具有薄膜電路的模塊的製作方法

2023-10-06 08:15:09 2

專利名稱：具有薄膜電路的模塊的製作方法
技術領域：
本發明涉及的模塊提供有薄膜電路，薄膜電路提供在絕緣材料的基底上，本發明還涉及生產方法，用於生產具有薄膜電路的模塊，並涉及薄膜電路。多種電子設備發展的特點在於後面的幾種趨勢小型化；在增強功能性的同時具有較低的價格，或至少不變的價格；更高的可靠性；和更低的能耗。經驗顯示，在很多消費電子設備中，例如在電視機和錄像機這樣的設備中，無源元件的數量佔出現的元件總數量的70％。但是，行動電話領域的飛速發展和無線電話設備的持續小型化，導致了對單個元件的更高需求。
在持續小型化過程中，通過提供所謂的SMD技術，來實現小型化的一定階段。這項技術基於小型化的元件(SMD=Surface Mounted Devices，即表面貼裝器件)，將這些元件直接安裝在印刷電路板的表面或陶瓷基底上，而在印刷電路板或陶瓷基底上提供有導電線路。與傳統連線的相應元件相比，SMD實質上更小。如果不斷使用SMD，電路的表面或空間要求及重量可以減小到原量的二分之一或三分之一。還通過SMD技術的優化應用，可以實現成本的節約，因為可以使用較小的印刷電路板。
一種功率放大器模塊用於行動電話的高頻單元，現在可以通過這一技術來生產這種模塊。在印刷過程中，導電線路提供在基底上。基底用作有源元件和無源元件的載體，有源元件包括例如放大器，而無源元件包括例如電阻、電容和電感。在這種情況下，有源元件通過粘接的方法，以IC的形式固定，而無源元件作為SMD元件焊接其上。
但是，進一步的小型化使無源SMD元件的生產、處理和安裝更加困難。通過使用整體結合的無源元件(IPC)，可以避免上述問題。在這項技術中，無源元件例如電阻(R)、電容(C)或電感(L)，連接到不可分的基本電路或系統中。依靠在絕緣材料的載體薄板上使用掩膜，通過使用薄膜技術得到所謂的薄膜電路，這種電路與急劇減小的印刷電路板等效。薄膜電路的生產是已知的，並且依靠幾個連續的塗層和構造過程，通常可以實現薄膜電路的生產。提供多種形狀、組成和厚度的幾層來實現薄膜電路，這樣的薄膜電路包括電阻、電容和/或電感的結合。通過將分立的元件(SMD)，與具有特殊功能(例如，濾波功能)的有源元件連接，可以簡單地實現電路，它具有極為不同的無源元件和有源元件。但是，缺點是所有SMD元件必須單獨焊接。由於大量焊點需要大的表面區域，這使得電路非常龐大。
本發明的目的是提供具有薄膜電路的模塊，它包括在絕緣材料的基底上的無源元件，或包括無源和有源元件，該薄膜電路只需要很小的空間。
通過在絕緣材料基底上，為模塊提供薄膜電路來實現這一目的，薄膜電路至少包括一個無源元件，該元件至少包括結構化成型的第一導電層，絕緣層，和第二導電層，並具有保護層，以及，至少一個接觸孔穿過模塊，和一塊金屬化物，它覆蓋模塊和接觸孔。
在這個薄膜電路中，基底上不僅提供有導電線路，而且提供有至少一個無源元件，例如電容。無源元件這樣直接的整體結合，使其可能實現整體薄膜電路，來實質上減小對空間的需求。
在特別優選實施例中，電阻層提供在基底和結構化成型的第一導電層之間，使薄膜電路至少包括一個電阻。
絕緣材料的基底優選包括陶瓷材料、玻璃陶瓷材料、玻璃材料、或具有玻璃平面層或有機材料平面層的陶瓷材料。
由這些材料構成的基底可以廉價地生產，並且對於這些元件的處理成本可以保持得很低。在這種情況下，基底組成分立元件和IC的載體。
特別地，絕緣材料的基底最好包括Al2O3、玻璃、或具有玻璃平面層或有機材料平面層的Al2O3。
這些材料與薄膜技術兼容，並且具有可接受的表面粗糙度。由於Al2O3的機械穩定性和導熱性，它特別適於作為基底。
而且，隔離層最好提供在基底和結構化成型的第一導電層之間，或在基底和電阻層之間。
隔離層可以防止與絕緣層和導電層的粗糙表面發生反應，這樣的反應導致了電容的短路或差的高頻性能。
當結構化成型的第一和第二導電層包括Cu、摻雜Cu的Al、摻雜Mg的Al、摻雜Si的Al或摻雜Cu和Si的Al時，會很有利。
而且，電阻層最好包括NixCryAlz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryOz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、CuxNiy(0≤x≤1,0≤y≤1)或TixWy(0≤x≤1,0≤y≤1)。
依靠例如光刻印刷技術處理，與溼式和乾式蝕刻技術相結合，根據在薄膜電路的所述層將完成的功能，在沉積後使這些材料結構化成型。
進一步的優點在於絕緣層包括Si3N4、SiO2、SixOyNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryOz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)或Ta2O5。
所有這些材料的相對介電常數εr＞4，這樣能夠以小的尺寸得到高的電容值。
保護層最好包括無機材料。
保護層保護下面的層不承受機械載荷，並不被潮溼腐蝕。
而且，結構化成型的金屬化物最好包括基礎層和覆蓋層。
在本實施例中，基礎層作為它的成核層，用於結構化成型的金屬化物覆蓋層的電化學沉積。
更為有利地，分立元件提供在基底與薄膜電路相對的一側上。
矽晶片兩側的這一應用，可以進一步增強封裝密度。
本發明進一步涉及製造這種模塊的方法，薄膜電路提供在模塊的絕緣材料基底上，電路至少包括一個無源元件，其中第一導電層沉積在基底上，並且結構化成型，絕緣層沉積在結構化成型的第一導電層上，第二導電層沉積在絕緣層上，並且結構化成型，保護層提供在結構化成型的第二導電層上，絕緣層和保護層結構化成型，形成至少一個接觸孔來穿過模塊，並且提供結構化成型的金屬化物，來覆蓋模塊和接觸孔。
在特別優選實施例中，第一步是將隔離層沉積在基底上。
在特別優選實施例中，電阻層首先提供在基底或隔離層上，並且結構化成型。
而且，最好在第一步形成接觸孔，或在提供保護層後形成接觸孔。
根據生產過程，可以在提供保護層後形成接觸孔，或在導電線路和整體結合的無源元件，依靠薄膜技術而被提供之前，形成接觸孔。
對於結構化成型金屬化物的生產來說，首先，基礎層最好沉積在模塊上，並沉積在接觸孔中，然後，光致抗蝕劑層沉積在基礎層上，並根據需要的金屬化物的結構來結構化成型，覆蓋層沉積在基礎層上，並且光致抗蝕劑層和基礎層的確定部分被去除。
本發明還涉及薄膜電路，在絕緣材料的基底上，提供有至少一個無源元件，薄膜電路至少包括結構化成型的第一導電層，絕緣層，第二導電層，並提供有保護層，具有至少一個接觸孔，接觸孔穿過基底，並且具有結構化成型的金屬化物，它覆蓋保護層和接觸孔。
下面，將參考五幅圖和三個實施例，更具體地解釋本發明。
在圖中

圖1示意地畫出了根據本發明的模塊的剖面結構，模塊提供有薄膜電路，薄膜電路包括電容、電阻和導電線路的電感，並且圖2到圖5畫出了具有薄膜電路的模塊的生產順序。
在圖1中，具有薄膜電路的模塊具有基底1，基底1包括例如陶瓷材料、玻璃陶瓷材料、玻璃材料，或具有玻璃平面層或有機材料平面層的陶瓷材料。基底1最好包括Al2O3、玻璃、具有玻璃平面層的Al2O3、具有聚醯胺材料平面層的Al2O3、或具有聚苯環丁烯平面層的Al2O3。隔離層8可以提供在這個基底1上，包括例如Si3N4。電阻層7沉積在基底1或隔離層8上，並且結構化成型。這個結構化成型的電阻層7可以包括，例如NixCryAlz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryOz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、CuxNiy(0≤x≤1,0≤y≤1)或TixWy(0≤x≤1,0≤y≤1)。第一導電層2提供在這個電阻層7上，並且結構化成型。絕緣層3出現在這個結構化成型的第一導電層2上，絕緣層3通常覆蓋基底1的整個表面區域，並且只在適當位置中斷，來建立到結構化成型的第一導電層2的通路。絕緣層3可以包括例如，Si3N4、SiO2、SixOyNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)或Ta2O5。第二導電層4沉積在絕緣層3上，並且結構化成型。第一導電層2和第二導電層4可以包括例如，Cu、Al、摻雜少量百分比Cu的Al、摻雜少量百分比Si的Al、摻雜少量百分比Mg的Al，或摻雜少量百分比Cu和Si的Al。結構化成型的無機材料保護層5位於基底1的整個表面上，無機材料是例如SiO2、Si3N4或SixOyNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)。但是可選地，可以使用有機材料，例如聚醯胺或聚苯環丁烯。提供有薄膜電路的模塊還具有至少一個接觸孔6。模塊與接觸孔一起，被結構化成型的金屬化物包圍，金屬化物依次包括基礎層9。而且，一個或多個金屬層最好可以提供在基礎層9上。在這種情況下，金屬層9包括例如Cr/Cu，對於覆蓋層11的電化學沉積，金屬層9用作成核層。覆蓋層11包括例如Cu/Ni/Au。
而且，電源觸點可以固定在模塊彼此相反的兩側上。Cr/Cu、Ni/Sn或Cr/Cu、Cu/Ni/Sn或Cr/Ni、Pb/Sn的電鍍SMD端觸點，突起端觸點，Cr/Cu、Cu/Ni/Au的堞牆，包括Cr/Cu/Ni層、並使Sn或PbSn合金球排列在層上的球柵陣列，或Cr/Cu的平面格狀陣列，可以用作電源觸點。
提供有薄膜電路的這樣的模塊，可以用於例如生產功率放大器，這種功率放大器用於行動電話的高頻單元。
在生產具有薄膜電路的模塊的過程中，隔離層8可以包括例如Si3N4，在圖2所示的處理步驟Ⅰ中，隔離層8沉積在基底1上，基底包括例如陶瓷材料、玻璃陶瓷材料、玻璃材料，或具有玻璃平面層或有機材料平面層的陶瓷材料，有機材料可以是例如聚醯胺或聚苯環丁烯。電阻層7可以沉積並且結構化成型在隔離層8上，或可選地沉積並且結構化成型在基底1上(圖2中的步驟Ⅱ)。電阻層7可以包括例如，NixCryAlz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryOz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、CuxNiy(0≤x≤1,0≤y≤1)或TixWy(0≤x≤1,0≤y≤1)。第一導電層2沉積在電阻層7的部分上，或可選地沉積在基底1上，還沉積在隔離層8上，並且第一導電層2結構化成型(圖2中的步驟Ⅲ)。絕緣層3沉積在基底1的整個表面上(圖2中的步驟Ⅳ)。絕緣層3最好包括Si3N4、SiO2、SixOyNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)或Ta2O5。在圖3的步驟Ⅰ中，第二導電層4隨後沉積在絕緣層3上，並且結構化成型。第一導電層2和第二導電層4可以包括例如，Cu、Al、摻雜少量百分比Cu的Al、摻雜少量百分比Si的Al、摻雜少量百分比Mg的Al，或摻雜少量百分比Cu和Si的Al。在圖3的步驟Ⅱ中，無機材料的保護層5提供在整個薄膜電路上。可以使用的無機材料是，例如Si3N4、SiO2、SixOyNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)。可選地，有機材料也可以用作保護層的材料，例如聚苯環丁烯或聚醯胺。然後，保護層5和絕緣層3結構化成型(圖3中的步驟Ⅲ)。在使用光致抗蝕劑材料的情況下，可以依靠光刻金屬板印刷處理來結構化成型，或者可選地，依靠溼式化學腐蝕或乾式蝕刻技術來結構化成型。而且，至少一個接觸孔6穿過基底1，接觸孔6依靠雷射來形成(圖3中的步驟Ⅳ)。
在圖4的步驟Ⅱ中，提供有覆蓋模塊和接觸孔6的第一基礎層9，用來實現使金屬化物結構化成型的目的。這個金屬層包括例如，Cr/Cu。在下面的步驟中，光致抗蝕劑層10依靠光刻印刷處理，沉積在基礎層9上，並且結構化成型，光刻印刷處理使光致抗蝕劑層10具有的圖樣，符合所需的金屬化物的結構(圖4中的步驟Ⅲ)。然後，包括例如Cu/Ni/Au的覆蓋層11，以電化學方式沉積在基礎層9上(圖5中的步驟Ⅱ)。在去除光致抗蝕劑材料10後，沒有被覆蓋層11覆蓋的基礎層9部分，在蝕刻浴中被去除。
而且，電源觸點可以固定在模塊彼此相反的兩側上。Cr/Cu、Ni/Sn或Cr/Cu、Cu/Ni/Sn或Cr/Ni、Pb/Sn的電鍍SMD端觸點，突起端觸點，Cr/Cu、Cu/Ni/Au的堞牆，包括Cr/Cu/Ni層、並使Sn或PbSn合金球排列在層上的球柵陣列，或Cr/Cu的平面格狀陣列，可以用作電源觸點。
可選地，在導線軌跡和整體結合的無源元件通過薄膜技術提供之前，可以形成接觸孔6。
本發明的實施例將在下面解釋，這些實施例代表本發明如何在實際中實現的例子。
實施例1結構化成型的Si3N4隔離層8提供在Al2O3的基底1上，Al2O3的基底1具有玻璃平面層。Ni0.3Cr0.6Al0.1的電阻層7沉積在隔離層8上，並且結構化成型。第一導電層2的材料選用摻雜4％Cu的Al，第一導電層2沉積在電阻層7的部分和隔離層8的部分上，並且結構化成型。在下面的步驟中，Si3N4的絕緣層3沉積在基底1的整個表面上。第二導電層4的材料選用摻雜4％Cu的Al，第二導電層4沉積在絕緣層3上，並且結構化成型。完整的薄膜電路提供有Si3N4的保護層5。絕緣層3和保護層結構化成型，結果使第一導電層和/或電阻層形成電接觸。而且，穿過基底1的幾個接觸孔6依靠雷射來形成。提供的金屬化物包括Cr/Cu的基礎層9和Cu/Ni/Au的覆蓋層11，金屬化物9包圍模塊，並提供在接觸孔6中。而且，球柵陣列包括Cr/Cu/Ni層和Sn球，球柵陣列固定在模塊的兩側，作為電源觸點。
模塊裝備有薄膜電路，通過進一步提供適當的無源元件和有源元件，來形成功率放大器，這個功率放大器用於行動電話的高頻單元。
實施例2Si3N4隔離層8提供在Al2O3的基底1上，並且結構化成型。第一導電層2的材料選用摻雜4％Cu的Al，第一導電層2沉積在隔離層8上，並且結構化成型。在下面的步驟中，Ta2O5的絕緣層3沉積在基底1的整個表面上，並且結構化成型。第二導電層4的材料選用摻雜4％Cu的Al，第二導電層4沉積在絕緣層3上，並且結構化成型。整個薄膜電路提供有Si3N4的保護層5。而且，完全穿過基底1的幾個接觸孔6依靠雷射來形成。提供的金屬化物包括Cr/Cu的基礎層9和Cu/Ni/Au的覆蓋層11，金屬化物包圍整個模塊，並提供在接觸孔6中。Cr/Cu、Cu/Ni/Au的堞牆固定在模塊的兩側，作為電源觸點。
這樣得到的模塊具有薄膜電路，它進一步用於生產行動電話中的帶通濾波器。
實施例3為了生產具有薄膜電路的模塊，在具有玻璃平面層Al2O3的基底1上，沉積有Si3N4的隔離層8，並且隔離層8結構化成型。Ti0.1W0.9的電阻層7沉積在這個隔離層8上，並且結構化成型。然後沉積第一導電層2，並且第一導電層2結構化成型。Si3N4的絕緣層3沉積在這個結構化成型的第一導電層2上。然後第二導電層4沉積在絕緣層3上，並且結構化成型。第一導電層2和第二導電層4包括摻雜4％Si的Al。Si3N4的保護層5提供在模塊上。電通路通過保護層5和絕緣層3而蝕刻，它用於電接觸。然後，幾個接觸孔6由雷射來形成，使之完全穿過基底1。在下面的步驟中，包括Cr/Cu的基礎層，沉積在整個模塊周圍和接觸孔6中。然後光致抗蝕劑層10提供在基礎層9上。在光刻金屬板印刷處理中，這個光致抗蝕劑層10結構化成型，使其具有的圖樣符合需要的金屬化物的結構。在下面的步驟中，Cu/Ni/Au的覆蓋層11以電化學方式，沉積在Cr/Cu的基礎層9上，其後光致抗蝕劑層10被去除。而且，球柵陣列包括Cr/Cu/Ni層和Sn球，球柵陣列固定在模塊的兩側，作為電源觸點。
權利要求
1．一個模塊，在其絕緣材料的基底上(1)提供有薄膜電路，該模塊具有至少一個無源元件，該元件至少包括結構化成型的第一導電層(2)，絕緣層(3)，和第二導電層(4)，並具有保護層(5)，同樣還有至少一個接觸孔(6)，它穿過該模塊，和金屬化物，它覆蓋該模塊和該接觸孔(6)。
2．如權利要求1所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於電阻層(7)提供在所述基底(1)和所述結構化成型的第一導電層(2)之間。
3．如權利要求1所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於絕緣材料的該基底(1)包括，陶瓷材料、玻璃陶瓷材料、玻璃材料、或具有玻璃平面層或有機材料平面層的陶瓷材料。
4．如權利要求3所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於絕緣材料的該基底(1)包括，Al2O3、玻璃、或具有玻璃平面層或有機材料平面層的Al2O3。
5．如權利要求1所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於隔離層(8)提供在該基底(1)和所述結構化成型的第一導電層(2)之間，或在該基底(1)和所述電阻層(7)之間。
6．如權利要求1所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於所述結構化成型的第一和第二導電層(2,4)包括Cu、摻雜Cu的Al、摻雜Mg的Al、摻雜Si的Al，或摻雜Cu和Si的Al。
7．如權利要求2所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於所述電阻層(7)包括NixCryAlz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryOz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、CuxNiy(0≤x≤1,0≤y≤1)或TixWy(0≤x≤1,0≤y≤1)。
8．權利要求1所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於所述絕緣層(3)包括Si3N4、SiO2、SixOyNz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)、SixCryOz(0≤x≤1,0≤y≤1,0≤z≤1)或Ta2O5。
9．如權利要求1所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於所述保護層(5)包括無機材料。
10．如權利要求1所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於所述結構化成型的金屬化物包括基礎層(9)和覆蓋層(10)。
11．如權利要求1所述的具有所述薄膜電路的模塊，其特徵在於分立元件提供在所述基底上，在與所述薄膜電路相對的一側。
12．一種在所述絕緣材料的基底(1)上生產模塊的方法，該模塊提供有所述薄膜電路，該模塊具有至少一個所述無源元件，其特徵在於所述第一導電層(2)沉積在所述基底(1)上，並且結構化成型，所述絕緣層(3)沉積在所述結構化成型的第一導電層(2)上，所述第二導電層(4)沉積在所述絕緣層(3)上，並且結構化成型，所述保護層(5)提供在所述結構化成型的第二導電層(4)上。所述絕緣層(3)和所述保護層(5)結構化成型，形成至少一個所述接觸孔(6)，來穿過該模塊，並且所述結構化成型的金屬化物，提供在該模塊和所述接觸孔(6)上。
13．如權利要求12所述的方法，其特徵在於作為第一步，所述隔離層(8)沉積在所述基底(1)上。
14．如權利要求12所述的方法，其特徵在於所述電阻層(7)首先提供在所述基底(1)上，或提供在所述隔離層上，並且結構化成型。
15．如權利要求12所述的方法，其特徵在於在第一步形成所述接觸孔(6)，或在提供所述保護層(5)後，形成所述接觸孔(6)。
16．如權利要求12所述的方法，對於生產結構化成型的所述金屬化物，其特徵在於首先，所述基礎層(9)沉積在該模塊上，並沉積在所述接觸孔(6)中，然後，所述光致抗蝕劑層(10)沉積在所述基礎層(9)上，並根據需要的所述金屬化物的結構來結構化成型，所述覆蓋層(11)沉積在所述基礎層(9)上，並且所述光致抗蝕劑層(10)和所述基礎層(9)的適當部分被去除。
17．一種提供在所述絕緣材料的基底(1)上的薄膜電路，至少具有一個無源元件，該元件電路至少包括所述結構化成型的第一導電層(2)，所述絕緣層(3)，所述第二導電層(4)，並提供有所述保護層(5)，具有至少一個所述接觸孔(6)，它穿過所述基底(1)，並且具有所述結構化成型的金屬化物，它覆蓋所述保護層(5)和所述接觸孔(6)。
全文摘要
本發明描述的模塊提供有薄膜電路。為了實現具有薄膜電路的模塊,在導線軌跡提供在絕緣材料的基底(1)上之後,電容,或電容和電阻,或電容、電阻和電感緊接著直接提供在絕緣材料的基底(1)上。無源元件的部分或全部的整體結合,導致了建立的模塊只需要很小的空間。
文檔編號H05K1/11GK1306307SQ00131060
公開日2001年8月1日 申請日期2000年12月18日 優先權日1999年12月21日
發明者C·科佩蒂, M·弗羅伊斯特, F·H·M·桑德斯 申請人:皇家菲利浦電子有限公司