[发明专利]具有多种烧制模式的三维模组

说明书

本发明披露了一种具有多种烧制模式的三维模组(多模三维模组)。它含有多个器件层，每个器件层包括多个无源元件，无源元件含有至少一层具有高介电常数的介质材料。器件层被互连层分隔。每个互连层包括至少一层具有低介电常数的介质材料。通过对单个器件层中的无源元件进行共同烧制(共烧)，可减少无源元件的安装时间与安装成本；通过分别烧制(分烧)不同器件层和不同互连层，多模三维模组具有更好的电学性能。

技术领域

本发明涉及多层模组领域，更确切地说，涉及具有多种烧制模式的的多层模组。

背景技术

MLCC电容(片式多层陶瓷电容)被广泛应用到模组中。图1A表示一种现有技术中应用MLCC电容集群的模组80。它含有一模组衬底30、至少一芯片50、以及多个MLCC电容(包括大电容10和小电容20)。模组衬底30中含有对芯片50和电容10、20实现电连接的电路(在此为简便计，在此没有画出)。在实际应用中，电容10、20等的电容值范围很大，如从数十pF到数百nF，甚至uF。一般说来，最大电容是最小电容的至少10倍；在某些情形下，最大电容是最小电容的至少100倍；在极端情况下，最大电容甚至是最小电容的1000倍以上。

图1B是大电容10的截面图。其厚度为t₁，尺寸为w₁。它还含有一陶瓷体16，该陶瓷体16含有多层具有高介电常数的介质材料、一对覆盖该陶瓷体16的外部电极15、17、两组将介质材料分隔的内部电极12、14。其中，第一组内部电极12相对于第二组内部电极14向左偏置。第一组内部电极12包括四个左内部电极12a-12d；第二组内部电极14包括四个右内部电极14a-14d；第一组内部电极12与第二组内部电极14相互交错。第一外部电极15与第一组内部电极12中的所有内部电极12a-12d电连接；第二外部电极17与第二组内部电极14中的所有内部电极14a-14d电连接。

图1C是小电容20的截面图。其厚度为t₂，尺寸为w₂。它含有一陶瓷体26、以及两组内部电极25、27。由于其电容比大电容10小，小电容20的第一组内部电极组22仅包括两个左内部电极22a-22b；第二组内部电极24仅包括两个右内部电极24a-24b。

MLCC电容10、20被称为一体化电容(monolithic capacitor)。所谓一体化，是指在烧制时所有的介质材料和内部电极通过一次高温烧制制造完成。即使如此，电容10和20仍然是分立器件。在安装时，每个这些分立电容需要用机械臂拾取，对准并安装在模组30的预设位置上。由于模组80中电容数量众多，这种安装过程相当费时费钱。

传统模组80采用预制的、通用电容10、20。对于电容值为数十pF到数个nF的小电容20，其厚度t₂一般为亚毫米级，这对于移动应用来说尚属合理。然而，对于数个uF的大电容10，其内部电极和介质材料多达数百层，这导致其厚度t₁达到毫米级(如～5毫米)，这远远大于芯片50的厚度t3。这么厚的大电容10对于移动设备来说太厚了。

为了减少模组的面积，一种解决方案是将多个无源元件(如电阻、电容、电感或其它)集成在一个多层模组当中。LTCC(低温共烧陶瓷)正是为了满足这种需求而问世。它将多个无源元件一体烧制成型。由于LTCC技术需要同时形成电容、电阻、电感等多种无源元件，它需要形成多种陶瓷材料及金属电极材料。这些陶瓷材料和金属电极对烧制条件(如烧制温度)有不同要求。对一种陶瓷材料(或，金属电极)优化的烧制条件不一定能对另一种陶瓷材料(或，金属电极)优化。此外，虽然低温共烧使金属电极可以使用高导电金属材料(如铝、铜、银、金等)。但是，低温烧制形成的陶瓷材料的介电常数不高，一般仅为20左右。

发明内容

本发明的主要目的是制造一种紧凑的高性能模组。

本发明的另一目的是减少无源元件的安装时间与安装成本。

本发明的另一目的是减小包含无源元件的模组厚度。