CN110383958A - 包括集成衍射结构的电子印刷电路板及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种包括至少一个衍射结构(DS)的电子印刷电路板，该衍射结构具有空腔(15)和衍射基板(17)。根据本发明，在该电子印刷电路板中集成衍射结构，通过去除材料而在电子印刷电路板的厚度中形成空腔，并且衍射基板在附着在电子印刷电路板上并封闭该空腔的基板中形成。

Description

包括集成衍射结构的电子印刷电路板及其制造方法
相关申请的交叉引用
本发明要求于2017年2月1日提交的申请号为FR 2017/050852的法国申请的优先权，其内容(文字、附图和权利要求)通过引用并入本文。
技术领域
本发明一般涉及电子印刷电路板领域。更具体地，本发明涉及一种包括集成衍射结构的电子印刷电路板。本发明还涉及一种用于制造这种电子印刷电路板的方法。
背景技术
近几十年来在微电子技术和小型化技术方面取得的进步已经导致在微波、光学和声学领域中出现了新一代用于发射和接收波的元件以及换能器的元件。这些元件的小型化和成本降低导致了它们被广泛采用。
这些新一代发射器/接收器元件应用到例如：地面、空中和海上运输、器械、环境、住宅自动化、家用电器、健康、自动化、工业过程控制和安全等领域。
此外，这些发射器/接收器元件在大幅扩散设备中的集成正在显著增长。在移动电话中出现了增设到音频换能器的CCD或CMOS图像传感器和GPS传感器就是这种趋势的示例，随着连接对象的发展，这种趋势将在未来几年内增长。
在发射/接收元件中经常需要衍射结构和衍射光栅，从而例如修改波的路径或用于滤波。因此，例如在图像传感器中，通常在传感器的光学装置中设置衍射结构。
已知发明实体是一种植入电子印刷电路板的图像传感器，该电子印刷电路板包括安装在板表面上的CCD“芯片”，以及覆盖CCD芯片并紧固在板上的附着光学装置。
这种现有技术的缺点在于，无论是装置本身的生产成本方面还是在装置安装在板上的成本方面，附着光学装置均具有较高的成本。此外，附着光学装置相对于CCD芯片的定位需要较高的精度，这对于传感器的进一步小型化构成了显著的障碍。
通过US7719170B1和US5041849A，已知通过利用光刻和蚀刻技术而在声音换能器中制造菲涅耳透镜。
用于发射和接收波的元件以及换能器的元件的强劲市场预期发展要求在实现衍射结构和衍射光栅方面取得技术进步，该衍射结构和衍射光栅适于小型化，并且在减小尺寸并降低成本的情况下可以集成到电子印刷电路板中。
发明内容
根据第一方面，本发明涉及一种包括至少一个衍射结构的电子印刷电路板，该衍射结构具有空腔和衍射基板。根据本发明，衍射结构集成在电子印刷电路板的厚度中，在电子印刷电路板的厚度中通过去除材料形成空腔，并且衍射基板在基板中形成，该基板附着在电子印刷电路板上并封闭该空腔。
因此，本发明允许以非常低的成本和最小的尺寸在电子印刷电路板中实现具有衍射结构的发射或接收装置。此外，由于印刷电路生产技术可实现高精度，因此容易满足衍射结构的尺寸限定。
因此，本发明有助于实现称为SIP(代指英文中的“系统级封装(System inPackage)”)类型的电子板。
根据特定特征，衍射基板在介电基板、铜基板、CCL型基板和/或RCC型基板的基础上形成。
根据特定实施例，衍射基板由介电基板形成并包括衍射图案，该衍射图案通过压痕和/或选择性金属沉积和光刻蚀刻技术来实现。因此，衍射基板以菲涅耳透镜、正弦波带基板、相移带基板或全息图的形式实现。
根据另一具体实施例，衍射基板包括具有开口的衍射图案，衍射图案通过包括机械铣削/钻孔或激光铣削/钻孔的材料切割和材料去除技术制成。
根据另一特定实施例，衍射基板由b阶材料形成并包括具有开口的衍射图案，衍射图案通过压痕技术制成以形成开口。
根据另一特定实施例，空腔填充有空气或改变声波或光波速度的材料。
根据另一特定特征，空腔包括在壁上的涂层。
根据另一特定实施例，电子印刷电路板包括多个衍射结构，衍射结构结合在一起并形成光栅。
根据另一特定实施例，电子印刷电路板是多层类型。
在具有发射装置的本发明的特定应用中，电子印刷电路板包括植入衍射结构的空腔的底部处的电子发射元件。根据特定特征，电子印刷电路板还包括导体，该导体与电子发射元件接触并用于提取由电子发射元件产生的热量。
在具有接收装置的本发明的特定应用中，电子印刷电路板包括植入衍射结构的空腔的底部处的电子接收元件。
应注意的是，本发明允许制造微波、光学和声学领域中的各种类型的传感器、检测器、发射器和接收器。因此，可以设想CCD或CMOS型图像传感器、超声波换能器，以及更一般地，具有远红外DEL或激光二极管、光电二极管或光电晶体管等的发射和接收装置，并且该发射和接收装置集成到具有相关衍射结构的电子印刷电路板。
根据另一方面，本发明还涉及一种用于制造电子印刷电路板的方法，该电子印刷电路板包括至少一个衍射结构，该衍射结构包括在电子印刷电路板的厚度中形成的空腔和在基板中形成的衍射基板，该基板附着在电子印刷电路板上并封闭该空腔，该方法包括光刻和蚀刻步骤。根据本发明，该方法还包括材料去除步骤和层压步骤，该材料去除步骤用于形成空腔，该层压步骤用于层压多个印刷电路基板以形成电子印刷电路板。
附图说明
通过阅读以下参照附图的本发明的多个特定实施例的详细描述，本发明的其他优点和特征将更清楚地显现，在附图中：
-图1是在集成衍射结构之前的状态下的电子印刷电路板的局部剖视图；
-图2是图1的电子印刷电路板的局部剖视图，在该电子印刷电路板中已经通过实施本发明的方法而形成了衍射结构的空腔；
-图3是图1的电子印刷电路板的局部剖视图，在该电子印刷电路板中集成了衍射结构；
-图4是在层压多个印刷电路基板以形成具有衍射结构的空腔之前的多个印刷电路基板的局部剖视图，该衍射结构的空腔通过实施本发明的方法来形成；
-图5是包括衍射结构的电子印刷电路板的俯视图；
-图6A和图6B是具有衍射基板的开口的实施例的俯视图和截面图，该衍射基板的开口包括在衍射结构中；以及
-图7是包括多个衍射结构的电子印刷电路板的俯视图，该多个衍射结构设置成形成光栅。
具体实施方式
通常，为了制造根据本发明的具有一个或多个集成的衍射结构的电子印刷电路板，使用充分掌握的用于生产多层电子印刷电路板的材料和技术。
因此，可以使用：称为CCL(英文中的“Copper Clad Laminate(覆铜层压板)”)的覆铜层压板，其填充有或未填充玻璃纤维；称为“预浸料”的环氧树脂预浸渍的电介质，该环氧树脂完全聚合或部分聚合(b阶段预浸料)；RCC(树脂涂层铜)类型的铜箔或薄铜板，其可选地具有树脂涂层；以及粘合剂。
可以使用诸如层压、光刻、湿法蚀刻和电沉积的电子印刷电路板生产技术。还可以使用诸如机械铣削和钻孔或激光铣削和钻孔的材料切割和材料去除技术，同样可以使用压痕技术，以在衍射基板中形成中空印记或形成开口和凹口。
参照图1、图2和图3，下面描述通过实施根据本发明的方法制造的具有集成衍射结构的电子印刷电路板的制造步骤。
在图1中，示出了集成了衍射结构的多层电子印刷电路板1。
如图1所示，电子印刷电路板1通常由多个铜导电层10和多个介电层11形成。在导电层10中形成用于连接的导电图案，以及用于使位于各个层中的导电图案互连的通孔12。在制造板1时，如电子元件13的电路的有源电子元件和无源电子元件埋设在该板1的内层之间。
图1中所示的区域ZA是板1中应当被植入衍射结构的区域。在该区域ZA中植入电子元件13，在该实施例中，电子元件13是发射红外线(IR)的DEL二极管。这里的目的是，通过将DEL 13与衍射结构组合来实现IR发射器。当然，在板1中制造IR接收装置将采用类似的方法，例如使用对红外线敏感的光电晶体管芯片。
如图1所示，IR二极管13埋在板1的内层10、内层11之间。IR二极管13包括图1中不可见的电极，这些电极焊接到板1的铜连接图案上。
如图1所示，可以在此提供由厚铜层构成的导体C10，以冷却IR二极管13。该导体C10的功能是将IR二极管13产生的热量提取到散热器(未示出)。在此形成通孔12以将二极管13的金属表面连接到导体C10。导体C10可能是必要的，也可能不是必要的，这取决于IR发射器的功率。当需要导体C10时，将根据待排出的加热功率来调整导体C10的尺寸。在IR接收器的情况下，将更少需要导体C10。
根据本发明，在板1的厚度中形成如图2所示的空腔15。在该实施例中，在板1的上表面上制作图1中标记为14的引导图案，以允许引导用于清除空腔15的材料去除工具。
如图2所示，去除IR二极管13上方的材料，以形成空腔15所需的体积。通常通过铣刀、激光和/或通过允许精密切割金属层的光化学蚀刻技术来进行这种材料去除。
空腔15的尺寸和形状通常根据IR辐射的波长来确定。确定空腔的深度，以获取元件13的发射表面和衍射基板17之间所需的焦距，如图3所示。
如图2所示，然后可以用反射涂层16覆盖空腔15的壁。当然，该反射涂层的性质将取决于装置的类型，并且取决于波长和所需效率而可以是必要或不必要的。因此，在红外辐射的情况下，可以在一些应用中沉积一层薄的金合金或其他红外线反射材料，例如在为金属层的情况下通过电解沉积来形成。
通过安装衍射基板17来完成该结构的实现，该衍射基板17用于封闭空腔15的上部部分。衍射基板17在此采用介电的菲涅耳透镜的形式。
基板17由例如环氧树脂的介电覆盖基板实现，其中形成如图2所示的衍射图案S17，该衍射图案S17形成菲涅耳透镜。衍射图案S17在此呈现中空印记的形状，该中空印记例如通过压痕技术来形成。
凸缘18设置在空腔15的壁上方。凸缘18确保了基板17在空腔15的开口中的精确定位。需要精确定位以符合衍射结构的尺寸限定。基板17通过胶接紧固到空腔15的开口中。
应注意的是，根据应用，空腔15将填充有空气或改变声波或光波速度的材料。
包括衍射基板17和下方空腔15的衍射结构DS在图3中以其完成状态示出。如图3所示，衍射结构DS完全集成在电子印刷电路板1中。
如图4所示，具有根据本发明的集成衍射结构15a、17a的电子印刷电路板1a也可以通过层压多个印刷电路基板来形成。在图4的实施例中，印刷电路基板的数量为四，即P1至P4。
基板P1至基板P4中的每一个都是通过制造电子印刷电路板的技术形成。
在此，在基板P2、基板P3中进行材料去除M1，M2，以形成与空腔15a的预期体积相对应的总体积。进行材料去除M1、M2的方式与用于空腔15的方式类似，这意味着，通常通过铣刀、激光和/或通过光化学蚀刻技术来进行。
基板P1集成有衍射区域17a。该区域17a包括形成介电菲涅耳透镜的衍射图案S17。
然后，在基板P1至P4的层压表面上涂覆有例如环氧型可聚合树脂以确保粘合这些基板之后，通过压制并通过真空层压炉来层压基板P1至P4。因此，制造出具有衍射结构15a、17a的多层电子印刷电路板1a。
在必须沉积诸如图2中所示的层16的反射涂层的情况下，和/或当需要以改变速度的材料填充空腔15a时，对基板P1至P4的层压可以分两步完成。
首先层压基板P2至基板P3，以形成空腔15a。一旦形成空腔15a，就可以进行覆盖层沉积的步骤和/或填充空腔15a的步骤。对封闭空腔15a的基板P1的层压完成了板1a的制造。
图5以俯视图示出了电子印刷电路板1b，其包括类似于板1和板1a的衍射结构。介电菲涅耳透镜17b覆盖下方不可见的空腔。发射或接收装置的电子电路的集成电路19和各种电子元件20、21在此安装在板1b的表面。
当然，可以集成在衍射结构中的衍射基板根据装置的应用和类型可以具有各种功能、形状和尺寸。因此，衍射基板可以具有聚焦、集中或分散波的功能。
在本发明中，衍射基板可以采用表面衍射光栅的形状，其在1D或2D中具有等距的表面衍射图案。这些衍射基板可以例如具有例如菲涅耳透镜的同心光栅形状，或者具有方形合轴光栅形状。
使用如下所述的技术允许制成菲涅耳透镜形式的衍射基板、正弦带基板、相移带基板或全息图：用于例如在预浸料、介电覆盖层或介电阻焊层中产生中空印记的压痕技术；以及选择性金属沉积技术和光刻蚀刻技术。在微电子和元件领域中所实现的对光刻和蚀刻技术的纳米级控制被很好地用于形成薄且高精度的衍射图案。
衍射基板可以例如由CCL板、预浸料、薄铜板或RCC板形成。
本发明的衍射基板还可以包括具有开口的衍射图案，这些开口特别用于光学和声学应用。因此，可以使用如机械铣削和钻孔或激光铣削和钻孔的材料切割和去除技术，以在衍射基板的图案中形成开口。还可以使用压痕技术以在图案中形成开口和凹口，特别是在使用诸如预浸料的b阶材料来形成衍射基板的情况下。
图6A和6B中示出具有开口的衍射基板17c。
基板17c包括同心衍射图案，其被分成四个四分之一Q1至Q4。四分之一Q1至Q4各自包括中心开口170c和同心开口171c的一部分。衍射基板17c的开口170c和171c出现在图6B的剖视图中。以90度交叉的臂B1至B4机械地保持由交替的开口和材料环形成并呈四分之一圆的衍射图案。
如图7所示，多个衍射结构DS可以在单个电子印刷电路板中设置成网光栅。通常，本发明允许构造具有大量衍射结构的光栅，这些衍射结构例如根据M×N矩阵布置。在图7的示例中，衍射结构DS根据方形矩阵布置，其中M＝6行，N＝6列。
本发明不限于在此作为示例描述的特定实施例。根据本发明的应用，本领域技术人员可以带来落入所附权利要求范围内的各种修改和变型。

Claims (14)

1.一种包括至少一个衍射结构的电子印刷电路板，所述衍射结构具有空腔和衍射基板，其特征在于，所述衍射结构(DS)集成在所述电子印刷电路板(1、1a、1b)的厚度中，在所述电子印刷电路板(1、1a、1b)的厚度中通过去除材料形成所述空腔(15、15a)，并且所述衍射基板(17、17a、17b、17c)在基板中形成，所述基板附着在所述电子印刷电路板(1、1a、1b)上并封闭所述空腔(15、15a)。
2.根据权利要求1所述的电子印刷电路板，其特征在于，所述衍射基板(17、17a、17b、17c)在介电基板、铜基板、CCL型基板和/或RCC型基板的基础上形成。
3.根据权利要求1或2所述的电子印刷电路板，其特征在于，所述衍射基板(17、17a、17b)由介电基板形成并包括衍射图案(S17)，所述衍射图案通过压痕和/或选择性金属沉积和光刻蚀刻技术来实现。
4.根据权利要求3所述的电子印刷电路板，其特征在于，所述衍射基板(17、17a、17b)以菲涅耳透镜、正弦带基板、相移带基板或全息图的形式实现。
5.根据权利要求2所述的电子印刷电路板，其特征在于，所述衍射基板(17c)包括具有开口(170c、171c)的衍射图案，所述衍射图案通过包括机械铣削/钻孔或激光铣削/钻孔的材料切割和材料去除技术制成。
6.根据权利要求2所述的电子印刷电路板，其特征在于，所述衍射基板(17c)由b阶材料形成并包括具有开口(170c、171c)的衍射图案，所述衍射图案通过压痕技术制成以形成所述开口(170c、171c)。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的电子印刷电路板，其特征在于，所述空腔(15、15a)填充有空气或改变声波或光波的速度的材料。
8.根据权利要求1至7中任一项所述的电子印刷电路板，其特征在于，所述空腔(15)包括在壁上的涂层(16)。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的电子印刷电路板，其特征在于，包括多个所述衍射结构(DS)，所述衍射结构结合在一起并形成光栅。
10.根据权利要求1至9中任一项所述的电子印刷电路板，其特征在于，所述电子印刷电路板是多层类型。
11.根据权利要求1至10中任一项所述的电子印刷电路板，其特征在于，包括植入所述衍射结构(DS)的所述空腔(15、15’)的底部处的电子发射元件(13)。
12.根据权利要求11所述的电子印刷电路板，其特征在于，包括导体(C10)，所述导体与所述电子发射元件(13)接触并用于提取由所述电子发射元件(13)产生的热量。
13.根据权利要求1至10中任一项所述的电子印刷电路板，其特征在于，包括植入所述衍射结构(DS)的所述空腔(15、15’)的底部处的电子接收元件(13)。
14.一种制造电子印刷电路板(1、1a、1b)的方法，所述电子印刷电路板包括至少一个衍射结构，所述衍射结构包括在所述电子印刷电路板(1、1a、1b)的厚度中形成的空腔(15、15a)以及在基板中形成的衍射基板(17、17a、17b、17c)，所述基板附着在所述电子印刷电路板(1、1a、1b)上并封闭所述空腔(15、15a)，所述方法包括光刻和蚀刻步骤，其特征在于，所述方法还包括材料去除步骤和层压步骤，所述材料去除步骤用于形成所述空腔(15、15a)，所述层压步骤用于层压多个印刷电路基板(17、P1至P4)以形成所述电子印刷电路板(1、1a、1b)。
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