CN107926119A - 具有层叠的内层基底的导体结构元件和其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种具有层叠到层构造中的内层基底(20、20’、20”)的导体结构元件，其具有装配有至少一个第一构件(30)的构件侧(32)和朝向通过刚性载体(12)形成的边缘层的对置侧(28)，其中，利用树脂材料围绕内层基底(20)直到刚性载体(12)中的露出的缺口(50)周围的边缘区域为止。

Description

具有层叠的内层基底的导体结构元件和其制造方法
技术领域
本发明涉及一种用于制造导体结构元件的方法以及根据该方法制造的具有层叠到层构造中的内层基底的导体结构元件。
背景技术
具有层叠到层构造中的内层基底的导体结构元件以及其制造方法例如从WO2010/078611 Al中已知，其公开了具有多个介电层以及导体层的电路板元件，该电路板元件在电路板元件的内部还具有至少一个独有的、与导体层不同的激光束阻挡元件，以便防止用于打孔或切割的激光束过于深入电路板元件中，其中，激光束阻挡元件利用吸收和/或反射激光束能量的粒子来形成。
发明内容
与此相对地，根据本发明提出一种用于制造具有权利要求1所述的特征的导体结构元件的方法以及具有层叠到层构造中的带有根据权利要求22或23所述的特征的内层基底的导体结构元件。
本发明的构思在于，在导体结构元件的层构造中引入内层基底，并且在层叠和加工层构造之后从载体基底的外层中裁剪出裁剪部段。这使得在层叠期间和之后能够实现层构造的简单处理和加工，因为敏感的内层基底首先被完全嵌入。在内层基底与载体基底之间设置有空腔，其简化了裁剪部段的裁剪。空腔的形成能够通过流动阻碍部来实现，其防止在层叠期间液化的树脂材料流入到裁剪部段的区域中。流动阻碍部也能够用作为内层基底的支承元件。
本发明开启了以下可行性：与载体基底的裁剪部段或者缺口对应的内层基底区域能够事后再装配另外的构件(空穴装配Kavitaetsbestueckung)，并且因此实现了非常薄的、紧凑的层构造，其例如用在堆栈应用中。除了较小的厚度之外，根据本发明制造的导体结构元件的特征在于高逻辑密度的可行性。
本发明还开启了以下可行性：实现低成本的高频应用和车辆领域的雷达电路。因此，如下地选择内层基底的尺寸和设计以及如下地选择裁剪部段的位置，即构造在内层基底上的天线结构对应于裁剪部段，以使得在所裁剪的裁剪部段中能够实现高频波的尽可能无阻的发射或者接收。
天线结构不仅能够构造在内层基底的朝向所裁剪的裁剪部段的一侧上，也能够构造在背向的一侧上。
附图说明
本发明的其他优点和设计方案从说明书和附图中得出。
应理解，前述和之后所要阐述的特征不仅以各个所说明的组合形式、也以其它的组合形式或单独地应用，而并不脱离本发明的范围。
根据附图中的实施例示意性地示出本发明，并且接下来参考附图详细地进行说明。
图1至12示出了根据本发明的导体结构元件的根据本发明的制造过程，其中，
图1示出载体基底的侧视图，
图2示出具有所引入的凹进部的、图1的载体基底，
图3示出具有所施加的电绝缘层的、图2的载体基底，
图4示出具有所加载的内层基底的、图3的载体基底，
图5示出具有内层基底的替换设计方案的、图4的层构造，
图6示出具有支承元件的替换设计方案的、图5的层构造，
图7示出具有支承元件的其他替换设计方案的、图5的层构造，
图8和9示出在层叠前具有所施加的其他层的、图5的层构造，
图10示出层叠后的图9的层构造，
图10a示出图10的层构造的替换实施方式，
图11示出在以直线对齐的切口裁剪出裁剪部段时图10的层构造，
图11a示出在以直线错位的切口裁剪出裁剪部段时图10的层构造，
图11b示出在以倾斜错位的切口裁剪出裁剪部段时图10的层构造，
图12示出具有直线的裁剪出的裁剪部段的图10的层构造，
图13和14示出图12的导体结构元件的变体，
图12a、13a、14a示出穿过裁剪出的裁剪部段装配其他构件的图12、13、14的变体，
图15示出具有高频基底的变体的波导管耦合的侧剖面图。
具体实施方式
根据本发明的方法首先提供刚性载体12作为基础材料(图1)。刚性载体12例如能够是铜板或者覆铜板(例如涂覆铜的标准内层)。刚性载体12具有下侧11和上侧13。
在下一个步骤中，在刚性载体12中在其上侧13上引入围绕的(umlaufend)凹进部16，其限定了裁剪部段14。凹进部16的引入例如能够借助于深铣或其它合适的方法实现。
随后-再次在载体12的上侧13上-施加由电绝缘的材料制成的层17，其例如能够是所谓的预浸材料(见图3)。电绝缘层17具有留空部15并且如下地施加，即露出或暴露围绕的凹进部16以及通过围绕的凹进部16限定的裁剪部段14。
将内层基底20加载到电绝缘层17上和其留空部15的上方(见图4)。在此能够涉及-如图4所示-装配有构件(芯片)30的插入物(Interposer)。
如从图4可见，内层基底20布置在露出的裁剪部段14上方。内层基底20具有上侧32和下侧28，二者分别设有铜涂层(对本领域技术人员来说容易推断出的是，也能够实现仅一侧的铜涂层)。
图4的内层基底20具有(闭合的)敷镀通孔34以及盲孔(激光盲孔blind laservia)35，并且图5中示出了没有通孔的内层基底20’的实施方式。
内层基底20在裁剪部段14上方间隔开的布置借助于支承元件实现。在图4和5的实施例中，如下地选择电绝缘层17的尺寸、围绕的凹进部16的尺寸以及内层基底20的尺寸，即电绝缘层17围绕地“框住”围绕的凹进部16，并且电绝缘层17的与围绕的凹进部16邻接的部段用作为内层基底20的支承元件22，内层基底在其尺寸上延伸超过围绕的凹进部16。
在高频应用的情况下，内层基底20具有适合高频的基础材料21，并且以参考标号26标记在基底20的下侧28处的位置，在该位置处去除(例如蚀刻掉)铜涂层，以便形成天线结构(见图5)。通常，天线结构是所谓的微带天线(Patchantenna)，其对于本领域技术人员来说可从现有技术中获知。因此，(在该实施例中)构造在内层基底20的下侧28(即在引入内层基底时朝向刚性载体的一侧)处的天线结构26位于裁剪部段14上方并且与其间隔开。
内层基底20的基础材料21例如能够是聚四氟乙烯(PTFE)或者基于PTFE的层叠材料(例如3003)，然而也能够实现其它的适合高频或者高频可穿透的材料(即在与常规材料中相比较小的信号衰减时允许高频射束穿过的材料)。
进一步参考图4，在高频应用的情况下经由通孔34开启了以下可行性，即在插入物或内层基底20的下侧28上的天线结构26与上侧32以及芯片30电连接。原则上还存在其它的对于本领域技术人员来说已知的耦合可行性，例如波导管耦合，其例如接下来示例性地参考图15描述。
根据图6所示的另一个实施例，支承元件22’能够构造为与电绝缘层17’分开的。后者随后以距离围绕的凹进部16更大的间距来布置，从而在电绝缘层17’与围绕的凹进部16之间存在足够空间以用于布置支承元件22’。支承元件22’围着围绕的凹进部16延伸，并且优选地具有相同的几何形状(圆形、椭圆形、矩形等)；其环形(在围绕的封闭结构不必是圆形的意义上是环形)地包围围绕的凹进部16。
在图6所示的实施变体中，支承元件22’例如是快速硬化的粘合剂、例如环氧树脂粘合剂的环形布置。
图7示出了另一个用于在裁剪部段14的上方安装内层基底20’的实施例，其中，通过涂层的接触面、例如通过镍金涂层形成支承元件22”，其用于放置内层基底20’并且用于实现与裁剪部段14的间隔，在接触面上能够借助于超声波摩擦焊方法安装内层基底20。以该方式能够如图7的图示所示那样实现距离刚性载体12的更小间距。这在图7的图示中能由此识别，即内层基底20’的表面32与包围层18的表面不在同一个高度。
除了镍金涂层以外的、适用于执行超声波摩擦焊方法的其他材料也能够用作为支承元件。刚性载体的表面能够在支承元件所放置的位置处同样具有由合适的材料制成的相对应的涂层。支承元件能够构造为单独的，然而其也能够构造在刚性载体处和/或要放置的内层基底处。
对于支承元件22、22’、22”来说存在双重功能：首先用于将基底20、20’以间隔的方式安装在载体12上并且随后在其位置上固定，以便能够实现更精确的层构造(后续例如已经说过的包围层18)。此外，支承元件22、22’、22”用作为流动阻碍部或者障碍，以便在下面的层叠步骤中防止液化的树脂扩散到裁剪部段14的区域中，这在后续还要详细描述。
基底20、20’的固定步骤例如通过有针对性地加热基底20、20’的在支承元件22、22’、22”上方的边缘区域来实现。在图4、5和6的实施例中，首先实现用作为支承元件的区域的液化，随后进行硬化。在图4和5的实施例的情况下，通过加热使得预浸层17的用作为支承元件22的区域液化，在图6的实施例的情况下使得用作为支承元件22’的粘合剂液化，以便随后在这两种情况下硬化以形成固定连接。附加地，能够对基底20、20’的边缘区域施加压力。在图7的实施例的情况下对基底20、20’的边缘区域实施超声波摩擦焊接方法。
在固定步骤之后，放置有在侧方包围内层基底20、20’的其他层18(在薄基底的情况下必要时可以省去该层)。当然，该层也能够在固定步骤之前就安装好；然而建议在固定步骤之后才放置该层，以便能够在没有由于附加层导致空间妨碍的情况下执行固定。
最后，层构造通过安装其他的分层40、42(具有用于容纳芯片30的凹槽)和完全平整的内层43、44变得完整(见图8和9)。在此，根据需求涉及电绝缘层(例如层40和43)和/或导电层(例如层42和44)。
随后层叠层构造(见图10)，由此通过使电绝缘层(在所示实施例中具有参考标号17、40、43的层)的预浸材料液化而无缝隙地填充空腔。根据本发明，这种利用电绝缘层在层叠期间熔化的树脂材料对空腔的无缝隙填充-如前述那样-结束于围绕的支承元件22、22’、22”处，即所有空腔的无缝隙填充都直到在所限定的裁剪部段14上方的区域为止。
根据本发明，围绕的支承元件22、22’、22”用作为流动阻碍部，从而不填充裁剪部段14和在裁剪部段上方到内层基底20、20’的间隔，因此在裁剪部段14与内层基底20、20’之间形成空腔24。
在本发明的意义上，空腔理解为一种区域或空间，其通过高频基底20的下侧28、刚性载体12的上侧13和围绕的支承元件22、22’、22”形成并且特征在于，其在层叠时没有液化的树脂进入。因此，刚性载体12和高频基底20的两个相互叠置的层在空腔24的区域中不参与连接(即不通过树脂粘合或以其它的方式相互连接)；这两个层仅相互叠置。这不排除，两个层相互接触，这由于中间层17和支承元件22、22’、22”的较小高度而尤其能够在层叠层构造之后发生。
根据本发明制造的多层构造半成品是封闭的装置，其在不妨碍具有高频天线的闭合的插入物的情况下允许进一步处理或加工。例如，现在能够-在不必特别考虑插入物或者基底20、20’的情况下-引入穿过层构造的通孔46、48，并且随后对通孔实施(湿化学的)电镀过程以使其表面涂覆铜(见图10)。
图10a示出了本发明的一个实施方式，其中替代图10的变体的上部导电的完全平整的内层44(其形成所谓的“盖”)，设置铜箔44’作为上部的闭合层。芯片30借助于填充铜的盲孔31与铜箔44’接触连接。该实施方式特别适用于利用铜箔44’的层连接到(未示出的)冷却体，以便因此更好地排出所产生的热量(构件到冷却体的连接改进了散热并由此导致更低的最大温度)。与应用层压材料(“盖”44)相比，穿过铜箔钻出孔并且以铜或其它导电材料填充孔更简单。即使可能，利用“盖”也难以实现背侧的接触连接。出于对称性原因，能够-如图10a所示那样-在刚性载体12的下侧11处同样设置铜箔45(利用位于中间的树脂层19)。当然，能够根据需求和设计要求再层叠其他层。
在下一方法步骤中，裁剪刚性载体12的与裁剪部段14对应的部分。这例如通过深铣实现。裁剪从刚性载体12的下侧11起进行，即从向外且远离于多层构造地指向的一侧起进行，这例如通过图11的图示中的箭头示出(在图10a的实施方式的情况下附加地穿过铜箔45的和树脂层19的其他层)。
裁剪例如能够-如所示那样-沿着围绕的凹进部16的背侧进行。对相对应的坐标的驱控例如能够经由本领域技术人员已知的基准标记进行。沿着围绕的凹进部16的背侧进行裁剪的优点为，能够以较小的切割或铣深度加工，从而使得损坏内层基底20、20’的危险最小化。在足够精确地切割时也能够在其它位置进行切割，或者也能够放弃围绕的凹进部16。
图11a和11b示出了所描述的裁剪的变体。图11a示出了相对于凹进部16错位的深铣。在所示实施例中，该错位选择为在刚性载体12的外边缘的方向上靠外的，然而也能够选择为靠内的。在所示实施例中，错位大约为凹进部的直径(以及铣宽)的一半。通过错位生成了具有台阶式的凸肩边沿的切面。
作为另外的裁剪变体，图11b示出了以相对于刚性载体12的延伸平面小于90°的角度进行的倾斜裁剪(而图11和11a的变体中的铣方向基本上垂直于刚性载体12的延伸平面)。由此能够实现倾斜的切割壁。
由于在裁剪部段14与内层基底20、20’之间的空腔24，所裁剪的裁剪部段14易于脱落，因为其不再与包围的部件或与包围的层连接，或者其能够易于取出(见图11和12的图示)。因此，在刚性载体12中产生缺口50，在其之中部分露出地布置有内层基底。
图12示出了具有基底20的实施例，基底具有通孔34并且还具有从表面延伸到插入物或者基底20的盲孔47以用于层间电路接通。层间电路接通部能够如前所述那样结合穿过整个层构造的通孔46和48在层叠之后和在裁剪出裁剪部段14之前被引入和电镀。
图12的实施例示出了穿过层构造的通孔的另一个变体，即也穿过基底20的通孔48’。
图12的导体结构元件包括八个导电层，即导电层12、18、42和44的各两个铜层。
为了说明利用本发明所开启的可行性，在图13和图14中示出了具有六个(图13)或者四个(图14)导电层的变体，其中，相应的覆铜的层由非导电层代替。因此，例如在图13的变体中，包围芯片30的层是非导电层42’，并且在图14的变体中附加地，包围插入物20的层是非导电层18’。本领域技术人员在设计导体结构元件时可以简单推断出，哪种层序列适用于所计划的应用。
为了防止在层叠步骤期间液态的树脂通过基底通孔34(其例如在图4和12至14的实施方式中提出)进入到空腔24中，敷镀通孔能够或者实施为盲孔(例如借助于激光钻孔)，或者实施为在制造天线基底期间再次封闭并且必要时在其上电镀的通孔
图12a、13a和14a示出了图12、13、14的多层结构，其根据本发明穿过缺口50装配其他构件52、54(例如芯片52和电容器54)。如所示，在层构造的对置“上侧”上也能装配其他构件(有源和无源组件)36、38。
最后，图15中示出了以下实施例，其具有构造在插入物20”的上侧(即背向裁剪部段14的一侧)上的天线35，对于天线的耦合设置有波导管60。为了简明起见，图15的示图放弃了导体结构元件的其他层的展示，而是仅示出了所装配的插入物20”并且以剖面细节图放大了具有在其上方布置的天线35的波导管60。
波导管60通过引入在插入物20”的下侧28上的盲孔62形成，其内壁64以限定的长度或深度(例如通过电镀)涂覆有铜。在盲孔62上方去除(例如通过蚀刻)插入物或基底20”的上侧32的导电层，从而使基底的基础材料21露出(参考标号33)。在盲孔62上方，上侧32的导电层作为天线35以限定的长度和几何形状(后者在图15的侧视图中无法识别)越过盲孔62伸出，并且以已知的方式用于通过波导管发射或者接收信号。
最终提出，在附图中示出的各种导电层和非导电层、深铣部、支承元件、盲孔、深孔和通孔、构件装配等变体对于本领域技术人员来说能够轻易地任意组合。

Claims (26)

1.一种用于制造导体结构元件(10)的方法，所述导体结构元件具有包括层序列的内层基底，具有以下步骤：
-提供具有下侧(11)和上侧(13)的刚性载体(12)，
-在所述刚性载体(12)上限定裁剪部段(14)，
-施加具有留空部的至少一个电绝缘层(17)，使得所述裁剪部段(14)露出，
-在所述刚性载体(12)与内层基底(20)之间形成空腔(24)的情况下将所述内层基底(20、20’、20”)放置在所述裁剪部段(14)的上方，
-相对于所述刚性载体(12)定向和固定所述内层基底(20、20’、20”)，
-层叠所准备的层构造，使得至少一个所述电绝缘层(17)的树脂材料液化并且在露出所述空腔(24)的情况下环绕所述内层基底(20、20’、20”)，
-通过从所述刚性载体(12)的靠外(远离层构造)的所述下侧(11)起将所述裁剪部段(14)从所述刚性载体(12)中裁剪出来生成缺口(50)。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，限定所述裁剪部段(14)的步骤包括：在所述刚性载体(12)的所述上侧(13)上引入对所述裁剪部段(14)进行限定的、围绕的凹进部(16)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，限定所述裁剪部段(14)的步骤包括：安装基准标记。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，限定所述裁剪部段(14)的步骤包括：安装针对在层叠期间液化的树脂的、围绕的流动阻碍部。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，放置所述内层基底(20、20’、20”)的步骤包括：在所述刚性载体(12)的所述上侧(13)上设置支承元件(22、22’、22”)，其中，所述支承元件(22、22’、22”)围绕地包围所述裁剪部段(14)并且用于支撑所述内层基底(20、20’、20”)。
6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述支承元件(22、22’、22”)也用于相对所述刚性载体(12)固定所述内层基底(20、20’、20”)。
7.根据权利要求5或6所述的方法，其中，所述支承元件(22、22’、22”)也用作为针对在层叠期间液化的树脂的所述流动阻碍部。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的方法，其中，所述支承元件(22)通过所述电绝缘层(17)的伸出部段来形成，并且固定步骤通过沿着围绕的所述凹进部(16)的边缘的热作用来实现。
9.根据权利要求5至8中任一项所述的方法，其中，所述支承元件(22’)通过快速硬化的粘合剂来形成。
10.根据权利要求5至9中任一项所述的方法，其中，所述支承元件(22”)是适用于执行超声波摩擦焊接工艺的元件，并且固定步骤通过所述超声波摩擦焊接工艺实现。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述支承元件(22”)是镍金涂层的元件。
12.根据权利要求1至11中任一项所述的方法，其中，在层叠步骤之前放置有在侧面包围所述内层基底(20、20’、20”)的其他层(18)。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的方法，其中，在层叠步骤之前安装其他层(40、42、43、44)以使得层构造完整。
14.根据权利要求1至13中任一项所述的方法，其中，裁剪基本上垂直于所述刚性载体(12)的延伸方向地进行，或者裁剪与所述刚性载体(12)的延伸方向呈角度地进行。
15.根据权利要求2至14中任一项所述的方法，其中，裁剪与所述凹进部(16)错位地进行。
16.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，在裁剪步骤之后，通过所述缺口(50)实现所述内层基底(20、20’、20”)的后续部件装配。
17.根据权利要求1至15中任一项所述的方法，其中，所述内层基底(20、20’、20”)是具有适合高频的基础材料(21)的高频基底。
18.根据权利要求17所述的方法，其中，所述高频基底包括构件侧(32)和天线侧(28)，并且所述内层基底(20、20’、20”)以所述天线侧(28)朝向所述刚性载体(12)的方式被加载。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述内层基底(20、20’、20”)在所述内层基底的所述构件侧(32)装配有电子构件(30)。
20.根据权利要求18或19所述的方法，其中，所述内层基底(20、20’、20”)在所述内层基底的所述天线侧(28)具有天线结构(26)。
21.一种导体结构元件，所述导体结构元件根据权利要求1至20中任一项所述的方法制造。
22.一种导体结构元件，具有层叠到层构造中的内层基底(20、20’、20”)，所述导体结构元件具有构件侧(32)和对置侧(28)，所述构件侧装配有至少一个第一构件(30)，所述对置侧朝向通过刚性载体(12)形成的边缘层，其中，在层叠之前通过使所述内层基底(20、20’、20”)放置在所述刚性载体(12)的露出的裁剪部段(14)的上方在所述刚性载体(12)与所述内层基底(20)之间形成空腔(24)，并且在层叠之后通过从所述刚性载体(12)的靠外(远离层构造)的下侧(11)起从所述刚性载体(12)中裁剪出所述裁剪部段(14)形成所述刚性载体(12)中的露出的缺口(50)。
23.一种导体结构元件，具有层叠到层构造中的内层基底(20、20’、20”)，所述导体结构元件具有构件侧(32)和对置侧(28)，所述构件侧装配有至少一个第一构件(30)，所述对置侧朝向通过刚性载体(12)形成的边缘层，其中，利用树脂材料环绕所述内层基底(20)直到所述刚性载体(12)中的露出的缺口(50)周围的边缘区域为止。
24.根据权利要求22或23所述的导体结构元件，其中，所述内层基底(20、20’、20”)在层叠之前借助包围所述缺口(11)的固定部(23)位置固定地安装在所述刚性载体(12)处，并且所述固定部是针对在层叠时的、环绕所述内层基底(20、20’、20”)的树脂流的阻碍部。
25.根据权利要求22至24中任一项所述的导体结构元件，其中，所述内层基底(20)的所述对置侧在所述刚性载体(12)的所述缺口(50)的内部装配有至少一个第二构件。
26.根据权利要求22至24中任一项所述的导体结构元件，其中，所述内层基底(20、20’、20”)是具有适合高频的基础材料(21)的高频基底，所述高频基底具有装配有至少一个构件(30)的构件侧(32)和带有高频天线(26)的天线侧(28)，其中，所述高频天线(26)以朝向通过所述刚性载体(12)形成的边缘层的方式露出地布置在所述刚性载体(12)的所述缺口(50)之中。
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