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Die
vorliegende Erfindung betrifft einen mehrstufigen elektrischen Mehrschichtkondensator.
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Elektronische
Schaltungen und insbesondere Schaltungen für Computer und Messgeräte sind
in den letzten Jahren immer leistungsstärker und schneller geworden.
Da die Schaltungsfrequenzen immer weiter zunehmen, wird mit ihren
zugehörigen Hochfrequenztransienten
das Rauschen in der Netz- und Masseleitung zunehmend ein , Problem.
Wie allgemein bekannt, kann dieses Rauschen beispielsweise infolge
induktiver und kapazitiver Parazitäten entstehen. Um solch ein
Rauschen zu reduzieren, werden oft Kondensatoren verwendet, die
auch als Entkopplungskondensatoren bekannt sind, um ein stabiles
Signal oder eine stabile Leistungsversorgung für die Schaltung zur Verfügung zu
stellen.
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Kondensatoren
werden ferner verwendet, um Überspannungen
oder Spannungsüberschreitungen
zu dämpfen,
wenn ein elektronisches Geräte (wie
beispielsweise ein Prozessor) abgeschaltet wird, und um den Spannungsabfall
zu dämpfen, wenn
das Gerät
eingeschaltet wird. Beispielsweise kann ein Prozessor, der anfängt, eine
Berechnung durchzuführen,
sehr schnell mehr Strom benötigen als
von der Kapazität
auf dem Chip zur Verfügung
gestellt werden kann. Um solch einen Strom zur Verfügung zu
stellen und um den mit dem angestiegenen Lastwiderstand verbundenen
Spannungsabfall zu dämpfen,
sollten nicht auf dem Chip befindliche Kapazitäten verfügbar sein, um auf den Strombedarf
innerhalb eines ausreichenden Zeitintervalls reagieren zu können. Wenn
für den
Prozessor nicht ausreichend Strom zur Verfügung steht oder wenn die Reaktionszeit
der Kapazität
zu langsam ist, kann die Chipversorgungsspannung [die voltage) auf
ein Niveau einbrechen, das die Leistung des Prozessors beeinträchtigt.
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US 5757611 offenbart ein
elektronisches Package mit vergrabenen passiven Komponenten.
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Um
die Wirksamkeit des Kondensators zu steigern, werden im Allgemeinen
Entkopplungskondensatoren und Kondensatoren, um Überspannungen oder Spannungsabfälle zu dämpfen, so
nahe wie möglich
an einem Chiplastwiderstand [die load] oder Hot-Spot angeordnet.
Oft sind die Entkopplungskondensatoren oberflächlich auf der Chipseite oder
der Lötaugen-
bzw. der Anschlussseite des Bausteins befestigt, auf der der Chip
befestigt ist. Die 1 zeigt
einen Querschnitt eines Schaltungsbausteins 102, der gemäß dem Stand
der Technik chipseitige Kondensatoren 106 und lötaugenseitige
Kondensatoren 108 besitzt. Die chipseitigen Kondensatoren 106 sind,
wie ihr Name bereits sagt, auf der selben Seite des Bausteins wie
der Schaltungschip 104 befestigt. Im Gegensatz dazu sind
die lötaugenseitigen Kondensatoren 108 auf
der gegenüberliegen
Seite des Bausteins, wie der Chip 104 befestigt.
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Die 2 zeigt elektrische Schaltung,
die die elektrischen Eigenschaften der in der 1 dargestellten Kondensatoren nachbildet.
Die Schaltung zeigt einen Chiplastwiderstand 202, der,
um richtig zu funktionieren, eine Kapazität oder Rauschdämpfung benötigen kann.
Einige der Kapazitäten
können
mit Kapazität
versorgt werden, die durch den Kondensator 204, der sich
auf dem Chip [die] befindet, nachgebildet ist. Andere Kapazitäten müssen jedoch
außerhalb
des Chips bereitgestellt werden, wie durch den außerhalb
des Chips befindlichen Kondensator 206 modelliert ist.
Der nicht auf dem Chip befindliche Kondensator könnte beispielsweise der chipseitige Kondensator 106 und/oder
der lötaugenseitige
Kondensator 108 gemäß der 1 sein. Der nicht auf dem
Chip befindliche Kondensator 206 kann genauer als ein in
Serie mit einigen Widerständen
und Induktivitäten
geschalteter Kondensator modelliert werden. Der einfachen Darstellbarkeit
halber ist der nicht auf dem Chip befindliche Kondensator 206 jedoch
als ein einfacher Kondensator modelliert.
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Infolge
der Randbedingungen bei der Herstellung würde der nicht auf dem Chip
befindliche Kondensator 206 selbstverständlich einige, jedoch geringe
Entfernungen von dem Chiplastwiderstand 202 entfernt angeordnet
sein. Folglich besteht zwischen dem Chiplastwiderstand und dem nicht
auf dem Chip befindlichen Kondensator 206 eine gewisse
Induktivität,
die durch die Induktionsspule 208 nachgebildet ist. Da
die Induktionsspule 208 dazu neigt, die Reaktionszeit des
nicht auf dem Chip befindlichen Kondensators 206 zu verlangsamen,
ist es wünschenswert,
die elektrische Entfernung zwischen dem nicht auf dem Chip befindlichen
Kondensator 206 und dem Chiplastwiderstand 202 zu
minimieren, somit also die Induktivität der Spule 208 zu
reduzieren. Dies kann erzielt werden, indem der nicht auf dem Chip
befindliche Kondensator 206 elektrisch so nahe wie möglich bei
dem Chiplastwiderstand angeordnet wird.
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Die
chipseitigen Kondensatoren 106 sind mit Bezug wieder auf
die 1 um den Umfang
des Chips 104 herum angeordnet und stellen für unterschiedliche
Punkte auf dem Chip über
elektrische Verbindungen/Leiterzüge
und Durchkontaktierungen (nicht dargestellt) und Ebenen in dem Baustein 102 Kapazitäten zur
Verfügung.
Da die chipseitigen Kondensatoren 106 um den Umfang des
Chips herum angeordnet sind, kann die Weglänge zwischen einem Hot-Spot
und einem Kondensator 106 eine verhältnismäßig hohe Induktivitätseigenschaft
zwischen dem Hot-Spot und dem Kondensator 106 zur Folge haben.
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Im
Gegensatz dazu können
die lötaugenseitigen
Kondensatoren 108 direkt unterhalb des Chips 104 und
somit direkt unterhalb einiger leistungsintensiver Bereiche des
Chips befestigt werden. In einigen Fällen können somit lötaugenseitige
Kondensatoren 108 elektrisch näher bei den leistungsintensiven
Bereichen des Chips als die chipseitigen Kondensatoren 106 angeordnet
werden, was einen geringeren Induktivitätsweg zwischen dem Hot-Spot
des Chips und den Kondensatoren 108 zur Folge hat. Der
Baustein umfasst jedoch auch Anschlüsse (nicht dargestellt), wie
beispielsweise Kontaktstifte oder Lötaugen, die auf seiner Lötaugenseite
angeordnet sind. In einigen Fällen
würde die
Anordnung von lötaugenseitigen
Kondensatoren 108 auf der Lötaugenseite des Bausteins mit
diesen Anschlüssen
interferieren.
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Somit
ist die Verwendung von lötaugenseitigen
Kondensatoren 108 für
das Induktionsproblem nicht immer eine brauchbare Lösung.
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Neben
den oben beschriebenen Induktionsaufgaben wurden durch die Entwicklung
der Industrie, die Vorrichtungsgrößen und Packungsdichten immer
weiter zu optimieren, zusätzliche
Aufgaben aufgeworfen. Wegen dieser Entwicklung wird der Betrag nutzbarer
Bausteinfläche,
die für
oberflächenmontierte
Kondensatoren zur Verfügung
steht, immer geringer und geringer.
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Da
elektronische Vorrichtungen immer mehr Einzug halten, besteht bei
verringerten Induktionslevels für
das Entkoppeln ein zunehmender Bedarf an höheren Kapazitätslevels,
Spannungsdämpfung
und Versorgung mit Ladung. Außerdem
besteht ein Bedarf an Kapazitätslösungen,
die nicht mit den Bausteinanschlüssen
interferieren und die die Industrie nicht auf bestimmte Vorrichtungsgrößen oder
Packungsdichten begrenzt. Dementsprechend besteht bei der Herstellung
und beim Betrieb von elektronischen Vorrichtungen und deren Bausteinen
ein technischer Bedarf nach alternativen Kapazitätslösungen.
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Im
Folgenden wird die Erfindung anhand der Ausführungsbeispiele und Figuren
näher erläutert. Es
zeigen:
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1 zeigt
einen Querschnitt eines Schaltungsbausteins mit chipseitigen und
lötaugenseitigen Kondensatoren
gemäß dem Stand
der Technik;
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2 zeigt
eine elektrische Schaltung, die die elektrischen Eigenschaften der
in der 1 dargestellten Kondensatoren nachbildet;
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3 zeigt
einen Querschnitt eines mehrstufigen Kondensators gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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4 zeigt
eine elektrische Schaltung, die die elektrischen Eigenschaften des
in der 3 dargestellten Kondensators nachbildet;
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5 zeigt
eine Draufsicht einer leitenden Elektroden-Schicht einer Versorgungsspannungs- oder
Masseebene für
eine erste Stufe eines mehrstufigen Kondensators gemäß einer
Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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6 zeigt
eine Draufsicht einer leitenden Elektroden-Schicht einer Versorgungsspannung- oder
Masseebene für
eine zweite Stufe eines mehrstufigen Kondensators gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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7 zeigt
eine Draufsicht einer leitenden Elektroden-Schicht einer Versorgungsspannung – oder Masseebene
für eine
dritte Stufe eines mehrstufigen Kondensators gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung;
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8 zeigt
ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens eines mehrstufigen
Kondensators gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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9-11 sind
schematische Querschnitte, die die unterschiedlichen Herstellungsstadien
eines mehrstufigen Kondensators gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen;
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12 zeigt
einen Querschnitt eines in einem elektronischen Schaltungsbaustein
integrierten Kondensators gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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13 zeigt
einen Querschnitt eines in einem elektronischen Schaltungsbaustein
integrierten Kondensators gemäß einer
anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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14 zeigt
eine Draufsicht eines elektronischen Schaltungsbausteins, der einen
integrierten Kondensator mit mehreren Kapazitätsstufen gemäß einer
Ausführungsform
der Erfindung umfasst;
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15 zeigt
ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens eines integrierten
Kondensators mit mehreren Kapazitätsstufen in einem Gehäuse gemäß einer
Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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16 zeigt
einen Schaltungsbaustein, eine Zwischenschicht, einen Sockel und
eine Leiterplatte, wobei jedes dieser Teile einen oder mehrere befestigte,
eingebaute und/oder integrierte Kondensatoren gemäß unterschiedlichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfassen könnten; und
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17 zeigt
ein elektronisches Universalsystem gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung.
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Verschiedene
Ausführungsformen
der Erfindung stellen einen mehrstufigen elektrischen Mehrschichtkondensator
zur Verfügung,
der verwendet werden kann, um einem Lastwiderstand zusätzliche Ladung,
Entkopplungskapazität
und Spannungsdämpfung
bei geringem Induktionsniveau zur Verfügung zu stellen. Jede Stufe
stellt Kapazität
bei einer unterschiedlichen Induktion zur Verfügung und umfasst mehrere Elektroden-Schichten,
die durch mehrere Schichten dielektrischen Materials voneinander getrennt
sind.
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Der
mehrstufige elektrische Mehrschichtkondensator umfasst eine erste
Kapazitätsstufe,
die mehrere erste Elektroden-Schichten umfasst, die voneinander
durch dielektrische Schichten getrennt sind. Der mehrstufige elektrische
Mehrschichtkondensator umfasst eine erste Anzahl erster Durchkontaktierungen,
die sich von einer Oberseite des Kondensators durch die mehreren
ersten Elektroden-Schichten erstrecken, wobei einige der ersten Durchkontaktierungen
elektrischen Kontakt mit jeder zweiten der mehreren ersten Elektroden-Schichten herstellen
und wobei andere der ersten Durchkontaktierungen elektrischen Kontakt
mit einem Rest der mehreren ersten Elektroden-Schichten herstellen.
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Der
mehrstufige elektrische Mehrschichtkondensator umfasst eine mit
der ersten Kapazitätsstufe elektrisch
verbundene zweite Kapazitätsstufe,
die mehrere zweite Elektroden- Schichten
umfasst und eine zweite Anzahl zweiter Durchkontaktierungen, die
sich durch die mehreren zweiten Elektroden-Schichten erstrecken,
wobei einige der zweiten Durchkontaktierungen elektrischen Kontakt
mit jeder zweiten der mehreren zweiten Elektroden-Schichten herstellen
und wobei andere der zweiten Durchkontaktierungen elektrischen Kontakt
mit einem Rest der mehreren zweiten Elektroden-Schichten herstellen, wobei
ein Wert der Kapazität
der ersten Kapazitätsstufe
von einem Wert der Kapazität
der zweiten Kapazitätsstufe
unterschiedlich ist.
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In
einer Ausführungsform
sind die Stufen in vertikaler Richtung gestapelt und über Durchkontaktierungen,
die sich durch einige oder alle Stufen hindurch erstrecken, elektrisch
miteinander verbunden. In einer anderen Ausführungsform sind eine oder mehrere
Stufen in einem mittleren Bereich des Kondensators angeordnet und
eine oder mehrere andere Stufen sind in einem Umfangsbereich des
Kondensators angeordnet. In dieser Ausführungsform sind die mittleren
Stufen und die Umfangsstufen mittels einer oder mehrerer zusätzlicher
Elektroden-Schichten elektrisch miteinander verbunden. Die Kondensatoren
der unterschiedlichen Ausführungsformen
können
als separate Vorrichtungen verwendet werden, die auf oder in einem
Gehäuse
(beispielsweise einem Baustein, einer Zwischenschicht, einem Sockel
oder einer Leiterplatte) befestigt werden können oder sie können ganz
innerhalb des Gehäuses
hergestellt werden.
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Die 3 zeigt
einen Querschnitt eines mehrstufigen Kondensators 300 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. In verschiedenen Ausführungsformen
kann der Kondensator 300 ein Keramikkondensator, Aluminiumoxidkondensator
oder ein Kondensator sein, der mit Hilfe geradezu jeder anderen
Technologie herstellt ist, wie es dem Fachmann anhand der hier gegebenen
Beschreibung klar ersichtlich werden würde.
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In
einer Ausführungsform
ist der Kondensator eine separate Vorrichtung, die elektrisch mit
einer Schaltung, mit der Chipseite oder der Lötaugenseite eines elektronischen
Schaltungsbausteins oder einer Zwischenschicht, einem Sockel oder
einer Leiterplatte verbunden werden kann. Der Kondensator 300 könnte ebenfalls
als separate Vorrichtung innerhalb eines Bausteins, einer Zwischenschicht,
eines Sockels oder einer Leiterplatte eingebaut werden. In einer
anderen Ausführungsform,
die in Verbindung mit den 12 – 15 beschrieben
werden, kann der Kondensator 300 innerhalb eines Bausteins,
einer Zwischenschicht, eines Sockels oder einer Leiterplatte hergestellt
werden.
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In
einer Ausführungsform
umfasst der Kondensator 300 zwei oder mehr Kapazitätsstufen 302, 304, 306.
Jede Stufe 302, 304, 306 umfasst mehrere Elektroden-Schichten 311-325.
In der gezeigten Anordnung umfasst die obere Stufe 302 Elektroden-Schichten 311-315,
die mittlere Stufe 304 umfasst Elektroden-Schichten 316-320 und
die untere Stufe 306 umfasst Elektroden-Schichten 321-325. Jede
Elektroden-Schicht 311-325 ist durch eine dielektrische
Schicht getrennt und jeder Satz benachbarter Elektroden-Schichten
und dazwischenliegender dielektrischer Schichten bilden eine parallelen Kondensator.
Somit bilden z.B. die Elektroden-Schichten 311 und 312 ebenso
wie die Elektroden-Schichten 313 und 314, etc.
einen parallelen Plattenkondensator.
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Die
Stufen 302, 304, 306 und die Elektroden-Schichten 311-325 sind
elektrisch miteinander über
leitfähige
Durchkontaktierungen verbunden, die im Folgenden als" Durchkontaktierungen" bezeichnet werden,
die sich an der Oberseite des Kondensators nach unten erstrecken.
Einige der Durchkontaktierungen 330, 332, 334,
die mit einer Stufe verbunden sind, stellen Kontakt zu jeder zweiten
Elektroden-Schicht der Stufe her, während andere Durchkontaktierungen 330, 332, 334,
die mit der Stufe verbunden sind, elektrischen Kontakt mit den restlichen Elektroden-Schichten
der Stufe herstellen.
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So
können
die Elektroden-Schichten abwechselnd mit Versorgungsspannung und
Masse (beispielsweise Vcc und Vss) verbunden sein, wodurch eine
kapazitive Ladung über
jedes Paar benachbarter Elektroden-Schichten zur Verfügung gestellt
wird. Somit können
die Elektroden-Schichten 311, 313, 315, 317, 319, 321, 323 und 325 mit
Versorgungsspannung verbunden sein und die Elektroden-Schichten 312, 314, 316, 318, 320, 322 und 324 können mit
der Masse verbunden sein, oder umgekehrt. In einer Ausführungsform
erstrecken sich die Durchkontaktierungen 334 bis zu der
Unterseite des Kondensators. Demzufolge können elektrische Verbindungen
durch die oberen Anschlüsse 340 und/oder
die unteren Anschlüsse 342 hergestellt werden.
In einer anderen Ausführungsform
könnten Verbindungen
ebenfalls über
seitlich begrenzende Anschlüsse
(nicht gezeigt) hergestellt werden, die elektrischen Kontakt mit
den Elektroden-Schichten entlang der vertikalen Seiten des Kondensators 300 herstellen.
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In
der in der 3 dargestellten Ausführungsform
sind die Stufen 302, 304, 306 in vertikaler Richtung
gestapelt. Somit sind die Stufen 304 und 306 im
Wesentlichen unterhalb der Stufe 302 angeordnet. Demzufolge
erstrecken sich die Durchkontaktierungen 332, die sich
durch die mittlere Stufe 304 erstrecken, ebenfalls durch
die Elektroden-Schichten 311-315 der oberen Stufe 302 und
stellen elektrischen Kontakt mit jeder zweiten Elektroden-Schicht der
oberen Stufe 302 her. Außerdem erstrecken sich die
Durchkontaktierungen 334, die sich durch die untere Stufe 306 hindurch
erstrecken, auch durch Elektroden-Schichten 311-320 der
oberen und mittleren Stufen 302, 304 und stellen
elektrischen Kontakt mit jeder zweiten Elektroden-Schicht in der
oberen und mittleren Stufe 302, 304 her. In einer
anderen Ausführungsform
könnten
einige aller Durchkontaktierungen 332, 334, die
sich durch die mittlere und untere Stufe 304, 306 hindurch
erstrecken, von den Elektroden-Schichten der oberen und mittleren
Stufe 302, 304 isoliert sein.
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Obwohl
in der 3 drei Kapazitätsstufen 302, 304, 306 dargestellt
sind, könnten
in verschiedenen Ausführungsformen
mehr oder weniger Stufen implementiert werden. Außerdem könnte, obwohl
wie dargestellt, jede Stufe 302, 304, 306 fünf Elektroden-Schichten besitzt,
jede Stufe mehr oder weniger Elektroden-Schichten umfassen. Obwohl
die Elektroden-Schichten 311-325 und die Stufen 302, 304, 306 als
zueinander benachbart dargestellt sind, könnten die unterschiedlichen
Elektroden-Schichten 311-325 und/oder die Stufen 302, 304, 306 außerdem auch durch
ein oder mehrere Signalträger
oder andere Schichten voneinander getrennt sein. Auch die Anzahl
der Durchkontaktierungen 330, 332, 334,
die jede Stufe 302, 304, 306 miteinander
verbinden, und die Anzahl der oberen Anschlüsse und/oder der unteren Anschlüsse 332 könnte sich
von der in der 3 dargestellten Anzahl unterscheiden.
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Die
Anzahl der Durchkontaktierungen 330, 332, 334,
die die Elektroden-Schichten 311-325 innerhalb
jeder Stufe 302, 304, 306 verbinden und durchdringen,
beeinflussen die Induktivität
und die Kapazität
der Stufe. Grundsätzlich
ist die Induktivität und
die Kapazität
jeder Stufe abhängig
von der Anzahl der Durchkontaktierungen.
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Die
Kapazität
jeder Stufe 302, 304, 306 ist von der
Fläche
der leitenden Elektroden-Schichten 311-325, die
die Stufe umfasst, und von der Dicke der dielektrischen Schicht
zwischen den Sätzen
leitfähiger
Elektroden-Schichten 311-325 abhängig. Wie
in Verbindung mit den 5-7 genauer
erläutert werden
wird, besitzen die Elektroden-Schichten 311-315 in
der oberen Stufe 302 mehrere Durchkontaktierungs-Durchgangsöffnungen,
die es den Durchkontaktierungen 330, 332, 334 ermöglichen,
zu den unteren Elektroden-Schichten durchzudringen. Jede Durchkontaktierungs-Durchgangsöffnung,
die durch eine Elektroden-Schicht 311-315 hindurchdringt,
vermindert den leitfähigen
Bereich der Elektroden-Schicht. In einer Ausführungsform besitzt die obere
Stufe 302 eine größere Anzahl
an durchkontaktierungen 330, 332, 334,
die ihre Elektroden-Schichten 311-315 verbindet
und durch sie hindurchdringt. Die mittlere Stufe 304 besitzt
weniger Durchkontaktierungen 332, 334, die ihre
Elektroden-Schichten 316-320 verbindet und durch
sie hindurchdringt und die untere Stufe 306 besitzt noch
weniger Durchkontaktierungen 334, die ihre Elektroden-Schichten 321-325 miteinander
verbindet und durch sie hindurchdringt. Somit sind die leitfähigen Bereiche
der Elektroden-Schichten 311-315 der oberen Stufe
die Kleinsten der drei Stufen und die leitfähigen Bereiche der Elektroden-Schichten 321-325 der
unteren Stufe sind die Größten der
drei Stufen. Dementsprechend besitzt die obere Stufe 302 die
geringste Induktivität
und Kapazität
der drei Stufen 302, 303, 304 und die
untere Stufe 306 besitzt die größte Induktivität und Kapazität der drei
Stufen 302, 304, 306.
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Neben
der Tatsache, umgekehrt proportional zu der Anzahl der Durchkontaktierungen
zu sein, die die Stufen verbinden und durchdringen, ist die Induktivität jeder
Stufe 302, 304, 306 zum Abstand der Stufe
von dem Lastwiderstand proportional. Da der Lastwiderstand mit der
Oberseite des Kondensators verbunden werden wird, ist in einer Ausführungsform
die obere Stufe 302 dem Lastwiderstand am nächsten, die
mittlere Stufe 304 ist weiter von dem Lastwiderstand entfernt
und die untere Stufe 306 ist am weitesten von dem Lastwiderstand
entfernt. Dementsprechend besitzt die obere Stufe bezüglich des
Lastwiderstands die geringste Induktivität, die mittlere Stufe 304 besitzt
mehr Induktivität
und die untere Stufe 306 besitzt die größte Induktivität.
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Wegen
der oben beschriebenen Induktivitäts- und Kapazitätseigenschaften
kann eine Stufe als Satz aus Schichten definiert werden, die spezifische
Induktivitäts-
und Kapazitätswerte
besitzen. Diese Konzepte werden unter Verwendung einer Modellierung
der elektrischen Eigenschaften des Kondensators 300 weiter
erläutert.
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Die 4 zeigt
eine elektrische Schaltung, die die elektrischen Eigenschaften des
in 3 dargestellten Kondensators nachbildet. Die Schaltung zeigt
einen Chiplastwiderstand 402, der, um richtig zu funktionieren,
Kapazität
oder Rauschdämpfung
benötigt.
Einige der Kapazitäten
können
durch die auf dem Chip angeordnete Kapazität 404 bereitgestellt werden.
Zusätzliche
Kapazität
wird außerhalb
des Chips durch den Kondensator 406 bereitgestellt. Dies
ist ein Kondensator, der in einer Ausführungsform eine Struktur, wie
die in der 3 gezeigte, aufweist.
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Der
Kondensator 406 ist in Form von drei zueinander parallel
geschalteten Kondensatoren 408, 410, 412 modelliert,
wobei jeder von dem Chiplastwiderstand 402 durch eine gewisse
Induktivität 402, 4022, 424 getrennt
ist. Jeder der Kondensatoren 408, 410, 412 könnte genauer
als ein mit einem gewissen Widerstand und Induktivität in Serie
geschalteter Kondensator modelliert werden. Der einfachen Darstellbarkeit
halber sind die Kondensatoren 408, 410, 412 jedoch
als einfache Kondensatoren modelliert.
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Mit
Bezug auf die 3 repräsentiert der Kondensator 408 ebenfalls
die obere Stufe 302, der Kondensator 410 repräsentiert
die mittlere Stufe 304 und der Kondensator 412 repräsentiert
die untere Stufe 306. Wegen der bereits oben dargelegten Gründe besitzt
der Kondensator 408 die geringste Kapazität; er besitzt
aber auch die geringste Induktivität 320 zum Lastwiderstand 402.
Der Kondensator 410 besitzt eine höhere Kapazität und eine
höhere
Induktivität 422 zum
Lastwiderstand 402. Schließlich besitzt der Kondensator 412 die
höchste
Kapazität und
die höchste
Induktivität 424 zum
Lastwiderstand 402.
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Die
Induktivitäten 420, 422, 424 haben
einen Einfluss auf die Reaktionszeit der Kondensatoren 408, 410, 412.
Wenn Hochfrequenztransienten oder ein Spannungsabfall erfolgt, wird
der Kondensator 408 (beispielsweise Stufe 302, 3)
somit als erstes reagieren, da dieser die geringste Induktivität zum Chiplastwiderstand 402 besitzt.
Obwohl der von dem Kondensator 408 bereitgestellte Betrag
an Kapazität relativ
gering ist, sollte dessen Ausführung
so sein, dass der Kondensator 408 genügend Kapazität für Hochfrequenztransienten
mit der höchst
zu erwartenden Frequenz zur Verfügung
stellen wird. Bei niedrigeren Frequenzen wird zusätzliche
Kapazität
von dem Kondensator 410 (beispielsweise Stufe 304, 3)
und dann dem Kondensator 412 (beispielsweise Stufe 306, 3)
bereitgestellt. Obwohl die Induktivität zu diesen Kondensatoren 410, 412 mit
einer niedrigeren Reaktionszeit höher ist, ist die gesamte, für den Chiplastwiderstand 402 verfügbare Kapazität, größer als
sie sein würde,
wenn nur ein Kondensator 408 zur Verfügung stehen würde.
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Mit
Bezug auf die 3 und wie bereits zuvor erwähnt, ist
die Anzahl der Durchkontaktierungen 330, 332, 334,
die mit den Elektroden-Schichten 311-325 in jeder
Stufe 302, 304, 306 verbunden sind, umgekehrt
proportional zu der Induktivität
und der Kapazität
der Stufe. Außerdem
besitzt die obere Stufe 302 die meisten Durchkontaktierungen 330, 332, 334,
die ihre Elektroden-Schichten 311-315 miteinander
verbinden, die mittlere Stufe 304 besitzt weniger Durchkontaktierungspunkte 332, 334,
und die untere Stufe 306 besitzt am wenigsten Durchkontaktierungen 334.
Somit besitzen die Elektroden-Schichten 311-325 in
jeder folgenden Stufe 302, 304, 306 weniger
und weniger Durchkontaktierungsöffnungen,
wie in Verbindung mit den 5 bis 7 beschrieben wird.
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Die 5 ist
eine Draufsicht einer Versorgungsspannungs- oder eine Masseebene
einer leitfähigen
Elektroden-Schicht 500 (beispielsweise eine der Elektroden-Schichten 311 bis 315, 3)
einer erste Stufe (beispielsweise Stufe 302, 3)
eines mehrstufigen Kondensators gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Elektroden-Schicht 500 umfasst leitfähiges Material 502, durch
das Öffnungen 504 geformt
sind.
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Wenn
die Elektroden-Schicht 500 in einen Kondensator (beispielsweise
Kondensator 300, 3) integriert
ist, erstrecken sich einige Durchkontaktierungen (beispielsweise
Durchkontaktierungen 330, 332, 334, 3)
durch die Löcher 504,
ohne elektrischen Kontakt mit dem leitfähigen Material 502 herzustellen.
Diese Durchkontaktierungen, die hier als "isolierte Durchkontaktierungen" bezeichnet werden,
besitzen einen Durchmesser, der geringer als die Öffnungen 504 ist
und die Durchkontaktierungen stellen elektrischen Kontakt mit anderen
Elektroden-Schichten her (nicht dargestellt), die sich direkt oberhalb
und/oder direkt unterhalb der Elektroden-Schicht 500 befinden.
In dem Bereich zwischen den Öffnungen 504 sind
durch das leitfähige
Material andere Durchkontaktierungen geformt. Diese hier als "Kontakt-Durchkontaktierungen" bezeichneten Durchkontaktierungen,
stellen Kontakt mit der Elektroden-Schicht 500 her, jedoch
nicht mit den Elektroden-Schichten (nicht dargestellt), die sich
direkt oberhalb und/oder direkt unterhalb der Elektroden-Schicht 500 befinden.
Wenn die Elektroden-Schicht 500 mit Masse verbunden ist,
würden dementsprechend
mehrere Kontakt-Durchkontaktierungen durch das leitfähige Material 502 geformt
werden und mehrere isolierte Durchkontaktierungen würden sich
durch die Öffnungen 504 hindurch
erstrecken.
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Da
benachbarte Elektroden-Schichten jeweils mit Versorgungsspannung
und Masse verbunden sind, ist in einer Ausführungsform die Struktur des
leitfähigen
Materials 502 für
jede folgende Schicht innerhalb einer Stufe versetzt. Anders ausgedrückt würden die Öffnungen
benachbarter Schichten einer Schicht direkt oberhalb oder direkt
unterhalb der Elektroden-Schicht 500 mit dem leitfähigen Materiakl 502 zusammenfallen
und leitfähiges
Material benachbarter Elektroden-Schichten würde mit Öffnungen 504 zusammenfallen.
So würde
eine einzelne Durchkontaktierung, die sich durch beide Schichten
erstreckt, von einer der Schichten isoliert sein und mit der benachbarten
Schicht in elektrischem Kontakt stehen.
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In
einer Ausführungsform
liegt der Lochabstand, d.h. die Entfernung von Mittelpunkt zu Mittelpunkt,
in einem Bereich von 200 × 10–6 m
bis 500 × 10–6 m,
obwohl der Lochabstand in anderen Ausführungsformen zwischen den Öffnungen 504 größer oder
kleiner sein könnte.
Wenn der Lochabstand zwischen den Löchern 504 gering ist,
ist im Allgemeinen die Induktivität geringer, jedoch ist auch
die Kapazität geringer.
Wenn der Lochabstand zwischen den Löchern 504 groß ist, ist
die Kapazität
größer, ebenso aber
auch die Induktivität.
Der Lochabstand zwischen den Löchern 504 könnte genauso
gut in Abhängigkeit
von der Art des Kondensators (beispielsweise Keramik, Aluminiumoxid,
etc.) größer oder
kleiner sein.
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Wie
in der 3 dargestellt, besitzt jede folgende niedrigere
Stufe 302, 304, 306 weniger und weniger
Durchkontaktierngen 330, 332, 334, die
mit ihren Elektroden-Schichten 311 bis 325 verbunden sind.
Demzufolge besitzen die Elektroden-Schichten 311 bis 325 für jede folgende
niedrigere Stufe 302, 304, 306 weniger
und weniger Öffnungen.
Dies ist in den 6 und 7 dargestellt.
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Die 6 zeigt
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung eine Draufsicht einer Versorgungsspannungs-
oder Masseebene einer leitfähigen
Elektroden-Schicht 600 für eine zweite Stufe (beispielsweise
Stufe 304, 3) eines mehrstufigen Kondensators.
Die Elektroden-Schicht 600 umfasst leitfähiges Material 602,
durch das Öffnungen 604 geformt
sind. Ähnlich
wie bei der Elektroden-Schicht 500 (5) erstrecken
sich isolierte Durchkontaktierungen durch die Öffnungen 604 und durch
das leitfähige
Material 602 sind zwischen den Öffnungen 604 Kontakt-Durchkontaktierungen
geformt. Auf diese Art und Weise können benachbarte Elektroden-Schichten
innerhalb der Stufe jeweils mit Versorgungsspannung und Masse verbunden
sein und einen parallelen Plattenkondensator bilden.
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Wenn
man die Elektroden-Schicht 600 der Elektroden-Schicht 500 (5)
gegenüberstellt,
wird offensichtlich, dass die Elektroden-Schicht 600 wesentlich
weniger Öffnungen 604 durch
ihr leitfähiges Material 602 aufweist.
Da die Elektroden-Schicht 600 mehr leitfähige Oberfläche besitzt,
können,
wenn die Elektroden-Schicht 600 und eine benachbarte Elektroden-Schicht
(nicht dargestellt) verwendet werden, um einen parallelen Plattenkondensator
zu bilden, diese mehr Ladung speichern als ein Kondensator, der
aus einer Elektroden-Schicht 500 und einer benachbarten
Elektroden-Schicht gebildet ist.
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Die 7 zeigt
eine Draufsicht einer Versorgungsspannungs- und einer Massenebene
einer leitfähigen
Elektroden-Schicht 700 für eine dritte Stufe (beispielsweise
Stufe 306, 3) eines mehrstufigen Kondensators
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die Elektroden-Schicht 700 umfasst
leitfähiges
Material 702, durch das Öffnungen 704 geformt
sind. Ähnlich
wie bei den Elektroden-Schichten 500 (5)
und 600 (6) erstrecken sich isolierte
Durchkontaktierungen durch die Öffnungen 704 und
Kontakt-Durchkontaktierungen sind
durch das leitfähige
Material zwischen den Öffnungen 704 geformt.
Auf diese Art und Weise können benachbarte
Elektroden-Schichten jeweils mit Versorgungsspannung und Masse verbunden
sein und einen parallelen Plattenkondensator bilden.
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Wenn
man die Elektroden-Schicht 700 den Elektroden-Schichten 500 (5)
und 600 ( 6) gegenüber stellt, wird offensichtlich,
dass die Elektroden-Schicht 700 wesentlich weniger Öffnungen durch
ihr leitfähiges
Material 702 besitzt. Da die Elektroden-Schicht 700 mehr
leitfähige
Oberfläche
besitzt, können,
wenn die Elektroden-Schicht 700 und eine benachbarte Elektroden-Schicht
(nicht dargestellt) verwendet werden, um einen parallelen Plattenkondensator
zu bilden, diese mehr Ladung speichern, als Kondensatoren, die aus
einer Elektroden-Schicht 500 und einer benachbarten Elektroden-Schicht
oder aus einer Elektroden-Schicht 600 und einer benachbarten
Elektroden-Schicht gebildet werden.
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Obwohl
in den 5 bis 7 jede Öffnungsreihe versetzt zu benachbarten Öffnungsreihen
dargestellt ist, könnten
in anderen Ausführungsformen
die Öffnungen
in einer ausgerichteten Gitterstruktur oder in anderen Mustern angeordnet
sein. Außerdem
dient die Anzahl der in den 5 bis 7 dargestellten Öffnungen
lediglich Illustrationszwecken und es könnten mehr oder weniger Öffnungen
in verschiedenen Ausführungsformen
verwendet werden.
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Als
separate Vorrichtung könnte
der Kondensator 300 auf einem elektronischen Schaltungsbaustein
(entweder auf der Lötaugenseite
oder auf der Chipseite), einer Zwischenschicht, einem Sockel oder
einer Leiterplatte befestigt werden. Die Befestigungsart, mit der
der Kondensator an dem Baustein, der Zwischenschicht, dem Sockel
oder der Leiterplatte befestigt wird, würde von der Technologie abhängen, die
verwendet wird, um den Kondensator zu bauen. Der Kondensator 300 könnte in
einem keramischen, organischen Dielektrikum oder einer anderen Art
von Gehäuse
unter Verwendung von Oberflächenbefestigung,
Bonddraht und/oder anderen Technologien verpackt werden. Verfahren
zum Bestücken eines
separaten Kondensators, wie beispielsweise des Kondensators 300 sind
dem Fachmann allseits bekannt und deshalb hier nicht im Detail erläutert. In einigen
Ausführungsformen
könnte
der Kondensator 300 als separates Bauelement ohne Gehäuse verwendet
werden.
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In
einer Ausführungsform
ermöglichen
es obere Anschlüsse 340 und
untere Anschlüsse 342 dem
Kondensator 300 zwischen einer Schaltung und einem Baustein
oder Sockel, befestigt zu werden. In solch einer Ausführungsform
können
die oberen Anschlüsse 340 elektrisch
und mechanisch mit einer Unterseite einer Organic-Land-Grid-Array
(OLGA) -artigen oder einer Flip-Chip-Pin-Grid-Array (FCPGA) -artigen
Schaltung unter Verwendung von Lötverbindungen
verbunden werden. Die unteren Anschlüsse 342 können dann
elektrisch und mechanisch mit den oberen Anschlüssen eines Land-Grid-Array-Sockels
(LGA) verbunden werden.
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In
einer anderen Ausführungsform
könnte der
Kondensator 300 innerhalb einer Art Gehäuse, wie beispielsweise einem
Baustein, einer Zwischenschicht, einem Sockel oder einer Leiterplatte
eingebettet sein. In solch einer Ausführungsform ist in dem Gehäuse ein
Hohlraum gebildet und der Kondensator 300 ist in den Hohlraum
eingepasst. Der Hohlraum würde
dann gefüllt
werden und zusätzliche Schichten
könnten über dem
Kondensator 300 aufgebaut werden. Der Kondensator 300 ist
elektrisch mit den oberen Anschlüssen
und/oder den unteren Anschlüssen,
und/oder anderen Elektroden-Schichten des Gehäuses unter Verwendung von Mikro-Durchkontaktierungen
verbunden.
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In
noch einer weiteren alternativen Ausführungsform könnte der
Kondensator 300 innerhalb eines Gehäuses eingebettet werden, indem
der Kondensator 300 an einer Elektroden-Schicht befestigt wird,
Schichten über
dem Kondensator 300 aufgebaut werden und indem Durchkontaktierungen
gebildet werden, um den Kondensator 300 mit den oberen Anschlüssen und/oder
den unteren Anschlüssen und/oder
anderen Schichten innerhalb des Gehäuses elektrisch zu verbinden.
Wie später
noch detaillierter beschrieben wird, kann der Kondensator 300 in zahlreichen
anderen Anordnungen und unter Verwendung verschiedener anderer Verbindungstechniken
in anderen Ausführungsformen
innerhalb einer Schaltung, eines Bausteins, einer Zwischenschicht, eines
Sockels oder einer Leiterplatte integriert, darin eingebettet oder
damit verbunden werden.
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Die 8 zeigt
ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens eines mehrstufiger
Kondensators (beispielsweise Kondensator 300, 3)
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Die 8 sollte
in Verbindung mit den 9 bis 11 betrachtet
werden, die schematische Querschnitte darstellen und die unterschiedlichen Herstellungsstadien
eines mehrstufigen Kondensators gemäß einer Ausführung der
vorliegenden Erfindung zeigen. In verschiedenen Ausführungsformen könnte der
mehrstufige Kondensator (beispielsweise Kondensator 300, 3)
unter Verwendung von keramischen Mehrschicht-, organischen oder
Dünnschichtverfahren
gebildet werden. Der einfachen Beschreibung halber ist in Verbindung
mit der 8 ein Verfahren zum Bilden eines
keramischen Mehrschichtkondensators, begleitet von Beschreibungen von
Variationen, die sich auf organische oder Dünnschichtverfahren beziehen,
beschrieben. Da die speziellen Herstellungsverfahren, die in all
diesen Technologien verwendet werden, dem Fachmann allseits bekannt
sind, sind spezielle Details dieser Herstellungsverfahren in dieser
Beschreibung nicht beinhaltet.
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Das
Verfahren beginnt in Block 802 mit dem Herstellen einer
Mehrschichtstruktur (beispielsweise Struktur 900, 9).
Die Struktur 900 umfasst mehrere Kapazitätsstufen 902, 904, 906,
wobei jede Stufe mehrere Elektroden-Schichten 910, 912, 814 besitzt,
die durch dielektrisches Material getrennt sind. Obwohl in der 9 drei
Stufen 902, 904, 906 und fünfzehn Elektroden-Schichten 910, 912, 914 dargestellt
sind, könnten
in der Struktur 900 in anderen Ausführungsformen mehr oder weniger
Stufen und/oder Elektroden-Schichten umfasst sein.
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In
einer Ausführungsform
ist die Struktur unter Verwendung eines keramischen Mehrschichtverfahrens
gebildet. Grundsätzlich
sind die leitfähigen Schichten 910, 912 und 914 im
Siebdruck auf einzelnen keramischen Schichten hergestellt. Diese Schichten
werden dann ausgerichtet, zusammengestapelt und in Stellung gehalten
und bilden so die Struktur 900.
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In
einer anderen Ausführungsform
in der die Struktur 900 unter Verwendung von organischen oder
Dünnschichttechnologien
gebildet wird, wird die Struktur 900 unter Verwendung eines
Aufbauverfahrens gebildet. Das Aufbauverfahren umfasst grundsätzlich das
aufeinanderfolgende Bilden und Strukturieren der Schichten aus dielektrischen
und leitfähigen
Materialien auf der Oberfläche
jeder anderen Schicht.
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Die
leitfähigen
Elektroden-Schichten 910, 912, 914 könnten in
verschiedenen Ausführungsformen
aus verschiedenen leitfähigen
Materialien, wie beispielsweise Dick- oder Dünnschichtnickel, Kupfer, gesputterten
Leitern oder Schichten mit Aluminiumabdeckungen gebildet werden,
obwohl andere geeignete leitfähige
Materialien ebenfalls verwendet werden könnten. Die dielektrischen Materialien
zwischen den Elektroden-Schichten 910, 912, 914 könnten beispielsweise
in verschiedenen Ausführungsformen Bariumtitanatkeramik,
Polymerschichten oder Aluminiumoxidschichten sein, obwohl andere
dielektrische Materialien ebenso verwendet werden könnten. In
einer Ausführungsform
besitzt das dielektrische Material einen sehr hohen Dielektrizitätskonstante
im Bereich zwischen 2000 bis 5000, obwohl ebenso dielektrische Materialien
mit einer höheren
oder geringeren Dielektrizitätskonstanten
verwendet werden könnten. Außerdem sind
in einer Ausführungsform
die dielektrischen Schichten sehr dünn. Beispielsweise könnten die
dielektrischen Schichten in einem Bereich zwischen 1 × 10–6 m
bis 30 × 10–6 m
liegen, obwohl die Schichten in anderen Ausführungsformen dicker oder dünner sein
könnten.
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In
Block 804 werden die Durchkontaktierungsöffnungen
(beispielsweise Öffnungen 1002, 1004, 1006, 10)
durch die Oberseite 1010 der Struktur gebildet. Wenn Keramikmehrschichttechnologien
verwendet werden, werden die Durchkontaktierungsöffnungen 1002, 1004, 1006 durch
die gestapelte Anordnung der keramischen und leitfähigen Schichten
hindurch gebildet. In einer anderen Ausführungsform werden die Durchkontaktierungsöffnungen 1002, 1004, 1006 in
jeder keramischen Schicht gebildet, bevor die Schichten ausgerichtet und
gestapelt werden. Dementsprechend wären die Blocks 802, 804 kombinierte
Prozesse. In alternativen Ausführungsformen,
in denen organische oder Dünnschichtaufbautechnologien
verwendet werden, werden die Durchkontaktierungsöffnungen 1002, 1004, 1006 nach
oder während
des Aufbauens der Schichten gebildet.
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Die
Durchkontaktierungsdurchgangsöffnungen
könnten
in verschiedenen Ausführungsformen unter
Verwendung von Laserbohrern, mechanischem Bohrern und/oder mechanischem
Pressen oder Stanzen gebildet werden. Die Durchkontaktierungsöffnungen 1002, 1004, 1006 bilden
zwischen den Schichten verschiedener Stufen 902, 904, 906 und der
Oberseite der Struktur Öffnungen.
In einer Ausführungsform
bilden einige der Öffnungen 1006 ebenfalls Öffnungen
an der Unterseite 1012 der Struktur. Beispielsweise bilden
die Öffnungen 1002 Öffnungen
für einige
Elektroden-Schichten 910 der Stufe 902, die Öffnungen 1004 bilden Öffnungen
für einige
Elektroden-Schichten 910, 912 der Stufen 902 und 904 und
die Öffnungen 1006 bilden Öffnungen für einige
Elektroden-Schichten 910, 912, 914 der Stufen 902, 904 und 906.
In einer Ausführungsform erstrecken
sich die Öffnungen 1006 bis
zur Unterseite des Kondensators, so dass möglicherweise elektrische Anschlüsse an den
Durchkontaktierungen an der Unterseite herstellt werden können.
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Wie
zuvor beschrieben, bilden die Öffnungen 1002, 1004, 1006 Öffnungen
für jede
andere Elektroden-Schicht 910, 912, 914.
Auf diese Art und Weise kann jede andere Elektroden-Schicht verbunden werden,
und zwar mit Versorgungsspannung oder Masse, und somit kapazitive
Ladung über
die dielektrischen Materialien, die die Elektroden-Schichten 910, 912, 914 voneinander
trennen, zur Verfügung
zu stellen.
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In
Block 806 wird leitfähiges
Durchkontaktierungsmaterial in den Durchkontktierungsöffnungen abgelagert,
das leitfähige
Durchkontaktierungen (1102, 1104, 1106, 11)
an der Ober- und Unterseite der Struktur bildet. In einer Ausführungsform,
in der keramische Mehrschichttechnologien verwendet werden, werden
die Durchkontaktierungsöffnungen mit
einer Paste [frit paste] aus Metall und Glas gefüllt, die in Block 808 mit
dem Keramik in einem gemeinsamen Einbrennprozess eingebrannt wird.
In den anderen Ausführungsformen
werden die Durchkontaktierungsöffnungen
mit einem metallischen Material gesputtert abgelagert oder galvanisiert.
In noch anderen Ausführungsformen,
in denen die Durchkontaktierungen während eines Aufbauprozesses
gebildet werden, können
die Durchkontaktierungsöffnungen
während
des Aufbauens der Schichten gefüllt werden.
In diesen Ausführungsformen
wären die Blocks 802, 804 und 808 kombinierte
Prozesse. In verschiedenen Ausführungsformen
könnte
das Durchkontaktierungsmaterial oder Verbindungskontaktmaterial
Kupfer, Nickel oder andere geeignete Leiter umfassen.
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Nachdem
die Kondensatorstruktur und die Durchkontaktierungen oder Verbindungskontakte
fertiggestellt sind, werden in Block 810 auf der Ober- und
Unterseite des Kondensators Anschlüsse (beispielsweise Anschlüsse 340, 342, 3)
gebildet. In einer Ausführungsform
werden die Anschlüsse
aus einem Material gebildet, das sich zum Fließlöten eignet, oder aus einem
Material, das geeignet ist, behandelt zu werden, nachdem der Kondensator
auf einem Substrat oder innerhalb eines Gehäuses, wie beispielsweise einem
Baustein, einer Zwischenschicht, einem Sockel oder einer Leiterplatte
eingebettet ist.
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In
einer Ausführungsform
werden mehrere Kondensatoren gleichzeitig gebildet. Nachdem die Kondensatoren
gebildet sind, werden sie daher in Block 812 separiert.
Das Trennen der Kondensatoren kann beispielsweise unter Verwendung
einer Lasersäge
oder einer mechanischen Säge
erfolgen. In einer anderen Ausführungsform
wird jeder Kondensator einzeln gebildet und ein Trennen ist nicht
erforderlich. Nach dem Trennen der Kondensatoren ist das Verfahren
beendet.
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Obwohl
es nicht immer notwendig oder wünschenswert
ist, die Kondensatoren mit einem Gehäuse zu umgeben (zu verpacken)
nachdem sie hergestellt und getrennt sind, kann in einigen Fällen ein Verpackungsprozess
wünschenswert
sein. Das Verpacken jedes Kondensators kann unter Verwendung von
Verfahren erfolgen, die dem Fachmann allseits bekannt sind. Beispielsweise
kann der Kondensator unter Verwendung von geformtem Kunststoff,
gepresstem Keramik, laminiertem Keramik/Plastik oder anderen Technologien
verpackt werden, die dem Fachmann bekannt sind. In einigen Anwendungen,
in denen der Kondensator innerhalb eines Gehäuses eingebettet oder direkt
an einer Schaltung befestigt ist, könnte es unerwünscht sein,
den Kondensator zu verpacken. In derartigen Fällen wird das Verpacken nicht
durchgeführt.
Wie bereits beschrieben, könnte der
in 3 dargestellte Kondensator in einer separaten
Vorrichtung implementiert werden, die innerhalb eines Gehäuses, wie
beispielsweise einem IC (Baustein), Sockel, Zwischenschicht oder
Leiterplatte angebracht oder eingebettet ist. In anderen Ausführungsformen
könnte
der Kondensator innerhalb solch eines Gehäuses während der Herstellung des Gehäuses integriert
werden.
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Die 12 zeigt
einen Querschnitt eines Kondensators, der gemäß einer Ausführungsform der
vorliegenden Erfindung innerhalb eines elektronischen Schaltungsbausteins 1202 integriert
ist. Der Baustein 1202 umfasst innerhalb seiner Schichten
einen integrierten Kondensator, der aus zwei Kapazitätsstufen 1210, 1212 gebildet
ist, die hier als "Mittelstufen" bezeichnet werden.
Jede Stufe 1210, 1212 umfasst mehrere Elektroden-Schichten 1220, 1222, wobei
jede Elektroden-Schicht durch dielektrisches Material getrennt ist.
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Der
integrierte Kondensator ist elektrisch mit anderen Bausteinschichten
und/oder der Ober- und Unterseite
des Bausteins 1202 unter Verwendung von Durchkontaktierungen 1230, 1232 verbunden, die
hier als " Durchkontaktierungen" bezeichnet werden.
Die Durchkontaktierungen 1230 sind elektrisch mit den Elektroden-Schichten 1220 der
oberen Stufe 1210 verbunden und die Durchkontaktierungen 1230 sind
elektrisch mit den Elektroden-Schichten 1220, 1222 der
oberen und unteren Stufe 1210, 1212 verbunden.
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In
einer Ausführungsform
existieren zwischen der Schaltung 1240 und der oberen Stufe 1210 eine
oder mehrere strukturierte, leitfähige Übergangsschichten 1250.
Für die
Umwandlung der Lochabstände
zwischen dem Lochabstand (d.h. der Abstand von Mitte zu Mitte) der
Durchkontaktierungen 1230, 1232 und dem Lochabstand
der chipseitigen Anschlüsse 1242 sind Übergangsschichten 1250 bereitgestellt.
Die Übertragungsschichten 1250 könnten auch
zur Lochabstandumwandlung für
andere Lötaugen-
und Chipbumplochabstände
in anderen Stufen verwendet werden. In einer anderen Ausführungsform,
in der der Lochabstand der Durchkontaktierungen 1230, 1232 und
der Lochabstand der Chip-Kontakte 1242 dichter beieinander
liegen können,
könnten
die Übergangsschichten 1250 eliminiert oder
für andere Zwecke
verwendet werden. In noch einer anderen Ausführungsform können zwei
oder mehr Schichten einer oberen Stufe 1210 einer eingebetteten
Kondensatorstruktur verwendet werden, um die Umwandlung der Lochabstände zu gewährleisten und
somit den Bedarf nach Übergangsschichten 1250 eliminieren.
Der Baustein 1202 umfasst auch Signaldurchkontaktierungen 1260,
die Signale zwischen der Schaltung 1240 und einer oder
mehreren zusätzlichen
Elektroden-Schichten 1270 des Bausteins 1202 transportieren.
Diese zusätzlichen
Elektroden-Schichten 1270, die auch als Fan-Out-Schichten
bezeichnet werden, ermöglichen
es den Signalen, die von den Signaldurchkontaktierungen 1260 transportiert
werden, auf die Lötaugen 1272 und
die Anschlüsse 1280 auf
der Unterseite (d.h. der Lötaugenseite)
des Bausteins 1202 übertragen
zu werden. Die Fan-Out-Schichten 1270 gewährleisten
ebenfalls die Zuleitung von Versorgungsspannung und Masse von den
Lötaugen 1272 und
den Anschlüssen 1280 zu
den Stufen 1212, 1210 der Mehrschichtkondensatorstruktur.
Anders ausgedrückt
gewährleisten
die Fan-Out-Schichten 1270 die Umwandlung des Lochabstandes
zwischen dem Lochabstand der lötaugenseitigen
Lötaugen 1272 und
den Lochabständen
der chipseitigen Löthöcker (Chipbumps) 1242 und/oder der
Durchkontaktierungen 1232, die mit der untersten Stufe 1212 zusammenhängen. Beispielsweise könnten die
Fan-Out-Schichten 1270 die Umwandlung der Lochabstände von
450 × 10–6 m
für die
lötaugenseitigen
Lötaugen 1272 auf
150 × 10–6 m
für die Chipbumps 1242 gewährleisten.
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In
einer anderen Ausführungsform
können
in den Stufen 1210, 1212 einige oder alle der
gewünschten
Lochabstandumwandlungen für
Versorgungsspannung und Masse durch die entsprechende Auslegung
der Lochabstände
der Durchkontaktierungen erreicht werden. Mit Bezug wieder auf die 5 bis 7 ist
es offensichtlich, dass der Lochabstand der Durchkontaktierungen
in der oberen Stufe (5) geringer ist als der Lochabstand
der Durchkontaktierungen in den unteren Stufen (6 und 7).
Wenn eine bestimmte Lochabstandumwandlung für Versorgungsspannung und Masse
erwünscht
ist, kann diese Lochabstandumwandlung deshalb ganz oder teilweise
durch die Auslegung bestimmter Lochabstände zwischen den Durchkontaktierungen
in der oberen und der unteren Stufe erzielt werden.
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Als
Beispiel sei angenommen, dass der Lochabstand der chipseitigen Löthöcker (Chipbumps)
[die bumps] 150 × 10–6 m
und der Lochabstand der lötaugenseitigen
Lötaugen
450 × 10–6 m beträgt. In solche
einem Falle könnte
die obere Stufe 1210 einen Lochabstand von 150 × 10–6 m
besitzen und die untere Stufe 1212 könnte einen Durchkontaktierungslochabstand
von 450 × 10–6 m
besitzen. In anderen Ausführungsformen,
wenn mehr als zwei Kapazitätsstufen
implementiert sind, können
die Durchkontaktierungslochabstände
schrittweise von der oberen Stufe zu der unteren Stufe zunehmen,
bis die gewünschte
Lochabstandumwandlung erreicht ist.
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Obwohl
es wünschenswert
sein kann, die gesamte Lochabstandumwandlung für Versorgungsspannung und Masse
durch schrittweise Zunahme der Durchkontaktierungslochabstände in darunter folgenden
Stufen zu bewerkstelligen, kann es ebenso wünschenswert sein, nur einen
Teil der Lochabstandumwandlung unter Verwendung der Lochabstandvariationen
zwischen den Stufen zu bewerkstelligen. Unter Verwendung des obigen
Beispiels, in dem der Chiplochabstand 150 × 10–6 m
und der lötaugenseitige
Lötaugenlochabstand
450 × 10–6 m
beträgt,
könnten
die Stufen 1210, 1212 verwendet werden, um den
Lochabstand zwischen den Durchkontaktierungen auf einen gewissen
Mittelwert, wie beispielsweise 300 × 10–6 m
umzuwandeln. Die Lochabstandumwandlung von 300 × 10–6 m
auf 450 × 10–6 m würde, wie
zuvor beschrieben, dann unter Verwendung von Fan-Out-Schichten 1270 erzielt
werden.
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Die
elektrischen Eigenschaften der integrierten Kondensatorstruktur
sind oben im Detail in Verbindung mit den 3 bis 7 beschrieben
worden. Grundsätzlich
stellt die Struktur zwei zusätzliche Entkopplungskapazitätslevels
für eine
Schaltung 140, die an dem Baustein 1202 angebracht
ist, zur Verfügung.
Die obere Stufe 1210 stellt ein niedrigeres Kapazitätslevel
bei einer sehr geringer Induktivität zur Verfügung und die untere Stufe 1212 stellt
ein höheres
Kapazitätslevel
bei einer höheren
Induktivität zur
Verfügung.
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In
einigen Fällen
kann es wünschenswert sein,
der Schaltung sogar noch mehr Entkopplungskapazitätsstufen
mit geringer Induktivität
zur Verfügung
zu stellen. Alternativ kann es wünschenswert sein,
eine oder mehrere Kapazitätsstufen
unterhalb des Zentrums der Schaltung zu besitzen und eine oder mehr
zusätzliche
Kapazitätsstufen
in Bereichen zu besitzen, die sich nicht unterhalb der Schaltung befinden.
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Eine
Ausführungsform,
die solche zusätzlichen
Kapazitäten
zur Verfügung
stellt, ist in der 13 dargestellt, die einen Querschnitt
eines Kondensators darstellt, der gemäß einer anderen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung innerhalb eines elektronischen Schaltungsbausteins 1302 integriert
ist. Der in der 13 dargestellte Baustein ist dem
in der 12 dargestellten Baustein 1202 dahingehend ähnlich,
dass dieser Baustein 1302 zumindest eine mittlere Kapazitätsstufe 1310, 1312 umfasst,
die unterhalb der Schaltung 1340 angeordnet und mit dem
Baustein 1302 verbunden ist. Außerdem umfasst der Baustein 1302 eine
oder mehrere Übergangsschichten 1350,
Fan-Out-Schichten 1370, Durchkontaktierungen 1330 und
Signaldurchkontaktierungen 1360.
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Abweichend
von der in 12 dargestellten Ausführungsform
umfasst die in der 13 dargestellte Ausführungsform
jedoch auch eine oder mehrere zusätzliche Kapazitätsstufen 1380,
die in Bausteinbereichen angeordnet sind, die sich nicht unterhalb
der Schaltung 1340 befinden. Diese zusätzlichen Stufen 1318,
die hier als periphere Stufen bezeichnet werden, umfassen zumindest
zwei Elektroden-Schichten 1382. In einer Ausführungsform
ist jede zweite Elektroden-Schicht 1382 abwechselnd mit
Versorgungsspannung und Masse verbunden, wodurch kapazitive Ladung über die
Elektroden-Schichten erzeugt wird.
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Die
Verbindungen zwischen den mittleren Stufen 1310, 1312 und
den peripheren Stufen 1380 werden gemäß einer Ausführungsform
aus Fan-Out-Schichten 1370 hergestellt, die im Wesentlichen
unterhalb der mittleren Stufen 1310, 1312 und der
peripheren Stufen 1380 angeordnet sind. In einer anderen
Ausführungsform
könnten
die mittleren Stufen 1310, 1312 und die peripheren
Stufen 1380 mittels Übergangsschichten 1350 verbunden
sein, die zwischen der Schaltung 1340 und den Stufen 1310, 1312 und 1380 angeordnet
sind. Obwohl dadurch der elektrische Abstand, und somit die Induktivität zwischen
den peripheren Stufen 1380 und der Schaltung 1340 herabgesetzt
werden könnte,
könnten
dadurch auch zusätzliche Übergangsschichten
erforderlich werden. Diese zusätzlichen Übergangsschichten (nicht
dargestellt) würden
den elektrischen Abstand und somit auch die Induktivität zwischen
der Schaltung 1340 und den mittleren Stufen 1310, 1312 erhöhen.
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Gemäß noch einer
weiteren Ausführungsform
können
zwei oder mehr Elektroden-Schichten einer Stufe 1310, 1312, 1330 verwendet
werden, um die mittleren Stufen 1310, 1312 und
die peripheren Stufen 1380 zu verbinden und somit den Bedarf
nach Fan-Out-Schichten 1370 zur Gewährleistung dieser Verbindung
eliminieren. Wie in Verbindung mit der 12 erläutert wurde,
könnten
in einer Ausführungsform
Fan-Out-Schichten ebenfalls zur Lochabstand- Umwandlung zwischen dem Lochabstand
der Chipbumps 1342 und dem Lochabstand der lötaugenseitigen
Lötaugen 1372 verwendet
werden. In einer Ausführungsform
kann, wie bereits zuvor beschrieben, die Lochabstandumwandlung (gleichbedeutend
mit der Anpassung an unterschiedliche Anschlussbelegungen) für Versorgungsspannung
und Masse ganz oder teilweise durch die Auslegung der Lochabstände der
Durchkontaktierungen 1330 der Kondensatorstruktur gewährleistet
werden.
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Da
die peripheren Stufen 1380 nicht so nahe an der Schaltung 1340 liegen,
können
sie nur langsamer auf den Bedarf nach erhöhter Kapazität reagieren
als die mittleren Stufen 1310, 1312. Jedoch werden
die peripheren Stufen 1380 den Betrag zusätzlicher
Entkopplungskapazitäten
erhöhen,
der von den mittleren Stufen 1310, 1312 zur Verfügung gestellt wird.
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Die
Bausteine 1202, 1302, die in den 12 und 13 dargestellt
sind, könnten
unter Verwendung verschiedener Technologien und Materialien hergestellt
werden, die dem Fachmann allseits bekannt sind. Beispielsweise könnten die
Bausteine 1202, 1302 unter Verwendung von Mehrschichtkeramik-,
organischen Materialien Dünnschicht-
oder anderen Verpackungstechnologien hergestellt werden. Außerdem könnten die
Schaltungen unter Verwendung verschiedener Verbindungstechnologien,
wie beispielsweise Oberflächenbefestigung,
Bonddraht und/oder anderer Technologien mit dem Baustein verbunden
werden. Außerdem
könnten
die Bausteine 1202, 1302 mittels Durchkontaktmontage
oder Oberflächenmontage
mit der nächst
niedrigeren Elektroden-Schicht
verbunden werden (beispielsweise einer Zwischenschicht, einem Sockel
oder einer Leiterplatte).
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Obwohl
in den 12 und 13 zwei
Stufen 1210, 1212, 1310, 1312 innerer
Kapazität,
eine Stufe äußerer Kapazität 1380,
zwei Übergangsschichten 1250, 1350 und
drei Fan-Out-Schichten 1270, 1370 dargestellt
sind, könnten
mehr oder weniger Stufen, Übergangsschichten
und/oder Fan-Out-Schichten in verschiedenen Ausführungsformen implementiert
werden. Wie beispielsweise zuvor beschrieben, könnte die Funktionalität der Übergangsschichten 1250, 1350 und/oder
der Fan-Out-Schichten 1270, 1370 anstatt dessen unter Verwendung der Elektroden-Schichten
der Kondensatorstufen 1210, 1212, 1310, 1312 implementiert werden,
was die Übergangs-
und/oder die Fan-Out-Schichten überflüssig machen
würde.
Außerdem
könnte
die Anzahl der Elektroden-Schichten 1220, 1222, 1320, 1322, 1382,
die in jeder Stufe umfasst ist, größer oder kleiner als in den 12 und 13 dargestellt
sein. Letztendlich könnte
die Anzahl der Kondensator- und Signaldurchkontaktierungen 1230, 1232, 1330, 1332, 1334,
die jede Elektroden-Schicht miteinander verbinden und die Anzahl und
die Orientierung der chipseitigen Anschlüsse 1242, 1342 und
die lötaugenseitigen
Anschlüsse 1280, 1380 sich
von der in den 12 und 13 dargestellten
Anzahlen unterscheiden.
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Die 14 zeigt
eine Draufsicht einer integrierten Schaltung (IC) (eines elektronischen
Schaltungsbausteins) 1400, der gemäß einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung einen integrierten Kondensator mit mehreren
Kapazitätsstufen umfasst.
Der Baustein 1400 umfasst einen mittleren Bereich 1404,
der im Wesentlichen unterhalb und in der Mitte einer Schaltung angeordnet
ist, die an dem Baustein 1400 befestigt wird. Innerhalb
dieses Bereichs 1404 ist ein mittlerer Kondensator aus
einer oder mehreren Kapazitätsschichten
(beispielsweise Elektroden-Schichten 1310, 1312, 13)
gebildet.
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Der
Baustein 1400 umfasst ferner einen zweiten Bereich 1406.
In einer Ausführungsform
befindet sich der zweite Bereich 1406 ebenfalls im Wesentlichen
unterhalb einer Schaltung, jedoch außerhalb des Umfangs des mittleren
Bereichs 1404. Der zweite Bereich 1406 umfasst
Signaldurchkontaktierungen (beispielsweise Durchkontaktierungen 1360, 13)
und Abschnitte verschiedener leitfähiger Elektroden-Schichten.
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Letztlich
umfasst der Baustein 1400 einen peripheren Bereich 1408,
der sich nicht unterhalb einer Schaltung befindet, die an den Bausteinen 1400 befestigt
wird. In einer Ausführungsform
umfasst der periphere Bereich 1408 eine oder mehrere periphere Kondensatoren,
die aus einer oder mehreren Kapazitätsschichten (beispielsweise
Elektroden-Schicht 1380, 13)
gebildet sind. Der mittlere Kondensator innerhalb des mittleren
Bereichs 1404 und der periphere Kondensator innerhalb des
peripheren Bereichs 1408 sind in einer Ausführungsform
durch Fan-Out-Schichten (beispielsweise Elektroden-Schichten 1370, 13)
elektrisch miteinander verbunden. In einer anderen Ausführungsform
ist der mittlere Kondensator und der periphere Kondensator durch
zwei oder mehr Kondensatorschichten elektrisch miteinander verbunden,
wodurch Fan-Out-Schichten überflüssig werden.
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Obwohl
der in den 13 und 14 dargestellte
Kondensator als in einem Gehäuse
integriert beschrieben ist, könnte
der Kondensator ebenfalls als separate Vorrichtung implementiert
werden. Somit würden
die verschiedenen Signaldurchkontaktierungen (beispielsweise Durchkontaktierungen 1360, 13)
eliminiert werden und der Bereich (beispielsweise der zweite Bereich 1406),
in dem Signaldurchkontaktierungen vorhanden sind, könnte größenmäßig reduziert
oder eliminiert werden. Außerdem könnte die
Vorrichtung mit anderen Schaltungen verbunden werden.
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Die 15 zeigt
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung ein Flussdiagramm eines Herstellungsverfahrens
für einen
integrierten Kondensator mit mehreren Kapazitätsschichten in einem Gehäuse. In
verschiedenen Ausführungsformen könnte das
Gehäuse
und der integrierte Kondensator unter Verwendung keramischer Mehrschicht-,
organischer oder Dünnschichtverfahren
gebildet werden. Der einfachen Beschreibung halber wird in Verbindung
mit der 15 ein Verfahren zum Bilden
eines keramischen Mehrschichtgehäuses
begleitet von Beschreibungen von Variationen beschrieben, die sich auf
organische oder Dünnschicht-Verfahren
beziehen. Da die spezifischen Herstellungsverfahren, die in all
diesen Technologien verwendet werden, dem Fachmann allseits bekannt
sind, sind spezifische Details dieser Herstellungsverfahren in dieser
Beschreibung nicht umfasst.
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Das
Verfahren beginnt in Block 1502 mit dem Herstellen einer
Mehrschicht-Kondensatorstruktur (beispielsweise
Strukturen 1202, 1302, 12 und 13)
als integrierter Abschnitt eines Gehäuses (beispielsweise eines
Bausteins, Zwischenschicht, Sockels oder Leiterplatte). Die Struktur
umfasst mehrere Kapazitätsstufen,
wobei jede Stufe mehrere Elektroden-Schichten umfasst, die durch
dielektrisches Material voneinander getrennt sind. In einer Ausführungsform
ist ein mittlerer Kondensator, der eine oder mehrere Stufen umfasst,
im Wesentlichen unterhalb eines mittleren Bereichs gebildet, in
dem eine Schaltung (oder eine andere Vorrichtung) befestigt wird
und ein peripherer Kondensator, der eine oder eine mehrere Stufen
besitzt, ist unterhalb eines peripheren Bereichs gebildet, in dem
keine Schaltung befestigt wird.
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In
einer Ausführungsform
wird das Gehäuse und
die Kondensatorstruktur unter Verwendung keramischer Mehrschichtverfahren
gebildet. Grundsätzlich
sind die leitfähigen
Elektroden-Schichten
im Siebdruckverfahren in einzelnen keramischen Schichten hergestellt.
Diese Schichten werden dann ausgerichtet, zusammengestapelt, und
zusammengehalten und bilden das Mehrschichtgehäuse und die Kondensatorstruktur.
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In
einer anderen Ausführungsform,
in der das Gehäuse
und die Kondensatorstruktur unter Verwendung organischer oder Dünnschichttechnologien gebildet
wird, wird ein Aufbauprozess angewendet. Der Aufbauprozess umfasst
grundsätzlich
das fortlaufende Formen und Strukturieren von Schichten aus dielektrischen
und leitfähigen
Materialien auf der Oberseite der jeweils anderen Schicht.
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Das
Gehäuse
und die Kondensatorstruktur könnten
unter Verwendung verschiedener Technologien und Materialien hergestellt
werden, die dem Fachmann allseits bekannt sind. Beispielsweise könnte das
Gehäuse
und die Kondensatorstruktur eine Mehrschichtkeramik (beispielsweise
gepresstes Keramik, High Temperature Cofired Ceramic (HTCC), Low
Temperature Cofired Ceramic (LTCC) oder ein keramisches Ball Grid
Array), ein Gehäuse aus
einem organischen Material oder einer dünnen Schicht (beispielsweise
ein vorgefertigtes Kunststoffgehäuse
oder ein Kunststoff, mit dem der Kondensator nachträglich umgeben
wird, laminierter Kunststoff oder plastic Ball Grid Array) oder
eine andere Art von Gehäuse
(beispielweise tape Ball Grid Array, Chip Scale Package, Edge molded
Ball Grid Array, Flip Chip Ball Grid Array oder eine andere Gehäuseform) sein.
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Die
verschiedenen leitfähigen
Elektroden-Schichten könnten
in verschiedenen Ausführungsformen
aus unterschiedlichen Materialien, wie beispielsweise Dick- oder
Dünnschichtnickel,
Kupfer, gesputterten Leitern oder mit Aluminium bedeckten Elektroden-Schichten gebildet
sein, obwohl andere geeignete, leitfähige Materialien ebenso verwendet werden
könnten.
Die dielektrischen Materialien zwischen den Elektroden-Schichten
könnten
in verschiedenen Ausführungsformen
beispielsweise Bariumtitanatkeramik, polymere Schichten oder Aluminiumoxid-Schichten
sein, obwohl andere dielektrische Materialien ebenfalls verwendet
werden könnten.
In einer Ausführungsform
besitzt das dielektrische Material eine sehr hohe Dielektrizitätskonstante
im Bereich zwischen 2000 bis 5000, obwohl ebenso dielektrische Materialien
mit geringeren oder höheren
Dielektrizitätskonstanten
verwendet werden könnten. Außerdem sind
in einer Ausführungsform
die dielektrischen Schichten sehr dünn. Beispielsweise könnten die
dielektrischen Schichten in einem Bereich von 1 × 10–6 m-30 × 10–6 m
liegen, obwohl in anderen Ausführungsformen
die Schichten dicker oder dünner sein
könnten.
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In
Block 1504 werden Durchkontaktierungsöffnungen durch die Oberfläche des
Gehäuses
gebildet. Wenn keramische Mehrschichttechnologien verwendet werden,
werden die Durchkontaktierungsöffnungen
durch die gestapelte Anordnung der keramischen und leitfähigen Schichten
hindurch gebildet. In einer anderen Ausführungsform werden die Durchkontaktierungsöffnungen
in jeder keramischen Schicht gebildet, bevor sie ausgerichtet und
gestapelt werden. Dementsprechend wären die Blocks 1502 und 1504 kombinierte
Prozesse. In einer anderen Ausführungsform,
in der organische oder Dünnschichtaufbauverfahren
verwendet werden, werden die Durchkontaktierungsöffnungen nach oder während des
Aufbauens der Schichten gebildet. Die Durchkontaktierungsöffnungen
könnten
in unterschiedlichen Ausführungsformen
mittels Laserbohrens, mechanischem Bohren oder mechanischem Pressen
oder Stanzen gebildet werden. Die Durchkontaktierungsöffnungen
bilden Öffnungen
zwischen einer oder mehreren Stufen des mittleren Kondensators und
der Oberfläche
des Gehäuses.
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In
einer Ausführungsform
bildet jede Durchkontaktierungsöffnung
eine Öffnung
zu jeder zweiten Elektroden-Schicht des mittleren Kondensators.
Auf diese Art und Weise ist jede zweite Elektroden-Schicht angeschlossen,
und zwar mit Versorgungsspannung und Masse, wodurch kapazitive Ladung über die
dielektrischen Materialien, die die Elektroden-Schichten voneinander
trennen, zur Verfügung
gestellt wird.
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In
Block 1506 wird leitfähiges
Durchkontaktierungsmaterial in den Durchkontaktierungsöffnungen
abgelagert, das leitfähige
Durchkontaktierungen mit der Oberseite des Gehäuses bildet. In einer Ausführungsform,
in der keramische Mehrschichtverfahren verwendet werden, werden
die Durchkontaktierungsöffnungen
mit einer Metall- und Glasfrittenmasse gefüllt, die zusammen mit dem Keramik
eingebrannt ist. In anderen Ausführungsformen
werden die Durchkontaktierungsöffnungen
mit einem metallischen Material gesputtert oder galvanisiert. In
noch einer anderen Ausführungsform,
in der die Durchkontaktierungen während eines Aufbauprozesses
gebildet werden, können
die Durchkontaktierungsöffnungen
während
des Aufbauens der Schichten gefüllt werden.
In diesen Ausführungsformen
wären die Blocks 1502, 1504 kombinierte
Prozesse. In verschiedenen Ausführungsformen
könnte
das Durchkontaktierungsmaterial Kupfer, Nickel oder andere geeignete
Leiter umfassen.
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Die
Gehäuseherstellung
ist dann in Block 1508 abgeschlossen. In einer Ausführungsform,
die organische oder Dünnschichttechnologien
verwendet, kann der Abschluss der Gehäuseherstellung das Aufbauen
zusätzlicher
Schichten aus leitfähigen und/oder
dielektrischen Materialien erfordern. Außerdem ist die Gehäuseherstellung
durch die Bereitstellung von Anschlüssen zu einer Schaltung und/oder der
nächsten
Ebene einer Zwischenverbindung vollendet. Beispielsweise könnte das
Gehäuse
mit einer Schaltung unter Verwendung von Bonddraht oder Oberflächenbefestigungstechnologien
verbunden werden. Außerdem
könnte
das Gehäuse
mittels Durchkontaktmontage oder Oberflächenmontage an der nächsten Ebene
einer Zwischenverbindung befestigt werden. Nachdem die Gehäuseherstellung vollendet
ist, ist das Verfahren abgeschlossen.
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Die
in Verbindung mit der 15 beschriebene Struktur könnte in
verschiedenen Ausführungsformen
in verschiedenen unterschiedlichen Gehäusetypen, wie beispielsweise
einem Baustein, einer Zwischenschicht, einem Sockel oder einer Leiterplatte
integriert werden. Die Art und Weise, mit der die Struktur in spezielle
Gehäuse
eingebettet wird, hängt von
der verwendeten Gehäuseherstellungstechnologie
ab.
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Wie
bereits zuvor beschrieben wurde, kann eine Kondensatorstruktur,
wie die in den 3, 12 und 13 beschriebenen,
innerhalb eines Schaltungsbausteins, einer Zwischenschicht, eines Sockels
und/oder einer Leiterplatte integriert, darauf befestigt oder darin
eingebettet werden. Die 16 zeigt
einen Schaltungsbaustein 1604, eine Zwischenschicht 1606,
einen Sockel 1608 und eine Leiterplatte 1610,
von denen jedes dieser Bauteile einen oder mehrere befestigte, eingebettete
und/oder integrierte Kondensatoren gemäß verschiedenen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung umfassen könnte.
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Beginnend
von der Oberseite der 16 wird eine Schaltung 1602 von
dem Schaltungsbaustein 1604 aufgenommen. Die Schaltung 1602 umfasst
eine oder mehrere Schaltungen, die elektrisch mit dem Schaltungsbaustein 1604 über Anschlüsse (nicht
dargestellt) verbunden sind.
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Die
Schaltung 1602 könnte
eine beliebige Schaltung sein. In einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung ist die Schaltung 1602 ein Mikroprozessor, obwohl
die Schaltung 1602 eine Speichervorrichtung, eine anwendungsspezifische
Schaltung, ein Signalprozessor oder in anderen Ausführungsformen
eine andere Art Vorrichtung sein könnte. In dem dargestellten
Beispiel ist die Schaltung 1602 eine Schaltung vom Typ "Flip Chip", was bedeutet, dass sich
die Eingangs-/Ausgangsanschlüsse
an dem Chip an jeder Stelle seiner Oberfläche befinden können. Nachdem
der Chip für
die Befestigung an dem Schaltungsbaustein 1604 vorbereitet
wurde, wird er umgedreht und mittels Lötbumps oder Kugeln an passenden
Lötaugen
auf der Oberfläche
des Schaltungsbausteins 1604 befestigt. Alternativ könnte die Schaltung 1602 drahtgebondet
werden, wobei die Eingangs-/Ausgangsansehlüsse mit
dem Schaltungsbaustein 1604 unter Verwendung von Bonddrähten zu
der Oberseite des Schaltungsbausteins 1604 verbunden werden.
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Eine
oder mehrere der Schaltungen innerhalb der Schaltung 1602 agieren
als Lastwiderstand, der Kapazität,
Rauschunterdrückung
und/oder Spannungsdämpfung
erforderlich machen kann. Ein gewisser Anteil dieser Kapazität wird in
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung durch den Kondensator 1603,
der innerhalb des Bausteins 1604 integriert, darauf befestigt
oder darin eingebettet ist, bereitgestellt.
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Auf
diese Art und Weise werden der Schaltung 1602 ein oder
mehrere Levels zusätzlicher
Kapazitäten
zur Verfügung
gestellt, wodurch bei Bedarf ebenfalls Spannungsdämpfung und
Rauschunterdrückung
zur Verfügung
gestellt wird. Die geringe Nähe dieser
nicht auf dem Chip befindlichen Kapazitätsquellen bedeutet, dass jede
Quelle einen relativ geringen Induktionsweg zu dem Chip besitzt.
In anderen Ausführungsformen
sind die Kondensatoren 1607, 1609, 1611 innerhalb
der Zwischenschicht 1606, des Sockels 1608, der
Leiterplatte 1610 oder einer Kombination davon integriert,
darin eingebettet oder darauf befestigt.
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Der
Schaltungsbaustein 1604 ist mit der Zwischenschicht 1606 unter
Verwendung von Lötverbindungen
wie beispielsweise Ball-Grid-Array-Verbindungen 1612 gekoppelt.
In anderen Ausführungsformen
könnte
der Schaltungsbaustein 1604 elektrisch und physikalisch
mit der Zwischenschicht 1606 unter Verwendung einer Kontaktstift-
oder einer andersartigen Verbindung verbunden sein.
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Die
Zwischenschicht 1606 ist mit der Leiterplatte 1610 über einen
Sockel 1608 auf der Leiterplatte 1610 gekoppelt.
In den dargestellten Beispielen umfasst die Zwischenschicht 1606 Kontaktstifte 1614,
die mit zusätzlichen
Kontaktstiftöffnungen
in dem Sockel 1608 zusammenpassen. Alternativ könnte die
Zwischenschicht 1606 elektrisch und physikalisch mit der
Leiterplatte 1610 unter Verwendung gelöteter Verbindungen, wie beispielsweise Ball-Grid-Array-Verbindungen
verbunden sein. In noch einer anderen alternativen Ausführungsform könnte der
Schaltungsbaustein 1604 direkt mit dem Sockel 1608 und/oder
der Leiterplatte 1610 ohne Verwendung einer Zwischenschicht
verbunden sein. In solch einer Ausführungsform könnte der
Schaltungsbaustein 1604 und die Leiterplatte 1610 elektrisch
und physikalisch unter Verwendung von Ball-Grid-Array- oder Kontaktstiftverbindungen
verbunden sein. In anderen Ausführungsformen
könnten
auch andere Arten zum Verbinden des Schaltungsbausteins 1604 und
der Leiterplatte 1610 verwendet werden.
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Die
Leiterplatte 1610 könnte
beispielsweise ein Motherboard eines Computersystems sein. Als solches
fungiert sie als Mittel, um die Schaltung 1602 mit Versorgungsspannung,
Masse und Signalen zu versorgen. Diese Versorgungsspannungs-, Massen- und
andere Signale werden über,
auf oder innerhalb der Leiterplatte 1610, Sockel 1608,
Kontaktstiften 1614, Zwischenschicht 1606 und
Schaltungsbaustein 1608 über elektrische Verbindungen
oder Ebenen (nicht dargestellt) bereitgestellt.
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Die
oben in Verbindung mit verschiedenen Ausführungsformen beschriebene Ausgestaltung könnte Teil
eines elektronischen Universalsystems bilden. Die 17 zeigt
ein elektronisches Universalsystem 1700 gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung. Das System 1700 könnte beispielsweise
ein Computer, eine drahtlose oder verdrahtete Kommunikationsvorrichtung
(beispielsweise ein Telefon, ein Modem, ein Mobiltelefon, ein Pager, ein
Radio, etc.) ein Fernseher, ein Monitor oder eigentlich jedes andersartige
elektronische System sein. Das elektronische System ist auf einer
oder mehreren Leiterplatten untergebracht und umfasst einen Mikroprozessor 1704,
einen Schaltungsbaustein 1706, eine Zwischenschicht 1708,
einen Sockel 1709, einen Bus 1710, eine Stromversorgung 1711, einen
Signalprozessor 1712 und einen Speicher 1714.
Der Schaltungsbaustein 1706, die Zwischenschicht 1708,
der Sockel 1709 und/oder die Leiterplatte umfassen einen
oder mehrere Kondensatoren, die gemäß verschiedenen Ausführungsformen
der Erfindung in diesen Bauteilen integriert, darauf befestigt,
oder darin eingebettet sind. Der Schaltungsbaustein 1706,
die Zwischenschicht 1708 und der Sockel 1709 koppeln
den Mikroprozessor 1706 an den Bus 1710, um Strom
und Kommunikationssignale zwischen dem Mikroprozessor 1704 und
an den Bus 1710 gekoppelten Vorrichtungen auszutauschen.
In einer Ausführungsform
koppelt der Bus 1710 den Mikroprozessor 1704 an
den Speicher 1714, die Stromversorgung 1711 und
den Signalprozessor 1712. Es sollte jedoch erkannt werden,
dass in anderen Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung der Mikroprozessor 1704 an den
Speicher 1714, die Stromversorgung 1711 und den
Signalprozessor 1712 mittels verschiedener Busse gekoppelt
werden kann.
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Es
wurden verschiedene Ausführungsformen
einer Kondensatorstruktur und Verfahren zur Herstellung dieser Struktur
zusammen mit einer Beschreibung der Eingliederung der Kondensatorstruktur
innerhalb eines elektronischen Universalsystems beschrieben. Während die
vorangegangenen Abmessungs- und Bereichsbeispiele als typisch erachtet
werden, sind die verschiedenen Ausführungsformen der Erfindung
nicht auf diese Dimensionen oder Bereiche beschränkt. Es wird erkannt, dass
die Industrie dazu tendiert, die Vorrichtungsabmessungen wegen der
damit verbundenen Kosten und Leistungsvorteile zu verringern.
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In
der vorhergehenden detaillierten Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
wird auf die zugehörigen
Zeichnungen Bezug genommen, die einen Teil hiervon bilden und die
zu Zwecken der Darstellung spezifischer, bevorzugter Ausführungsformen,
gemäß derer
die Erfindung ausgeführt
werden kann, gezeigt sind.
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Beispielsweise
können
zwischen, über,
zwischen oder unter den Schichten und Stufen, die die Kondensatorstruktur
bilden und in den Figuren dargestellt sind, zusätzliche Elektroden-Schichten und Zwischenverbindungen
vorhanden sein, um Signale, Strom und Masse zu transportieren.