CN110634805B - 一种部件承载件和制造该部件承载件的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种部件承载件，该部件承载件具有叠置件和暴露的高导热冷却结构的阵列件，所述叠置件包括至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构，所述冷却结构与所述叠置件一体地形成并在所述冷却结构之间限定冷却通道。本发明还涉及一种制造该部件承载件的方法。

Description

一种部件承载件和制造该部件承载件的方法
技术领域
本发明涉及一种包括导热冷却结构的部件承载件。此外，本发明涉及一种制造包括冷却结构的部件承载件的方法。
背景技术
诸如印刷电路板(PCB)或基板之类的部件承载件机械地支撑电子部件并电连接电子部件。电子部件安装在部件承载件上并相互连接以形成工作电路或电子组件。
部件承载件可以是单侧部件承载件或双侧部件承载件，或者可以具有多层设计。有利地，多层部件承载件允许高的部件密度，这在电子部件的持续小型化方面变得越来越重要。现有技术中已知的常规部件承载件包括具有多个电绝缘层结构和多个导电层结构的层压的叠置件。导电层通常通过所谓的微过孔或经镀覆的通孔而彼此连接。层压的叠置件表面上的导电铜层形成暴露的结构化铜表面。层压的叠置件的暴露的结构化铜表面通常覆盖有精加工表面，该精加工表面完全覆盖所述暴露的结构化铜表面。
然而，由于部件承载件中的部件密度高，特别是在高功率部件中的部件密度高，热管理变得更加重要。高效且集成的冷却越来越重要。特别是对于嵌入式动力部件或功率部件，必须将热量传输出去。因此，大的散热器元件被单独制造并且被附接到部件承载件上，例如通过导热粘合剂或焊接而附接到部件承载件上，以便将热量从部件承载件传输出去。
因此，可能需要经改进的包括有效且紧凑的散热器的部件承载件。
发明内容
根据本发明的第一方面，提出了一种部件承载件。该部件承载件包括具有至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构的叠置件。此外，该部件承载件包括暴露的高导热冷却结构的阵列件，该暴露的高导热冷却结构与叠置件一体地形成并在该暴露的高导热冷却结构之间限定冷却通道。
根据本发明的另一方面，提出了一种制造部件承载件的方法。根据该方法，形成包括至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构的叠置件。此外，暴露的高导热冷却结构的阵列件与叠置件一体地形成，使得冷却通道形成在所述冷却结构之间。
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承载件和/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)基板之一。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类型的部件承载件的混合板。
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叠置件。例如，部件承载件可以是所述一个或多个电绝缘层结构和一个或多个导电层结构的叠层或层压件，特别是通过施加机械压力形成的叠层或层压件，如果需要的话由热能支持。所提到的叠置件可以提供板形的部件承载件，其能够为其他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”可以特别地表示连续层、图案化的层或公共平面内的多个非连续的岛。在本发明的上下文中，术语“层结构”可以是单层组件或多层组件。
高导热冷却结构可包括选自铜、铝和钢中的至少一者的材料。冷却结构还可包括选自银、镍、青铜、金、钛、钽、钨、钼和钢中的至少一者的材料。
导热冷却结构形成突起部，其中冷却通道形成在突起部之间。冷却结构可分别由冷却边缘和冷却翅片的设计而形成。此外，如下所述，冷却结构可以形成为冷却针或冷却柱，例如具有圆形、椭圆形、卵形或矩形截面的冷却针或冷却柱。因此，冷却结构形成大的耗散表面，从而可以提供良好的冷却效率。换句话说，通过所述冷却结构，可以形成铜填充的开口(例如微孔)的矩阵，并且可以去除所述开口周围的层结构的材料(电介质材料)以允许例如空气流动。冷却结构可以放置在腔中，以减小厚度(z-维)并避免操作损坏。
通过本发明，叠置件(其内部具有部件或不具有部件)和阵列件一体地形成。这意味着，叠置件和阵列件不是在单独的制造过程中单独形成的，其中阵列件在完成的部件上，即叠置件和阵列件在最终的制造步骤中被一起安装。通过本发明，术语“一体地形成”意味着在一个共同的制造过程中制造叠置件和阵列件。如下面进一步详细描述的，叠置件连同该叠置件的各自的过孔、信号线和热路径以及冷却结构的阵列件一体地形成在一起，而不是在不同的制造步骤中单独形成。
因此，通过本发明，不需要单独的和附加的散热器，从而可以减少材料和空间消耗。此外，由于散热器的一体式形成，例如可以取消导热粘合剂，从而可以减少由粘合剂引起的热阻。因此，也可以减小热路径的长度。此外，简化了制造过程并减少了所需材料。
根据另一示例性实施例，冷却结构以单件的方式(整体地，单片式地，monolithically)一体地设置在部件承载件中。术语“以单件的方式一体地设置”意味着冷却结构在叠置件内以单件的方式形成并且该冷却结构热耦接到部件承载件的导热结构，诸如热耦接到铜填充的过孔或布置在部件(例如嵌入式的部件)上的导热部件层。换句话说，在热辐射源和部件承载件的散热侧之间，导热冷却结构的材料与部件承载件内的导热结构的材料之间没有间隔。
根据本发明的示例性实施例，冷却结构通过增材制造特别是通过三维打印形成在叠置件上和/或叠置件中。因此，根据该方法的示例性实施例，冷却结构通过增材制造特别是通过三维打印形成在叠置件上和/或叠置件中。
在本申请的上下文中，术语“增材制造”可以特别地表示导热冷却结构的阵列件的制造过程，根据该制造过程，冷却结构通过顺序添加各部分的材料来制造，当这些部分在一起时，构成冷却结构的阵列件。通过这种额外的制造，冷却结构的稳定且特定的导热形成是可能的，而且不需要将所述冷却结构胶合到叠置件的层结构的表面，因此不需要其他在中间的粘合剂层等。用于增材制造的示例性制造工艺在下面的以下示例性实施例中描述。例如，3D打印技术、选择性激光烧结(SLS)程序、选择性激光熔化(SLM)程序和/或额外程序可用于进行增材制造。
因此，可以将不同的材料直接放入相应叠置件的堆叠中。可以避免在制造期间形成不希望的腔。
部件承载件和/或冷却结构的制造可以由3D打印头形成，该3D打印头被启动或被控制以与层结构的叠置件以一体的并且同时的方式形成所述冷却结构。这种三维打印可以在打印材料(诸如粉末基技术材料)的基础上完成，该打印材料通过金属表面被烧结或熔化，例如通过空间限制的热处理，例如通过激光而通过金属表面被烧结或熔化。此外，冷却结构还可以通过喷嘴等(诸如挤出装置或等离子喷涂装置)通过喷射熔化的打印材料的液滴来形成，从而形成所述冷却结构的层，所述冷却结构在施加到所述叠置件的层结构或已固化的层之后被固化。
特别地，作为增材制造过程的三维打印包括例如使用粉末的3D打印、使用熔融材料的3D打印或使用流体材料的3D打印。使用粉末的3D打印可以特别地表示使用粉末作为3D打印的打印材料。使用打印材料(例如粉末形式的打印材料)的另一种工艺是选择性激光烧结/熔化(SLS/SLM)工艺，这取决于所传递的局部能量是将层烧结在一起还是熔化在一起。使用粉末形式的打印材料的另一种工艺是电子束熔化工艺(EBM，或者也称为电子束增材制造EBAM)。使用熔融材料的3D打印可以特别地表示熔丝制造(FFF)或熔融沉积成型(FDM)。将用于该工艺的熔融材料尤其可以是塑料，如ABS或PLA。使用流体材料的3D打印可以特别地表示在光敏流体的基础上工作的制造工艺，所述光敏流体例如是流体式UV敏感塑料(光敏聚合物)。特别地，使用流体材料的3D打印可以表示所谓的立体光刻(SLA)。在此工艺中，冷却结构也是逐层形成的。
通过应用增材制造，冷却结构直接且一体地形成在叠置件的层结构上。因此，通过使用增材制造，冷却结构直接布置在叠置件的层结构上，而不需要在叠置件已制造的层结构的表面和冷却结构之间的任何中间层。
用于形成冷却结构的增材制造是高度自动化的，并且在完成部件承载件的制造步骤之后不需要组装散热结构，因为冷却结构被直接制造在叠置件的电子部件层结构上。增材制造允许生产具有在微结构水平上控制的增强的导热性的散热冷却结构。
根据另一示例性实施例，冷却结构位于叠置件的腔中，使得冷却结构不会突出超出腔。换句话说，该叠置件包括外层结构，该外层结构包括指向部件承载件的环境的表面。外层结构被限定在平面内。因此，所述腔被形成通过外层结构。因此，冷却结构诸如多个间隔开的柱或针通过腔突出至外层结构，而不会在环境中突出到外层结构的外表面之上。
附加地或可替代地，冷却结构的至少一部分(例如通过增材制造)形成在叠置件的“顶部上”，特别是在叠置件的外表面上。
根据另一示例性实施例，冷却结构形成在叠置件的内部，其中在所述冷却结构上方具有至少一个层结构，在所述冷却结构下方具有至少一个层结构。因此，所述冷却结构嵌入在叠置件内，其中冷却结构之间的冷却通道包括到部件承载件的环境的入口和出口，使得例如冷却流体可以流过冷却通道以传输热量到部件承载件之外。
例如，部件承载件由三个叠置件形成，其中包括导热冷却结构的中间叠置件被夹在另外两个叠置件之间。因此，所述中间叠置件可以与导热冷却结构一体地形成，并且所述覆盖用叠置件包围导热冷却结构的阵列件。
根据另一示例性实施例，冷却结构被一体地设置在叠置件的材料中，而其间没有连接介质，即在冷却结构和叠置件之间没有连接介质。例如，通过上述增材制造或通过普通镀覆工艺，所述冷却结构被集成到叠置件并因此与叠置件一起形成。
因此，避免使用任何可以减少例如从部件散热的耐热层。例如，如果冷却结构和生成热量的部件的表面由导热材料(例如金属)制成，则在用作散热器的冷却结构和部件上的金属表面之间提供金属与金属的结合，避免使用任何胶、胶带或热界面材料(TIM)，以便可以增强当前可用的散热安装技术的导热性。
根据另一示例性实施例，冷却结构是柱，特别是铜柱。冷却针或柱可以形成例如圆形、椭圆形或矩形的截面。因此，冷却结构形成大的耗散表面，从而可以提供良好的冷却效率。冷却结构也可以分别形成为例如冷却边缘和冷却翅片。
柱(并且也可以是冷却翅片)形成突起部，以增加冷却结构的总表面积。因此，整个表面区域提供了更大的表面，从而可以提供与部件承载件的环境的导热性。具体地，通过增材制造可以制造小而复杂的三维翅片形状。
根据另一示例性实施例，冷却通道构造成用冷却介质至少部分地包围冷却结构，所述冷却介质特别是空气或液体，例如水。
根据部件承载件的制造方法的示例性实施例，形成暴露的高导热冷却结构的阵列件的步骤包括：在叠置件上施加牺牲结构，在牺牲结构中形成开口，用高导热材料填充开口，以及去除牺牲结构。
因此，例如作为第一步骤，牺牲结构被施加在叠置件上，特别是施加在叠置件的腔中。牺牲结构可以是激光可钻孔的材料和/或可镀覆铜的材料。此外，牺牲结构可以是光致抗蚀剂材料，其可以通过例如(紫外线)辐射或蚀刻而去除。因此，通过在应该形成相应冷却结构的位置处的辐射或蚀刻，在牺牲结构中形成开口的图案。接下来，开口用高导热材料诸如铜来填充。由此，开口镀覆有导热材料。例如，在镀覆所述开口之后，可以去除(剥离)所述导热材料的一部分。接下来，去除所述牺牲结构。因此，在去除牺牲结构之后，冷却通道被限定在导热冷却结构之间。
牺牲结构可以是干膜，特别是光干膜。干膜可以放置在叠置件上或叠置件的腔中，并且相应的开口可以通过辐射在干膜中形成。
例如，叠置件可以由环氧树脂材料(具有或不具有纤维诸如玻璃纤维的环氧树脂材料)或光致抗蚀剂材料形成。
此外，开口可以直接形成在叠置件中，其中开口形成有指示冷却结构的图案的期望图案。例如，如果叠置件由光致抗蚀剂材料形成，则牺牲结构可以相对于蚀刻剂或限定的辐射具有抗性。因此，通过蚀刻或通过辐射，去除叠置件的未被牺牲层覆盖的材料，以在叠置件内形成限定的开口。接下来，随后用铜填充开口。在进一步的步骤中，去除牺牲层，使得叠置件的材料不再被所述牺牲层覆盖。接下来，在进一步的步骤中，例如通过钻孔、蚀刻或辐射去除铜(即导热材料)填充的开口之间的材料，从而去除铜填充的开口之间的叠置件材料并且由此在冷却结构之间形成冷却通道。
根据制造方法的另一示例性实施例，形成由至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构制成的上叠置件。此外，形成由至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构制成的下叠置件。叠置件被夹在下叠置件和上叠置件之间。接下来，叠置件、下叠置件和上叠置件被固定在一起，特别是通过层压程序(即，通过对各个叠置件施加热和压力)而被固定在一起。
因此，冷却结构形成在叠置件的内部封闭腔中，具有在该冷却结构上方的上叠置件以及至少一个层结构，所述至少一个层结构例如是位于冷却结构下方的下叠置件。因此，冷却结构是被嵌入的，其中冷却结构之间的冷却通道包括到部件承载件的环境的入口和出口，使得例如冷却流体可以流过冷却通道以将热量传递到部件承载件之外。
因此，制造的部件承载件由分开的叠置件形成，其中包括导热冷却结构的中间叠置件被夹在另外两个叠置件之间。因此，中间叠置件可以与导热冷却结构一体地形成，并且所述覆盖用叠置件包围导热冷却结构的阵列件。
叠置件可以由低流动性材料形成。因此，首先，诸如过孔和冷却结构之类的导热结构可以形成在相应的叠置件内。在下一步骤中，三个叠置件一起形成。通过对相应的叠置件使用“低流动性材料”，可以通过施加热和压力将叠置件层压在一起，而不存在以下风险，例如上叠置件或下叠置件的液体材料由于层压程序内的热处理而在所述腔中流动的风险。
在本申请的上下文中，术语“低流动性材料”(有时也称为“无流动性材料”)可以特别地表示在外部压力和升高的温度下的加工期间，特别是在层压期间，没有流动倾向或仅具有非常有限的流动倾向的材料。特别地，低流动性材料在层压温度(例如150℃)下可具有足够高的粘度，例如至少5000泊，优选至少10000泊。例如，当普通预浸料在压力下被加热时，其树脂熔化(液化)并在环境中的任何空隙中自由流动。在一段时间内，普通预浸料的树脂保持流动性足以自由流动。与此相反，根据本发明的示例性实施例实施的低流动性材料具体地被配置成在层压期间抑制或甚至消除流动，使得所述低流动性材料在层压期间基本上停留在适当位置。然而，当在层压之前提供“低流动性材料”或“无流动性材料”时，“低流动性材料”或“无流动性材料”仍然可以至少部分地未固化。当在层压期间将无流动性的预浸料或低流动性的预浸料与其它的层结构连接时，这种无流动性的预浸料或低流动性的预浸料具有基本上不流入台阶区域的趋势。在存在热能和/或压力的情况下，在层压期间，普通的预浸料可以重新熔化，并且相应的树脂可以流入微小的间隙中。在树脂的相应的交联过程完成后，树脂被再固化然后保持空间固定。如果将普通预浸料用于根据本发明示例性实施方案的部件承载件，则应注意防止树脂过量流入应保持不含树脂以形成台阶的区域(例如下面描述的凹进部)。然而，当使用低流动性的预浸料或无流动性的预浸料时，通过防止树脂流入应保持无材料以正确地限定台阶的间隙而克服了这些潜在问题。
根据另一示例性实施例，部件承载件还包括安装在叠置件上和/或嵌入叠置件中的部件，特别是电子部件，其中所述部件特别地热耦接到冷却结构。
所述至少一个部件可以选自由以下组成的组：非导电嵌体；导电嵌体(例如金属嵌体，优选地包含铜或铝的导电嵌体)；传热单元(例如热管)；光导元件，例如光波导或光导体连接件；电子部件或其组合。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和分立功率装置，诸如简单的开关、晶体管、MOSFET、IGBT。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元件(例如铁磁元件、反铁磁元件或亚铁磁元件，例如铁氧体磁芯)或者可以是顺磁元件。然而，该部件也可以是基板、内插器或另外的部件承载件，例如板中板构型的另外的部件承载件。该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。此外，还可以使用其他部件，特别是那些产生和发射电磁辐射和/或对于从环境传播的电磁辐射敏感的部件，也可以被用作所述部件。
在一个实施例中，部件承载件是层压型部件承载件。在这样的实施方案中，该部件承载件是通过施加压力(如果需要的话，伴随热量)而叠置并连接在一起的多层结构的复合件。
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)或者可以是顺磁元件。然而，该部件也可以是另外的部件承载件，例如板中板构型的另外的部件承载件。该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。此外，还可以使用其他部件，特别是那些产生和发射电磁辐射和/或对于从环境传播的电磁辐射敏感的部件，也可以被用作所述部件。
根据另一示例性实施例，所述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，但是其他材料或其他材料的涂覆形式也是可能的，特别是涂覆有诸如石墨烯之类的超导材料。
根据另一示例性实施例，所述至少一个电绝缘层结构包括由树脂(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、类玻璃材料)、预浸料、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物(LCP)、环氧基增强膜、聚四氟乙烯(特氟隆)、陶瓷和金属氧化物组成的组中的至少一者。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。尽管预浸料或者FR4通常是优选的，但是也可以使用其他材料。对于高频应用，可在部件承载件中施用高频材料，诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂作为电绝缘层结构。
部件承载件的层结构可以通过无电镀镍(EN)形成，特别是第一表面精加工的层结构和/或第二表面精加工的层结构，更特别是第一表面精加工的第一层结构和/或第一表面精加工的第二层结构。
这有助于紧凑的设计，其中部件承载件仍然为在该部件承载件上安装部件提供了大的基础。此外，特别是作为嵌入式电子部件的示例的裸芯片，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。
根据示例性实施例，部件承载件被构造为由印刷电路板和基板组成的组中的一者。在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以特别地表示板状的部件承载件，其通过将若干导电层结构与若干个电绝缘层结构层压而形成，例如通过施加压力，如果需要的话通过供应热能而形成。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、所谓的预浸料或半固化片材料或FR4材料。可以通过形成穿过层压件的贯通孔，例如通过激光打孔或机械打孔，并通过用导电材料(特别是铜)填充贯通孔，从而形成过孔作为贯通孔连接部，以期望的方式将各个导电层结构彼此连接。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的一个或两个相反的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)相当的部件承载件，然而具有相当较高密度的横向和/或竖向布置的连接件。横向连接部例如是导电路径，而竖向连接部可以是例如钻孔。这些横向和/或竖向连接部布置在基板内，并且可用于提供所容置的部件或未容置的部件(例如裸管芯)的电学和/或机械方面的连接部，尤其是具有印刷电路板或中间印刷电路板的IC芯片的电学和/或机械方面的连接部。因此，术语“基板”还包括“IC基板”。基板的介电部分可以包括具有增强球(例如玻璃球)的树脂。
在一实施例中，，部件承载件是层压型部件承载件。在这样的实施方案中，该部件承载件是通过施加压力(如果需要的话，伴随热量)而叠置并连接在一起的多层结构的复合件。
根据下文将描述的实施例的示例，本发明的上述方面和其他方面将会显现，并且参考实施例的示例进行解释。下面将参考实施例的示例而更详细地描述本发明，但本发明不限于此。
附图说明
图1示出了根据本发明示例性实施例的包括耦接到暴露的高导热冷却结构的阵列件的部件的部件承载件的示意图。
图2示出了根据本发明示例性实施例的包括暴露的高导热冷却结构的阵列件的部件承载件的示意图。
图3示出了根据本发明示例性实施例的包括由叠置件包围的暴露的高导热冷却结构的阵列件的部件承载件的示意图。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。应注意，在不同的图中，相似或相同的元件或特征设有相同的附图标记或设有仅在第一个数字上与相应的附图标记不同的附图标记。为了避免不必要的重复，已经关于前面描述的实施例中阐明的元件或特征在说明书的稍后位置处未再次阐明。
此外，空间相对术语，例如“前”和“后”，“上”和“下”，“左”和“右”等等，用于描述如图所示的元件与其他一个或多个元件的关系。因此，空间相对术语可以应用于在使用中与附图中描绘的取向不同的取向。显然，所有这些空间相对术语仅仅是为了便于描述而参考图中所示的取向，并且不一定是限制性的，因为可以设想根据本发明的实施例的设备在使用时可以采用与图中所示的那些取向不同的取向。
图1示出了根据本发明示例性实施例的部件承载件100，该部件承载件包括耦接到暴露的高导热冷却结构111的阵列件110的部件120。
部件承载件100包括叠置件101，叠置件101具有至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构。此外，部件承载件100包括暴露的高导热冷却结构111的阵列件110，所述暴露的高导热冷却结构111与叠置件101以成一体的方式形成在一起并在所述暴露的高导热冷却结构之间限定冷却通道112。
部件承载件110是能够在该部件承载件上和/或该部件承载件中容纳一个或多个部件120以提供例如由所示的焊盘(衬垫，pad)121和过孔104提供的机械支撑和/或电连接或热连接的支撑结构。部件承载件100包括至少一个电绝缘层结构和至少一个导电层结构的叠置件101。部件承载件100的层结构表示连续层、图案化的层或公共平面内的多个非连续的岛。
高导热冷却结构111可包括导热材料，诸如铜。导热冷却结构111形成突起部，其中冷却通道112形成在所述突起部之间。冷却结构111在示例性实施例中形成为针或柱，例如具有圆形、椭圆形、卵形或矩形截面的针或柱。因此，冷却结构111形成大的耗散表面，从而可以提供良好的冷却效率。
柱(并且也可以称为冷却翅片)形成突起部，以增加冷却结构的总表面积。因此，整个表面区域提供了更大的表面，从而可以提供与部件承载件的环境的导热性。具体地，通过增材制造可以制造小而复杂的三维翅片形状。
叠置件101和阵列件111被一体式地形成。因此，叠置件101和阵列件111在一个共同的制造共同过程中形成。叠置件101连同该叠置件的各自的过孔104、信号线(焊盘121)和冷却结构111的阵列件110一起以成一体的方式形成在一起，而不是在不同的制造步骤中单独形成。
从图1中可以看出，冷却结构111以单件的方式一体地设置在部件承载件100中。冷却结构111以单件的方式形成在叠置件101内并且热耦接到部件承载件的导热结构，诸如填充铜的过孔104或布置到部件120(例如嵌入式部件)上的导热部件层122。冷却结构111形成在叠置件101上和/或叠置件101中，例如通过增材制造，特别是通过三维打印而形成在叠置件101上和/或叠置件101中。
冷却结构111位于叠置件101的腔102中，使得冷却结构111不会从腔突出，如图1所示。换句话说，叠置件101包括包含指向部件承载件100的环境的表面106的外层结构。该外层结构及该外层结构的表面106限定在一平面内。因此，通过外层结构，腔102被形成并且是可接近的。因此，冷却结构111(诸如多个间隔开的柱)通过腔102突出到外层结构，而不会在环境中突出到外层结构的外表面106之上。
冷却结构111被一体地设置在叠置件101的材料中，其间没有连接介质，即在冷却结构111和叠置件101之间没有连接介质。如图1所示，在部件120和冷却结构111的外端部之间，不需要诸如粘合剂层之类的连接层。在制造过程中，导热部件层122、过孔104、导热层105和冷却结构111可以在一个材料填充步骤(诸如铜填充步骤)中形成。
例如，首先可以将部件120嵌入叠置件101中。接下来，可以在提供有间隙的部件120的顶部上布置叠置件101的层结构，例如预浸料层，所述间隙稍后被导热部件层122填充。接下来，用于过孔104的孔被钻孔出，例如通过机械钻孔或通过激光钻孔。在下一步骤中，例如经钻孔的孔和间隙用铜填充。作为另一个示例，可以应用镀覆程序以在开口中提供导热材料。
此外，牺牲结构可以施加在叠置件101上，特别是施加在叠置件101的腔102中。在所述牺牲结构中(可以是干膜)形成开口的图案。开口布置有预定图案，该预定图案指示待形成的导热结构111的图案。接下来，通过蚀刻(或者通过辐射，如果叠置件101包括光致抗蚀剂材料)在叠置件101中形成相应的开口。接下来，在开口中填充诸如铜之类的高导热材料以形成导热结构111。在该步骤中，导热材料也可以不仅填充开口，还填充例如上面描述的间隙和过孔104。这导致在部件120和冷却结构111的外端部之间提供由导热材料组成的一个共同的以单件的方式形成的填充物。因此，避免使用任何可以减少例如从部件散热的耐热层。
下一步骤，可以例如通过钻孔、蚀刻或辐射去除牺牲结构，使得形成冷却结构之间的冷却通道。
冷却通道112构造成至少部分地包围冷却结构111，在该冷却通道中具有冷却介质，特别是空气或液体，例如水。
因此，图1的部件承载件100包括产生热量的嵌入式部件120。部件120可以是例如动力模块或功率模块。沿着部件120的上表面，布置由例如铜构成的导热部件层122，以提供大的散热面积。在导热部件层122之上布置叠置件101的另外的层结构。在导热部件层122和导热层105之间形成填充有铜的多个过孔104，以便将热量从导热部件层122引导到导热层105。在环境和导热层105之间，形成间隔开的冷却结构111的阵列件110，该冷却结构形成为类似柱状。冷却结构111布置在叠置件101的打开的腔102内，使得冷却结构111可以嵌入所述腔102内并且不突出到叠置件101的外表面106之外。在冷却结构111之间形成多个冷却通道112，使得冷却介质(例如空气或水)可以流动通过所述冷却通道112以引导热量出去。
在部件120的与导热部件层122相反的一侧上形成焊盘121，用于提供耦合到部件120的信号。焊盘121可以电耦接到用于与部件120功能性地耦接的外部导电线。此外，额外的焊盘121可以形成在部件120的布置有导热部件层122的侧面上。另外，另外的导电结构和/或导热结构103可以嵌入叠置件101内。
图2示出了根据本发明示例性实施例的部件承载件100的示意图，该部件承载件100包括暴露的高导热冷却结构111的阵列件110。部件承载件100包括叠置件101，该叠置件101具有至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构。此外，部件承载件100包括暴露的高导热冷却结构111的阵列件110，所述暴露的高导热冷却结构与叠置件101以成一体的方式形成并在所述暴露的高导热冷却结构之间限定冷却通道112。
部件承载件100可以是包括若干另外的导热结构103的印刷电路板(PCB)。在部件承载件100的叠置件101中形成腔102。所述腔102在一侧由导热层105封闭。冷却结构111穿过腔102从导热层105突出。因此，在导热层105附近产生的热量被有效地通过叠置件101引导到该叠置件101的相反侧。
图3示出了根据本发明示例性实施例的部件承载件100的示意图，该部件承载件100包括由叠置件101包围的暴露的高导热冷却结构111的阵列件110。冷却结构111形成在叠置件101的内部封闭腔102中，具有上叠置件300以及至少一个层结构，所述上叠置件位于冷却结构上方，所述至少一个层结构例如是在冷却结构111的下方的下叠置件310。因此，冷却结构111被嵌入，其中冷却结构111之间的冷却通道112包括到部件承载件100的环境的入口和出口，使得例如冷却流体可以流过冷却通道102，用于将热量传递到部件承载件100之外。
例如，部件承载件100由分开的叠置件101、300、310形成，其中包括导热冷却结构111的中间叠置件101夹在另外两个叠置件300、310之间。因此，中间叠置件101可以与导热冷却结构111一体形成，并且覆盖用叠置件300、310包围导热冷却结构111的阵列件110。
冷却结构111形成在两个相对的导热层105之间，由此延伸穿过腔102。在导热层105中的一个导热层的顶部上连接有形成在上叠置件300内的过孔104。导热层105中的另一个导热层的顶部上连接有形成在下叠置件310内的过孔104。因此，例如，全铜层(导热层105)布置在冷却结构的两侧。
叠置件100、300、310可以由低流动性材料形成。因此，首先，诸如过孔104和冷却结构111的导热结构可以形成在相应的叠置件100、300、310内。在下一步骤中，三个叠置件100、300、310一起形成。特别地，当对于相应的叠置件100、300、310使用“低流动性材料”时，叠置件100、300、310可以被层压在一起而没有以下风险，例如上叠置件300或下叠置件310的液体材料由于层压过程中的热处理而在腔102中流动的风险。
应当注意，术语“包括”或“包含”不排除其他元件或步骤，并且冠词“一种”或“一”的使用不排除复数。还可以将结合不同实施例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。
附图标记列表
100 部件承载件
101 叠置件
102 腔
103 另外的导热结构
104 过孔
105 导热层
106 表面
110 阵列件
111 冷却结构
112 冷却通道
120 部件
121 焊盘
122 导热部件层
300 上叠置件
310 下叠置件。

Claims (47)

1.一种部件承载件，包括：
叠置件，所述叠置件包括至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构；
暴露的高导热的冷却结构的阵列件，所述冷却结构与所述叠置件在一个共同的制造过程中一体地形成并在所述冷却结构之间限定冷却通道，其中，所述冷却结构是柱、冷却边缘和冷却翅片中的至少一者，以及其中，所述冷却结构放置在所述叠置件的腔中，以及
导热结构，所述导热结构包括能够布置到热辐射源上的过孔和导热部件层中的至少一者，
其中，所述冷却结构热耦接至所述导热结构，
其中，所述冷却结构一体地设置在所述部件承载件中并且形成在所述叠置件内，从而在所述热辐射源与所述部件承载件的散热侧之间、在所述冷却结构的材料与所述部件承载件内的所述导热结构的材料之间没有间隔。
2.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，所述柱是铜柱。
3.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述冷却结构是通过增材制造而形成在所述叠置件上和/或所述叠置件中的。
4.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述冷却结构是通过三维打印而形成在所述叠置件上和/或所述叠置件中的。
5.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述冷却结构位于所述叠置件的腔中，使得所述冷却结构不会突出超出所述腔。
6.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述冷却结构形成在所述叠置件的内部，在所述冷却结构的上方具有至少一个层结构，并且在所述冷却结构下方具有至少一个层结构。
7.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述冷却结构被一体地设置在所述叠置件的材料中，在所述冷却结构与所述叠置件之间没有连接介质。
8.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述冷却通道构造成用冷却介质至少部分地包围所述冷却结构。
9.根据权利要求8所述的部件承载件，其中，
所述冷却介质是空气。
10.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，所述部件承载件还包括：安装在所述叠置件上和/或嵌入所述叠置件中的部件。
11.根据权利要求10所述的部件承载件，其中，
所述部件被热耦接到所述冷却结构。
12.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，所述部件承载件还包括：安装在所述叠置件上和/或嵌入所述叠置件中的电子部件。
13.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件选自非导电嵌体和/或导电嵌体。
14.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是传热单元或光导元件。
15.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是有源电子部件或无源电子部件。
16.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是能量收集单元、信号处理部件或机电换能器。
17.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是存储装置、功率管理部件、密码部件或磁性元件。
18.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是滤波器、电压转换器、致动器、开关、相机或天线。
19.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是发射器和/或接收器。
20.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是电容器、电阻器、电感或蓄电池。
21.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是光电接口元件。
22.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是电子芯片。
23.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是集成电路。
24.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是微机电系统。
25.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是微处理器。
26.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是另外的部件承载件。
27.根据权利要求10或11所述的部件承载件，其中，
所述部件是逻辑芯片。
28.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述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。
29.根据权利要求28所述的部件承载件，其中，
所提及的铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的任一材料涂覆有超导材料。
30.根据权利要求29所述的部件承载件，其中，
所述超导材料是石墨烯。
31.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述至少一个电绝缘层结构包括由树脂；玻璃；陶瓷和金属氧化物组成的组中的至少一者。
32.根据权利要求31所述的部件承载件，其中，
所述树脂是增强树脂或非增强树脂。
33.根据权利要求31所述的部件承载件，其中，
所述树脂是环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂。
34.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述至少一个电绝缘层结构包括以下中的至少一者：氰酸酯、聚亚苯基衍生物、聚酰亚胺、聚酰胺和聚四氟乙烯。
35.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述部件承载件被成形为板。
36.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述部件承载件被构造为印刷电路板。
37.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述部件承载件被构造为基板。
38.根据权利要求1所述的部件承载件，
所述部件承载件被构造为层压型部件承载件。
39.根据权利要求1所述的部件承载件，其中，
所述冷却结构是通过以下方式来制造的：在所述叠置件上施加牺牲结构，在所述牺牲结构中形成开口，用高导热材料填充所述开口，以及去除所述牺牲结构。
40.一种制造部件承载件的方法，其中，所述方法包括：
形成包括至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构的叠置件；
在一个共同的制造过程中与所述叠置件一体地形成暴露的高导热的冷却结构的阵列件，从而在所述冷却结构之间形成冷却通道；
其中，所述冷却结构是柱、冷却边缘和冷却翅片中的至少一者，以及将所述冷却结构放置在所述叠置件的腔中；以及
其中，所述部件承载件设置有导热结构，所述导热结构包括能够布置到热辐射源上的过孔和导热部件层中的至少一者，
将所述冷却结构热耦接至所述导热结构，
其中，所述冷却结构一体地设置在所述部件承载件中并且形成在所述叠置件内，从而在所述热辐射源与所述部件承载件的散热侧之间、在所述冷却结构的材料与所述部件承载件内的所述导热结构的材料之间没有间隔。
41.根据权利要求40所述的方法，其中，所述柱是铜柱。
42.根据权利要求40或41所述的方法，其中，
形成暴露的高导热的所述冷却结构的阵列件包括：
在所述叠置件上施加牺牲结构；
在所述牺牲结构中形成开口；
用高导热材料填充所述开口；和
去除所述牺牲结构。
43.根据权利要求42所述的方法，其中，所述牺牲结构是干膜结构。
44.根据权利要求40或41所述的方法，其中，所述方法还包括：
形成由至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构制成的上叠置件；
形成由至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构制成的下叠置件；
将所述叠置件夹在所述下叠置件与所述上叠置件之间；
将所述叠置件、所述下叠置件和所述上叠置件固定在一起。
45.根据权利要求40或41所述的方法，其中，所述方法还包括：
形成由至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构制成的上叠置件；
形成由至少一个电绝缘层结构和/或至少一个导电层结构制成的下叠置件；
将所述叠置件夹在所述下叠置件与所述上叠置件之间；
通过层压程序将所述叠置件、所述下叠置件和所述上叠置件固定在一起。
46.根据权利要求40或41所述的方法，其中，所述方法还包括：
通过增材制造而在所述叠置件上和/或所述叠置件中形成所述冷却结构。
47.根据权利要求40或41所述的方法，其中，所述方法还包括：
通过三维打印而在所述叠置件上和/或所述叠置件中形成所述冷却结构。
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