CN109804722A - 用于部件承载件的阻燃结构 - Google Patents

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Abstract

一种用于承载至少一个部件(1400)的部件承载件(100)，且所述部件承载件包括多个导电层结构(102、104)和多个电绝缘层结构(106、108)；其中所述多个导电层结构(102、104)与所述多个电绝缘层结构(106、108)形成层压的叠置件；并且其中所述电绝缘层结构(106、108)中的至少一个电绝缘层结构被构造为防止火沿着所述部件承载件(100)蔓延的阻燃结构(108)。

Description

用于部件承载件的阻燃结构
本发明涉及一种制造方法，并且涉及一种制造部件承载件的方法。此外，本发明涉及一种用于部件承载件的构件，涉及一种部件承载件并涉及一种用途的方法。
随着电子工业的发展，电子产品具有小型化和高性能的趋势，并因此开发了多层板以满足高密度集成电路的需求，并同时减小封装基板的厚度。在部件承载件技术的现代应用中，实现了复杂的电子功能。这也涉及高功率应用和高电压应用。因此，被安装在部件承载件(诸如印刷电路板(PCB))上和/或被嵌入在部件承载件内的一个或多个部件产生了大量的热量。这可能会对操作安全产生影响。解决这一挑战的常规途径是基于改善除热的考虑，即有效地消散操作期间产生的热量。
常规的PCB仅依靠FR4和铜作为热扩散结构。FR4在PCB积层(build up)中用作机械体和电介质。虽然FR4在一定程度上具有导热性，但其导热率不是很高(通常约为0.5W/mK)。因此，热量主要通过铜结构来消散。
虽然现有的部件承载件很强大，但在提高操作安全性方面仍有改进的空间。
本发明的目的是使得能够制造具有高的操作安全性的可靠的部件承载件。
为了实现上述目的，提供了一种制造方法，一种制造部件承载件的方法，一种用于部件承载件的构件，一种部件承载件以及一种根据独立权利要求的用途的方法。
根据本发明的一示例性实施方式，提供了一种用于承载至少一个部件的部件承载件，其中，所述部件承载件包括多个导电层结构和多个电绝缘层结构，其中所述多个导电层结构和所述多个电绝缘层结构形成层压的叠置件，并且其中所述电绝缘层结构中的至少一个电绝缘层结构被构造为阻燃结构。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种制造用于承载至少一个部件的部件承载件的方法，其中该方法包括形成多个导电层结构和多个电绝缘层结构的层压的叠置件，并且将该电绝缘层结构中的至少一个配置为阻燃结构。
根据本发明的又一示例性实施方式，提供一种制造方法，该制造方法包括：提供导电结构；在该导电结构上形成阻燃结构；随后将该电绝缘层结构附接在阻燃结构的暴露的表面上；并且去除该导电结构的至少一部分。
根据本发明的又一示例性实施方式，提供了一种用于部件承载件的构件，其中所述构件包括阻燃结构和附接在该阻燃结构的表面上的电绝缘层结构，或所述构件由阻燃结构和附接在该阻燃结构的表面上的电绝缘层结构构成(任选地，所述构件可额外地包括图案化的导电结构)。
根据本发明的又一示例性实施方式，具有上述特征的至少一个构件或至少一个无机阻燃结构可用作部件承载件的一个或多个电绝缘层结构。
在本申请的上下文中，术语“阻燃结构”可以特别地表示由材料制成的并且被成形、尺寸设定和设置成用于防止火沿着部件承载件蔓延或甚至完全阻止火沿着部件承载件蔓延或者甚至使得能够将沿着部件承载件的火自熄灭的物理结构，特别地用于阻止火移动超出该阻燃结构。
在本申请的上下文中，术语“牺牲结构”可以特别地表示临时性的基底结构或辅助结构，所述牺牲结构不形成容易制造的部件的一部分，不一定形成容易制造的部件承载件的一部分或不完全形成易于制造的部件承载件的一部分，但所述牺牲结构主要在其制造过程期间用作足够坚固的基底或支撑件，用于在该牺牲结构上形成阻燃结构，并且该牺牲结构能够承受可能涉及制造阻燃结构的高的温度条件。在形成所述阻燃结构之后并且在将所述阻燃结构连接到电绝缘层结构之后，所述牺牲结构可以再次用于制造用于部件承载件的其他构件，所述牺牲结构可以至少部分地保留易于制造的部件承载件的一部分，或者牺牲结构可以被完全处理或去除，即被牺牲。
在本申请的上下文中，术语“部件承载件”可以特别地表示能够在其上和/或其中容纳一个或多个部件以提供机械支撑和/或电连接的任何支撑结构。换句话说，部件承载件可以被构造为用于部件的机械和/或电子承载件。特别地，部件承载件可以是印刷电路板、有机中介层和IC(集成电路)基板中的一者。部件承载件也可以是组合上述类型的部件承载件中的不同部件承载件的混合板。
根据本发明的一示例性实施方式，提供了一种部件承载件，在该部件承载件中集成了用于防止火沿着部件承载件蔓延的阻燃结构。这种阻燃结构可以是特定构造的电绝缘材料，这种阻燃结构被成形及尺寸设定并设置在所述部件承载件上和/或部件承载件中，使得即使在外部的火存在的情况下该部件承载件开始燃烧的趋势显着减少或甚至使之不可能发生，或者在部件承载件操作期间产生的过多热量显着减少或甚至使之不可能发生。此外，阻燃结构的材料选择可能有助于该功能。因此，所提到的阻燃结构可以在功能上以与建筑物中的防火门类似的方式来工作。因此，部件承载件的阻燃结构形成阻止火在部件承载件内部蔓延超过该阻燃结构的屏障。特别地，阻燃结构可以抑制火从部件承载件向环境的蔓延或在相反方向上的蔓延。通过将这种阻燃结构集成在部件承载件中，可以显着提高部件承载件的操作安全性，特别是对于高功率和/或高电压的应用。
根据本发明的一示例性实施方式，提供了一种用于诸如印刷电路板的部件承载件的构件，所述构件是电绝缘的(并且优选地额外地是导热的)并且同时提供阻燃功能。作为阻燃结构的材料，陶瓷层(诸如金属氧化物层和金属氮化物层)已证明是非常合适的。然而，直接在部件承载件的电绝缘结构上形成这种材料——通常由预浸料或FR4制成的——是不容易的，因为在许多情况下这种阻燃结构的形成涉及高温程序，诸如CVD(化学气相沉积)。在这种形成阻燃结构的沉积程序中发生的高温可能与电绝缘材料(诸如预浸料或FR4)可以承受的最高温度不相容。因此，本发明的一个实施方式涉及一种制造方法，在该制造方法中导电结构(例如铜箔)用作在其上形成阻燃结构的牺牲结构。导电材料诸如铜通常能够承受形成阻燃结构的高的加工温度、并且因此通常与该高的加工温度相容。随后，电绝缘结构可以连接到阻燃结构，例如通过层压。例如，通过施加压力和热量可以将电绝缘结构的双级树脂转变成固化状态，由此还可以形成所述阻燃结构和所述电绝缘结构之间的可靠连接。然后可以部分地或完全地去除该导电牺牲结构。通过这样的制造程序，可以提供用于防火的部件承载件(诸如印刷电路板)的设计的构件，所述构件可以简单地代替常规实施的预浸料层以同时提供适当的电绝缘功能和阻燃功能。
在下文中，将解释所述的制造方法、制造部件承载件的方法、用于部件承载件的构件、部件承载件和用途的方法的其他示例性实施方式。
在一实施方式中，阻燃结构提供阻燃功能，使得该部件承载件符合防火等级UL94-V0。UL94是用于在装置和电气用具测试中的部件的塑料材料的可燃性的安全标准。UL94是由美国保险商实验室(Underwriters Laboratories)发布的塑料可燃性标准。该标准根据塑料在各种取向和厚度情况下的燃烧方式来具体规定各种塑料。UL94-V0意味着在竖向的样品上的燃烧在10秒内停止，其中只要不激起燃烧，就允许颗粒的滴落。相应地，阻燃结构可以提供阻燃功能，使得部件承载件符合防火等级IEC/DIN EN 60695-11-10和/或I EC/DIN EN 60695-11-20(特别是在本申请的优先权日前的最新版本)。为了实现符合这种防火等级，可以特别地调整该部件承载件内的相应的一个或多个阻燃结构的量(在质量和/或体积方面)、形状和定位。例如，由该阻燃结构对部件承载件的外表面进行完全周向覆盖可能是有利的。此外，阻燃结构可以被设置一厚度，该厚度使得由于阻燃结构的抑制火灾功能而使热源(例如嵌入的部件)不会在部件承载件上或部件承载件中产生火。阻燃结构的另一有利构型是直接周向地覆盖热源(例如嵌入的部件)。此外，阻燃材料的一个或多个全层可以特别有效地作为针对蔓延的火的不可穿透的屏障，或作为一组的这样的屏障。
在一实施方式中，阻燃结构的部分体积除以电绝缘层结构的总体积的体积百分比为至少0.5％，特别地至少5％。因此，当满足或超过所述量的阻燃材料时，可以使火不能通过部件承载件蔓延。
在一实施方式中，阻燃结构的部分体积除以电绝缘层结构的总体积的体积百分比不大于50％，特别地不大于10％。这允许保持部件承载件的常规使用的电介质材料的一般有利性能，例如低成本和针对层压程序的功能性贡献。
在一实施方式中，阻燃结构的材料包括由以下材料组成的组中的至少一者：无机材料；陶瓷；金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物；氧化铝、氮化铝和类金刚石碳(DLC)。通常，这些材料仅被考虑和构造为用于除热性能。然而，本发明人已经发现，当这些材料具有合适的形状、处在合适的位置以及具有合适的厚度和量时，它们可以被构造成用作阻燃结构。鉴于在所提及的阻燃结构的材料的沉积期间所涉及的高温，由于所提及的材料直接布置在部件承载件的电绝缘材料上(特别是直接布置在树脂基质上，特别是环氧树脂基质；具有嵌入的增强材料(诸如织物、纤维)的树脂基质，特别是具有嵌入的玻璃纤维的树脂基质)至少是非常困难的，将这样的材料例如作为牺牲结构沉积在导电材料(诸如铜箔)上的可能性可以被认为是非常有利的。
在一实施方式中，所述阻燃结构包括在部件承载件上相对于彼此间隔开(特别是在层压型的部件承载件的叠置方向上相对于彼此间隔开)的多个单独的阻燃层，特别地至少五个单独的阻燃层，更特别地至少十个单独的阻燃层。已经证明，在部件承载件上分布足够大数量的基本上全层的阻燃材料的设置是实现甚至严格符合阻燃等级的非常有效的结构。更具体地，由阻燃材料来覆盖部件承载件的外表面——包括覆盖该部件承载件的主表面和/或侧表面——是特别有效的。然而，阻燃结构也可以仅由一层来形成。
在一实施方式中，阻燃结构的至少一部分由多孔材料制成，多孔材料即是在其内部包含大量的(特别是彼此互连的)孔或空隙的材料。例如，可以实施为多孔陶瓷，诸如多孔氧化铝和/或多孔氮化铝。不希望回到特定的理论，现在认为在相应的阻燃结构内部孔的形成可以进一步抑制火焰蔓延通过阻燃结构。尽管孔的形成可能降低阻燃结构的导热性，但有利的是促进了阻燃性能。
在一实施方式中，所述阻燃结构的至少一部分直接夹在所述多个电绝缘层结构的两个不含玻璃纤维的部分之间。这种实施方式是特别有利的，因为不含玻璃(例如纯树脂的)电介质层在热的情况下具有高的燃烧倾向，因为在这种材料构型中缺少了通常抑制燃烧倾向的玻璃纤维。然而，已经证明，在包含有电介质结构的两个不含玻璃的树脂之间插入阻燃结构作为整体能提供阻燃性保护。
在一实施方式中，两个不含玻璃纤维的部分中的一个部分形成了树脂涂覆的铜(RCC)结构或环氧基积层膜(例如，Anjinomoto Bond Film，ABF)的一部分。树脂涂覆的铜结构是涂覆有树脂(特别是环氧树脂)的铜箔的层序列，在所述树脂中不含玻璃纤维。这种RCC对于某些印刷电路板应用和其他部件承载件应用是非常有利的，但是这种RCC通常在有火存在的情况下具有高的燃烧倾向的缺点。然而，通过将阻燃层与RCC箔层压在一起作为整体获得了具有能提供阻燃设置的复合结构。
在一实施方式中，两个不含玻璃纤维的部分中的另一个部分是阻焊层。阻焊层(也称为焊接掩模或阻焊剂)可以是薄漆状或清漆状的成层的膜类型的聚合物，其可以应用于印刷电路板(PCB)的铜迹线以防止氧化，并防止在邻近间隔的焊垫之间形成焊桥。而且，阻焊层或阻焊材料/阻焊层通常由不含玻璃纤维的树脂材料制成。因此，同样在这样的背景下，将阻燃结构层压到这种阻焊材料/阻焊层的设置改善了部件承载件作为整体的阻燃性能。
在一实施方式中，阻燃结构被构造为阻燃层结构，即被构造为一个或多个完整的层或图案化的层。特别地，这种阻燃层结构可以具有小于或等于10μm的单层厚度，更具体地具有小于或等于5μm的单层厚度，甚至更特别地具有在100nm与5μm之间的范围内的单层厚度。所提到的层厚度可以在形成陶瓷层或类似物时通过沉积程序诸如CVD来获得，所提到的层厚度已经被证明足以在不会显着影响部件承载件的整体物理性质的情况下建立阻燃性能。特别地，甚至部件承载件的不同构件的热膨胀系数(CTE)的差异因此仅受到较小程度地影响，并且在许多情况下这些差异在可接受的程度内。
在一实施方式中，所述阻燃结构的至少一部分与所述电绝缘层结构中的至少一个电绝缘层结构的材料直接接触。这是有利的，因为可以通过采取这种措施来提供阻止该区域中的电流流动的电介质双屏障。尽管鉴于导热和电绝缘材料的高加工温度和高热敏性，在电绝缘结构上直接形成阻燃结构是困难的，但是上述具有足够热稳定性的牺牲结构的构思是特别有利的。
在一实施方式中，所述阻燃结构的至少一部分与所述导电层结构的不同的导电层结构直接接触、以及将导电层结构的不同的导电层结构分隔开。位于两个铜箔之间的阻燃结构的夹层易于制造，因为在导电层结构上直接制造阻燃结构是可能的且没有关于适应高加工温度的挑战。
在一实施方式中，所述阻燃结构的至少一部分被构造为基本上连续的层。因此，在连续阻燃层中不涉及与火蔓延相关的薄弱点。
在一实施方式中，所述阻燃结构的至少一部分被构造为填充构成所述导电层结构中的一个导电层结构的图案化的层的间隙的多个共面子结构。因此，还可以用阻燃材料填充导电的图案化的结构中的任何间隙，以特别地在间隙中提供阻燃功能。
在一种实施方式中，部件承载件被构造为由印刷电路板和基板(特别是IC基板)构成的组中的一者。
在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以特别地表示通过将若干导电层结构与若干电绝缘层结构层压在一起而形成的部件承载件(该部件承载件可以是板件状的(即平面的)、三维曲面的(例如当使用3D打印来制造时)或者该部件承载件可以具有任何其它形状)，上述形成过程例如通过施加压力来形成，若需要的话可伴随有热能的供应。作为PCB技术的优选材料，导电层结构由铜制成，而电绝缘层结构可包含树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸料(半固化片材料)或FR4材料。通过形成穿过层压体的通孔(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件的过孔，各个导电层结构可以以期望的方式彼此连接。除了可以被嵌入印刷电路板中的一个或多个部件之外，印刷电路板通常被构造成用于在板状的印刷电路板相反表面中的一个或两个表面上容纳一个或多个部件。它们可以通过焊接连接到相应的主表面。PCB的电介质部分可以包括具有增强纤维(诸如玻璃纤维)的树脂。
在本申请的上下文中，术语“基板”可以特别地表示小部件承载件，该小部件承载件具有与待安装在该小部件承载件上的部件(特别是电子部件)基本相同的尺寸。更具体地，基板可以被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)相当的然而具有相当较高密度的横向和/或竖向布置的连接件的部件承载件。横向连接件例如是导电路径，而竖向连接件可以是例如钻孔。这些横向和/或竖向连接件布置在基板内，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(诸如裸芯片)与印刷电路板或中间印刷电路板的电气连接和/或机械连接。因此，术语“基板”还包括“IC基板”。基板的电介质部分可以由具有增强球体(诸如玻璃球)的树脂构成。
在一实施方式中，该至少一个电绝缘层结构包括由下述材料构成的组中的至少一者：树脂(诸如增强树脂或非增强树脂，例如环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂，更具体地为FR-4或FR-5)；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；聚酰亚胺；聚酰胺；液晶聚合物(LCP)；环氧基的积层膜；聚四氟乙烯(特氟隆)；陶瓷以及金属氧化物。也可以使用增强材料，例如由玻璃(多层玻璃)制成的增强材料诸如网状物、纤维或球。尽管预浸料或FR4通常是优选的，但是也可以使用其它材料。对于高频率应用，高频率材料诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂可以在部件承载件中实施为电绝缘层结构。
在一实施方式中，该至少一个导电层结构包括由铜、铝、镍、银、金、钯和钨组成的组中的至少一者。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，特别是涂覆有超导材料诸如石墨烯的上述材料。
至少一个部件可以是表面安装的和/或嵌入的，并且可以选自由以下部件组成的组：非导电嵌体、导电嵌体(诸如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、传热单元(例如热管)、电子部件或它们的组合。例如，该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、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、逻辑芯片和能量收集单元。然而，其他部件可以嵌入在部件承载件中。例如，磁性元件可用作部件。这种磁性元件可以是永磁性元件(诸如铁磁元件、反铁磁元件或亚铁磁元件，例如铁氧体磁芯)，或者可以是顺磁性元件。然而，部件还可以是另外的部件承载件，例如处于板中板的构型中的部件承载件。部件可以表面安装在部件承载件上和/或可以嵌入部件承载件内部。而且，还可以使用作为部件的其它部件——特别是那些生成和发射电磁辐射和/或对于从环境传播的电磁辐射敏感的部件。
在一实施方式中，阻燃结构是光学透明的。在这样的构型中，部件承载件还能够实现光学功能，例如可见范围内的电磁辐射的传输。
在一实施方式中，在高温下在所述导电结构上形成所述阻燃结构，所述高温与电绝缘层结构的完整性不相容，特别是高于300℃的温度。例如，所提到的高温可以高于300℃，特别地高于400℃。这些温度是陶瓷层的典型制造温度，该陶瓷层在有足够厚度并且当位于部件承载件内的适当选择的位置时具有阻燃性能。
在一实施方式中，所述阻燃结构通过由以下方法组成的组中的至少一者而形成在所述导电结构上：溅射、物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体增强的化学气相沉积、纳米颗粒的应用、烧结和电弧沉积。然而，其他制造方法也是可能的。
在一实施方式中，通过层压实现将电绝缘层结构附接在阻燃结构的暴露表面上。在这种情况下，层压可以表示通过经受高温和高压来制作层结构的叠置件的制造程序。因此，先前未固化的材料(诸如双级预浸料)，特别是电绝缘层结构的先前未固化的材料，可以被固化(特别是可以熔化并随后凝固)，并从而形成与相邻层结构的连接。
在一实施方式中，在附接之前，电绝缘结构连接到完全固化的结构(诸如芯或多层)。芯可以是已经固化的电绝缘体(例如由FR4材料制成的电绝缘体)，该电绝缘体有足够的厚度能够为整个部件承载件提供足够的机械稳定性。
作为上述阻燃结构制造工艺的替代方案，还可以通过低温沉积工艺将阻燃结构直接沉积在所述电绝缘层结构中的一个电绝缘层结构上来形成阻燃结构的至少一部分。
根据下文将要描述的实施方式的示例，本发明的上述方面和其他方面是显而易见的，并且参考这些实施方式的示例进行解释。
以下将参考实施方式的示例来更详细地描述本发明，但本发明不限于这些示例。
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的阻燃部件承载件的剖面视图。
图2示出了根据本发明的示例性实施方式的用作常规预浸料层的替代物的部件承载件的构件的剖面视图。
图3至图6示出了在执行根据本发明的示例性实施方式的部件承载件的制造方法期间获得的结构的剖面视图。
图7至图10示出了在执行根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件的制造方法期间获得的结构的剖面视图。
图11示出了根据本发明的另一示例性实施方式的具有阻燃性能的部件承载件的剖面视图。
图12示出了根据本发明的另一示例性实施方式的具有阻燃性能的部件承载件的层的平面图。
图13示出了根据本发明的又一示例性实施方式的具有阻燃性能的部件承载件的剖面视图。
图14示出了根据本发明的另一示例性实施方式的具有阻燃性能并具有经嵌入的部件的部件承载件的剖面视图。
图15示出了根据本发明的一示例性实施方式的具有表面安装的发光二极管的部件承载件的剖面视图。
附图中的图示是示意性的。
在参考附图之前，将更详细地描述示例性实施方式，将基于本发明的已经开发的示例性实施方式来总结一些基础性的考虑因素。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种阻燃的超薄介电层。在此基础上，可以构建具有一个或多个超薄电介质层作为一个或多个阻燃层和/或粘合促进层的部件承载件，诸如PCB。
特别是由于以下两个特征，陶瓷可以用作发光二极管的散热器(例如，氮化铝和氧化铝)：一方面，这种材料是电介质材料，而另一方面，这种材料是良好的导热体。本发明的实施方式的要点是使用可以应用于PCB积层中的薄陶瓷层，以用作除了PCB的有机成分和铜之外的具有高导热性的第三通道，以用于散热目的。在PCB结构上施加薄陶瓷可以通过沉积方法完成，诸如通过PVC、PECVD、DC电弧、溅射、纳米颗粒的应用，等等。
电介质材料的结构可以形成在PCB积层的常规层之间。这些结构，特别是成形为层的结构，例如可以通过PVC、PECVD、DC电弧溅射、纳米颗粒的应用等等用不同的陶瓷材料(氮化物(例如氮化铝)、碳化物(例如碳化硅)和氧化物(例如氧化锆)或其他材料(如类金刚石碳(DLC))来形成。陶瓷层可以施加在PCB中的任何其他层之间(特别是施加在FR4和FR4之间，施加在FR4和铜之间，或施加在铜和铜之间)。施加陶瓷材料的特别有效的方式可以是位于两个Cu层之间，所述两个Cu层也用作电接触，并且因此该两个Cu层可以通过在该两个Cu层之间的陶瓷层而彼此电绝缘。陶瓷的厚度尺寸约100nm至5μm，并且陶瓷可以通过诸如例如化学蚀刻和等离子体蚀刻的方法来构造或图案化。另一有利的实施方式填充了同一热扩散层中的铜结构之间的间隙(参见图12)。这种陶瓷材料(特别是氮化铝)的优点是不必施用粘合促进材料(诸如钛)或预处理(诸如离子轰击)。一些陶瓷也可以直接施加在铜上而无需任何预处理也没有粘合促进材料。因此，这种热扩散层的加工更容易，并且可以在任何地方进行沉积。铜也可以通过敷金属工艺而直接施加在陶瓷上。
上述超薄陶瓷层可以非常有利地用作PCB叠置件中的阻燃物，因为陶瓷不会燃烧并且将有助于更有效地将热量从PCB本体散发出，从而最小化火焰的风险。由于这种层显示出非常好的微观粗糙度，这些层可用作铜箔与具有非常光滑表面的基底材料之间的粘合促进物，它们也广泛用于线构造(在半加成工艺中)或高频应用(例如聚四氟乙烯(PTFE)材料)。
在一实施方式中，可以进行PCB的混合。根据一示例性实施方式，还可以在PCB积层中施用无机材料。此外，可以增加PCB的散热能力，而不会使PCB积层显著增加质量和厚度(适当的陶瓷层可以具有约5μm量级的厚度)。
与铜箔结合，沉积的阻燃层可用作针对非常光滑的基底材料的粘合促进材料。非常有利地，这些沉积层可以用作阻燃物。当导热和阻燃层直接沉积在铜箔上时，不需要复杂的设备，并且在PCB制造程序中可以容易地加工。此外，可以有效地处理散热并且可以抑制火焰蔓延。
本发明的示例性实施方式的示例性应用是汽车应用、照明应用、移动设备方面的应用以及电力电子应用。对于这些和其他应用，需要具有板内热管理的有效解决方案。特别有利地，可以在移动设备(诸如智能手机、平板电脑、相机，PowerBook等)中施用阻燃热扩散层。
图1示出了根据本发明示例性实施方式的阻燃部件承载件100的剖面视图。该部件承载件100被实施为具有表面安装部件1400(例如半导体芯片)的印刷电路板(PCB)。
承载该部件1400的部件承载件100包括多个导电层结构102、104。导电层结构102是图案化的铜箔，而导电层结构102是铜填充的过孔，即用于在不同的图案化的箔之间提供导电连接的竖向互连件。此外，部件承载件100包括多个电绝缘层结构106、108，每个电绝缘层结构被构造为图案化的电介质层。导电层结构102、104和电绝缘层结构106、108形成层压的叠置件，即通过施加压力(如果需要的话，通过施加热能或热量来支持)将所述导电层结构和电绝缘层结构彼此连接起来。电绝缘层结构106由玻璃纤维嵌入其中的环氧树脂制成。在层压时，树脂熔化并再固化，从而将部件承载件100的各个元件连接起来。
然而，电绝缘层结构108被构造为电介的导热和阻燃结构108，其可以由陶瓷诸如氮化铝或氧化铝制成。这种材料不仅提供高的导热性——从而促进将部件承载件100的内部热量排出到该部件承载件的外部，而且额外地使得火不可能在该部件承载件100内快速扩散。这是通过材料选择结合阻燃结构108的元件的空间布置并结合阻燃结构的形状和厚度来实现。
阻燃结构108提供阻燃功能，使得部件承载件100具有防止火沿着部件承载件100蔓延的固有防火机制。在所示实施方式中，阻燃结构108包括两个层，该两个层限定了部件承载件100的上主表面和下主表面。此外，阻燃结构108包括中心层，该中心层提供了防火保护以及将部件承载件100的内部热能排出到部件承载件的外部。
阻燃结构108的部分体积除以电绝缘层结构106、108的总体积的体积百分比可以高于10％。为了进一步提高阻燃结构108的阻燃功能，该阻燃结构可以由多孔材料制成。
因此，阻燃结构108包括三个单独的基本上连续的且阻燃的层，这些层在部件承载件100内相对于彼此沿着各个层结构的叠置方向竖向地间隔开。阻燃结构108的每个单独层的厚度可以在100nm和5μm之间的范围内。构成阻燃结构108的各个层中的每层与由树脂和纤维制成的其他电绝缘层结构106中的相应电绝缘层结构的材料直接接触。同时，阻燃结构108的一些部分与导电层结构102、104中的不同导电层结构直接接触以及将导电层结构102、104中的不同导电层结构分离开。
图2示出了用于部件承载件100的构件200的剖面视图，该构件200可用作根据本发明示例性实施方式的常规预浸料层的替代物。
用于部件承载件100的构件200由厚度为5μm的阻燃结构108(例如氮化铝陶瓷或氧化铝陶瓷)和直接附接在阻燃结构108的表面上的电绝缘层结构106(例如由预浸料或FR4制成的)组成。由于具有所述材料选择的阻燃结构108的形成涉及在气相沉积或溅射期间发生的高温，因为电绝缘层结构106的所述材料选择在没有所不希望的化学或机械改性的情况下不能承受这种高温，因此阻燃结构108不能直接沉积在电绝缘层结构106上而没有可靠性问题的风险。尽管如此，参考图3至图5，将描述如何以高可靠性来制造这种构件200。
图2中所示的构件200可以施用在任何印刷电路板设计中(或更一般地，部件承载件设计)，以替代根据常规设计的导热和电绝缘层(诸如预浸料层)。通过采取该措施，可以在部件承载件100中实现阻燃功能。具体地，常规设计的每个和所有导热和电绝缘层结构可以由构件200代替，从而获得具有阻燃功能的部件承载件100。
图3至图6示出了在执行制造如图2所示的构件200以及最后根据本发明示例性实施方式的部件承载件100的制造方法期间获得的结构的剖面视图。
为了获得图3中所示的结构，可以设置导电结构300作为基底或支撑结构。导电结构300可以是在后续程序中用作牺牲层的铜箔。随后，阻燃结构108可以沉积在导电结构300上，例如通过化学气相沉积(CVD)或溅射。因此，阻燃结构108可以在例如高于300℃的高温下形成在导电结构300上，这种高温与预浸料的机械和化学完整性是不相容的(在阻燃结构108的形成期间可能已经开始有不希望的交联)。然而，导电结构300的铜材料能够在阻燃结构108(例如氮化铝)的沉积期间承受这种苛刻的条件。
为了获得图4所示的结构，电绝缘层结构106可以随后通过层压而附接在阻燃结构108的暴露表面上。电绝缘层106例如可以是预浸料箔。在附接之前，电绝缘结构106可以定位成邻近FR4的芯302，例如针对完全固化的结构。芯302的两个相反的主表面可以覆盖有相应的导电层结构102，诸如另外的铜箔。在其上具有阻燃结构108的导电结构300、电绝缘结构106和在芯的两个主表面上覆盖有相应的一个导电层结构102的芯302然后可以通过层压(即在升高的温度下施加机械压力)而彼此连接。由此，形成多个导电层结构102、300和多个电绝缘层结构106、108的层压的叠置件。
为了获得图5所示的结构，导电结构300从所述层压的叠置件的其余部分上完全去除，例如通过剥离、蚀刻、研磨或脱皮。在去除导电结构300之后，如此变薄的层压的叠置件的两个最下层形成图2中所示的构件200。如果需要，可以从层压的叠置件的其余部分移除构件200，并且可以将构件200用作用于制造部件承载件100的半成品。
然而，根据图5，预浸料的另一电绝缘层结构106可以连接到阻燃结构108的暴露的下主表面。其结果是，阻燃结构108在其两个主表面上覆盖有相应的预浸料的电绝缘层结构106，如附图标记500所示(其也可用作部件承载件100的构件)。所描述的制造程序的成品是图5中所示的部件承载件100。
为了获得图6中所示的结构，设置另一个芯302，其中另一个芯302的两个相反的主表面可以覆盖有相应的另外的导电层结构102，诸如另外的铜箔。图6中所示的元件可以通过层压而彼此连接。
尽管未在附图中示出，但是可以利用所示的部件承载件100实现其他程序，诸如过孔的形成、某些层的图案化、部件的嵌入。
图7至图10示出了在执行制造根据本发明另一示例性实施方式的部件承载件100的方法期间获得的结构的剖面视图。
为了获得图7所示的结构和图8所示的结构，可以执行与上述参考图3和图4所述相同的过程。
然而，为了获得图9中所示的结构，导电结构300不被完全去除(如上面参考图5所述的)，而是通过图案化仅仅部分地被去除。图案化可涉及光刻(平版印刷)和蚀刻程序。
为了获得图10中所示的结构，图6中所示的四个最下层结构(参见附图标记106、102、302、102)附接到图9中所示的层压的叠置件，并且该四个最下层结构是通过层压而互连的。因此，导电结构300仅部分地用作根据图7至图10的牺牲层，并且导电结构300被部分地保留作为最终部件承载件100中的图案化的导电层。
图11示出了根据本发明另一示例性实施方式的阻燃部件承载件100的剖面视图。
根据图11，阻燃结构108被直接夹在两个不含玻璃纤维的电绝缘部分1100、1102之间(该两个不含玻璃纤维的电绝缘部分均由纯树脂构成而不含纤维布(玻璃布))。下部的不含玻璃纤维的电绝缘部分1102形成具有中心铜层1112的树脂涂覆的铜(RCC)结构1110的一部分，该中心铜层1112在其两个主表面上覆盖有纯树脂层(即不含玻璃纤维的电绝缘部分1102和另外的纯树脂层1114)。上部的不含玻璃纤维的电绝缘部分1100是阻焊层。
图11因此示出了根据本发明实施方式的部件承载件100的实施方式，其中阻燃结构108被实施为位于树脂涂覆的铜(RCC)结构1110和清漆型的上部的不含玻璃纤维的电绝缘部分1100之间的基本上连续的层。这两个部分1100、1102都缺少玻璃纤维并且仅包含作为电绝缘材料的树脂，因此它们易于燃烧。然而，将阻燃结构108夹在两个不含玻璃纤维的电绝缘部分1100、1102之间已经被证明是为所述部件承载件100提供阻燃功能的有效机制。包围阻燃结构108的两个不含玻璃纤维的电绝缘部分1100、1102的制造可以以与图3和图4所示类似的方式通过使用牺牲性的导电结构300来实现。
图12示出了根据本发明另一示例性实施方式的阻燃部件承载件100的层的平面图。根据图12，阻燃结构108被构造为填充构成所述导电层结构102中的一个导电层结构的图案化的层的间隙的多个共面子结构。同一平面中的铜结构之间的空隙填充有陶瓷材料，以便将铜层中的隔离的区域进行热连接，并从而改善平面内的方向上的散热。
图13示出了根据本发明又一示例性实施方式的阻燃部件承载件100的剖面视图。在图13的实施方式中，每个第二电绝缘层结构由阻燃材料构成，即由陶瓷层制成。由这种多层叠置件提供大量防火屏障。仅参见电绝缘层结构，存在由预浸料制成的电绝缘层结构106和由氧化铝或类似物制成的电绝缘阻燃结构108交替的叠置件。
图14示出了根据本发明另一示例性实施方式的阻燃部件承载件100的剖面视图。根据图14，阻燃结构108由布置在部件承载件100中的多个阻燃层组成，使得作为部件1400被嵌入部件承载件100中的功率电子芯片以成完全周向的方式(并因此基本上是密封的)嵌入在阻燃材料中。这确保了热源(并因此也是潜在的火源)，即所嵌入的部件1400，完全被阻燃结构108的阻燃材料包围。当阻燃结构108由高导热材料制成时，也可以有效地将热量从部件承载件100去除到环境中。
图15示出了根据本发明示例性实施方式的具有表面安装的发光二极管作为部件1400的整个部件承载件100的剖面视图。
根据图15，发光二极管的焊垫通过接合线1500接触，从而将焊垫电连接到氮化铝层(参见附图标记108)顶部上的图案化的铜层(参见附图标记102)。尽管未在图15中示出，但是所示实施方式的底部可以连接到散热器。
在操作期间，发光二极管产生光和热。光透射过透明的高导热的和电绝缘的结构或透明的高导热的半导电的结构106、并被由附图标记1502指示的抛光铝结构反射、并向上传播，从而使得其光能不会损失。通过阻燃结构108的除热和热扩散功能，可以有效地去除发光二极管操作期间散发的任何热量。
尽管未在图15中示出，但是例如来自预浸料或FR-4的电绝缘层结构106也可以存在于部件承载件100中。
应当注意，术语“包括”或“包含”不排除其他元件或步骤，并且“一种”或“一”不排除复数。还可以组合关于不同实施方式描述的元件。
还应注意，权利要求中的附图标记不应被解释为对权利要求的范围的限制。
本发明的实现方式不限于图中所示和上面描述的优选实施方式。相反，即使在基本上不同的实施方式的情况下，也可以存在使用所示的解决方案和根据本发明的原理的多种变型。

Claims (29)

1.一种用于承载至少一个部件(1400)的部件承载件(100)，其中，所述部件承载件(100)包括：
多个导电层结构(102、104)；
多个电绝缘层结构(106、108)；
其中，所述多个导电层结构(102、104)与所述多个电绝缘层结构(106、108)形成层压的叠置件；
其中，所述电绝缘层结构(106、108)中的至少一个电绝缘层结构被构造为防止火沿着所述部件承载件(100)蔓延的阻燃结构(108)。
2.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)提供阻燃功能，使得所述部件承载件(100)符合防火等级UL94-V0。
3.根据权利要求1或2所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)的部分体积除以所述电绝缘层结构(106、108)的总体积的体积百分比为至少0.5％，特别是至少5％。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)的材料包括由以下组成的组中的至少一者：无机材料、陶瓷、金属氧化物、金属碳化物、金属氮化物、氧化铝、氮化铝和类金刚石碳。
5.根据权利要求1至4中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)包括在所述部件承载件(100)中相对于彼此间隔开的多个单独的阻燃层，特别地包括至少五个单独的阻燃层，更特别地包括至少十个单独的阻燃层。
6.根据权利要求1至5中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)的至少一部分由多孔材料制成。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)的至少一部分被直接夹在所述多个电绝缘层结构(106、108)的两个不含玻璃纤维的部分(1100、1102)之间。
8.根据权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，所述两个不含玻璃纤维的部分(1100、1102)中的一个不含玻璃纤维的部分形成树脂涂覆的铜结构或环氧基积层膜的一部分。
9.根据权利要求7或8所述的部件承载件(100)，其中，所述两个不含玻璃纤维的部分(1100、1102)中的一个不含玻璃纤维的部分是阻焊层(1100)。
10.根据权利要求1至9中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)被构造为阻燃层结构，所述阻燃层结构特别地具有小于或等于10μm的单层厚度，更特别地具有小于或等于5μm的厚度，甚至更特别地具有在介于100nm与5μm之间范围内的厚度。
11.根据权利要求1至10中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)的至少一部分与所述电绝缘层结构(106)中的至少一个另外的电绝缘层结构的材料直接接触。
12.根据权利要求1至11中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)的至少一部分与所述导电层结构(102、104)中的不同的导电层结构直接接触、以及将所述导电层结构(102、104)中的不同的导电层结构分隔开。
13.根据权利要求1至12中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)的至少一部分被构造为大致连续的层。
14.根据权利要求1至13中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)的至少一部分被构造为对构成所述导电层结构(102、104)中的一个导电层结构的有图案的层的间隙进行填充的多个共面的子结构。
15.根据权利要求1至14中的任一项所述的部件承载件(100)，至少一个部件(1400)表面安装在所述部件承载件上和/或嵌入所述部件承载件中，所述至少一个部件特别地选自由以下部件组成的组：电子部件、非导电嵌体和/或导电嵌体、传热单元、能量收集单元、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、电压转换器、密码部件、发射器和/或接收器、机电换能器、致动器、微机电系统、微处理器、电容器、电阻器、电感、蓄电池、开关、相机、天线、磁性元件、另外的部件承载件以及逻辑芯片。
16.根据权利要求1至15中的任一项的部件承载件(100)，其中，所述多个导电层结构(102、104)包括由铜、铝、镍、银、金、钯和钨组成的组中的至少一者，所提及的材料中的任一材料可选地涂覆有超导材料，诸如石墨烯。
17.根据权利要求1至16中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述多个电绝缘层结构(106)中的至少一个电绝缘层结构包括由以下材料组成的组中的至少一者：树脂；特别是增强树脂或非增强树脂，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；预浸材料；聚酰亚胺；聚酰胺；液晶聚合物；环氧基积层膜；聚四氟乙烯；陶瓷和金属氧化物。
18.根据权利要求1至17中的任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述部件承载件(100)被构造为由印刷电路板和基板组成的组中的一者。
19.根据权利要求1至18中的任一项的部件承载件(100)，其中，所述阻燃结构(108)是光学透明的。
20.一种制造用于承载至少一个部件(1400)的部件承载件(100)的方法，其中，所述方法包括：
形成多个导电层结构(102、104)和多个电绝缘层结构(106、108)的层压的叠置件；
将所述电绝缘层结构(106、108)中的至少一个电绝缘层结构构造为防止火沿着所述部件承载件(100)蔓延的阻燃结构(108)。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，所述阻燃结构(108)的至少一部分是通过根据权利要求23至27中的任一项所述的制造方法来形成的。
22.根据权利要求20所述的方法，其中，通过经由低温沉积工艺将所述阻燃结构(108)直接沉积在所述电绝缘层结构(106)中的另一个电绝缘层结构上来形成所述阻燃结构(108)的至少一部分。
23.一种制造方法，所述方法包括：
提供导电结构(300)；
在所述导电结构(300)上形成防止火蔓延的阻燃结构(108)；
随后，在所述阻燃结构(108)的暴露的表面上附接电绝缘层结构(106)；
去除所述导电结构(300)的至少一部分。
24.根据权利要求23所述的制造方法，其中，在高温下将所述阻燃结构(108)形成在所述导电结构(300)上，所述高温与所述电绝缘层结构(106)的完整性不相容，特别地所述高温是高于300℃的温度。
25.根据权利要求23至24中的任一项的制造方法，其中，所述阻燃结构(108)通过由以下方法组成的组中的至少一者形成在所述导电结构(300)上：溅射、物理气相沉积、化学气相沉积、等离子体增强的化学气相沉积、纳米颗粒的应用、烧结和电弧沉积。
26.根据权利要求23至25中的任一项的制造方法，其中，所述附接是通过层压来完成的。
27.根据权利要求23至26中的任一项所述的制造方法，其中，在所述附接之前，将所述电绝缘结构(106)连接到完全固化的结构(302)。
28.用于部件承载件(100)的构件(200)，所述构件(200)包括：
防止火蔓延的阻燃结构(108)；
附接在所述阻燃结构(108)的表面上的电绝缘层结构(106)。
29.一种用于防止火沿着部件承载件(100)蔓延的方法，所述方法使用至少一个根据权利要求28所述的构件(200)或至少一种无机阻燃结构(108)作为所述部件承载件(100)的一个或多个电绝缘层结构。
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