CN101267709B

CN101267709B - 电容器嵌入式印刷电路板

Info

Publication number: CN101267709B
Application number: CN2008100083259A
Authority: CN
Inventors: 金镇哲; 金泰庆; 吴浚禄
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2007-03-12
Filing date: 2008-02-22
Publication date: 2011-06-29
Anticipated expiration: 2028-02-22
Also published as: US20080223603A1; KR100849791B1; US8053673B2; JP2008227484A; JP4666401B2; CN101267709A

Abstract

一种电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，该PCB包括：多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片；一个或多个第一内电极和第二内电极，通过多个聚合物片中的一个或多个被分离并且被交替地设置以形成一对；多个第一延伸电极和第二延伸电极，分别连接至第一内电极和第二内电极；一个或多个绝缘层，层叠在多层聚合物电容器的一个或两个表面上，在绝缘层中形成有构成层间电路的多个导电图案和导电通孔；多个用于电容器的第一通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第一延伸电极；以及多个用于电容器的第二通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第二延伸电极，其中多个第一和第二延伸电极交替设置成彼此相对。

Description

电容器嵌入式印刷电路板

相关申请交叉参考

本申请要求于2007年3月12日向韩国知识产权局提出的韩国专利申请No.2007-0024071的优先权，其公开内容整体结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及一种电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，更具体地说，涉及这样一种电容器嵌入式PCB，这种电容器嵌入式PCB能够通过控制所嵌入的电容器的电极结构来降低电感并且能够通过控制多层的层数和电极的面积来容易地使之具有单位面积的高电容。

背景技术

通常，电容器是以电荷的形式储存能量的器件，并且电容器具有以下性能，即，电荷存储在该电容器中，并且在直流(DC)电源的情况下电流未流过，而在交流电(AC)的情况下，根据电容器的电容和电容器充电/放电的时间，电流与电压的变化成比例地流过。

由于这些性能，电容器基本上是无源器件，该器件用于耦合和退耦、滤波、阻抗匹配、电荷泵送、以及在诸如数字电路、模拟电路和电子电路(诸如高频电路)中的解调，并且电容器通常以各种形式(如芯片和磁盘)制造并且安装在待使用的PCB上的表面上。

然而，随着电子器件变得微型化和复杂化，PCB上用于安装无源元件的区域减小了。此外，由于电子器件的速度变高，因此频率增加。因此，由于诸如无源器件与集成芯片(IC)之间的导体或焊料等种种原因而出现的寄生电阻导致了各种问题。为了解决这些问题，进行将电容器嵌入PCB中的各种尝试。

到现在为止，普通分立片式电阻器或者普通分立片式电容器安装在普通PCB的表面上。然而，近来，其中嵌有无源器件(诸如电阻器或者电容器)的PCB已经被研发出来。

无源器件嵌入式PCB技术是指，无源器件(诸如电阻器或者电容器)通过使用新型材料和工艺被插入到板(board)的内层中，并且代替传统的片式电阻器或片式电容器。这就是说，其中嵌有无源器件的PCB具有嵌入到板本身的内层或外部的无源器件(例如，电容器)。与板的尺寸无关，当电容器(即，无源器件)作为一部分集成到PCB中时，电容器被称为“嵌入式电容器”，并且PCB被称为“电容器嵌入式PCB”。电容器嵌入式PCB的最重要的特征是，由于电容器作为PCB的一部分被提供，所以不需要在PCB的表面上安装电容器。

为了制造小型化且同时具有多种功能的无线终端，需要使用较高RF带宽。根据这一点，要求无源器件的自谐频率更高。此外，在用于电源稳定的退耦电容器的情况下，需要降低高频下的阻抗。

图1是示出了传统电容器嵌入式PCB的横截面图。

参照图1，电容器包括内电极14、17以及插在内电极14与17之间的介电层11。内电极14、17分别通过通孔16、19连接于正、负电极。在该电容器嵌入式PCB中，允许穿过嵌在PCB中的电容器的正极和负极的电流方向彼此相反，以补偿由于该电流而发生的寄生电感，从而减少总寄生电感。

然而，在嵌有传统电容器的PCB的情况下，对于减少电感是有利的，但是对于实际应用来说，其电容值太小。

发明内容

本发明的一个方面提供了一种电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，与传统电容器嵌入式PCB相比，该印刷电路板能够具有每单位面积更高的电容，并且能够通过多层电容器的电极结构而降低安装在表面上的多层陶瓷电容器(MLCC)的高电感。

根据本发明的一个方面，提供了一种电容器嵌入式PCB，该PCB包括：多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片；一个或多个第一内电极和第二内电极，它们由多个聚合物片中的一个或多个来分离并且交替地设置以形成一对；多个第一延伸电极和第二延伸电极，分别连接至第一内电极和第二内电极；一个或多个绝缘层，层叠在多层聚合物电容器的一个或两个表面上，在绝缘层中形成有构成层间电路的多个导电图案和导电通孔；多个用于电容器的第一通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第一延伸电极；以及多个用于电容器的第二通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第二延伸电极，其中多个第一和第二延伸电极交替设置成彼此相对。

在这种情况下，多个第一和第二内电极可以形成为插有一个或多个聚合物片，并且多个第一和第二内电极可以具有彼此不同的面积。

第一和第二内电极可以以矩形形状形成。在这种情况下，第一和第二延伸电极可以形成在分别与第一和第二内电极相对的两个长侧边表面上。形成在相同长侧边表面上的第一和第二延伸电极可以具有相同的间距。

根据本发明的另一个方面，提供了一种电容器嵌入式PCB，该PCB包括：多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片；一个或多个第一内电极和第二内电极，由多个聚合物片中的一个或多个分开并且交替设置以形成一对；多个第一延伸电极和第二延伸电极，分别连接至第一内电极和第二内电极；一个或多个绝缘层，层叠在多层聚合物电容器的一个或者两个表面上，在绝缘层中形成有构成层间电路的多个导电图案和导电通孔；多个用于电容器的第一通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第一延伸电极；以及多个用于电容器的第二通孔，穿透多层聚合物电容器层以被连接至第二延伸电极，其中第一和第二内电极以圆形形成，并且多个第一和第二延伸电极交替设置成彼此相对。

彼此相邻的第一和第二延伸电极可形成得具有相同的间距。在这种情况下，多个第一和第二延伸电极的数量可以分别是奇数或偶数。

在这种情况下，多个第一和第二内电极可以形成为插入有一个或多个聚合物片，并且多个第一和第二内电极可以具有彼此不同的面积。

附图说明

通过以下结合附图的详细描述，本发明的上述和其它方面、特征和其他优点将变得更好理解，附图中：

图1是示出了传统电容器嵌入式印刷电路板(PCB)的横截面图；

图2是示出了根据本发明实施例的电容器嵌入式PCB的横截面图；

图3A至图3C是根据本发明实施例的示出了形成有多个第一内电极的聚合物片、形成有多个第二内电极的聚合物片、以及形成有多个第一和第二内电极的聚合物片的叠片结构的顶视图；

图4是示出了流经图3C内电极的电流的路径的顶视图；

图5A至图5C是根据本发明实施例的示出了形成有多个第一内电极的聚合物片、形成有多个第二内电极的聚合物片、以及形成有多个第一和第二内电极的聚合物片的叠片结构的顶视图；以及

图6A至图6F示出了根据本发明示例性实施例的电容器嵌入式PCB的制造方法的流程。

具体实施方式

现在将参照附图详细描述本发明的示例性实施例。

图2是示出了根据本发明实施例的电容器嵌入式印刷电路板(PCB)的横截面图。

参照图2，PCB包括形成有内电极的多层聚合物电容器层21以及绝缘层22和23。

多层聚合物电容器层21由多个层叠的聚合物片构成，并且多层聚合物电容器层21通过层叠多个聚合物片中的一个或多个而形成，其中导电性的第一内电极24被图案化在其一个表面上并且与该第一内电极一起形成一对的第二内电极27被图案化。

第一内电极24通过第一延伸电极25a连接至用于电容器的第一通孔26，并且第二内电极27通过第二延伸电极28a连接至第二通孔29。虽然在图2中示出了用于电容器的一个第一通孔和一个第二通孔，但是多个延伸电极可以形成在多层聚合物电容器的电极中，并且用于电容器的通孔可以被连接至多个延伸电极的每一个。

形成在多层聚合物电容器层21中、分别通过第一和第二通孔26、29连接至外部电极的第一内电极24和第二内电极27具有彼此不同的极性。因此，由第一内电极24和第二内电极27形成的电容器具有通过折叠电容器面板而获得的形状。

通常，电容随着电容器的面积和厚度而变化并且如下列等式而计算。

C = ϵ_{r} ϵ_{0} (\frac{A}{D})

等式(1)

其中，ε_r表示电介质的介电常数，ε₀表示具有8.855×10^-8的常数，A表示电介质的表面面积，并且D表示电介质的厚度。这就是说，为了使电容器具有高电容，电介质的介电常数应该高，而电介质的厚度应该小，并且表面面积应该宽阔。当层叠的聚合物电容器层的数目较大时，表面面积变得更为宽阔，从而增加了电容。当聚合物电容器层的数目较小时，电容变小。因此，在本实施例中，嵌入到PCB中的电容器的电容可以通过控制层叠的聚合物电容器层的数目来控制，从而使电容器具有高电容。

绝缘层22和23分别形成在多层聚合物电容器层21的顶部和底部上。

该绝缘层22和23可以通过以下步骤获得，即，将铜箔层叠在辅助件(诸如阻燃剂(FR)-4)的两个表面上；利用激光打孔或者机械打孔在预定位置上形成通孔22b和23b，并且填充通孔22b和23b；通过将干膜涂覆在辅助元件的两个表面上而进行曝光和显影；以及通过蚀刻铜箔而形成电路图案22a和23a。

作为形成电路图案22a和23a的方法，可以使用适当地混合蚀刻和电镀的多种方法。另外，可使用具有辅助元件的板作为绝缘层，根据PCB的用途该辅助元件由除了FR-4之外还有适当的材料构成。

由于在多层聚合物电容器层21中可包含具有不同值的电容器，所以可以进行非常自由地设计。

这就是说，如等式1中所示的，电容器的电容与电容器的内电极的面积成比例。由于多层聚合物电容器层21具有通过折叠电容器面板获得的形状，因此当增加所层叠的聚合物电容器层的数量时，作为结果，等同于增加了面板电容器的内电极的面积，从而增加了电容值。

因此，可通过在需要高电容的部分中形成很多个内电极而使电容器具有高电容，而通过在需要低电容的部分中形成很少个内电极而使电容器具有低电容。

同时，可以通过控制形成在多层聚合物电容器层中的内电极的面积来控制电容值。这就是说，在需要具有高电容电容器的部分中将内电极的面积设计为较大，而在需要具有低电容电容器的部分中将内电极的面积设计为较小，从而在具有有限厚度和面积的多层聚合物电容器中自由设计具有理想电容的电容器。

图3A至图3C是示出了根据本发明实施例的形成有多个第一内电极34的聚合物片31a、形成有多个第二内电极37的聚合物片31b、以及形成有多个第一和第二内电极的聚合物片的叠片结构的顶视图。

参照图3A，多个第一内电极34形成在聚合物片31a上。在本实施例中，形成有6个具有相同面积的第一内电极34。但是，第一内电极的数量和面积可以随着所希望的电容值来变化。

多个第一内电极34中的每一个形成得具有预定面积，并且从第一内电极34中形成多个第一延伸电极35a至35d。

第一延伸电极35a至35d形成在第一内电极34的一个表面上以及与之相对的另一表面上。第一延伸电极35a至35d将第一内电极34连接至用于电容器的第一通孔(未示出)。

在本实施例中，两个延伸电极35a和35b形成在第一内电极34的一个表面上，并且两个延伸电极35c和35d形成在与该一个表面相对的另一表面上。延伸电极可以形成在第一内电极34的相应表面上。

参照图3B，多个第二内电极37形成在聚合物片31b上。在本实施例中，形成有6个具有相同面积的第二内电极37。但是，第二内电极的数量和面积可以随着所希望的电容值来变化。

第二内电极37和第一内电极34形成对，在它们之间插入有一个聚合物片。另外，电容由每个内电极的面积来确定。因此，第二内电极37可以被形成为具有与内电极34相对应的尺寸。

第二内电极37形成得具有预定的面积，并且从第二内电极37延伸出多个第二延伸电极38a至38d。

第二延伸电极38a至38d形成在第二内电极37的一个表面上以及与之相对的另一表面上。第二延伸电极38a至38d将第二内电极37连接至用于电容器的第二通孔(未示出)。

在本实施例中，两个延伸电极38a和38b形成在第二内电极37的一个表面上，并且两个延伸电极38c和38d形成在与该一个表面相对的另一表面上。该延伸电极可以形成在第二内电极37的相应表面上。

图3C是示出了图3A和3B的聚合物片31a和31b的叠片结构的顶视图。

参照图3C，第一内电极34和第二内电极37形成一对，在它们之间插入有一个聚合物片，并且第一内电极和第二内电极分别具有相同的面积。在形成得插有聚合物片的第一内电极34与第二内电极37之间出现电容。

从第一内电极34延伸出的第一延伸电极35a至35d以及从第二内电极37延伸出的第二延伸电极38a至38d以预定的间距B交替形成，而没有彼此重叠。

在本实施例中，负电极连接至第一延伸电极35a至35d，并且正电极连接至第二延伸电极38a至38d。第一延伸电极35a至35d和第二延伸电极38a至38d如上所述交替设置，从而形成正电极和负电极被交替设置的一种结构。

电流从正电极流至负电极。在本实施例中，电流从第二延伸电极38a至38d流至第一延伸电极35a至35d，并且由电流引起的磁通量在内电极34和37的中心被抵销。因此，几乎不产生磁通量。这将参照图4详细描述。

图4是示出了在层叠得形成多层聚合物电容器层的内电极中的电流路径(箭头方向)的顶视图。

具有彼此不同极性的第一内电极44和第二内电极47彼此相对设置，聚合物片41a插入在它们之间。一对两个内电极44和47重复层叠在多层聚合物电容器层中。

在连接至第一和第二内电极44和47的第一延伸电极45a至45d以及第二延伸电极48a至48d之中，沿同一方向形成的延伸电极被形成得以相同的间距b隔开。

参照图4，形成在聚合物片41a上的第一内电极44通过多个第一延伸电极45a至45d以及导电通孔(未示出)电连接至负电极。同样，形成在另一聚合物片上的第二内电极47通过多个第二延伸电极48a至48d和导电通孔(未示出)电连接至正电极。

由于流经内电极的电流通过最短的路径流动这样的特性，所以该电流从正延伸电极流动至最邻近的负延伸电极。这就是说，从相应第二延伸电极48a、48b、48c、以及48d至相应第一延伸电极45a、45b、45c、以及45d形成电流路径。在图4中指示电流方向的箭头仅仅指示电流通常流动的方向。严格地说，电流从全部正极端子流动至负极端子。

因此，由于电流在第一和第二内电极的内部区域I₁、I₂和I₃中沿彼此不同的方向流动，所以可以有效地抵销磁通量。因此，在多层聚合物电容器层中，可以容易地去除或抵销由于电流在彼此相反的方向上流动而导致的互感，从而更多地降低电容的ESL。在抵销多层聚合物电容器层中的磁通量方面，也就是说，在ESL方面，有利的是，内电极的宽度d小于其长度c。

如上所述，为了有效地抵销流经内电极的磁通量，需要将正延伸电极和负延伸电极形成得彼此相对并且以相同的间距交替设置。

图5A至图5C是根据本发明实施例的示出了形成有多个第一内电极54的聚合物片51a、形成有多个第二内电极57的聚合物片51b、以及形成有多个第一和第二内电极54和57的聚合物片51a和51b的叠片结构的顶视图。

参照图5A，多个第一内电极54形成在聚合物片51a上。在本实施例中，形成有8个具有相同面积的第一内电极54。但是，第一内电极54的数量和面积可以随着电容值而变化。

第一内电极54形成得具有预定面积，并且多个第一延伸电极55a至55f从第一内电极54中伸出。

在本实施例中，第一内电极54以圆形形成，并且第一延伸电极55a至55f以确定的间距沿着第一内电极54的圆周形成。第一延伸电极55a至55f将第一内电极54连接至用于电容器的第一通孔(未示出)。

参照图5B，多个第二内电极57形成在聚合物片51b上。在本实施例中，形成有8个具有相同面积的第二内电极57。但是，第二内电极57的数量的面积可以随着所希望的电容值而变化。

第二内电极57和第一内电极54形成一对，并且通过各个内电极的面积来确定电容。因此，第二内电极57可以形成为与第一内电极54相对应的尺寸的。

第二内电极57形成得具有预定的面积，并且多个第二延伸电极58a至58f从第二内电极57中伸出。

在本实施例中，第二内电极57以圆形形成，并且第二延伸电极58a至58f以确定的间距沿着第二内电极57的圆周形成。第二延伸电极58a至58f将第二内电极57连接至用于电容器的第二通孔(未示出)。

图5C是示出了由图5A和图5B中聚合物片51a和51b形成的叠片结构的顶视图。

参照图5C，第一内电极54和第二内电极57形成一对，聚合物片51a插入它们之间，并且第一内电极和第二内电极具有相同的面积。在以它们之间插有聚合物片51a而形成的第一内电极54与第二内电极57之间出现电容。。

从第一内电极54伸出的第一延伸电极55a至55f以及从第二内电极57伸出的第二延伸电极58a至58f以确定的间距交替隔开地形成而没有相互重叠。

在本实施例中，第一内电极54和第二内电极57以圆形形成，并且以这样的方式层叠，即，使得分别环绕内电极54和57形成的第一延伸电极55a至55f和第二延伸电极58a至58f交替设置。另外，负电极连接至第一延伸电极55a至55f，并且正电极连接至第二延伸电极58a至58f。第一延伸电极55a至55f以及第二延伸电极58a至58f交替设置(如上所述)，从而形成正电极和负电极交替设置的一种结构。

由于在电容器结构中电流从正电极流动到负电极，因此在本实施例中，电流从各个第二延伸电极58a至58f流动到各个第一延伸电极55a至55f，并且由电流引起的磁通量在内电极54和57的中心被抵销。因此几乎没有产生磁通量。

在本实施例中，由于内电极以圆形形成并且正电极和负电极围绕该圆形设置从而相互抵销电感，所以可以制造出具有非常小的电感值的电容器。

在本实施例中，以如下方式形成偶数个延伸电极，即，使得第一延伸电极与第一延伸电极相对，并且使第二延伸电极与第二延伸电极相对。但是，当形成奇数个延伸电极时，第一延伸电极可以设置成与第二延伸电极相对。

图6A至图6F示出了根据本发明示例性实施例的电容器嵌入式PCB的制造方法。

图6A示出了通过层叠多个聚合物片而形成聚合物片电容器层的过程，该聚合物片的一个表面上形成有电极图案64和67。

在图6B中，通孔63b通过激光打孔或者机械打孔形成在覆铜薄层压(CCL)板上的预定位置中并且通过电镀而被填充，该覆铜薄层压(CCL)板由辅助元件(诸如FR-4)和层叠在其两个表面上的铜箔制成。之后，CCL板的两个表面涂覆以干膜，以进行曝光和显影，并且蚀刻铜箔以形成电路图案63a，由此制备图案化的CCL板63。

在图6C中，将多层聚合物电容器层61和图案化的CCL板63层压在一起。

在图6D中，用于层间连接的通孔66和69形成在多层聚合物电容器层61中，并且利用填充物电镀或填充所述通孔。通孔66和69形成得穿透多个连接至内电极64和67的延伸电极。铜箔通过电镀形成在多层聚合物电容器层61的顶部上、被涂以干膜以曝光和显影、并且被蚀刻，从而形成电路图案61a。该电路图案61a可以通过适当地混合蚀刻以及除蚀刻之外还进行电镀的多种方法来形成。

在图6E中，由绝缘层和铜箔62c形成的另一单表面板62层叠在多层聚合物电容器层61上。

在图6F中，通孔62b形成在单表面板62中，具有通孔62b的单表面板62被涂覆以干膜以进行曝光和显影，并且蚀刻该铜箔，从而形成电路图案62a。如在图6F中所示，根据本发明示例性实施例的电容器嵌入式PCB具有这样一种结构，其中多层高电容率的电介质聚合物层61插入PCB中。

根据本发明的示例性实施例，电容器嵌入式PCB能够根据内电极和所层叠的聚合物片的数量设定电容值，并且能够具有低电感和高电容。

虽然已经结合示例性实施例示出并描述了本发明，但是对于本领域技术人员很显然的是，在不背离由所附权利要求限定的本发明精神和范围的前提下可以进行各种改进和变化。

Claims

1.一种电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，包括：

多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片；

一个或多个第一内电极和第二内电极，通过所述多个聚合物片中的一个或多个被分离并且交替地设置以形成一对；

多个第一延伸电极和第二延伸电极，分别从所述第一内电极和第二内电极伸出；

一个或多个绝缘层，层叠在多层聚合物电容器的一个或两个表面上，在绝缘层中形成有构成层间电路的多个导电图案和导电通孔；

多个用于电容器的第一通孔，穿透所述多层聚合物电容器层以被连接至所述第一延伸电极；以及

多个用于电容器的第二通孔，穿透所述多层聚合物电容器层以被连接至所述第二延伸电极，

其中，所述多个第一和第二延伸电极交替设置成彼此相对并且以预定的间距交替形成，而没有彼此重叠。

2.根据权利要求1所述的电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，其中，所述多个第一和第二内电极形成为插有一个或多个所述聚合物片，并且所述多个第一和第二内电极具有彼此不同的面积。

3.根据权利要求1所述的电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，其中，所述第一和第二内电极以矩形形状形成。

4.根据权利要求3所述的电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，其中，所述第一和第二延伸电极形成在分别与所述第一和第二内电极相对的两个长侧边表面上。

5.根据权利要求4所述的电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，其中，形成在相同的长侧边表面上的所述第一和第二延伸电极具有相同的间距。

6.一种电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，包括：

多层聚合物电容器层，其中层叠有多个聚合物片；

一个或多个绝缘层，层叠在多层聚合物电容器的一个或两个表面上，在所述绝缘层中形成有构成层间电路的多个导电图案和导电通孔；

其中，所述第一和第二内电极以圆形形成，并且所述多个第一和第二延伸电极交替设置成彼此相对并且以预定的间距交替形成，而没有彼此重叠。

7.根据权利要求6所述的电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，其中，彼此相邻的第一和第二延伸电极形成为具有相同的间距。

8.根据权利要求7所述的电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，其中，所述多个第一和第二延伸电极的数量分别是偶数。

9.根据权利要求6所述的电容器嵌入式印刷电路板(PCB)，其中，所述多个第一和第二内电极形成为插有一个或多个聚合物片，并且所述多个第一和第二内电极具有彼此不同的面积。