后，通过使用其中陶瓷颗粒被涂敷在聚酯膜上的抛光带对CCL基板进行抛光，直至该CCL基板的表面缺陷被除去。该陶瓷颗粒优选具有的尺寸小于20μm，更优选尺寸小于5μm。这旨在使CCL基板的表面由于大尺寸陶瓷颗粒引起的发生表面擦伤最小化，因为当陶瓷颗粒的尺寸增大时，CCL基板的表面被粗略地抛光。这样的精细陶瓷颗粒的实例为SiC和Al2O3。
接着，对CCL基板的平坦化表面依次实施第二清洗工艺和第二干燥工艺。
图4为示出使用通过机械抛光工艺平坦化的CCL基板制造的嵌入电容器的效果的照片。从图4可以看出，当充当下电极的CCL基板的表面缺陷通过使用机械抛光工艺被除去，并且随后介电层和上电极被依次形成在CCL基板上时，CCL基板的表面缺陷(图2中的100)不会突出到上电极130上。
根据本发明，通过使用第一抛光带实施第一抛光工艺，通过使用第二抛光带实施第二抛光工艺，其中第一抛光带中，尺寸小于20μm的第一陶瓷颗粒被涂敷在聚酯膜上，第二抛光带涂敷有尺寸比第一抛光带的陶瓷颗粒小的陶瓷颗粒。因此，通过具有更小陶瓷颗粒的第二抛光带减轻了由于具有大陶瓷颗粒的第一抛光带引起的CCL基板擦伤，由此最小化CCL基板表面上出现的擦伤。
电解抛光方法
与机械抛光方法相似，对具有表面缺陷的CCL基板的表面依次实施第一清洗工艺和第一干燥工艺。
接着，通过将CCL基板浸在由选自包括磷酸、硫酸、盐酸、硝酸、硼酸等的组中的一种或多种酸的组合组成的电解液中，实施预定时间的电解抛光工艺。电解抛光时间可以根据铜箔特性和工艺条件而改变。
当电解液的pH值大于6.0时，抛光速率低，以致表面缺陷未被彻底除去。因此，优选电解液的pH值小于5.0。
特别地，该电解液优选进一步包括含有铬酸或尿素的添加剂，从而防止对CCL基板的铜箔的腐蚀。当对全部电解液加入小于0.5wt％的添加剂时，该添加剂几乎无法实现防止对铜箔腐蚀的功能。当加入大于1wt％的添加剂时，效果与含有1wt％的添加剂的电解液相同。因此，优选电解液中含有的添加剂的范围为0.5wt％至1wt％。
此外，优选电解液的温度在0℃至75℃的范围内。当温度低于0℃时，电解液被冷冻，使得电解抛光无法实施。当温度超过75℃时，电解抛光速度增大，使得铜箔抛光不均匀。
当电解液的电流密度小于5A/dm2时，电解抛光的抛光特性几乎不呈现。当电流密度大于50A/dm2时，电解抛光速度增大，使得铜箔抛光不均匀。因此，优选电解液的电流密度在5A/dm2至50A/dm2的范围内。
接着，对平坦化的CCL基板依次实施第二清洗工艺和第二干燥工艺。
图5为示出使用通过电解抛光工艺平坦化的CCL基板制造的嵌入电容器的效果的照片。从图5可以看出，当充当下电极的CCL基板的表面缺陷通过使用电解抛光工艺被除去并且随后介电层和上电极被依次形成在CCL基板上时，CCL基板的表面缺陷(图2中的100)不突出到上电极130上。
如前所述，本发明在除去充当下电极的CCL基板的表面缺陷之后通过依次形成介电层和上电极，可以防止由CCL基板的表面缺陷产生的漏电流。此外，本发明可以防止由于介电层的形态缺陷(formation defect)而引起的下电极和上电极之间的电学短路。
因此，本发明可以改善嵌入电容器的特性和可靠性，并且还可以提高制造产率。
尽管已经示出和描述了本发明的总发明构思的几个具体实施方式，本领域技术人员将会理解，在不偏离本发明的总发明构思的原则和精神的前提下，可以对具体实施方式进行改变，本发明的总发明构思的范围由所附权利要求及其等同物所限定。

Claims (19)

1.一种用于制造嵌入印刷电路板的电容器的方法，包括：
准备具有加强构件和形成在所述加强构件的两个表面上的铜箔的覆铜箔层压(CCL)基板；
平坦化所述CCL基板的所述铜箔的表面；
在所述铜箔的所述平坦化表面上形成介电层；以及
在所述介电层上形成上电极。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：在平坦化所述CCL基板的所述铜箔的表面之前和之后清洗和干燥所述CCL基板。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，通过使用机械抛光工艺或电解抛光工艺平坦化所述CCL基板的所述铜箔的表面。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，通过依次实施机械抛光工艺和电解抛光工艺平坦化所述CCL基板的所述铜箔的表面。
5.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述机械抛光工艺通过使用其中在聚酯膜上涂敷陶瓷颗粒的抛光带来实施。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述陶瓷颗粒的尺寸小于20μm。
7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述陶瓷颗粒为SiC或Al2O3。
8.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述机械抛光工艺包括使用其中在聚酯膜上涂敷陶瓷颗粒的第一抛光带的第一抛光工艺和使用第二抛光带的第二抛光工艺，所述第二抛光带涂敷有尺寸比所述第一抛光带的陶瓷颗粒小的陶瓷颗粒。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述第一抛光带的所述陶瓷颗粒的尺寸小于20μm。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述陶瓷颗粒为SiC或Al2O3。
11.根据权利要求3或4所述的方法，其中，所述电解抛光工艺通过使用由选自包括亚磷酸、硫酸、盐酸、硝酸、硼酸等的组中的一种或多种酸的组合构成的电解液来实施。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述电解液的pH值小于5。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，所述电解液进一步包括含有铬酸或尿素的添加剂。
14.根据权利要求13所述的方法，其中，对全部电解液加入0.5wt％至1wt％的添加剂。
15.根据权利要求11所述的方法，其中，所述电解液的电解温度范围为0℃至75℃。
16.根据权利要求11所述的方法，其中，所述电解液的电流密度范围为5A/dm2至50A/dm2。
17.根据权利要求1所述的方法，其中，所述介电层由陶瓷组合物形成。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述陶瓷组合物选自由BZN、Al2O3、PZT、PLZT、PT、PMN、PMN-PT、BaTiO3、HfO2、以及SrTiO3组成的组。
19.根据权利要求1所述的方法，其中，所述上电极由选自包括Cu、Ni、Al、Pt、Ta、Ag、及其合金的组中的至少一种形成。
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