CN101770959A - 刚柔结合的组件和制造方法 - Google Patents

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安蒂·伊霍拉
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Abstract

本发明涉及刚柔结合的组件及制造方法。在刚柔结合型组件和制造方法中，在柔性区(13)的位置，将柔性膜(20)和牺牲材料片(16)附着于导体膜(12)。在导体膜(12)的表面上制造其内部容纳有牺牲材料片(16)的绝缘体层(1)。以在绝缘体层(1)中制作开口(9)的方式来形成柔性区(13)，通过开口(9)来移除牺牲材料片(16)。柔性区包括至少部分柔性膜(20)以及通过在方法中的适当阶段中构图导体膜(12)来制造的导体(22)。

Description

刚柔结合的组件和制造方法
技术领域
本发明涉及刚柔结合型电路板和电子组件。刚柔结合型电路板包括至少一个柔性区(挠曲的)和至少一个较硬(刚性)区。就术语电子组件而言，指的是包括至少一个在绝缘体层内部的部件的电路板或一些其他对应的结构。
本发明还涉及用于制造前述电路板的方法。电路板可以例如是，单层或多层电路板、电子组件或一些其他对应的结构。
背景技术
在专利申请公开US 2008/0014768A1中公开了刚柔结合型电路板。
在专利申请公开US 2008/0149372A1中公开了使用表面安装技术将部件附着于其表面上的刚柔结合型电路板。在这之后，在柔性区处折叠电路板，因而形成包含相互重叠的部件的存储器电路组件。
在专利申请公开US 2008/0009096 A1中公开了刚柔结合型电路板和电子组件。
在专利申请公开US 2008/128886 A1中公开了刚柔结合型电路板和电子组件。
发明内容
本发明的目的是开发用于制造包括柔性区的电路板的新制造方法。
根据本发明的一个方面，产生了在柔性区中将柔性膜和牺牲材料的片附着于导体膜的制造方法。在导体膜的表面上制造容纳有牺牲材料的片的绝缘体层。以在绝缘体层中制作开口的方式来形成柔性区，通过该开口来移除牺牲材料的片。柔性区包括至少部分柔性膜和通过在方法中的适当阶段中构图导体膜来制作的导体。
借助该方法，可以制造很多不同类型的电路板。借助该方法，也可以制造要求的电路板结构，诸如多芯片封装和其他电子组件。根据本发明的另一方面，产生了包括至少一个柔性区的刚柔结合型电子组件。该电子组件包括至少一个由柔性膜支撑、在柔性区上伸展的导体的层。在柔性区的外部，该电子组件包括同样支撑所述导体的绝缘体层。在绝缘体层的内部是至少一个部件，在该部件的表面上的接触端面向所述导体并借助接触元件连接到所述导体。可以将电子组件制造为使得接触元件是由一个或更多金属层构成的一体化金属片，通过使用化学或电化学方法生长来制造每个金属层。
因而，产生了用于制作可以在某些应用中提供某些优点的新型电子组件的新型制造方法。
根据一个实施例，可以制造非常简单并且成本低的刚柔结合型电子组件，然而该电子组件提供了高质量的到一个或更多位于该电子组件内部的部件的电接触。
在实施例中，也可以在制造刚柔结合型封装时实现更高的封装密度。这是因为，借助通孔，在封装中不一定需要在导体层之间的Z方向上做出接触。这使得可以为封装实现小的XY方向表面面积，或者实现在给定面积内装入更多的导体。相应地，也可以在封装内以更高的连接密度嵌入一个或多个部件。
借助实施例，也可以缩短用于多层封装的制造工艺。
附图说明
图1示出了根据第一实施例的制造方法中的一个中间阶段。
图2示出了根据第一实施例的制造方法中的第二中间阶段。
图3示出了根据第一实施例的制造方法中的第三中间阶段。
图4示出了根据第一实施例的制造方法中的第四中间阶段。
图5示出了根据第一实施例的制造方法中的第五中间阶段。
图6示出了根据第一实施例的制造方法中的第六中间阶段。
图7示出了根据第一实施例的制造方法中的第七中间阶段。
图8示出了根据第一实施例的制造方法中的第八中间阶段或者一个可能的最终产品。
图9示出了根据第二实施例的制造方法中的一个中间阶段。
图10示出了根据第二实施例的制造方法中的第二中间阶段。
图11示出了根据第二实施例的制造方法中的第三中间阶段。
图12示出了根据第二实施例的制造方法中的第四中间阶段。
图13示出了根据第二实施例的制造方法中的第五中间阶段。
图14示出了根据第二实施例的制造方法中的第六中间阶段。
图15示出了根据第二实施例的制造方法中的第七中间阶段或者一个可能的最终产品。
图16示出了根据第三实施例的制造方法中的一个中间阶段。
图17示出了根据第三实施例的制造方法中的第二中间阶段。
图18示出了根据第三实施例的制造方法中的第三中间阶段。
图19示出了根据第三实施例的制造方法中的第四中间阶段。
图20示出了根据第三实施例的制造方法中的第五中间阶段。
图21示出了根据第三实施例的制造方法中的第六中间阶段。
图22示出了根据第三实施例的制造方法中的第七中间阶段或者一个可能的最终产品。
图23示出了在根据第四实施例的制造方法中使用的挠曲片的侧视图。
图24示出了图23的挠曲片的俯视图。
图25示出了在根据第四实施例的制造方法中使用的一个膜结构的侧视图。
图26示出了在根据第四实施例的制造方法中使用的第二膜结构的侧视图。
图27示出了根据第四实施例的制造方法中的中间阶段，在该阶段中，图23的挠曲片与图25和图26中的膜结构接合到一起。
图28示出了根据第四实施例的制造方法中的第二中间阶段。
图29示出了根据第四实施例的制造方法中的第三中间阶段。
图30示出了根据第四实施例的制造方法中的第四中间阶段。
图31示出了根据第四实施例的制造方法中的第五中间阶段。
图32示出了根据第四实施例的制造方法中的第六中间阶段或者一个可能的最终产品。
图33示出了根据第三实施例的方法中的一个中间阶段，借助该阶段来制造封装(例如根据图8或图15中所描绘的产品)。
图34示出了根据第三实施例的方法中的第二中间阶段。
图35示出了根据第三实施例的方法中的一个可能的最终产品。
图36示出了根据第四实施例的方法中的一个中间阶段，借助该阶段来制造封装(例如根据图8或图15中所描绘的产品)。
图37示出了根据第四实施例的方法中的一个可能的最终产品。
具体实施方式
图1至图8示出了根据一个实施例的制造方法。在该实施例中，从导体膜12(其例如是金属的)开始进行制造。适当的导体膜12例如是，其厚度在1μm至70μm范围内(代表性地在3μm至12μm范围内)的铜膜。
也可以使用包括导体膜12和在其表面上的绝缘体层的分层膜，而非仅有的导体膜12，作为开始材料。如果绝缘体层在导体膜12的上表面上，则根据图1和图2中的布置，绝缘体层可以用来例如改进在导体膜12和粘合剂以及随后所制造的在其之上的绝缘体层之间的黏合力。在该情况中，绝缘体层薄是有道理的。粘合剂层也可以用来从下表面(根据图1和图2中的布置)支撑导体膜12，并且在必要时，可以在制造方法中的随后阶段中从本结构中移除。
一个可实践的分层膜替换方案是两层铜膜，其中，在制造方法的初始阶段中支撑本结构的第二铜膜可拆卸地附着在形成导体膜12的铜膜下面(根据图1和图2中的布置)。因而支撑膜也可以是导电材料的。
也可以以如下方式来进行：从支撑导体膜12并在其表面上制造导体膜12的支撑膜开始进行制造。取代导体膜12，也可以直接在支撑膜上制造仅仅导体图案。
在下文所述的实施例中，也可以使用以上提到的分层膜而非导体膜12。
接下来，在导体膜12中制作接触开口8，开口8按照与要被布置在所制造的组件中的部件的接触端相符的方式位于导体膜12上。因而，在导体膜12中为各部件的接触端制作各接触开口8。在该实施例中，借助UV(紫外线)激光来制造接触开口8。例如使用一些其他激光技术，通过机械钻孔、通过磨制或者通过蚀刻，也可以制造接触开口8。
在图1的实施例中，将接触开口8制造为使得接触开口8的尺寸小于位于接触开口8的位置处的接触端的接触表面面积。接触开口8的形状代表性地为圆形，但是也可以使用其他形状。将接触开口8的形状和尺寸选择为使得接触端的接触表面能够完全覆盖接触开口8。
根据图2，在部件的附着区域中，通过在导体膜12的表面上涂覆粘合剂层5来继续进行制造。因而，粘合剂层5也覆盖接触开口8。或者，粘合剂5可以涂覆在部件的表面上。也可以在部件和导体膜12两者的表面上涂覆粘合剂。代表性地，粘合剂在局部涂覆，使得粘合剂层5只会位于部件的附着区域中。使用不导电的粘合剂来粘贴部件。
术语粘合剂指的是一种材料，部件可以借助该材料附着到充当衬底的导体膜12。粘合剂的一个属性是，它可以以相对而言的流体形式，或者以适合表面形状的形式(例如膜)，被涂覆在要被粘贴的表面上。粘合剂的第二个属性是，在涂覆之后，粘合剂硬化或者可以至少部分地硬化，使得粘合剂能够将部件保持在(相对于导体膜12的)适当位置，至少直到可以以一些其他方式来将部件固定于本结构为止。粘合剂的第三个属性是粘附能力，即粘附在所粘贴的表面上的能力。
就术语粘贴而言，指的是借助粘合剂，将要被粘贴的片接合到一起。在实施例中，在部件和充当衬底的导体膜12之间放上粘合剂，并将部件放置到相对于衬底的适当位置，其中，粘合剂接触部件和衬底并至少部分地填充到部件和衬底之间的空间。在这之后，使粘合剂(至少部分地)硬化，或者粘合剂(至少部分地)主动硬化，使得部件借助粘合剂附着于衬底。在一些实施例中，在粘贴期间，部件的接触突出部可以刺穿粘合剂层，以接触到衬底。
在实施例中使用的粘合剂代表性地是环氧树脂基的粘合剂，例如热硬化环氧树脂粘合剂。将粘合剂选择为使得所使用的粘合剂对于衬底和部件会具有足够的黏合力。粘合剂的一个优选的属性是适当的热膨胀系数，使得在工艺期间粘合剂的热膨胀不会与周围材料的热膨胀过度差异。同样优选的是，选择所具有的硬化时间短(优选的为若干秒)的粘合剂。在该时间内，如果粘合剂可以至少部分地硬化，达到使粘合剂能够将部件保持在适当位置的程度，那会有好处。最终的硬化可能耗时明显更长，并且最终的硬化甚至可以设计为结合随后的工艺阶段发生。此外，在选择粘合剂时，要为由制造工艺的随后阶段引起的应力(诸如热、化学或机械应力)留出裕量。
在为部件涂覆粘合剂层5的基本上相同的阶段中，用于牺牲材料的粘贴的粘合剂层15以完全对应的方式涂覆在导体层的表面上。在粘合剂层15中，优选的是使用例如由于热处理的效应而失去其黏合力和/或结合力的粘合剂(所谓的热释放粘合剂)。可以在粘合剂层15中使用的其他可能的粘合剂是其黏合力或结合力可以例如通过化学处理、物理加工或借助紫外线辐射而减弱的粘合剂。
接下来，采用包括接触端7的部件6。部件6例如是半导体部件(例如处理器、存储器芯片或其它微电路)。图1中所示的部件6的接触端7是基本上位于部件表面的平面上的接触区域。在半导体工厂的半导体部件制造工艺中形成部件6的该接触区域。代表性地在接触区域中形成在该工艺中使用的金属的导体图案的表面。在半导体部件制造工艺中使用的金属通常是铝，尽管也可以使用其他金属、金属合金或其他导体材料。例如，在半导体部件制造工艺中对铜的使用已经变得广泛了。部件6的接触端7也可以是从部件表面的平面突出的接触凸起。在半导体部件的制造之后，代表性地在单独的工厂中，在凸起形成工艺中制造该接触凸起。接触凸起可以包含一种或更多种金属、金属合金或其他导体材料。代表性地，由铜或金来制作接触凸起的外表面，即接触表面。
以使每个接触端7与对应的接触开口8相符的方式，将部件6相对于接触开口8对齐，并压在粘合剂层5上。在这之后，粘合剂至少部分地硬化，使得在对齐之后可以防止或最小化部件6和导体膜12的相对移动。在对齐和粘贴期间，寻求使接触开口8会在对应的接触端7的中央的定位。
在基本上相同的阶段中，并且以与部件6基本上相同的方式，将牺牲材料片16附着于导体膜。牺牲材料可以例如是聚四氟乙烯，诸如
Figure G2010100020191D00061
也可以使用不坚固粘附于要在组件中被层压的绝缘体层的材料的一些其他材料作为牺牲材料。适当的材料可以例如是，诸如尼龙的聚酰胺或适当的硅涂层材料。借助粘合剂层15来附着牺牲材料片16。
在这之后，在图2的示例中，在导体膜12的上面层压绝缘体膜11和未硬化的或预硬化的聚合物的一体化绝缘体膜10，绝缘体膜11中制作有用于部件6和牺牲材料片16的孔4。在层压期间，绝缘体膜10、11融合在一起并形成部件6和片16周围的一体化绝缘体层1。在图2的实施例中，绝缘体膜11是浸有聚合物的纤维垫，或者包含预硬化的聚合物并用纤维材料强化的膜。聚合物可以例如是环氧树脂，而纤维强化物可以例如是玻璃纤维垫。用于绝缘体膜11的适当材料的代表性示例是FR4型玻璃纤维强化环氧树脂膜。当然，可以使用其他强化物和聚合物材料的组合。在使用几层绝缘体膜11时，膜也可以相互不同。
在图2和图3中，由波浪线19来示出纤维材料。在下文的图中，未示出纤维材料19，但是这些结构也包括纤维材料19。包含在绝缘体膜11中的纤维材料19或者绝缘体膜11充当为所制造的电子组件提供机械强度的强化物。根据图2的示例，在绝缘体膜11中制作位于部件6和牺牲材料片16的位置处的孔4。尤其是因为可以在绝缘体膜11中包含的纤维材料19中为部件6和片16制作出孔，所以将绝缘体膜11穿孔。在不穿孔的情况中，在层压期间，部件6和片16会抵压在纤维材料层19上。然而，根据本实施例，未穿孔的绝缘体膜10可以是纤维强化的或未强化的。
代表性地将绝缘体膜10、11选择为使得它们包含的能够流动的聚合物如此之多，从而在层压阶段中流动的聚合物会足够填充在绝缘体膜11中制作的孔4并位于部件6和牺牲材料片16周围。随后可以得到图3中所示的其中绝缘体层1包含致密聚合物层的结构，该结构包含一个或更多纤维材料19的强化物。在形成包含至少一个部件6且附加地由纤维材料19强化的致密、一体化且机械上牢固的绝缘体层时，聚合物层紧紧结合到纤维材料19，而且该致密聚合物层也附着在部件6的表面。
在图2的示例中，使用了一体化绝缘体膜10，但是也可以从本结构中省略绝缘体膜10。在该情况中，将绝缘体膜11或各绝缘体膜11选择为使得其自身中已经包含了足够的能够流动的聚合物，以填充在绝缘体膜11中包含的孔4并位于部件6和片16周围。然而，代表性地，通过使用独立的绝缘体膜10来确保孔4的填充更加容易。
也将优选地与导体膜12的材料种类相同且厚度相等的导体膜14和绝缘体膜10、11一起层压到本结构。因而，绝缘体层1和部件6会保留在相似的导体膜12和14之间。在图3中示出了组件制造中的该中间阶段。在图3的中间阶段中，在接触端7的接触表面上以及代表性地也在接触开口8中有粘合剂。在图4中所述的阶段中，移除该粘合剂并且在接触开口8的位置处形成延伸到接触端7的接触表面的接触孔18。
还应该参照图3表明的是，也可以将本结构制造为使得纤维材料19的一体化层在部件6和导体膜14之间伸展。可以在部件6的厚度足够小于绝缘体层1的厚度时使用这种结构。可以例如以将包含纤维材料19的层的一体化绝缘体层10层压到本结构的方式来制造此结构。
在实施例中，如果在导体膜12的表面上使用支撑膜，如以上结合图1的描绘所描述的，则最好在层压之后(即在由图3和图4所示的中间阶段之间)移除支撑膜。
在层压和可能的支撑膜的移除之后，移除已经出现在接触开口8中以及在接触开口8和接触端7之间的粘合剂层。在本图的实施例中，使用CO2激光来通过激光消融法实施粘合剂的移除，尽管当然也可以使用其他适当方法。在本图的实施例中，使用CO2激光，因为CO2激光的汽化有机绝缘物质(诸如环氧树脂基粘合剂)的能力很好，而其汽化铜或其他金属的能力很差。因而，可以使用导体膜12作为用于制造接触孔18的掩模。使用该方法，可以制作其直径小于CO2激光的波束的直径的接触孔18。该属性产生了显著的优点，因为CO2激光的波束的最小直径代表性地为75μm量级，该量级对于精确电子组件结构制造而言太大了。另一方面，UV激光可以代表性地用来制造明显更精确的结构。UV激光的波束的最小直径可以例如是25μm，然而UV激光不适合用于从接触开口8中以及从接触开口8和接触端7之间移除粘合剂。
因而，对导体膜掩模的使用允许在绝缘体材料(诸如在本实施例中使用的粘合剂5)中制造非常精确界定并精确定位的接触孔18。此外，对CO2激光的使用允许在同一工艺阶段中清洁接触端7的接触表面，而没有破坏或损坏接触端7的显著危险。在本实施例中，导体膜12是铜的，并且部件的接触端7也是金属的，使得它们对于CO2激光的波束不敏感，因而可以将工艺设计为确保足够好地清洁接触端7的接触表面。因而所描述方法的优点是，借助UV激光，可以在导体膜12中非常精确地制作接触开口8，并且在这之后，可以使用接触开口8作为用于通过使用较不精确的CO2激光(其对于本结构更安全)来制作接触孔18的掩模。
在图5中，在接触孔18中制作将接触端7电连接到导体膜12的导体材料。此外，构图导体膜12和14，用于产生包含导体22和24的导体图案层。例如可以使用传统的光刻法来进行构图。
在接触孔18中制作的导体材料可以例如是导电膏。然而，导电材料优选地是一层或几层形式的金属或金属合金。
在一个实施例中，以首先使用适当的化学导体材料生长法(化学镀)来制作中间层的方式，在接触孔18中制作导体材料。中间层也可以由相应地使用两种或更多种方法制作的两种或更多种不同材料的层构成。中间层的一个目的是产生将接触端7和导体膜12相互连接的接触孔18的侧壁的导体膜。中间层的另一个目的是在接触端7和其连接的导体图案的材料之间提供材料相容性。例如，可以要求该材料相容性用来在例如电路组件的导体图案层的材料是铜而接触端7、17的材料是除铜(Cu)之外的材料(例如铝(Al))时，确保机械或电接触的质量和耐久性。
在中间层的制造之后，在该实施例中，在电化学槽中继续进行制造。随后在接触孔18中生长其形成用于接触元件的导体核的附加导体材料。同时，也可以增加导体膜的厚度。
在图5中所示的中间阶段之后，柔性层2涂覆在坯料的具有导体22一侧的表面上，而绝缘体层3涂覆在具有导体24的一侧上。在图6中示出了层2和3。柔性层2由柔性绝缘体材料制造，例如由聚酰亚胺制造。在聚酰亚胺的情况中，可以以将在其表面上有黏着层的聚酰亚胺膜附着于坯料的表面上并位于导体22上面的方式来制作柔性层2。以如下方式来将聚酰亚胺膜压在坯料的表面上：黏着层将聚酰亚胺膜附着于导体22和绝缘体层1的表面，并且同时，至少部分填充留在导体22之间的空隙中的开口。将柔性层2的材料选择为使得其适合于折叠并且优选地经得起数次折叠。因而柔性层2应当形成包含在刚柔结合结构的柔性区13中的柔性膜。
就绝缘体层3而言，可以由例如环氧树脂或在电路板工业中使用的一些其他适当的中间层来制造。当然，绝缘体层3也可以由与柔性层2相同的材料来制作。在这之后，制造穿过柔性层2和绝缘体层3的过孔23以及导体25和26，其中导体25和26在层2和相应的绝缘体层3上面形成导体图案层。
在图7中所示的阶段中，在坯料中磨制延伸到牺牲材料16的槽9。牺牲材料16对绝缘体层1的黏合力很差，而且在包含在结合图2描述的层压中的热处理期间，粘合剂层15的黏合力和/或结合力已经被减弱了。借助热、UV和/或化学处理，也可以减弱黏合力。因而，黏合力可以本质上就很差和/或借助附加处理而被减弱。因此，很容易从坯料中移除牺牲材料片16和其表面上的部分绝缘体层1和3。在这之后，得到了图8中所示的电子组件或电路板，其包括至少一个嵌入绝缘体层1中的部件6，以及在其中可以折叠电子组件或电路板的柔性区13。
图9至图15示出了根据第二实施例的制造方法。结合图1至图8的描绘来描述的技术特征和参数也可以应用在图9至图15中所示的工艺阶段中，所以在以下实施例中不再重复制造工艺的所有细节及其好处，以避免不必要的重复。然而，以下呈现了在图1至图8中和图9至图15中所示的实施例之间的本质区别。
根据图9，在该实施例中也从其中制作有接触开口8的导体膜12开始进行制造。该阶段完全对应于结合图1描述的阶段。
接下来，主要以结合图2描述的方式继续进行制造。在图10中示出了该阶段。不同于结合图2的描述，在图10的实施例中，将柔性片20附着于导体膜12的表面并且仅在该表面上有用于粘贴牺牲材料和牺牲材料片16的粘合剂层15。柔性片20是由薄的柔性绝缘体膜制作的片或条带，其除了在局部剪切或制作为整个所制造的电子组件或电路板的尺寸之外，剪切或制作得略宽于计划的柔性区13。因而，柔性片20的表面面积实质上小于所制造的电子组件或电路板的表面面积。借助该方法，对比于图1至图8的实施例，节约了柔性材料，因为柔性片20的体积显著小于柔性层2的体积。
在使用例如聚酰亚胺作为柔性材料时，柔性材料的节约在经济上是显著的，因为聚酰亚胺明显比例如在制作绝缘体层1时可以使用的例如环氧树脂基材料更贵。因而，类似于柔性层2，柔性片20也可以由柔性绝缘体材料来制造，例如由聚酰亚胺来制造。在聚酰亚胺的情况中，可以使用独立的粘合剂将柔性片20粘贴到导体膜12的表面，或者可以使用其表面上有粘合层的聚酰亚胺膜作为柔性片20。在实施例中，也可以将柔性片20替换为以流体形式涂覆的柔性材料，该柔性材料只在制造刚柔结合结构时硬化或被硬化以形成柔性片20。
如以结合图2描述的方式，也将部件6和牺牲材料片16附着于导体膜12。在这之后，在图10的示例中，在导体膜12上面层压绝缘体膜11以及一体化绝缘体膜10，在绝缘体膜11中制作有用于部件6和牺牲材料片16的孔4，一体化绝缘体膜10是未硬化或预硬化聚合物的。在层压期间，绝缘体膜10、11融合到一起并形成部件6和片16周围的一体化绝缘体层1。也将导体膜14与绝缘体膜10、11一起层压到本结构。图11示出了在这些中间阶段之后的结构。
在图12中所示的阶段中，移除已经出现在接触开口8和接触端7上面的材料，并且在接触开口8的位置处形成延伸到接触端7的接触表面的接触孔18。这可以例如借助CO2激光来进行。
在图13中，在接触孔18中制作将接触端7电连接到导体膜12的导体材料。此外，将导体膜12和14构图，以形成包含导体22和24的导体图案层。例如可以使用传统的光刻法来进行构图。
在图14中所示的阶段中，在坯料中磨制延伸到牺牲材料16的槽9。牺牲材料16对绝缘体层1的黏合力很差，而且在图10中所示的阶段中执行的热处理期间，粘合剂层15的黏合力和/或结合力已经被减弱了。借助为此目的而执行的热、UV和/或化学处理，也可以减弱黏合力。因而，牺牲材料16的很差的黏合力和/或粘合剂层15的被减弱的黏合力可以是材料的属性的结果和/或附加处理的结果。因此，可以很容易从坯料中移除牺牲材料片16和其表面上的部分绝缘体层1。在这之后，得到了图15中所示的电子组件或电路板，其包括至少一个嵌入绝缘体层1内部的部件6，和在其中可以折叠电子组件或电路板的柔性区13。在该实施例中，柔性区13包括形成部分柔性片20的柔性支撑膜，以及在该支撑膜的表面上伸展的导体22，导体22将柔性区13的不同侧上的组件或电路板的部分相互电连接。
借助图9至图15的方法，因而也可以经济地制造这样的包括两个导体图案层的包含柔性区的电路板(刚柔结合板)。然而，在本方法中，例如以在图13和图14中所示的阶段之间将所期望数目的交替的绝缘体层和导体层可以添加到坯料表面的方式，也同样可以增加导体图案的数目。当然，借助以上描述的方法，也可以制造仅包含单一导体图案层(导体22)的结构。
图16至图22示出了根据第三实施例的制造方法。结合图1至图8和图9至图15的描绘来描述的技术特征和参数也可以应用在图16至图22中所示的工艺阶段中，所以在以下实施例中不再重复制造工艺的所有细节及其好处，以避免不必要的重复。然而，以下呈现了在图9至图15中和图16至图22中所示的实施例之间的本质区别。
根据图16，在该实施例中也从导体膜12开始进行制造，导体膜12借助支撑膜21被支撑。支撑膜21可以例如是金属的。例如，可以使用铜膜作为支撑膜21。在导体膜12中制作在部件6的接触端7的位置处的接触开口8。此外，在导体膜12中制作在将被制造的柔性区13周围伸展的槽29。
接下来，主要以结合图10描述的方式继续进行制造。在图17中示出了该阶段。不同于结合图10的描述，在图17的实施例中，在一个或更多阶段中，将分层结构或各层附着于柔性区13中的导体膜12的表面，分层结构以如下方式形成，其中在粘合剂层15的表面上有牺牲材料片16并且在牺牲材料片16的表面上有柔性片20。此外，分层结构可以包括在柔性片20的表面上的一个或更多绝缘体层。在本图的示例中，在柔性片20的表面上有新的粘合剂层15。
支撑膜21的移除最好在层压之后(即在图17和图18中所示的阶段之间)执行。在图18至图20中所示的阶段完全对应于在图11至图13中所示的方法阶段。然而，在图20的阶段中，可以结合导体图案的制造做出用于槽29的裕量，并同时移除可能已经在槽29中生长的导体材料。
也可以以如下方式来修改图16至图22的该实施例：根本不在图16中所示的阶段中制作槽29，而是仅在导体图案的构图阶段中使用光刻法来制作该槽29。在第二修改中，在图16中所示的阶段中已经制作了槽29，但是仅在图22中所示并随后描述的阶段之后执行导体图案的制造。
在图21中所示的阶段中，在坯料中制作延伸到牺牲材料16的槽9。可以通过槽29来制作槽9，在该情况中可以借助槽29来将槽9对齐。随后也可以使用槽29作为界定导体材料的掩模来制造槽9。例如CO2激光非常适合于该目的。除此之外，图21和图22中所示的阶段对应于图14和图15中所示的方法阶段。
图23至图32示出了根据第四实施例的制造方法。结合图1至图22的描绘来描述的技术特征和参数也可以应用在图23至图32中所示的工艺阶段中，所以在以下实施例中不再重复制造工艺的所有细节及其好处，以避免不必要的重复。然而，以下呈现了在图16至图22中和图23至图32中所示的实施例之间的本质区别。
在本方法中，制造在图23和图24中所示的分层结构。图23示出了分层结构在厚度方向的剖面示意图。根据图23，分层结构包括在其表面上是第一柔性导体31的第一牺牲材料片30。在第一柔性导体31的上面依次有柔性片20和在其上面的另外的第二柔性导体32。在第二柔性导体32的表面上依次有第二牺牲材料片33。
就图24而言，示出了图23的分层结构在由第一柔性导体31定义的平面的方向的剖视图。可以从图24的剖面图中看到，第一柔性导体31在分层结构的两个相对端之间，并且此外，接触基33成形在导体31的端部。根据本实施例，保留在导体31之间的材料是来自牺牲材料片30的材料、来自柔性片20的材料、添加在这些导体之间的其他绝缘体材料、空气或气体。保留在导体31之间的材料也可以是以上描述的任何材料的任意组合。可以以与第一柔性导体31对应的方式来设计分层结构的第二柔性导体32。
图26的阶段对应于图16的阶段，但是此外，在图26的阶段中，可以在未来的过孔的位置处制造用于过孔的接触开口34。在图25的阶段中，制造对应的对立片。如果不将部件直接附着于对立片，则不需要制造如本图中所示的接触开口8。粘合剂层15也可能不一定需要涂覆在对立片的表面上，但是当然也可以涂覆粘合剂层15。
在图27的阶段中，以与结合图10和图17示出的方式相对应的方式，将图23至图26中所示的结构层压到一起。
图28示出了层压结构，而图29示出了在支撑膜21的移除之后的结构。
在图30中所示的阶段中，通过过孔的接触开口34来制造用于过孔的接触孔35。在该阶段中，也制造对应于图21中示出的槽9的槽(未示出)，并且移除第一和第二牺牲材料片30和33的实质性部分。通过接触开口8来打通接触孔18。
接下来，在图31和图32中所示的阶段中，将坯料金属化并以先前实施例的方式执行构图。结合金属化，导体材料也在过孔的接触孔35中生长，并且以这种方式来使过孔36将第一柔性导体31连接到导体膜12并将第二柔性导体32连接到第二导体14。在金属化和构图期间利用保护性材料来保护柔性区13是有道理的。第二替换方案是仅在金属化或构图之后移除牺牲材料片30和33。
导体图案层的数目不限于图1至图32中所示的任何实施例，在所有实施例中都可以在结构的一个或多个表面上制造所期望数目的绝缘体和导体图案层。
在以上描述的方法中，一个优秀的特征是，制造方法允许将部件嵌入结构的内部，并且允许以使这些特征在制造方法中导致很少的附加制造阶段的方式来制造柔性区。因而，该方法可以用来很有效率地制造这些组件和电路板，使得同时甚至也可以期待显著的成本节约。
在以上描述的实施例中，将部件嵌入电路板内部，但是部件的嵌入却并不是必要的。因而，甚至在没有一个或多个嵌入的部件时，也可以根据以上描述的示例来制造包含柔性区的电路板。
也可以用根据以上描述的方法制作的电子组件来制造分层结构，例如层叠式部件封装。图33至图35示出了这样的方法的一个实施例。
图33示出了电子组件，除别的以外，其包括两个嵌入的部件6(例如存储器电路)以及柔性区13。根据图34，电子组件在柔性区13处折叠，以形成重叠结构。根据图35，可以使用表面安装法来在需要时将部件27附着于该结构的一个表面，而在其他表面上制作焊料球28或其他对应的接触元件。
在图36和图37的方式中，也可以以如下方式来制造电子组件：借助柔性区13，折叠电子组件的数个部分(例如三个、四个或五个部分)以形成重叠结构。图36以平坦形式示出了一个这样的结构的示意图，而在图37中，图36的结构被折叠，具有折叠在中央部分上面的“翼部”。在图36中所示的区13上延伸的黑线描绘了连接部件6以形成运行上的整体的导体。一些线终止在描绘通向另一导体图案层的过孔的黑球中。
借助实施例，可以实现用于多层封装的相对短的制造工艺。例如，在图34的多层封装中有四个导体层，但是所有四个导体层的制造仅需要单一的导体图案制造阶段和单一的部件附着阶段。在没有挠曲部分的情况下，该封装的导体图案的制造会需要至少两个独立且连续的导体图案制造阶段和两个独立的部件附着阶段。
因而，实施例呈现了一种用于制造刚柔结合型电路板的方法，在该方法中执行以下方法阶段：
1.采用具有第一和第二侧的导体膜12，并开始进行制造。导体膜12可以是纯导体材料(例如铜)的，或者其可以由两个或更多层构成，部分层也可以是绝缘材料，如以上已经描述过的。
2.以使其至少覆盖柔性区13(即电路板的挠曲部分)的方式，将柔性膜附着于导体膜12。在制造柔性膜时，可以利用例如以上描述的柔性层2或柔性片20。可以将柔性膜附着于导体膜12的第一或第二侧。
3.在柔性区13的位置处，在导体膜12的第一侧上将牺牲材料片16附着于导体膜。
4.在导体膜12的第一侧上，制造覆盖基本上在电路板的整个表面区域上的导体膜并在其内容纳有牺牲材料片的绝缘体层1。在该情况中，术语电路板的表面区域指的是作为最终产品的电路板的表面区域。在实际制造工艺中加工的产品面板可以包括数个电路板。在代表性的实施例中，绝缘体层1完全覆盖电路板的表面区域，而绝缘体层1也通常覆盖整个产品面板。然而，在绝缘体层1中可以有局部孔或开口。
5.在绝缘体层1中，从导体膜12的第一侧的方向来制作延伸到牺牲材料片16的开口9。例如可以通过磨制来制作开口。
6.移除牺牲材料片16，因而使得柔性区13具有柔性。
7.在绝缘体层1的制造之后，通过构图导体膜12来制造导体22。
执行以上描述的方法阶段的顺序可以以许多方式变化。
一种可能性是以数字顺序执行各方法阶段。第二示例是以1、2、3、4、7、5和6的顺序执行各阶段。第三示例是1、3、4、7、2、5和6的顺序。也可以使用许多其他执行序列。阶段1也可以仅稍后执行，在该情况中，借助例如绝缘体膜或独立的支撑表面而非导体膜12，可以在要执行的阶段中的第一个阶段期间支撑本结构。当在阶段4之前已经执行了阶段7时，也可以借助绝缘体膜或独立的支撑表面来支撑本结构。
在一个实施例中，至少一个部件6置于绝缘体层1内部。这可以以如下方式来执行：在绝缘体层1的制造之前，在导体膜12的第一侧上将部件6附着于导体膜12，并且在这之后的适当阶段中，在部件6的接触端7和导体22之间制造电接触。当然，也可以计划在制造方法的一些其他时点执行这些阶段。此外，可以以如下方式来进行：在部件的附着之前构图导体膜12，在该情况中会将部件6附着于由导体22形成的导体图案层。
在一个实施例中，在将部件6附着于导体膜12(或附着于导体22)之前，制作接触开口8用于接触元件的制造。以使接触端7位于对应于接触开口8的位置的方式来附着部件6，并且通过这些接触开口8来制作将接触端7电连接到导体膜12的接触元件。优选地使用化学和/或电化学生长法来制造接触元件。
借助这样的制造方法，例如可以制造刚柔结合电子组件，其包括：
——导体22的层；
——至少一个柔性区13(挠曲的)，其包括柔性膜2或20，并且至少一些由柔性膜2或20支撑的导体22在柔性区13上伸展；
——绝缘体层1(刚性的)，其支撑超出柔性区13的导体22；
——绝缘体层1内部的至少一个部件6，在该部件的表面上有接触端7，并且以使接触端7面向导体22的方式来布置部件(6)；以及
——用于形成在接触端7和导体22之间的导电连接的接触元件，其是由一个或更多金属层构成的一体化金属片，通过使用化学或电化学方
法生长来制造每个金属层。
在其中希望节省柔性材料的实施例中，可以以使柔性膜从柔性区13的每个边缘只在绝缘体层1内部延伸短距离的方式，在绝缘体层1和导体22之间局部地实施柔性膜。这样的短重叠是有利的，因为在该情况中，柔性膜会粘附于绝缘体层1，并且本结构会更耐久。当然，在该连接中，适当的短距离取决于应用，但是适当的短距离可以例如是最多2cm并且通常小于1cm。
在一个实施例中，接触元件包括通过电化学生长法制造的铜核，该铜核在侧壁和部件6的方向上由中间层构成边界，并且该铜核在导体22的方向上不间断地(即没有界面)连接到导体22的材料。这样的结构的一个示例是其中在同一工艺中制造接触元件的铜核的导电材料和部分导体22的结构，使得各部分固态地连接到一起并且在其之间没有界面。
在实施例中，目标通常是使接触元件的高度小于或等于接触元件的最大宽度。
也有其中绝缘体层1包含至少一个纤维材料19的层以及附着于纤维材料19的一体化聚合物层和部件6的电子组件的实施例，在纤维材料19中有用于部件6的开口。
可以以许多方式修改以上描述的制造方法及其子工艺。例如，可以把使用将部件附着于导体膜12的实际粘合剂替换为一些其他的黏合机制。一个可以给出的示例是使用在导体膜12的表面上的具有黏合属性的绝缘体层。在该情况中，部件6直接压在绝缘体层上，使得据此足够将部件保持在适当位置，如结合使用粘合剂的实施例来描述的。这样的绝缘体层可以例如包含带状涂层，或者可以由聚合物或具有塑料表面部分的类似材料构成。
本方法也可以不使用粘合剂5或者黏合属性来实施。在该情况中，可以例如借助真空将部件6机械地保持在适当位置。随后可以维持真空或类似的暂时附着，直到借助绝缘体材料1来将部件6充分地保持在适当位置为止。
要被附着的部件6可以例如是集成电路，诸如存储器芯片、处理器或ASIC(专用集成电路)。要被附着的部件6也可以例如是MEMS(微电子机械系统)、LED(发光二极管)或无源部件。要被附着的部件可以被装入外壳或者没有壳体，并且其接触端7可以由接触区域、接触凸起或类似物构成。部件的接触区域的表面也可以有比实际接触凸起更薄的导体涂层。
也可以以粘合剂层15只涂覆在牺牲材料而非导体层的表面上的方式来适应性修改本方法。另一替换方案是涂覆粘合剂层15在牺牲材料和导体层或所用的其他衬底这两者的表面上。第三替换方案是预先制造牺牲材料成为包括粘合剂层15或相应的粘合层的片的一部分。
绝缘体层1的材料也可以选择成与以上描述的示例不同。绝缘体层1可以由适当的聚合物或包含聚合物的材料来制造。绝缘体层1的制造材料可以例如是流体或预硬化的形式(诸如半固化片)。例如，在绝缘体层1的制造中可以使用玻璃纤维强化环氧树脂片、诸如FR4或FR5型片。在绝缘体层1的制造中可以使用的材料的其他示例是PI(聚酰亚胺)、芳香族聚酰胺、聚氯四乙烯和
Figure G2010100020191D00171
代替热固性塑料或者除热固性塑料之外，在绝缘体层1的制造中也可以利用热塑性塑料，例如一些适当的LCP(液晶聚合物)材料。
此外，可以以如下方式进行：将部件6和牺牲材料片16附着于通过导体22形成的已经图案化的层，而非附着于导体膜12。在这样的方法中，使用支撑膜来支撑导体22是很自然的，如图26中所示。也可以使用通过已经图案化的导体24形成的层而非导体膜14。
在部件6和导体22之间的连接也可以以不同的方式制造。例如，可以将部件6接合到导体22或导体膜12，使得在接合中已经形成电接触。在该情况中，可以省略接触开口8的开口和接触孔18，也没有了任何填充接触孔18的必要。例如，可以借助导电粘合剂，将部件粘贴到导体22或导体膜12。如果导电粘合剂是各向异性地导电的粘合剂，则其可以按以上公开的实施例中所描述的来涂覆。如果使用各向同性地导电的粘合剂，则可以例如将粘合剂局部地配置到部件的接触端7的表面上。
用于在部件6和导体22或导体膜12之间制造电接触的其他可能方法例如是，热压法、超声波焊接法和焊接。
此外，对于本领域技术人员而言显然的是，例如以部分使用根据现有技术的方法且部分使用此处描述的本发明的实施例来制造电子组件的方式，可以使用以上描述的本发明的特征作为更大整体的一部分。也可以在以上描述的电子组件结构的一个或多个表面上制造附加的电路板层，或者例如使用表面安装技术将部件附着于所述一个或多个表面。
以上公开的示例描述了一些可能的方法和结构，可以借助这些方法和结构来利用本发明。然而，本发明并不完全限于以上公开的示例和实施例，而是考虑到权利要求的完整范围和等价的解释，本发明也覆盖了大量其他方法和结构。

Claims (20)

1.一种用于制造刚柔结合电路板的方法，该方法包括：
在两个导体材料层之间层压绝缘体材料、牺牲材料和至少一个部件(6)，从而形成包括绝缘体层(1)以及在绝缘体层(1)内部的牺牲材料片(16)和至少一个部件(6)的结构，以及
从所述结构中移除牺牲材料片(16)，以便在结构中的牺牲材料片(16)被移除的位置处形成柔性区(13)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述导体材料层是导体膜(12，14)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，至少一个导体材料层是导体(22，24)的层。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，在两个导体材料层之间层压在柔性区(13)的位置处形成柔性片(20)的柔性材料。
5.根据权利要求4所述的方法，其中，在所述两个导体材料层之间层压由柔性片(20)支撑、在柔性区(13)上伸展的柔性导体(31，32)。
6.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，由所述两个导体材料层中的一个导体材料层来形成在柔性区(13)上伸展的导体。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，在位于柔性区(13)中的电路板中制造柔性材料的柔性片(20)，以支撑在柔性区(13)上伸展的导体。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的方法，其中，在层压在绝缘体层(1)内部的部件(6)和所述电路板的导体图案之间制造电接触部。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，电路板的所述导体图案是所述两个导体材料层中的第一导体材料层的一部分。
10.根据权利要求9所述的方法，其中
在层压之前，在所述第一导体材料层中制作用于制造接触元件的接触开口(8)；
以使接触端(7)的位置对应于接触开口(8)的方式，相对于第一导体材料层附着部件(6)；以及
通过接触开口(8)来制造将接触端(7)电连接到第一导体材料层的接触元件。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，使用化学和/或电化学生长法来制造所述接触元件。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，以如下方式来制造绝缘体层(1)：
采用包含纤维材料(19)和预硬化的聚合物的至少一个绝缘体膜(11)；
在每个包含纤维材料(19)的绝缘体膜(11)中制造用于牺牲材料片(16)并且必要时用于部件(6)的孔；以及
将一个或多个绝缘体膜(11)连同要被层压的所述其他结构层压到一起。
13.一种刚柔结合电子组件，其包括：
至少一个柔性区(13)，其包括柔性膜(2；20)和由柔性膜(2；20)支撑、在柔性区(13)上伸展的导体(22；24；31，32)；
在柔性区(13)外部且与其附接的绝缘体层(1)，绝缘体层(1)具有第一表面和第二表面；
在绝缘体层(1)的第一表面上的导体(22)的层；
至少一个在绝缘体层(1)内部的部件(6)，在部件(6)的表面上有接触端(7)，并且以使接触端(7)面向在绝缘体层(1)的第一表面上的导体(22)的方式来布置部件(6)；以及
用于产生在接触端(7)和在绝缘体层(1)的第一表面上的导体(22)之间的导电连接的接触元件，所述接触元件是由一个或更多金属层构成的一体化金属片，通过使用化学或电化学方法生长来制造每个金属层。
14.根据权利要求13所述的电子组件，其中，绝缘体层(1)包含至少一个纤维材料(19)的层以及附着于纤维材料(19)的一体化聚合物层和部件(6)，在纤维材料(19)中有用于部件(6)的开口。
15.根据权利要求13或14所述的电子组件，其包括在导体(22)和部件(6)之间的聚合物层(5)，在所述聚合物层中有用于所述接触元件的接触孔(18)，并且其中所述接触元件完全填充接触孔(18)。
16.根据权利要求15所述的电子组件，其中，聚合物层(5)以使其基本上只在部件(6)的位置出现的方式位于局部。
17.根据权利要求13至16中任一项所述的电子组件，其包括在绝缘体层(1)的第二表面上的导体(24)的第二层。
18.根据权利要求13至17中任一项所述的电子组件，其中，柔性区(13)的导体(22)和在绝缘体层(1)的第一表面上的导体(22)属于同一个导体图案层。
19.根据权利要求17所述的电子组件，其中，柔性区(13)的导体(24)与在绝缘体层(1)的第二表面上的导体(24)属于同一个导体图案层。
20.根据权利要求13至17中任一项所述的电子组件，其中，柔性区(13)的导体(31，32)形成至少一个单独的导体图案层，该导体图案层在绝缘体层(1)的第一和第二表面之间的绝缘体层(1)的内部延伸，并且所述电子组件包括用于将柔性区(13)的导体(31，32)电连接到在绝缘体层(1)的表面上的至少一个导体(22，24)的过孔(36)。
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