具有使用杂化材料的嵌入式电容器的印刷电路板及其制造方法技术

本文公开了一种具有使用杂化材料的嵌入式电容器的印刷电路板及其制造方法。具体而言，本发明专利技术提供一种具有使用混合电介质层用材料的嵌入式电容器的印刷电路板及其制造方法，其中所述混合电介质层用材料包括液晶聚合物和陶瓷粉末。

【技术实现步骤摘要】

一般而言，本专利技术涉及具有使用杂化材料的嵌入式电容器的印刷电路板(PCB)及其制造方法。更具体而言，本专利技术涉及具有嵌入式电容器的PCB，其中包含液晶聚合物和分散在其中的高频陶瓷粉末的杂化材料形成为片状用于电容器层，并随后嵌入至PCB中，由此，与具有嵌入式电容器的传统PCB相比，减小了电容随温度的变化并且由于低损耗因子而减少信号传输损失，本专利技术还涉及制造该PCB的方法。
技术介绍
通常，电容器以电场形式储存能量。当直流(DC)电压源施加至电容器时，电容器充电但没有电流流动。另一方面，如果将交流(AC)电压源连接至电容器，则电流根据所施加AC信号频率和电容值而流过电容器，同时电容器充放电。因而，具有上述性质的电容器作为基本的无源元件用于多种用途，例如在诸如数字电路、模拟电路和高频电路的电和电子电路中的耦合与去耦、滤波、阻抗匹配、信号匹配、电荷泵和解调制。此外，以诸如芯片或磁盘的不同形式制造的电容器已经以安装在PCB上的状态使用。电子电路中的电容器根据其电容量和温度稳定性主要分为两类，即具有低温度稳定性和高电容量的电容器如B(A)和F型MLCC(多层陶瓷电容器)以及具有低电容量和高温度稳定性的电容器如C型MLCC。前者主要用于去耦和旁路，而后者用于信号匹配和阻抗匹配。迄今，虽然无源元件如电容器已经制造成安装在PCB上的各种形式如芯片或磁盘，但是近来电子器件要求微型化和复杂化，因而PCB上用来安装无源元件的面积正在减小。而且，当频率随高速电子器件而增加时，在无源元件与IC之间由导体、焊剂等引起寄生阻抗，因而导致多种问题。为了解决这些问题，已经进行了各种尝试以将电容器嵌入至PCB中，以上尝试主要由PCB和电气电子元件制造商所引导。然而，由于迄今制造商所开发的具有嵌入式电容器的PCB用的大多数材料具有随温度和湿度而不稳定的电容量，因此其研究仅限于在去耦和旁路方面的用途。在这方面，图1A-1E顺序示出制造具有嵌入式聚合物厚膜电容器的PCB的传统方法。根据该传统方法，将聚合物电容糊涂覆在基板上并随后加热干燥(或固化)，以获得包含嵌入式聚合物厚膜电容器的PCB，以下参照附图具体说明。在第一步骤中，将用于包含FR-4的PCB 42的内层铜箔用干膜涂覆、曝光、显影并随后蚀刻，以形成阳极铜箔44a、44b、阴极铜箔43a、43b和其间的空隙(图1A)。在第二步骤中，采用丝网印刷方法将由包含具有高介电常数的陶瓷粉末的聚合物组成的电容糊45a、45b涂覆在阴极铜箔43a、43b上，并随后干燥或固化(图1B)。在此，丝网印刷是通过使用挤压机将介质例如墨透过模板丝网而进行的，从而将图案转移至基板表面。在该步骤中，阳极铜箔44a、44b和阴极铜箔43a、43b之间的空隙以电容糊45a、45b覆盖。第三步骤中，采用丝网印刷方法将包含银或铜的导电糊形成为阳极46a、46b内，随后干燥或固化(图1C)。第四步骤中，将经历PCB 42内层的第一至第三步骤的电容器层插入到绝缘层47a、47b之间，随后层压(图1D)。第五步骤中，形成穿过层压板的贯通孔和激光盲通孔49a、49b，由此PCB内层中的电容器连接至安装在PCB外部的IC芯片52a、52b的正端51a、51b和负端50a、50b，从而成为嵌入式电容器(图1E)。类似地，公开了通过用陶瓷填充的光致介电树脂涂覆PCB来制造嵌入式分立型电容器的方法，美国Motorola Co.Ltd.拥有上述方法的专利权。上述方法包括将含有陶瓷粉末的光致介电树脂涂覆在基板上、在树脂层上层压铜箔以形成上电极和下电极、形成电路图案以及随后蚀刻光致介电树脂，从而获得分立的电容器。此外，提出了通过在PCB内层中独立地包括具有电容性质的电介质层来制造嵌入式电容器的方法，从而使用该嵌入式电容器来取代安装在PCB上的去耦电容器，美国Sanmina Co.Ltd.拥有上述方法的专利权。在该方法中，将包含电源电极和接地电极的电介质层引入到PCB内层中，以得到功率分布式去耦电容器。实现上述技术的各种工艺处于研究中，实施每一工艺的方法均不同。在这方面，授权给Howard等人的美国专利No.5,079,069公开了用于电容性PCB的电容器层压板及其制造方法，其中使用“虚构电容器(borrowedcapacitor)”的概念，以制造包括由两导电层和夹在上述两层之间的电介质层构成的刚性结构电容器薄膜层的PCB，其与大量器件有效连接。而且，授权给Sisler等人的美国专利No.5,010,641公开了通过提供一个或多个完全固化的电源接地平面夹心元件来制作多层PCB以不再需要旁路电容器的方法，所述夹心元件与PCB的其它部分固化元件层和形成电路图案的元件一起层压。根据传统技术，厚膜主要由环氧树脂和陶瓷粉末形成。对薄膜而言，通过薄膜制备过程将陶瓷如钛酸钡形成为薄膜，其已被专利技术来嵌入用于去耦和旁路的电容器。虽然该薄膜具有较高的电容量，但其随温度伴有大的电容量变化，还有高损耗因子，因此其不适合用来嵌入目前安装在PCB上的用于在高频电路中进行信号匹配和阻抗匹配的电容器。
技术实现思路
至于本专利技术，本专利技术人对具有嵌入式电容器的PCB进行了深入和彻底的研究，旨在避免现有技术中所遇到的问题，结果发现可将高频陶瓷填料加入到在高频下具有高介电性能的液晶聚合物中，以制备随后用作具有嵌入式电容器的PCB电介质层用材料的杂化材料，从而制造具有嵌入式电容器的PCB，其中目前安装在PCB上的温度补偿式MLCC(C型MLCC)可以嵌入到PCB中。因此，本专利技术的目的是提供一种具有使用杂化材料的嵌入式电容器的PCB，与具有嵌入式电容器的传统PCB相比，其随温度和湿度可仅轻微改变电容量并由于低损耗因子而可使信号损失和热辐射最小化。本专利技术的另一目的是提供制造该PCB的方法。本专利技术的又一目的是提供具有适合用于高频电路中的信号匹配和阻抗匹配的嵌入式电容器的PCB。本专利技术的再一目的是提供制造该PCB的方法。为了实现上述目的，本专利技术提供一种具有使用杂化材料的嵌入式电容器的PCB，其包含(A)双面CCL(覆铜层压板)，其一层铜箔形成为具有电路图案的第一电路层，其另一层铜箔形成为具有电路图案的第四电路层；(B)混合CCL，包括含有液晶聚合物和陶瓷粉末的混合电介质层和层压在其两表面上的铜箔，混合CCL的一层铜箔形成为具有下电极和电路图案的第二电路层，其另一层铜箔形成为具有上电极和电路图案的第三电路层，其中形成第二电路层和第三电路层，使得第二电路层的下电极对应于第三电路层的上电极；(C)绝缘层，位于所要层压的(A)的CCL和(B)的混合CCL之间，以使CCL的第一电路层和混合CCL的第二电路层定位成相互面对的内层；(D)单面CCL，层压在第三电路层和第四电路层上；(E)盲通孔和贯通孔，形成在单面CCL的预定部分中；和(F)镀覆层，镀覆在盲通孔和贯通孔中。在本专利技术的PCB中，液晶聚合物优选具有3.5或更低的介电常数和0.0007-0.002的损耗因子。在本专利技术的PCB中，陶瓷粉末优选具有5-120的介电常数和1,000-150,000的Q·f。陶瓷粉末优选选自BaTiO3-TiO2、ZnO-MgO-SiO2、CaCO3-TiO2-MgO、BaO-MgO-Ta2O5、ZrO2-SnO2-本文档来自技高网...

【技术保护点】
具有使用杂化材料的嵌入式电容器的印刷电路板，包含：（Ａ）双面覆铜层压板，其一层铜箔形成为具有电路图案的第一电路层，其另一层铜箔形成为具有电路图案的第四电路层；（Ｂ）混合覆铜层压板，其包括含有液晶聚合物和陶瓷粉末的混合电介质层和层压在所述电介质层两表面上的铜箔，混合覆铜层压板的一层铜箔形成为具有下电极和电路图案的第二电路层，其另一层铜箔形成为具有上电极和电路图案的第三电路层，其中形成第二电路层和第三电路层时使得第二电路层的下电极对应于第三电路层的上电极；（Ｃ）绝缘层，其位于所要层压的（Ａ）的覆铜层压板和（Ｂ）的混合覆铜层压板之间，从而使覆铜层压板的第一电路层和混合覆铜层压板的第二电路层定位成相互面对的内层；（Ｄ）单面覆铜层压板，其分别层压在第三电路层和第四电路层上；（Ｅ）盲通孔和贯通孔，其形成在单面覆铜层压板的预定部分中；和（Ｆ）镀覆层，其镀覆在盲通孔和贯通孔内。

【技术特征摘要】
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【专利技术属性】
技术研发人员：金泰庆，吴浚禄，金镇哲，
申请(专利权)人：三星电机株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]