CN107113958A - 中间材料的翘曲控制 - Google Patents

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Abstract

一种用于安装电子部件的安装装置(100)，其中安装装置(100)包括：导电结构(102)，该导电结构在至少一个预定的空间方向上具有第一热膨胀值；电绝缘结构(104)，该电绝缘结构在该至少一个预定的空间方向上具有不同于特别是小于上述第一值的第二热膨胀值，并且其布置在导电结构(102)上；以及热膨胀调节结构(106)，该热膨胀调节结构特别地在导电结构(102)中和/或在该导电结构上，该热膨胀调节结构在该至少一个预定的空间方向上具有第三热膨胀值；其中，第三值被选择并且热膨胀调节结构(106)被定位成使得由热膨胀调节结构(106)至少部分地补偿由第一值和第二值之间的差导致的安装装置(100)的热致翘曲。

Description

中间材料的翘曲控制
本发明涉及一种安装装置以及一种制造安装装置方法。
在配备有一个或多个电子部件的安装装置的产品功能增多和这样的电子部件日益微型化以及待安装在安装装置诸如印刷电路板上的电子部件的数量不断增加的背景下，日益采用具有若干电子部件的更加强大的阵列状部件或者封装件，这些部件或者封装件具有多个触点或者连接件，在这些触点之间的间距不断减小。使由这样的电子部件和安装装置本身在运行期间产生的热量散发成为日益凸显的问题。同时，安装装置应具有机械稳固性，以便即使在恶劣条件下也能运行。随着安装装置的进一步微型化并且尤其是厚度进一步减小，可能在温度在宽范围内变化的情况下发生不受控制的弯曲和扭曲。这种翘曲(warpage)可能导致配准问题、部件错位、粘合问题等。
DE 103 93 851 B4公开了一种半导体元件散热元件，其包括被布置在电绝缘非晶碳膜上的半导体元件。该半导体元件散热元件还包括散热板，该散热板可以由金属制成并且被布置在电绝缘非晶碳膜和冷却板之间。可以调节散热板的热膨胀系数(CTE)，使得散热板的热膨胀系数的值在电绝缘非晶碳膜的CTE与冷却板的CTE之间。
EP 0 864 623 B1公开了一种用于涂覆太阳能模块、光学数据载体或者显示器的热熔网。该热熔网包括由耐热树脂制成的支撑件和在该支撑件上的层形式的粘合剂。耐热树脂和粘合剂可以被热压到太阳能电池模块等的表面上，使得可以校正具有不同收缩因数的层的不期望变形和内应力。
本发明的目的是提供一种安装装置，其允许有效地处理作用在安装装置上的热应力，以抑制安装装置的翘曲。
为了实现上述目的，提供了根据独立权利要求的安装装置和制造安装装置的方法。
根据本发明的示例性实施方案，提供了一种用于安装电子部件(诸如封装的半导体芯片)的安装装置，其中该安装装置包括：导电结构，其在至少一个预定的空间方向上具有第一热膨胀值；电绝缘结构，该电绝缘结构在该至少一个预定的空间方向上具有不同于(特别是小于)上述第一值的第二热膨胀值，并且该电绝缘结构被布置在导电结构上；以及热膨胀调节结构，(特别是在导电结构中和/或在导电结构上)，该热膨胀调节结构在该至少一个预定的空间方向上具有第三热膨胀值，其中第三值被选择并且热膨胀调节结构被定位(特别是在安装装置内)成使得由第一值和第二值之间的差导致的安装装置的热致翘曲(即，由安装装置的不同材料在该至少一个预定的空间方向上的不同热膨胀所导致的翘曲)由热膨胀调节结构至少部分地进行补偿(特别地，使翘曲比在相同的但缺少热膨胀调节结构的安装装置中小)。
根据本发明的另一示例性实施方案，提供了一种制造用于安装电子部件的安装装置的方法，其中该方法包括：提供在至少一个预定的空间方向上具有第一热膨胀值的导电结构；在该导电结构上布置电绝缘结构，其中该电绝缘结构在该至少一个预定的空间方向上具有不同于(特别是小于)第一值的第二热膨胀值；形成在该至少一个预定的空间方向上具有第三热膨胀值的热膨胀调节结构(特别是形成在导电结构中和/或在导电结构上)；以及选择第三值并定位热膨胀调节结构，使得由热膨胀调节结构至少部分地补偿由第一值和第二值之间的差导致的安装装置的热致翘曲。
在本申请的上下文中，“安装装置”可以表示具有——特别是在安装装置的至少一个表面上具有——一个或多个电绝缘结构和一个或多个导电结构的(特别是板状的)主体。这样的安装装置可以用作在其上和/或在其中安装一个或多个电子部件(诸如，封装的电子芯片、有源和/或无源电子构件、插座等)的基底，并且也用作机械支撑平台和电接线布置。
在本申请的上下文中，术语“热膨胀值”可以表示在对应的空间方向上的热膨胀系数或者热膨胀的系数(CTE)的值。其可以表示由于温度增加(或者降低)一定值而引起的安装装置的结构部件的几何或物理延伸增加(或者减少)的量。特别地，术语“热膨胀值”可以表示沿着相应的空间方向、更特别地在20℃下的正线性膨胀系数。对于一些材料(诸如以铜作为导电结构的示例)，热膨胀值是各向同性的或者至少基本上是各向同性的，即，在所有空间方向上完全相同或者近似相同。对于其他材料(诸如以FR4作为电绝缘结构的示例)，热膨胀值是各向异性的，即，在不同的空间方向上显著不同。
在本申请的上下文中，术语“热致翘曲”可以表示安装装置的弓曲(bow，弓形弯曲、弯曲)和/或扭曲，该弓曲和/或扭曲在温度变化的情况下通常由安装装置的不同结构部件的不均衡的不同热膨胀值导致。
在本申请的上下文中，术语“热膨胀调节结构”可以表示插入在安装装置的不同结构部件(诸如，导电结构和/或电绝缘结构)之间和/或嵌入在一个或多个这样的结构部件中的一个或多个物体。这样的热膨胀调节结构可以被定位在适当的位置并且可以关于其材料性质被配置成以对应的膨胀或压缩对温度的变化做出响应，该膨胀或压缩至少部分地补偿由于安装装置的其他结构部件的不同热膨胀行为而在安装装置内引起的机械应力。对应的设计参数是用于热膨胀调节结构的材料，这是因为这对补偿效果的量和/或方向以及热膨胀调节结构在安装装置内的位置具有定量性影响，这是因为这限定了热膨胀调节结构的应力补偿和翘曲抑制效果对安装装置产生影响的位置。
根据一种示例性实施方案，热膨胀调节结构被集成在安装装置内，以便至少部分地补偿或平衡安装装置内部应力，特别是在不同材料(诸如导电结构和电绝缘结构的材料)之间的界面处或界面附近进行上述补偿或平衡。当这些材料的不同的热膨胀特性在安装装置内生成内在力时，这可能常规地导致这些不同材料的部件之间的结构解体(诸如弯曲或甚至断裂)和/或分层以及/或者导致安装装置的扭曲和弓曲效应。这限制了常规安装装置的寿命以及常规安装装置的应用范围二者。根据示例性实施方案的热膨胀调节结构可以根据材料选择在安装装置内被定位和配置成使得上述热致应力减小或者甚至消除。这可以通过将热膨胀调节结构配置为使膨胀力分散在安装装置上的加强板(stiffener)结构来实现。还可能的是，热膨胀调节结构产生反作用力，并且展现出与安装装置的产生待平衡的机械应力的结构部件相反的热行为和应力生成行为。
在下文中，将说明安装装置和方法的其他示例性实施方案。
在一种实施方案中，安装装置被配置为具有在所谓的z方向上延伸的厚度并具有在所谓的x方向上的长度和在所谓的y方向上的宽度的板，上述长度和宽度均大于上述厚度。x方向、y方向和z方向可以彼此垂直。特别地，安装装置在x方向和y方向二者上的延伸可以是安装装置在z方向上的延伸的至少五倍，特别是至少十倍。例如，在x方向和y方向上的延伸可以在1cm至20cm之间的范围内。在z方向上的延伸可以在0.5mm至3mm之间的范围内。特别地，这样的平板在存在热负载时可能特别容易翘曲，这是由于此几何形状在xy平面中导致大的膨胀绝对值，而沿着z方向的薄配置始终无法提供足够的承载能力来应对所产生的作用在板上的扭曲力和弯曲力。
在一种实施方案中，该至少一个预定的空间方向包括x方向和y方向中的至少一个。鉴于板状安装装置在x方向和y方向上的大的空间延伸，即使在xy平面内的相对小的热膨胀差异也可能生成显著的翘曲。因此，在xy平面内的补偿是特别有利的。
另外地或可替代地，该至少一个预定的空间方向包括z方向。广泛用于安装装置诸如印刷电路板的材料特别是FR4(即，包括具有各向异性地排列的玻璃纤维的树脂的材料)可能具有沿着板状安装装置的厚度延伸的非常高的热膨胀。因此，沿着该方向的翘曲控制可能也是有利的。
在一种实施方案中，第三值被选择为小于第一值，特别是小于第一值和第二值二者。具体地，当热膨胀调节结构被嵌入在导电结构内并且在导电结构、电绝缘结构和热膨胀调节结构的组中具有最小的热膨胀值时，该热膨胀调节结构可以提供局部收缩的劲度(stiffness)和小的内在热膨胀。已经证明这样会特别有效地减少翘曲问题。
在一种实施方案中，导电结构包括铜或者由铜组成。由于其电导率和导热率高，同时具有基本上各向同性的热膨胀系数，因而铜是高度合适的。然而，对于导电结构可以存在替代材料，诸如铝或镍。
在一种实施方案中，电绝缘结构包括以下组成的组中的至少一种或者由以下组成的组中的至少一种组成：树脂、预浸料、FR4和树脂浸渍的玻璃纤维。特别地，电绝缘结构可以是或者可以基于预浸料材料(诸如，预浸料片材或者预浸料岛)。这样的预浸料材料可以至少部分地形成玻璃纤维增强的环氧基树脂的电绝缘结构，并且可以被成形为例如图案化的板或者片材。预浸料可以指用树脂材料浸渍的玻璃纤维垫，并且可以用于制造安装装置诸如印刷电路板的过盈配合组件。FR4可以指例如被成形为层压片、管、杆或者板的玻璃增强的环氧材料。FR4是由玻璃纤维织布与耐火的环氧树脂粘结剂构成的复合材料。这样的材料在热膨胀方面展现出高的各向异性，其中在z方向上具有明显较高的值。然而，由于它们在板状安装装置的xy平面中具有的热膨胀值小于可以用作导电结构的优选材料的铜的热膨胀值，所以通过提供热膨胀调节结构显著提高了安装装置在热稳定性方面的性能。
在一种实施方案中，热膨胀调节结构包括以下组成的组中的一种或者由以下组成的组中的一种组成：类金刚石碳(DLC)、氮化物(特别是金属氮化物，诸如氮化铝等)和氧化物(特别是金属氧化物，诸如氧化铝、氧化锌等)。
在本申请的上下文中，术语“类金刚石碳”(DLC)可以指不同形式的非晶碳材料和/或晶体碳材料的混合物，其可以具有石墨和类金刚石二者的特性。DLC可以包含可调节(例如通过选择某种DLC生产方法和/或通过对应地调节所选生产方法的工艺参数)量的sp2杂化碳原子和/或sp3杂化碳原子。通过在纳米级结构以各种方式混合这些多型体，可以制成作为热膨胀调节结构的DLC结构，该DLC结构同时是非晶的、柔性的并且还是sp3键合的金刚石类型。
在一种实施方案中，导电结构、电绝缘结构和热膨胀调节结构构成层序列或层堆叠体。通过将安装装置的这三个结构部件形成为薄(连续和/或图案化的)层的堆叠体，可以获得薄板状安装装置，以诸如鉴于其安装面大而且重量轻而在安装电子部件方面适合于许多应用。特别地，利用这样的层状部件，xy平面中的翘曲问题可能变得特别明显，但可以通过根据示例性实施方案的热膨胀调节结构而被有效地抑制。
在一种实施方案中，热膨胀调节结构被嵌入特别是以对称方式嵌入在导电结构的不同的在空间上分离的部分之间。通过热膨胀调节结构的这种中心定位，可以有利地在该热膨胀调节结构的两侧上实现对热致弓曲和扭曲的对称抑制。
在一种实施方案中，安装装置还包括粘合促进结构，该粘合促进结构直接在热膨胀调节结构和导电结构(和/或电绝缘结构)之间，并且被配置用于促进热膨胀调节结构粘合在导电结构(和/或电绝缘结构)上。粘合促进结构可以被布置成与热膨胀调节结构和导电结构(和/或电绝缘结构)二者直接接触。在本申请的上下文中，“粘合促进结构”可以特别地指形成或者待形成在导电结构(和/或电绝缘结构)上的添加物或底涂(primer)材料，从而利用在热膨胀调节结构与导电结构(和/或电绝缘结构)之间的粘合促进结构来促进热膨胀调节结构粘合在导电结构上。这样的粘合促进剂对导电结构(和/或电绝缘结构)和热膨胀调节结构可以具有亲和力(affinity)。在没有粘合促进剂的情况下，对于将热膨胀调节结构的某些优选材料诸如DLC粘接在导热结构的某些优选材料诸如铜上，所应用的热膨胀调节结构的粘接性能可能并不足以达到安装装置诸如印刷电路板的性能要求。这种夹层整合(composition)克服了以下技术挑战，该技术挑战为可以有利地促成对在温度循环期间产生的安装装置内翘曲问题进行抑制的许多热膨胀调节结构在没有粘合促进结构的情况下无法适当地直接粘附在导电结构上。对于这样的材料配置，粘合促进结构有助于获得下述安装装置，这样的安装装置还适于承受正常使用期间施加到该安装装置上的非常高的机械应力。然而，通过在导电结构和热膨胀调节结构之间插入粘合促进结构，可以获得机械上稳固的安装装置。在安装装置的热膨胀调节结构和电绝缘结构之间的直接粘合由于相应的材料对而较差的情况下，在热膨胀调节结构和电绝缘结构之间提供粘合促进结构也是有利的。
在一种实施方案中，粘合促进结构包括以下组成的组中的至少一种或者由以下组成的组中的至少一种组成：钛、钨、铬、碳化物促进剂(builder，组份、构建体)和碳复合物。然而，取决于导电结构和热膨胀调节结构的材料对，也可以使用其它材料，只要可以通过这样的材料来改善上述两种材料之间的粘合即可。
在一种实施方案中，导电结构包括被布置在热膨胀调节结构(可选地在其间具有粘合促进结构)的两个相反侧特别是布置在热膨胀调节结构的两个相反主表面上的在空间上分离的两个部分，并且电绝缘结构包括被布置在导电结构的上述两个部分的两个相反侧特别地被布置在导电结构的上述两个部分的两个露出主表面上的在空间上分离的两个部分。例如，导电结构的在空间上分离的两个部分可以是可以在其间夹持热膨胀调节结构的层的两个分离的金属箔。在该布置中，可以布置例如可以压制两个电绝缘结构层，例如两个预浸料层或者两个FR4层。通过这种架构，可以获得用于安装电子部件的大的安装表面。
在一种实施方案中，导电结构的上述两个部分、电绝缘结构的上述两个部分和热膨胀调节结构形成对称布置，特别是垂直于该至少一个预定的空间方向的对称布置。该几何对称的布置在热感应力于安装装置上分布方面转为对称布置。这有效地抑制了翘曲问题，并且特别是消除了机械负载的局部峰值。
在一种实施方案中，热膨胀调节结构由导热且电绝缘的材料制成。当由导热且电绝缘的材料(诸如DLC)配置时，热膨胀调节结构还显著地促成使在安装装置的操作期间产生的热发散，同时鉴于由热膨胀调节结构提供的电隔离而保持使电路设计者将安装装置配置用于特定电子应用的高自由度。
在一种实施方案中，热膨胀调节结构由具有至少2W/mK、特别是至少50W/mK、更特别地至少400W/mK的热导率值的材料制成。这样的热导率值显著优于安装装置诸如印刷电路板的通常使用的电绝缘材料的热导率(例如FR4：≈0.3W/mK)，这因此显著地改善了在其上安装有电子部件(诸如封装的半导体芯片等)的安装装置的操作期间使热从安装装置发散。
在一种实施方案中，电绝缘结构由在热膨胀方面具有各向异性特性的材料制成。例如，由于其中各向异性地排列的玻璃纤维，FR4可以是具有这样的强各向异性特性的材料。
在一种实施方案中，安装装置包括在电绝缘结构上和/或在导电结构上的至少一个另外的导电结构和/或至少一个另外的电绝缘结构。因此，通过提供另外的导电结构和/或电绝缘结构，可以配置甚至用于复杂的电子应用的基本上任何期望的安装装置。各个部件的连接可以是通过按压和/或施加热能来执行，从而形成过盈配合组件。
在一种实施方案中，安装装置被配置为多层基板。这样的多层基板可以通过将层状部件彼此按压来制造，并且其允许获得高的安装表面，同时使该装置保持较薄并因此重量轻且紧凑。
在一种实施方案中，安装装置被配置为由电路板(例如印刷电路板)、插入件(interposer，内插件、中介层、转接板)和基板组成的组中的一种。
在本申请的上下文中，“电路板”可以指特别为板状的主体，其具有电绝缘芯和在电路板的至少一个表面上的导电结构。这样的电路板可以用作用于在其上和/或其中安装电子构件的基底，并且用作机械支撑平台和电接线布置二者。
在本申请的上下文中，“印刷电路板”(PCB)可以指具有被导电材料覆盖的电绝缘芯(特别是由玻璃纤维和树脂的化合物制成)并且常规地用于在其上安装待通过导电材料进行电耦合的一个或多个电子构件(诸如封装的电子芯片、插座等)的板。更具体地，PCB可以使用导电迹线、焊盘和从被层压到非导电基板上的金属结构诸如铜片蚀刻出的其他特征来机械地支撑电子部件以及电连接电子部件。PCB可以是单面型(即，可以使其主表面中的仅一个被金属层覆盖，特别是被图案化的金属层覆盖)、双面型(即，可以使其两个相反的主表面二者均被金属层覆盖，特别是被图案化的金属层覆盖)或者多层型(即，还在其内部具有一个或多个金属层，特别是图案化的金属层)。不同层上的导体可以用填充有导电材料的孔彼此连接，上述孔可以被称为过孔。对应的孔(其可以是通孔或盲孔)例如可以通过钻镗孔或者通过激光钻孔机械地形成。PCB还可以包含嵌入在电绝缘芯中的一个或多个电子部件，诸如电容器、电阻器或者有源器件。特别地对于PCB，可以嵌入石墨烯结构(例如石墨烯单层或者具有类石墨烯特性的任何其他碳组合物)作为粘合促进结构。
在本申请的上下文中，“插入件”可以指在一个连接件与另一个连接件之间布线(route)的电接口装置。插入件的目的可以是将连接扩展到较宽的间距或者将连接件重新布线到不同的连接件。插入件的一个示例是在电子芯片(诸如集成电路管芯(die))与球栅阵列(BGA)之间的电接口。
在本申请的上下文中，“基板”可以指待在其上安装电子部件的物理主体，例如包括陶瓷材料的物理主体。这样的基板可以包括一种或者多种非晶材料，诸如玻璃。
在一种实施方案中，热膨胀调节结构仅被配置为局部层，在垂直于安装装置的主表面的观察方向上，该局部层的总面积比安装装置的主表面的表面积小。通过将热膨胀调节结构(特别是在被配置为DLC层、类金刚石碳时)配置为安装装置内的局部层或者导电结构和/或电绝缘结构的局部涂层时，热膨胀调节结构的机械冲击可以保持相对低，使得翘曲补偿不会导致较弱的机械稳固性。
在一种实施方案中，热膨胀调节结构由以下组成的组中的一种形成：物理气相沉积(PVD)、阴极电弧沉积(ARC)、化学气相沉积(CVD)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和印刷。特别地，该形成可以通过ARC执行，ARC是一种使用电弧从阴极靶中蒸发材料的物理气相沉积技术。因此，热膨胀调节结构可以通过在下面的基板上进行沉积来形成。然而，也可以通过印刷形成热膨胀调节结构。
在一种实施方案中，第三值被选择成使得导电结构和热膨胀调节结构作为复合物在该至少一个预定的空间方向上具有一有效热膨胀值，该有效热膨胀值比第一值更接近第二值，特别地该有效热膨胀值与该第一值相差小于约10％，更特别地，该有效热膨胀值基本上等于第二值。特别地，在导电结构和热膨胀调节结构被形成为处于彼此接近的空间关系(例如，将一个嵌入在另一个内，或者直接将两个结构并排布置)的实施方案中，它们可以有效地用作在安装装置的框架内的一个复合物。如果该复合物形成有与电绝缘结构的对应热膨胀值足够类似的热膨胀值的净值或有效值(例如在一个空间方向上，或者在所有空间方向上平均的)，则可以有效地避免或者甚至可以完全消除翘曲问题。例如，该复合物的有效热膨胀值与电绝缘结构的热膨胀值相差小于20％，特别是小于10％。
在一种实施方案中，该方法还包括估计(例如测量和/或模拟)不具有热膨胀调节结构的情况下(例如常规的或者待改进的)安装装置的热致翘曲，估计(例如测量和/或模拟)根据示例性实施方案的具有热膨胀调节结构的待设计安装装置的热致翘曲，修改热膨胀调节结构的第三值和/或修改热膨胀调节结构在待设计安装装置中的位置，直到待设计安装装置的估计的热致翘曲符合关于翘曲特征的至少一个预定的质量标准(其中，该至少一个预定的质量标准可以限定具有待设计热膨胀调节结构的待设计安装装置的仍然可接受的翘曲(诸如扭曲和弓曲)量)，以及通过执行具有上述特征的过程来制造符合该至少一个预定的质量标准的待设计安装装置。为了将热膨胀调节结构的材料和/或位置配置用于减小(特别是最小化)翘曲，可以应用简单的试错方法，或者使用专家知识和/或翘曲模型和/或实验证据。然后，可以通过执行制造程序将通过该估计和修改过程(该过程可以不停地重复)开发的虚拟安装装置转换为物理安装装置，以获得具有根据待设计安装装置的特性的安装装置。
本发明的上文限定的各方面和另外的方面从下文将要描述的实施方案的实施例将是明了的，并且被参考这些实施方案的实施例进行说明。
在下文中将参照实施方案的实施例更详细地描述本发明，但是本发明不限于此。
图1示出了根据本发明的一种示例性实施方案的安装装置的截面图。
图2示出了根据本发明的另一示例性实施方案的安装装置的截面图。
图3示出了根据本发明的又一示例性实施方案的安装装置的截面图。
图4示出了表明根据本发明的一种示例性实施方案的安装装置的含碳热膨胀调节结构中sp2杂化碳、sp3杂化碳和氢的贡献的相图，其中，可以通过根据相图的期望部分配置制造程序来调节安装装置的机械性能和热性能。
图5示出了根据本发明的一种示例性实施方案的具有仍然可接受程度的弓型翘曲并且位于平坦支撑件上的安装装置的三维视图。
图6示出了根据本发明的一种示例性实施方案的具有仍然可接受程度的扭曲型翘曲并且位于平坦支撑件上的安装装置的三维视图。
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或者相同的元件被提供有相同的附图标记。
在参照附图进一步详细描述示例性实施方案之前，将基于已经开发出的那些示例性实施方案来呈现本发明人的一些一般性考虑。
随着基板的进一步微型化并且特别是厚度的进一步减小，由于在堆积体(build-up)中使用的材料的不同的热膨胀系数(CTE)值，可能发生不受控制的弓曲和扭曲。这种翘曲在之后的过程如组装中造成配准问题、部件错位、在丝网印刷时的粘合问题等等。因此，平衡的堆积体和等量使用的材料有利于避免由各种CTE值引起的这样的问题。
根据本发明的一种示例性实施方案，具有低CTE值的一个或多个热膨胀调节结构(诸如中间层)在这样的堆积体中用作加强层，并且将膨胀力分散在整个基板区域上，而其他具有较高CTE值的材料被迫使保持其形式。在本文中，在所有所使用材料之间寻找折衷以保持功能并控制翘曲是一个可能的目标。
根据一种示例性实施方案，通过各种工艺(诸如，PVC、ARC、印刷技术、CVD)将作为热膨胀调节结构的至少一个中间层沉积在多层基板的某些内部铜层或其他导电结构上。形成热膨胀调节结构的层可以在基板的整个区域上或者仅在其特定区域上，使得掩盖这些区域。由于选择了限定厚度的具有低CTE值的中间层，因此可以实现翘曲控制。例如层状的热膨胀调节结构可以是任何材料，如非晶碳材料、氮化物或氧化物或者这些的化学计量或非化学计量的混合物和/或其他材料。
当比较示例性材料的CTE值时：
FR4(作为用于电绝缘结构的材料的示例)展示出以下热膨胀值(其中，x轴和y轴主要受玻璃纤维的影响)：
CTE-x轴：14 10-6K-1
CTE-y轴：12 10-6K-1
CTE-z轴：70 10-6K-1
铜(作为导电结构的材料的示例)：
CTE：16 10-6K-1
DLC(作为用于热膨胀调节结构的材料的示例)：
CTE：<4 10-6K-1
因此，铜和FR4的CTE值显著不同，这导致了弓曲和扭曲。根据本发明的一种示例性实施方案，通过在这样的铜层和FR4层之间放置热膨胀调节材料来抑制或者甚至完全消除这样的问题，其中热膨胀调节材料的放置使不同的膨胀得以平衡并因此抵消弓曲和扭曲的效应。铜不会适当地粘合在DLC上，因此可以使用粘合促进剂，如Ti、W、其它碳化物促进剂或碳复合物，并且还可以用PVD、ARC、CVD或者类似的工艺来沉积这些粘合促进剂。
因此，本发明的示例性实施方案提供了翘曲控制，以实现不对称的堆积体并因此实现非常薄的基板。特别有利地，可以实施本发明的实施方案以用于提供具有嵌入式部件的基板和非常薄的基板。
图1示出了根据本发明的一种示例性实施方案的安装装置100的截面图。
安装装置100在此被实施为印刷电路板(PCB)并且被配置用于在其一个主表面或者两个相反主表面上安装电子部件(未示出)。如图1所示，安装装置100被配置为具有在z方向上延伸的厚度并且具有在x方向上的长度和在y方向(y方向是垂直于图1的纸面的方向)上的宽度的多层基板或板，其中上述长度和宽度二者均比上述厚度大若干倍。
安装装置100包括导电结构102，该导电结构在此被配置为两个平行排列的铜箔。铜在所有的三个正交空间方向x、y和z上均具有作为第一热膨胀值的约16·10-6K-1的线性热膨胀系数。
此外，安装装置100包括电绝缘结构104，该电绝缘结构由两个平行定向的FR4材料——即树脂基质中的玻璃纤维——层组成。电绝缘结构100在x方向和y方向上均具有小于第一值的第二热膨胀值。在x方向上，该值为约14·10-6K-1，而在y方向上，该值为约12·10-6K-1。鉴于FR4材料的各向异性特性，FR4材料在z方向上的热膨胀系数为约70·10-6K-1。电绝缘结构104的每个电绝缘层直接位于相应的一个铜箔的对应的露出主表面上。
热膨胀调节结构106，在此有利地由类金刚石碳(DLC)制成，被定位成嵌入在导电结构102内，即被定位在在两个铜箔之间，并且在所有的三个空间维度x、y和z上具有第三热膨胀值，即例如约2-3·10-6K-1的各向同性的线性热膨胀系数(其中确切值取决于DLC的确切成分，其可以如图4所示的进行调节)。由于DLC具有高导热性并且是电绝缘的，所以其有助于在安装装置100的运行期间使热量散发，不过鉴于DLC的介电特性，其不会干扰电信号的传输。
因此该第三值被选择为小于第一值和第二值二者，并且热膨胀调节结构106对称地定位在导电结构102内，使得由热膨胀调节结构106至少部分地补偿由于第一值和第二值之间的差导致的安装装置100的热致翘曲。因此，具有小CTE和在图1的对称层堆叠体内的中心位置的热膨胀调节结构106用作加强件，并至少部分地补偿一方面为铜和另一方面为FR4的在xy平面中的不同热膨胀特性。特别地，由热膨胀调节结构106结合导电结构102形成的复合物在xy平面中具有与电绝缘结构104基本上相同的热膨胀特性。因此，由于热膨胀调节结构106的存在，基本上防止了板状安装装置100的不期望的扭曲和弓曲现象。
为了提高热膨胀调节结构106在导电结构102上的粘合，安装装置100还包括如下两层，这两层在热膨胀调节结构106与导电结构102之间构成粘合促进结构108，以用于促进热膨胀调节结构106粘合在导电结构102上。在所示出的实施方案中，粘合促进结构108包括碳化物促进剂。粘合促进结构108的两个分离的层中的每一个分别夹在中心的热膨胀调节结构106与构成导电结构102的两个铜箔中的一个相应铜箔之间。因此，层106、108、102、104形成轴向对称结构。
安装装置100还包括在电绝缘结构104的相对层中的每一个上的图案化铜层，该图案化铜层构成另外的导电结构110。
除了所示的热膨胀调节结构106之外或者替代所示的热膨胀调节结构，导电结构102和电绝缘结构104的相互接触的主表面之间的界面150、160是还可以预见具有对应特性的一个或多个热膨胀调节结构的位置。通过在一个安装装置100中设置多个热膨胀调节结构106，可以进一步细化对安装装置100的热膨胀(以及相关机械负载)特性的调节。
图2示出了根据本发明的另一示例性实施方案的安装装置100的截面图。根据图2所示出的安装装置100，除了图1中所示的安装装置100之外，还提供了另外的导电材料/电绝缘材料的图案化/连续结构。
图3示出了根据本发明的又一示例性实施方案的安装装置100的截面图。与图1和图2的实施方案相反，根据图3的层状热膨胀调节结构106在一侧接触电绝缘结构104，而在相对的另一侧通过层状粘合促进结构108与层状导电结构102间隔开。
此外，导电结构102包括柱状的过孔，该柱状过孔使处于安装装置100的两个相反主表面上的图案化铜层形式的另外的导电结构110彼此电连接。通过与电绝缘结构104直接接触的相应中空柱形热膨胀调节结构106以及与中空柱形热膨胀调节结构106和相应的柱状过孔直接接触的相应中空柱形粘合促进结构108，上述过孔与电绝缘结构104分离。因此，可以在安装装置100内的多个位置处实现热膨胀调节和热传导率的增加二者，从而获得多位置翘曲抑制并且促进散热。
图4示出了表明根据本发明的一种示例性实施方案的安装装置100的含碳热膨胀调节结构106中的sp2杂化碳、sp3杂化碳和氢的贡献的相图400，其中，可以通过根据相图400的期望部分配置制造程序来调节安装装置100的机械性能和热性能。
根据相图400，类金刚石碳(DLC)的热膨胀调节结构106是具有sp2和sp3杂化碳的混合物的含氢(H)非晶碳涂层。优选地，sp2杂化碳的部分在相对于热膨胀调节结构106的重量百分比为40％至60％之间的范围内，sp3杂化碳的部分在相对于热膨胀调节结构106的重量百分比为25％至40％之间的范围内，而氢的百分比在10％的重量百分比以上(优选地不高于40％的重量百分比)。当通过溅射/物理气相沉积(PVD)形成导热且电绝缘的热膨胀调节结构106时，sp2杂化碳的百分比较高。然而，当使用等离子体增强化学气相沉积(PECVD)来形成热膨胀调节结构106时，获得较高的氢百分比。使用高百分比的sp2杂化碳和sp3杂化碳，可以获得热膨胀调节结构106的高热导率，并且可以微调适当的热膨胀系数。利用高的氢百分比，获得机械稳定的热膨胀调节结构106。通过选择制造程序(例如，还调节精确的工艺参数和/或如果需要的话调节上述制造程序的组合)，可以精确地设置热膨胀调节结构106的机械性能和热性能。在图4中用由附图标记402表示的区域示出了在机械性能和热性能方面特别合适的组合物。
在热膨胀调节结构由类金刚石碳形成的本发明的实施方案中，将热膨胀调节结构106的sp2杂化碳和sp3杂化碳的混合物调节成(特别是使用图4的相图400)使得由热膨胀调节结构106至少部分地补偿由上述第一值和第二值之间的差导致的安装装置100的热致翘曲。
图5示出了根据本发明的一种示例性实施方案的具有仍然可接受程度的弓型翘曲并且位于平坦支撑件500上的安装装置100的三维视图。
在纯弓型翘曲的情况下，矩形安装装置100的所有四个角均置于同一水平，即均与平面支撑件500接触。
在一种实施方案中，热膨胀调节结构106被配置为使得热致翘曲由安装装置100的最大为1.5％(特别地最大为0.7％)的弓曲度表征。弓曲度值被计算作以下两方面之间的比率：上述两方面中的一方面为安装表面100的底表面与承载安装装置100的平面支撑件500之间的最大距离s，上述两方面中的另一方面为安装装置100的最长侧的长度D。换言之，弓曲度值被计算为s/D。
图6示出了根据本发明的一种示例性实施方案的具有仍然可接受程度的扭曲型翘曲并且位于平坦支撑件500上的安装装置100的三维视图。
在纯扭曲型翘曲的情况下，矩形安装装置100的仅三个角置于同一水平，即与平面支撑件500接触，而第四个角对于支撑件500的平坦表面是分离的。
在一种实施方案中，热膨胀调节结构106被配置为使得热致翘曲由安装装置100最大为2％(特别地最大为1％)的扭曲度表征。该扭曲度被计算为以下两方面之间的比率：上述两方面中的一方面为安装表面100的上述第四个角与承载安装装置100的平面支撑件500之间的最大距离d，上述两方面中的另一方面为安装装置100的最长直径L。换言之，扭曲度值被计算为d/L。
已经证明，即使组合起来时，上述的弓曲度的值和扭曲度的值仍然提供可接受质量的安装装置100。因此，热膨胀调节结构106可以被配置成将扭曲度值和弯曲度值降低到给定的容许阈值以下，从而获得具有足够质量的安装装置100。
应当注意，术语“包括”不排除其他元件或者步骤，并且“一个”或“一”不排除多个。还可以将与不同实施方案相关联地描述的元件组合。
还应当注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
本发明的实施不限于附图所示和上述的优选实施方案。相反，即使在根本不同的实施方案的情况下，使用所示出的方案和根据本发明的原理的多种变型是可能的。

Claims (28)

1.一种用于安装电子部件的安装装置(100)，其中，所述安装装置(100)包括：
导电结构(102)，所述导电结构在至少一个预定的空间方向上具有第一热膨胀值；
电绝缘结构(104)，所述电绝缘结构在所述至少一个预定的空间方向上具有不同于特别是小于所述第一值的第二热膨胀值，并且所述电绝缘结构被布置在所述导电结构(102)上；
热膨胀调节结构(106)，所述热膨胀调节结构特别地在所述导电结构(102)中和/或在所述导电结构上，所述热膨胀调节结构在所述至少一个预定的空间方向上具有第三热膨胀值；
其中，所述第三值被选择并且所述热膨胀调节结构(106)被定位成使得由所述热膨胀调节结构(106)至少部分地补偿由所述第一值和所述第二值之间的差导致的所述安装装置(100)的热致翘曲；
其中，所述第三值被选择为小于所述第一值和所述第二值二者。
2.根据权利要求1所述的安装装置(100)，所述安装装置被配置为具有在z方向上延伸的厚度并且具有在x方向上的长度和在y方向上的宽度的板，所述长度和所述宽度二者均大于所述厚度。
3.根据权利要求2所述的安装装置(100)，其中，所述至少一个预定的空间方向包括所述x方向和所述y方向中的至少一个。
4.根据权利要求2或3所述的安装装置(100)，其中，所述至少一个预定的空间方向包括所述z方向。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述导电结构(102)包括铜或由铜构成。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述电绝缘结构(104)包括下述组成的组中的至少一种或者由下述组成的组中的至少一种组成：树脂、预浸料、FR4和树脂浸渍的玻璃纤维。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述热膨胀调节结构(106)包括下述组成的组中的一种或者由下述组成的组中的一种组成：类金刚石碳、氮化物和氧化物。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述导电结构(102)、所述电绝缘结构(104)和所述热膨胀调节结构(106)构成层堆叠体。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述热膨胀调节结构(106)被嵌入特别是对称地嵌入在所述导电结构(102)的不同的在空间上分离的部分之间。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的安装装置(100)，还包括粘合促进结构(108)，所述粘合促进结构被布置在所述热膨胀调节结构(106)和所述导电结构(102)之间，特别地与所述热膨胀调节结构和所述导电结构中的一个或者两个直接接触，并且所述粘合促进结构被配置用于促进所述热膨胀调节结构(106)粘合在所述导电结构(102)上。
11.根据权利要求10所述的安装装置(100)，其中，所述粘合促进结构(108)在所述导电结构(102)和所述热膨胀调节结构(106)中的至少一个的仅部分表面或整个表面上延伸。
12.根据权利要求10或11所述的安装装置(100)，其中，所述粘合促进结构(108)包括下述组成的组中的至少一种或者由下述组成的组中的至少一种组成：钛、钨、铬、碳化物促进剂、碳复合物以及石墨烯特别是单层石墨烯。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述导电结构(102)包括布置在所述热膨胀调节结构(106)的两个相反侧特别是布置在所述热膨胀调节结构的两个相反主表面上的在空间上分离的两个部分，并且所述电绝缘结构(104)包括布置在所述导电结构(102)的所述两个部分的两个相反侧特别是布置在所述导电结构的所述两个部分的两个露出主表面上的在空间上分离的两个部分。
14.根据权利要求13所述的安装装置(100)，其中，所述导电结构(102)的所述两个部分、所述电绝缘结构(104)的所述两个部分和所述热膨胀调节结构(106)形成对称布置，特别地为垂直于所述至少一个预定的空间方向的对称布置。
15.根据权利要求1至14中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述热膨胀调节结构(106)由导热且电绝缘的材料制成。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述热膨胀调节结构(106)由具有至少2W/mK、特别地至少50W/mK、更特别地至少400W/mK的热导率值的材料制成。
17.根据权利要求1至16中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述电绝缘结构(104)由在热膨胀方面具有各向异性特性的材料制成。
18.根据权利要求1至17中任一项所述的安装装置(100)，包括在所述电绝缘结构(104)上和/或在所述导电结构(102)上的至少一个另外的导电结构(110)和/或至少一个另外的电绝缘结构。
19.根据权利要求1至18中任一项所述的安装装置(100)，所述安装装置被配置为多层基板。
20.根据权利要求1至19中任一项所述的安装装置(100)，所述安装装置被配置为由印刷电路板、插入件和基板组成的组中的一种。
21.根据权利要求1至20中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述热膨胀调节结构(106)被配置为使得所述热致翘曲由所述安装装置(100)的最大为1.5％、特别地最大为0.7％的弓曲度表征，其中，所述弓曲度被计算为下述两方面之间的比率：所述两方面中的一方面为安装表面(100)的底表面与承载所述安装装置(100)的平面支撑件(500)之间的最大距离(s)，所述两方面中的另一方面为所述安装装置(100)的最长侧的长度(D)。
22.根据权利要求1至21中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述热膨胀调节结构(106)被配置为使得所述热致翘曲由所述安装装置(100)的最大为2％、特别地最大为1％的扭曲度表征，其中，所述扭曲度被计算为下述两方面之间的比率：所述两方面中的一方面为安装表面(100)的角与承载所述安装装置(100)的平面支撑件(500)之间的最大距离(d)，所述两方面中的另一方面为所述安装装置(100)的最长直径(L)。
23.根据权利要求1至22中任一项所述的安装装置(100)，其中，所述热膨胀调节结构(106)被配置为局部层，所述局部层在垂直于所述安装装置(100)的主表面的观察方向上具有的总面积比所述安装装置(100)的所述主表面的表面积小。
24.一种制造用于安装电子部件的安装装置(100)的方法，其中，所述方法包括：
提供在至少一个预定的空间方向上具有第一热膨胀值的导电结构(102)；
在所述导电结构(102)上布置电绝缘结构(104)，所述电绝缘结构(104)在所述至少一个预定的空间方向上具有不同于特别是小于所述第一值的第二热膨胀值；
形成在所述至少一个预定的空间方向上具有第三热膨胀值的热膨胀调节结构(106)，特别地将所述热膨胀调节结构形成在所述导电结构(102)中和/或所述导电结构上；
选择所述第三值并且定位所述热膨胀调节结构(106)，使得由所述热膨胀调节结构(106)至少部分地补偿由所述第一值和所述第二值之间的差导致的所述安装装置(100)的热致翘曲；
其中所述第三值被选择为小于所述第一值和所述第二值二者。
25.根据权利要求24所述的方法，其中，所述热膨胀调节结构(106)通过由物理气相沉积、阴极电弧沉积、化学气相沉积、等离子体增强化学气相沉积和印刷组成的组中的一种形成。
26.根据权利要求24或25所述的方法，其中，所述第三值被选择成使得所述导电结构(102)和所述热膨胀调节结构(106)作为复合物在所述至少一个预定的空间方向上具有一有效热膨胀值，所述有效热膨胀值比所述第一值更接近所述第二值，特别地所述有效热膨胀值与所述第一值相差小于10％，更特别地所述有效热膨胀值基本上等于所述第二值。
27.根据权利要求24至26中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：
估计例如测量和/或模拟不具有热膨胀调节结构(106)的情况下安装装置(100)的热致翘曲；
估计例如测量和/或模拟具有热膨胀调节结构(106)的待设计安装装置(100)的热致翘曲；
修改所述热膨胀调节结构(106)的所述第三值和/或修改所述热膨胀调节结构(106)在所述待设计安装装置(100)中的位置，直到所述待设计安装装置(100)的估计的热致翘曲符合关于翘曲特性的至少一个预定的质量标准；
通过执行根据权利要求24至26中任一项所述的步骤来制造符合所述至少一个预定的质量标准的所述待设计的安装装置(100)。
28.根据权利要求24至27中任一项所述的方法，其中，所述热膨胀调节结构由类金刚石碳形成，其中，将所述热膨胀调节结构的sp2和sp3杂化碳的混合物调节成使得由所述热膨胀调节结构(106)至少部分地补偿由所述第一值和所述第二值之间的差导致的所述安装装置(100)的热致翘曲。
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