CN110581417A - 用于电气装置结构之间的短电气连接的变形层 - Google Patents

用于电气装置结构之间的短电气连接的变形层 Download PDF

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Abstract

一种电气装置，所述电气装置包括第一结构、第二结构和变形层，所述变形层包括介电基质和在所述介电基质中形成的导电元件，其中所述变形层布置成将所述第一结构与所述第二结构进行电耦合。

Description

用于电气装置结构之间的短电气连接的变形层
技术领域
本发明涉及一种电气装置以及一种制造电气装置的方法。
背景技术
在配备有一个或多个电子部件的部件承载件的产品功能不断增长，以及这些部件越来越小型化和越来越多的部件安装在诸如印刷电路板的部件承载件上的背景下，采用具有多个部件的越来越强大的阵列状部件或封装件，所述阵列状部件或封装件具有多个接触部或连接部，并且这些接触部之间的间距越来越小。具体地，期望一种低损耗电气连接的嵌入式部件。例如，在这方面，部件承载件具有高I/O计数和/或高频信号传输可能是关键的。而且还在部件承载件的领域内存在强烈的持续小型化的趋势。特别地，期望形成尺寸越来越小的导电连接。因此，将叠置的层型部件承载件的不同层进行接触的常规步骤达到其极限。
发明内容
可能需要在由多个结构组成的电气装置中有效且紧凑地建立电气连接。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种电气装置，所述电气装置包括第一结构、第二结构以及变形层，所述变形层包括介电基质和在介电基质中形成的导电元件，其中所述变形层布置为将第一结构与第二结构进行电耦合。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种制造电气装置的方法，其中所述方法包括提供第一结构、提供第二结构以及通过包括介电基质和导电元件的变形层将第一结构与第二结构进行电耦合。
在本申请的上下文中，术语“电气装置”可以具体地表示任何电子构件、模块或封装件，其中两个或更多个结构通过在其中具有导电元件的变形层进行功能性地耦合和电气连接。
在本申请的上下文中，术语“结构”可以具体地表示电子结构，诸如提供电气或电子功能的物理主体之类。这类结构的示例是电子芯片、部件承载件、电子封装件或模块等。
在本申请的上下文中，术语“变形层”可以具体地表示弯的、弯曲)的或以其他方式三维变形的层，所述变形层以这样的方式变形，以通过集成在变形层中的导电元件在结构之间提供缩短的电气连接。变形层可以具有多个连接部分，其这些部分中的一个或多个部分可以水平延伸，而这些部分中其余的一个或多个部分可以竖向延伸。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种电气装置，其中两个或更多个(特别是电子)结构至少部分地通过具有集成的导电元件的变形层进行电气连接。鉴于变形层的弯曲且非常薄的构造，可以在非常短的空间距离(所述空间距离可以例如与变形层本身的厚度一样小)上对结构进行电气连接。特别地，可以以这种方式非常有效地实现板形电气装置的z轴上的耦合。因此，可以提供具有短电流路径的高度紧凑的电气装置，以允许通过变形层在这些结构之间有效且低损耗地传输电信号和/或电能。鉴于变形层的形状可自由变形，电路设计者可以通过相应地弯曲所述变形层来高度灵活性地建立基本上任何所需的耦合架构。
使用根据本发明的示例性实施方式的架构，可以至少部分地避免重型机械钻孔在对准度和精确度上不够精确。此外，当包括用于对两个结构进行电耦合的变形层时，z轴上互连的阻抗控制变得可能。为了电耦合和机械耦合目的而实现在其中形成有导电元件的变形层的概念可以被认为是常规芯片封装系统的有力替代方案。这类电气装置的高度灵活性还引入了新型互连的可能性。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施方式的电气装置的剖视图。
图2是图1的电气装置的组成部分的剖视图。
图3是图1和图2的电气装置的组成部分的平面图。
图4至图7示出了根据本发明的其他示例性实施方式的电气装置的剖视图。
图8示出了根据与图1类似的本发明另一示例性实施方式的电气装置的剖视图。
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
在下文中，将解释该方法和该电气装置的其他示例性实施方式。
在一实施方式中，变形层是(例如包含热塑性材料的)热变形层或热致变形层。在本申请的上下文中，术语“热致变形”或“热变形”层可以特别地表示通过热成形加工的层。特别地，热致变形层可以是以下制造工艺的结果：将合适材料的片材，例如具有嵌入的导电元件的介电(特别是塑料)片材加热至可弯曲的成形温度，在模具中形成特定形状，然后调整以形成(例如三维)弯曲的热致变形层。可以将层、片材或膜(例如在烘箱中)加热至足够高的温度，该温度允许该层、片材或膜被拉伸成一构造、工具或结构，或在该构造、工具或结构上形成，并且冷却成最终形状。当将变形层配置为热致变形层时，能以简单的方式建立期望的变形以实现期望的电气连接模式，所述简单的方式是通过短暂地施加热能使该层进入到期望的变形构造状态，并将变形层维持在这种状态。例如，可以通过将热致变形材料加热到高于专用温度，例如150℃至200℃范围内的温度，来建立这样的状态。然后，热变形层在冷却至环境温度之后将永久地保持其形状，并因此可以精确地用作两个或更多个结构之间的微小电气连接。
根据本发明的一个实施方式，所述变形层的材料(特别是热塑性材料)包括由聚烯烃，例如聚丙烯(PP)；乙烯基聚合物，例如PVC；苯乙烯基聚合物，例如聚苯乙烯(PS)；聚丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)；聚缩醛，例如聚甲醛(POM)；含氟聚合物，例如聚四氟乙烯(PTFE)；包括芳族聚酰胺的聚酰胺，例如聚邻苯二甲酰胺(PPA)；聚碳酸酯(PC)及其衍生物；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)；液晶聚合物(LCP)；聚芳醚，例如聚苯醚(PPE)；聚苯砜(PSU)；聚芳醚砜(PES)；聚苯硫醚(PPS)；聚醚酮，例如聚醚醚酮(PEEK)；聚酰亚胺(PI)；聚醚酰亚胺(PEI)；聚酰胺酰亚胺(PAI)组成的组中的至少一者。
在这方面，要提到的是，特别是热塑性材料PEI、PES、PSU以及LCP可能是有优势的，因为它们能够承受高达260℃的温度。这意味着这些材料可以经受典型的回流焊接工艺，所述回流焊接工艺通常用于在组装到部件承载件上的电子部件的端子和在部件承载件表面上形成的连接焊盘之间形成稳定的电气连接。
材料PPE和LCP可以是合适的选择，特别是在部件承载件用于高频应用的情况下。
本发明人已经通过实验证明，特别是当PEI存在于纤维网材料中时，可以以简单且有效的方式对其进行加工。这意味着可以形成热塑性增强纤维复合材料，该材料可以用作预浸料以用于实现所述的部件承载件。然而，要提到的是，其他所述的热塑性材料也可以以复合材料的形式使用。
在一实施方式中，第一结构和第二结构中的至少一者包括由部件承载件和部件组成的组中的一者。因此，第一结构和/或第二结构可以基本上是将是电耦合和机械耦合的任意电子部件或部件承载件。因此，提供了一种用于设计电气装置的高度灵活性的构造组，其中变形层可以简单地通过限定其导电元件的其形状和构造而适合于特定应用。
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/或电气连接的任何支撑结构。换句话说，部件承载件可以被配置为用于部件的机械承载件和/或电子承载件。特别地，部件承载件可以是刚性或柔性印刷电路板、有机中介层以及IC(集成电路)基板中的一者。部件承载件也可以是对上述类型的部件承载件中的不同部件承载件进行组合的混合板。
在一实施方式中，部件承载件被配置为由印刷电路板和基板(特别是IC基板)组成的组中的一者。例如，可以组合两个PCB，组合两个基板，或者组合一个PCB和一个基板，以形成根据本发明的示例性实施方式的电气装置。
在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以具体地表示部件承载件(其可以是板形(即平面的)、三维弯曲的(例如当使用3D打印制造时)或其可以具有任何其他形状)，该部件承载件通过将若干导电层结构与若干电绝缘层结构层压(例如通过施加压力，如果需要的话，伴随着热能的供应)而制成。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括树脂和/或玻璃纤维，即所谓的预浸料或FR4材料。各种导电层结构可以以期望的方式彼此连接，通过形成穿过层压件的通孔，例如通过激光钻孔或机械钻孔，并通过用导电材料(特别是铜)填充所述通孔，从而形成作为通孔连接的过孔。除了可以嵌入印刷电路板中的一个或多个部件之外，印刷电路板通常被配置用于在板形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。这些部件可以通过焊接连接到相应的主表面。PCB的介电部分可以由具有增强纤维(例如玻璃纤维)的树脂构成。
在本申请的上下文中，术语“基板”可以特别地表示一种小的部件承载件，所述小的部件承载件具有与要安装在其上的部件(特别是电子部件)基本相同的大小。更具体地，基板可以被理解为用于电气连接或电气网络的承载件，以及与印刷电路板(PCB)相当的部件承载件，但具有相当高密度的侧向和/或竖向布置的连接。横向连接例如是导电路径，而竖向连接可以是例如钻孔。这些侧向和/或竖向连接布置在基板内，并且可用于提供容纳的部件或未容纳的部件(例如裸片)特别是IC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”。基板的介电部分可以由具有增强球(例如玻璃球)的树脂构成。
所述至少一个部件可以选自由非导电嵌体、导电嵌体(例如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、传热单元(例如热管)、光导元件(例如光波导或光导体连接)、电子部件或其组合组成的组。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或其他数据存储器)、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)、密码部件、发送器和/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、照相机、天线、逻辑芯片、光导和能量收集单元。但是，也可以使用其他部件。例如，可用作部件的磁性元件。这种磁性元件可以是永磁元件(例如铁磁元件、反铁磁元件或亚铁磁元件，例如铁氧体基底结构)或者可以是顺磁元件。然而，该部件也可以是例如以板中板配置的另外的部件承载件。一个或多个部件可以表面安装和/或可以嵌入电气装置的内部。
例如，相应的部件承载件可以是一个或多个电绝缘层结构和一个或多个导电层结构的叠置件或层压件，特别是通过施加机械压力形成(如果需要，由热能支持)的叠置件或层压件。所述叠置件可以提供板形部件承载件，其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。
特别地，层结构的叠置件可以通过层压，即施加热能和/或热量彼此连接。换句话说，叠置件可以是一种层压件。
在本申请的上下文中，术语“层结构”可以特别地表示连续层、图案化层或共同平面内的多个非连续岛。在本申请的上下文中，术语“叠置件”可以特别地表示特别是彼此叠置地安装的多个平面层结构的布置。
在一实施方式中，部件承载件以及电气装置成形为板。这有助于紧凑的设计，其中一个或多个部件承载件仍然提供了用于在其上安装部件的大的基底。此外，特别是作为嵌入式电子部件的示例的裸片，由于其较小的厚度，可以方便地嵌入诸如印刷电路板之类的薄板中。
在一实施方式中，电绝缘层结构包括由树脂(例如增强或非增强树脂，例如环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂，更具体地是FR-4、FR-5或)、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)、预浸材料、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物(LCP)、环氧基增层膜、聚四氟乙烯(铁氟龙)、陶瓷以及金属氧化物组成的组中的至少一者。也可以使用例如由玻璃(多层玻璃)制成的诸如网状物、纤维或球体之类增强材料。尽管通常优选预浸料或FR4，但也可以使用其他材料。对于高频应用，诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂之类的高频材料可以在部件承载件中实现为电绝缘层结构。
在一实施方式中，导电层结构包含由铜、铝、镍、银、金、钯以及钨组成的组中的至少一者。尽管铜通常是优选的，但是其他材料或其涂覆形式特别是涂覆有诸如石墨烯之类的超导材料也是可以的。
在一实施方式中，介电基质包括由聚酰亚胺、聚酰胺以及液晶聚合物组成的组中的至少一者。这些材料和其他柔性材料能够热变形。换句话说，可以通过热量的应用使由所描述的材料中的一种制成的层进入到三维弯曲状态，以及将该三维弯曲状态冻结成这种三维构造。非常有利地，所描述的材料与部件承载件技术特别是印刷电路板技术兼容，因此可以适当地集成到电气装置中。
在一实施方式中，变形层沿着第一结构和第二结构中的至少一者延伸呈弯曲形状。特别地，变形层的不同部分可以与例如板形或长方体形结构的相应表面平行地延伸。通过这种配置，可以非常紧密地定位待耦合的结构，例如仅由薄的变形层分开。通过这种弯曲架构还可以使变形层功能化，以这样的方式：使得甚至可以根据这些结构中相应的一个结构的特定形状和/或尺寸来限定机械容纳空间。例如，腔可以由变形层的三维弯曲构造限定，所述三维弯曲构造与这些结构中相应的一个结构的形状和尺寸相匹配。
在一实施方式中，电气装置包括通过变形层来与第一结构和第二结构中的至少一者进行电耦合的第三结构。根据这种优选实施方式，增加了在第一结构和第二结构之间电耦合的第三结构。因此，可以形成在第三结构与第一结构和/或第二结构之间具有非常短的电气连接路径的封装件或模块型电气装置。
在一实施方式中，第三结构包括电子芯片或者由电子芯片组成，该电子芯片特别是是半导体芯片。例如，第三结构可以是诸如处理器或存储器之类的半导体芯片。然而，第三结构也可以是任何其他种类的部件承载件或部件。参考上面给出的第一结构和第二结构的示例。本文描述的用于第一结构和第二结构的所有实施方式也可以应用于第三结构。本文描述的用于第三结构的所有实施方式也可以应用于第一结构和第二结构。第三结构也可以是诸如印刷电路板或IC基板、中介层等之类的部件承载件。第三结构的可能的实施方式的大量列表显示了根据本发明示例性实施方式的概念所包含的高度灵活性。
在一实施方式中，弯曲该变形层以形成腔，第三结构插入该腔中。特别地，腔的形状可以与第三结构的形状匹配，使得当将第三结构放置在腔中时可以获得形状封闭。这样的腔可以为第一结构、第二结构和/或第三结构中的相应一个限定特定适应的容纳容积，并且可以具有用于支撑相应结构的主表面的支撑表面，以及用于界定相应结构的侧向空间尺寸的侧壁。
在一实施方式中，弯曲该变形层以接触第三结构的两个相反的主表面。根据这样的配置，可能包括复杂的弯曲架构，所述弯曲架构允许经由单个变形层来电接触第三(和/或第一和/或第二)结构的两个相反的主表面。例如，这可以通过将变形层或其至少一部分配置成呈现大致U形来实现，以实现所描述的耦合架构。
在一实施方式中，电气装置包括封装介质，所述封装介质至少部分地封装由变形层、第一结构、第二结构和第三结构组成的组中的至少一者。通过这种封装介质，可以将要互连的各种结构的配置固定在适当位置。同时，这种封装介质可以为诸如电子芯片之类的敏感结构提供机械保护。在一个实施方式中，所述封装介质可以嵌入第三结构以及变形层的至少一部分，而第一结构和第二结构可以相对于用于电接触过程的封装介质保持暴露在外部。
在一实施方式中，封装介质是一种模具介质。这种模具介质可以例如是粘性塑料，其可以填充在模具工具中并可以通过施加热能和/或压力来固化，因此该模具介质固体化并提供机械保护壳以及介电去耦结构，从而防止电气装置内部不需要的电气连接路径。
在一实施方式中，电气装置包括竖向互连结构，特别是过孔，用于在作为一方的第一结构和第二结构中的相应一个与在作为另一方的变形层之间提供电气连接。例如，为了提供进入上述封装介质内部的通路，可以通过激光加工或机械钻孔形成所述过孔。随后，可以用诸如铜之类的导电材料填充如此制造的过孔。因此，由变形层提供的电耦合性能可以伴随有由金属填充的过孔提供的附加电气布线结构。优选地，这种过孔从外部延伸穿过封装介质的一部分，从而有助于在作为一方的第一结构和/或第二结构(延伸超出封装介质)与在作为另一方的第三结构和/或变形层(可以部分或完全在封装介质内)之间形成电气连接路径。
在一实施方式中，电气装置包括竖向互连结构，特别是过孔，有助于在作为一方的第一结构和第二结构中的至少一者与在作为另一方的第三结构之间进行电气连接。特别地，从第三结构到第一结构或第二结构的完整电气路径可以由导电元件与竖向互连结构组合在一起而组成。然而，也可以仅由竖向互连结构提供从第三结构到第一结构或第二结构的完整电气路径。在又一替代方案中，可能仅由导电元件提供从第三结构到第一结构或第二结构的完整电气路径。
在一实施方式中，第一结构和第二结构中的至少一者具有主表面，变形层的至少一部分沿着主表面延伸。例如，这样的主表面可以包括相应的第一结构和/或第二结构的导电连接元件。这种导电连接元件可以例如是半导体芯片的焊盘或诸如PCB、IC基板或中介层之类的部件承载件的迹线或焊盘。应该提到的是，除了所述过孔之外或作为其替代，竖向互连结构也可以实施为金属柱，例如铜柱。这些柱也可以集成在封装介质中。
在一实施方式中，第一结构和第二结构中的至少一者具有侧壁，变形层的至少一部分沿着该侧壁延伸。根据这样的实施方式，还可以电接触、热接触和/或机械接触该结构(例如部件)的侧壁。沿着侧壁引导该变形层特别地可以实现电气连接的目的。额外地或替代地，然而例如当沿着这样的侧壁延伸的变形层的一部分由诸如铜之类的高导热材料制成时，沿着相应结构的侧壁延伸的变形层的一部分还可以有助于冷却功能。还可以使沿着侧壁延伸的变形层的一部分用于电磁屏蔽的目的。换句话说，变形层的相应部分可以由适当的材料(例如磁性材料)制成，所述材料被配置用于防止电磁辐射在电气装置的内部和外部之间传播。这种高频电磁辐射可能使电子环境的部件的功能劣化。通过采取上述措施，还可以建立非常靠近相应结构的有效电磁屏蔽。另外，应该说，还可以通过沿着相应结构的主表面延伸的变形层的部分来提供所述的冷却和/或电磁屏蔽和/或任何进一步的功能效果。
在一实施方式中，第一结构和第二结构中的至少一者具有通孔(例如狭缝)，变形层延伸穿过该通孔。通过为这些结构中相应的一个配置狭缝等，可以引导柔性可弯曲变形结构穿过狭缝、凹槽或其他类型的通孔，从而在相应结构的两个相反的主表面之间建立非常短的电气连接路径。
在一实施方式中，变形层以限定的永久弯曲状态存在，在该永久弯曲状态下变形层仍然是可弹性弯曲的。特别地，变形层的介电基质可以配置为使得即使在固定了变形层的总体形状之后，特别是热固之后，仍保持弹性性质。这允许变形层适应其关于电气装置中的公差、温度变化或其他现象的形状，而不会对电气装置的组成部分施加过大的机械负荷。
在一实施方式中，导电元件形成再分布结构。这种再分布结构，特别再分布层，可以包括变形层中的导电元件，所述再分布结构被配置为在一种技术中相对小尺寸的结构(例如半导体部件的焊盘尺寸和/或距离)和另一种技术中较大尺寸的结构(例如部件承载件领域的尺寸，例如PCB的焊盘和迹线的尺寸)之间进行转换。换句话说，可以通过集成到变形层中的再分布结构来提供电扇出功能。
在一实施方式中，第一结构和第二结构彼此叠置地布置。因此，所描述的封装架构可以对这些结构进行竖向地叠置。
在另一实施方式中，第一结构和第二结构并排地布置。因此，还可以将结构布置成彼此并置或相邻地电耦合，即，使得对应的结构的侧壁彼此面对。
在一实施方式中，变形层的导电元件形成阻抗受控的电气连接电路。因此，可以为阻抗受控的电气连接电路提供所述配置。阻抗可以表示为电路的电阻和电抗(又由电容和电感组成)的总和。特别地，具体是在高速AC电路中，电抗可能变得很重要。根据所述实施方式，可以通过介于这些结构之间的变形层来实现阻抗控制。例如，变形层的导电元件之一可以处于电接地电位，而电信号可以沿着变形层的导电元件中的另一个导电元件被引导。结果，可以获得阻抗受控的电气连接电路。
在一实施方式中，所述方法包括使可热变形的层热变形以形成变形层，从而实现电耦合。然而，也可以通过其他或额外的冲击例如施加压力使层变形。
在一实施方式中，所述方法包括以由热压接合、直接压制和激光过孔连接组成的组中的至少一种方式通过变形层将第一结构与第二结构电耦合。然而，也可以应用其他连接技术。
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另外的方面是显而易见的，并且参考这些实施方式的示例进行解释。
参考附图，在将另外详细描述示例性实施方式之前，将基于本发明已经解释了的示例性实施方式来总结一些基本考虑因素。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种电气装置，所述电气装置通过在其中具有导电元件的变形层对不同结构进行电耦合。具体地，这种电气装置可以被配置为具有变形层形式的柔性热成形互连结构的多部件封装件。
通常，z轴上互连是部件承载件技术中的一种工艺，所述工艺需要高精度对准，以及需要具有高作用力和复杂性的钻孔机器和精密钻孔机。除此之外，通常用于z轴上互连的过孔不具有精密限定的阻抗，从而可能在高速传输线上造成缺陷。
另外，如本发明的示例性实施方式以在其中形成有导电元件的(特别是热)变形层的形式所提供的，具有迹线的z轴上互连，可有助于提高相应地所制造的电气装置或封装件的电气性能。
除了使用金属电镀钻孔之外或作为另外一种选择，热成形柔性PCB-作为所述变形层的示例-可用于实现两个或更多个不同结构之间的互连。这些结构中相应的一个结构与变形层(特别是热成形的柔性PCB)之间的连接可以例如通过热压接合，即通过使用所述结构直接压制，或通过激光过孔连接而有利地实现。
通常，钻孔是实现z轴上互连的最常用方式。在大多数情况下，阻抗跳跃会导致电气问题。
根据本发明的示例性实施方式，可以在很大程度上避免重型机械钻孔，在很多情况下，所述重型机械钻孔在对准度和精确度方面不够精确。此外，本发明的示例性实施方式使得z轴上互连的阻抗控制成为可能。此外，本发明的示例性实施方式基本上可以在不同的结构必须在z轴方向上连接的每个构建中实现。描述性地说，本发明的示例性实施方式通过热成形柔性PCB代替机械连接，所述热成形柔性PCB被实施(例如嵌入)到优选刚性的PCB中。
图1示出了根据本发明示例性实施方式的电气装置100的剖视图。图2是图1的电气装置100的组成部分的剖视图。图3是图1和图2的电气装置100的组成部分的平面图。
电气装置100包括第一结构102，所述第一结构可以是例如平面层状刚性部件承载件，例如印刷电路板，PCB。此外，电气装置100包括第二结构104，所述第二结构可以是例如另一平面层状刚性部件承载件，例如另一PCB。第一结构102和第二结构104竖向叠置。从图1中的细节160可以看出，形成第一结构102的部件承载件包括由导电层结构112(特别是铜过孔与图案化和/或连续的铜箔)和电绝缘层结构114(其可包括树脂，例如环氧树脂，可选的还包括增强颗粒，例如玻璃纤维，更特别地包括预浸料或FR4)组成的层压叠置件。形成第二结构104的另一个部件承载件还可以包括由导电层结构112和电绝缘层结构114组成的层压叠置件。
在第一结构102和第二结构104之间设置有台阶状的热变形层106，以用于实现竖向电气互连。热变形层106以限定的永久弯曲状态存在，在该永久弯曲状态下热变形层106可以仍然是可弹性弯曲的。热变形层106可以优选地通过热压而在第一结构102和第二结构104之间互连。(与图2中所示的细节162相比)热变形层106包括柔性介电基质108(例如由聚酰亚胺制成)和在其中形成的导电元件110(其可以由铜制成)。导电元件110可以形成再分布结构。热变形层106竖向地介于第一结构102和第二结构104之间，并且还经由对应的竖向互连结构122与第一结构102和第二结构104间隔开。因此，导电元件110与竖向互连结构122组合起来以将第一结构102与第二结构104进行电耦合。热变形层106沿第一结构102和第二结构104延伸呈弯曲形状。
此外，第三结构116(诸如半导体芯片之类)通过热变形层106的导电元件110并通过竖向互连结构122来与第一结构102和第二结构104两者进行电耦合。除了进行该电耦合任务之外，热变形层106被弯曲以形成腔118，第三结构116匹配并插入所述腔。
除此之外，电气装置100包括模具型封装介质120，所述模具型封装介质封装热变形层106和第三结构116，并且其中形成有竖向互连结构122。第一结构102和第二结构104也与封装介质120进行直接的物理接触。
根据图1，热变形层106可以具有台阶构造，从而限定腔118的容积以容纳第三结构116。换句话说，热变形层106不仅沿着板形的第三结构116的主表面延伸，还通过沿第三结构116的侧壁延伸来侧向地限制第三结构116。同时，热变形层106的所示形状确保了电气装置100在竖向上高度紧凑的构造，以及确保了竖向或z方向上的短连接路径。因此，电气装置100是扁平模块或封装件。
在所示实施方式中，第三结构116可以例如是在其上主表面和下主表面上都具有焊盘(未示出)的半导体芯片。下主表面上的焊盘经由竖向互连结构122与第二结构104接触，所述竖向互连结构在此实施为延伸穿过模具型封装介质120的铜填充激光通孔。第三结构116的上主表面上的焊盘与热变形层106内的导电元件110进行电耦合。后者所提到的热变形层106内的导电元件110还通过导电竖向互连结构122与第一结构102进行连接。
从图1中的细节160可以看出，第一结构102被配置为印刷电路板，即包括电绝缘层结构114(例如预浸料或FR4层)与导电层结构112(例如铜箔和铜过孔)的互连叠置件的部件承载件。电绝缘层结构114可以更通常地指(例如由环氧树脂制成的)树脂层，该树脂层在其中可以可选地具有增强颗粒(例如玻璃纤维或玻璃球)。第二结构104例如也可以是如第一结构102一样的PCB或其他部件承载件。然而，第一结构102和/或第二结构104也可以是诸如磁体、另外的半导体芯片等部件。
从图1中可以看出，获得了特别是在根据图1的竖向方向上具有非常短的电气连接路径的高度紧凑和高效的电气连接架构。
图2的剖视图特别地示出了热变形层106的内部组成。所述热变形层可以取自图2的细节162。如图所示，热变形层106可以包括一个或多个介电层，所述介电层形成由诸如聚酰亚胺之类的弹性且可热致变形的材料制成的介电基质108。在该一个或多个介电层内，嵌入导电元件110，例如铜结构。在所示实施方式中，不同介电层108中的导电元件110具有不同的尺寸，使得由细节162示出的布置用作再分布层(RDL)，所述再分布层在半导体领域的小焊盘尺寸与PCB领域的较大的电气尺寸之间转换。
通过根据图2的热变形层106的三维弯曲，形成用于容纳第三结构116的腔118，从而除了电耦合功能之外还提供机械引导功能。
图3示出了图2中所示的架构的平面图。图3中的弯曲线164示出了热变形层106可以弯曲以便限定腔118并提供上述电耦合功能的位置。此外，图3示出了热变形层106内的导电连接路径166，所述导电连接路径可以由导电元件110形成。
图4至图7示出了根据本发明的其他示例性实施方式的电气装置100的剖视图。
参照图4，第一结构102和第二结构104都具有相应的侧壁，热变形层106的相应部分沿着该侧壁延伸。在图4所示的实施方式中，热变形层106呈现大致S形，从而沿结构102、104的两个主表面以及侧壁表面延伸。因此可以获得具有高效电耦合的极其紧凑的电气装置100。电信号或电能也可以沿着相应弯曲的热变形层106的S形进行传输。
参照图5，第一结构102和第二结构104并排地布置，即彼此水平相邻地定位。虽然各种结构102、104、116已经彼此叠置地布置，即已经竖向地叠置，但是在前述实施方式中，图5示出了并排布置的第一结构102和第二结构104通过三维热变形层106进行电气连接的实施方式。
在这些实施方式中，热成形材料与顶部和/或底部上的铜组合在一起也可以传热。
参照图6，第一结构102具有狭缝形通孔124，热变形层106延伸穿过该通孔。由于在第一结构102中形成的通孔124与热变形层106组合在一起，图6的实施方式具有特别短的电气连接路径的优点。三维弯曲的热变形层106沿着第一结构102和第二结构104的外表面被引导并延伸穿过通孔124，以提供极短的电气连接路径。
参照图7，热变形层106以U形方式弯曲以接触第三结构116的两个相反的主表面。利用根据图7的U形配置，所示的电气装置100允许同时接触第三结构116的两个相反主表面上的焊盘168。该实施方式还具有在第一结构102和第二结构104之间以及在第三结构116的两个相反主表面之间的特别短的电气连接路径的优点。
图8示出了根据与图1类似的本发明另一示例性实施方式的电气装置100的剖视图。
应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一种”不排除复数。还可以对关于不同实施方式描述的元件进行组合。
还应注意，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，也可以使用所示的解决方案和根据本发明的原理的多种变型。

Claims (20)

1.一种电气装置，包括：
第一结构；
第二结构；
变形层，所述变形层包括介电基质和在所述介电基质中形成的导电元件；
其中，所述变形层布置成将所述第一结构与所述第二结构电耦合。
2.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述变形层是热变形层。
3.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述第一结构和所述第二结构中的至少一者包括由部件承载件和部件组成的组中的一者。
4.根据权利要求3所述的电气装置，包括以下特征中的至少一者：
所述部件承载件成形为板；
所述部件承载件配置为印刷电路板或基板；
所述部件包括由电子部件、非导电和/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、封装件、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、发送器和/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、照相机、天线、磁性元件、光导元件、另外的部件承载件和逻辑芯片组成的组中的至少一者。
5.根据权利要求3所述的电气装置，其中，所述部件承载件包括叠置件，所述叠置件包括至少一个导电层结构和至少一个电绝缘层结构。
6.根据权利要求5所述的电气装置，包括以下特征中的至少一者：
所述至少一个导电层结构包括由铜、铝、镍、银、金、钯以及钨组成的组中的至少一者，所提到的材料中的任一种可选地涂覆有超导材料，所述超导材料诸如石墨烯；
所述至少一个电绝缘层结构包括由树脂，特别是增强或非增强树脂，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；环氧基增层膜；聚四氟乙烯；陶瓷以及金属氧化物组成的组中的至少一者。
7.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述介电基质包括由聚酰亚胺、聚酰胺以及液晶聚合物组成的组中的至少一者。
8.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述变形层沿着所述第一结构和所述第二结构中的至少一者的至少一部分延伸呈弯曲形状。
9.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电气装置包括通过所述变形层来与所述第一结构和所述第二结构中的至少一者电耦合的第三结构。
10.根据权利要求9所述的电气装置，其中，所述第三结构包括电子芯片或者由所述电子芯片组成，所述电子芯片特别是半导体芯片。
11.根据权利要求9所述的电气装置，其中，所述变形层被弯曲以形成腔，所述第三结构插入所述腔中。
12.根据权利要求9所述的电气装置，其中，所述变形层被弯曲成接触所述第三结构的两个相反的主表面。
13.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电气装置包括封装介质，所述封装介质至少部分地封装由所述变形层、所述第一结构以及所述第二结构组成的组中的至少一者的至少一部分。
14.根据权利要求13所述的电气装置，其中，所述封装介质是模具介质。
15.根据权利要求1所述的电气装置，其中，所述电气装置包括竖向互连结构，特别是过孔，所述竖向互连结构在作为一方的所述第一结构和所述第二结构中的相应一者与作为另一方的所述变形层之间提供电气连接。
16.根据权利要求9所述的电气装置，其中，所述电气装置包括竖向互连结构，特别是过孔，所述竖向互连结构有助于在作为一方的所述第一结构和所述第二结构中的至少一者与作为另一方的所述第三结构之间实现电气连接。
17.根据权利要求1所述的电气装置，包括以下特征中的至少一者：
其中，所述第一结构和所述第二结构中的至少一者具有主表面，所述变形层的至少一部分沿着所述主表面延伸；
其中，所述第一结构和所述第二结构中的至少一者具有侧壁，所述变形层的至少一部分沿着所述侧壁延伸；
其中，所述第一结构和所述第二结构中的至少一者具有通孔，所述变形层延伸穿过所述通孔；
其中，所述变形层以限定的永久弯曲状态存在，在所述限定的永久弯曲状态下，所述变形层仍然是可弹性弯曲的；
其中，所述导电元件形成再分布结构；
其中，所述第一结构和所述第二结构彼此叠置地布置；
其中，所述第一结构和所述第二结构并排地布置；
其中，所述变形层的所述导电元件形成阻抗受控的电气连接电路；
其中，所述变形层的介电基质包括由热塑性材料；聚烯烃，例如聚丙烯；乙烯基聚合物；苯乙烯基聚合物，例如聚苯乙烯；聚丙烯酸酯，例如聚甲基丙烯酸甲酯；聚缩醛，例如聚甲醛；含氟聚合物，例如聚四氟乙烯；包括芳族聚酰胺的聚酰胺，例如聚邻苯二甲酰胺；聚碳酸酯及其衍生物；聚酯，例如聚对苯二甲酸乙二醇酯；液晶聚合物；聚芳醚，例如聚苯醚；聚苯砜；聚芳醚砜；聚苯硫醚；聚醚酮，例如聚醚醚酮；聚酰亚胺；聚醚酰亚胺以及聚酰胺酰亚胺组成的组中的至少一者。
18.一种制造电气装置的方法，其中所述方法包括：
提供第一结构；
提供第二结构；
通过包括介电基质和导电元件的变形层将所述第一结构与所述第二结构电耦合。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述方法包括使能热变形的层热变形以形成所述变形层，从而实现所述电耦合。
20.根据权利要求19所述的方法，其中，所述方法包括以由热压接合、直接压制以及激光过孔连接组成的组中的至少一种方式通过所述变形层将所述第一结构与所述第二结构电耦合。
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