DE102015112980B4

DE102015112980B4 - In gehäusesubstrate eingebettete dünnfilmkondensatoren und verfahren zur integration eingebetteter dünnfilmkondensatoren in gehäusesubstrate

Info

Publication number: DE102015112980B4
Application number: DE102015112980.9A
Authority: DE
Inventors: Robert L. Sankman; Daniel N. Sobieski; Sri Ranga Sai BOYAPATI
Original assignee: Intel Corp
Current assignee: Intel Corp
Priority date: 2014-09-18
Filing date: 2015-08-06
Publication date: 2020-08-13
Anticipated expiration: 2035-08-07
Also published as: JP6073997B2; DE102015112980A1; JP2017130653A; TWI578455B; US9941054B2; US20160329153A1; US20160088736A1; JP6367385B2; JP2016063217A; KR20160033591A; KR101733608B1; BR102015019840A2; US9420693B2; TW201613040A

Abstract

Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100), das Folgendes aufweist:eine erste Klebeschicht (106), die auf einer ersten Isolierschicht (114) angeordnet ist,eine untere Platte (102) und eine erste Leiterbahn (110, 111), die auf der ersten Klebeschicht angeordnet sind;eine zweite Isolierschicht (114), die auf der ersten Leiterbahn und der unteren Platte angeordnet ist, wobei die zweite Isolierschicht eine erste Öffnung (204), die einen ersten Bereich der unteren Platte exponiert, eine zweite Öffnung, die einen zweiten Bereich der unteren Platte exponiert, und eine dritte Öffnung, die die erste Leiterbahn (110, 111) exponiert, aufweist;eine zweite Klebeschicht, die auf der zweiten Isolierschicht und in der ersten Öffnung angeordnet ist, wobei ein Abschnitt der zweiten Klebeschicht auf der unteren Platte in der ersten Öffnung (204) angeordnet ist,eine obere Platte (104), die auf der zweiten Klebeschicht (106) über dem ersten Bereich der unteren Platte angeordnet ist,einen ersten und einen zweiten Durchkontakt (112, 113), die sich durch die zweite Klebeschicht und einen Abschnitt der zweiten Isolierschicht (114) erstrecken, wobei der erste Durchkontakt innerhalb der zweiten Öffnung angeordnet ist und der zweite Durchkontakt in der dritten Öffnung angeordnet ist, undeine zweite und eine dritte Leiterbahn (110, 111), die auf der zweiten Klebeschicht angeordnet sind, wobei die zweite Leiterbahn an den ersten Durchkontakt (112, 113) gekoppelt ist und die dritte Leiterbahn an den zweiten Durchkontakt (112, 113) gekoppelt ist,dadurch gekennzeichnet, dassdie erste und die zweite Isolierschicht (114) aus einem organischen Stapelfilm gebildet sind.

Description

GEBIET DER TECHNIK
Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung betreffen allgemein eingebettete Bauelemente. Insbesondere betreffen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung eingebettete Dünnfilmkondensatoren und Verfahren zu ihrer Fertigung.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
Kondensatoren sind ein wesentlicher Bestandteil von modernen elektronischen Systemen wie drahtlosen Hochfrequenzsystemen und Computersystemen. Sie werden für viele Zwecke genutzt, etwa zur Energiespeicherung, zur Signalkopplung/-entkopplung und zur elektronischen Filterung. In der Regel sind Kondensatoren aus zwei leitenden Platten gebildet, die von einer dünnen dielektrischen Schicht getrennt werden. Die dielektrische Schicht isoliert die Platten elektrisch voneinander, sodass kein Strom über sie fließen kann. Wenn eine Spannung angelegt wird, baut sich auf den Platten eine Ladung auf und erzeugt ein elektrisches Feld. Das elektrische Feld verhindert eine Ableitung der Ladung, sodass die Ladung folglich im Kondensator gespeichert wird. Auch wenn ihre Bauform einfach ist, erweist sich ihre Integration in elektronische Systeme als schwierig. Kondensatoren sind sperrig und belegen wertvollen Platz im Gehäuse. Des Weiteren ist ihre dichte Nähe zu einer integrierten Schaltung ausschlaggebend, wenn es darum geht, die gewünschte Systemleistung zu erzielen.
Derzeitige Verfahren, die bei diesen Schwierigkeiten ansetzen, sind mit erheblichen Mängeln behaftet. Beispielsweise werden bei derzeitigen Verfahren Kondensatoren auf die Ober- und/oder die Unterseite eines Gehäusesubstrats in der Nähe der integrierten Schaltung aufmontiert. Indem Kondensatoren außerhalb des Gehäusesubstrats montiert werden, erhöht sich im Wesentlichen die Gehäusebaugruppengröße, was den verfügbaren Platz in kompakten elektronischen Geräten stark einschränkt. Bei derzeitigen Verfahren werden Kondensatoren auch innerhalb eines Gehäusesubstrats eingebettet. Das Einbetten der Kondensatoren erfordert die Durchführung einiger zusätzlicher Schritte. Beispielsweise sind in der Regel ein zusätzlicher Oberflächenaufrauungsschritt und ein zusätzlicher Laminierungsschritt erforderlich. Durch die zusätzlichen Schritte werden der Durchsatz verringert und die Kosten erhöht. Das Einbetten der Kondensatoren erfordert auch den Erwerb einer proprietären dielektrischen Schicht (z. B. 3M™ Embedded Capacitance Material (ECM)), wodurch die Kosten weiter erhöht werden. Darüber hinaus wird aufgrund der Dicke der proprietären dielektrischen Schicht der eingebettete Kondensator größer. Durch die Erhöhung der Kondensatorgröße wird die maximal erzielbare Kapazitätsdichte gesenkt. Aus US 2012/0275080 A1 ist eine Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 bekannt.
Figurenliste

Die 1A-1B veranschaulichen eine Querschnittsansicht und eine Draufsicht eines eingebetteten Dünnfilmkondensators gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
1C veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines eingebetteten Dünnfilmkondensators in einem Gehäusesubstrat gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
Die 2A-2S veranschaulichen Querschnittsansichten eines Verfahrens zum Bilden eines eingebetteten Dünnfilmkondensators innerhalb eines Gehäusesubstrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
3 veranschaulicht ein Gehäusesystem, das ein Gehäusesubstrat mit einem eingebetteten Kondensator beinhaltet, gemäß einer Ausführungsform der Erfindung.
4 veranschaulicht ein Computersystem, das mit einer Implementierung der Erfindung implementiert ist.

AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG
Ausführungsformen der Erfindung betreffen eingebettete Dünnfilmkondensatoren und Verfahren zu ihrer Fertigung. In einer Ausführungsform der Erfindung ist ein eingebetteter Dünnfilmkondensator aus zwei leitenden Platten gebildet, die von einer dünnen Schicht aus einem Isoliermaterial getrennt werden. Der eingebettete Dünnfilmkondensator ist zum Beispiel möglicherweise aus zwei Kupferplatten gebildet, die von einer dünnen Schicht aus Siliciumnitrid getrennt werden. In einer Ausführungsform ist der eingebettete Dünnfilmkondensator in ein Gehäusesubstrat integriert, sodass der Kondensator ganz innerhalb des Gehäusesubstrats eingeschlossen ist. Folglich können um den eingebetteten Dünnfilmkondensator herum verschiedene Leiterbahnen und Durchkontakte innerhalb des Gehäusesubstrats angeordnet sein. In einer Ausführungsform ist der eingebettete Dünnfilmkondensator aus den gleichen Materialien gebildet wie die Leiterbahnen und Durchkontakte des Gehäusesubstrats.
Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung beinhaltet ein Verfahren zum Fertigen des eingebetteten Kondensators Bilden einer Isolierschicht auf einer unteren Platte. Die Isolierschicht wird zum Beispiel möglicherweise durch Vakuumlaminierung auf die untere Platte auflaminiert. Das Verfahren kann ferner Bilden einer ersten Öffnung in der Isolierschicht beinhalten, um einen ersten Abschnitt der unteren Platte zu exponieren. In Ausführungsformen wird die erste Öffnung durch Laserablation gebildet, der sich ein Desmearing-Prozess anschließt, um eventuell zurückbleibende organische Rückstände zu entfernen. Dann kann eine dünne Schicht aus einem dielektrischen Material aufgetragen werden. Beispielsweise kann die dünne Schicht aus einem dielektrischen Material durch plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) konform aufgetragen werden. Sobald das dielektrische Material aufgetragen wurde, kann dann eine zweite Öffnung gebildet werden, um einen zweiten Abschnitt der unteren Platte zu exponieren. In einer Ausführungsform wird die zweite Öffnung durch die dielektrische Schicht und die Isolierschicht gebildet, um statt der ersten Öffnung einen anderen Abschnitt der unteren Platte zu exponieren. Danach können eine obere Platte und ein Durchkontakt innerhalb der ersten bzw. der zweiten Öffnung gebildet werden. Zum Beispiel können die obere Platte und der Durchkontakt durch einen einzigen Prozess einer elektrolytischen Plattierung gleichzeitig aufgetragen werden.
Hierin offenbarte Ausführungsformen der Erfindung stellen ein Verfahren bereit, das keine zusätzlichen Oberflächenaufrauungs- oder Laminierungsschritte erfordert. Ein Oberflächenaufrauungsschritt fördert die Verbindung von zwei Strukturen durch eine Vergrößerung des Oberflächeninhalts der Verbindungsoberflächen. In Ausführungsformen wird statt der Durchführung eines Oberflächenaufrauungsschritts eine Klebeschicht genutzt, um die Verbindung zwischen zwei Strukturen zu fördern. Infolgedessen ist der Oberflächenaufrauungsschritt nicht erforderlich. Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Klebeschicht genutzt werden, um noch andere Vorteile zu realisieren. Beispielsweise kann die Klebeschicht auch als eine dielektrische Schicht für einen eingebetteten Kondensator genutzt werden. Deshalb ist keine proprietäre dielektrische Schicht erforderlich, um die eingebetteten Kondensatoren gemäß Ausführungsformen der Erfindung zu fertigen. In einer Ausführungsform ist der Prozess zum Fertigen des eingebetteten Kondensators nahtlos in den Prozess zum Bilden eines Gehäusesubstrats integriert. Zum Beispiel können der eingebettete Kondensator, die Durchkontakte und die Leiterbahnen eines Gehäusesubstrats gleichzeitig durch dieselben Prozessschritte gebildet werden. Deshalb bringen Ausführungsformen der Erfindung einen erhöhten Durchsatz und eine höhere Kapazitätsdichte mit sich und sind weniger teuer als herkömmliche Verfahren.
Nunmehr werden mit Bezug auf die 1A-1C ein eingebetteter Dünnfilmkondensator und ein Gehäusesubstrat mit einem eingebetteten Dünnfilmkondensator darin gemäß Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. 1A veranschaulicht eine Querschnittsansicht eines eingebetteten Dünnfilmkondensators 100. In Ausführungsformen ist der eingebettete Dünnfilmkondensator 100 ein Parallelplattenkondensator, der eine obere Platte 104 und eine untere Platte 102 beinhaltet, die von einem Abschnitt einer Klebeschicht 106 getrennt werden. Der eingebettete Dünnfilmkondensator 100 beinhaltet auch eine Kondensatorleiterbahn 111, die über einen Kondensatordurchkontakt 113 an die untere Platte 102 gekoppelt ist, sodass an die untere Platte 102 eine Spannung angelegt werden kann. In einer Ausführungsform sind die Platten 104 und 102, die Kondensatorleiterbahnen 111 und die Kondensatordurchkontakte 113 aus irgendeinem geeigneten leitenden Material wie einem Metall gebildet. In einer bestimmten Ausführungsform sind die Platten 104 und 102, die Kondensatorleiterbahnen 111 und die Kondensatordurchkontakte 113 aus Kupfer gebildet.
Die Klebeschicht 106 ist über der Isolierschicht 114 und zwischen den Platten 104 und 102 angeordnet. Die Klebeschicht 106 bringt sowohl die Kondensatorleiterbahn 111 als auch die obere Platte 104 an der Isolierschicht 114 an. Gemäß Ausführungsformen fungiert die Klebeschicht 106 auch als eine dielektrische Schicht für den eingebetteten Dünnfilmkondensator 100. Speziell fungiert der Abschnitt der Klebeschicht 106, der direkt zwischen der oberen Platte 104 und der unteren Platte 102 angeordnet ist, als eine dielektrische Schicht für den eingebetteten Dünnfilmkondensator 100. Die Klebeschicht 106 isoliert die obere Platte 104 elektrisch von der unteren Platte 102. Infolge dieser elektrischen Isolierung kann eine Ladung in der oberen Platte 104 und der unteren Platte 102 akkumuliert werden, wenn eine Spannung angelegt wird. Folglich kann die Klebeschicht eine Dielektrizitätskonstante aufweisen, die ausreicht, um die obere Platte 104 elektrisch von der unteren Platte 102 zu isolieren. In einer Ausführungsform liegt die Dielektrizitätskonstante der Klebeschicht 106 zwischen 4 und 9. Die Klebeschicht 106 kann auch so dick sein, dass sie eine feste Verbindung zwischen der Isolierschicht 114 und sowohl der Kondensatorleiterbahn 111 als auch der oberen Platte 104 bildet, die gegenüber späteren Bearbeitungsbedingungen widerstandsfähig ist. Die Klebeschicht 106 hat zum Beispiel möglicherweise eine Dicke von zwischen 30 und 200 nm oder spezieller 40-100 nm. In einer bestimmten Ausführungsform beträgt die Dicke etwa 50 nm. Die Klebeschicht 106 kann aus irgendeinem geeigneten Isolier- und Klebematerial gebildet sein, etwa unter anderem Siliciumdioxid, Siliciumnitrid und Siliciumoxinitrid.
Wie der Fachmann ohne Weiteres erkennt, wird die Kapazität pro Flächeneinheit eines gewöhnlichen Parallelplattenkondensators berechnet durch Multiplizieren der Dielektrizitätskonstante mit der Permittivität im leeren Raum, dividiert durch die Dielektrikumsdicke. Die Kapazität wird daher ermittelt durch Multiplizieren der Kapazität pro Flächeneinheit mit einem Oberflächeninhalt des Kondensators. Der Oberflächeninhalt eines Kondensators wird ermittelt durch den Betrag der überlappenden Fläche zwischen Bereichen der zwei Platten direkt neben der dielektrischen Schicht. Deshalb kann die Kapazität angepasst werden, indem entweder der Oberflächeninhalt des Kondensators geändert und/oder die Dielektrikumsdicke geändert wird. Gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird der Oberflächeninhalt des eingebetteten Dünnfilmkondensators 100 durch den Oberflächeninhalt der unteren Oberfläche 105 der oberen Platte 104 ermittelt. Die untere Oberfläche 105 kann eine Breite W und eine Länge L aufweisen, wie in 1B gezeigt, die eine Draufsicht auf den in 1A abgebildeten eingebetteten Dünnfilmkondensator 100 veranschaulicht.
Die Abmessungen des Kondensators 100 können angepasst werden, um eine Zielkapazität zu erreichen und/oder räumliche Vorgaben zu erfüllen. Beispielsweise ist der Kondensator 100 möglicherweise ein Quadrat mit gleichen Breiten W und Längen L, ein Rechteck mit unterschiedlichen Breiten W und Längen L, eine L-förmige Struktur oder irgendeine andere geeignete Form oder Gestalt, die Konstruktionseinschränkungen genügen muss, während zudem die Zielkapazität erreicht werden soll. In einer Ausführungsform weist die untere Oberfläche 105 einen Oberflächeninhalt von weniger als 10 mm² auf. Neben der Anpassung der Abmessungen des Kondensators 100 lässt sich auch die Dielektrikumsdicke anpassen. Die Kapazität ist umgekehrt proportional zur Dielektrikumsdicke. Deshalb verringert sich die Kapazität bei einer höheren Dielektrikumsdicke, und die Kapazität erhöht sich bei einer geringeren Dielektrikumsdicke. Das Anpassen der Dielektrikumsdicke kann die Klebefestigkeit der Klebeschicht 106 beeinflussen. Folglich lässt sich die Dielektrikumsdicke im Rahmen der zulässigen Dicken der Klebeschicht 106 modifizieren. In einer Ausführungsform reicht die Dielektrikumsdicke von 30 bis 200 nm oder spezieller 40 bis 100 nm. In einer bestimmten Ausführungsform beträgt die Dicke etwa 50 nm.
Aufgrund der besonders geringen Größe des eingebetteten Dünnfilmkondensators 100 kann sein Nutzen auf jeweilige Anwendungen mit geringer Kapazität eingeschränkt sein. Beispielsweise ist ein eingebetteter Dünnfilmkondensator 100 möglicherweise besonders nützlich als Bestandteil eines Hochfrequenz(HF)-Abstimmkreises oder als Bestandteil eines Symmetrierglieds (BALUN) zwischen einem HF-Verstärker und einer Antenne. Das BALUN, etwa ein L-C(Spule-Kondensator)-BALUN, das aus zwei Kondensatoren und zwei Spulen besteht, begünstigt die Umwandlung zwischen einem symmetrischen Signal und einem asymmetrischen Signal in HF-Geräten.
Die Isolierschicht 114 kann ein Bestandteil einer Stapelstruktur 120 für ein Gehäusesubstrat sein, etwa ein kernloses Gehäusesubstrat 101, das in 1C veranschaulicht ist. Die Isolierschicht 114 kann eine Dicke aufweisen, die ausreicht, um elektrische Störungen zwischen Strukturen über und unter der Isolierschicht 114 im Wesentlichen zu verhindern. Beispielsweise weist die Isolierschicht 114 möglicherweise eine von 35 bis 55 µm reichende Dicke auf. In einer erfindungsgemäßen Ausführungsform ist die Isolierschicht 114 aus einem organischen Stapelfilm gebildet. Zum Beispiel ist die Isolierschicht 114 möglicherweise aus einem organischen Stapelfilm gebildet, der Kohlenstoff, Wasserstoff und/oder Sauerstoff enthält. In einer Ausführungsform ist die Isolierschicht 114 aus einem Epoxidharz gebildet. Der organische Stapelfilm kann mit einem anorganischen Füllstoff wie einem Siliciumoxidfüllstoff imprägniert sein, um geeignete mechanische Eigenschaften bereitzustellen, die Zuverlässigkeitsanforderungen des Gehäusesubstrats oder der Systemplatine erfüllen. Folglich kann die Isolierschicht 114 aus einem Epoxidharz mit einem Siliciumoxidfüllstoff gebildet sein. Die Isolierschicht 114 kann auch aus einer lichtempfindlichen Isolierschicht gebildet sein, sodass die Isolierschicht 114 durch optische Belichtung strukturiert werden kann. Unter solchen Gegebenheiten beinhaltet die Isolierschicht 114 ein Photopack-Additiv. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Isolierschicht 114 aus einem Ajinomoto Build-up Film (ABF) gebildet.
Neben den in 1C veranschaulichten Isolierschichten 114 kann das Gehäusesubstrat 101 auch noch andere Strukturen nebst dem eingebetteten Kondensator 100 beinhalten, etwa gestapelte Leiterbahnen 110 und gestapelte Durchkontakte 112 innerhalb der Stapelstruktur 120 sowie obere Kontaktierungsinseln 119 und untere Kontaktierungsinseln 118. Die gestapelten Leiterbahnen 110 und die gestapelten Durchkontakte 112 bilden zusammen verschiedene elektrische Bahnen durch die Stapelstruktur 120, um die Kontaktierungsinseln 118 und 119 miteinander und mit elektrischen Bauelementen (z. B. eingebetteten Verbindungsbrücken) innerhalb des Gehäusesubstrats 101, falls vorhanden, zu verbinden. In Ausführungsformen weisen die Kondensatorleiterbahn 111 und die gestapelten Leiterbahnen 110 die gleiche Struktur auf und sind aus den gleichen Materialien gebildet. In Ausführungsformen liegt die obere Oberfläche der oberen Platte 104 im Wesentlichen in derselben Ebene wie die obere Oberfläche der gestapelten Leiterbahnen 110, die sich direkt seitlich von der oberen Platte 104 befinden. Darüber hinaus liegt in Ausführungsformen die obere Oberfläche der unteren Platte 102 im Wesentlichen in derselben Ebene wie die obere Oberfläche der gestapelten Leiterbahnen 110, die sich direkt seitlich von der unteren Platte 102 befinden.
Wenngleich das Gehäusesubstrat 101 in 1C als kernloses Gehäusesubstrat veranschaulicht ist, werden die Ausführungsformen dadurch nicht eingeschränkt. Beispielsweise beinhalten Ausführungsformen der Erfindung Gehäusesubstrate mit Kern, Systemplatinen (z. B. Motherboards) und Substrate, die ein eingebettetes Bauelement enthalten, etwa eine eingebettete Verbindungsbrücke für breitbandige Anwendungen, sind jedoch nicht hierauf eingeschränkt.
Die folgende Beschreibung hierin, die bezüglich der 2A-2S dargelegt wird, offenbart ein Verfahren zum Bilden eines kernlosen Gehäusesubstrats mit einem eingebetteten Dünnfilmkondensator gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Vor allem die 2B-2H veranschaulichen ein Verfahren zum Durchführen eines Semi-Additiv-Prozesses (SAP), der zum Bilden einer Schicht der Stapelstruktur genutzt wird, und die 2J-2Q veranschaulichen ein Verfahren zum Fertigen eines eingebetteten Dünnfilmkondensators innerhalb des kernlosen Gehäusesubstrats gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Obgleich die 2A-2S das Verfahren zum Bilden eines kernlosen Gehäusesubstrats veranschaulichen, würde der Fachmann erkennen, dass das Verfahren für beliebige Mehrschichtgehäusesubstrate implementiert werden kann, etwa für Gehäusesubstrate mit Kern, Gehäusesubstrate, die eingebettete Verbindungsbrücken enthalten, und Systemplatinen.
Wie in 2A gezeigt, wird eine Reihe unterer Kontaktierungsinseln 118 auf einem Substrat 202 strukturiert. Das Substrat 202 kann irgendein geeignetes starres Substrat sein, das eine starre Basis bereitstellt, auf der sich Strukturen bilden können. In einer Ausführungsform ist das Substrat 202 ein temporäres Substrat, das aus einem Versteifungskern gebildet ist, der nach der Fertigung des kernlosen Gehäusesubstrats entfernt wird. Alternativ ist das Substrat 202 ein Versteifungskern, der als Bestandteil eines Gehäusesubstrats mit Kern zurückbleibt. Das Substrat 202 kann irgendein wohlbekannter Versteifungskern sein, der aus anderen Materialien gebildet ist als die Stapelstruktur 120. In einer Ausführungsform ist das Substrat 202 ein Nutzen, der mehrere Gehäusesubstrate enthält. Zum Beispiel ist das Substrat 202 möglicherweise ein Nutzen, der eine Matrix aus N x N Gehäusesubstraten enthält.
Die unteren Kontaktierungsinseln 118 können auf dem Substrat 202 strukturiert werden, indem zunächst eine strukturierte Trockenfilmresist(DFR)-Schicht über dem Substrat 202 in Flächen gebildet wird, in denen keine unteren Kontaktierungsinseln 118 gebildet werden sollen. Danach kann ein leitendes Material ganzflächig aufgetragen und die DFR-Schicht anschließend entfernt werden, nebst Abschnitten des leitenden Materials, das über der strukturierten DFR-Schicht angeordnet wurde. In Ausführungsformen bildet das zurückbleibende leitende Material über dem Substrat 202 die unteren Kontaktierungsinseln 118. Die unteren Kontaktierungsinseln 118 können aus irgendeinem geeigneten leitenden Material gebildet sein. Die unteren Kontaktierungsinseln 118 sind zum Beispiel möglicherweise aus einem Metall wie Wolfram, Aluminium und Kupfer gebildet. In einer bestimmten Ausführungsform sind die unteren Kontaktierungsinseln 118 aus Kupfer gebildet.
Als Nächstes, in 2B, wird eine Isolierschicht 114 über dem Substrat 202 und den unteren Kontaktierungsinseln 118 gebildet, wodurch mit einem SAP zur Bildung der in 1C gezeigten Stapelstruktur 120 begonnen wird. Die Isolierschicht 114 kann durch irgendeine geeignete Laminiertechnik gebildet werden, etwa durch Vakuumlaminierung. In einer Ausführungsform wird die Isolierschicht 114 so gebildet, dass sie eine Dicke aufweist, die ausreicht, um elektrische Störungen zwischen Strukturen über und unter der Isolierschicht 114 zu verhindern. Beispielsweise weist die Isolierschicht 114 möglicherweise eine Dicke zwischen 15 bis 55 µm auf. In Ausführungsformen ist die Isolierschicht 114 aus irgendeinem geeigneten Isoliermaterial wie einem Epoxidharz mit einem Siliciumoxidfüllstoff gebildet, das geeignete mechanische Eigenschaften bereitstellt, um Zuverlässigkeitsanforderungen des Gehäusesubstrats oder der Systemplatine zu erfüllen. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Isolierschicht 114 aus einem ABF gebildet.
Danach, in 2C, wird über der Isolierschicht 114 eine Klebeschicht 106 gebildet. Es kann irgendein geeigneter Prozess für eine hochkonforme Auftragung verwendet werden, um die Klebeschicht 106 zu bilden. Es können beispielsweise Prozesse wie unter anderem die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), die plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD), die Molekularstrahlepitaxie (MBE) und die Atomlagenabscheidung (ALD) genutzt werden, um die Klebeschicht 106 zu bilden. In einer bestimmten Ausführungsform wird die Klebeschicht 106 durch PECVD gebildet. Für den SAP wird die Klebeschicht 106 unmittelbar nach dem Auflaminieren der Isolierschicht 114 gebildet. In einer Ausführungsform wird kein Zwischenschritt zwischen dem Auflaminieren der Isolierschicht 114 und dem Bilden der Klebeschicht 106 durchgeführt. Dies ist hingegen nicht der Fall beim Verfahren zum Bilden des eingebetteten Kondensators 100, wie bezüglich der 2J-2Q hierin erörtert.
Die Klebeschicht 106 fungiert als Klebstoff, der Strukturen durch eine chemische Bindung an der Isolierschicht 114 anbringt. In einer Ausführungsform weist die Klebeschicht 106 eine Dicke auf, die ausreicht, um Strukturen mit einer Klebefestigkeit, die so stark ist, dass sie gegenüber späteren Bearbeitungsbedingungen widerstandsfähig ist, auf die Isolierschicht 114 zu kleben. In Ausführungsformen beträgt die Dicke der Klebeschicht 106 zwischen 30 und 200 nm oder spezieller 40 und 100 nm. In einer bestimmten Ausführungsform beträgt die Dicke etwa 50 nm. Es können beliebige geeignete Klebe- und Isoliermaterialien genutzt werden, um die Klebeschicht 106 zu bilden. Die Klebeschicht 106 wird beispielsweise möglicherweise aus Siliciumdioxid, Siliciumnitrid oder Siliciumoxinitrid gebildet.
Als Nächstes werden Durchkontaktöffnungen 204 gebildet, um Abschnitte der unteren Kontaktierungsinseln 118 zu exponieren. In einer Ausführungsform werden Durchkontaktöffnungen 204 durch die Klebeschicht 106 und die Isolierschicht 114 gebildet. Die Durchkontaktöffnungen 204 können durch irgendeine geeignete Ätztechnik gebildet werden, etwa durch Laserablation. Nach der Laserablation können sich innerhalb der Durchkontaktöffnungen 204 organische Rückstände befinden, die durch hohe, während der Laserablation hervorgerufene Temperaturen erzeugt wurden. Falls sich organische Rückstände dort befinden, können diese sich negativ auf den Kontaktwiderstand und die Klebefestigkeit der innerhalb der Öffnung 204 gebildeten leitenden Struktur auswirken. Folglich kann ein Desmearing-Prozess durch eine nasschemische Behandlung durchgeführt werden, um die zurückbleibenden organischen Rückstände zu entfernen. In einer Ausführungsform wird beim Desmearing-Prozess gleichzeitig auch die Oberfläche der exponierten Abschnitte der unteren Kontaktierungsinseln 118 aufgeraut. Dank der Durchkontaktöffnungen 204 lassen sich auf den unteren Kontaktierungsinseln 118 leitende Strukturen bilden, etwa die in 1C abgebildeten gestapelten Durchkontakte 112.
Die nächste Reihe von Figuren, die 2E-2H, veranschaulicht einen beispielhaften Prozess zum Bilden der gestapelten Durchkontakte 112 und der gestapelten Leiterbahnen 110, wie in 1C gezeigt, um den SAP, mit dem in 2B begonnen wurde, fertig auszuführen. Nach dem Bilden der Durchkontaktöffnungen 204 wird eine Keimschicht 108 ganzflächig aufgetragen, wie in 2E gezeigt. Die Keimschicht 108 kann durch beliebige geeignete Auftragungstechniken, etwa durch Aufsputtern, aufgetragen werden. Die Keimschicht 108 stellt eine Oberfläche bereit, auf der eine leitende Schicht aufgetragen werden kann. In einer Ausführungsform ist die Keimschicht 108 eine Oberfläche zum elektrolytischen Plattieren mit einem leitenden Material, wie hierin weiter beschrieben wird. Folglich reicht in Ausführungsformen die Dicke der Keimschicht 108 aus, um das elektrolytische Plattieren mit einem leitenden Material zu unterstützen. Die Keimschicht 108 kann beispielsweise 0,3 bis 0,7 µm dick sein. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Keimschicht 108 annähernd 0,5 µm dick. Die Keimschicht 108 wird auf der Klebeschicht 106 und innerhalb der Durchkontaktöffnungen 204 angeordnet. Abschnitte der Keimschicht 108 innerhalb der Durchkontaktöffnungen 204 können direkt auf den unteren Kontaktierungsinseln 118 angeordnet werden. Folglich können leitende Strukturen, die später innerhalb der Durchkontaktöffnungen 204 gebildet werden, elektrisch an die unteren Kontaktierungsinseln 118 gekoppelt werden. In Ausführungsformen ist die Keimschicht 108 aus einem leitenden Material wie einem Metall gebildet. In einer bestimmten Ausführungsform ist die Keimschicht 108 aus einem Metall gebildet, das Titan und Kupfer enthält.
Danach, in 2F, wird auf der Keimschicht 108 eine strukturierte DFR-Schicht 122 strukturiert. Die strukturierte DFR-Schicht 122 lässt sich bilden, indem zuerst eine DFR-Schicht auf die Keimschicht 108 auflaminiert und die DFR-Schicht dann strukturiert wird, um Leiterbahnöffnungen 206 zu bilden. In einer Ausführungsform werden die Leiterbahnöffnungen 206 durch irgendeinen herkömmlichen Belichtungs- und Entwicklerprozess gebildet, bei dem eine Exposition gegenüber elektromagnetischer Strahlung den DFR-Film vernetzt und ein Entwickler nicht exponierte Bereiche des DFR-Films entfernt. In Ausführungsformen sind die Leiterbahnöffnungen 206 breiter als die Durchkontaktöffnungen 204, sodass über der Isolierschicht 114 leitende Strukturen wie Leiterbahnen (110 in 1C) gebildet werden können. In Ausführungsformen markiert die strukturierte DFR-Schicht 122 die seitlichen Grenzen der gestapelten Leiterbahnen 110, indem sie eine Auftragung des leitenden Materials auf Bereiche der von der strukturierten DFR-Schicht 122 bedeckten Keimschicht 108 verhindert. Wenn leitendes Material auf die Keimschicht 108 aufgetragen wird, kann sich das leitende Material folglich nur innerhalb der Leiterbahnöffnungen 206 bilden, wie in 2G veranschaulicht.
In 2G werden die gestapelten Durchkontakte 112 und Leiterbahnen 110 auf exponierten Abschnitten der Keimschicht 108 gebildet. Die gestapelten Durchkontakte 112 und Leiterbahnen 110 lassen sich durch irgendeine geeignete Auftragungstechnik wie unter anderem eine elektrolytische Plattierung bilden. In solchen Fällen dient die Keimschicht 108 als Kathode, auf der sich leitende Materialien auftragen lassen, um die gestapelten Durchkontakte 112 und Leiterbahnen 110 zu bilden. In Ausführungsformen werden die gestapelten Durchkontakte 112 elektrisch an die darunter liegende leitende Schicht gekoppelt, bei der es sich um eine Reihe unterer Kontaktierungsinseln 118 handeln kann, wie in 2G veranschaulicht. In einer Ausführungsform sind die gestapelten Durchkontakte 112 und Leiterbahnen 110 aus einem leitenden Material wie einem Metall gebildet. Die gestapelten Durchkontakte 112 und Leiterbahnen 110 sind zum Beispiel möglicherweise aus Kupfer gebildet.
Als Nächstes, in 2H, wird die strukturierte DFR-Schicht 122 entfernt und Abschnitte der Keimschicht 108, die zwischen den gestapelten Leiterbahnen 110 angeordnet sind, werden weggeätzt, sodass eine Wiederholung des SAP durchlaufen wird. Es können beliebige geeignete Entfernungs- und Ätztechniken, die aus dem Stand der Technik wohlbekannt sind, genutzt werden, um die strukturierte DFR-Schicht 122 und die Keimschicht 108 zu entfernen. Durch die Ätzung der Abschnitte der Keimschicht 108 werden die gestapelten Leiterbahnen 110 elektrisch voneinander isoliert, sodass die gestapelten Leiterbahnen 110 getrennte leitende Bahnen durch die Stapelstruktur 120 bilden können. Sobald die Schichten entfernt wurden, kann eine weitere Wiederholung eines SAP durchgeführt werden, um noch eine andere Schicht der Stapelstruktur 120 herzustellen, wie in 21 gezeigt.
21 veranschaulicht die Struktur in 2H, der sich noch eine andere Wiederholung eines SAP anschließt, etwa des SAP, der in den 2B-2H veranschaulicht ist. Statt jedoch nur die gestapelten Durchkontakte 112 und Leiterbahnen 110 zu bilden, kann auch eine untere Platte 102 für den eingebetteten Dünnfilmkondensator 100 gebildet werden. In Ausführungsformen ist die untere Platte 102 nicht an unter der unteren Platte 102 angeordnete Leiterbahnen gekoppelt. In einer Ausführungsform werden die untere Platte 102, die gestapelten Durchkontakte 112 und die gestapelten Leiterbahnen 110 gleichzeitig gebildet, sodass keine zusätzlichen Prozessschritte erforderlich sind, um die untere Platte 102 zu bilden. Beispielsweise können die untere Platte 102, die gestapelten Durchkontakte 112 und die gestapelten Leiterbahnen 110 alle durch einen einzigen Prozess einer elektrolytischen Plattierung gebildet werden. Folglich kann in solchen Ausführungsformen die untere Platte 102 aus dem gleichen Material gebildet werden wie die gestapelten Durchkontakte 112 und Leiterbahnen 110. In einer Ausführungsform wird die untere Platte 102 aus einem leitenden Material wie Kupfer gebildet.
Nachdem die untere Platte 102 gebildet worden ist, kann der zurückbleibende eingebettete Dünnfilmkondensator gebildet werden wie in den 2J-2Q veranschaulicht. Die Techniken und Materialien, die zum Bilden des eingebetteten Kondensators genutzt werden, haben Ähnlichkeit mit den Prozessen, die hinsichtlich des in den 2B-2H hierin veranschaulichten SAP erörtert werden. Folglich werden die Techniken und Materialien bei der Erörterung des in den 2J-2Q veranschaulichten Verfahrens nicht genauso eingehend beschrieben. Falls gewünscht, können detaillierte Beschreibungen solcher Materialien und Techniken aus der entsprechenden Erörterung der 2B-2H herangezogen werden. Eventuelle beachtenswerte Unterschiede werden jedoch nachstehend im Detail erläutert.
Wie in 2J veranschaulicht, wird über der Klebeschicht 106, den gestapelten Leiterbahnen 110 und der unteren Platte 102 eine Isolierschicht 114 gebildet. Als Nächstes wird statt der Bildung einer Klebeschicht 106 unmittelbar danach, wie hinsichtlich der Durchführung des SAP in 2C offenbart, ein zusätzlicher Prozessschritt durchgeführt, wie in 2K gezeigt.
In 2K wird in der Isolierschicht 114 eine Plattenöffnung 208 gebildet. Die Plattenöffnung 208 kann durch irgendeine geeignete Strukturierungstechnik wie unter anderem eine Laserablation oder eine Belichtungs- und Entwicklertechnik gebildet werden. Falls zum Bilden der Öffnung 208 eine Laserablation genutzt wird, kann anschließend ein Desmearing-Prozess durchgeführt werden, um eventuelle organische Rückstände zu entfernen. In Ausführungsformen exponiert die Plattenöffnung 208 einen ersten Abschnitt 209 einer oberen Oberfläche 207 der unteren Platte 102. Dank der Plattenöffnung 208 lässt sich innerhalb der Isolierschicht 114 eine leitende Struktur bilden, etwa eine obere Platte 104, wie in 1A gezeigt. Der Boden der Öffnung 208 kann so gestaltet sein, dass er einen jeweiligen Oberflächeninhalt aufweist (z. B. eine Länge L und eine Breite W), innerhalb dessen eine obere Platte gebildet sein kann, um eine Zielkapazität gemäß den Gestaltungsanforderungen zu erreichen, wie bezüglich 1B hierin erörtert. Folglich weist die Plattenöffnung 208 Abmessungen auf, welche zu den Abmessungen der oberen Platte 104 komplementär sind. In einer Ausführungsform weisen die Abmessungen der Plattenöffnung 208 einen Bodenöffnungsbereich auf, der kleiner als 10 mm² ist. Wenngleich 2K nur eine Plattenöffnung 208 veranschaulicht, werden die Ausführungsformen dadurch nicht eingeschränkt. Beispielsweise ist in der Isolierschicht 114 möglicherweise mehr als nur eine Plattenöffnung 208 gebildet. In einer Ausführungsform sind in einer Isolierschicht 114 mehrere Plattenöffnungen 208 gebildet, wobei jede Plattenöffnung 208 unterschiedliche Abmessungen gemäß unterschiedlichen Zielkapazitäten aufweist. Unter solchen Gegebenheiten kann jede Öffnung 208 durch Laserablation gemäß ihren jeweiligen Abmessungen gebildet werden.
Nachdem die Plattenöffnung 208 gebildet worden ist, wird auf der Isolierschicht 114 und dem exponierten Abschnitt der unteren Platte 102 eine Klebeschicht 106 aufgetragen, wie in 2L gezeigt. Dank der Öffnung 208 lässt sich die Klebeschicht 106 auf dem exponierten Abschnitt der unteren Platte 102 auftragen, ohne dass die Auftragung der Klebeschicht 106 modifiziert wird. In Ausführungsformen bringt die Klebeschicht 106 Strukturen an der Isolierschicht 114 an und isoliert elektrisch den ersten Abschnitt 209 der unteren Platte 102. In einer Ausführungsform ist die Klebeschicht 106 eine dielektrische Schicht für einen eingebetteten Kondensator, etwa den eingebetteten Dünnfilmkondensator 100, der in 1A veranschaulicht ist. Speziell fungiert der Abschnitt der Klebeschicht 106, der direkt über der unteren Platte 102 angeordnet ist, als die dielektrische Schicht für den eingebetteten Kondensator 100. In einer Ausführungsform reicht die Dielektrizitätskonstante der Klebeschicht 106 von 4 bis 9.
Als Nächstes, in 2M, werden Durchkontaktöffnungen 204 durch die Isolierschicht 114 und die Klebeschicht 106 gebildet. Dank der Durchkontaktöffnungen 204 lassen sich innerhalb der Isolierschicht 114 leitende Strukturen bilden, etwa die gestapelten Durchkontakte 112 und Kondensatordurchkontakte 113. In einer Ausführungsform exponieren die Durchkontaktöffnungen 204 Abschnitte der leitenden Strukturen, die unter der Isolierschicht 114 angeordnet sind, etwa Abschnitte der gestapelten Leiterbahnen 110. In einer bestimmten Ausführungsform exponieren die Durchkontaktöffnungen 204 auch einen zweiten Abschnitt 205 der unteren Platte 102. Der erste Abschnitt 209 und der zweite Abschnitt 205 können unterschiedliche Bereiche der unteren Platte 102 sein. In Ausführungsformen bleibt die auf der unteren Platte 102 angeordnete Klebeschicht 106 intakt, nachdem die Durchkontaktöffnungen 204 gebildet worden sind. Dank der Durchkontaktöffnungen 204 lassen sich die Kondensatordurchkontakte 113 elektrisch an die untere Platte 102 koppeln, wodurch der Betrieb des eingebetteten Dünnfilmkondensators 100 ermöglicht wird.
Danach, in 2N, wird eine Keimschicht 108 über der Klebeschicht 106 sowie innerhalb der Öffnungen 204 und 208 aufgetragen. Die Keimschicht 108 wird auf exponierten Abschnitten der darunter liegenden leitenden Strukturen aufgetragen, etwa der Leiterbahnen 110/111 und der Basisplatte 102. In einer Ausführungsform wird die Keimschicht 108 nicht auf dem Bereich der Basisplatte 102 unter der Plattenöffnung 208 aufgetragen. Vielmehr wird die Keimschicht 108 über der auf der unteren Platte 106 angeordneten Klebeschicht 102 aufgetragen. Die über der unteren Platte 102 angeordnete Klebeschicht 106 isoliert die Keimschicht 108 von der unteren Platte 102.
Als Nächstes, in 20, wird auf der Keimschicht 108 eine strukturierte DFR-Schicht 122 gebildet. Die strukturierte DFR-Schicht 122 weist Leiterbahnöffnungen 206 auf, innerhalb deren sich Leiterbahnen 110/111 bilden können. Darüber hinaus weist die strukturierte DFR-Schicht 122 in einer Ausführungsform eine breite Plattenöffnung 210 auf, sodass die obere Platte 104 gebildet werden kann, wie in 2P gezeigt. In 2P werden innerhalb der Öffnungen 206 und 210 leitende Strukturen wie die Durchkontakte 112/113, die Leiterbahnen 110/111 und die obere Platte 104 gebildet. In einer Ausführungsform werden die leitenden Strukturen durch einen einzelnen Prozessschritt alle gleichzeitig gebildet, etwa durch einen Schritt einer elektrolytischen Plattierung. Danach, wie in 2Q gezeigt, werden die strukturierte DFR-Schicht 122 und Abschnitte der Keimschicht 108 zwischen den Leiterbahnen 110/111 und der oberen Platte 104 entfernt, wodurch die Bildung des eingebetteten Kondensators 100 bewerkstelligt wird.
Die 2R-2S veranschaulichen abschließende Prozessschritte zum Fertigstellen des kernlosen Gehäusesubstrats 101 mit einem eingebetteten Dünnfilmkondensator 100 gemäß Ausführungsformen der Erfindung. In Ausführungsformen kann anschließend mindestens ein SAP durchgeführt werden, um die Bildung der Stapelstruktur 120 abzuschließen, wie in 2R veranschaulicht. In 2R wird ein letzter SAP-Prozess durchgeführt, um die Bildung der Stapelstruktur 120 fertig auszuführen. Gemäß Ausführungsformen ist der eingebettete Kondensator 100 innerhalb der Stapelstruktur 120 inmitten von gestapelten Durchkontakten 112 und gestapelten Leiterbahnen 110 angeordnet. In einer Ausführungsform werden beim letzten SAP obere Kontaktierungsinseln 119 über der Stapelstruktur 120 statt gestapelter Leiterbahnen 110 gebildet. Die oberen Kontaktierungsinseln 119 können exponiert sein, um durch irgendein geeignetes Verbindungsverfahren (z. B. Flip-Chip-Bonden) elektrische Verbindungen zu äußeren Bauelementen wie Dies mit integrierter Schaltung herzustellen. Danach, in 2S, wird das Substrat 202 entfernt, um die Bildung des kernlosen Gehäusesubstrats 101 mit einem eingebetteten Dünnfilmkondensator 100 darin fertig auszuführen. Durch die Entfernung des Substrats 202 werden die unteren Kontaktierungsinseln 118 exponiert, sodass die unteren Kontaktierungsinseln 118 elektrische Verbindungen zu äußeren Bauelementen wie einer Leiterplatte herstellen können.
Dem Verfahren zum Bilden des eingebetteten Dünnfilmkondensators 100 (d. h. 2J- 2H) und dem Verfahren zum Durchführen eines SAP (d. h. 2B-2H) sind viele Schritte gemeinsam. Genauer gesagt erfordert das Bilden des eingebetteten Dünnfilmkondensators 100 nur zwei zusätzliche Schritte - das Bilden der Plattenöffnung 208, das in 2K veranschaulicht ist, und das Desmearing der zurückbleibenden organischen Rückstände. Die zusätzlichen Schritte sind Zwischenschritte, die nach dem Bilden der Isolierschicht 114 und vor dem Bilden der Klebeschicht 106 durchgeführt werden. Es versteht sich jedoch, dass die zusätzlichen Schritte nur geringfügig ins Gewicht fallen, denn die zusätzlichen Schritte wirken sich weder auf anschließende Prozessschritte aus noch müssen deswegen sonstige zusätzliche Prozessschritte durchgeführt werden. Daher lässt sich der Prozess zum Bilden des eingebetteten Dünnfilmkondensators 100 nahtlos in den Prozess zum Fertigen der Stapelstruktur 120 integrieren. Weil sowohl der eingebettete Kondensator 100 als auch eine Schicht der Stapelstruktur 120 gleichzeitig gebildet werden, lässt sich der eingebettete Kondensator 100 aus den gleichen Materialien bilden wie die Stapelstruktur 120. Der eingebettete Kondensator 100 weist beispielsweise Kondensatorleiterbahnen 111, Kondensatordurchkontakte 113 und Platten 102 und 104, die aus dem gleichen Material gebildet sind wie die gestapelten Durchkontakte 112 und die gestapelten Leiterbahnen 110, und eine dielektrische Schicht auf, die aus dem gleichen Material gebildet ist wie die Klebeschicht 106. Folglich sind die Platten 102 und 104, die Durchkontakte 112/113 und die Leiterbahnen 110/111 in einer Ausführungsform aus Kupfer gebildet, und die dielektrische Schicht und die Klebeschicht 106 sind aus Siliciumnitrid gebildet.
Das Verfahren zum Bilden des eingebetteten Dünnfilmkondensators 100 nutzt eine Klebeschicht 106, um Schichten einer Stapelstruktur zusammenzukleben. Folglich ist kein Oberflächenaufrauungsschritt erforderlich, um die Isolierschichten 114 der Stapelstruktur 120 zu bilden. Gemäß Ausführungsformen der Erfindung nutzt das Verfahren die Klebeschicht 106 auch als eine dielektrische Schicht für den eingebetteten Kondensator 100. Deshalb ist kein getrennter Bearbeitungsschritt erforderlich, um die dielektrische Schicht zu bilden, und es muss keine proprietäre dielektrische Schicht erworben werden.
Nunmehr wird mit Bezug auf 3 eine Gehäusebaugruppe 300 gemäß Ausführungsformen der Erfindung veranschaulicht. In einer Ausführungsform ist ein Die 302 durch Kontaktierungsinseln (nicht gezeigt) auf der Oberfläche des Die 302 an das Gehäusesubstrat 101 gekoppelt. Der Die 302 kann durch irgendein geeignetes Verbindungsverfahren, etwa durch Flip-Chip-Bonden, an das Gehäusesubstrat 101 gekoppelt werden. Lotkugeln 304 verbinden den Die 302 mit Ausgangsanschlüssen (d. h. den oberen Kontaktierungsinseln 119) auf der auf Die-Ebene befindlichen Verbindungsseite 301 des Gehäusesubstrats 101. Die oberen Kontaktierungsinseln 119 können durch die verschiedenen elektrischen Bahnen in der Stapelschicht 120 elektrisch an die Kondensatorleiterbahn 111 und die obere Platte 104 gekoppelt sein. Mithin können die oberen Kontaktierungsinseln 119 elektrisch an den eingebetteten Kondensator 100 gekoppelt sein. Folglich kann der Die 302 elektrisch an den eingebetteten Kondensator 100 gekoppelt sein. Durch die Einbettung des Kondensators 100 innerhalb der Stapelstruktur 120 wird der Abstand zum Die 302 gering gehalten. Dementsprechend lassen sich Leitungswiderstände gering halten und die betriebliche Leistungsfähigkeit des Die verbessern.
Wie in 3 ferner veranschaulicht, kann das Gehäusesubstrat 101 auch elektrisch an eine Leiterplatte (LP) 308 wie ein Motherboard oder ein Daughterboard gekoppelt sein. In einer Ausführungsform ist die LP 308 durch Kontaktierungsinseln (nicht gezeigt) auf der Oberfläche der LP 308 an das Gehäusesubstrat 101 gekoppelt. Lotkugeln 306 können die LP 308 mit den unteren Kontaktierungsinseln 118 auf der Second-Level-Interconnect(SLI)-Seite des Gehäusesubstrats 101 verbinden. Deshalb kann der eingebettete Kondensator 100 durch die unteren Kontaktierungsinseln 118 und die verschiedenen elektrischen Bahnen in den Stapelschichten 120 elektrisch an die LP 308 gekoppelt sein. In einer Ausführungsform kann die LP 308 Bauelemente beinhalten, die außen auf der Oberfläche der LP 308 montiert sind, etwa ein oberflächenmontiertes Bauelement 310, oder die innerhalb der LP 308 eingebettet sind, etwa ein eingebettetes Bauelement 312. Folglich kann der eingebettete Kondensator 100 auch elektrisch an die Bauelemente 310 und 312 gekoppelt sein.
4 veranschaulicht ein Computersystem 400, das mit einer Implementierung der Erfindung implementiert ist. Im Computergerät 400 ist eine Platine 402 untergebracht. Die Platine 402 kann eine Anzahl von Komponenten beinhalten, die einen Prozessor 404 und mindestens einen Kommunikationschip 406 beinhalten, jedoch nicht darauf eingeschränkt sind. Der Prozessor 404 ist physisch und elektrisch an die Platine 402 gekoppelt. In manchen Implementierungen ist der mindestens eine Kommunikationschip 406 auch physisch und elektrisch an die Platine 402 gekoppelt. In weiteren Implementierungen ist der Kommunikationschip 406 ein Bestandteil des Prozessors 404.
Das Computergerät 400 kann abhängig von seinen Anwendungen noch andere Komponenten beinhalten, die physisch und elektrisch an die Platine 402 gekoppelt sein können oder nicht. Diese anderen Komponenten beinhalten unter anderem einen flüchtigen Speicherbaustein (z. B. ein DRAM), einen nichtflüchtigen Speicherbaustein (z. B. ein ROM), einen Flashspeicherbaustein, einen Grafikprozessor, einen digitalen Signalprozessor, einen Kryptoprozessor, einen Chipsatz, eine Antenne, ein Display, ein Touchscreen-Display, einen Touchscreen-Controller, eine Batterie, einen Audio-Codec, einen Video-Codec, einen Leistungsverstärker, ein Gerät für ein globales Positionsbestimmungssystem (GPS), einen Kompass, einen Beschleunigungsmesser, ein Gyroskop, einen Lautsprecher, eine Kamera und ein Massenspeichergerät (wie ein Festplattenlaufwerk, eine Compact Disc (CD), eine Digital Versatile Disk (DVD) und so weiter).
Der Kommunikationschip 406 ermöglicht drahtlose Kommunikationen zur Übertragung von Daten zum und vom Computergerät 400. Der Begriff „drahtlos“ und Ableitungen davon können genutzt werden, um Schaltungen, Geräte, Systeme, Verfahren, Techniken, Kommunikationskanäle etc. zu beschreiben, die Daten durch Nutzung einer modulierten elektromagnetischen Strahlung durch ein nicht festes Medium kommunizieren können. Der Begriff besagt nicht, dass die assoziierten Geräte keine Drähte enthalten, auch wenn sie in manchen Ausführungsformen eventuell keine Drähte enthalten. Der Kommunikationschip 406 kann beliebige von einer Anzahl von Drahtlosstandards oder -protokollen implementieren, einschließlich unter anderem Wi-Fi (IEEE-802.11-Familie), WiMAX (IEEE-802.16-Familie), IEEE 802.20, Long Term Evolution (LTE), EV-DO, HSPA+, HSDPA+, HSUPA+, EDGE, GSM, GPRS, CDMA, TDMA, DECT, Bluetooth, Ableitungen davon sowie jeglicher sonstiger Drahtlosprotokolle, die für 3G, 4G, 5G und höher ausgelegt sind. Das Computergerät 400 kann eine Vielzahl von Kommunikationschips 406 beinhalten. Beispielsweise kann ein erster Kommunikationschip 406 eigens für drahtlose Kommunikationen mit kürzerer Reichweite wie Wi-Fi und Bluetooth vorgesehen sein und ein zweiter Kommunikationschip 406 kann eigens für drahtlose Kommunikationen mit größerer Reichweite wie GPS, EDGE, GPRS, CDMA, WiMAX, LTE, EV-DO und andere vorgesehen sein.
Der Prozessor 404 des Computergeräts 400 ist ein Bestandteil einer Gehäusebaugruppe, die einen Die mit integrierter Schaltung beinhaltet. In manchen Implementierungen der Erfindung ist der Die mit integrierter Schaltung auf ein Gehäusesubstrat aufmontiert, etwa ein Gehäusesubstrat mit einem eingebetteten Dünnfilmkondensator, das gemäß Implementierungen der Erfindung gebildet ist. Der Begriff „Prozessor“ kann sich auf beliebige Geräte oder Abschnitte von Geräten beziehen, die elektronische Daten aus Registern und/oder Speicherbausteinen verarbeiten, um diese elektronischen Daten in andere elektronische Daten umzuwandeln, die in Registern und/oder Speicherbausteinen gespeichert werden können.
Der Kommunikationschip 406 ist ein Bestandteil einer Gehäusebaugruppe, die einen Die mit integrierter Schaltung beinhaltet. Gemäß einer anderen Implementierung der Erfindung ist der Die mit integrierter Schaltung auf ein Gehäusesubstrat aufmontiert, etwa ein Gehäusesubstrat mit einem eingebetteten Dünnfilmkondensator, das gemäß Implementierungen der Erfindung gebildet ist.
In weiteren Implementierungen kann eine andere innerhalb des Computergeräts 400 untergebrachte Komponente einen Die mit integrierter Schaltung enthalten, der auf ein Gehäusesubstrat aufmontiert ist, etwa ein Gehäusesubstrat mit einem eingebetteten Dünnfilmkondensator, das gemäß Implementierungen der Erfindung gebildet ist.
In verschiedenen Implementierungen ist das Computergerät 400 möglicherweise ein Laptop, ein Netbook, ein Notebook, ein Ultrabook, ein Smartphone, ein Tablet, ein Personal Digital Assistant (PDA), ein Ultra-Mobile PC, ein Mobiltelefon, ein Desktopcomputer, ein Server, ein Drucker, ein Scanner, ein Monitor, eine Settop-Box, eine Unterhaltungssteuereinheit, eine Digitalkamera, ein tragbares Musikwiedergabegerät oder ein Digitalvideorecorder. In weiteren Implementierungen kann das Computergerät 400 ein beliebiges anderes elektronisches Gerät sein, das Daten verarbeitet.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) eine erste Klebeschicht, die auf einer ersten Isolierschicht angeordnet ist, eine untere Platte und eine erste Leiterbahn, die auf der ersten Klebeschicht angeordnet sind, und eine zweite Isolierschicht, die auf der ersten Leiterbahn und der unteren Platte angeordnet ist, wobei die zweite Isolierschicht eine erste Öffnung, die einen ersten Bereich der unteren Platte exponiert, eine zweite Öffnung, die einen zweiten Bereich der unteren Platte exponiert, und eine dritte Öffnung, die die erste Leiterbahn exponiert, aufweist. Das Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) beinhaltet ferner eine zweite Klebeschicht, die auf der zweiten Isolierschicht und in der ersten Öffnung angeordnet ist, wobei ein Abschnitt der zweiten Klebeschicht auf der unteren Platte in der ersten Öffnung angeordnet ist, eine obere Platte, die auf der zweiten Klebeschicht über dem ersten Bereich der unteren Platte angeordnet ist, einen ersten und einen zweiten Durchkontakt, die sich durch die zweite Klebeschicht und einen Abschnitt der zweiten Isolierschicht erstrecken, wobei der erste Durchkontakt innerhalb der zweiten Öffnung angeordnet ist und der zweite Durchkontakt in der dritten Öffnung angeordnet ist, und eine zweite und eine dritte Leiterbahn, die auf der zweiten Klebeschicht angeordnet sind, wobei die zweite Leiterbahn an den ersten Durchkontakt gekoppelt ist und die dritte Leiterbahn an den zweiten Durchkontakt gekoppelt ist.
In einer Ausführungsform beinhaltet das Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) ferner eine Keimschicht, die unmittelbar unter der oberen und der unteren Platte angeordnet ist. In Ausführungsformen sind die Leiterbahnen, Durchkontakte und Platten aus den gleichen Materialien gebildet. In einer Ausführungsform beinhaltet das Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) ferner eine dritte Isolierschicht, die über der zweiten Isolierschicht und der zweiten und der dritten Leiterbahn angeordnet ist. Die erste und die zweite Isolierschicht können aus einem Material gebildet sein, das Kohlenstoff, Wasserstoff und Sauerstoff umfasst. In einer Ausführungsform ist die Klebeschicht zwischen 40 und 60 nm dick. In Ausführungsformen beinhaltet das Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) ferner einen Versteifungskern, der über oder unter den Isolierschichten angeordnet ist. Der Versteifungskern kann aus einem anderen Material gebildet sein als die Leiterbahnen, Durchkontakte, Platten, Isolierschichten und leitenden Schichten. In einer Ausführungsform beinhaltet das Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) ferner eine eingebettete Siliciumbrücke, die innerhalb der Leiterbahnen, Durchkontakte, Platten, Isolierschichten und leitenden Schichten angeordnet ist. In Ausführungsformen ist die Klebeschicht aus einem Material gebildet, das Silicium und Stickstoff enthält. Darüber hinaus ist die Klebeschicht in einer Ausführungsform aus einem Material gebildet, das Silicium, Stickstoff und Sauerstoff enthält. Die obere und die untere Platte können aus einem Metall gebildet sein. Darüber hinaus kann das Merall Kupfer Beinhalten. In einer Ausführungsform sind die Isolierschichten aus einem Isoliermaterial. Die Isolierschicht ist aus einem organischen Stapelfilm gebildet.
In einer Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren zum Bilden eines Gehäusesubstrates (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) Bilden einer ersten Isolierschicht auf einer unteren Platte und einer ersten Leiterbahn, Bilden einer ersten Öffnung in der ersten Isolierschicht, um einen ersten Bereich der unteren Platte zu exponieren, Bilden einer Klebeschicht auf der ersten Isolierschicht und auf dem ersten Bereich der unteren Platte, Bilden von mindestens zwei Öffnungen durch die erste Isolierschicht und die Klebeschicht, wobei eine der mindestens zwei Öffnungen einen zweiten Bereich der unteren Platte exponiert und eine andere der mindestens zwei Öffnungen die erste Leiterbahn exponiert, und Bilden einer oberen Platte innerhalb der ersten Öffnung und eines Durchkontakts innerhalb jeder Öffnung der mindestens zwei Öffnungen.
Die erste Öffnung kann gebildet werden, bevor die Klebeschicht gebildet wird. In einer Ausführungsform werden die mindestens zwei Öffnungen gleichzeitig gebildet. In Ausführungsformen werden die mindestens zwei Öffnungen mit demselben Ätzprozess gebildet. Bei dem Ätzprozess kann es sich um eine Laserablation handeln. In einer Ausführungsform wird durch das Bilden der mindestens zwei Öffnungen die Klebeschicht über dem ersten Bereich der unteren Platte nicht entfernt. In Ausführungsformen werden die obere Platte und die Durchkontakte gleichzeitig gebildet. Die obere Platte und die Durchkontakte können mit demselben Auftragungsprozess gebildet werden. Bei dem Auftragungsprozess kann es sich um einen Prozess einer elektrolytischen Plattierung handeln. In einer Ausführungsform wird die obere Platte über der Klebeschicht gebildet. Der Durchkontakt kann durch die Klebeschicht und die Isolierschicht gebildet werden. In einer Ausführungsform wird das Bilden der ersten Öffnung durch Laserablation durchgeführt. In Ausführungsformen wird das Bilden der Klebeschicht durch plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) durchgeführt. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner Bilden einer Keimschicht über dem exponierten zweiten Bereich des Substrats und über der Isolierschicht vor dem Bilden der oberen Platte. Die obere Platte und der Durchkontakt können durch eine elektrolytische Plattierung mit einem leitenden Material auf der Keimschicht gebildet werden. In einer Ausführungsform beinhaltet das Verfahren ferner einen Desmearing-Prozess.

Claims

Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100), das Folgendes aufweist: eine erste Klebeschicht (106), die auf einer ersten Isolierschicht (114) angeordnet ist, eine untere Platte (102) und eine erste Leiterbahn (110, 111), die auf der ersten Klebeschicht angeordnet sind; eine zweite Isolierschicht (114), die auf der ersten Leiterbahn und der unteren Platte angeordnet ist, wobei die zweite Isolierschicht eine erste Öffnung (204), die einen ersten Bereich der unteren Platte exponiert, eine zweite Öffnung, die einen zweiten Bereich der unteren Platte exponiert, und eine dritte Öffnung, die die erste Leiterbahn (110, 111) exponiert, aufweist; eine zweite Klebeschicht, die auf der zweiten Isolierschicht und in der ersten Öffnung angeordnet ist, wobei ein Abschnitt der zweiten Klebeschicht auf der unteren Platte in der ersten Öffnung (204) angeordnet ist, eine obere Platte (104), die auf der zweiten Klebeschicht (106) über dem ersten Bereich der unteren Platte angeordnet ist, einen ersten und einen zweiten Durchkontakt (112, 113), die sich durch die zweite Klebeschicht und einen Abschnitt der zweiten Isolierschicht (114) erstrecken, wobei der erste Durchkontakt innerhalb der zweiten Öffnung angeordnet ist und der zweite Durchkontakt in der dritten Öffnung angeordnet ist, und eine zweite und eine dritte Leiterbahn (110, 111), die auf der zweiten Klebeschicht angeordnet sind, wobei die zweite Leiterbahn an den ersten Durchkontakt (112, 113) gekoppelt ist und die dritte Leiterbahn an den zweiten Durchkontakt (112, 113) gekoppelt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Isolierschicht (114) aus einem organischen Stapelfilm gebildet sind.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100)) nach Anspruch 1, das ferner eine Keimschicht (108) aufweist, die unmittelbar unter der oberen (104) und der unteren Platte angeordnet ist.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 1, wobei die Leiterbahnen (110, 111), Durchkontakte und Platten aus den gleichen Materialien gebildet sind.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 1, das ferner eine dritte Isolierschicht (114) aufweist, die über der zweiten Isolierschicht und der zweiten und der dritten Leiterbahn (110, 111) angeordnet ist.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 1, wobei die Klebeschicht zwischen 40 und 60 nm dick ist.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 1, das ferner einen Versteifungskern aufweist, der über oder unter den Isolierschichten angeordnet ist.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 6, wobei der Versteifungskern aus einem anderen Material gebildet ist als die Leiterbahnen, Durchkontakte, Platten, Isolierschichten und leitenden Schichten.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 1, das ferner eine eingebettete Siliciumbrücke aufweist, die innerhalb der Leiterbahnen, Durchkontakte, Platten, Isolierschichten und leitenden Schichten angeordnet ist.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 1, wobei die Klebeschicht aus einem Material gebildet ist, das Silicium und Stickstoff enthält.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 1, wobei die Klebeschicht aus einem Material gebildet ist, das Silicium, Stickstoff und Sauerstoff umfasst.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 1, wobei die obere und die untere Platte aus einem Metall gebildet sind.
Gehäusesubstrat (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100) nach Anspruch 11, wobei das Metall Kupfer aufweist.
Verfahren zum Bilden eines Gehäusesubstrates (101) mit eingebettetem Dünnfilmkondensator (100), das Folgendes umfasst: Bilden einer ersten Isolierschicht (114) auf einer unteren Platte (102) und einer ersten Leiterbahn (110, 111); Bilden einer ersten Öffnung (204) in der ersten Isolierschicht (114), um einen ersten Bereich der unteren Platte zu exponieren; Bilden einer Klebeschicht (106) auf der ersten Isolierschicht und auf dem ersten Bereich der unteren Platte; Bilden von mindestens zwei Öffnungen durch die erste Isolierschicht (106) und die Klebeschicht, wobei eine der mindestens zwei Öffnungen einen zweiten Bereich der unteren Platte exponiert und eine andere der mindestens zwei Öffnungen die erste Leiterbahn exponiert; und Bilden einer oberen Platte (104) innerhalb der ersten Öffnung und eines Durchkontakts (112, 113) innerhalb jeder Öffnung der mindestens zwei Öffnungen, dadurch gekennzeichnet, dass die erste und die zweite Isolierschicht aus einem organischen Stapelfilm gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bilden einer ersten Öffnung vor dem Bilden der Klebeschicht (106) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die mindestens zwei Öffnungen (204) gleichzeitig gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die mindestens zwei Öffnungen (204) mit demselben Ätzprozess gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 14, wobei durch das Bilden der mindestens zwei Öffnungen die Klebeschicht (106) über dem ersten Bereich der unteren Platte nicht entfernt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die obere Platte und die Durchkontakte (112, 113) gleichzeitig gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 18, wobei die obere Platte und die Durchkontakte (112, 113) mit demselben Auftragungsprozess gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die obere Platte über der Klebeschicht (106) gebildet wird.
Verfahren nach Anspruch 20, wobei die Durchkontakte durch die Klebeschicht (106) und die Isolierschicht (114) gebildet werden.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei das Bilden der Klebeschicht (106) durch plasmagestützte chemische Gasphasenabscheidung (PECVD) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 13, das ferner Bilden einer Keimschicht (108) über dem exponierten zweiten Bereich des Substrats und über der Isolierschicht vor dem Bilden der oberen Platte umfasst.
Verfahren nach Anspruch 13, wobei die obere Platte und der Durchkontakt durch eine elektrolytische Plattierung mit einem leitenden Material auf der Keimschicht (108) gebildet werden.