CN101147434A - 带优化c（t）的itfc - Google Patents

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Abstract

一种方法包括在衬底上沉积包含大量陶瓷材料纳米微粒的胶体的悬浮液；并且热处理该悬浮液以形成薄膜。一种方法包括将多个陶瓷材料纳米微粒沉积在衬底表面的预定位置上；并且热处理该多个纳米微粒以形成薄膜。一种系统包括包含微处理器的计算设备，该微处理器通过衬底耦合至印刷电路板，该衬底包括在衬底上形成的至少一个电容器结构，该电容器结构包括第一电极、第二电极、以及耦合在第一电极和第二电极之间的陶瓷材料，其中该陶瓷材料包括柱状晶粒。

Description

带优化C（T）的ITFC
领域
电路结构和无源器件。
背景
期望提供与集成电路芯片或管芯极为接近的解耦合电容。对此种电容的需求随着芯片或管芯的开关速度和电流要求变得更高而增加。于是，对用于高密度集成电路芯片或管芯的大量无源部件的需求、其导致的印刷线路板(PWB)的电路密度的增加、以及多千兆赫范围内更高频率的趋势成为了组合在一起对在封装衬底或PWB上表面安装的无源部件增加压力的因素。通过将嵌入式无源部件(例如，电容器、电阻器和电感器)结合到封装衬底或PWB中，能够实现改善的性能、更佳的可靠性、更小的占用面积以及更为低廉的成本。
电容器在大多数电路设计中是主要的无源部件。诸如聚合物和高介电常数(高k)陶瓷粉末的合成物或者高k陶瓷粉末与玻璃粉末混合物之类的适用于嵌入式电容器部件的典型材料一般限于约为毫微法/cm2至0.1微法/cm2的电容密度。
附图简述
各实施例的特征、方面和优点将在随后的详细描述、所附权利要求书及附图中变得更为显而易见，在附图中：
图1示出了适用于安装在印刷电路或线路板上的芯片或管芯封装的实施例的横截面侧视图。
图2示出了图1的封装衬底的横截面侧视图。
图3描述了用于形成电容器的工艺流程。
图4示出了具有其上沉积有第一温度特征的介电材料的第一导体片的侧视图。
图5示出了在在介电层上形成与第一导体相对的第二导体之后的图4的结构。
图6示出了在第一导体和第二导体的露出表面上形成不同导电材料之后的图5的结构。
图7示出了具有其上沉积有第二温度特征的介电材料的第一导体片的侧视图。
图8示出了在介电层上形成与第一导体相对的第二导体之后的图7的结构。
图9示出了在第一导体和第二导体的露出表面上形成不同导电材料之后的图7的结构。
图10示出了包括带有其对侧相连的图6的结构和图7的结构的核衬底在内的封装衬底的横截面侧视图。
图11描述了执行电容器的第二种工艺流程。
图12示出了其中有开口形成的陶瓷绿带(green sheet)的示意性俯视图。
图13示出了具有连接至其一侧的图12的陶瓷绿带的第一导体的横截面侧视图。
图14示出了在将第二陶瓷材料引入在第一陶瓷材料内形成的开口之后的图13的结构。
图15示出了在将第二导体连接到与第一导体相对的介电层(合成陶瓷材料)之后的图14的结构。
图16示出了在将不同的导电材料引入到第一导体和第二导体的露出表面上之后的图15的结构。
图17示出了包括核以及耦合至该核的管芯侧的图16的结构的封装衬底。
图18示出了具有由带不同额定温度的介电材料形成的电容器的封装衬底的示意性俯视图。
图19描述了执行电容器的第三种工艺流程。
图20示出了各自具有贯穿其厚度形成的开口的第一导体和第二导体。
图21示出了在各开口中设有热膨胀系数(CTE)匹配材料的图20的第一导体和第二导体。
图22示出了连接至陶瓷材料的相对侧并被置于其上的图21的第一导体和第二导体。
详细描述
图1示出了能够在物理上或电学上连接至印刷线路板或印刷电路板(PCB)以形成电子组件的集成电路封装的横截面侧视图。该电子组件可以是电子系统的—部分，诸如计算机(例如，台式、膝上型、手持式、服务器等)、无线通信设备(例如，蜂窝电话、无绳电话、寻呼机等)、计算机相关外围设备(例如，打印机、扫描仪、监视器等)、娱乐设备(例如，电视机、收音机、立体声系统、磁带和致密盘播放器、盒式磁带录像机、MP3(运动图像专家组音频层3)播放器等)之类的一部分。图1示出了作为台式计算机的一部分的封装。
图1示出了包括在物理上和电学上连接至封装衬底101的管芯110在内的电子组件100。管芯110是集成电路管芯，诸如处理器管芯。电触点(例如，管芯110的表面上的接触焊盘)通过导电凸块层125连接至封装衬底101。封装衬底101可用于将电子组件100连接至诸如主板或其他电路板等印刷电路板130。
在一个实施例中，封装衬底101包括一个或多个电容器结构。参见图1，封装衬底101包括嵌入其中的电容器结构140和电容器结构150。电容器结构140和电容器结构150与核衬底160相对的两侧相连。在另一个实施例中，电容器结构140和电容器结构150可以一个层叠在另一个上。
在一个实施例中，核衬底160是诸如包括玻璃纤维加强的材料的环氧树脂等有机核，也被称为半固化片(pre-greg)。这一构造可以被称为集成薄膜电容器(iTFC)系统，其中一个或多个电容器集成到封装衬底中，而非例如在管芯和封装衬底之间有插入件。电容器结构140上覆盖的是粘合层175(例如，填充硅石的环氧树脂)。电容器结构150底下是粘合层185。粘合层175上覆盖的是积聚(build-up)层176。粘合层185底下是积聚层186。粘合层175和粘合层185分别用作对覆盖的积聚层176和底下的积聚层186的粘合层。每个积聚层包括分别用于管芯110和封装衬底101之间、以及封装衬底101和印刷电路板130之间的触点的横向平移的迹线(例如，铜迹线)，并且通常是作为顶层的阻焊剂。由层185、150、160、140和175的组合形成的区域在此被称为功能核120。
图2示出了功能核120的一部分的放大图。功能核120包括在一个实施例中具有约为200微米(μm)至700μm的厚度的核衬底160。在另一个实施例中，核衬底160具有约为200μm至300μm的厚度。在一个实施例中，核衬底160包括诸如玻璃纤维加强的环氧树脂之类的核162，以及诸如填充硅石微粒的环氧树脂等壳165。
电容器结构140连接至核衬底160的一侧(示为顶侧)。电容器结构140包括紧接核衬底160的第一导体210以及第二导体230。置于第一导体210和第二导体230之间的是介电材料220。电容器结构150连接至核衬底160的相对侧(示为底侧)并且具有介电材料置于两导体之间的类似构造。功能核120的电容器结构140和电容器结构150上(在面向核衬底160的两相对侧上)覆盖的分别是粘合层175和185，它们例如由有机材料制成并且具有约为10微米(μm)至50μm的代表性厚度。图1的积聚层176和积聚层186可以沉积在这些粘合层上。如上所述，积聚层可以包括将封装衬底分别连接至芯片或管芯以及连接至印刷电路板的迹线和触点，以及作为顶层的阻焊剂。
在一个实施例中，电容器结构140的第一导体210和第二导体230是导电材料。合适的材料包括但不限于镍或铜材料。在一个实施例中，介电材料220是具有相对较高的介电常数(高k)的陶瓷材料。适用于介电材料220的材料包括但不限于钛酸钡(BaTiO3)、钛酸钡锶((Ba，Sr)TiO3)和钛酸锶(SrTiO3)。
在一个实施例中，电容器结构140包括具有约为20μm至50μm厚度的第一导体210和第二导体230，以及约1μm至3μm厚，且在另一个实施例中小于1μm厚的高k陶瓷材料的介电材料220。电容器结构150在一个实施例中与电容器结构140相类似。
在图2所示的功能核120的实施例中，电容器结构140包括第二导体230的上覆层240。上覆层240是可在第二导体230是与向其暴露功能核120的材料或处理操作不兼容或不那么兼容的材料的情况下使用的可任选导电层。例如，在一个实施例中，第二导体230是镍材料。为使得功能核120对后续处理操作透明或与向其暴露功能核120的材料兼容，上覆层240是铜材料。代表性地，如果存在上覆层240，则其具有约几微米的厚度。
图2示出了贯穿表面280和表面290之间的功能核120延伸的多个导电通孔。代表性地，导电通孔250和导电通孔260是其适当的极性连接至管芯110的电源或接地触点(例如，通过导电凸块层125连至图1的管芯110上的接触焊盘)的导电材料(例如，铜或银)。以此方式，导电通孔250和导电通孔260贯穿电容器结构140、核衬底160以及电容器结构150延伸。导电通孔250和260在期望的情况下可以通过介电材料的套管270而与电容器结构140或电容器结构150的一部分绝缘。
图3呈现了用于形成一封装衬底的一部分的过程，其中该封装衬底包括诸如核衬底160等核衬底以及在核衬底的相对侧上的诸如电容器结构140和电容器结构150等电容器结构。更具体地，图3呈现了用于形成具有不同陶瓷材料的电容器的封装衬底的一部分的过程，其中不同的陶瓷材料在一个实施例中是基于陶瓷材料的温度特性来选择的。可以形成诸如电容器结构140和/或电容器结构150等电容器结构并在随后将其单独连接至核衬底160。图4至图9示出了与图3中描述的工艺流程的各部分有关的形成过程。
在一个实施例中，用于电容器结构的陶瓷剂型(formulation)具有通常稳定的温度特性。温度特性由电子工业联合会(EIA)指定。对于类II和类III电介质(包括X7R、X5R、ZFU和Y5V)而言，第一个符号指示工作温度范围的下限，第二个符号指示工作温度范围的上限，而第三个符号则指示工作温度范围下允许的最大电容变化。用于类II和类III电介质的EIA型指定码如表1所示。表1-用于类II和类III电介质的EIA温度特性码
额定低温 额定高温 最大电容偏移
摄氏度 字母符号 摄氏度 数字符号 百分比 字母符号 EIA类
+10C Z +45C 2 ±1.0％ A II
-30C Y +65C 4 ±1.5％ B II
-55C X +85C 5 ±2.2％ C II
+105C 6 ±3.3％ D II
+125C 7 ±4.7％ E II
+150C 8 ±7.5％ F II
+200C 9 ±10.0％ P II
±15.0％ R II
±22.0％ S III
+22/-33％ T III
+22/-56％ U III
+22/-82％ V III
图4示出了例如镍片或箔的第一导体410的结构425，其中第一导体410可能具有在其表面(示为顶面)上的镍膏层。在一个实施例中，镍膏具有陶瓷粉末(例如，钛酸钡)添加物用以提供底下的镍箔和即将沉积的上覆的X7R(或者X7S，或者适于该应用的任何其他温度)陶瓷绿带之间的粘合层。在一个实施例中，第一导体410将由Ni绿带构成，其中该Ni绿带将具有陶瓷粉末(例如，钛酸钡)添加物用以提供对即将沉积的上覆的X7R(或者X7S，或者适于该应用的任何其他温度)陶瓷绿带的粘合。
图4示出了沉积在第一导体410上(框310)的X7R(或者X7S，或者适于该应用的任何其他温度)陶瓷绿带的陶瓷层420的结构425。在一个实施例中，陶瓷层420或绿带层叠在底下的镍膏层上。在一个实施例中，选择具有-55℃至+125℃额定工作温度范围以及介电常数k约为3000的X7R电介质。选择该材料是因为它具有通常稳定的温度特性(C室温±10-15％)。选择X7R电介质的一个理由是所形成的电容器结构将被放置在封装衬底的管芯侧，而在那里该电容器结构会暴露于高温(例如，高于100℃)。
参见图3，在沉积陶瓷材料之后，在陶瓷材料上沉积第二导体(框320)。图5示出了与图4中的结构425相类似的结构435，其中该结构435包括具有例如镍膏层形成其上的第二导体(例如，镍片或箔)430。镍箔430层叠在结构425的顶上(如图所示)以形成图5中的结构435。在一个实施例中，第一导体410将由Ni绿带构成，其中该Ni绿带将具有陶瓷粉末(例如，钛酸钡)添加物用以提供对底下的X7R(或者X7S，或者适于该应用的任何其他温度)陶瓷绿带的粘合。在一个实施例中，在层叠之后，对结构435进行热处理以烧掉所含有机物。代表性地，热处理可以涉及持续时间在两小时至一天之间，温度在300至500℃的处理。
再次参考图3，在导体材料之间形成介电材料之后，随后在还原气氛下对该复合结构进行热处理以同时增大绿带和镍膏层的密度(例如，降低其表面能)  (框330)。一旦完成热处理，该产品将具有足以满足封装和处理目的的强度，并且具有足够致密的微结构。
在热处理之后，图3的方法提供用不同的导电材料涂敷第一导体和第二导体的一个或两个露出表面的可任选操作(框340)。图6示出了结构445，其中两个铜层已分别沉积在结构445的顶面和底面上。在一个实施例中，铜层440和铜层450是通过化学镀沉积并在随后通过电镀在各铜表面上沉积以形成铜层440和铜层450来沉积的。铜层440和铜层450可以具有约几微米的厚度。可选地，铜层可以通过沉积包括铜微粒的铜膏并烧结该膏而形成。
铜涂层对于使电容器结构对要向其暴露该电容器结构或封装衬底的后续处理操作透明是理想的。在第一导体410和第二导体430是镍材料的示例中，例如用铜材料来涂敷第一或第二导体的露出表面可能是理想的。
再次参考图3，在形成结构445(例如，电容器结构)的同时、之前或之后，可以形成第二电容器结构。该第二电容器结构可用于形成相同的封装衬底。然而，该第二电容器结构可以使用其温度特性稳定性要低于在形成结构445时使用的介电材料的温度特性的稳定性的介电材料(例如，陶瓷材料)。在一个实施例中，介电材料具有较低稳定性的温度特性和较高的介电常数。参见表1，在一个实施例中，合适的介电材料是具有-25℃至+80℃额定温度以及介电常数约为20000的Y5V电介质。代表性地，由Y5V介电材料形成的电容器结构可以置于封装衬底的管芯侧的对侧。
在形成电容器结构的一个实施例中，可以遵循参考框310至340描述的处理操作。提供其代表性厚度约为几微米至几十微米的第一导体材料片(例如，箔)作为原始衬底。可以在该第一导体上沉积厚度约为1微米或更小的陶瓷材料(框350)。图7示出了由例如镍片或箔的第一导体710构成的结构725，其中该第一导体710可能在其表面(示为顶面)上具有镍膏层。在一个实施例中，该镍膏层将具有陶瓷粉末(例如，钛酸钡)添加物用以提供底下的镍箔和即将沉积的上覆的Y5V绿带之间的粘合层。在一个实施例中，第一导体710将由Ni绿带构成，其中该Ni绿带将具有陶瓷粉末(例如，钛酸钡)添加物用以提供对即将沉积的上覆的Y5V陶瓷绿带的粘合。
图7示出了沉积在第一导体710上的Y5V绿带的陶瓷层720的结构725。在一个实施例中，陶瓷层720或绿带层叠在底下的镍膏层上。
再次参见图3，在第一导体上沉积陶瓷材料之后，沉积第二导体(框360)。图8示出了与图4的结构725相类似的结构735，其中该结构735具有层叠在结构725的顶上(如图所示)以形成图8中的结构735的镍膏-镍箔第二导体730。在一个实施例中，在层叠之后，对结构735进行热处理以烧掉所含有机物。代表性地，热处理可以涉及持续时间在两小时至一天之间，温度在300至500℃的处理。
再次参考图3，在导体材料之间形成介电材料之后，随后在还原气氛下对复合结构(结构735)进行热处理以同时增大绿带与可任选镍膏层的密度(框370)。在热处理之后，图3的方法提供用不同的导电材料涂敷第一导体710和第二导体730之一或两者的可任选操作(框380)。图9示出了结构745，其中两个铜层已分别沉积在结构745的顶面和底面上。在一个实施例中，铜层740和铜层750可通过化学镀沉积并在随后通过进行约几微米厚的电镀来沉积的。
参见图3的方法，电容器结构445(图6)和电容器结构745(图9)可以附连至核衬底，诸如以上讨论的有机核衬底(框390)。在铜层覆盖导体的示例中，铜表面需要变粗糙(例如，通过蚀刻)以增强层叠。即使在没有上覆的铜层的情况下，导体表面也需要变粗糙(例如，通过蚀刻)以增强层叠。
图10示出了包括具有层叠到核结构1010的相对侧的结构445(电容器结构)和结构745(电容器结构)的核衬底1010的结构1045。在将电容器结构层叠至核衬底以形成封装衬底1045之后，可以图案化该封装衬底(图3，框360)。可以使用诸如机械打孔、用激光在环氧树脂内打通孔、平版印刷技术以及在通孔形成中使用的镀铜操作之类的传统图案化操作。每个电容器结构也可以被图案化以形成分立的电容器。完成的封装衬底还包括该衬底上的有机材料(例如，环氧树脂或填充玻璃微粒的环氧树脂)的积聚层。
参考图10所示的方向，该封装衬底在其管芯侧上设有具有温度特性更为稳定的陶瓷材料的结构445。图10示出了具有管芯侧1050的封装衬底1045。在一个实施例中，在管芯层1050上形成包括X7R陶瓷材料的电容器结构445。X7R在室温下应该提供对于介电常数的平坦温度响应。因为其温度稳定性，该电容器在相对较低的环线电感(loop inductance)处相对于电容器结构745应该提供充分的变化，以使其适于第一下垂(droop)使用。然而，结构445的介电常数k不如理想的高。可选地，在一个实施例中，选择电容器结构745以便在低温下提供高电容，因为衬底下部往往比离产热的硅管芯更近的顶部更冷。在此情况下，结构745适用于高电感不那么关键的第二下垂操作。因为结构745利用介电常数相对较高的陶瓷材料，所以封装衬底的总电容(结构445加上结构745)较高。
在上述实施例中，封装衬底1045包括在该封装的相对侧上的单个电容器结构。在另一个实施例中，可以在一侧或多侧上放置多个电容器结构，诸如在封装衬底的管芯侧1050上放置使用具有稳定温度特性(C室温±10-15％)的介电材料的多个电容器结构。
图11呈现了形成诸如封装衬底120之类的封装衬底的第二过程。该过程具体描述了在封装衬底120的管芯侧上的电容器结构140的形成。图12至17特别在形成电容器结构的实施例中示出了与图11中描述的工艺流程的各部分有关的形成过程。
参见图11，在形成封装衬底的电容器结构的一个实施例中，提供陶瓷材料绿带并在与预计位于封装的管芯阴影下的区域相对应的区域内形成贯穿该陶瓷绿带的开口(框1110)。在一个实施例中，陶瓷绿带可以选择具有通常较低稳态工作温度及较高介电常数的材料。参见表1，用于陶瓷绿带的合适的介电材料是具有-25℃至+80℃额定温度以及介电常数约为20000的被分类为Y5V的陶瓷。该材料的低稳态工作温度使得该材料适用于其中温度条件通常将不会超过额定温度的管芯阴影外部的电容应用。图12示出了其中形成有矩形开口1215的矩形陶瓷层或绿带1220。在一个实施例中，选择开口1215的大小使得用于该陶瓷层1220的材料对其最大工作温度范围之外的温度的暴露程度最小。在一个实施例中，开口1215在与封装的投影管芯阴影相对应的层1220的一部分内形成。在陶瓷层1220内形成开口1215的一种方法是通过机械冲压、激光或平版印刷蚀刻。
参见图11，在形成贯穿其材料具有第一温度特性的陶瓷绿带的开口之后，将该绿带层叠至第一导体(框1120)。在一个实施例中，该衬底是具有约为几微米至几十微米的代表性厚度的第一导体材料片(例如，箔)。图13示出了由例如镍绿带或镍箔片的第一导体1210构成的结构1225，其中该第一导体1210可能在其表面(示为顶面)上具有镍膏层。在一个实施例中，该镍膏层将具有陶瓷粉末(例如，钛酸钡)添加物用以提供底下的镍箔和即将沉积的上覆的Y5V绿带之间的粘合层。在一个实施例中，第一导体710将由Ni绿带构成，其中该Ni绿带将具有陶瓷粉末(例如，钛酸钡)添加物用以提供对即将沉积的上覆的Y5V陶瓷绿带的粘合。图13示出了具有沉积在第一导体1210上的Y5V陶瓷层1220的结构1225。图13是贯穿结构1225的横截面侧视图，以示出陶瓷层1220内的开口1215。
参见图11，在第一导体1210上层叠了陶瓷层1220之后，将第二陶瓷材料层叠在第一陶瓷层内的开口中的第一导体上(框1130)。该第二陶瓷材料可以选择适于在通常要经历管芯阴影的温度条件下使用的具有较高额定温度(例如，稳定温度特性(C室温±10-15％))的材料。参见表1，一种合适的陶瓷材料是具有-55℃至+125℃额定工作温度范围以及介电常数k约为3000的X7R电介质。带有高额定温度的陶瓷材料可以通过机械冲压、激光或平版印刷蚀刻来图案化以内适于开口1215(参见图12或图13)。
图14示出了包括第一导体1210和陶瓷层1220的结构1235。结构1235还包括层叠至开口1215(参见图13)内的第一导体1210并由具有相对较高的额定温度的陶瓷材料构成的陶瓷层段1230。在一个实施例中，在层叠之后，在合成介电层上的结构1235上沉积第二导体(框1140)。图15示出了包括层叠至介电层1220和介电层1230的第二导体(例如，镍片或箔，或者镍绿带)1240(在导体和陶瓷材料之间可能有镍膏)的结构1245。在一个实施例中，在层叠之后，对结构1245进行热处理以烧掉所含有机物。代表性地，热处理可以涉及持续时间在两小时至一天之间，温度在300至500℃的处理。
再次参考图11，在导体材料之间形成复合介电材料之后，随后在还原气氛下对该结构进行热处理以同时增大电介质和镍膏层的密度(框1150)。
图16示出了用不同的导电材料可任选地涂敷第一导体1210和第二导体1230之后的结构1255。在其中第一导体1210和第二导体1230是镍材料的示例中，该镍材料可用铜材料来涂敷。图17示出了覆盖在第二导体1230上的铜层1250以及在第一导体1210底下的铜层1260。铜层1250和1260例如可以使用化学镀和电镀技术的组合来沉积，或者可以通过沉积包括铜微粒的铜膏并烧结该膏来形成。
再次参见图11，电容器结构(图16的结构1225)可以附连至核衬底，诸如以上讨论的有机核衬底(框390)。在铜层覆盖在导体上的示例中，铜表面需要变粗糙(例如，通过蚀刻)以增强层叠。即使在没有上覆的铜层的情况下，导体表面也需要变粗糙(例如，通过蚀刻)以增强层叠。该电容器结构可附连至基衬底的一个表面。图17示出了耦合至核衬底1710的结构1255。结构1255耦合至核衬底1710的管芯侧1750。第二电容器结构(电容器结构1755)可以连接至核衬底1710的相对侧。该封装衬底随后可以根据诸如以上参考图3的框395所描述的技术来图案化(框1170)。
如图17所示，放置在一个实施例中具有相对较高的额定温度的介电层1230以使其包括位于投射管芯阴影之下的区域。应该认识到，介电层1230的尺寸(长度和宽度)取决于例如期望工作条件以及该封装衬底的总电容可以延伸至投影管芯阴影之外或者可位于投影管芯阴影内。在第二电容器结构(结构1755)层叠至核衬底1710的相对侧的实施例中，该电容器结构可由具有通常低稳态工作温度(由于其离工作中的管芯相对较远的位置)和较高电容的介电材料形成。一种合适的介电材料是Y5V材料。
参考图11至17描述的实施例认识到在工作中，封装上的温度是不均匀的。于是，在构造封装的一个实施例中，仅在最热点才需要带有较高额定温度(通常电容较低)的电容器。在另一个实施例中，可以在封装上的不同点处使用带不同额定值的电容器。以此方式，能够在封装上放置更多的电容，因为较低的额定温度通常导致较高的平均电容。此外，带较高额定温度的电容器的成本往往比带较低额定温度的电容器的成本要高。于是，选择带不同额定温度的电容器能够降低功率输送的总成本。图18示出了具有其中一个的额定温度要高于另一个的两个不同电容器的封装的一个实施例。电容器结构的介电材料的额定温度例如可以通过以上在表1中阐明的特性码来确定。在一个实施例中，封装1810的电容器1820对预计出现高温的封装1810的区域使用X7R介电材料(125℃，±15％)，而电容器1830对预计出现较低温度的封装1810的区域使用X5R介电材料(85℃，±15％)。通过仅在预计出现高温的区域(例如，在管芯阴影下)内使用X7R额定的电容器并在较凉位置内使用X5R额定的电容器，能够增加封装1810的总电容。
在以上各实施例中，描述了用于形成其中可将陶瓷材料层叠在诸如镍或铜箔等导电箔上的电容器结构的技术。代表性的实施例还描述了使用导电箔作为一个电极而使用导电膏作为另一个电极的情况。对一个或两个电极使用膏或绿带时所要考虑的一个问题是当将电容器压入绿带时，膏可能被挤压通过陶瓷材料并与相对电极接触，从而导致短路。与使用导电片或箔有关的一个问题是陶瓷和导体之间的粘合强度较弱并且该陶瓷可能从导电片中分层。已经做出了将导电箔同时用作顶部和底部电极的尝试，然而陶瓷材料中所含有机物因此无法在处理期间脱气，从而导致各电容器结构的膨胀/破裂。图19描述了使用导电片形成电容器结构的过程。图20至22示出了与图19中所述的工艺流程的各部分有关的形成过程。
参见图19，在形成电容器结构的过程中，提供导电片或箔的第一和第二导体，并形成贯穿各导电片的厚度的开口(框1910)。图20示出了适于用作薄膜晶体管的导体的第一导体2010和第二导体2020。第一导体2010和第二导体2020代表性地是取决于具体设计参数具有约几微米至几十微米厚度的镍或铜片(例如，箔)。如图所示，第一导体2010和第二导体2020各自具有贯穿片的厚度形成的多个孔。图20示出了具有完全贯穿片的厚度延伸的开口2015的第一导体2010以及具有完全贯穿片的厚度的开口2025的第二导体2020。开口可以使用激光冲压或蚀刻技术来形成。在一个实施例中，使开口的数目最大以减小各片内的每联接(开口间的联接)应力。约10至50微米的代表性开口是合适的。
参见图19，在第一和第二导体内形成开口之后，该方法提供了将一种材料引入开口的步骤(框1920)，其中该材料的热膨胀系数(CTE)在导体材料的CTE与在一个实施例中用作电容器电介质的陶瓷材料的CTE之间。在一个实施例中，用于在导体的开口内沉积的合适的CTE匹配材料是具有与用于导体的材料相类似的金属微粒以及与将用于电介质的用于陶瓷材料的材料相类似的陶瓷微粒的金属/陶瓷膏。在一个实施例中，沉积膏以部分填充各开口，即分别贯穿第一或第二导体的厚度部分延伸。在一个实施例中，在导体的开口内形成的材料本身是导电的，因而不会降低该结构的总电容(C＝kA/t，其中A等于导体面积)。
一般而言，陶瓷绿带在高温烧结过程期间会损失有机物并增大密度，从而导致约百分之二十的收缩。然而，即使陶瓷材料具有比金属更低的CTE(例如，7ppm/C相比镍的17ppm/C)，但也可能匹配陶瓷和金属应变。如果陶瓷绿带收缩匹配百分之九，则陶瓷层可出于压缩应力之下。压缩应力将提供陶瓷和另一层之间的粘合/保持。在一个实施例中，材料2030可以将其CTE调整为出于较大的压缩应力之下。以此方式，材料2030能够用于将陶瓷绿带保持在电容器内的适当位置上。
图21示出了分别具有部分填充开口2015和2025的金属/陶瓷膏2030的第一导体2010和第二导体2020。用于沉积金属/陶瓷膏的一种技术是通过在每一导体的表面上进行橡皮辗滚操作。再次参见图19，在引入CTE匹配材料并在第一和第二导体内形成开口之后，可以在各导体之间层叠介电材料，诸如陶瓷材料(框1930)。图22示出了放置在第一导体2010和第二导体2020之间的陶瓷材料2040。陶瓷材料2040例如可以是具有约为1微米或更小厚度的钛酸钡或钛酸钡锶。陶瓷材料2040可以作为绿带沉积在各导体之间。
再次参见图19，在第一和第二导体之间层叠陶瓷材料之后，对该复合结构进行热处理以烧掉有机物。代表性地，热处理可以涉及持续时间在两小时至一天之间，温度在300至500℃的处理。随后可以在还原气氛下对该复合结构进行热处理以增大陶瓷材料的密度(框1940)。
图22示出了第一导体2010和第二2020之间的陶瓷层2040。
以上描述涉及在封装衬底内形成电容器结构。类似的技术可用于其他环境内电容器的形成，诸如在印刷线路板(例如，印刷电路板)内。
在以上详细描述中，对其具体实施例做出了参考。但显而易见的是可以对其做出各种修改和变化而不背离所附权利要求书的广义精神和范围。因此，应认为该说明书和附图是示例性而非限制性的。

Claims (15)

1.一种装置，包括：
包含置于两个电极之间的第一陶瓷材料的第一电容器结构；以及
包含置于两个电极之间的第二陶瓷材料的第二电容器结构，
其中所述第一陶瓷材料和所述第二陶瓷材料具有不同的额定工作温度。
2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，还包括核衬底，其中所述第一电容器结构耦合至所述核衬底的一个表面，而所述第二电容器结构耦合至所述核衬底的一相对表面。
3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述第一陶瓷材料的额定工作温度大于所述第二陶瓷材料的额定工作温度，并且所述第一电容器结构耦合至所述核衬底的管芯侧。
4.如权利要求3所述的装置，其特征在于，还包括核衬底，其中所述第一电容器结构和所述第二电容器结构耦合至所述核衬底的相似表面。
5.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一电容器结构被定位在所述核衬底上用于第一下垂电容，而所述第二电容器结构被定位成用于第二下垂电容。
6.如权利要求4所述的装置，其特征在于，所述第一陶瓷材料的额定工作温度大于所述第二陶瓷材料的额定工作温度，并且其中所述第一电容器结构被置于由所述第二电容器结构限定的区域内。
7.一种系统，包括：
包含微处理器的计算设备，所述微处理器通过衬底耦合至印刷电路板，所述衬底包括包含置于两个电极之间的第一陶瓷材料的第一电容器结构以及包含置于两个电极之间的第二陶瓷材料的第二电容器结构，
其中所述第一陶瓷材料和所述第二陶瓷材料具有不同的额定工作温度。
8.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一电容器结构耦合至所述衬底的一个表面，而所述第二电容器结构耦合至所述衬底的一相对表面。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一电容器结构被定位在所述核衬底上用于第一下垂电容，而所述第二电容器结构被定位成用于第二下垂电容。
10.如权利要求7所述的系统，其特征在于，所述第一陶瓷材料的额定工作温度大于所述第二陶瓷材料的额定工作温度，并且其中所述第一电容器结构被置于由所述第二电容器结构限定的区域内。
11.一种装置，包括：
第一电极、第二电极、以及置于所述第一电极和第二电极之间的介电材料，
其中所述第一电极和所述第二电极中的至少一个包含在其一个表面内形成的多个孔。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述多个孔贯穿所述第一电极和所述第二电极中的至少一个的厚度延伸。
13.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述多个孔中的每一个都限定一体积，并且其中所述体积的一部分包含导电材料。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述多个孔中的每一个都限定一体积，并且其中所述体积的一部分包含其热膨胀系数在用于电极的材料和用于所述第一电极与所述第二电极之一的介电材料的材料之间的材料。
15.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第一电极和所述第二电极中的每一个都包含贯穿其厚度的多个孔。
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