专利名称：集成有rf性能的多芯片模块的制作方法
技术领域：
本发明涉及多芯片模块(module)，尤其涉及其中包括大容量电容器的多芯片模块，该多芯片模块显示出良好的机械性能，例如高挠曲模量，并可以执行两个或更多不同射频功能。
背景技术：
多芯片模块(multiple chip module，缩写为MCM)是独立电子封装器件，其可以包括多个裸露和/或封装的集成电路芯片和多个无源元件，例如电阻器、电容器和电感器，所有这些都被连接到互连基板。MCM包括设置有多个裸露的有源电路芯片和其它元件的多层互连基板。因为在减小MCM芯片元件的尺寸时存在电流限制，所以无源元件或有源电路芯片使用线连接物以裸芯片的形式彼此连接，或者形成或埋设在基板中，以减小元件或芯片的安装面积。另外，减少安装到基板上的元件的数量使得能够以更低成本制造更紧凑的MCM。而且，在MCM中包括线连接物(wire bond)和无源元件使得配线长度和连接数量的减少。因为这些原因，获得MCM中改进的射频可靠性。
用于射频/中频应用的传统MCM采用由诸如层压有机或陶瓷材料的单一材料制成的单一互连基板，一个或多个有源电路芯片和许多无源元件与该单一互连基板相连接。在传统MCM中使用层压有机材料作为基板，由于基板材料的低介电常数，使其难以在基板中包括电容元件(例如，电容器)。同时，使用诸如低温共烧结陶瓷(low temperature cofired ceramic，缩写为LTCC)的陶瓷材料作为基板有助于在基板中包括电容性无源元件，但是由于基板材料的固有特性，基板易于脆裂，这就限制了陶瓷基板的尺寸。
图1是示出了部分传统MCM的横断面视图。参考图1，MCM100包括适合附着到裸芯片附着垫(die attach pad)52上的有源电路芯片50。在由诸如有机或陶瓷无机材料的单一材料制成的基板60内部形成多个通孔54a和54b。通孔54a和54b从芯片附着垫延伸到在基板60的底表面上形成的一个或多个导电垫58a和58b。通孔54a和54b被镀有或填充有金属材料，并因此而导电。此外，有源电路芯片50可以通过线连接物59和61电连接到芯片附着垫52的两端和芯片连接垫56和57。通孔54a和54b作为用于传热的热通孔和用于射频接地的电连接通孔。额外的通孔55a和55b可以分别连接到芯片连接垫56和57上。尽管在图中仅示出了一个有源电路芯片50，但是可以在基板60上安装具有不同射频功能的另外的有源电路芯片。
然而，因为MCM的基板是由诸如层压有机或陶瓷无机材料的单一材料制成的，难以同时获得在基板中包括大容量电容器以及良好的机械性能，例如高挠曲模量。即，当基板60是由诸如FR4的单一层压有机材料制成时，可以获得较高的挠曲模量，但是介电常数低。因此，当电容性无源元件(例如电容器)被嵌入基板中时，基板材料不能被用作元件的电介质材料。
发明内容
因此，考虑到上述问题提出本发明，并且本发明的目的是提供多芯片模块，其具有诸如高挠曲模量的良好机械性能，并能够在其中包括大容量无源元件的同时，实现两个或更多射频功能。
为了实现本发明的上述目的，提供了一种多芯片模块，其包括基于有机材料的层压基板，其中插入有高介电常数陶瓷层；至少一个射频/中频有源电路芯片，连接到基板并被设置为执行多个射频/中频功能；以及至少一个无源元件，连接到基板。以多芯片模块可以集成两个或更多射频/中频功能的方式来设置基板。
在本发明的一个实施例中，多芯片模块包括两个或更多有源电路芯片，该有源电路芯片具有不同的电特性，例如，不同的射频/中频功能。在本发明的可选实施例中，多芯片模块包括一个单一有源电路芯片，该芯片具有适于执行第一射频/中频功能的第一部分以及适于执行第二射频/中频功能的第二部分。在该实施例中，第一和第二部分电连接到各自独立的接地层。接地层可以在物理上彼此分开。
在本发明的另一实施例中，基板在其上表面上设置有芯片附着垫并在其下表面上设置有导电接地垫，并且有源电路芯片之一连接到芯片附着垫并通过导电过孔电连接和热连接到导电接地垫。
无源元件可以通过表面安装工艺连接到基板。在该种情况下，表面安装的无源元件可以被电连接到在基板上形成的表面安装垫。此外，无源元件可以被嵌入基板中。例如，可以将多芯片模块设置为具有埋设在基板中的嵌入电容器。在这种情况下，插入基板的高介电常数陶瓷层作为电容器的介电层。多芯片模块可包括嵌入基板的电阻器和电感器。
此外，多芯片模块可以包括印刷电感元件，其电感可以被调节。在这种情况下，印刷电感元件包括螺旋电感器体、导电垫、以及将电感器体电连接到垫的线连接物，其中，电感器体可以具有两个或更多接触点。可以通过改变接触点来调节电感元件的电感。
基于有机材料的层压基板可以由FR4或聚四氟乙烯制成。高介电常数陶瓷层优选包括铁电材料，例如，钛酸钡(BaTiO3)。在这种情况下，优选添加转变温度转移材料(例如SrTiO3或BaSnO)到钛酸钡。转变温度转移材料的添加改善了高介电常数陶瓷层的热稳定性。
根据本发明的多芯片模块，基于有机材料的层压基板使得多芯片模块显示出良好的机械性能(例如高挠曲模量)，并且基板中高介电常数陶瓷层的存在有助于包括大容量无源元件。为此，本发明的多芯片模块包括插入基于有机材料的层压基板中的高介电常数陶瓷层。另外，连接到基板的单一有源电路芯片或两个或更多有源电路芯片可以执行不同射频/中频功能。
结合附图，从下面的详细描述中可以更清楚地理解本发明的上述和其它目的、特性和其它优点，其中图1是传统多芯片模块的示意性剖视图；图2是根据本发明的一个实施例的多芯片模块的示意性剖视图；图3是根据本发明的另一实施例的多芯片模块的示意性透视图；以及图4是可以根据本发明的另一实施例的多芯片模块中使用的印刷电感元件的俯视图。
具体实施例方式
下面将参考附图对本发明的实施例进行具体描述。然而，可以容易地对本发明的实施例进行各种修改，并且本发明的范围不局限于下面的实施例。提供这些实施例是为了使本领域的技术人员更好地理解本发明。在附图中，为了清楚起见，放大了元件的形状和尺寸。
图2是根据本发明的一个实施例的多芯片模块的示意性剖视图。如图2所示，多芯片模块200包括安装在基于有机材料的层压基板160上的两个或更多有源电路芯片150a和150b。两个或更多有源电路芯片150a和150b可以是执行不同射频/中频功能的器件。每个有源电路芯片都可以采用裸芯片150b和封装芯片150a的形式。用于基于有机材料的层压基板160的材料可以是，例如RF4或聚四氟乙烯。
裸芯片形式的有源电路芯片150b附着到合适的芯片附着垫170上。为了将有源电路芯片150b接地，有源电路芯片150b可以通过线连接物159被连接到芯片附着垫170的两端。在基板160的底表面上形成的导电垫165和166用作接地电位并被连接到母板上。导电过孔154c提供从有源电路芯片150b到母板的接地通道和热通道。此外，在基板160的内部形成分离的接地层，以在有源电路芯片之间(或单一有源电路芯片的不同功能部分之间)实现射频绝缘。有源电路芯片150b可以通过线连接物159之一电连接到在基板160上形成的接触垫。接触垫可以通过过孔连接到另一金属线。芯片附着垫170可以通过过孔155连接到无源元件。
封装的有源电路芯片150a可以设置有引线151，其能够电连接到外部。有源电路芯片150a可以通过引线151连接到在基板上形成的金属线。引线151连接到在基板160的上表面形成的引线接触垫162a和162b，然后引线接触垫162a和162b可以被连接到与电路网络连接的其它金属线或过孔。此外，穿透基板160的上表面和下表面的通孔154a和154b可以在有源电路芯片150a的下方形成。通孔可以电连接到嵌入的无源元件。例如，通孔154a和154b可以通过适当的金属线连接到电阻器162、电感器163等。
在上述实施例中，使用两个或更多有源电路芯片150a和150b以实现不同的射频/中频功能。在可选的实施例中，可以使用单一有源电路芯片以实现不同的射频/中频功能。特别地，单一有源电路芯片具有适于执行第一射频/中频功能的第一部分和适于执行第二射频/中频功能的第二部分。在该实施例中，第一和第二部分电连接到各自独立的接地层。接地层可以在物理上彼此分开。
如图2所示，将高介电常数陶瓷层201插入基于有机材料的层压基板160。陶瓷层201可以被用来保证嵌入的无源元件的容量。例如，在陶瓷层201的上表面和下表面形成导电层156和157，以形成嵌入的电容。以该方式，基板的内层被用作无源元件的部件，因此减少了表面安装元件的数量，并使多芯片模块更紧凑。此外，使用在基板内部形成的高介电常数陶瓷层201作为用于电容器的介电层，使得电容器具有更高容量。此外，因为基板是由有机材料制成的，所以基本上显示出高挠曲模量。因此，其上安装有多个元件和器件的基板160显示出良好的机械性能。
高介电常数陶瓷层201优选包含铁电材料，例如钛酸钡(BaTiO3)。特别地，陶瓷层201可以由复合材料形成，该复合材料是通过将钛酸钡粉分散到环氧树脂中得到的。此外，陶瓷层201可以由包含钛酸钡和聚酰亚胺的聚合物-陶瓷复合材料形成。优选向包含钛酸钡的复合材料添加转变温度转移材料，例如SrTiO3或BaSnO。可以通过转移材料在使用范围之外改变钛酸钡的转移温度。此外，添加转变温度转移材料改善了陶瓷层201的热稳定性。
图3是根据本发明的另一实施例的多芯片模块的透视图。关于图3，在基板160的表面上安装多个元件。安装在基板160的表面上的有源电路芯片150a和150b可以通过芯片引线被连接到引线接触垫，或通过线连接物159连接到在基板160的表面上形成的导线接触垫180。可以通过表面安装垫230连接表面安装的无源元件220。可以在基板160的表面形成大量过孔190和195。过孔190和195提供电连接。围绕基板160的外围形成的过孔190可以被用来使多芯片模块200免于射频干扰。多芯片模块200可以设置有用于射频隔离或EMI屏蔽的金属罩250。金属罩250可以使用过孔190和导电环绝缘并屏蔽在基板160上形成的有源电路部分，并使接地层分离(图中未示出)，其中过孔和导电环都是围绕基板160的外围形成的。
尽管在图3的透视图中没有示出，多个无源元件可以被嵌入基板160。如前所述，将高介电常数陶瓷层插入基板160。陶瓷层可以被用来使无源元件具有高介电常数。此外，可以在基板上形成多个印刷无源元件。例如，可以在基板160上形成印刷电感元件。
图4示出了可以用于根据本发明的另一实施例的多芯片模块中的印刷电感元件。电感元件1100被设置为具有可调电感值。特别地，螺旋电感器体1060通过线连接物1010连接到导电垫1050。电感器体1060具有多个线连接物接触点1061、1062和1063。线连接物1010可以连接到合适的线连接物接触点，以调节电感元件的电感。电感器体1060可以电连接到导电过孔1020。
尽管参照前述实施例和附图在此对本发明进行了描述，但是本发明的范围通过所附的权利要求来限定。因此，本领域技术人员应该理解，在不脱离权利要求中披露的本发明的精神的情况下，可以做出多种替换、修改和改变。
从以上描述可以看出，因为本发明的多芯片模块包括在其中插入高介电常数陶瓷层的基于有机材料的层压基板，多芯片模块可以在其中包括大容量无源元件，并显示了改进的机械性能。
此外，因为本发明的多芯片模块包括单一基板，所以其可以实现高性能的不同射频/中频功能。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
权利要求
1.一种多芯片模块，包括基于有机材料的层压基板，其中插入有高介电常数陶瓷层；至少一个射频/中频有源电路芯片，连接到所述基板并被设置为执行多个射频/中频功能；以及至少一个无源元件，连接到所述基板。
2.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述多芯片模块包括两个或更多具有不同射频/中频功能和不同电特性的有源电路芯片。
3.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述多芯片模块包括一个有源电路芯片，所述有源电路芯片具有适于执行第一射频/中频功能的第一部分和适于执行第二射频/中频功能的第二部分。
4.根据权利要求3所述的多芯片模块，其中，所述第一和第二部分电连接到各自独立的接地层。
5.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述基板在其上表面上设置有芯片附着垫并且在其下表面上设置有导电接地垫；以及所述有源电路芯片之一连接到所述芯片附着垫，并通过导电过孔电连接和热连接到所述导电接地垫。
6.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述无源元件中的至少一个通过表面安装连接到所述基板。
7.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述无源元件中的至少一个被嵌入所述基板。
8.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述高介电常数陶瓷层被用作嵌入的电容器的介电层。
9.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述无源元件包括嵌入所述基板的电阻器和电感器。
10.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述无源元件包括印刷电感元件，所述电感元件的电感可被调节。
11.根据权利要求10所述的多芯片模块，其中，所述印刷电感元件包括螺旋电感器体、导电垫、和将所述电感器体电连接到所述导电垫的线连接物；所述电感器体具有两个或更多线连接物触点。
12.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述基于有机材料的层压基板是由FR4或聚四氟乙烯制成的。
13.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述高介电常数陶瓷层包括铁电材料。
14.根据权利要求1所述的多芯片模块，其中，所述高介电常数陶瓷层包含钛酸钡(BaTiO3)。
15.根据权利要求14所述的多芯片模块，其中，所述高介电常数陶瓷层还包含SrTiO3或BaSnO。
全文摘要
本发明公开了一种多芯片模块，其有助于在其中包括大容量无源元件并显示了较好的机械性能。多芯片模块包括基于有机材料的层压基板，在其中插入高介电常数陶瓷层；至少一个射频/中频有源电路芯片，连接到该基板并且被设置为执行两个或更多射频/中频功能；以及多个无源元件，连接到该基板。
文档编号H01L25/16GK1783486SQ20051010289
公开日2006年6月7日 申请日期2005年9月14日 优先权日2004年12月3日
发明者裴孝根, 边宇镇, 金南兴 申请人:三星电机株式会社