CN111816638A - 包括双层结构的部件承载件及制造和使用双层结构的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于制造部件承载件(1)的双层结构，其中所述双层结构包括：导电的图案化层结构(2)；以及由二维材料制成的另外的图案化层结构(3)。图案化层结构(2)和另外的图案化层结构(3)至少部分地具有相同的图案。本发明还涉及一种部件承载件(1)，其中所述部件承载件(1)包括：叠置件，叠置件包括至少一个导电层结构(4)和/或至少一个电绝缘层结构(5)；和与叠置件连接的至少一个双层结构(2、3)。本发明还涉及一种制造用于制造部件承载件(1)的双层结构的方法。本发明还涉及一种在部件承载件(1)中使用双层结构以用于高频应用的方法。

Description

包括双层结构的部件承载件及制造和使用双层结构的方法
技术领域
本发明涉及用于制造部件承载件的双层结构以及包括这种双层结构的部件承载件。
背景技术
在高频(HF)和高速应用领域中，经常期望获得高电子迁移率、低电阻和具有低表面粗糙度的材料。石墨烯表现出这些特性并且是用于HF应用的良好的候选物。然而，由于在将石墨烯层在沉积到另一元件上的期望位置时的石墨烯层的很差的操控性，因此石墨烯的集成通常极其困难。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种用于制造部件承载件的双层结构、一种部件承载件、一种制造用于制造部件承载件的双层结构的方法以及一种使用双层结构的方法，从而使得诸如石墨烯之类的二维材料的集成变得廉价并且与制造部件承载件的常规技术(例如PCB技术)中的集成工艺相容，同时改进所得到的部件承载件的性能。
为了实现上述目的，提供了根据本发明的用于制造部件承载件的双层结构、部件承载件、制造用于制造部件承载件的双层结构的方法以及使用双层结构的方法。
根据本发明的一个示例性实施方案，提供了一种用于制造部件承载件的双层结构。该双层结构包括导电的图案化层结构和由二维材料制成的另外的图案化层结构，其中该图案化层结构和该另外的图案化层结构至少部分地具有相同的图案。
根据本发明的一个示例性实施方案，提供了一种部件承载件。该部件承载件包括：叠置件，所述叠置件包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构；以及与该叠置件连接的至少一个上述的双层结构。
根据本发明的一个示例性实施方案，提供了一种制造用于制造部件承载件的双层结构的方法。该方法包括将导电层结构与由二维材料制成的另外的层结构相连接，以及对该导电层结构和该另外的层结构的一部分共同地进行图案化。
根据本发明的一个示例性实施方案，提供了一种在部件承载件中使用双层结构以用于高频和/或高速应用的方法。
示例性实施方案的详细说明
二维材料通常是仅由一层原子组成的晶体材料。在一个实施方案中，另外的图案化层结构是一个单层，或者包括多个平行的二维材料的单层。
二维材料可以是石墨烯，其可以例如通过卷对卷方法在铜片之上或之下获得。由于PCB(印刷电路板)技术中的基础导电材料是铜，所以铜片之上或之下的石墨烯可以在制造PCB的过程中很容易地集成。
本发明不限于石墨烯作为二维材料。二维材料的其他合适的实例为石墨炔、硼烯、锗烯、硅烯、Si2BN、锡烯、磷烯、铋烯、辉钼矿、2D合金、2D超晶(supracrystal)及其复合物。二维材料的其他复合物为石墨烷(碳和氢的二维聚合物)、boronitren(纳米网，二维氮化硼，也被称为白石墨烯)、六方氮化硼、硼碳氮化物(borocarbonitride)、锗烷、硫化钼(IV)、过渡金属硫族化合物(TMDC)、MXene等。
在本发明的一个实施方案中，铜层可以被图案化或结构化并在其上或其下具有石墨烯层。一旦在铜层上进行图案化(例如通过常规的PCB相关的制造工艺)，这种图案化的结构就可以在随后的存在于铜层之上或之下的石墨烯层的图案化或结构化中被用作掩膜。然后，如此获得的图案可以用于HF和高速应用，以利用石墨烯的物理性质。
开发本发明的物理背景是在HF电子应用的HF或更高频带中发生的所谓的趋肤效应。作为电磁相互作用的结果，载流子倾向于更接近于导体的表面流动，从而形成层(皮肤)。载流子层的厚度与所施加的信号频率的平方根成反比，并与材料的比电阻的平方根成正比。换句话说，信号频率越高，则载流子就会更接近于导体的表面流动。例如，铜中的皮肤厚度可以从5Hz信号时的29.7mm下降到1.6THz信号时的52.4nm。在高频带中，铜导体表面上的瑕疵(例如粗糙度)可能由于电子路径(电子在导体中流动的实际物理距离)的增加而极大地干扰信号传输。
例如，石墨烯由于其非常低的比电阻和能够有大量的电流密度而可以用于克服该问题。
下文中，将解释本发明的进一步的示例性实施方案。
在一个实施方案中，通过使用导电的图案化层结构或另外的图案化层结构中的一者作为掩膜来对导电的图案化层结构和另外的图案化层结构中的另一者进行图案化来获得双层结构。该制造过程是有利的，因为可以省略单独的掩膜。该掩挡是可能的，因为双层结构的导电的图案化层结构和另外的图案化层结构具有不同的物理和/或化学性质，从而在使用其中之一作为掩膜的同时对另一个进行图案化。
在一个实施方案中，导电的图案化层结构是金属的板或箔，尤其是铜板或铜箔。
在一个实施方案中，另外的图案化层结构由石墨烯制成。由于长的电子散射时间和低的电子有效质量，石墨烯材料显示非常高的电子迁移率。这允许石墨烯中的电子非常快地响应于EM刺激。石墨烯可以是非常好的对UHF的EM频谱中的高频的屏蔽材料。然而，石墨烯非常薄，并且对从特定的较低的临阈频率开始可以是可透过的。如果导电的图案化层结构由铜制成，则铜又可以屏蔽具有较低频率的信号。在一个实施方案中，双层结构形成电磁屏蔽、导电体或天线的一部分。由于双层结构，导电的图案化层结构和另外的图案化层结构的不同的物理特性可以组合，以获得协同效应。
例如，如果双层结构形成导体的一部分，则由石墨烯制成的另外的图案化层结构可以在PCB应用中传输UHF信号，即，具有在铜层中产生趋肤效应的频率的信号。由于长的电子散射时间和低的电子有效质量，石墨烯材料表现出非常高的电子迁移率。这允许石墨烯中的电子非常快地响应于EM刺激(例如在UHF带或更高的带中)。在本发明的一个实施方案中，双层结构可以用于通过导电的图案化层结构(导电的图案化层结构可以由铜制成)传输HF信号，并通过另外的图案化层结构(另外的图案化层结构可以由石墨烯制成)传输UHF信号(或SHF和EHF信号)。铜层可以比石墨烯层更厚并具有更低的绝对电阻。对于UHF带或更高的带，铜的电阻会由于趋肤效应而过大。在这些频率处，信号可以沿着石墨烯层、在石墨烯层上或通过石墨烯层传输。
例如，如果双层结构形成天线的一部分，则双层结构的叠加的原理也可以允许PCB形成用于信号传输的双通道。双层结构可以形成双频天线。两个通道(例如铜和石墨烯)可以独立地传输信号。例如，较低频率的信号可以在铜层中流动并产生低截止频率电磁波，而较高频率可以在石墨烯层上流动。
双层结构还可以用作EM屏蔽。可以由石墨烯制成的另外的图案化层结构可以使PCB屏蔽较高的频率，否则其可能透过PCB。
在一个实施方案中，另外的图案化层结构被至少部分地设置在导电的图案化层结构与至少一个电绝缘层结构之间。
在一个实施方案中，导电的图案化层结构被至少部分地设置在另外的图案化层结构与至少一个电绝缘层结构之间。此外，在多层构型中，另外的层结构可以被集成在部件承载件的顶部以及底部上。
在一个实施方案中，所述部件承载件包括被表面安装在和/或嵌入在所述部件承载件中的至少一个部件，其中，所述至少一个部件特别地选自：电子部件、非导电嵌体和/或导电嵌体、传热单元、光导元件、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、蓄能器、开关、摄像机、天线、磁性元件、另外的部件承载件和逻辑芯片；其中所述部件承载件的所述导电层结构中的至少一个导电层结构包括铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的至少一者，所提及的材料中的任一材料可选地涂覆有诸如石墨烯之类的超导材料；其中所述电绝缘层结构包括以下项中的至少一者：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；其中，所述部件承载件被成形为板；其中，所述部件承载件被构造为印刷电路板、基板和中介层中的一者；其中，所述部件承载件被构造为层压型的部件承载件。
在一个实施方案中，该方法包括对导电的图案化层结构和另外的图案化层结构中的一者进行图案化，同时使用导电的图案化层结构和另外的图案化层结构中的另一者作为掩膜。该制造过程是有利的，因为可以省略单独的掩膜。该掩挡是可能的，因为双层结构的导电的图案化层结构和另外的图案化层结构具有不同的物理和/或化学性质，从而在使用其中之一作为掩膜的同时对另一个进行图案化。
在一个实施方案中，通过等离子体刻蚀例如空气等离子体、反应性离子刻蚀等来对另外的图案化层结构进行图案化。
在一个实施方案中，该方法包括通过化学和/或物理气相沉积将另外的层结构沉积在导电层结构上。
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/或在其中容纳一个或更多个部件以提供机械支撑和/或电连接的任意支撑结构。换而言之，部件承载件可以被构造成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。
在一个实施方案中，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叠置件。例如，部件承载件可以是特别地通过施加机械压力和/或热能而形成的、所提及的(一个或更多个)电绝缘层结构和(一个或更多个)导电层结构的层压件。所提到的叠置件可以提供板状的部件承载件，所述板状的部件承载件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、图案化的层或在共同平面内的多个非连续的岛。
在一个实施方案中，部件承载件被成形为板。这有助于紧凑的设计，其中，部件承载件仍然为在其上安装部件提供了很大的基部。此外，特别地，例如裸管芯作为嵌入的电子部件的示例，由于裸管芯的厚度较小，因此可以被方便地嵌入到诸如印刷电路板之类的薄板中。
在一个实施方案中，部件承载件被构造为印刷电路板、基板(特别是IC基板)和中介层之一。
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例如通过施加压力和/或通过供应热能而形成的板状的部件承载件。作为PCB技术的优选材料，导电层结构由铜制成，而电绝缘层结构可以包含树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸料或FR4材料。各种导电层结构可以通过如下过程以期望的方式彼此连接：例如通过激光钻孔或机械钻孔而形成穿过层压件的通孔，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部的过孔。除了可以被嵌入印刷电路板中的一个或更多个部件之外，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更多个部件。它们可以通过焊接连接到相应的主表面。PCB的电介质部分可以由具有增强纤维(诸如玻璃纤维)的树脂构成。
在本申请的上下文中，术语“基板”可以具体表示具有与要安装在其上的部件(特别是电子部件)基本上相同的尺寸的小型部件承载件。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，但是所述基板具有相对较高密度的侧向和/或竖向设置的连接部。侧向连接部是例如传导路径，而竖向连接部可以是例如钻孔。这些侧向和/或竖向连接部设置在基板内，并且可用于提供(特别是IC芯片的)所容置的部件或未容置的部件(例如裸管芯)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”还可以包括“IC基板”。基板的电介质部分可以由具有增强颗粒(诸如增强球，特别是玻璃球)的树脂构成。
基板或中介层可以包含：至少一层玻璃、硅(Si)或可光成像的有机材料或干蚀刻的有机材料；或者基板或中介层可以由至少一层玻璃、硅(Si)或可光成像的有机材料或干蚀刻的有机材料组成，所述有机材料例如是环氧基积层材料(例如环氧基积层膜)或聚合物复合物例如聚酰亚胺、聚苯并恶唑或苯并环丁烯。
在一个实施方案中，所述至少一个电绝缘层结构包括以下项中的至少一者：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)、氰酸酯树脂、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(诸如FR-4或FR-5)、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物(LCP)、环氧基积层膜、聚四氟乙烯(特氟隆)、陶瓷和金属氧化物。也可以使用例如由玻璃(多层玻璃)制成的增强材料，诸如网状物、纤维或球。虽然预浸料特别是FR4对于刚性的PCB来说通常是优选的，但是对于基板也可以使用其他材料，特别是环氧基积层膜。对于高频应用，可以在部件承载件中施用诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂、低温共烧陶瓷(LTCC)或其他的低DK材料、较低DK材料、超低DK材料之类的高频材料作为电绝缘层结构。
在一个实施方案中，所述至少一个导电层结构可以包含铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的至少一者。虽然铜通常是优选的，但是其他材料或其涂层形式也是可能的，特别是涂覆有例如石墨烯之类的超导材料。
所述至少一个部件可以选自：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)、光导元件(例如光波导或光导体连接件)、电子部件、或者上述的组合。例如，所述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、发光二极管、光电耦合器、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、蓄能器、开关、摄像机、天线、逻辑芯片和能量收集单元。但是，可以在部件承载件中嵌入其他部件。例如，磁性元件可以被用作部件。这种磁性元件可以是永磁元件(诸如铁磁元件、反铁磁元件、多铁性元件或亚铁磁元件，例如铁氧体芯)，或者这种磁性元件可以是顺磁元件。然而，该部件也可以是例如板中板构型的基板、中介层或另外的部件承载件。部件可以被表面安装在部件承载件上和/或可以被嵌入部件承载件内部。此外，也可以使用其他部件，特别是那些产生和发射电磁辐射和/或对从环境传播的电磁辐射敏感的部件作为部件。
在一个实施方案中，部件承载件是层压型部件承载件。在这样的实施方式中，部件承载件是通过施加压力和/或热量而叠置并连接在一起的多层结构的组合件。
从下面将描述的实施方式的示例中，本发明的以上限定的方面和其他方面将变得显而易见，并且将参考这些实施方式的示例来说明本发明的以上限定的方面和其他方面。
附图说明
图1示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件的截面图。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件的截面图。
图3示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件的截面图。
图4示出了根据本发明的一个示例性实施方案的制造双层结构的方法。
图5示出了根据本发明的一个示例性实施方案的制造部件承载件的方法。
图6示出了根据本发明的一个示例性实施方案的制造部件承载件的方法。
图7示出了根据本发明的一个示例性实施方案的制造部件承载件的方法。
图8示出了确定传输系数与频率的关系的模拟中所用的导体的模型。
图9示出了图8的确定传输系数与频率的关系的模拟中的结果。
图10示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件可以被用作用于高频和/或特高频应用的导电体的原理。
图11示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件可以被用作用于高频和/或特高频应用的电磁屏蔽的原理。
图12示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件可以被用作用于高频和/或特高频应用的天线的原理。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，类似的或相同的元件设置有相同的附图标记。
在参考附图更详细地描述示例性实施方案之前，将基于已经开发的本发明的示例性实施方案概括一些基本考虑。
根据一个示例性实施方案，经纳米涂覆的结构可以用于部件承载件技术，尤其是作为干粘合剂结构。实现这种表面构型的粘合剂层也可以被表示为壁虎(gecko)膜。这种表面的粘合作用可以基于范德华力。根据本发明的一个示例性实施方案，提供可靠的基板和/或结构化的材料，以用于嵌入和/或表面安装应用，其由于在该表面上的纳米结构和/或微米结构的对应构型而具有特定的粘附性质。示例性实施方案具有的优势是，可以以低材料消耗、低生产成本、小污染风险和高工艺可靠性获得表面粘附性质的所述的可调节性。
在一个实施方案中，所提到的材料可以用作在嵌入技术中用于部件放置的支撑件。与取决于温度和时间的传统的粘合带系统相比，示例性实施方案使用支撑件(所述支撑件可以是刚性的或柔性的)或PCB元件(例如芯、预浸料、铜箔等)的如下表面：所述表面由于纳米结构和/或微米结构而表现出范德华吸引力、壁虎效应、高抓握力并且所述表面是干的，并且因此可以被清洁和重复使用。最终产品中还可以包括具有纳米结构和/或微米结构的片。当用于嵌入概念时，在部件层压之前，部件可以被置于干的表面上，并且可以通过弱结合(如范德华力、壁虎效应、高抓握力值)而被保持就位。
这种架构允许在部件与保持基板之间获得干相互作用。不需要另外的液体粘合剂。这具有干相互作用的优点并且减少了被基板污染的风险。
图1示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件1的截面图。部件承载件1可以包括表面安装在部件承载件上和/或嵌入在部件承载件中的至少一个部件，其中该至少一个部件特别地选自：电子部件、非导电嵌体和/或导电嵌体、传热单元、光导元件、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、蓄能器、开关、摄像机、天线、磁性元件、另外的部件承载件和逻辑芯片。
部件承载件1可以被成形为板。部件承载件1可以被构造为印刷电路板、基板和中介层中的一者。部件承载件1可以被构造为层压板型的部件承载件。
部件承载件1包括叠置件，该叠置件具有导电层结构4和电绝缘层结构5。
部件承载件1的导电层结构4可以包含铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的至少一者，所提及的材料中的任一材料可选地涂覆有超导材料，例如石墨烯。
导电层结构4包括至少一个过孔40和至少一个图案化的层41。至少一个过孔40可以是激光过孔，但本文所述的方法可以使用其他工艺来形成过孔，例如为镀覆的通孔、光蚀过孔等的过孔。
电绝缘层结构5可以包含以下项中的至少一者：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。
部件承载件1还包括与叠置件连接的双层结构2、3。双层结构2、3由导电的图案化层结构2和由二维材料制成的另外的图案化层结构3构成。图案化层结构2和另外的图案化层结构3至少部分地具有相同的图案，即，它们至少部分地被共同地图案化。更详细地，可以通过使用导电的图案化层结构2作为掩膜用于对另外的图案化层结构3进行图案化来获得双层结构2、3。
导电的图案化层结构2可以是铜箔。
另外的图案化层结构3可以由石墨烯制成。另外的图案化层结构3可以是一个单层或者包括多个平行的单层。
导电的图案化层结构2可以可选地包括粘附促进层6。如果导电的图案化层结构2由铜制成，则粘附促进层6可以是氧化物层。粘附促进层6还可以是活化层。粘附促进层6还可以简单地是面向导电的图案化层结构2的介电侧的(铜的)预定的粗糙度。
导电的图案化层结构2部分地被设置在另外的图案化层结构3与电绝缘层结构5之间。导电的图案化层结构2的另一部分被设置在另外的图案化层结构3与导电层结构4之间，更精确地，导电的图案化层结构2的另一部分被设置在另外的图案化层结构3与导电层结构4的过孔40之间。
另外的图案化层结构3(例如为结构化的石墨烯多层)被设置在导电的图案化层结构2的表面侧(导电的图案化层结构2的表面侧与导电的图案化层结构2的介电侧相反)的导电的图案化层结构2(例如为铜层2)上。
部件承载件1的双层结构2、3可以形成电磁屏蔽、天线或导电体的一部分，这在下文详细描述。
图2示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件1的截面图。除了双层结构中的导电的图案化层结构2和另外的图案化层结构3的内部设置之外，图2中的实施方案的部件承载件1与图1的部件承载件1类似。更详细地说，另外的图案化层结构3被设置在导电的图案化层结构2与电绝缘层结构5之间。另外的图案化层结构3(例如为结构化的石墨烯多层)被设置在导电的图案化层结构2的介电侧的导电的图案化层结构2(例如为铜层2)上或者在导电的图案化层结构2的介电侧的导电的图案化层结构2(例如为铜层2)的下方。
另外的图案化层结构3可以可选地包括粘附促进层(未示出)。该粘附促进层可以简单地由面向另外的图案化层结构3的介电侧的另外的图案化层结构3的预定的粗糙度形成。
图3示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件1的截面图。图3中的实施方案的部件承载件1与图2的部件承载件1类似，但具有以下不同之处。导电的图案化层结构2是部件承载件1的最外层之一。在部件承载件1的相反侧，由所谓的多层印刷电路板(PCB)形成叠置件。
图4示出了根据本发明的一个示例性实施方案的制造双层结构的方法。
在步骤S1中，将具有石墨烯层的铜箔或铜层层压在保护和/或支撑层上。保护和/或支撑层由介电质制成。
或者，可以将铜层或铜箔沉积或层压在支撑结构上，并将石墨烯层例如通过CVD沉积于其上。如果铜层或铜箔具有合适的厚度，则铜层或铜箔本身充当支撑结构。
在步骤S2中，将铜箔或铜层图案化或结构化。
在步骤S3中，图案化的铜箔或图案化的铜层用作掩膜以用于对暴露的石墨烯层进行图案化。可以通过空气等离子体刻蚀对石墨烯层图案化。
在步骤S4中，如此获得的包括图案化的石墨烯层和图案化的铜箔或图案化的铜层的双层结构被进一步以常规方式加工。例如，可以在如此获得的双层结构的基础上制造部件承载件或PCB。
图5示出了制造根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件1的方法。
在步骤S11中，提供了预成型件，所述预成型件包括导电层结构2(例如铜箔)和由二维材料(例如石墨烯)制成的另外的层结构3。保护层7被设置在另外的层结构3的顶部。保护层7在随后的制造步骤过程中保护另外的层结构3。
在步骤S12中，将支撑层8设置在保护层7上。支撑层8可以由任意合适的材料(例如介电材料)制成。支撑层8可以含有粘合剂层，以将其本身机械地锚定在保护层上，从而确保产品在所有工艺步骤中的增加的稳定性。
在步骤S13中，导电层结构2被图案化或结构化，以成为导电的图案化层结构2。图案化过程可以通过任意常规的图案化工艺来进行，例如用于使铜层或铜箔图案化的常规工艺。
在步骤S14中，另外的层结构3被图案化或结构化，同时使用导电的图案化层结构2作为掩膜。例如，如果另外的层结构3是石墨烯层，则可以使用等离子体工具9来对另外的层结构3进行图案化。另外的层结构3因此成为另外的图案化层结构3。
在步骤S15中，将粘附促进层6设置在导电的图案化层结构2中/上。粘附促进层6可以是氧化物层(例如黑色氧化物)或有机膜。氧化物层使表面粗糙，从而实现与粘附对象的机械粘附。而有机膜实现与粘附对象的化学粘附。
在步骤S16中，将叠置件设置在粘附促进层6上，其中该叠置件包括至少一个导电层结构4和至少一个电绝缘层结构5。更详细地说，电绝缘层结构5被设置在粘附促进层6上，且导电层结构4被设置在电绝缘层结构5上。电绝缘层结构5可以是预浸料(PP)，而导电层结构4可以是铜箔，它们被层压在步骤S15中获得的中间产品上。
在步骤S17和S18中，对叠置件实施常规的图案化处理。更详细地，在电绝缘层结构5中形成导电材料的过孔40。过孔40可以是激光过孔、光过孔或经涂覆的通孔。导电层结构4的最外层被图案化以获得导电的图案化层结构41。
在步骤S19中，将支撑层8和保护层7剥离或去除，从而完成部件承载件1。
图6示出了根据本发明的一个示例性实施方案的制造部件承载件1的方法。
在步骤S21中，提供预成型件，所述预成型件包括导电层结构2(例如铜箔)和由二维材料(例如石墨烯)制成的另外的层结构3。将支撑层8设置到导电层结构2上。
在步骤S22中，可以将第一干膜17设置或应用至另外的层结构3。该第一干膜17可以由光致抗蚀材料制成。
在步骤S23中，第一干膜17被图案化或结构化，以成为第一图案化的干膜17。图案化过程可以通过任意常规的图案化工艺来进行，例如用于对干膜进行图案化的常规工艺。
代替步骤S22至S23，可以使用模板掩膜或硬掩膜来代替提供第一干膜17，或者可以执行精确的(当场)空气等离子体刻蚀步骤或物理刻蚀步骤例如离子研磨(例如氩刻蚀)。由此，步骤S22和S23可以被省略。
在步骤S24中，另外的层结构3被图案化或结构化，同时使用第一图案化的干膜17的至少一部分作为掩膜。例如，如果另外的层结构3是石墨烯层，则可以使用空气等离子体工具9对另外的层结构3进行图案化。代替空气等离子体工具9，可以使用任意其他的等离子体工艺来对另外的层结构3进行图案化。例如，也可以使用受控的大气等离子体与刻蚀剂。由此，另外的层结构3成为另外的图案化层结构3。因此，第一图案化的干膜17可以可选地被去除。
在步骤S25中，可以将第二干膜27应用在另外的图案化层结构3上和/或第一干膜17上。第二干膜27被图案化，以成为第二图案化的干膜27。第二干膜27可以由光致抗蚀材料制成。代替步骤S25，可以使用模板掩膜或硬掩膜来代替提供第二干膜27，或者可以执行精确的(当场)空气等离子体刻蚀步骤或物理刻蚀步骤例如离子研磨(例如氩刻蚀)。
在步骤S26中，第二图案化的干膜27和/或第一干膜17和/或另外的图案化层结构3的一部分被用作掩膜以用于对导电层结构2进行图案化或结构化，导电层结构2由此成为导电的图案化层结构2。导电层结构2的图案化可以通过刻蚀(例如铜刻蚀)来进行。去除第一和第二图案化的干膜17、27。根据干膜材料，第一和/或第二图案化的干膜17、27还可以被保持为第一介电层，且可以在其上层压第二介电层以形成电绝缘层结构5(下文在步骤S27中描述)。
可选地，可以将粘附促进层(图6中未示出)设置在导电的图案化层结构2中/上。
在步骤S27中，将叠置件设置在导电的图案化层结构2上，其中该叠置件包括至少一个导电层结构4和至少一个电绝缘层结构5。更详细地说，电绝缘层结构5被设置在导电的图案化层结构2(或粘附促进层6)上，且导电层结构4被设置在电绝缘层结构5上。
在步骤S28中，对叠置件实施常规的图案化处理。更详细地说，在电绝缘层结构5中形成导电材料的过孔40。
在步骤S29中，导电层结构4的最外层被图案化以获得导电的图案化层结构41。然后将支撑层8剥离或去除，从而完成部件承载件1。
图7示出了根据本发明的一个示例性实施方案的制造部件承载件1的方法。
在步骤S31和S32中，提供了中间产品，所述中间产品包括双层结构，该双层结构包括导电层结构2(例如铜层或铜箔)和由二维材料(例如石墨烯)制成的另外的层结构3。将支撑层8设置到导电层结构2。此外，将所谓的N-层(多层)印刷电路板(PCB)(所述印刷电路板具有至少一个电绝缘层结构51和至少一个图案化的导电层结构41)以及树脂或预浸料(PP)片52层压在另外的层结构3上。树脂或预浸料(PP)片52被设置在图案化的导电层结构41与另外的层结构3之间。当完成部件承载件1时，至少一个电绝缘层结构51与树脂或预浸料(PP)片52一起形成电绝缘层结构5。
在步骤S33中，将支撑层8去除或剥离。
在步骤S34和S35中，导电层结构2被图案化或结构化，以成为导电的图案化层结构2。导电层结构2的图案化可以通过刻蚀(例如铜刻蚀)来进行。
然后，另外的层结构3被图案化，以成为另外的图案化层结构3。该图案化过程可以通过空气等离子体刻蚀来进行，其中导电的图案化层结构2的至少一部分用作掩膜。
在步骤S36和S37中，通过在步骤S36中对树脂或预浸料片52进行图案化并通过在步骤37中用导电材料(例如铜)填充所得的孔，而在树脂或预浸料片52中形成至少一个过孔40。
在步骤S38中，包括导电层结构2和/或已在步骤S38中施加的导电材料的最外层被图案化或结构化。
图5至图7示出了可能的构型，其中可以将一个石墨烯单层(ML)集成到部件承载件1中。应当提及的是，例如通过组合图5至图7中示出的方法步骤，可以获得更复杂的产品，其中多个石墨烯单层位于部件承载件1内的不同高度。
例如，在多层构型中，通过在部件承载件1的两侧上执行图7的方法步骤，可以将另外的层结构3集成在部件承载件1的顶部以及底部上。
此外，可以将到铜箔2上的石墨烯层3提供或转移在支撑件上用于改进处理。
图8示出了确定传输系数与频率的关系的模拟中所用的导体的模型。
导体包含宽度为52μm的铜基元件，在铜基元件上施加高度为50nm的高传导材料的薄层或膜。高传导材料的电导率为2×109S/m，该值与对于石墨烯在文献中发现的的值相当，而铜的电导率为5.96×107S/m。
图9示出了图8的确定传输系数与频率的关系的模拟中的结果。下方的曲线显示参考模型的传输系数与频率的关系，该参考模型仅包含铜且具有与图8所示的导体相同的尺寸；而上方的曲线显示图8中所示的导体的传输系数与频率的关系，该导体包含铜与高传导材料。图9显示的趋势是，如果频率高于约3GHz，则图8中所示的导体的传输系数变得高于参考模型的传输系数。总体而言，该模拟揭示了：与纯的铜箔相比，在铜箔上添加高传导材料产生更好的传输系数与频率的关系的趋势。
图9显示了图8所示的实例中的总体趋势。
图10示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件1可以被用作用于高频和/或特高频应用的导电体的原理。部件承载件1包括：印刷电路板(PCB)9，该印刷电路板可以包括具有至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的叠置件；以及与叠置件连接的双层结构2、3，其中双层结构2、3包括：导电的图案化层结构2(这里例如为铜层)；以及由二维材料(这里例如为石墨烯层)制成的另外的图案化层结构3。
铜层2具有比石墨烯层3更大的厚度，并因此具有更低的绝对电阻。然而，在UHF(特高频，300MHz-3 GHz)带中以及在SHF(超高频，3-30GHz)和EHF(极高频，>30GHz)带中，尤其是当频率大于2GHz时，铜层2的电阻会由于趋肤效应而过高，使得铜层2可能不可操作。然而，在这些较高频率下，信号可以经由石墨烯层3传输。由于长的电子散射时间和低的电子有效质量，石墨烯表现出非常高的电子迁移率。这允许石墨烯中的电子非常快地响应于EM刺激(在UHF和更高的带中)。证明了石墨烯对于EM频谱中的非常高的频率是合适的材料。
在本发明的一个实施方案中，双层结构2、3可以用于通过导电的图案化层结构2(导电的图案化层结构2可以由铜制成)传输HF信号，并通过另外的图案化层结构3(另外的图案化层结构3可以由石墨烯制成)传输UHF信号(或者SHF和EHF信号)。通过导电的图案化层结构2的信号和通过另外的图案化层结构3的信号的电流基本上平行于彼此流动。更详细地，通过导电的图案化层结构2的信号和通过另外的图案化层结构3的信号的电流基本上平行于部件承载件1的主平面流动。
图11示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件1可以被用作用于高频和/或特高频应用的电磁屏蔽的原理。
如上文所述，由于长的电子散射时间和低的电子有效质量，石墨烯表现出非常高的电子迁移率。这允许石墨烯中的电子非常快地响应于EM刺激(在UHF和更高的带中)。另一方面，石墨烯因此对EM波谱中的高截止频率具有屏蔽效应。另一方面，石墨烯层2相对薄并因此对从特定的较低的临阈频率开始是可透过的。在这种情况下，铜又可以屏蔽这些较低的频率。此外，铜层2可以被制作得相对薄，低于μm量级。
在本发明的一个实施方案中，双层结构2、3可以用于由另外的图案化层结构3(另外的图案化层结构3可以由石墨烯制成)屏蔽较高的频率(UHF带或更高的带)并由导电的图案化层结构2(导电的图案化层结构2可以由铜制成)屏蔽较低的频率。双层结构2、3可以应用于电信应用。
图12示出了根据本发明的一个示例性实施方案的部件承载件1可以被用作用于高频和/或特高频应用的天线的原理。
如上文所述，由于长的电子散射时间和低的电子有效质量，石墨烯表现出非常高的电子迁移率。这允许石墨烯中的电子非常快地响应于EM刺激(在UHF带和更高的带中)。
在本发明的一个实施方案中，双层结构2、3可以用于形成双频天线，其中另外的图案化层结构3(另外的图案化层结构3可以由石墨烯制成)形成用于较高截止频率的偶极子天线，而导电的图案化层结构2(导电的图案化层结构2可以由铜制成)形成用于较低截止频率的偶极子天线。较低频率的信号会在铜层2中流动并产生较低截止频率的电磁波，而较高频率的信号(UHF带和更高的带)会在石墨烯层3中流动并产生较高截止频率的电磁波。
应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，且“一”或“一种”不排除多个。此外，与不同的实施方案相关地描述的元件可以组合。
还应当注意，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。
本发明的实施不限于如附图所示且如上所述的优选的实施方案。相反，即使在根本不同的实施方案中，使用所示的解决方案和根据本发明的原理的多种变体是可能的。

Claims (15)

1.一种用于制造部件承载件(1)的双层结构，其中所述双层结构包括：导电的图案化层结构(2)；以及
由二维材料制成的另外的图案化层结构(3)；
其中，所述图案化层结构(2)和所述另外的图案化层结构(3)至少部分地具有相同的图案。
2.根据权利要求1所述的双层结构，其中，
所述双层结构(2、3)是通过使用所述导电的图案化层结构(2)或所述另外的图案化层结构(3)中的一者作为掩膜来对所述导电的图案化层结构(2)和所述另外的图案化层结构(3)中的另一者进行图案化而获得的。
3.根据权利要求1所述的双层结构，其中，
所述导电的图案化层结构(2)是金属的板或箔，尤其是铜板或铜箔。
4.根据权利要求1所述的双层结构，其中，
所述另外的图案化层结构(3)是由石墨烯制成的。
5.根据权利要求1所述的双层结构，其中，
所述另外的图案化层结构(3)是一个单层，或者所述另外的图案化层结构(3)包括多个平行的单层。
6.根据权利要求1所述的双层结构，其中，
所述双层结构(2、3)形成导电体、电磁屏蔽或天线的一部分。
7.一种部件承载件(1)，其中，所述部件承载件(1)包括：
叠置件，所述叠置件包括至少一个导电层结构(4)和/或至少一个电绝缘层结构(5)；以及
与所述叠置件相连接的根据权利要求1所述的至少一个双层结构(2、3)。
8.根据权利要求7所述的部件承载件(1)，其中，
所述另外的图案化层结构(3)至少部分地设置在所述导电的图案化层结构(2)与所述至少一个电绝缘层结构(5)之间。
9.根据权利要求7所述的部件承载件(1)，其中，
所述导电的图案化层结构(2)至少部分地设置在所述另外的图案化层结构(3)与所述至少一个电绝缘层结构(5)之间。
10.根据权利要求7所述的部件承载件(1)，包括以下特征中的至少一者：所述部件承载件(1)包括被表面安装在和/或嵌入在所述部件承载件中的至少一个部件，其中，所述至少一个部件特别地选自：电子部件、非导电嵌体和/或导电嵌体、传热单元、光导元件、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、蓄能器、开关、摄像机、天线、磁性元件、另外的部件承载件和逻辑芯片；
其中所述部件承载件(1)的所述导电层结构(4)中的至少一个导电层结构包括铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的至少一者，所提及的材料中的任一材料可选地涂覆有诸如石墨烯之类的超导材料；
其中所述电绝缘层结构(5)包含以下项中的至少一者：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；
其中所述部件承载件(1)被成形为板；
其中所述部件承载件(1)被构造为印刷电路板、基板和中介层中的一者；
其中所述部件承载件(1)被构造为层压型的部件承载件。
11.一种制造用于制造部件承载件(1)的双层结构的方法，其中，所述方法包括：
将导电层结构(2)与由二维材料制成的另外的层结构(3)相连接；以及
对所述导电层结构(2)和所述另外的层结构(3)的至少一部分共同地进行图案化。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括：
对所述导电的图案化层结构(2)和所述另外的图案化层结构(3)中的一者进行图案化，同时使用所述导电的图案化层结构(2)和所述另外的图案化层结构(3)中的另一者作为掩膜。
13.根据权利要求11所述的方法，其中，
通过等离子体刻蚀、例如空气等离子体或者受控的大气等离子体与刻蚀剂来对所述另外的图案化层结构(3)进行图案化。
14.根据权利要求11所述的方法，其中，所述方法包括：
通过化学气相沉积将所述另外的层结构(3)沉积在所述导电层结构(2)上。
15.一种在部件承载件(1)中使用根据权利要求1所述的双层结构以用于高频应用的方法。
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