CN115151988A - 具有配备有由基部支承的电容器的差分传输线的电子装置及相应的制造方法 - Google Patents

Abstract

一种电子装置及用于制造电子装置的方法，该电子装置包括板(200)，该板(200)配备有一对(201)差分传输线(202A，202A'，202B，202B')，所述一对中的每条线具有在两个线端子之间延伸的开口，该装置还包括电容器模块(CM)，该电容器模块(CM)包括：基部(203)；由基部支承的两个3D电容器(204A，204B)，每个3D电容器包括两个电容器端子，所述两个电容器端子分别连接至所述一对传输线中的一条线的两个线端子。

Description

具有配备有由基部支承的电容器的差分传输线的电子装置及 相应的制造方法

技术领域

本发明涉及集成领域，并且更特别地，涉及其中使用差分信号的电子装置。

背景技术

许多当前的电子装置在本领域技术人员已知为差分信号传递的技术中使用成对的导线或线来传输互补信号。这些成对导线中的每个导线都传送信号，该信号与在另一导线上接收的信号互补。

这样的一对导线或线通常被称为差分对，或差分传输线对，或差分传输导线对。

在许多装置中，需要在连接在一起并且可能使用不同的DC供应电压的有源电路之间提供DC隔离。

通常，在差分对中的导线的两个部分之间串联连接有分立电容器，每个差分通道用一个分立电容器。在当前电路中通常使用多层陶瓷电容器(MLCC)电容器。

由于对较小装置的需要，现在使用较小的MLCC电容器。然而，MLCC电容器存在若干缺点，这些缺点将在图1A和图1B的视图中更清楚地呈现。

图1A是根据现有技术的装置的示例的示意性透视图。该装置包括可以为PCB的板100。在该PCB 100上已经印刷有若干个差分线对101。每个对101包括在板100的表面上延伸的两条线102。每条线102配备有串联连接在线102中间的电容器103。

已经观察到，虽然MLCC电容器可以以小尺寸制造，但是用于将这些电容器连接至线102的焊接垫104限制了可以在诸如板100的板的区域中相邻连接的电容器的数目。此外，与在使用MLCC电容器时要使用的制造工艺相关联的各种规则(例如禁止区等)限制了可以邻近连接的电容器的数目。

这是由通常要求遵守相邻的焊接垫诸如焊接垫104之间的临界距离的设计规则造成的。

此外，在具有若干个差分线对的电路上，通常要求线全部具有相同的特性阻抗，并且这通常导致下述装置：在该装置中电容器优选对准，并且线对之间存在具有恒定间隙宽度的间隙。

在差分线对中，线还优选地具有相同的长度。这导致使用了较大的表面面积，如图所示，其中电容器在与可以在线中循环的电流的大致方向基本上正交的方向上分布。此外，对于给定的线对，由于所使用的制造工艺的约束，间隙无法具有恒定的间隙宽度。

由于电容器103的厚度，已经观察到在如图所示布置的电容器103之间可能出现寄生电容器。这种现象被称为寄生耦合，对差分对的特性阻抗有影响。

图1B是图1A的装置的顶视图。

因此，期望获得示出了电容器之间有限的寄生耦合、有限的表面面积占用并且仍然提供良好的DC阻断的装置。

根据现有技术，文献US 8373967、US 10470296和US 10475786公开了电容器在差分线对上的已知布置。

本发明是鉴于上述问题而完成的。

发明内容

本发明提供了一种电子装置，其包括板，该板配备有一对差分传输线，该一对中的每条线具有在两个线端子之间延伸的开口，该装置还包括电容器模块，该电容器模块包括：

基部；

由基部支承的两个3D电容器，每个3D电容器包括两个电容器端子，所述两个电容器端子分别连接至一对传输线中的一条线的两个线端子。

本发明的发明人已经观察到，通过使用3D电容器，可以减小整个装置的尺寸，同时保持良好的电容值。

两个3D电容器使用将支承它们的基部此处为单个基部来布置，所述两个3D电容器可以被布置成更靠近彼此，并且更特别地相对于两个分立的3D电容器更靠近彼此。使用用于两个3D电容器的单个基部也将有助于例如在单个步骤中操纵和连接两个电容器。事实上，所需的组装步骤诸如拾取与布置步骤以及定位步骤较少。

例如，3D电容器包括呈现凹凸的功能电极(例如，其包括呈现凹凸的表面，或者其形成在诸如孔、洞、沟槽或柱的凹凸上)。3D电容器也可以被限定为：包括在彼此正交的三个方向(例如平行于基部的两个方向以及与基部正交的一个方向)上延伸的功能电极。在本发明中，功能电极是面对电容器的另一电极并且参与了装置的电容的电极。电容器端子可以包括在功能电极中、部分地包括在功能电极中，或者可以连接至功能电极。在三个方向上延伸的功能电极是具有在这三个方向上延伸的外表面的功能电极。

应当注意，所谓的由基部支承意味着两个3D电容器可以形成在基部中或者形成在基部上。

根据特定实施方式，3D电容器包括下述电极，该电极被布置成两个平行部分之间形成尺寸比200微米小的3D结构。

例如，两个平行部分可以是沟槽的平行的壁、柱或洞的两个相对壁、孔的两个径向相对的壁。这些示例是3D电容器的功能电极的竖直平行部分的示例，并且这些示例可以分开小于10微米的距离。

此外，两个平行部分可以为沟槽/孔/洞/柱的顶部分和底部分。这些示例是水平平行部分的示例，并且这些示例可以分开小于200微米的距离。

该实施方式通过使用微加工技术例如在半导体工业中使用的技术来获得。

根据实施方式，两个3D电容器使用至少一个共同的制造步骤来形成。

该共同的制造步骤可以为材料沉积步骤、蚀刻步骤、光刻步骤或者允许分别属于两个3D电容器的两个特征的并行制造的任何制造步骤。

通过共同的制造步骤，应当理解，单个步骤可以允许在两个3D电容器中形成相同的特征。

根据特定实施方式，电容器模块具有将两个3D电容器分开的对称平面。

本发明的发明人已经观察到，包括具有对称平面的电容器模块确保了装置的差分特性阻抗受到良好控制：对于行进通过两个电容器的信号，在两个电容器之间不存在行进距离差。

根据特定实施方式，差分传输线对中的线在电容器模块附近沿直线方向延伸。

由于使用了支承两个3D电容器的基部，因此可以使用下述直线：不具有在根据图1A和图1B的现有技术的装置上可见的焊接所需的转弯、放大和变细。例如，沿直线方向延伸的线可以具有在该附近区域保持平行的两个边缘。

本领域技术人员理解所谓的电容器模块附近的含义。作为示例，在附近意味着在小于几毫米例如小于500微米、或小于1毫米、或小于5毫米、或小于10毫米的距离内。

根据特定实施方式，基部包括将两个3D电容器分开的绝缘区域。

可以对包括在该绝缘区域中的材料进行选择以便其具有绝缘和/或介电特性，以较好地控制电容器模块内的差分特性阻抗。例如，可以使用硅，特别是未掺杂或低掺杂的硅(接近本征)。

根据特定实施方式，基部包括半导体材料，每个3D电容器包括：至少一个电极，该电极包括以沟槽、洞或柱的形状形成的半导体材料结构；以共形方式布置在该半导体材料结构上的介电层；以及以共形方式布置在该介电层上的另一电极。

作为示例，该实施方式可以为每个电容器实施如文献WO2007125510中所公开的结构。

在该实施方式中，可以对沟槽、洞或柱的壁进行掺杂以形成每个电容器的电极，并且可以使用未掺杂或低掺杂的硅来使两个3D电容器隔离。

根据特定实施方式，基部包括具有用于每个3D电容器的其中孔沿第一方向(从包括该材料的层的面，第一方向例如正交于该面)延伸的多孔区域的材料，每个3D电容器包括：至少在该电容器的多孔区域的孔的内部以共形方式布置的电极；在该电极上至少在该电容器的多孔区域的孔的内部以共形方式布置的介电层；以及在该介电层上至少在多孔区域的孔的内部以共形方式布置的另一电极。

该实施方式可以使用文献WO 2015/063420中公开的方法来实施以产生两个3D电容器。在该文献中，孔在多孔阳极氧化铝中制成。

根据特定实施方式，基部还包括半导体区域，该半导体区域被布置在包括具有多孔区域的材料的区域下方。

例如，该半导体区域可以包括硅。本发明不限于使用半导体衬底，并且本实施方式的3D电容器可以形成在各种衬底诸如玻璃衬底上或者形成在集成电路上方。

根据特定实施方式，板包括支承一对传输线的面，电容器模块在该板的所述面上被连接。

应当注意，本发明不限于电容器模块连接在板的面上，还涉及其中电容器模块例如嵌入在板中的装置。

在本实施方式中，可以在板的该面上印刷一对传输线，并且然后将电容器模块靠近线布置，这限制了信号从所述线至电容器并返回的行进距离。

根据特定实施方式，两个3D电容器由基部的面对板的面的一侧来支承。

该特定实施方式使得两个3D电容器能够尽可能靠近线对。因此，3D电容器的存在几乎不影响信号在线中的传播，并且差分特性阻抗受到良好地控制。同样，所谓的被支承，其意味着两个3D电容器可以在基部的该侧上；或者在它们在基部中制成的情况下，两个3D电容器可以出现在基部的该侧上。

根据特定实施方式，两个电容器端子使用导电凸块分别连接至一对传输线中的一条线的两个线端子。

使用导电凸块使得能够使用本领域技术人员已知为倒装芯片的技术。相对于标准焊接垫，这种技术有助于减少板上的表面面积占用。

替选地，可以使用导线来连接电容器端子。

根据特定实施方式，板的面支承多对差分传输线，并且其中，电容器模块针对每对差分传输线包括布置在基部上的3D电容器中的两个3D电容器，该3D电容器具有两个电容器端子，所述两个电容器端子分别连接至来自多个对中的一个对中的线的两个端子。

在该特定实施方式中，所有差分传输线对可以至少在电容器模块附近(即，在基本上是电容器模块的宽度的距离内)是平行的并且是直的。

此外，优选地，所有3D电容器都在相同方向上取向，并且在与一对差分传输线的大致方向基本上正交的方向上对准。

本发明还提供了一种包括如上限定的电子装置的通信模块。

该通信模块可以为例如光通信模块或者需要使用差分传输线的任何通信模块。

本发明还提供了一种用于制造电子装置的方法，包括：

-获得配备有一对差分传输线的板，该对中的每条线具有在两个线端子之间延伸的开口，

-获得包括基部和由该基部支承的两个3D电容器的电容器模块，每个3D电容器包括两个电容器端子，

-将每个电容器的两个电容器端子分别连接至两个线端子。

该方法可以适于制造如上限定的装置的不同实施方式中的任何一个。

根据特定实施方式，使用下述制造工艺来形成3D电容器的电极：被选择成在两个平行部分之间获得具有比200微米小的尺寸的3D结构。

根据特定实施方式，该方法包括用于形成两个3D电容器的至少一个共同的制造步骤。

附图说明

根据以下参照附图仅通过说明而非限制的方式给出的对本发明的特定实施方式的描述，本发明的另外的特征和优点将变得明显，在附图中：

-已经描述的图1A和图1B是根据现有技术的装置的示例，

-图2A和图2B是根据示例的电子装置的示意性表示，

-图3是其中使用了沟槽的电容器模块的示例，

-图4是其中使用了多孔区域的电容器模块的示例，

-图5A和图5B是其中存在多个差分传输线对的示例。

具体实施方式

现在将描述下述电子装置的实施方式：在该电子装置中，嵌入在电容器模块中的电容器将被安装在布置在板上的差分线对上。

根据这些实施方式的电子装置可以在需要使用差分线的任何通信模块(例如光通信模块)中使用。

图2A是包括基部200的装置的透视图，该基部200为PCB，通常包括环氧树脂或陶瓷。

在该基部200上，已经印刷有差分传输线对201(其中线被蚀刻或图案化的其他替选方案是可能的)。该线对包括装置的图上可见部分上示出的四个线段。这些段包括第一线的段202A和段202A'以及第二线的段202B和段202B'。第一线的两个段202A和202A'由开口分开，该开口将在下文中描述的图2B上更加可见。第二线的两个段202B和202B'由开口分开，该开口将在下文中描述的图2B上可见。

为了阻断通过差分对201传输的信号的DC分量，使用了电容器模块CM。

电容器模块CM包括第一电容器204A和第二电容器204B。

如在图上可以看到的，电容器204A和204B被布置成尽可能地靠近板200的支承差分传输线对201的面。这使得能够将差分阻抗保持为尽可能地接近线的差分阻抗。

电容器204A和电容器204B为3D电容器，并且3D电容器的示例将在下文中给出。

在该图中，线端子205A(在段202A的端部处)、线端子205A'(在段202A'的端部处)、线端子205B(在段202B的端部处)、线端子205B'(在段202B'的端部处)也是可见的。这些线端子由上面提及的开口分开，并且电容器204A和204B具有以下述方式连接至这些线端子的电容器端子，该方式将参照图2B来更准确的描述。

图2B是沿图2A上可见的平面I-I'的横截面。该图示出了当将电容器204A布置在基部的面对支承差分线对201的板的面的一侧时如何将该电容器204靠近板200布置。

在该图上，在线端子205A与线端子205A'之间可见开口OP。

该图还示出了电容器模块CM包括电容器端子206A和206A'，所述电容器端子在图2A的透视图中不可见。还示出了在电容器端子206A与线端子205A之间以及在电容器端子206A'与线端子205A'之间分别形成电接触的导电凸块207A和207A'。使用倒装芯片方法来将电容器模块CM与线端子组装在一起。

在所示的示例中，每个电容器电极有一个导电凸块：对于电容器模块CM，有四个凸块。这有助于布置电容器模块CM，并且防止在布置装置时发生任何倾斜。因此，获得了良好的差分特性阻抗，并且几乎不影响信号的传播。

此外，优选地，导电凸块具有与线端子和电容器端子基本上相同的形状，这确保了对差分特性阻抗的良好控制。

应当注意，图2A和图2B的电容器模块呈现了两个电容器之间的穿过电容器模块CM的对称平面。

图3示出了形成在电容器模块CM'中的两个3D电容器，该电容器模块CM'可以被用作图2A和图2B的实施方式中的电容器模块CM。

电容器模块CM'包括基部303，该基部303是包含硅、砷化镓或甚至氮化镓的半导体衬底。

在基部303中形成有两个沟槽TRA和TRB。这两个沟槽的壁可以被掺杂(在图上以掺杂区域DRA和DRB表示)以便具有导电性并且起到电容器电极并且更准确地是功能电容器电极的作用。

为了形成第一3D电容器304A，用介电层310、第一导电层311、第二介电层312和第二导电层313来填充沟槽TRA。

通过用介电层320、第一导电层321、第二介电层322和第二导电层323填充沟槽TRB来形成第二3D电容器304。

本领域技术人员将理解，所获得的结构是MIMIM结构：金属-绝缘体-金属-绝缘体-金属结构，其允许并联两个电容器以获得具有增加的电容的单个电容器。应当注意，本文中描述的所有电容器模块都可以使用MIM或MIMIM结构来形成。此外，在所示的示例中，为了简单起见，没有完全展示电容器的电极之间的互连。

应当注意，形成两个3D电容器304A和304B可以使用共同的制造步骤来完成。

例如，可以在单个步骤中同时完成形成两个沟槽TRA和TRB，可以在单个步骤中同时完成沉积介电层310和320，可以在单个步骤中同时完成沉积导电层311和321，可以在单个步骤中同时完成沉积介电层312和322，并且可以在单个步骤中同时完成沉积介电层313和323。

应当注意，使用共同步骤确保了所产生的特征在尺寸和材料方面具有非常相似的特性，这然后将变成对差分特性阻抗的良好控制：装置被很好地平衡。

为了接入电容器的电极，分别形成端子307A、307A'、307B和307B'，以获得与层313、311、323和321的连接。虽然图上未示出，但是掺杂区域DRA和DRB将分别与层313和323连接以形成并联电容器。

在所示的示例中，沟槽TRA和TRB可以具有小于200微米的深度和小于10微米的宽度。

然而，本发明不限于沟槽并且还涵盖了洞、柱等的使用。

应当注意，在所示的示例中，两个3D电容器在同一个硅衬底中形成，该硅衬底具有非常低的导电性，并且可以被本领域技术人员认为是绝缘的：硅的相对介电常数具有值为11.68对于设置特性阻抗是可接受的。

图4示出了形成在电容器模块CM”中的两个3D电容器的另一示例，该电容器模块CM”可以被用作图2A和图2B的实施方式中的电容器模块CM。

电容器模块CM”包括基部403，该基部403可以包括半导体材料。例如，基部可以包括形成在硅中的有源部件，并且可以是完整的集成电路或者没有任何部件的硅衬底。

在基部403上方、氧化铝层ALA中形成有两个多孔区域PRA和PRB。两个多孔区域为多孔阳极铝氧化物(AAO)或者具有从面延伸的孔的任何其他材料。

为了形成第一3D电容器404A，用第一导电层410、介电层411和第二导电层412来填充多孔区域。

为了形成第二3D电容器404B，用第一导电层420、介电层421和第二导电层422来填充多孔区域。

本领域技术人员将理解，所获得的结构是MIM结构：金属-绝缘体-金属结构。然而，在多孔区域中也可以使用MIMIM结构。

应当注意，形成两个3D电容器404A和404B可以使用共同的制造步骤来完成。

例如，可以在单个步骤中同时完成形成两个多孔区域PRA和PRB，可以在单个步骤中同时完成沉积导电层410和420，可以在单个步骤中同时完成沉积介电层411和421，并且可以在单个步骤中同时完成沉积导电层412和422。

为了接入电容器的电极，分别形成端子407A、407A'、407B和407B'，以获得与层412、410、422和420的连接。

在所示的示例中，多孔区域可以具有几微米至几十微米的深度。

应当注意，在所示的示例中，两个3D电容器通过氧化铝层ALA的氧化铝彼此绝缘。

图5A是包括支承多个差分传输线对501(与参照图2A和图2B描述的对201类似)的板500的电子装置的顶视图，每个线对均包括线段502。

在装置的图上可见的部分中，线段全部是直的，其中在两个线对之间没有引入长度差的肩部。

该电子装置还包括电容器模块CM”'，该电容器模块CM”'包括两个电容器504，该电容器504用于将每个对以与图2A和图2B中的电容器204A和204B基本上相同的方式连接至线。

图5B是图5A的装置的透视图。

虽然上面已经参照某些具体实施方式描述了本发明，但是应当理解，本发明不受具体实施方式的特殊性的限制。在所附权利要求的范围内，可以对上述实施方式进行多种变型、修改和发展。

Claims (17)

1.一种电子装置，其包括板(200)，所述板(200)配备有一对(201)差分传输线(202A，202A'，202B，202B')，所述一对中的每条线具有在两个线端子(205A，205A'，205B，205B')之间延伸的开口(OP)，所述装置还包括电容器模块(CM)，所述电容器模块(CM)包括：

基部(203)，

由所述基部支承的两个3D电容器(204A，204B)，每个3D电容器包括两个电容器端子(206A，206A')，所述两个电容器端子分别连接至所述一对传输线中的一条线的所述两个线端子。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述3D电容器包括电极，所述电极被布置成在两个平行部分之间形成尺寸比200微米小的3D结构。

3.根据权利要求1或2所述的装置，其中，所述两个3D电容器使用至少一个共同的制造步骤来形成。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的装置，其中，所述电容器模块具有将所述两个3D电容器分开的对称平面。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的装置，其中，所述一对差分传输线中的所述线在所述电容器模块附近沿直线方向延伸。

6.根据权利要求1至5中任一项所述的装置，其中，所述基部包括将所述两个3D电容器分开的绝缘区域。

7.根据权利要求1至6中任一项所述的装置，其中，所述基部包括半导体材料，并且每个3D电容器包括：至少一个电极，所述电极包括以沟槽、洞或柱的形状形成的半导体材料结构；以共形方式布置在所述半导体材料结构上的介电层；以及以共形方式布置在所述介电层上的另一电极。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的装置，其中，所述基部包括具有用于每个3D电容器的、孔沿第一方向延伸的多孔区域的材料，每个3D电容器包括：至少在所述电容器的所述多孔区域的孔的内部以共形方式布置的电极；在所述电极上至少在所述电容器的所述多孔区域的孔的内部以共形方式布置的介电层；以及在所述介电层上至少在所述多孔区域的孔的内部以共形方式布置的另一电极。

9.根据权利要求8所述的装置，其中，所述基部还包括半导体区域，所述半导体区域被布置在包括具有多孔区域的所述材料的区域下方。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的装置，其中，所述板包括支承所述一对传输线的面，所述电容器模块在所述板的所述面上被连接。

11.根据权利要求10所述的装置，其中，所述两个3D电容器由所述基部的面对所述板的所述面的一侧来支承。

12.根据权利要求1至11中任一项所述的装置，其中，所述两个电容器端子使用导电凸块分别连接至所述一对传输线中的一条线的所述两个线端子。

13.根据权利要求1至12中任一项所述的装置，其中，所述板的所述面支承多对所述差分传输线，并且其中，所述电容器模块针对每对差分传输线包括布置在所述基部上的所述3D电容器中的两个3D电容器，所述3D电容器具有两个电容器端子，所述两个电容器端子分别连接至所述多对中的一对的一个线的两个端子。

14.一种通信模块，包括根据权利要求1至13中任一项所述的电子装置。

15.一种用于制造电子装置的方法，所述方法包括：

-获得配备有一对(201)差分传输线(202A，202A'，202B，202B')的板(200)，所述一对中的每条线具有在两个线端子(205A，205A'，205B，205B')之间延伸的开口(OP)，

-获得包括基部(203)和由所述基部支承的两个3D电容器(204A，204B)的电容器模块，每个3D电容器包括两个电容器端子(206A，206A')，

-将每个电容器的所述两个电容器端子分别连接至所述两个线端子。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，使用制造工艺来形成所述3D电容器的电极，所述制造工艺被选择成在两个平行部分之间获得尺寸比200微米小的3D结构。

17.根据权利要求15或16所述的方法，包括用于形成所述两个3D电容器的至少一个共同的制造步骤。

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