DE102006062919A1

DE102006062919A1 - Integrierter Dünnschicht-Kondensator mit optimierter Temperaturkennlinie

Info

Publication number: DE102006062919A1
Application number: DE102006062919A
Authority: DE
Inventors: Cengiz Palanduz; Dustin Wood
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2005-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2011-11-10
Also published as: KR20070116948A; US20080106844A1; TW200641934A; CN101147434B; CN101147434A; US7656644B2; DE112006000519B4; US7755165B2; JP2008535274A; DE112006000519T5; US20080106848A1; JP5188954B2; KR100972874B1; TWI340399B; WO2006110411A1; US7375412B1

Abstract

Ein Verfahren einschließlich eines Aufbringen einer Aufschlämmung eines Kolloids mit einer Menge von Nanopartikeln eines Keramikmaterials auf ein Substrat; und einem thermischen Behandeln der Aufschlämmung, um eine Dünnschicht zu bilden. Ein Verfahren einschließlich eines Aufbringen einer Vielzahl von Nanopartikeln auf ein Keramikmaterial auf vorbestimmte Orte über eine Oberfläche eines Substrats; und ein thermisches Behandeln der Mehrzahl von Nanopartikeln, um eine Dünnschicht zu bilden. Ein System einschließlich einer Recheneinrichtung mit einem Mikroprozessor, wobei der Mikroprozessor mit einer gedruckten Schaltungskarte durch ein Substrat gekoppelt ist, wobei das Substrat zumindest eine auf einer Oberfläche gebildete Kondensatorstruktur enthält, wobei die Kondenatorstruktur eine erste Elektrode, eine zweite Elektrode und ein zwischen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode angeordnetes Keramikmaterial aufweist, wobei das Keramikmaterial säulenartige Körner enthält.

Description

Gebiet
Schaltungsstrukturen und passive Einrichtungen
Hintergrund
Es ist wünschenswert, eine Entkoppelkapazität in enger Nachbarschaft zu einem integrierten Schaltungs-Baustein oder -Plättchen auszubilden. Die Notwendigkeit für eine derartige Kapazität nimmt zu, wenn die Schaltgeschwindigkeit und gegenwärtige Anforderungen von Bausteinen oder Plättchen höher werden. Somit sind die Notwendigkeit für eine hohe Anzahl passiver Komponenten für integrierte Schaltungs-Bausteine oder – Plättchen mit hoher Dichte, die sich ergebende zunehmende Schaltungsdichte von gedruckten Schaltungskarten (PWB) und ein Trend zu höheren Frequenzen in dem Mehrfach-GigaHertz-Bereich unter den Faktoren, die kombiniert werden, um einen Druck auf passive Komponenten zu erhöhen, die auf Baugruppensubtraten oder PWBs oberflächenmontiert sind. Durch Aufnahme eingebetteter passiver Komponenten (z. B. Kondensatoren, Widerstände, Induktivitäten) in das Baugruppensubstrat oder die PWB, können verbesserte Leistung, bessere Zuverlässigkeit, kleinere Grundfläche und niedrigere Kosten erreicht werden.
Kondensatoren sind die beherrschenden passiven Komponenten in den meisten Schaltungsentwürfen. Typische Materialien für geeignete eingebettete Kondensatorkomponenten, wie beispielsweise Polymer und Keramikpulver-Verbundstoffe bzw. -Komposite mit hoher dielektrischer Konstante (hohes k = high k) oder Keramikpulver mit hohem k und Glaspulver Mischungen, sind allgemein auf eine Kapazitätsdichte in der Größenordnung von NanoFarad/cm² und 0,1 MikroFarad/cm² begrenzt.
Kurzbeschreibung der Zeichnung
Merkmale, Gesichtspunkte und Vorteile von Ausführungsbeispielen werden aus der folgenden genauen Beschreibung, den angehängten Ansprüche und der beigefügten Zeichnung offensichtlicher, wobei:
1 eine schematische Querschnitt-Seitenansicht eines Ausführungsbeispiels einer Baustein- oder Plättchenbaugruppe, die zur Montage einer gedruckten Schaltung oder Verdrahtungskarte geeignet ist, zeigt,
2 eine schematische Querschnitt-Seitenansicht des Baugruppensubstrats gemäß 1 zeigt,
3 einen Verfahrensablauf zur Bildung eines Kondensators beschreibt,
4 eine schematische Seitenansicht einer ersten Leiterfolie mit einem darauf aufgebrachten dielektrischen Material mit einer ersten Temperaturkennlinie zeigt,
5 die Struktur gemäß 4 zeigt, die der Bildung einer zweiten Leiterfolie auf der dielektrischen Schicht gegenüber dem ersten Leiter folgt,
6 die Struktur gemäß 5 zeigt, die der Bildung eines unterschiedlichen Materials auf exponierten Oberflächen des ersten Leiters und des zweiten Leiters folgt,
7 eine schematische Seitenansicht einer ersten Leiterfolie mit einem darauf aufgebrachten dielektrischen Material mit einer zweiten Temperaturkennlinie zeigt,
8 die Struktur gemäß 7 zeigt, die der Bildung eines zweiten Leiters auf der dielektrischen Schicht gegenüber dem ersten Leiter folgt,
9 die Struktur gemäß 8 zeigt, die der Bildung eines unterschiedlichen leitfähigen Materials auf exponierten Oberflächen des ersten Leiters und des zweiten Leiters folgt,
10 eine schematische Querschnitt-Seitenansicht eines Baugruppensubstrats einschließlich eines Kernsubstrats mit einer Struktur gemäß 6 und der Struktur gemäß 7, die mit gegenüberliegenden Seiten davon verbunden sind, zeigt
11 einen zweiten Verfahrensablauf beschreibt, der einen Kondensator vollbringt,
12 eine schematische Draufsicht eines keramischen Green Sheet mit einer darin gebildeten Öffnung zeigt,
13 eine schematische Querschnitt-Seitenansicht eines ersten Leiters mit dem keramischen Green Sheet gemäß 12 zeigt, das mit einer Seite davon verbunden ist,
14 die Struktur gemäß 13 zeigt, die der Einführung eines zweiten Keramikmaterials in der in dem ersten Keramikmaterial gebildeten Öffnung folgt,
15 die Struktur gemäß 14 zeigt, die der Verbindung eines zweiten Leiters mit der dielektrischen Schicht (Komposite-Keramikmaterialien) gegenüber dem ersten Leiter folgt,
16 die Struktur gemäß 15 zeigt, die der Einführung eines verschiedenen leitfähigen Materials auf exponierten Oberflächen des ersten Leiters und des zweiten Leiters folgt,
17 ein Baugruppensubstrat zeigt, das einen Kern und die Struktur gemäß 16 enthält, die mit einer Plättchenseite des Kerns gekoppelt ist,
18 eine schematische Draufsicht auf ein Baugruppensubstrat mit Kondensatoren zeigt, die aus dielektrischem Material mit verschiedenen Temperaturauslegungen gebildet sind,
19 einen dritten Verarbeitungsablauf beschreibt, der einen Kondensator vollbringt,
20 einen ersten Leiter und einen zweiten Leiter zeigt, die jeder eine durch die Dicke davon gebildete Öffnung besitzen,
21 den ersten Leiter und den zweiten Leiter gemäß 20 zeigt, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, der zum in den Öffnungen aufgebrachten Material paßt,
22 den ersten Leiter und den zweiten Leiter gemäß 21 zeigt, der mit gegenüberliegenden Seiten eines Keramikmaterials verbunden und gegenüberliegend davon angeordnet ist.
Genaue Beschreibung
1 zeigt eine Querschnitt-Seitenansicht einer integrierten Schaltungs-Baugruppe, die physikalisch und elektrisch mit einer gedruckten Verdrahtungskarte oder einer gedruckten Schaltungskarte (PCB) verbunden werden kann, um eine elektronische Anordnung auszubilden. Die elektronische Anordnung kann Teil eines elektronischen Systems, wie beispielsweise eines Computers (z. B. eines Desktops, eines Laptops, eines Handheld bzw. Handgeräts, eines Servers, usw.), einer drahtlosen Kommunikationseinrichtung (z. B. eines Mobiltelefons, eines schnurlosen Telefons, eines Funkrufs, usw.), eines computerbezogenen Peripheriegeräts (z. B. Drucker, Scanner bzw. Abtasteinrichtungen, Monitor; usw.), einer Unterhaltungseinrichtung (z. B. Fernsehen, Radio, Stereo, Band- und Compact-Disk-Spieler, Videokassettenrekorder, MP3(Motion Picture Experts Group, Audio Layer 3)-Spieler, usw.) und dergleichen sein. 1 veranschaulicht die Baugruppe als Teil eines Desktop-Computers.
1 zeigt eine elektronische Anordnung 100 einschließlich eines Plättchens 110, die physikalisch und elektrisch mit einem Baugruppensubstrat 101 verbunden ist. Das Plättchen 110 ist ein integriertes Schaltungsplättchen, wie beispielsweise ein Prozessorplättchen. Elektrische Kontaktpunkte (z. B. Kontaktanschlüsse auf einer Oberfläche des Plättchens 110) sind mit dem Baugruppensubstrat 101 durch eine leitfähige Bumper- bzw. Höckerschicht 125 verbunden. Das Baugruppensubstrat 101 kann verwendet werden, um die elektronische Anordnung 100 mit einer gedruckten Schaltungskarte 130, wie beispielsweise einem Motherboard bzw. einer Hauptplatine oder einer anderen Schaltungskarte zu verbinden.
In einem Ausführungsbeispiel enthält das Baugruppensubstrat 101 eine oder mehrere Kondensatorstrukturen. Bezugnehmen auf 1 enthält das Baugruppensubstrat 101 eine Kondensatorstruktur 140 und eine Kondensatorstruktur 150, die darin eingebettet sind. Die Kondensatorstruktur 140 und die Kondensatorstruktur 150 sind mit gegenüberliegenden Seiten eines Kernsubstrats 160 verbunden. In einem anderen Ausführungsbeispiel können die Kondensatorstruktur 140 und der Kondensator 150 einer auf die Oberseite des anderen gestapelt sein.
In einem Ausführungsbeispiel ist das Kernsubstrat 160 ein organischer Kern, wie beispielsweise ein Epoxidharz einschließlich eines Glasfaser-verstärkten Materials, auch als Pre-Preg bezeichnet Diese Konfiguration kann als ein integriertes Dünnschicht-Kondensator(iTFC)-System bezeichnet werden, wobei der(die) Kondensator(en) in das Baugruppensubstrat eher als beispielsweise ein Einfüger zwischen das Plättchen und das Baugruppensubstrat integriert ist(sind). Überlagernd der Kondensatorstruktur 140 ist eine Haftschicht 175 (z. B. ein siliziumgefülltes Epoxidharz). Der Kondensatorschicht 150 zugrunde liegend bzw. unterlagernd ist eine Haftschicht 185. Überlagernd der Haftschicht 175 ist eine Auftragsschicht 176. Die Haftschicht 175 und die Haftschicht 185 funktionieren als Haftschichten zu den überlagernden und unterlagernden Auftragsschichten 176 bzw. 178. Jede Auftragsschicht enthält Spuren bzw. Trassen (z. B. Kupferspuren bzw. -trassen) zur seitlichen Umsetzung von Kontaktpunkten zwischen dem Plättchen 110 und dem Baugruppensubstrat 101, und dem Baugruppensubstrat 101 bzw. der gedruckten Schaltungskarte 130 und typischerweise Lotresist als eine Oberschicht. Der aus der Kombination von Schichten 185, 150, 160, 140 und 175 hergestellte Bereich wird hier als ein funktionaler Kern 120 bezeichnet.
2 zeigt eine vergrößerte Ansicht eines Teils des funktionalen Kerns 120. Der funktionale Kern 120 enthält das Kernsubstrat 160 mit einer Dicke in einem Ausführungsbeispiel in der Größenordnung von 200 Mikrometern (μm) bis 700 μm. In einem anderen Ausführungsbeispiel besitzt das Kernsubstrat 160 eine Dicke in der Größenordnung von 200 μm bis 300 μm. In einem Ausführungsbeispiel enthält das Kernsubstrat 160 einen Kern 162, wie beispielsweise ein glasfaserverstärktes Epoxidharz, und eine Schale 165, wie beispielsweise ein Siliziumpartikel gefülltes Epoxidharz.
Die Kondensatorstruktur 140 ist mit einer Seite des Kernsubstrats 160 (einer Oberseite, wie gesehen) verbunden. Die Kondensatorstruktur 140 enthält einen ersten Leiter 210 nahe dem Kernsubstrat 160 und einen zweiten Leiter 230. Zwischen dem ersten Leiter 210 und dem zweiten Leiter 230 ist ein dielektrisches Material 220 angeordnet. Die Kondensatorstruktur 150 ist mit einer gegenüberliegenden Seite des Kernsubstrats 160 (einer unteren Seite, wie gesehen) verbunden und besitzt eine ähnliche Konfiguration eines dielektrischen Materials, das zwischen zwei Leitern angeordnet ist. Überlagert der Kondensatorstruktur 140 und der Kondensatorstruktur 150 des funktionalen Kerns 120 (auf Seiten gegenüberliegend dem Kernsubstrat 160 gegenüberliegenden Seiten) sind eine Haftschicht 175 bzw. eine Haftschicht 185, die beispielsweise aus einem organischen Material hergestellt sind und eine repräsentative Dicke in der Größenordnung von 10 Mikrometer (μm) bis 50 μm besitzen. Die Auftragsschicht 176 und die Auftragsschicht 186 gemäß 1 würden auf diesen Haftschichten aufgebracht. Wie vorstehend bezeichnet können die Auftragsschichten Spuren bzw. Trassen und Kontaktpunkte enthalten, um das Baugruppensubstrat mit einem Baustein oder Plättchen bzw. mit einer gedruckten Schaltungskarte zu verbinden, und eine Lotresist als eine Oberschicht.
In einem Ausführungsbeispiel sind der erste Leiter 210 und der zweite Leiter 230 der Kondensatorstruktur 140 elektrisch leitfähiges Material. Geeignete Materialien enthalten ein Nickel- oder ein Kupfermaterial, sind aber nicht darauf beschränkt. In einem Ausführungsbeispiel ist das dielektrische Material 220 ein Keramikmaterial mit einer relativ hohe dielektrischen Konstante (high k bzw. hohem k) Geeignete Materialien für das dielektrische Material 220 enthalten Bariumtitanat (BaTiO₃), Bariumstrontiumtitanat ((Ba, Sr) TiO₃) und Strontiumtitanat (SrTiO₃).
In einem Ausführungsbeispiel enthält die Kondensatorstruktur 140 den ersten Leiter 210 und den zweiten Leiter 220 mit einer Dicke in der Größenordnung von 20 μm bis 50 μm und das dielektrisches Material 220 mit einem Keramikmaterial mit hohem k mit einer Dicke in der Größenordnung von 1 μm bis 3 μm und in einem anderen Ausführungsbeispiel weniger als 1 μm. Die Kondensatorstruktur 150 ist in einem Ausführungsbeispiel ähnlich der Kondensatorstruktur 140.
In dem Ausführungsbeispiel des funktionalen Kerns 120, der in 2 gezeigt ist, enthält die Kondensatorstruktur 140 einen Überschicht 240 auf dem zweiten Leiter 230. Die Überschicht 240 ist eine optionale elektrisch leitfähige Schicht, die in einem Beispiel verwendet werden kann, in dem der zweite Leiter 230 ein Material ist, das mit Materialien oder Verarbeitungsvorgängen, denen der funktionale Kern 120 ausgesetzt werden kann, nicht kompatibel oder weniger kompatibel ist. Beispielsweise ist in einem Ausführungsbeispiel der zweite Leiter 230 ein Nickelmaterial. Um den funktionalen Kern 120 für nachfolgende Verarbeitungsvorgänge transparent oder kompatibel mit Materialien, denen der funktionale Kern 120 ausgesetzt werden kann, zu machen, ist die Überschicht 240 ein Kupfermaterial. Repräsentativ kann die Überschicht 240, wenn sie vorhanden ist, eine Dicke in der Größenordnung von wenigen Mikrometer besitzen.
2 zeigt eine Anzahl von leitfähigen Durchgangslöchern bzw. Durchkontaktierungen, die sich durch den funktionalen Kern 120 zwischen einer Oberfläche 280 und einer Oberfläche 290 erstrecken. Repräsentativ sind eine leitfähige Durchkontaktierung 250 und eine leitfähige Durchgangskontaktierung 260 elektrisch leitfähige Materialien (z. B. Kupfer oder Silber) geeigneter Polarität, um mit Energieversorgungs- oder Massekontaktpunkten des Plättchens 110 verbunden zu werden (z. B. durch die leitfähige Höckerschicht 125 mit Kontaktpads auf dem Plättchen 110 gemäß 1). Auf diese Weise erstrecken sich die leitfähige Durchkontaktierung 250 und die leitfähige Durchkontaktierung 260 durch die Kondensatorstruktur 140, das Kernsubstrat 160 und die Kondensatorstruktur 150. Die leitfähigen Durchkontaktierungen 250 und 260 können, wenn gewünscht, durch Abstands- bzw. Isolierelemente (Sleeves) 270 aus einem dielektrischen Material isoliert von Teilen der Kondensatorstruktur 140 oder der Kondensatorstruktur 150 sein.
3 stellt einen Vorgang zur Bildung eines Teils eines Baugruppensubstrats einschließlich eines Kernsubstrats, wie beispielsweise des Kernsubstrats 160, und Kondensatorstrukturen, wie beispielsweise der Kondensatorstruktur 140 und der Kondensatorstruktur 150, auf gegenüberliegenden Seiten des Kernsubstrats, dar. Insbesondere stellt 3 einen Vorgang zur Bildung eines Teils eines Baugruppensubstrats mit Kondensatoren mit unterschiedlichem Keramikmaterial, ausgewählt, in einem Ausführungsbeispiel, auf der Grundlage der Temperaturkennlinie des Keramikmaterials dar. Eine Kondensatorstruktur, wie beispielsweise die Kondensatorstruktur 140 und/oder die Kondensatorstruktur 150 kann gebildet und dann separat mit dem Kernsubstrat 160 verbunden werden. Die 4 bis 9 zeigen Bildungsvorgänge in Verbindung mit Teilen des in 3 beschriebenen Verarbeitungsablaufs.

In einem Ausführungsbeispiel können Keramikrezepturen zur Verwendung in einer Kondensatorstruktur eine im allgemeinen stabile Temperaturkennlinie besitzen. Die Temperaturkennlinien werden durch die Electronics Industries Association (EIA) markiert bzw. bezeichnet. Für Dielektrika der Klasse II und Klasse 111 (einschließlich X7R, X5R, ZFU und Y5V) zeigt das erste Symbol die untere Grenze des Betriebstemperaturbereichs an, das zweite zeigt die obere Grenze des Betriebstemperaturbereichs an und das dritte zeigt die maximale Kapazitätsveränderung, die über den Betriebstemperaturbereich erlaubt ist, aun. Bezeichnungscodes vom EIA-Typ für Dielektrika der Klasse II und Klasse III sind in Tabelle 1 gezeigt. Tabelle 1 – EIA Temperaturkennliniencodes für Dielektrika der Klasse II und Klasse III

Niedrigtemperaturbereich		Hochtemperaturbereich		Maximale Kapazitätsverschiebung
Grad Celsius	Buchstabensymbol	Grad Celsius	Zahlensymbol	Prozent	Buchstaben-Symbol	EIA-Klasse
+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

4 zeigt eine Struktur 425 eines ersten Leiters 410 aus beispielsweise einem Nickelblatt oder -folie, die möglicherweise eine Schicht einer Nickelpaste auf einer Oberfläche des ersten Leiters 410 (einer Oberfläche, wie gesehen) ist. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Nickelpaste Keramikpulver (z. B. Bariumtitanat) Beimengungen besitzen, tun eine Haftschicht zwischen der unterlagerten Nickelfolie und dem bald aufzubringenden überlagerten X7R (oder X7S oder irgendeinem andere zur Aufbringung geeigneten Temperatur-) unbearbeiteten Keramik-Folie bzw. Keramik-Green Sheet auszubilden. In einem Ausführungsbeispiel wird der erste Leiter 410 aus einem Ni-Green Sheet hergestellt sein, das Keramikpulver (z. B. Bariumtitanat) Beimengungen sitzen wird, um eine Haftung mit dem bald aufzubringenden überlagerten X7R (oder X7S oder irgendeiner anderen für die Anwendung geeigneten Temperatur-) Keramik-Green Sheet auszubilden.
4 zeigt die Struktur 425 einer Keramikschicht 420 eines X7R (oder X7S oder irgendeines anderen für die Anwendung geeigneten Temperatur-) Keramik-Green Sheet, das auf dem ersten Leiter 410 aufgebracht ist (Block 310). Die Keramikschicht 420 oder das Green Sheet ist in einem Ausführungsbeispiel auf eine unterlagerte Nickelpastenschicht zu schichten. In einem Ausführungsbeispiel ist ein X7R Dielektrikum ausgewählt mit einem Betriebstemperaturbereich von –55°C bis +125°C Bereich und einer dielektrisehen Konstant k in der Größenordnung von 3.000. Dieses Material kann ausgewählt werden, da es eine allgemein stabile Temperaturkennlinie besitzt (C_{Raumtemperatur} ± 10–15%). Ein Grund für die Auswahl eines X7R Dielektrikums besteht darin, daß die gebildete Kondensatorstruktur auf einer Plättchenseite eines Baugruppensubstrats positioniert werden wird, auf der die Kondensatorstruktur hohen Temperaturen ausgesetzt werden kann (z. B. größer als 100°C).
Bezugnehmend auf 3 wird folgend auf die Aufbringung eines Keramikmaterials ein zweiter Leiter auf dem Keramikmaterial aufgebracht (Block 320). 5 zeigt eine Struktur 435 ähnlich der Struktur 425 in 4, einschließlich eines zweiten Leiters (z. B. eines Nickelblatts oder -folie) 430 mit beispielsweise einer darauf gebildeten Schicht aus Nickelpaste. Die Nickelfolie 430 ist auf die Oberseite (wie gesehen) der Struktur 425 geschichtet, um die Struktur 435 in 5 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel wird ein erster Leiter 410 aus einem Nickel-Green Sheet hergestellt sein, das Keramikpulver (z. B. Bariumtitanat) Beimengungen besitzen wird, um eine Haftung an dem unterlagerten X7R (oder X7S oder irgendeinem anderen zur Anwendung geeigneten Temperatur-) Keramik-Green Sheet auszubilden. In einem Ausführungsbeispiel wird folgend auf die Beschichtung die Struktur 435 thermisch behandelt, um organische Inhaltsstoffe abzubrennen. Repräsentativ würde eine thermische Behandlung einen Temperaturbereich von 300 bis 500°C für eine Dauer von zwischen zwei Stunden und einem Tag enthalten.
Wieder Bezugnehmend auf 3 wird folgend auf die Bildung eines dielektrischen Materials zwischen Leitermaterialien die Komposite- bzw. Verbundstoffstruktur nachfolgend in einer reduzierenden Atmosphäre wärmebehandelt, um das Green Sheet und Nickelpasten-Schichten gleichzeitig zu verdichten (z. B. die Oberflächenenergie zu verringern) (Block 330). Wenn einmal die Wärmebehandlung beendet ist, wird das Produkt eine ausreichende Stärke für Packungs- und Handhabungszwecke besitzen und wird eine ausreichend dichte Mikrostruktur besitzen.
Folgend auf die Wärmebehandlung stellt das Verfahren gemäß 3 als denen optionalen Vorgang zur Verfügung, daß eine oder beider einer exponierten Oberfläche des ersten Leiters und des zweiten Leiters mit einem unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Material beschichtet sind (Block 340). 6 zeigt eine Struktur 445, in der zwei Kupferschichten auf den oberen bzw. unteren Flächen der Struktur 445 aufgebracht sind. Eine Kupferschicht 440 und eine Kupferschicht 450 sind in einem Ausführungsbeispiel durch stromlose Aufbringung gefolgt von nachfolgende Aufbringungen auf jeweiligen Oberflächen von Kupfer durch Elektroplattierung aufgebracht, um die Kupferschicht 440 und die Kupferschicht 450 zu bilden. Die Kupferschicht 440 und die Kupferschicht 450 können eine Dicke in der Größenordnung von wenigen Mikrometer besitzen. Alternativ kann eine Kupferschicht durch Aufbringen einer Kupferpaste einschließlich Kupferpartikeln und einem Sintern der Paste gebildet werden.
Eine Kupferbeschichtung kann wünschenswert sein, um die Kondensatorstruktur transparent für nachfolgende Verarbeitungsvorgänge zu machen, denen die Kondensatorstruktur oder ein Baugruppensubstrat ausgesetzt werden kann. In einem Beispiel, in dem der erste Leiter 410 und der zweite Leiter 430 beispielsweise ein Nickelmaterial sind, kann es wünschenswert sein, eine exponierte Oberfläche des ersten oder zweiten Leiters mit einem Kupfermaterial zu beschichten.
Wieder auf 3 Bezug nehmend, kann zur selben Zeit, vor oder nach der Bildung der Struktur 445 (z. B. einer Kondensatorstruktur) eine zweite Kondensatorstruktur gebildet werden. Die zweite Kondensatorstruktur würde bei der Bildung desselben Baugruppensubstrats verwendet werden. Die zweite Kondensatorstruktur könnte jedoch ein dielektrisches Material (z. B. ein Keramikmaterial) verwenden, das eine weniger stabile Temperaturkennlinie als das bei der Bildung der Struktur 445 verwendete dielektrische Material besitzt. In einem Ausführungsbeispiel besitzt ein dielektrisches Material eine weniger stabile Temperaturkennlinie und eine höhere dielektrische Konstante. Gemäß 1 ist in einem Ausführungsbeispiel ein geeignetes dielektrisches Material ein Y5V Dielektrikum mit einem Temperaturbereich von –25°C bis +80°C und einer dielektrische Konstante in der Größenordnung von ungefähr 20.000. Repräsentativ kann eine mit einem dielektrischen Y5V Material gebildete Kondensatorstruktur gegenüberliegend der Plättchenseite eines Baugruppensubstrats angeordnet sein.
In einem Ausführungsbeispiel eines Bildens einer Kondensatorstruktur kann den unter Bezugnahme auf die Blöcke 310 bis 340 beschriebenen Verarbeitungsvorgängen gefolgt werden. Ein Blatt (z. B. eine Folie) eines ersten Leitermaterials mit einer repräsentativen Dicke in der Größenordnung von einigen Mikrometer bis einigen Zehn Mikrometer ist als ein anfängliches Substrat ausgebildet. Ein Keramikmaterial kann auf eine Dicke in der Größenordnung von einem Mikrometer oder weniger auf dem ersten Leiter aufgebracht werden (Block 350). 7 zeigt eine Struktur 725, hergestellt aus einem ersten Leiter 710 beispielsweise aus einem Nickelblatt oder -folie, möglicherweise mit einer Schicht aus Nickelpaste auf einer Oberfläche des ersten Leiters 710 (einer Oberfläche, wie gesehen). In einem Ausführungsbeispiel wird eine Nickelpasten-Schicht 719 Keramikpulver (z. B. Bariumtitanat) Beimengungen besitzen, um eine Haftschicht zwischen der unterlagerten Nickelfolie und dem bald aufzubringenden überlagerten Y5V Green Sheet auszubilden.
7 zeigt die Struktur 425 mit einer Keramikschicht 720 aus einem Y5V Green Sheet, das auf dem ersten Leiter 710 aufgebracht ist. Die Keramikschicht 720 oder das Green Sheet ist in einem Ausführungsbeispiel auf eine unterlagerte Nickelpastenschicht geschichtet.
Wieder auf 3 Bezug nehmend wird folgend auf die Aufbringung des Keramikmaterials auf einen ersten Leiter ein zweiter Leiter aufgebracht (Block 360). 8 zeigt eine Struktur 735 ähnlich der Struktur 725 gemäß 4 mit einem zweiten Nickelpasten-Nickelfolien-Leiter 730, der auf die Oberseite (wie gesehen) der Struktur 725 geschichtet ist, um die Struktur 735 in 8 zu bilden. In einem Ausführungsbeispiel wird folgend auf die Schichtung die Struktur 735 thermisch behandelt, um organische Inhaltsstoffe abzubrennen. Repräsentativ würde eine thermische Behandlung einen Temperaturbereich von 300 bis 500°C für eine Dauer von zwischen zwei Stunden und einem Tag enthalten.
Wieder Bezug nehmend auf 3 wird folgend auf die Bildung eines dielektrischen Materials zwischen Leitermaterialien die Komposite- bzw. Verbundstoffstruktur (Struktur 735) nachfolgend in einer reduzierenden Atmosphäre wärmebehandelt, um das Keramik-Green Sheet und optionale Nickelpastenschichten gleichzeitig zu verdichten (Block 370). Folgend auf die Wärmebehandlung stellt das Verfahren gemäß 3 als einen optionalen Vorgang zur Verfügung, daß einer oder beide des ersten Leiters 710 und des zweiten Leiters 730 mit einem unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Material beschichtet werden. (Block 380). 9 zeigt eine Struktur 745 mit einer Kupferschicht 740 und einer Kupferschicht 750, die auf oberen bzw. unteren Flächen der Struktur 745 aufgebracht sind. Die Kupferschicht 740 und die Kupferschicht 750 können in einem Ausführungsbeispiel durch stromlose Aufbringung gefolgt von Elektroplattierung durch eine Dicke in der Größenordnung von wenigen Mikrometer aufgebracht werden.
Bezug nehmend auf das Verfahren gemäß 3 können die Kondensatorstruktur 445 (6) und die Kondensatorstruktur 745 (9) an einem Kernsubstrat, wie beispielsweise einem organischen Kernsubstrat, wie vorstehend diskutiert, befestigt werden (Block 390). In einem Beispiel, in dem eine Kupferschicht einen Leiter überlagert, kann eine Aufrauhung der Kupferoberfläche (z. B. durch Ätzen) erforderlich sein, um die Schichtung zu verbessern. Auch in dem Fall, in dem es keine überlagerte Kupferschicht gibt, kann eine Aufrauhung der Leiteroberflächen (z. B. durch Ätzen) erforderlich sein, um die Schichtung zu verbessern.
10 zeigt eine Struktur 1045 einschließlich eines Kernsubstrats 1010 mit der Struktur 445 (Kondensatorstruktur) und der Struktur 745 (Kondensatorstruktur) geschichtet auf gegenüberliegenden Seiten der Kernstruktur 1010. Folgend auf das Schichten der Kondensatorstrukturen auf ein Kernsubstrat, um ein Baugruppensubstrat 1045 zu bilden, kann das Baugruppensubstrat mit Muster versehen werden (Block 360, 3). Herkömmliche Vorgänge zum mit Muster versehen, wie beispielsweise mechanisches Aufbohren, Aufbohren über Durchgangslöcher in dem Epoxidharz mit einem Laser, Lithograhie und Kupferbeschichtungsvorgänge, die bei der Durchkontaktierung verwendet werden, können verwendet werden. Jede Kondensatorstruktur kann auch mit Muster versehen werden, um einzelne Kondensatoren zu bilden. Ein vollständiges Baugruppensubstrat kann weiterhin Auftragschichten aus einem organischen Material (z. B. Epoxidharz oder Glaspartikel-gefülltes Epoxidharz) auf dem Substrat enthalten.
Bezug nehmend auf die in 10 gezeigte Ausrichtung ist das Baugruppensubstrat mit der Struktur 445 versehen, mit einem Keramikmaterial mit einer stabileren Temperaturkennlinie auf einer Plättchenseite des Baugruppensubstrats. 10 zeigt das Baugruppensubstrat 1045 mit einer Plättchenseite 1050. In einem Ausführungsbeispiel wird die Struktur 445 eines Kondensators einschließlich eines X7R Keramikmaterials auf der Plättchenseite 1050 gebildet. Die X7R sollte eine flache Temperaturantwort im Hinblick auf die dielektrische Konstante bei Zimmertemperatur aufweisen Aufgrund seiner Temperaturstabilität sollte der Kondensator ausreichend Ladung bei einer relativ niedrigen Schleifeninduktivität, relativ zur Kondensatorstruktur 745, aufweisen, was es für erste Regeldifferenzanwendungen geeignet macht. Jedoch kann die dielektrische Konstante k der Struktur 445 nicht so hoch, wie gewünscht, sein. Die Kondensatorstruktur 745 wird alternativ in einem Ausführungsbeispiel ausgewählt, um eine höhere Kapazität bei niedrigerer Temperatur aufzuweisen, da der untere Teil des Substrats kälter laufen würde als der obere Teil, der näher dem wärmeerzeugenden Siliziumplättchen ist. In diesem Fall ist die Struktur 745 geeignet für einen zweiten Regeldifferenzvorgang, bei dem eine hohe Induktivität nicht so kritisch ist. Da die Struktur 745 ein Keramikmaterial mit einer relativ hohen dielektrischen Konstante verwendet, ist die Gesamtkapazität des Baugruppensubstrats (Struktur 445 plus Struktur 745) hoch.
In dem vorstehenden Ausführungsbeispiel enthielt das Baugruppensubstrat 1045 eine einzelne Kondensatorstruktur auf gegenüberliegenden Seiten der Baugruppe. In einem anderen Ausführungsbeispiel können mehrere Kondensatorstrukturen auf einer oder mehreren Seiten angeordnet sein, wie beispielsweise ein Anordnen von mehreren Kondensatorstrukturen unter Verwendung eines dielektrischen Materials mit einer stabilen Temperaturkennlinie (z. B. C_{Raumtemperatur} ± 10–15%) auf der Plättchenseite 1050 des Baugruppensubstrats.
11 stellt einen zweiten Vorgang eines Bilden eines Baugruppensubstrats dar, wie beispielsweise des Baugruppensubstrats 120. Dieser Vorgang beschreibt insbesondere die Bildung der Kondensatorstruktur 140 auf einer Plättchenseite des Baugruppensubstrats 120. Die 12 bis 17 zeigen Bildungsvorgänge in Verbindung mit einem Teil des in 11 beschriebenen Vorgangsablaufs, besonders im Ausführungsbeispiel eines Bildens einer Kondensatorstruktur.
Bezugnehmend auf 11 ist in einem Ausführungsbeispiel eines Bildens einer Kondensatorstruktur eines Baugruppensubstrats ein Green Sheet aus einem Keramikmaterial ausgebildet und eine Öffnung ist in einem Bereich entsprechend einem als unter dem Plättchenschatten einer Baugruppe vorhergesagten Bereich hergestellt (Block 1110). In einem Ausführungsbeispiel kann ein keramisches Green Sheet aus einem Material ausgewählt werden, das eine im Allgemeinen niedrigere stationäre Betriebstemperatur und eine hohe dielektrische Konstante besitzt. Gemäß Tabelle 1 ist ein geeignetes Material für das keramische Green Sheet eine als Y5V klassifizierte Keramik, mit einem Temperaturbereich von –25°C bis +80°C und einer dielektrischen Konstante in der Größenordnung von 20.000. Die niedrigere stationäre Betriebstemperatur des Materials macht ein derartiges Material für Kondensatoranwendungen außerhalb des Plättchenschattens geeignet, wo die Temperaturbedingungen gewöhnlich den Temperaturbereich nicht überschreiten. 12 zeigt eine Keramikschicht oder ein Green Sheet 1220 mit einer rechteckigen Form mit einer dann gebildeten rechteckigen Öffnung 1215. Die Öffnung 1215 ist in einem Ausführungsbeispiel ausgewählt, von einer derartigen Größe zu sein, daß ein Aussetzen eines Materials für die Keramikschicht 1220 zu Temperaturen außerhalb ihres maximalen Betriebstemperaturbereichs minimiert wird. In einem Ausführungsbeispiel ist die Öffnung 1215 in einem Teil der Schicht 1220 entsprechend einem projizierten Plättchenschatten einer Baugruppe gebildet. Ein Weg zur Bildung der Öffnung 1215 in der Keramikschicht 1220 ist durch mechanisches Stanzen, Laser- oder lithographisches Ätzen.
Bezug nehmend auf 11 wird folgend auf die Bildung einer Öffnung durch ein Keramik-Green Sheet aus einem Material mit einer ersten Temperaturkennlinie das Green Sheet auf einen ersten Leiter geschichtet (Block 1120). In einem Ausführungsbeispiel ist das Substrat ein Blatt (z. B. eine Folie) aus einem ersten Leitermaterial mit einer repräsentativen Dicke in der Größenordnung von einigen Mikrometern bis mehreren zehn Mikrometern. 13 zeigt eine Struktur 1225, die aus einem ersten Leiter 1210 aus beispielsweise aus einem Nickel-Green Sheet oder einem Nickelblatt aus Folie, möglicherweise mit einer Schicht aus einer Nickelpaste auf einer Oberfläche des ersten Leiters 1210 (einer Oberfläche, wie gesehen) hergestellt ist. In einem Ausführungsbeispiel wird eine Nickelpastenschicht Keramikpulver (z-B. Bariumtitanat) Beimengungen besitzen, um eine Haftschicht zwischen der unterlagerten Nickelfolie und dem bald aufzubringenden überlagerten Y5V Green Sheet auszubilden. In einem Ausführungsbeispiel wird ein erster Leiter 710 aus einem Ni-Green Sheet hergestellt sein, das Keramikpulver (z. B. Bariumtitanat) Beimengungen besitzt, um eine Haftung auf dem bald aufzubringenden überlagerten Y5V Keramik-Grünblatt auszubilden. 13 zeigt die Struktur 1225 mit einer Keramikschicht 1220 eines Y5V Green Sheet, das auf dem ersten Leiter 1210 aufgebracht ist. 13 ist eine Querschnitt-Seitenansicht durch die Struktur 1225, um die Öffnung 1215 in der Keramikschicht 1220 zu veranschaulichen.
Bezug nehmend auf 11 wird folgend auf die Schichtung der Keramikschicht 1220 auf den ersten Leiter 1210 ein zweites Keramikmaterial auf den ersten Leiter in der Öffnung der ersten Keramikschicht geschichtet (Block 1130). Das zweite Keramikmaterial kann aus einem Material mit einem höheren Temperaturbereich (z. B. einer stabilen Temperaturkennlinie (C_{Raumtemperatur} ± 10–15%)), das zur Verwendung mit Temperaturbedingungen, die typischerweise unter einem Plättchenschatten erfahren werden, geeignet ist, ausgewählt werden. Gemäß Tabelle 1 ist ein geeignetes Keramikmaterial ein X7R Dielektrikum mit einem Temperaturbereich von –55°C bis 125°C und einer dielektrischen Konstante in der Größenordnung von ungefähr 3.000. Das Keramikmaterial mit dem hohen Temperaturbereich kann durch mechanisches Stanzen, Laser- oder lithographisches Ätzen mit Muster versehen werden, um in die Öffnung 1215 zu passen (siehe 12 oder 13).
14 zeigt eine Struktur 1235 einschließlich des ersten Leiters 1210 und der Keramikschicht 1220. Die Struktur 1235 enthält auch ein Keramikschichtsegment 1230, das in der Öffnung 1215 (siehe 13) eines Keramikmaterials mit einem relativ hohen Temperaturbereich auf den ersten Leiter 1210 geschichtet ist. In einem Ausführungsbeispiel wird folgend auf die Schichtung ein zweiter Leiter auf die Struktur 1235 auf der dielektrischen Komposite- bzw. Verbundstoff-Schicht aufgebracht (Block 1140). 15 zeigt eine Struktur 1245 einschließlich eines zweiten Leiters (z. B. eines Nickelblatts oder -folie oder Nickel-Green Sheet) 1240, das (möglicherweise mit einer Nickelpaste zwischen dem Leiter und dem Keramikmaterial) auf die dielektrische Schicht 1220 und die dielektrische Schicht 1230 geschichtet ist. In einem Ausführungsbeispiel wird folgend auf die Schichtung die Struktur 1245 thermisch behandelt, um organische Inhaltsstoffe abzubrennen. Repräsentativ würde eine thermische Behandlung einen Temperaturbereich von 300 bis 500°C für eine Dauer von zwischen zwei Stunden und einem Tag enthalten.
Wieder Bezug nehmend auf 11 wird folgend auf die Bildung eines dielektrischen Komposite- bzw. Verbundstoff-Materials zwischen Leitermaterialien die Struktur nachfolgend in einer reduzierenden Atmosphäre wärmebehandelt, um das Dielektrikum und die Nickelpastenschichten gleichzeitig zu verdichten (Block 1150).
16 zeigt eine Struktur 1255, die der optionalen Beschichtung eines ersten Leiters 1210 und eines zweiten Leiters 1240 mit einem unterschiedlichen elektrisch leitfähigen Material folgt. In dem Beispiel, in dem der erste Leiter 1210 und der zweite Leiter 1240 ein Nickelmaterial sind, kann das Nickelmaterial mit einem Kupfermaterial beschichtet werden. 17 zeigt eine Kupferschicht 1250, die dem zweiten Leiter 1240 überlagert ist, und eine Kupferschicht 1260, die dem ersten Leiter 1210 unterlagert ist. Die Kupferschicht 1250 und die Kupferschicht 1260 können beispielsweise unter Verwendung einer Kombination aus stromlosen und Elektroplattierungstechniken oder durch Aufbringung einer Kupferpaste einschließlich Kupferpartikeln und einem Sintern der Paste aufgebracht werden.
Wieder Bezug nehmend auf 11 kann die Kondensatorstruktur (die Struktur 1255 gemäß 16) an einem Kernsubstrat, wie beispielsweise einem organischen Kernsubstrat, wie vorstehend diskutiert, befestigt werden. In dem Beispiel, in dem eine Kupferschicht einen Leiter überlagert, kann eine Aufrauhung der Kupferoberfläche erforderlich sein, um eine Schichtung zu verbessern. Auch in dem Fall, in dem es keine überlagernde Kupferschicht gibt, kann eine Aufrauhung der Leiteroberflächen (z. B. durch Ätzen) erforderlich sein, um eine Schichtung zu verbessern. Die Kondensatorstruktur kann au einer Oberfläche eines Basissubstrats befestigt sein. 17 zeigt die Struktur 1255, die mit einem Kernsubstrat 1710 gekoppelt ist. Die Struktur 1255 ist mit einer Plättchenseite 1750 des Kernsubstrats 1710 gekoppelt. Eine zweite Kondensatorstruktur (Kondensatorstruktur 1755) kann mit einer gegenüberliegenden Seite des Kernsubstrats 1710 verbunden sein. Das Baugruppensubstrat könnte dann gemäß Techniken, wie vorstehend unter Bezugnahme auf Block 395 gemäß 3 beschrieben, mit Muster versehen werden (Block 1170).
Wie in 17 gezeigt, wird die dielektrische Schicht 1230 mit in einem Ausführungsbeispiel einem relativ hohen Temperaturbereich derart angeordnet, daß sie einen Bereich unter einem projizierten Plättchenschatten enthält. Es wird geschätzt, daß die Dimensionen (Länge und Breite) der dielektrischen Schicht 1230 sich unter den projizierten Plättchenschatten erstrecken oder innerhalb eines projizierten Plättchenschattens sind, abhängig beispielsweise von gewünschten Betriebsbedingungen und einer Gesamtkapazität des Baugruppensubstrats. In einem Ausführungsbeispiel, in dem eine zweite Kondensatorstruktur (Struktur 1755) auf eine gegenüberliegende Seite des Kernsubstrats 1710 geschichtet ist, kann die Kondensatorstruktur mit einem dielektrischen Material mit einer im Allgemeinen niedrigeren statischen Betriebstemperatur (aufgrund ihres entfernten Orts relativ zu einem in Betrieb befindlichen Plättchen) und einer hohen Kapazität gebildet sein. Ein geeignetes dielektrisches Material würde ein Y5V Material sein.
Das unter Bezugnahme auf die 11 bis 17 beschriebene Ausführungsbeispiel erkennt an, daß im Betrieb die Temperatur auf einer Baugruppe nicht einheitlich ist Somit werden in einem Ausführungsbeispiel der Herstellung einer Baugruppe Kondensatoren mit einem höheren Temperaturbereich (typischerweise einer niedrigeren Kapazität) nur an den heißesten Punkten benötigt. In einem anderen Ausführungsbeispiel werden Kondensatoren mit unterschiedlichen Bereichen an unterschiedlichen Punkten auf einer Baugruppe verwendet. Auf diese Weise können mehr Kapazitäten auf einer Baugruppe angeordnet werden, da niedrigere Temperaturbereiche typischerweise zu einer höheren mittleren Kapazität führen. Weiterhin neigen Kondensatoren mit höheren Temperaturbereichen dazu, mehr zu kosten als Kondensatoren mit niedrigeren Temperaturbereichen. Somit können die Gesamtkosten einer Energieabgabe mit einer Auswahl von Kondensatoren mit unterschiedlichen Temperaturbereichen gesenkt werden. 18 zeigt ein Ausführungsbeispiel einer Baugruppe mit zwei verschiedenen Kondensatoren, einer mit einem höheren Temperaturbereich als der andere. Temperaturbereiche von dielektrischen Materialien von Kondensatorstrukturen können bestimmt werden, beispielsweise durch die in der vorstehenden Tabelle 1 dargelegten Kennliniencodes. In einem Ausführungsbeispiel verwenden Kondensatoren 1820 einer Baugruppe 1810 ein dielektrisches X7R Material (125°C, ±15 Prozent) für Bereiche der Baugruppe 1810, denen hohe Temperaturen vorhergesagt sind, und Kondensatoren 1830 verwenden ein dielektrisches X5R Material (85°C, ±15 Prozent) für Bereiche, denen niedrigere Temperaturen vorhergesagt sind. Durch Verwendung von X7R-eingestuften Kondensatoren nur in Bereichen, denen hohe Temperaturen vorhergesagt sind (z. B. unter einem Plättchenschatten) und X5R-eingestuften Kondensatoren an kälteren Orten, kann die Gesamtkapazität der Baugruppe 1810 vergrößert werden.
In den vorstehenden Ausführungsbeispielen werden Techniken zur Bildung von Kondensatorstrukturen beschrieben, bei denen ein Keramikmaterial auf eine leitfähige Folie, wie beispielsweise eine Nickel- oder Kupferfolie geschichtet werden kann. Repräsentative Ausführungsbeispiele beschreiben auch die Verwendung einer leitfähigen Folie als eine Elektrode und einer leitfähigen Paste als eine andere Elektrode. Ein Anliegen der Verwendung einer Paste oder eines Green Sheet für eine oder beide Elektroden besteht darin, daß, wenn ein Kondensator in einem Green- bzw. unbearbeiteten Zustand gepreßt wird, die Paste durch das Keramikmaterial extrudiert werden kann und die gegenüberliegende Elektrode kontaktiert, was in einem Kurzschluß resultiert. Ein Problem mit einer Verwendung leitfähiger Blätter oder Folien besteht darin, daß die Haftungsstärke zwischen der Keramik und einem Leiter schwach ist und die Keramik sich von der leitfähigen Folie ablösen kann. Es wurden Versuche gemacht, leitfähige Folien sowohl als die oberen als auch als die unteren Elektroden zu verwenden, jedoch können die organischen Inhaltsstoffe in dem Keramikmaterial während einer Verarbeitung nicht ausgasen, was zu einem Auswölben/Brechen der Kondensatorstrukturen führen kann. 19 beschreibt einen Vorgang zur Bildung einer Kofndensatorstruktur unter Verwendung leitfähiger Blätter bzw. Folien. Die 20 bis 22 zeigen Bildungsvorgänge in Verbindung mit Teilen des in 19 beschriebenen Vorgangsablaufs.
Bezug nehmend auf 19 werden in einem Vorgang zur Bildung einer Kondensatorstruktur erste und zweite Leiter von leitfähigen Blättern oder Folien ausgebildet und Öffnungen durch eine Dicke der leitfähigen Blätter bzw. Folien gebildet (Block 1910). 20 zeigt einen ersten Leiter 2010 und einen zweiten Leiter 2020, die zur Verwendung als Leiter eines Dünnschicht-Kondensators geeignet sind. Der erste Leiter 2010 und der zweite Leiter 2020 sind repräsentativ ein Nickel- oder Kupferblatt (z. B. Folie) mit einer Dicke in der Größenordnung von einigen Mikrometer bis zu einigen zehn Mikrometer abhängig von den bestimmten Entwurfsparametern. Wie veranschaulicht, besitzen jeder des ersten Leiters 2010 und des zweiten Leiters 2020 eine Anzahl von durch eine Dicke des Blatts gebildeten Löchern. 20 zeigt den ersten Leiter 2010 mit sich vollständig durch eine Dicke des Blatts erstreckenden Öffnungen 2015 und den zweiten Leiter 2020 mit sich vollständig durch eine Dicke des Blatts erstreckenden Öffnungen 2025. Öffnungen können unter Verwendung von Laserbohr- oder Ätztechniken gebildet werden. In einem Ausführungsbeispiel wird die Anzahl von Öffnungen maximiert, um den Streß pro Verbindung (Verbindung zwischen Öffnungen) in den jeweiligen Blättern zu verringern. Repräsentative Öffnungen in der Größenordnung von 10 bis 50 Mikrometern sind geeignet.
Bezug nehmend auf 19 enthält folgend auf die Bildung von Öffnungen in den ersten und zweiten Leitern das Verfahren ein Einbringen eines Materials in die Öffnung, die einen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) zwischen einem CTE für ein Material des Leiters und einem CTE eines Keramikmaterials besitzt, das in diesem Ausführungsbeispiel als ein Dielektrikum des Kondensators dienen wird (Block 1920). In einem Ausführungsbeispiel ist ein geeignetes CTE-passendes Material für eine Aufbringung in die Öffnungen in dem Leiter eine Metall/Keramikpaste mit Metallpartikeln ähnlich einem Material für den Leiter und Keramikpartikeln ähnlich einem Material für das Keramikmaterial, das für das Dielektrikum verwendet werden wird. In einem Ausführungsbeispiel ist eine Paste aufgebracht, um die Öffnungen teilweise zu füllen, d. h. sich teilweise durch eine Dicke des ersten bzw. zweiten Leiters zu erstrecken. in einem Ausführungsbeispiel ist das in den Öffnungen in den Leitern gebildete Material selbst leitfähig, um die Gesamtkapazität der Struktur (C = kA/t, wobei A gleich der Fläche des Leiters ist) nicht zu verringern.
Im Allgemeinen wird ein Keramik-Green Sheet Organisches verlieren und während eines Hochtemperatur-Sintervorgangs mit einem sich ergebenden Schrumpfen von ungefähr zwanzig Prozent verdichten. Jedoch, auch, obwohl das Keramikmaterial einen niedrigeren CTE als Metall (z. B. 7 ppm/C gegenüber 17 ppm/C für Nickel) besitzt, kann es möglich sein, die Keramik- und Metallspannungen anzupassen. Wenn ein Schrumpfen des Keramik-Green Sheet auf 9 Prozent angepaßt ist, kann eine Keramikschicht unter einem Kompressionsdruck sein. Ein Kompressionsdruck wird Haftung/Beibehaltung zwischen einer Keramik und einer anderen Schicht ausbilden. In einem Ausführungsbeispiel kann ein Material 2030 seine CTE abgestimmt haben, um unter einem größeren Kompressionsdruck zu sein. Auf diese Weise kann das Material 2030 agieren, um ein Keramik-Green Sheet anstelle eines Kondensators zu halten.
21 zeigt den ersten Leiter 2010 und den zweiten Leiter 2020 mit einer Metall/Keramikpaste 2030, die die Öffnungen 2015 bzw. 2025 teilweise füllt. Eine Technik zur Aufbringung einer Metall/Keramikpaste ist durch einen Spachtelvorgang über die Oberfläche jedes Leiters.
Wieder Bezug nehmend auf 19 kann folgend auf die Einbringung eines CTE-passenden Materials und die Bildung von Öffnungen in den ersten und zweiten Leitern ein dielektrisches Material, wie beispielsweise ein Keramikmaterial zwischen die Leiter geschichtet werden (Block 1930). 22 zeigt ein Keramikmaterial 2040, das zwischen dem ersten Leiter 2010 und dem zweiten Leiter 2020 angeordnet ist. Das Keramikmaterial 2040 ist beispielsweise Bariumtitanat oder Barium, Strontiumtitanat mit einer Dicke in der Größenordnung von einem Mikrometer oder weniger. Das Keramikmaterial 2040 kann zwischen den Leitern als ein Green Sheet aufgebracht sein.
Wieder Bezug nehmend auf 19 wird folgend auf die Schichtung eines Keramikmaterials zwischen die ersten und zweiten Leiter die Komposite- bzw. Verbundstoff-Struktur thermisch behandelt, um Organisches abzubrennen. Repräsentativ würde eine thermische Behandlung einen Temperaturbereich von 300 bis 500°C für eine Dauer von zwischen zwei Stunden und einem Tag enthalten. Die Komposite- bzw. Verbundstoff-Struktur kann nachfolgend in einer reduzierenden Atmosphäre wärmebehandelt werden, um das Keramikmaterial zu verdichten (Block 1940).
22 zeigt die Keramikschicht 2040 zwischen dem ersten Leiter 2010 und dem zweiten Leiter 2020.
Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf ein Bilden von Kondensatorstrukturen innerhalb von Baugruppensubstraten. Ähnliche Techniken können bei der Bildung von Kondensatoren in anderen Umgebungen, wie beispielsweise in gedruckten Verdrahtungskarten (z. B. gedruckten Schaltungskarten) verwendet werden.
In der vorstehenden genauen Beschreibung wird auf bestimmte Ausführungsbeispiele davon Bezug genommen. Es wird jedoch offensichtlich, daß verschiedene Modifikationen und Veränderungen daran ohne Abweichung von der weiteren Idee und dem Schutzumfang der folgenden Ansprüche erfolgen können. Die Beschreibung und die Zeichnung sind demzufolge eher in einem veranschaulichenden als in einem beschränkenden Sinn zu betrachten.

Claims

Vorrichtung mit: – einer ersten Kondensatorstruktur mit einem ersten zwischen zwei Elektroden aufgebrachten Keramikmaterial; und – einer zweiten Kondensatorstruktur mit einem zweiten zwischen zwei Elektroden aufgebrachten Keramikmaterial; wobei das erste Keramikmaterial und das zweite Keramikmaterial verschiedene Betriebstemperaturbereiche besitzen.
Vorrichtung nach Anspruch 1, weiterhin mit einem Kernsubstrat, wobei die erste Kondensatorstruktur mit einer Oberfläche des Kernsubstrats gekoppelt ist und die zweite Kondensatorstruktur mit einer gegenüberliegenden Seite des Kernsubstrats gekoppelt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei ein Betriebstemperaturbereich des ersten Keramikmaterials größer als ein Betriebstemperaturbereich des zweiten Keramikmaterials ist und die erste Kondensatorstruktur mit einer Plättchenseite des Kernsubstrats gekoppelt ist
Vorrichtung nach Anspruch 3, weiterhin mit einem Kernsubstrat, wobei die erste Kondensatorstruktur und die zweite Kondensatorstruktur mit einer ähnlichen Oberfläche des Kernsubstrats gekoppelt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die erste Kondensatorstruktur auf dem Kernsubstrat für einen ersten Sinkkondensator angeordnet ist und die zweite Kondensatorstruktur für einen zweiten Sinkkondensator angeordnet ist
Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei ein Betriebstemperaturbereich des ersten Keramikmaterials größer als ein Betriebstemperaturbereich des zweiten Keramikmaterials ist und die erste Kondensatorstruktur innerhalb einer durch die zweite Kondensatorstruktur definierten Fläche angeordnet ist.
System mit: – einer Recheneinrichtung mit einem Mikroprozessor, wobei der Mikroprozessor mit einer gedruckten Schaltungskarte durch ein Substrat gekoppelt ist, wobei das Substrat eine erste Kondensatorstruktur mit einem ersten zwischen zwei Elektroden angeordneten Keramikmaterial und eine zweite Kondensatorstruktur mit einem zweiten zwischen zwei Elektroden angeordneten Keramikmaterial enthält, wobei das erste Keramikmaterial und das zweite Keramikmaterial unterschiedliche Betriebstemperaturbereiche besitzen.
System nach Anspruch 7, wobei die erste Kondensatorstruktur mit einer Oberfläche des Substrats gekoppelt ist und die zweite Kondensatorstruktur mit einer gegenüberliegenden Oberfläche des Substrats gekoppelt ist.
System nach Anspruch 7, wobei die erste Kondensatorstruktur auf dem Kernsubstrat für einen ersten Sinkkondensator angeordnet ist und die zweite Kondensatorstruktur für den zweiten Sinkkondensator angeordnet ist.
System nach Anspruch 7, wobei ein Betriebstemperaturbereich des ersten Keramikmaterials größer als ein Betriebstemperaturbereich des zweiten Keramikmaterials ist und die erste Kondensatorstruktur innerhalb einer durch die zweite Kondensatorstruktur definierten Fläche angeordnet ist.
Vorrichtung mit: – einer ersten Elektrode, einer zweiten Elektrode und einem zwischen der ersten Elektrode und zweiten Elektrode angeordneten dielektrischen Material; wobei zumindest eine der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Mehrzahl von in einer Oberfläche davon gebildeten Löchern aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Mehrzahl von Löchern sich durch eine Dicke der zumindest einen der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode erstreckt.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei jedes der Mehrzahl von Löchern ein Volumen definiert und ein Teil des Volumens ein leitfähiges Material enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 12, wobei jedes der Mehrzahl von Löchern ein Volumen definiert und ein Teil des Volumens ein Material mit einem thermischen Ausdehnungskoeffizienten zwischen einem Material für eine Elektrode und einem Material für das dielektrische Material einer der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode enthält.
Vorrichtung nach Anspruch 11, wobei jede der ersten Elektrode und der zweiten Elektrode eine Mehrzahl von Löchern durch eine Dicke davon aufweist.