CN109561570A - 部件承载件及其制造方法以及使用填料颗粒的方法 - Google Patents

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Abstract

提供了部件承载件及其制造方法以及使用填料颗粒的方法。该部件承载件包括堆叠体,该堆叠体包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构;嵌入堆叠体中的部件,使得在部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或嵌入堆叠体中的另外的部件的侧壁之间保留小于100μm,特别是小于60μm的间隙;以及包括填料颗粒的填料介质,其中,该填料介质至少部分地填充间隙。

Description

部件承载件及其制造方法以及使用填料颗粒的方法
技术领域
本发明涉及一种部件承载件、涉及制造部件承载件的方法并涉及一种使用填料颗粒的方法。特别地,本发明涉及一种具有嵌入其中的大型部件,更具体地是大型晶片的部件承载件。
背景技术
在配备有一个或多个部件的部件承载件的产品功能不断增加,并且这样的部件日益微型化以及待安装在部件承载件诸如印刷电路板(PCB)上的部件的数量升高的情况下,越来越多地采用具有若干部件的日益更强大的阵列状部件或封装件,该阵列状部件或封装件具有多个触点或连接,在这些触点之间的间隔甚至不断减小。嵌入技术正不断发展,并且代替标准PCB嵌入,用于大型晶片的嵌入技术受到越来越多的关注,以从传统的封装行业分得份额。
发明内容
本发明的目的是提供一种部件承载件,其中,可以以有效和可靠的方式嵌入大型部件,更具体地为大型晶片。
为了实现上面定义的目的,提供了一种部件承载件、制造部件承载件的方法和一种使用填料颗粒的方法。
根据本发明的示例性实施方式,提供了一种部件承载件,该部件承载件包括堆叠体,该堆叠体包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构;嵌入堆叠体中的部件,使得在部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或嵌入堆叠体中的另外的部件的侧壁之间保留小于100μm,特别是小于60μm的间隙;以及包括填料颗粒的填料介质,其中,该填料介质至少部分地填充间隙。
根据本发明的另一示例性实施方式,提供了一种制造部件承载件的方法。该方法包括以下步骤:形成包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的堆叠体;在堆叠体中嵌入部件,使得在部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或嵌入堆叠体中的另外的部件的侧壁之间保留小于100μm的间隙;以及用包括填料颗粒的填料介质至少部分地填充间隙。
根据本发明的又一示例性实施方式,提供了一种制造部件承载件的另外的方法。该另外的方法包括以下步骤:形成包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的堆叠体;在堆叠体上嵌入部件并且为堆叠体的至少一部分提供填料颗粒(在本实施方式中,填料颗粒也可称为“应力传播(扩展)抑制颗粒”或“裂缝传播减少颗粒”),抑制应力传播(特别是减少裂缝的传播和/或增加对于应力传播所需的能量等级)通过部件承载件。
根据本发明的又一示例性实施方式,提供了一种使用填料颗粒来抑制裂缝在具有嵌入式部件的部件承载件内传播的方法。
在下文中,将说明部件承载件的以及制造部件承载件的方法和使用填料颗粒的方法的另外的示例性实施方式。然而,本发明不限于示例性实施方式的以下具体描述,而是它们仅用于说明目的。
应当注意,联系一个示例性实施方式或示例性方面描述的特征可以与任何其他示例性实施方式或示例性方面组合,特别是在部件承载件的任何示例性实施方式的情况下描述的特征可以与部件承载件的任何其他实施方式和制造部件承载件的方法和使用填料颗粒的方法的任何示例性实施方式组合,并且反之亦然,除非另有具体说明。
如果在提及单数术语时使用不定冠词或定冠词,诸如“一(a)”、“一个(an)”或“该(the)”,则除非另有具体说明,否则也包括该术语的复数形式并且反之亦然,而如本文所用,“一个(one)”、或数字“1”通常表示“仅一个”或“恰好一个”。
应当注意,术语“包括(comprising)”不排除其他元件或步骤,并且如本文所用,不仅包括“包括(comprising)”、“包括(including)”或“含有(containing)”的含义,还包括“基本上由......构成”和“由......构成”。
除非另外具体说明,否则如本文所用的表述“至少部分地”(at leastpartially)、“至少部分地”(at least partly)、“至少一部分”(at least part of)或“至少一部分”(at least a part of)可以表示其至少1%,特别是其至少5%、特别是其至少10%、特别是其至少15%、特别是其至少20%、特别是其至少25%、特别是其至少30%、特别是其至少35%、特别是其至少40%、特别是其至少45%、特别是其至少50%、特别是其至少55%、特别是其至少60%、特别是其至少65%、特别是其至少70%、特别是其至少75%、特别是其至少80%、特别是其至少85%、特别是其至少90%、特别是其至少95%、特别是其至少98%、并且还可以包括其100%。
在实施方式中,在部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或嵌入在堆叠体中的另外的部件的侧壁之间的间隙,诸如这些侧壁之间的间隙的缝隙或距离小于100μm,特别是小于80μm、特别是小于60μm、特别是小于50μm、特别是小于40μm。在部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或嵌入在堆叠体中的另外的部件的侧壁之间的间隙可以是例如大于1μm,特别是大于2μm、特别是大于5μm。
在实施方式中,部件嵌入在堆叠体中,使得在部件的至少一个侧壁与相邻层结构的侧壁,特别是相邻绝缘层结构的侧壁之间保留小于100μm的间隙,该间隙可以形成夹在导电层结构之间的芯。
在实施方式中,部件嵌入在堆叠体中,使得在部件的至少一个侧壁与嵌入堆叠体中的另外的部件的侧壁之间保留小于100μm的间隙。通过采取该措施,可以获得一种以非常紧凑的方式配备有多于一个部件的部件承载件。另外的部件可以与(第一)部件是相同的类型,或者它可以是(第一)部件的另一类型。例如,(第一)部件可以是有源部件,而另外的部件可以是无源部件。
在实施方式中,填料介质包括填料颗粒,并且填料介质至少部分地填充间隙。填料介质可以特别地完全填充部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或嵌入堆叠体中的另外的部件的侧壁之间的间隙。填料介质没有特别限制并且可以包括例如导电材料和/或电绝缘材料,诸如介电材料。
在实施方式中,部件具有大于5的,例如大于10的长度与厚度的比率。例如,部件可以具有小于70的,诸如小于50的长度与厚度的比率。这样的部件在本文中也可被称为“大型部件”或“大型晶片”。
在实施方式中,部件承载件的横向延伸部与部件的横向延伸部之间的比率小于3.5,例如小于3。特别地,部件承载件的横向延伸部与部件的横向延伸部之间的比率可以大于0.5,诸如大于1.0。
在实施方式中,填料颗粒包括介电材料。
在实施方式中,填料颗粒包括陶瓷材料(诸如石英或氧化铝)和/或无定形材料(诸如玻璃)。
在实施方式中,填料颗粒包括选自由石英、氧化铝或玻璃构成的组中的至少一种。
在实施方式中,填料颗粒具有小于30μm,特别是小于10μm的平均颗粒大小(或平均颗粒直径)。例如,填料颗粒的平均颗粒大小可以在1nm至15μm,诸如在5nm至10μm、诸如在10nm至5μm、诸如在25nm至2.5μm、诸如在50nm至1μm的范围内。
在实施方式中,填料颗粒是纳米颗粒(其也可以称为“纳米填料”)。如本文所用,术语“纳米颗粒”可以特别指代具有在10nm至10000nm,特别是在25nm至1000nm、特别是在50至500nm的范围内的平均颗粒大小(或平均颗粒直径)的颗粒。
具有上述平均颗粒大小的填料颗粒或纳米颗粒可以使部件在由小的间隙提供的受限的物理空间中基本上完全或全部封装,并且因此可以确保稳固的工艺和产品。
平均颗粒大小(或平均颗粒直径)的确定是本领域技术人员已知的,并且可以例如通过具有适当放大率的目视显微镜观察所执行,例如通过使用电子显微镜(诸如透射电子显微镜,TEM)和通过随机选择适当数量的颗粒并计算各个颗粒直径的平均值来执行。平均颗粒大小(或平均颗粒直径)的确定也可以例如使用具有适当样品大小和颗粒浓度的光衍射,例如动态光散射,例如使用X射线衍射来执行。
填料颗粒的形状没有特别限制,并且其任何形状,诸如球形、多面体、规则或不规则的形状可以是合适的。
填料颗粒可以是芯/壳型,或者应力传播抑制颗粒或填料颗粒可以具有同质(均一)的构成。
在实施方式中,填料颗粒的大小(诸如平均颗粒大小或平均颗粒直径)与间隙(的缝隙)之间的比率小于70%,特别是小于50%、特别是小于20%。特别地,填料颗粒的大小(诸如平均颗粒大小或平均颗粒直径)与间隙之间的比率可以大于1%,诸如大于5%。例如,如果在部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或嵌入堆叠体中的另外的部件的侧壁之间的间隙为50μm,则如果填料颗粒具有小于35μm(即填料颗粒的平均颗粒大小与间隙之间的比率小于70%),特别是小于25μm(即填料颗粒的平均颗粒大小与间隙之间的比率小于50%)、特别是小于10μm(即填料颗粒的平均颗粒大小与间隙之间的比率小于20%)的平均颗粒大小,则可能是有利的。
在实施方式中,填料介质和/或间隙中填料颗粒的体积百分比为30%至95%,诸如40%至90%,特别是50%至80%。例如,填料介质中填料颗粒的体积百分比可以为30%至95%。附加地或可替代地,间隙中填料颗粒的体积百分比可以为30%至95%。
在实施方式中,(至少一部分)电绝缘层结构包括填料颗粒。
在实施方式中,电绝缘层结构包括一种或多种电绝缘材料。这些电绝缘材料中的至少一种可以包括填料颗粒。例如,包括填料颗粒的第一电绝缘材料可以用于至少部分地填充部件的至少一个侧壁和层结构中相邻的一个层结构的或嵌入堆叠体中的另外的部件的侧壁之间的间隙,诸如通过借助于压缩步骤而被按压到间隙中,和第二电绝缘材料(其可以与第一电绝缘材料相同或不同),以及可选地第三电绝缘材料(其可以与第一和/或第二电绝缘材料相同或不同)可以用于在部件的上侧和/或下侧至少部分地覆盖该部件。例如,第二电绝缘材料可以用于在部件的上侧至少部分地覆盖该部件,并且第三电绝缘材料可以用于在部件的下侧至少部分地覆盖该部件。第二和/或第三电绝缘材料可以可选地还包括填料颗粒。
在实施方式中,电绝缘层结构具有低于30ppm/℃,特别是低于15ppm/℃的热膨胀系数(CTE)值。另一方面,电绝缘层结构可以具有大于0.5ppm/℃,特别是大于1ppm/℃的热膨胀系数(CTE)值。
在实施方式中,部件承载件还包括导电连接,特别是到部件的导电连接。到部件的导电连接可以是与部件紧密接近,特别是物理接触的导电材料的部分。到部件的导电连接可以被提供在部件的至少一个、两个、三个、四个、五个或所有六个侧处。
在实施方式中,导电连接可以被包括或包含在电绝缘层结构中。例如,导电连接可以是过孔,该过孔可以提供到部件的电连接。
在实施方式中,导电连接被填料颗粒包围。
在实施方式中,导电层结构可以被结构化或图案化。在可替换实施方式中,导电层结构可以是连续的。
在实施方式中,导电层结构可以借助于导电连接诸如过孔而电连接到部件。
在实施方式中,导电层结构可以至少部分地被电绝缘层结构覆盖,该电绝缘层结构可以用作补偿层。例如,至少部分地覆盖导电层结构的电绝缘层结构可以被配置用于补偿不均匀性或翘曲。
在实施方式中,部件至少部分地被填料颗粒包围。例如,部件的至少一个、两个、三个,四个或五个侧被填料颗粒包围。
在实施方式中,部件基本上完全被填料颗粒包围。
在实施方式中,填料颗粒基本上仅被包含在部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或嵌入堆叠体中的另外的部件的侧壁之间的间隙中。
在实施方式中,层结构中相邻的一个层结构(也可以简称为“相邻层结构”)可以选自由下述构成的组中的一个:芯(诸如夹在导电层结构之间的预浸料,诸如铜层)、电绝缘层结构(诸如预浸料材料或环氧基积层材料)、金属芯(诸如由铜制成)和多层设置(诸如至少一个导电层结构和至少一个电绝缘层结构的堆叠体)。
在本申请的上下文中,术语“部件承载件”可以特别地指代能够在其上和/或其中容纳一个或多个部件以提供机械支撑和/或电连通的任何支撑结构。换言之,部件承载件可以被配置用于部件的机械和/或电子承载件。特别地,部件承载件可以是印刷电路板、有机内插物(中介层)和IC(集成电路)基板(衬底)中的一种。部件承载件还可以是将上述类型的部件承载件中的不同部件承载件组合的混合板。
在实施方式中,部件承载件包括至少一个电绝缘层结构和至少一个导电层结构的堆叠体。例如,部件承载件可以是所述的电绝缘层结构和导电层结构的层压制件,特别是通过施加机械压力和/或热能形成。所述的堆叠体可以提供板状部件承载件,该板状部件承载件能够为另外的部件提供大的安装表面并且仍然非常薄且紧凑。术语“层结构”可以特别地指代公共平面内的连续层、图案化层或多个非连续岛。
在实施方式中,部件承载件成形为板。这有助于紧凑设计,其中部件承载件仍然为在其上安装部件提供了大的基础。此外,特别是例如作为嵌入式电子部件的裸晶片,得益于其厚度薄,可以方便地嵌入到薄板例如印刷电路板中。
在实施方式中,部件承载件被配置成由印刷电路板和基板(特别地IC基板)构成的组中的一个。
在本申请的上下文中,术语“印刷电路板”(PCB)可以特别地指代通过将若干导电层结构与若干电绝缘层结构层压形成(例如通过施加压力和/或通过供应热能形成)的板状部件承载件。作为用于PCB技术的优选材料,导电层结构由铜制成,而电绝缘层结构可以包括树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸料,诸如FR4材料。通过形成穿过层压制件的通孔,例如通过激光钻孔或机械钻孔,并且通过用导电材料(特别是铜)填充这些通孔,由此形成作为通孔连接的过孔,来使各个导电层结构可以以所需的方式彼此连接。除了可以嵌入在印刷电路板的一个或多个部件之外,印刷电路板通常被配置成在板状印刷电路板的一个或两个相反表面上容纳一个或多个部件。部件可以通过焊接连接至相应的主表面。PCB的介电部分可以由具有加强(加固,强化)纤维(诸如玻璃纤维)的树脂构成。
在本申请的上下文中,术语“基板”可以特别地指代与待安装在其上的部件(特别是电子部件)具有基本上相同的大小的小型部件承载件。更具体地,基板可以理解为用于电连接或电网络的承载件以及与印刷电路板(PCB)相当的部件承载件,但是具有显著较高密度的横向和/或竖向布置的连接。横向连接例如为传导路径,而竖向连接例如可以为钻孔。这些横向和/或竖向连接布置在基板内,并且可以用于提供(特别是IC芯片的)所容置的部件或未容置的部件(诸如赤裸晶片)与印刷电路板或中间印刷电路板的电连接和/或机械连接。因此,术语“基板”还包括“IC基板”。基板的介电部分可以由具有加强颗粒(诸如加强球体,特别是玻璃球体)的树脂构成。
在实施方式中,至少一个电绝缘层结构包括由以下构成的组中的至少一个:树脂(诸如加强或非加强树脂,例如环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂)、氰酸酯、聚亚苯基衍生物、玻璃(特别是玻璃纤维、多层玻璃、玻璃状材料)、预浸料材料(诸如FR-4或FR-5)、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物(LCP)、环氧基积层材料(诸如环氧基积层膜)、聚四氟乙烯(特氟隆)、陶瓷以及金属氧化物。还可以使用例如由玻璃(多层玻璃)制成的加强材料,诸如网、纤维或球体。尽管预浸料,特别是FR4通常对于刚性PCB是优选的,但是也可以使用用于基板的其他材料,特别是环氧基积层膜。对于高频应用,高频材料诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂、低温共烧陶瓷(LTCC)或其他低的、非常低或超低DK材料可以在部件承载件中作为电绝缘层结构实现。
在实施方式中,至少一个导电层结构包括由下述构成的组中的至少一种:铜、铝、镍、银、金、钯以及钨。尽管铜通常是优选的,但是其它材料或它们的涂覆形式也是可能的,尤其是涂覆有超导材料诸如石墨烯。
至少一个部件可以选自由下述构成的组:非导电嵌体、导电嵌体(诸如金属嵌体,优选地包括铜或铝)、热传递单元(例如热管)、灯引导元件(例如光波导或光导体连接、电子部件或它们的组合)。例如,部件可以是有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储装置(例如DRAM或另一数据存储器)、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电接口元件、发光二极管、光耦合器、电压转换器(例如DC/DC转换器或AC/DC转换器)、加密部件、发射器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电系统(MEMS)、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、相机、天线、逻辑芯片以及能量收集单元。然而,其他部件可以嵌入在部件承载件内。例如,磁性元件可以用作部件。这样的磁性元件可以是永磁性元件(诸如铁磁元件、反铁磁性元件或亚铁磁元件,例如铁氧体芯),或者可以是顺磁性元件。然而,部件还可以是基板、内插物或另外的部件承载件,例如以板中板配置。部件可以表面安装在部件承载件上和/或可以嵌入其内部。此外,还有其他部件,特别是那些产生和发射电磁辐射和/或相对于从环境传播的电磁辐射敏感的部件,也可以用作部件。
在实施方式中,部件承载件是层压制件型部件承载件。在这样的实施方式中,部件承载件是通过施加压紧力和/或热而被堆叠并连接在一起的多层结构的复合体。
在实施方式中,基板或内插物可以由下述中的至少一种构成:玻璃层、硅(Si)或可光成像或可干法蚀刻的有机材料,如环氧基积层膜或聚合物化合物如聚酰亚胺、聚苯并恶唑或苯并环丁烯。
根据本发明的另一示例性实施方式,提供了一种制造部件承载件的方法。该方法包括以下步骤:形成包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的堆叠体;在堆叠体中嵌入部件,使得部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或者嵌入堆叠体中的另外的部件的侧壁之间保留小于100μm的间隙;以及用包括填料颗粒的填料介质至少部分地填充间隙。
在实施方式中,包括填料颗粒的填料介质包括(或源自)电绝缘层结构的材料,并且用填料介质至少部分地填充该间隙包括将电绝缘层结构的材料按压到间隙中。在这样的实施方式中,电绝缘层结构的材料可以包括填料颗粒,该填料颗粒可以借助于压缩步骤被按压到间隙中。通过采取该措施,间隙可以以非常节省成本的方式至少部分地被包括填料颗粒的填料介质填充。
根据本发明的又一示例性实施方式,提供了一种制造部件承载件的另外的方法。该另外的方法包括以下步骤:形成包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的堆叠体;在堆叠体上嵌入部件并且为堆叠体的至少一部分提供填料颗粒(在本实施方式中,填料颗粒也可称为“应力传播抑制颗粒”),抑制应力通过部件承载件传播。应力可能引起部件承载件的结构内不同严重程度的裂缝。
在实施方式中,至少一部分的填料颗粒在嵌入步骤中/期间被施加。特别地,填料颗粒可以在嵌入步骤中使用。通过采取该措施,可以(选择性地)为至少一个导电层结构和/或至少一部分导电连接,特别是到部件的导电连接提供应力传播抑制颗粒或填料颗粒。
在实施方式中,至少一部分的填料颗粒被预先提供至电绝缘层结构。类似地,应力传播抑制颗粒或填料颗粒可以预先存在于电绝缘层结构的材料中。通过采取该措施,可以(选择性地)为至少一个电绝缘层结构(诸如夹在导电层结构之间的芯)的至少一部分提供应力传播抑制颗粒或填料颗粒。
在实施方式中,填料颗粒可以用在嵌入式部件的两个层或侧上(具有任何类型的芯,即包括填充(至少部分地)有应力传播抑制颗粒和/或没有应力传播抑制颗粒的芯材料)。
根据本发明的又一示例性实施方式,提供了一种使用填料颗粒来抑制裂缝在具有嵌入式部件的部件承载件内传播的方法。
根据又一示例性实施方式,提供了一种部件承载件,该部件承载件包括堆叠体,该堆叠体包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构;在堆叠体上的部件和在堆叠体的至少一部分中的应力传播抑制颗粒(在本文也可称为“填料颗粒”),抑制应力通过部件承载件传播。
在本申请的上下文中,术语“应力传播抑制颗粒”可以特别地指代能够抑制应力通过部件承载件传播的任何形状的颗粒和/或能够补偿(或减小)材料之间的热膨胀差异,特别是堆叠体的材料(诸如导电材料和/或电绝缘材料)与部件的材料(诸如硅)之间的热膨胀差异的任何形状的颗粒。更具体地,应力传播抑制颗粒可以能够调节或修改包含它们的第一材料的热膨胀特性(例如,热膨胀系数(CTE)值),使得第一材料的热膨胀特性之间的差异和与第一材料相邻的第二材料(其可以包括或可以不包括应力传播抑制颗粒)的热膨胀特性接近或变得类似,优选地基本上相同。因此,通过适当地选择应力传播抑制颗粒的类型和/或量,可以基本上抑制由于反复的温度变化或温度循环引起的部件承载件内的机械应力(特别是应力通过部件承载件传播)。
在实施方式中,应力传播抑制颗粒是填料颗粒,该填料颗粒被配置用于减少(特别是用于补偿)堆叠体材料与部件材料之间的热膨胀差异。这可以提供以下优点:在热冲击诸如加热或冷却时,堆叠体的材料(诸如导电材料和/或电绝缘材料)和部件的材料(诸如硅)可以膨胀或收缩到相同或基本相同的程度,从而减少(特别是抑制或避免)由不同地膨胀或收缩的材料引起的机械应力。结果,可以减少(特别是抑制或避免)部件承载件的裂缝和/或翘曲的出现。例如,如果堆叠体的材料(诸如导电材料和/或电绝缘材料)具有比部件的材料(诸如硅)小的热膨胀系数(CTE)值,则可以选择能增加包括填料颗粒的堆叠体材料的(总体)CTE值的填料颗粒。另一方面,如果堆叠体的材料(诸如导电材料和/或电绝缘材料)具有比部件的材料(诸如硅)大的热膨胀系数(CTE)值,则可以选择能减小包括填料颗粒的堆叠体的材料的(总体)CTE值的填料颗粒。
在实施方式中,应力传播抑制颗粒是包括介电材料的填料颗粒。介电材料可以提供特别合适的热膨胀补偿和/或应力传播抑制效果。另外,包括介电材料的填料颗粒可以包含在电绝缘材料中而不会显著损害其电绝缘性质。换言之,通过使用包括介电材料的填料颗粒,可以避免电绝缘材料变得导电。另一方面,包括介电材料的填料颗粒也可以包含在导电材料中而不会显著损害其导电性质。因此,包括介电材料的填料颗粒可以多功能地在部件承载件的堆叠体的电绝缘材料和/或导电材料两者中使用。
在实施方式中,应力传播抑制颗粒是包括陶瓷材料(诸如石英或氧化铝)和/或无定形材料(诸如玻璃)的填料颗粒。陶瓷材料和/或无定形材料可以提供特别合适的热膨胀补偿和/或应力传播抑制效果。另外,包括陶瓷材料和/或无定形材料的填料颗粒可以包含在电绝缘材料中而不会显著损害其电绝缘性质。换言之,通过使用包括陶瓷材料和/或无定形材料的填料颗粒,可以避免电绝缘材料变得导电。另一方面,包括陶瓷材料和/或无定形材料的填料颗粒也可以包含在导电材料中而不会显著损害其导电性质。因此,包括陶瓷材料和/或无定形材料的填料颗粒可以多功能地在部件承载件的堆叠体的电绝缘材料和/或导电材料两者中使用。
在实施方式中,应力传播抑制颗粒是包括选自由石英、氧化铝或玻璃构成的组中的至少一种的填料颗粒。这些是用于提供热膨胀补偿和/或应力传播抑制效果的材料的特别合适的示例,并且这些示例可以多功能地在部件承载件的堆叠体的电绝缘材料和/或导电材料两者中使用。
在实施方式中,应力传播抑制颗粒或填料颗粒由与包括应力传播抑制颗粒的堆叠体的至少一部分的材料不同的材料制成。换言之,应力传播抑制颗粒或填料颗粒可以由与包括应力传播抑制颗粒的堆叠体的至少一部分的材料(例如导电层结构的材料和/或至少一个电绝缘层结构的材料)不同的材料制成。
在实施方式中,应力传播抑制颗粒是具有在15nm至20μm的范围内,特别是在15nm至20μm之间的平均颗粒大小(或平均颗粒直径)的填料颗粒。例如,填料颗粒的平均颗粒大小可以在25nm至15μm,诸如50nm至10μm、诸如100nm至5μm、诸如250nm至2.5μm、诸如500nm至1μm的范围内。平均颗粒大小(或平均颗粒直径)的确定是本领域技术人员已知的,并且可以例如通过具有适当放大率的目视显微镜观察执行,例如通过使用电子显微镜(诸如透射电子显微镜,TEM)和通过随机选择适当数量的颗粒并计算各个颗粒直径的平均值来执行。平均颗粒大小(或平均颗粒直径)的确定也可以例如使用具有适当样品大小和颗粒浓度的光衍射,例如动态光散射,例如使用X射线衍射来执行。
应力传播抑制颗粒或填料颗粒的形状没有特别限制,并且其任何形状,诸如球形、多面体、规则或不规则的形状可以是合适的。
应力传播抑制颗粒或填料颗粒可以是芯/壳型,或应力传播抑制颗粒或填料颗粒可以具有同质(均一)的构成。
在实施方式中,包括应力传播抑制颗粒的堆叠体的至少一部分中的应力传播抑制颗粒的体积百分比为30%至95%,诸如40%至90%,特别是50%至80%。通过采取该措施,可以实现适当的热膨胀补偿和/或应力传播抑制效果。另外,包含在电绝缘材料和/或导电材料中的如上所述的应力传播抑制颗粒的体积百分比可以维持其各自的电绝缘性质和/或导电性质。
在实施方式中,电绝缘层结构具有低于30ppm/℃,特别是低于15ppm/℃的热膨胀系数(CTE)值。另一方面,电绝缘层结构可以具有大于0.5ppm/℃,特别是大于1ppm/℃的热膨胀系数(CTE)值。通过采取该措施,可以通过包含在这样的电绝缘层结构中的应力传播抑制颗粒来实现特别有效的热膨胀补偿和/或应力传播抑制效果。
在实施方式中,(全部或至少一部分)应力传播抑制颗粒包含在至少一个电绝缘层结构的至少一部分中。如果特别是至少一个电绝缘层结构的至少一部分相对于部件的材料表现出CTE值的显著差异,则这可能是有利的。
在实施方式中,(全部或至少一部分)应力传播抑制颗粒包含在至少一个导电层结构的至少一部分中。如果特别是至少一个导电层结构的至少一部分相对于部件的材料表现出CTE值的显著差异,则这可能是有利的。
在实施方式中,(全部或至少一部分)应力传播抑制颗粒包含在至少一部分导电连接,特别是到部件的导电连接中。如果特别是至少一部分导电连接,特别是到部件的导电连接相对于部件的材料表现出CTE值的显著差异,则这可能是有利的。导电连接可以被认为是导电层结构的一部分。到部件的导电连接可以是与部件紧密接近,特别是物理接触的导电材料的部分。到部件的导电连接可以被提供在部件的至少一个、两个、三个、四个、五个或所有六个侧处。
在实施方式中,部件至少部分地被应力传播抑制颗粒包围。例如,部件的至少一个、两个、三个,四个或五个侧被应力传播抑制颗粒包围。通过采取该措施,可以根据实际需要,特别是仅在部件的出现热膨胀特性的特别的差异和/或特别容易出现机械应力或裂缝的那些位置或侧处,定制由提供应力传播抑制颗粒引起的热膨胀补偿和/或应力传播抑制效果。
在实施方式中,部件基本上完全被应力传播抑制颗粒包围。通过采取该措施,可以实现特别的完全并且有效的热膨胀补偿和/或应力传播抑制效果。
在实施方式中,部件(至少部分地或甚至完全地)嵌入包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的堆叠体内。
在实施方式中,(全部或至少一部分)应力传播抑制颗粒包含在至少一个电绝缘层结构的至少一部分中和至少一个导电层结构的至少一部分中。如果特别是至少一个电绝缘层结构的至少一部分和至少一个导电层结构的至少一部分相对于部件的材料表现出CTE值的相当大的差异,则这可能是有利的。
在实施方式中,(全部或至少一部分)应力传播抑制颗粒包含在至少一个导电层结构的至少一部分中和在至少一部分导电连接,特别是到部件的导电连接中。如果特别是至少一个导电层结构的至少一部分和在至少一部分导电连接,特别是到部件的导电连接相对于部件的材料表现出CTE值的显著差异,则这可能是有利的。
在实施方式中,(全部或至少一部分)应力传播抑制颗粒包含在至少一个电绝缘层结构的至少一部分中、在至少一个导电层结构的至少一部分中以及在至少一部分导电连接,特别是到部件的导电连接中。如果特别是至少一个电绝缘层结构的至少一部分、至少一个导电层结构的至少一部分以及在至少一部分导电连接,特别是到部件的导电连接相对于部件的材料表现出CTE值的显著差异,则这可能是有利的。
附图说明
本发明的以上定义的方面和另外的方面根据下文将描述的示例性实施方式变得明显,并且参考这些示例性实施方式进行说明。
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件。
图2示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件。
在附图中的图示是示意性的。在不同的附图中,类似或相同的元件提供有相同的附图标记。
具体实施方式
在参考附图进一步详细地描述示例性实施方式之前,将概述一些基本考虑,本发明的示例性实施方式已经基于其来展开。
根据本发明的示例性实施方式,提供了一种部件承载件,该部件承载件包括大型部件,更具体地是大型晶片,该部件嵌入到包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的堆叠体中。
嵌入大型晶片的基本问题与嵌入式封装件的概念构造有关。采用传统的嵌入技术,主要目标应用是无源部件和通常长度与厚度比率<5倍的小型晶片。意思是封装件的X、Y长度/宽度不超过晶片厚度的最大值的3倍。基本问题与大型晶片的部件损坏和包围部件的腔区域的树脂填充有关。限制嵌入大型器件的关键问题之一在于在层压和其他另外的处理工艺期间已经施加机械应力。在芯和晶片之间留下广阔的间隙(例如,具有缝隙大于100μm的大型腔)允许压力直接施加在器件上并引起脆性硅或其他相关材料的裂缝。根据本发明的示例性实施方式的关键创新在于开发一种制作概念,在该制作概念中部件的边缘可以被带到相对靠近芯的边缘,从而使芯吸收大部分竖直施加的应力并且避免脆性材料的裂缝。该机械应力减小概念可以特别地根据本发明的示例性实施方式通过下述方式来实现:在包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的堆叠体中嵌入特别是大型部件或晶片,使得在部件的至少一个侧壁与层结构中相邻的一个层结构的或嵌入在堆叠体中的另外的部件的侧壁之间保留小于100μm,特别是小于60μm的间隙。
另一关键问题起因于部件和相邻半成品部件承载件之间的狭窄空间。标准材料使用稳定材料所需的填料,并且通常但不一定仅由二氧化硅材料制成。根据本发明的示例性实施方式,包括填料颗粒(特别是小型大小填料颗粒,诸如纳米颗粒或纳米填料)的填料介质至少部分地填充间隙。这样的纳米填料能够实现在受限的物理空间中全部封装部件。更具体地,具有填料大小<10μm的材料可以保证稳固的工艺和产品。
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件100。
部件承载件100包括堆叠体101,该堆叠体包括在所描绘的实施方式中实施为结构化或图案化的上导电层结构104的至少一个导电层结构104和在所描绘的实施方式中实施为上和下电绝缘层结构102a、102b以及在间隙108内的电绝缘层结构102c的至少一个电绝缘层结构102。可替换地或另外地,在可替换实施方式中,导电层结构(图1中未示出)也可以存在于部件110的下侧处。例如,可以在部件110的下侧提供额外的、优选地未图案化的(即,连续的)下导电层结构(图1中未示出),诸如铜层,这可以改善从部件承载件100的热量去除,这在高功率部件的情况下可能特别相关。
部件承载件100还包括部件110,该部件在所描绘的实施方式中完全嵌入由电绝缘层结构102和导电层结构104组成的堆叠体101中。在可替换实施方式中,部件110也可以仅部分地嵌入由电绝缘层结构102和导电层结构104组成的堆叠体101内。
在所描绘的实施方式中,部件承载件100,更具体地是堆叠体101还包括导电连接106,导电连接设置成与部件110接近或相邻,并且因此也可以称为到部件110的导电连接106。在所描绘的实施方式中,导电连接106被示为使部件110和导电层结构104电连接的过孔。导电层结构104可以至少部分地被可以用作补偿层的另外的电绝缘层结构(图1中未示出)所覆盖。
在图1所示的实施方式中,在部件110的侧壁112与相邻层结构105的侧壁103之间存在间隙108。应当注意,间隙108的尺寸在图1中不是按照相对于电绝缘和导电层结构102、104的部件110及相邻层结构105的尺寸的比例进行绘制的。相反,为了说明目的,间隙108已经被描绘得更宽并且其缝隙实际上小于100μm,特别是小于60μm。包括填料颗粒120的填充介质122至少部分地(在所描绘的实施方式中,基本上完全地)填充间隙108。在所描绘的实施方式中,填料介质122包括电绝缘层结构102c,例如,由包括填料颗粒120的第一电绝缘材料制成,以及在图1中示出为从上电绝缘层结构102a通过波浪线界定,以及从下电绝缘层结构102b通过的直线界定。填料颗粒120也可以被包括在例如分别由第二电绝缘材料和第三电绝缘材料制成的上和/或下电绝缘层结构102a、102b中。在所描绘的实施方式中,形成上电绝缘层结构102a的第二电绝缘材料包括填料颗粒120,而形成下电绝缘层结构102b的第三电绝缘材料不包括填料颗粒。在可替换的实施方式(未在图1中示出)中,上和下电绝缘层结构102a、102b都不包括填料颗粒120或者上和下电绝缘层结构102a、102b都包括填料颗粒120。分别形成电绝缘层结构102c、102a和102b的第一、第二和第三电绝缘材料可以是相同的(诸如它们中的任何两个或所有三个可以是相同的)或者可以相互不同。特别地,填料颗粒120可以存在于部件110与相邻层结构105之间的间隙108中以及部件110的至少一个,诸如至少两个另外的侧上。在可替换实施方式中,填料颗粒120可以存在于部件110的所有侧上,即部件110可以完全被填料颗粒120包围,或者填料颗粒120可以仅存在于部件110与相邻层结构105之间的间隙108中。在所描绘的实施方式中,填料颗粒120是具有比间隙的缝隙显著小的平均颗粒直径的纳米颗粒。
图2示出了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100。图2所示的根据本发明的示例性实施方式的部件承载件100类似于图1所示的根据本发明的示例性实施方式的部件承载件100,因此不再反复对相同元件描述。
在图2所示的实施方式中,并且与图1所示的实施方式对照,在部件的侧壁112和另外的部件130的侧壁132之间存在间隙108。应当再次注意,间隙108的尺寸在图2中不是按照相对于部件110和另外的部件130的尺寸的比例进行绘制的。相反,为了说明目的,间隙108已经被描绘得更宽并且其缝隙实际上小于100μm,特别是小于60μm。包括填料颗粒120的填充介质122至少部分地(在所描绘的实施方式中,基本上完全地)填充间隙108。如图2所示并且类似于图1中所示的实施方式,填料颗粒120也可以被包括在与部件110相邻的上和/或下电绝缘层结构102a、102b中。在所描绘的实施方式中,填料颗粒120是具有比间隙的缝隙显著小的平均颗粒直径的纳米颗粒。从图2中可以看出,可以实现配备有多于一个部件的部件承载件的非常紧凑的架构。
应当注意,权利要求中的附图标记不应理解为限制权利要求的范围。
本发明的实现不限于附图中所示的和上述的优选实施方式。相反,即使是在基础不同的实施方式的情况下,也可以有使用所示的方案并根据本发明的原理进行的多种变型。
附图标记
100 部件承载件
101 堆叠体
102、102a、102b、102c 电绝缘层结构
103 相邻层结构的侧壁
104 导电层结构
105 相邻层结构
106 导电连接
108 间隙
110 部件
112 部件的侧壁
120 填料颗粒
122 填料介质
130 另外的部件
132 另外的部件的侧壁。

Claims (25)

1.一种部件承载件(100),其中,所述部件承载件(100)包括:
堆叠体(101),所述堆叠体包括至少一个导电层结构(104)和/或至少一个电绝缘层结构(102);
嵌入所述堆叠体(101)中的部件(110),使得在所述部件的至少一个侧壁(112)与层结构(105)中相邻的一个层结构的或嵌入所述堆叠体(101)中的另外的部件(130)的侧壁(103、132)之间保留小于100μm,特别是小于60μm的间隙(108);
包括填料颗粒(120)的填料介质(122),其中,所述填料介质(122)至少部分地填充所述间隙(108)。
2.根据权利要求1所述的部件承载件(100),其中,所述部件(110)具有大于5的长度与厚度的比率。
3.根据权利要求1或2所述的部件承载件(100),其中,所述部件承载件(100)的横向延伸部与所述部件(110)的横向延伸部之间的比率小于3.5。
4.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述填料颗粒(120)包括介电材料。
5.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述填料颗粒(120)包括陶瓷材料和/或无定形材料。
6.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述填料颗粒(120)包括选自由石英、氧化铝或玻璃构成的组中的至少一种。
7.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述填料颗粒(120)具有小于30μm,特别是小于10μm的平均颗粒大小。
8.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述填料颗粒(120)和所述间隙(108)的大小之间的比率小于70%,特别是小于20%。
9.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述填料介质(122)和/或所述间隙(108)中的填料颗粒(120)的体积百分比为从30%至95%。
10.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述电绝缘层结构(102)具有低于30ppm/℃,特别是低于15ppm/℃的热膨胀系数(CTE)值。
11.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),还包括导电连接(106),特别是到所述部件(110)的导电连接(106)。
12.根据权利要求11所述的部件承载件(100),其中,所述导电连接(106)被所述填料颗粒(120)包围。
13.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述部件(110),特别是电子部件,被安装在所述至少一个电绝缘层结构(102)和/或至少一个导电层结构(104)上和/或嵌入到所述至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构中。
14.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述部件(110)选自由下述构成的组:电子部件、非导电嵌体和/或导电嵌体、热传递单元、光引导元件、有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储装置、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电接口元件、发光二极管、光耦合器、电压转换器、加密部件、发射器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电系统、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、相机、天线、磁性元件、另外的部件承载件和逻辑芯片、以及能量收集单元。
15.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述导电层结构(104)包括由铜、铝、镍、银、金、钯和钨构成的组中的至少一种,任何上述材料任选地涂覆有超导材料诸如石墨烯。
16.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件(100),其中,所述至少一个电绝缘层结构(102)包括由下述构成的组中的至少一种:树脂,特别是加强或非加强树脂,例如环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂、FR-4、FR-5、氰酸酯、聚亚苯基衍生物、玻璃、预浸料材料、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物、环氧基积层材料,诸如环氧基积层膜、聚四氟乙烯、陶瓷和金属氧化物。
17.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件,其中,所述部件承载件成形为板。
18.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件,其中,所述部件承载件被配置成由印刷电路板和基板构成的组中的一种。
19.根据前述权利要求中任一项所述的部件承载件,其中,所述部件承载件被配置成层压制件型部件承载件。
20.一种制造部件承载件(100)的方法,其中,所述方法包括:
形成包括至少一个导电层结构(104)和/或至少一个电绝缘层结构(102)的堆叠体(101);
在所述堆叠体(101)中嵌入部件(110),使得在所述部件(110)的至少一个侧壁(112)与层结构(105)中相邻的一个层结构的或嵌入在所述堆叠体(101)中的另外的部件(130)的侧壁(103、132)之间保留小于100μm的间隙(108);
用包括填料颗粒(120)的填料介质(122)至少部分地填充所述间隙(108)。
21.根据权利要求20所述的制造部件承载件(100)的方法,其中,包括填料颗粒(120)的所述填料介质(122)包括所述电绝缘层结构(102)的材料,并且用填料介质(122)至少部分地填充所述间隙(108)包括将所述电绝缘层结构(102)的材料按压进入所述间隙(108)中。
22.一种制造部件承载件(100)的方法,其中,所述方法包括:
形成包括至少一个导电层结构(104)和/或至少一个电绝缘层结构(102)的堆叠体(101);
在所述堆叠体(101)上嵌入部件(110);
为所述堆叠体的至少一部分提供填料颗粒(120),抑制应力通过所述部件承载件(100)传播。
23.根据权利要求22所述的制造部件承载件(100)的方法,其中,在所述嵌入步骤中施加所述填料颗粒(120)的至少一部分。
24.根据权利要求22或23所述的制造部件承载件(100)的方法,其中,所述填料颗粒(120)的至少一部分被预先提供至所述电绝缘层结构(102)。
25.一种使用填料颗粒(120)来抑制裂缝在具有嵌入式部件(110)的部件承载件(100)内传播的方法。
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