DE102006001398A1

DE102006001398A1 - Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator und Leiterplatte mit einem solchen Kondensator

Info

Publication number: DE102006001398A1
Application number: DE102006001398A
Authority: DE
Inventors: Chang Hoon Shim; Jin Yong An; Suk Hyeon Cho; Sung Hyung Kang
Original assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electro Mechanics Co Ltd
Priority date: 2005-03-07
Filing date: 2006-01-11
Publication date: 2006-09-21
Also published as: JP2006253649A; CN1832070B; KR20060098771A; JP2009055067A; KR100674842B1; US7499258B2; US20060198079A1; CN1832070A

Abstract

Die Erfindung offenbart einen eingebetteten Mehrschichtchipkondensator und eine Leiterplatte mit einem solchen Kondensator. Der eingebettete Mehrschichtchipkondensator (100, 200, 300) umfasst einen Kondensatorgrundkörper (105) mit einer Mehrzahl von dielektrischen Schichten (51, 52), die übereinander gestapelt sind; eine Mehrzahl von ersten und zweiten internen Elektroden (103, 203, 303; 104, 204, 304), die innerhalb des Kondensatorgrundkörpers (105) ausgebildet sind und durch die dielektrischen Schichten (51, 52) getrennt werden; und erste und zweite Durchkontaktierungen (113, 213, 313; 114, 214, 314), die sich vertikal innerhalb des Kondensatorgrundkörpers (105) erstrecken. Die erste Durchkontaktierung (113, 213, 313) ist mit den ersten internen Elektroden (103, 203, 303) verbunden und die zweite Durchkontaktierung (114, 214, 314) ist mit den zweiten internen Elektroden (104, 204, 304) verbunden. Die erste Durchkontaktierung (113, 213, 313) ist zur Unterseite des Kondensatorgrundkörpers (105) geführt und die zweite Durchkontaktierung (114, 214, 314) ist zur Oberseite des Kondensatorgrundkörpers (105) geführt.

Description

Die vorliegende Anmeldung basiert auf und beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 2005-0018702, angemeldet am 07. März 2005 im koreanischen Intellectual Property Office, deren Offenbarung in ihrer Gesamtheit durch Bezugnahme hierin enthalten ist.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Mehrschichtchipkondensator. Genauer betrifft die vorliegende Erfindung einen hochverlässlichen eingebetteten Mehrschichtchipkondensator und eine Leiterplatte mit einem solchen Kondensator.

Mit der Notwendigkeit höherer Baudichte und der Integration elektronischer Schaltkreise fehlt auf Leiterplatten der Raum zum Anbringen eines passiven Bauteils. Um dieses Problem zu überwinden, wurden Anstrengungen unternommen, eingebettete Bauteile oder in die Leiterplatte eingebettete Teile zu entwerfen. Insbesondere wurden verschiedene Vorschläge gemacht, die ein Verfahren zum Einbetten eines Kondensators in die Leiterplatte betreffen, welche Kondensatoren als kapazitives Bauteil verwendet werden. In einem Verfahren zur Einbettung des Kondensators in die Leiterplatte wird die Leiterplatte selber als dielektrisches Material für den Kondensator verwendet und eine Kupferverkabelung dient als Elektrode dafür. In einem anderen Verfahren sind Polymerblätter mit hoher dielektrischer Konstante oder dünne dielektrische Filme im Inneren einer Leiterplatte ausgebildet, um einen eingebetteten Kondensator zu schaffen. Andere Verfahren umfassen das Einbetten eines Mehrschichtchipkondensators in eine Leiterplatte.

Im Allgemeinen umfasst ein Mehrschichtchipkondensator eine Mehrzahl dielektrischer Schichten aus keramischen Materialien und interne Elektroden, die zwischen den dielektrischen Schichten verschachtelt sind. Der Mehrschichtchipkondensator, der innerhalb der Leiterplatte angeordnet ist, kann eine hohe Kapazität besitzen. Beispielsweise offenbart die japanische offengelegte Patentanmeldung Nr. 2002-100875 eine Technologie zum Einbetten eines zweianschlüssigen Mehrschichtchipkondensators in ein Kernsubstrat. Der eingebettete Mehrschichtchipkondensator, der in dem vorgenannten Dokument offenbart ist, umfasst zwei externe Elektroden, die auf beiden Seiten des Kondensators ausgebildet sind. Gemäß der herkömmlichen Technologie wird üblicherweise ein dünnfilmbasierter Mehrschichtchipkondensator zum Einbetten des Kondensators in die Leiterplatte verwendet.

Die 1a und 1b zeigen einen herkömmlichen zweianschlüssigen Mehrschichtchipkondensator, der als eingebetteter Kondensator verwendet wird. Wie in 1a und 1b dargestellt umfasst der eingebettete Chipkondensator 10 zwei externe Elektroden 11, 13, die auf beiden Seiten des Kondensators ausgebildet sind, und einen Kondensatorgrundkörper 15, der aus dielektrischen Materialien hergestellt ist. Wie in 1b gezeigt, sind erste interne Elektroden 23 und zweite interne Elektroden 23 auf gegenüberliegenden Seiten innerhalb des Kondensatorgrundkörpers 15 angeordnet. Die ersten internen Elektroden 21 sind elektrisch mit der ersten externen Elektrode 11 verbunden und die zweiten internen Elektroden 23 sind mit der zweiten externen Elektrode 13 elektrisch verbunden, sodass sie entgegengesetzte Polarität aufzeigen.

Um in die Leiterplatte eingebettet zu werden, muss der Mehrschichtchipkondensator 10 dünn ausgebildet sein. Der dünne Mehrschichtchipkondensator 10 neigt zur Ausbildung von Absplitterungen 5 oder Rissen 6 während der Handhabung im oder nach dem Herstellungsprozess. Die Absplitterungen oder Risse unterminieren die Verlässlichkeit des Kondensators und können Fehlfunktionen desselben auslösen.

2a zeigt eine Schnittansicht einer herkömmlichen Leiterplatte 20, in die der Mehrschichtchipkondensator 10 eingebettet ist. Wie in 2a dargestellt, umfasst die Leiterplatte 20 eine obere Mehrschichtplatte 30, eine untere Mehrschichtplatte 35 und ein Kernsubstrat 40, das von den Platten eingeschlossen wird. Der Mehrschichtchipkondensator 10 ist in einer Ausnehmung angeordnet, die in dem Kernsubstrat ausgebildet ist. Externe Elektroden 11, 13 des Kondensators sind mit Platten 61, 63 durch elektrisch leitende Durchkontaktierungen 51, 53 verbunden.

Zur Herstellung der Leiterplatte 20 wird der Kondensator 10 ins Innere des Kernsubstrats 40 eingeführt. Dann sollten Durchgangslöcher in die obere Mehrschichtplatte 30 und die untere Mehrschichtplatte 35 mittels eines Lasers eingefügt werden, um die Substratverkabelung an die externen Elektroden 11, 13 des Kondensators anzukoppeln. Dieser Laserprozess erhöht die Herstellungskosten der Leiterplatte signifikant. Außerdem reduziert eine kleinere Größe in dem Mehrschichtchipkondensator 10 die Präzision des Laserprozesses, wodurch es schwierig wird, die Durchgangslöcher adäquat aufeinander abgestimmt anzuordnen. Wenn die Leiterplatte 20 während des Herstellungsprozesses der Leiterplatte 20 mit dem eingebetteten herkömmlichen Kondensator 10 oder der Handhabung der hergestellten Leiterplatte 20 verspannt wird, kann der Kondensator im Inneren der Leiterplatte mechanischen Schaden davontragen. Das bedeutet, wie in 2b gezeigt, dass, wenn die Leiterplatte 20 verspannt wird, der Dünnfilmkondensator 10 leicht Risse 70 bekommen kann, wodurch gegebenenfalls der Kondensator 10 abgebrochen oder unterbrochen wird.

Zusammenfassung der Erfindung

Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um die vorgenannten Probleme des Standes der Technik zu lösen, und es ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, einen hochverlässlichen eingebetteten Mehrschichtchipkondensator zu schaffen, der weniger unter Absplitterungen oder Rissen leidet.

Es ist ein anderes Ziel der vorliegenden Erfindung, eine hochverlässliche Leiterplatte mit einem eingebetteten Mehrschichtchipkondensator zu schaffen, geeignet zum Einsparen von Herstellungskosten und zur Verhinderung mechanischen Schadens an dem Kondensator.

Gemäß eines Aspekts der Erfindung zum Erreichen des Ziels wird ein eingebetteter Mehrschichtchipkondensator geschaffen, umfassend: einen Kondensatorgrundkörper mit einer Mehrzahl dielektrischer, übereinander aufgestapelter Schichten; eine Mehrzahl von ersten und zweiten internen, innerhalb des Kondensatorgrundkörpers ausgebildeten Elektroden, die durch die dielektrischen Schichten getrennt sind; eine erste und eine zweite Durchkontaktierung, die sich vertikal innerhalb des Kondensatorgrundkörpers erstrecken, wobei die erste Durchkontaktierung mit den ersten internen Elektroden verbunden ist und die zweite Durchkontaktierung mit den zweiten internen Elektroden verbunden ist, wobei die erste Durchkontaktierung zur Unterseite des Kondensatorgrundkörpers geführt ist und die zweite Durchkontaktierung zur Oberseite des Kondensatorgrundkörpers geführt ist.

Gemäß der Erfindung ist der zur Unterseite geführte Abschnitt der ersten Durchkontaktierung mit einer unteren elektrisch leitfähigen Schicht einer Leiterplatte verbunden, in die der Mehrschichtchipkondensator eingebettet ist, und der zur Oberseite geführte Abschnitt der zweiten Durchkontaktierung ist mit einer oberen elektrisch leitfähigen Schicht der Leiterplatte verbunden.

Gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besitzen die ersten und die zweiten Elektroden jeweils ein Durchgangsloch, wobei die erste Durchkontaktierung durch die Durchgangslöcher der zweiten internen Elektroden geführt ist, ohne den inneren Umfang der Durchgangslöcher der zweiten Elektroden zu berühren, und die zweite Durchkontaktierung durch die Durchgangslöcher der ersten internen Elektroden geführt ist, ohne den inneren Umfang der Durchgangslöcher der ersten Elektroden zu berühren. Zum anderen steht die erste Durchkontaktierung in elektrischem Kontakt mit einer Eiektrodenoberfläche der ersten internen Elektroden, während die zweite Durchkontaktierung in elektrischem Kontakt mit einer Elektrodenoberfläche der zweiten internen Elektroden steht. Dieser Aufbau eines Durchgangsloches erlaubt es, dass die ersten internen Elektroden lediglich mit der ersten Durchkontaktierung verbunden sind und die zweiten internen Elektroden lediglich mit den zweiten internen Elektroden verbunden sind. Dennoch ist die vorliegende Erfindung nicht auf die vorgenannten Durchgangslöcher beschränkt und die internen Elektroden können einen anderen Aufbau aufweisen.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann der eingebettete Mehrschichtchipkondensator weiter umfassen: eine obere externe Elektrode, die auf der Oberseite des Kondensatorgrundkörpers ausgebildet ist, und eine untere externe Elektrode, die auf der Unterseite des Kondensatorgrundkörpers ausgebildet ist, wobei die untere externe Elektrode über die erste Durchkontaktierung mit den ersten internen Elektroden verbunden ist und die obere externe Elektrode über die zweite Durchkontaktierung mit den zweiten internen Elektroden verbunden ist.

Gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung kann der eingebettete Mehrschichtchipkondensator weiter umfassen: einen ersten, in dem zur Unterseite geführten Abschnitt der ersten Durchkontaktierung ausgebildeten Höcker und einen zweiten, in dem zur Unterseite geführten Abschnitt der zweite Durchkontaktierung ausgebildeten Höcker. Die Höcker können als eine Art von Kondensatoranschluss dienen. Daher erlauben in diesem Fall die Höcker die Kopplung der internen Elektroden an die Leiterbahnen der Leiterplatte ohne zusätzliche externe Elektroden.

Gemäß einer weiteren, anderen Ausführungsform der Erfindung kann der Mehrschichtchipkondensator keine externen Elektroden oder keine in dem zur Unterseite bzw. Oberseite geführten Abschnitt der ersten bzw. zweiten Durchkontaktierung ausgebildete Höcker aufweisen. In diesem Fall ist der zur Unterseite geführte Abschnitt der ersten Durchkontaktierung unmittelbar elektrisch mit der unteren leitfähigen Schicht verbunden und der zur Oberseite geführte Abschnitt der zweiten Durchkontaktierung unmittelbar elektrisch mit der oberen leitfähigen Schicht verbunden.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform hat der eingebettete Mehrschichtchipkondensator eine Breite von 0,4 bis 2,0 mm, eine Länge von 0,4 bis 2,0 mm und eine Dicke von 0,05 bis 1,0 mm. Das Verhältnis der Dicke zur Breite bzw. Länge sollte groß genug sein, um ausgezeichnete mechanische Eigenschaften des Kondensators zu sichern.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung können die ersten und zweiten Durchkontaktierungen einen kreisförmigen Durchschnitt haben. In diesem Fall ist der Durchmesser dieses Querschnitts der ersten und zweiten Durchkontaktierung 50 bis 500 um.

Zusätzlich, in einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung, können die erste und die zweite Durchkontaktierung einen rechteckigen Querschnitt haben. In diesem Fall ist der Querschnitt der ersten und der zweiten Durchkontaktierung 50 bis 500 um jeweils in Breite und Länge. Die erste und die zweite Durchkontaktierung können einen dreieckigen, hexagonalen oder anderweitig geformten Querschnitt haben.

Gemäß eines anderen Aspekts der Erfindung zum Erreichen des Ziels wird eine Leiterplatte geschaffen, umfassend: ein Kernsubstrat; eine Mehrzahl von horizontal innerhalb des Kernsubstrats angeordneten Mehrschichtchipkondensatoren; und obere und untere elektrisch leitfähige Schichten, die die Mehrschichtchipkondensatoren in Parallelschaltung verbinden, wobei die obere elektrisch leitfähige Schicht auf der Oberseite der Mehrschichtchipkondensatoren ausgebildet ist und die untere elektrisch leitfähige Schicht auf der Unterseite der Mehrschichtchipkondensatoren ausgebildet ist.

Die obere und die untere elektrisch leitfähige Schicht können wenigstens eines aus der Gruppe, bestehend aus eine elektrisch leitfähige Adhäsionspolymerschicht, ein elektrisch leitfähiges Band, eine elektrisch leitfähige Epoxidharzschicht, eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Leim und eine metallisierte Schicht, umfassen.

Gemäß der Erfindung kann jeder der Mehrschichtchipkondensatoren umfassen: einen Kondensatorgrundkörper mit einer Mehrzahl dielektrischer, übereinander aufgestapelter Schichten; eine Mehrzahl von ersten und zweiten internen, innerhalb des Kondensatorgrundkörpers ausgebildeten Elektroden, die durch die dielektrischen Schichten getrennt sind; eine erste und eine zweite Durchkontaktierung, die sich vertikal innerhalb des Kondensatorgrundkörpers erstrecken, wobei die erste Durchkontaktierung mit den ersten internen Elektroden verbunden ist und die zweite Durchkontaktierung mit den zweiten internen Elektroden verbunden ist, wobei die erste Durchkontaktierung zur Unterseite des Kondensatorgrundkörpers geführt ist und die zweite Durchkontaktierung zur Oberseite des Kondensatorgrundkörpers geführt ist.

Gemäß einer Ausführungsbeispiels der Erfindung kann jeder der Mehrschichtchipkondensatoren weiter umfassen: eine obere externe Elektrode, die auf der Oberseite des Kondensatorgrundkörpers ausgebildet ist, und eine untere externe Elektrode, die auf der Unterseite des Kondensatorgrundkörpers ausgebildet ist, wobei die untere externe Elektrode unmittelbar mit der unteren elektrisch leitfähigen Schicht verbunden ist und die obere externe Elektrode unmittelbar mit der oberen elektrisch leitfähigen Schicht verbunden ist.

Gemäß einem anderen Ausführungsbeispiel der Erfindung kann jeder der Mehrschichtchipkondensatoren weiterhin umfassen: einen ersten, in dem zur Unterseite geführten Abschnitt der ersten Durchkontaktierung ausgebildeten Höcker, und einen zweiten, in dem zur Oberseite geführten Abschnitt der zweiten Durchkontaktierung ausgebildeten Höcker, wobei der erste Höcker unmittelbar mit der unteren elektrisch leitfähigen Schicht verbunden ist und der zweite Höcker unmittelbar mit der oberen elektrisch leitfähigen Schicht verbunden ist.

Gemäß noch einer anderen Ausführungsform kann jeder der Mehrschichtchipkondensatoren keine externen Elektroden und keine in dem zur Oberseite bzw. Unterseite geführten Abschnitts der ersten bzw. zweiten Durchkontaktierung ausgebildeten Höcker umfassen. In diesem Fall ist der zur Unterseite geführte Abschnitt der ersten Durchkontaktierung unmittelbar mit der unteren elektrisch leitfähigen Schicht verbunden und der zur Oberseite geführte Abschnitt der zweiten Durchkontaktierung unmittelbar mit der oberen elektrisch leitfähigen Schicht verbunden.

Gemäß der Erfindung erleidet der Kondensator, der in der Leiterplatte eingebettet ist, auch dann keinen Schaden, wenn die Leiterplatte gebogen wird. Um dies zu erreichen, sind eine Mehrzahl eingebetteter Chipkondensatoren mit einer horizontalen Ausdehnung, die kleiner als die eines üblichen eingebetteten Dünnfilmchipkondensators (vgl. 1a) ist, horizontal innerhalb der Leiterplatte angeordnet und dann in Parallelschaltung verbunden. Das verhindert mechanischen Schaden an den Kondensatoren und es wird eine hohe Kapazität erreicht.

Zusätzlich, im Unterschied zu den herkömmlichen zweianschlüssigen Mehrschichtchipkondensatoren (vgl. 1a und 1b), sind die Anschlüsse des in die Leiterplatte eingebetteten Kondensators auf der Oberseite und der Unterseite des Kondensators ausgebildet, nicht auf beiden Seiten davon (das bedeutet, der eingebettete Chipkondensator umfasst einen oberen und einen unteren Anschluss). Um dies zu erreichen sind die internen Elektroden selber Polarität des Mehrschichtchipkondensators miteinander elektrisch mittels Durchkontaktierung verbunden, welche zur Oberseite oder der Unterseite des Kondensators geführt sind. Die Abschnitte der Durchkontaktierungen, die zu der Oberseite oder der Unterseite geführt sind, oder darauf ausgebildete Höcker oder interne oder externe Elektroden, die mit den zur Oberseite bzw. Unterseite geführten Abschnitten der Durchkontaktierungen verbunden sind, stellen die oberen und unteren Anschlüsse des Mehrschichtchipkondensators dar.

Die oberen und unteren Anschlüsse der Mehrschichtchipkondensatoren, die horizontal angeordnet sind, sind unmittelbar elektrisch mit den entsprechenden oberen und unteren elektrisch leitfähigen Schichten, die auf der Leiterplatte ausgebildet sind, verbunden. Es besteht folglich kein Bedarf mehr für Durchgangslöcher auf Mehrschichtplatten (vgl. Bezugszeichen 30, 35 in 1b) und kein Bedarf für einen folgenden Laserprozess, um die Leiterbahnen mit den Kondensatoranschlüssen zu verbinden, wodurch die Herstellungskosten der Leiterplatte beträchtlich reduziert werden.

Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die obigen und andere Ziele, Merkmale und andere Vorteile der vorliegenden Erfindung sind klarer aus der folgenden detaillierten Beschreibung in Verbindung mit den Zeichnungen zu verstehen. Dabei zeigen:
1a eine Perspektivansicht eines herkömmlichen eingebetteten Mehrschichtchipkondensators;
1b eine Schnittansicht des Kondensators entlang der Linie AA' in 1a;
2a eine schematische Schnittansicht einer herkömmlichen Leiterplatte;
2b eine schematische Schnittansicht zur Erklärung von Nachteilen der Leiterplatte aus 2a;
3a eine perspektivische Teilansicht eines Ausführungsbeispiels eines eingebetteten Mehrschichtchipkondensators gemäß der Erfindung;
3b eine Schnittansicht des Kondensators entlang der Linie XX' in 3a;
4a bis 4c Draufsichten, die die Form von internen Elektroden eines eingebetteten Mehrschichtchipkondensators gemäß verschiedener Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung zeigen;
5 eine perspektivische Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung;
6 eine schematische Schnittansicht der Leiterplatte aus 5;
7 eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines eingebetteten Mehrschichtchipkondensators gemäß der Erfindung;
8 eine schematische Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung;
9 eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines eingebetteten Mehrschichtchipkondensators gemäß der vorliegenden Erfindung; und
10 eine schematische Schnittansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung.
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
Die vorliegende Erfindung wird nun ausführlicher mit Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben, in denen bevorzugte Ausführungsbeispiele der Erfindung gezeigt werden. Diese Erfindung kann dennoch auf viele verschiedene Arten ausgeführt werden und sollte nicht als begrenzt auf die Ausführungsbeispiele in dieser Beschreibung gedeutet werden. Stattdessen werden diese Ausführungsbeispiele beschrieben, damit die Offenbarung sorgfältig und vollständig ist und dem Fachmann die Tragweite der Erfindung vollständig mitteilt. In den Zeichnungen ist die Dicke der Schichten und Bereiche zu Klarheitszwecken übertrieben dargestellt.
3a ist eine perspektivische Teilansicht eines Ausführungsbeispiels eines eingebetteten Mehrschichtchipkondensators gemäß der Erfindung und 3b ist eine Schnittansicht des Kondensators entlang der Linie XX' in 3a. Wie in den 3a und 3b dargestellt, umfasst ein eingebetteter Mehrschichtchipkondensator 100 gemäß der Erfindung einen Kondensatorgrundkörper 105, eine obere externe Elektrode 101, die auf der Oberfläche des Kondensatorgrundkörpers 105 ausgebildet ist, und eine untere externe Elektrode 102, die auf der Unterseite des Kondensatorgrundkörpers 105 ausgebildet ist. Der Kondensatorgrundkörper 105 umfasst eine Vielzahl von dielektrischen Schichten, die aufeinander aufgestapelt sind (siehe Bezugszeichen 51, 52 in 4).
Wie in 3b gezeigt, sind eine Mehrzahl von ersten internen Elektroden 103 und zweiten internen Elektroden 104 im Inneren des Kondensatorgrundkörpers 105 ausgebildet, die durch die dielektrischen Schichten 51, 53 getrennt werden. Die ersten internen Elektroden 103 und die zweiten internen Elektroden 104 haben entgegengesetzte Polarität. Weiterhin befinden sich eine erste Durchkontaktierung 113 und eine zweite Durchkontaktierung 114 vertikal ausgedehnt innerhalb des Kondensatorgrundkörpers 105. Die erste Durchkontaktierung 113 ist elektrisch mit den ersten internen Elektroden 103 verbunden und die zweite Durchkontaktierung 114 ist elektrisch mit den zweiten internen Elektroden 104 verbunden. Die Durchkontaktierungen 113 und 114 sind elektrisch leitfähig. Die erste Durchkontaktierung 113 wird zur Unterseite des Kondensatorgrundkörpers 105 geführt und die zweite Durchkontaktierung 114 wird zur Oberseite des Kondensatorgrundkörpers 105 geführt. Der zur Unterseite geführte Abschnitt der ersten Durchkontaktierung 113 ist elektrisch mit der unteren externen Elektrode 102 verbunden und der zur Oberseite geführte Abschnitt der zweiten Durchkontaktierung 114 ist elektrisch mit der oberen externen Elektrode 101 verbunden. Solche Durchkontaktierungen erlauben eine Anschlussstruktur mit Anschlüssen an der Oberseite und der Unterseite.
4a ist eine Draufsicht, die die Form der internen Elektroden 103, 104 darstellt, die sich innerhalb des Mehrschichtchipkondensators 100 befinden. Wie in 4a dargestellt, sind die ersten internen Elektroden 103 und die zweiten internen Elektroden 104 auf den dielektrischen Schichten 51, 52 ausgebildet. Die ersten und zweiten internen Elektroden 103, 104 haben jeweils Durchgangslöcher 61, 62. Die erste Durchkontaktierung 113 führt durch die Durchgangslöcher 62, die in den zweiten internen Elektroden 104 ausgebildet sind, aber berührt nicht den inneren Umfang der Durchgangslöcher 62. Zusätzlich trifft und verbindet die erste Durch kontaktierung 113 die ersten internen Elektroden 103. Wie in 4a dargestellt, zeigt ein durch gestrichelte Linien gekennzeichneter Teil auf der Elektrodenoberfläche der ersten internen Elektroden 103 den Abschnitt an, wo die erste interne Elektrode 103 die erste Durchkontaktierung 113 trifft und mit ihr elektrisch verbunden ist. Dementsprechend ist die erste Durchkontaktierung 113 lediglich an die ersten internen Elektroden 103 gekoppelt, nicht aber an die zweiten internen Elektroden 104. Genauso ist die zweite Durchkontaktierung 114 lediglich an die zweiten internen Elektroden 104 gekoppelt, nicht aber an die ersten internen Elektroden 103. In dieser Konstellation wird Spannung umgekehrter Polarität auf die ersten internen Elektroden 103 und die zweiten internen Elektroden 104 aufgebracht. Gemäß dieser Ausführungsform ist ein Durchgangsloch in den internen Elektroden ausgebildet, aber die Erfindung ist nicht hierauf beschränkt. Interne Elektroden mit andere Aufbau können verwendet werden. Beispielsweise kann der interne Elektrodenaufbau nach 4b oder 4c verwendet werden.
Wie in 4b dargestellt, sind erste interne Elektroden 203 und zweite interne Elektroden 204 auf den dielektrischen Schichten 51 und 52 ausgebildet, wobei jede interne Elektrode eine Ausnehmung an einer Ecke aufweist. Eine Ecke jeder der ersten internen Elektroden 203 ist ausgeschnitten, sodass die zweite Durchkontaktierung 214 nicht elektrisch mit den ersten internen Elektroden 203 verbunden ist. Im Ergebnis sind die ersten internen Elektroden 203 lediglich mit der ersten Durchkontaktierung 213 verbunden, jedoch nicht mit der zweiten Durchkontaktierung 214. Genauso ist eine Ecke jeder der zweiten internen Elektroden 204 ausgeschnitten, sodass die zweiten internen Elektroden 204 lediglich elektrisch mit der zweiten Durchkontaktierung 214 verbunden sind, aber nicht mit der ersten Durchkontaktierung 213. Folglich kann Spannung mit umgekehrter Polarität an den ersten internen Elektroden 203 und den zweiten internen Elektroden 204 angelegt werden.
Wie in 4c dargestellt, sind erste interne Elektroden 303 und zweite interne Elektroden 304 mit Schwerpunkten nach links bzw, rechts abwechselnd auf den dielektrischen Schichten 51, 52 aufgebracht. Die ersten internen Elektroden 303 haben ihren Schwerpunkt zu einer Seite hin gerichtet, sodass die zweite Durch kontaktierung 314 nicht elektrisch mit den ersten internen Elektroden 303 verbunden ist. Im Ergebnis sind die ersten internen Elektroden 303 lediglich mit der ersten Durchkontaktierung 313 verbunden, jedoch nicht mit der zweiten Durchkontaktierung 314. Die zweiten internen Elektroden 304 sind schwerpunktmäßig zu einer anderen Seite hin ausgebildet, sodass sie nur mit der zweiten Durchkontaktierung 314 verbunden sind, aber nicht mit der ersten Durchkontaktierung 313. Folglich kann Spannung mit umgekehrter Polarität an die ersten internen Elektroden 303 und die zweiten internen Elektroden 304 angelegt werden.
Im Unterschied zum herkömmlichen eingebetteten Mehrschichtchipkondensator (vgl. 1a) hat der Kondensator 100 ein kleines Verhältnis der horizontalen Längen zu seiner Dicke. Vorzugsweise beträgt die Breite des Mehrschichtchipkondensators 100 0,4 bis 2,0 mm, die Länge 0,4 bis 2,0 mm und die Dicke 0,05 bis 1,0 mm. Das Verhältnis der horizontalen Länge (Breite und Länge) ist hinreichend reduziert, sodass Schaden an den eingebetteten Kondensator 100 in der Leiterplatte verhindert werden kann, selbst wenn die Leiterplatte gebogen wird. Weiterhin reduziert eine kleine Größe (insbesondere bezüglich der horizontalen Länge) des Kondensators die Möglichkeiten des Absplitterns oder der Rissbildung, welche während des Prozesses der Herstellung oder der Handhabung des Mehrschichtchipkondensators auftreten können. Der Rückgang in der Kapazität, der durch die kleine Größe verursacht wird, kann durch Parallelschaltung mehrerer Kondensatoren 100 überwunden werden, wie später näher ausgeführt wird.
Wie in 4a bis 4c dargestellt, haben die ersten und zweiten Durchkontaktierungen 113, 114 einen kreisförmigen Querschnitt. Vorzugsweise beträgt der Durchmesser des Querschnitts der Durchkontaktierungen 113, 114 50 bis 100 μm. Alternativ können die ersten und zweiten Durchkontaktierungen auch einen rechteckigen Querschnitt haben. Vorzugsweise hat der Querschnitt der ersten und zweiten Durchkontaktierungen eine Breite und Länge von 50 bis 500 μm. Weiterhin können die ersten und zweiten Durchkontaktierungen einen dreieckigen, hexagonalen oder anders geformten Durchschnitt haben. Die Erfindung ist nicht durch die Form des Querschnitts der Durchkontaktierungen beschränkt.
Im Folgenden wird eine genauere Erklärung im Bezug auf eine Leiterplatte umfassend einen eingebetteten Mehrschichtchipkondensator gegeben. 5 zeigt eine perspektivische Explosionsansicht eines Ausführungsbeispiels einer Leiterplatte gemäß der Erfindung. 6 zeigt eine schematische Schnittansicht der Leiterplatte aus 5. Wie in 5 und 6 dargestellt, umfasst die Leiterplatte 500 eine Mehrzahl von Mehrschichtchipkondensatoren 100, die darin eingebettet sind. Der Aufbau des Kondensators 100, der in der Leiterplatte 500 eingebettet ist, wurde schon vorher erläutert (vgl. 3 und 4a bis 4c).
Wie in 5 und 6 dargestellt, umfasst die Leiterplatte 500 ein Kernsubstrat 140 mit einer Ausnehmung zur Einbettung eines Kondensators darin. Eine obere Mehrschichtplatte 130 und eine untere Mehrschichtplatte 135 sind auf die Oberseite und die Unterseite des Kernsubstrats 140 aufgestapelt. In einer in dem Kernsubstrat 140 ausgebildeten Ausnehmung sind die Mehrschichtchipkondensatoren horizontal angeordnet. Zudem sind eine obere elektrisch leitfähige Schicht 110 und eine untere elektrisch leitfähige Schicht 120 auf der Oberseite und der Unterseite der Mehrschichtchipkondensatoren 100, die horizontal angeordnet sind, ausgebildet. Eine elektrisch leitfähige Adhäsionspolymerschicht, ein elektrisch leitfähiges Band, eine elektrisch leitfähige Epoxidharzschicht, eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Leim oder eine metallisierte Schicht kann für die oberen und unteren elektrisch leitfähigen Schichten 110, 120 verwendet werden. Das elektrisch leitfähige Band, das für die obere und untere elektrisch leitfähige Schicht 110, 120 verwendet wird, kann ein anisotropisches elektrisch leitfähiges Band oder ein Kohlenstoffband beinhalten.
Die obere elektrisch leitfähige Schicht 110 und die untere elektrisch leitfähige Schicht 120 verbinden die horizontal angeordneten Kondensatoren 100 in Parallelschaltung. Das bedeutet, die oberen externen Elektroden 101 der Kondensatoren 100 sind elektrisch mit der oberen elektrisch leitfähigen Schicht 110 verbunden, während die unteren externen Elektroden 102 elektrisch mit der unteren elektrisch leitfähigen Schicht 120 verbunden sind. Die obere elektrisch leitfähige Schicht 110 und die untere elektrisch leitfähige Schicht 120 sind an eine Leiter bahnstruktur (nicht dargestellt) gekoppelt, die auf der Leiterplatte 500 ausgebildet ist, insbesondere zum Anlegen von Spannung an die Kondensatoren 100.
Durch Verbinden der klein bauenden Kondensatoren 100 mit Anschlüssen auf der Ober- und der Unterseite mit den oberen und unteren elektrisch leitfähigen Schichten 110, 120 wird eine hinreichende Kapazität gesichert und es wird verhindert dass die Kondensatoren 100 beschädigt werden, sogar wenn die Leiterplatte 500 verspannt wird.
Gemäß der Erfindung sind Anschlüsse der eingebetteten Mehrschichtchipkondensatoren 100 in verschiedenen Verfahren ausbildbar. In andere Worten ausgedrückt bedeutet dies, dass die oberen und die unteren Kondensatoranschlüsse auch ohne den Einsatz oberer und unterer externer Elektroden, wie sie oben beschrieben sind, ausgebildet werden können. Die Beispiele sind in 7 und 9 dargestellt.
7 ist eine Schnittansicht eines anderen Ausführungsbeispiels eines eingebetteten Mehrschichtchipkondensators gemäß der Erfindung. Wie in 7 dargestellt, hat ein Mehrschichtchipkondensator 200 keine externen Elektroden auf seiner Ober- bzw. Unterseite. Stattdessen dienen Abschnitte 113a und 113b der Durchkontaktierungen 113, 114, die zu der Oberfläche bzw. Unterfläche geführt sind, als externe Anschlüsse des Kondensators 200. Andere Teile des Kondensators 200 sind genau wie oben beschrieben ausgebildet.
8 zeigt eine Leiterplatte 600, die unter Verwendung der eingebetteten Chipkondensatoren 200 hergestellt ist.
Wie in 8 dargestellt, ist die Mehrzahl von horizontal angeordneten Mehrschichtchipkondensatoren 200 untereinander elektrisch durch die oberen und unteren elektrisch leitfähigen Schichten 110, 120 ohne Verwendung zusätzlicher externer Elektroden verbunden. Das bedeutet, der zur Unterseite geführte Abschnitt 113a der ersten Durchkontaktierung 113 ist unmittelbar elektrisch mit der unteren elektrisch leitfähigen Schicht 120 verbunden, während der zur Oberseite geführte Abschnitt 114a der zweiten Durchkontaktierung 114 unmittelbar elektrisch mit der oberen elektrisch leitfähigen Schicht 110 verbunden ist. Dementsprechend ist die Mehrzahl von Mehrschichtchipkondensatoren 200 in Parallelschaltung verbunden, sodass eine hohe Kapazität erreicht wird.
In einer in 9 dargestellten Alternative kann ein eingebetteter Mehrschichtchipkondensator 300 Höcker 113b, 114b in den zur Oberseite bzw. Unterseite geführten Abschnitten der Durchkontaktierungen 113, 114 aufweisen. Wenn der Kondensator 300 in dem Substrat der Leiterplatte eingebettet ist, werden die Höcker unmittelbar elektrisch mit der oberen und der unteren elektrisch leitfähigen Schicht verbunden. 10 zeigt eine Leiterplatte 700, die unter Verwendung des eingebetteten Chipkondensators 300 mit den Höckern 113b, 114b herstellt wurde.
Wie in 10 dargestellt, ist die Mehrzahl von horizontal angeordneten Mehrschichtchipkondensatoren 300 untereinander elektrisch durch die oberen und unteren elektrisch leitfähigen Schichten 110, 120 ohne Verwendung zusätzlicher externer Elektroden verbunden. Das bedeutet, der Höcker 113b der ersten Durchkontaktierung 113 ist unmittelbar mit der unteren elektrisch leitfähigen Schicht 120 verbunden, wohingegen der Höcker 114b der zweiten Durchkontaktierung 114 unmittelbar mit der oberen elektrisch leitfähigen Schicht 110 verbunden ist. Im Ergebnis sind die Mehrschichtchipkondensatoren 300 in Parallelschaltung verbunden, sodass eine hohe Kapazität erreicht wird.
Wie oben ausführlich erläutert, kann der eingebettete Mehrschichtchipkondensator gemäß der Erfindung Oben-nach-unten-Anschlüsse durch Ausbildung von Durchkontaktierungen darin haben, sodass weniger mechanische Schäden wie Absplittern oder Rissbildung auftreten. Weiterhin hat die Mehrzahl von Chipkondensatoren eine reduzierte horizontale Ausdehnung und die Kondensatoren können horizontal angeordnet werden, sodass eine Parallelschaltung entsteht und im Falle eines Verspannens der Leiterplatte der in die Leiterplatte eingebettete Kondensator keinerlei mechanischen Schaden erleidet. Zusätzlich kann eine hohe Kapazität durch Verbindung einer Zahl von eingebetteten Chipkondensatoren erreicht werden. Das macht ein Bedürfnis für einen separaten Prozess zur Ausbildung von Durchgangslöchern, um Anschlüsse des eingebetteten Mehrschichtchipkondensators an die Leiterbahnen der Leiterplatte auszubilden, überflüssig. Daher ergibt sich auch kein Problem durch Fehlausrichtung, wie es während eines Laserprozesses auftreten kann, und die Herstellungskosten der Leiterplatte werden reduziert.
Obwohl die vorliegende Erfindung in Verbindung mit den bevorzugten Ausführungsbeispielen erläutert und beschrieben wurde, ist es für den Fachmann offensichtlich, dass Veränderungen und Modifikationen gemacht werden können, ohne dass der Schutzbereich der vorliegenden Erfindung, wie er durch die Patentansprüche beschrieben wird, verlassen wird.

Claims

Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator, umfassend: einen Kondensatorgrundkörper (105) mit einer Mehrzahl dielektrischer, übereinander aufgestapelter Schichten (51, 52); eine Mehrzahl von ersten und zweiten internen, innerhalb des Kondensatorgrundkörpers (105) ausgebildeten Elektroden (103, 203, 303, 104, 204, 304), die durch die dielektrischen Schichten (51, 52) getrennt sind; eine erste und eine zweite Durchkontaktierung (113, 213, 313, 114, 214, 314), die sich vertikal innerhalb des Kondensatorgrundkörpers (105) erstrecken, wobei die erste Durchkontaktierung (113, 213, 313) elektrisch mit den ersten internen Elektroden (103, 203, 303) verbunden ist und die zweite Durchkontaktierung (114, 214, 314) elektrisch mit den zweiten internen Elektroden (104, 204, 304) verbunden ist, wobei die erste Durchkontaktierung (113, 213, 313) zur Unterseite des Kondensatorgrundkörpers (105) geführt ist und die zweite Durchkontaktierung (114, 214, 314) zur Oberseite des Kondensatorgrundkörpers (105) geführt ist.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 1, wobei der zur Unterseite geführte Abschnitt (113a) der ersten Durchkontaktierung (113, 213, 313) mit einer unteren elektrisch leitfähigen Schicht (120) einer Leiterplatte (500, 600, 700) verbunden ist, in die der Mehrschichtchipkondensator (100, 200, 300) eingebettet ist, und der zur Oberseite geführte Abschnitt (114a) der zweiten Durchkontaktierung (114, 214, 314) mit einer oberen elektrisch leitfähigen Schicht (110) der Leiterplatte (500, 600, 700) verbunden ist.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 1, wobei die ersten und die zweiten Elektroden (103, 203, 303, 104, 204, 304) jeweils ein Durchgangsloch (61, 62) besitzen, und wobei die erste Durchkontaktierung (113, 213, 313) durch die Durchgangslöcher (62) der zweiten internen Elektroden (104, 204, 304) geführt ist, ohne den inneren Umfang der Durchgangslöcher (62) der zweiten Elektroden (104, 204, 304) zu berühren, und die zweite Durchkontaktierung (114, 214, 314) durch die Durchgangslöcher (61) der ersten internen Elektroden (103, 203, 303) geführt ist, ohne den inneren Umfang der Durchgangslöcher (61) der ersten Elektroden (103, 203, 303) zu berühren.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 1, wobei die ersten internen Elektroden (203) eine Ausnehmung an einer Ecke aufweisen, so dass die zweite Durchkontaktierung (214) nicht elektrisch mit den ersten internen Elektroden (203) verbunden ist, und die zweiten internen Elektroden (204) eine Ausnehmung an einer Ecke aufweisen, so dass die erste Durchkontaktierung (213) nicht elektrisch mit den zweiten internen Elektroden (204) verbunden ist.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 1, wobei die ersten internen Elektroden (303) zu einer Seite gewichtet ausgebildet sind, so dass die zweite Durchkontaktierung (314) nicht elektrisch mit den ersten internen Elektroden (303) verbunden ist, und die zweiten internen Elektroden (304) zu einer anderen Seite gewichtet ausgebildet sind, so dass die erste Durchkontaktierung (313) nicht elektrisch mit den zweiten internen Elektroden (304) verbunden ist.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 1, weiter umfassend: eine obere externe Elektrode (101), die auf der Oberseite des Kondensatorgrundkörpers (105) ausgebildet ist, und eine untere externe Elektrode (102), die auf der Unterseite des Kondensatorgrundkörpers (105) ausgebildet ist, wobei die untere externe Elektrode (102) über die erste Durchkontaktierung (113, 213, 313) mit den ersten internen Elektroden (103, 203, 303) verbunden ist und die obere externe Elektrode (101) über die zweite Durchkontaktierung (114, 214, 314) mit den zweiten internen Elektroden (104, 204, 304) verbunden ist.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 1, weiter umfassend einen ersten, in dem zur Unterseite geführten Abschnitt der ersten Durchkontaktierung (113, 213, 313) ausgebildeten Höcker (113b) und einen zweiten, in dem zur Oberseite geführten Abschnitt der zweiten Durchkontaktierung (114, 214, 314) ausgebildeten Höcker (114b).
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 2, wobei der zur Unterseite geführte Abschnitt der ersten Durchkontaktierung (113, 213, 313) unmittelbar elektrisch mit der unteren leitfähigen Schicht (120) verbunden ist und der zur Oberseite geführte Abschnitt der zweiten Durchkontaktierung (114, 214, 314) unmittelbar elektrisch mit der oberen leitfähigen Schicht (110) verbunden ist.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 1, wobei der Kondensator (100, 200, 300) eine Breite von 0,4 bis 2,0 mm aufweist, eine Länge von 0,4 bis 2,0 mm und eine Dicke von 0,05 bis 1,0 mm.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Durchkontaktierung (113, 213, 313, 114, 214, 314) einen kreisförmigen Querschnitt haben.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 10, wobei der Durchmesser des Querschnitts der ersten und der zweiten Durchkontaktierung (113, 213, 313, 114, 214, 314) 50 bis 500, 600, 700 μm beträgt.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 1, wobei die erste und die zweite Durchkontaktierung (113, 213, 313, 114, 214, 314) einen rechteckigen Querschnitt haben.
Eingebetteter Mehrschichtchipkondensator nach Anspruch 12, wobei die Breite und die Länge des Querschnitts jeweils 50 bis 500, 600, 700 μm betragen.
Leiterplatte, umfassend: ein Kernsubstrat (140); eine Mehrzahl von horizontal innerhalb des Kernsubstrats angeordneten Mehrschichtchipkondensatoren (100, 200, 300); und obere und untere elektrisch leitfähige Schichten (110, 120), die die Mehrschichtchipkondensatoren (100, 200, 300) in Parallelschaltung verbinden, wobei die obere elektrisch leitfähige Schicht (110) auf der Oberseite der Mehrschichtchipkondensatoren (100, 200, 300) ausgebildet ist und die untere elektrisch leitfähige Schicht (120) auf der Unterseite der Mehrschichtchipkondensatoren (100, 200, 300) ausgebildet ist.
Leiterplatte nach Anspruch 14, wobei jeder der Mehrschichtchipkondensatoren (100, 200, 300) umfasst: einen Kondensatorgrundkörper (105) mit einer Mehrzahl dielektrischer, übereinander aufgestapelter Schichten (51, 52); eine Mehrzahl von ersten und zweiten internen, innerhalb des Kondensatorgrundkörpers (105) ausgebildeten Elektroden (103, 203, 303, 104, 204, 304), die durch die dielektrischen Schichten (51, 52) getrennt sind; eine erste und eine zweite Durchkontaktierung (113, 213, 313, 114, 214, 314), die sich vertikal innerhalb des Kondensatorgrundkörpers (105) erstrecken, wobei die erste Durchkontaktierung (113, 213, 313) mit den ersten internen Elektroden (103, 203, 303) verbunden ist und die zweite Durchkontaktierung (114, 214, 314) mit den zweiten internen Elektroden (104, 204, 304) verbunden ist, wobei die erste Durchkontaktierung (113, 213, 313) zur Unterseite des Kondensatorgrundkörpers (105) geführt ist und die zweite Durchkontaktierung (114, 214, 314) zur Oberseite des Kondensatorgrundkörpers (105) geführt ist.
Leiterplatte nach Anspruch 14, wobei die obere und die untere elektrisch leitfähige Schicht (120, 130) wenigstens eines aus der Gruppe, bestehend aus eine elektrisch leitfähige Adhäsionspolymerschicht, ein elektrisch leitfähiges Band, eine elektrisch leitfähige Epoxidharzschicht, eine Schicht aus elektrisch leitfähigem Leim und eine metallisierte Schicht, umfasst.
Leiterplatte nach Anspruch 15, wobei jeder Mehrschichtchipkondensator (100, 200, 300) weiter umfasst: eine obere externe Elektrode (101), die auf der Oberseite des Kondensatorgrundkörpers (105) ausgebildet ist, und eine untere externe Elektrode (102), die auf der Unterseite des Kondensatorgrundkörpers (105) ausgebildet ist, wobei die untere externe Elektrode (102) unmittelbar mit der unteren elektrisch leitfähigen Schicht (120) verbunden ist und die obere externe Elektrode (101) unmittelbar mit der oberen elektrisch leitfähigen Schicht (120) verbunden ist.
Leiterplatte nach Anspruch 15, wobei jeder der Mehrschichtchipkondensatoren (300) weiterhin umfasst: einen ersten, in dem zur Unterseite geführten Abschnitt der ersten Durchkontaktierung (113, 213, 313) ausgebildeten Höcker (113b), und einen zweiten, in dem zur Oberseite geführten Abschnitt der zweiten Durchkontaktierung (114, 214, 314) ausgebildeten Höcker (114b), wobei der erste Höcker (113b) unmittelbar mit der unteren elektrisch leitfähigen Schicht (120) verbunden ist und der zweite Höcker (114b) unmittelbar mit der oberen elektrisch leitfähigen Schicht (110) verbunden ist.
Leiterplatte nach Anspruch 15, wobei der zur Unterseite geführte Abschnitt (113a) der ersten Durchkontaktierung (113, 213, 313) unmittelbar mit der unteren elektrisch leitfähigen Schicht (120) verbunden ist und der zur Oberseite geführte Abschnitt (114a) der zweiten Durchkontaktierung (114, 214, 314) unmittelbar mit der oberen elektrisch leitfähigen Schicht (110) verbunden ist.