CN111819913A - 具有封装在带有屏蔽腔的紧凑型部件承载件中的电子部件的电子设备 - Google Patents

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Abstract

描述了一种电子设备(1)以及用于制造这种电子设备(1)的方法(500)。该电子设备包括电子部件(30)和部件承载件，电子部件嵌入到部件承载件中，其中该部件承载件包括具有第一切口部(12)的第一部件承载件部分(10)，并且其中，该部件承载件包括具有第二切口部(22)的第二部件承载件部分(20)，第一切口部和第二切口部面对电子部件的相反的两个主表面，其中，在第一切口部的表面上和第二切口部的表面上设置有电传导材料(13、23)，并且其中，第一切口部和第二切口部分别在电子部件的相反的两侧形成第一腔(15)和第二腔(25)。

Description

具有封装在带有屏蔽腔的紧凑型部件承载件中的电子部件的 电子设备
本发明涉及电子设备和制造电子设备的方法。
设计能够在所谓的“毫米波”频谱范围内(即30GHz至300GHz)工作的电子设备存在许多挑战，许多挑战之一就是需要具有适当性能特征(低插入损耗和高Q因数)的滤波器。此外，还必须考虑到对小形状参数的持续需求以及以较低成本改善性能。
本发明的目的是获得一种电子设备，该电子设备具有小形状参数和用于以高频操作的优异的特性，特别是在插入损耗方面优异的特性。
为了实现上述目的，提供了根据独立权利要求的电子设备和制造电子设备的方法。
根据本发明的示例性实施方式，提供了一种电子设备，该电子设备包括电子部件和部件承载件，该电子部件特别地是呈平面形状的电子部件，电子部件嵌入在部件承载件中。部件承载件包括具有第一切口部的第一部件承载件部分。部件承载件还包括具有第二切口部的第二部件承载件部分。第一切口部和第二切口部面对电子部件的相反的两个主表面。在第一切口部的表面上和第二切口部的表面上设置有电传导材料。第一切口部和第二切口部分别在电子部件的相反的两侧形成第一腔和第二腔。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种制造电子设备的方法，其中，该方法包括：提供具有第一切口部的第一部件承载件部分，提供具有第二切口部的第二部件承载件部分，在第一切口部的表面上和第二切口部的表面上提供电传导材料，在第一部件承载件部分与第二部件承载件部分之间布置电子部件，使得第一切口部和第二切口部面对电子部件的相反的两个主表面，该电子部件特别地是呈平面形状的电子部件，以及将第一部件承载件部分与第二部件承载件部分彼此连接以形成嵌入有电子部件的部件承载件，其中，第一切口部和第二切口部分别在电子部件的相反的两侧形成第一腔和第二腔。
在本申请的上下文中，术语“第一部件承载件部分”和“第二部件承载件部分”可以特别地表示两个最初分离的部分(例如，上部部分和下部部分)，两个最初分离的部分当被集合在一起时组合为形成部件承载件。
在本申请的上下文中，术语“第一切口部”和“第二切口部”可以特别表示第一部件承载件部分和第二部件承载件部分的相应的部分，在第一部件承载件部分和第二部件承载件部分的相应的部分处，通过移除某些材料而形成凹部，例如通过切割、特别地激光切割、蚀刻、铣削等来形成凹部。
在本申请的上下文中，术语“呈平面形状的电子部件”可以特别地表示与电子部件的宽度和长度相比具有非常小的高度的基本上平坦的电子部件，并从而具有两个相反的主表面，例如上主表面和下主表面。
在本申请的上下文中，术语“部件承载件”可以特别地表示任何支承结构，该支承结构能够将一个或更多个电子部件容纳在部件承载件上和/或部件承载件中，以用于提供机械支承和电气连接。
根据本发明的示例性实施方式，在部件承载件内、平面电子部件的相反侧设置有腔。腔由部件承载件内的表面(切口部)限定，该部件承载件包括电传导材料，比如铜或其他导电金属。腔允许电磁波在电子部件附近传播，而设置在腔表面上的电传导材料提供有效的电磁屏蔽。从而，提供了一种具有嵌入的电子设备的紧凑型电子设备，该嵌入的电子设备能够在很宽的频率范围内有效地工作。有利的是，以这样的方式实现紧凑型电子设备，该方式可以保持电子设备的尺寸非常小，并且不需要实施电路板形成技术中的材料或过程之外的其他材料或工艺。
在下文中，将解释电子设备及制造电子设备的方法的另外的示例性实施方式。
在实施方式中，电子部件包括RF(射频)基板，特别是适于在30GHz至300GHz的频率范围(“毫米波”)内的应用的RF基板。这样的基板可以形成宽范围的射频部件的有效基底，射频部件包括滤波器。
在实施方式中，RF基板包括在第一主表面上的第一电传导层结构和在与第一主表面相反的第二主表面上的第二电传导层结构。
在本申请的上下文中，术语“层结构”可以特别地表示在共同平面内的连续层、图案化层或多个非连续岛。
第一电传导层结构和第二电传导层结构的特定布局确定了电子部件的电气特性，比如滤波器的一个或更多个截止频率。
在实施方式中，电子部件是带状线，特别是适于在30GHz至300GHz的频率范围中工作的带状线滤波器。然而，带状线可以是任何种类的滤波器，例如共面滤波器。
由于电子部件两侧的腔和这些腔的电传导壁表面，电子部件(带状线)在部件承载件内的布置对应于所谓的悬置带状线基板，该悬置带状线基板尽管呈非常紧凑的形式，但不需要周围的金属外壳。
在实施方式中，第一腔和第二腔填充有空气。
在实施方式中，第一切口部的表面和第二切口部的表面被电传导材料完全覆盖。
从而，可以确保置于腔之间的电子部件的最佳屏蔽。
在实施方式中，第一腔的深度在介于0.1mm至2mm的范围中，比如在介于0.5mm至1.5mm的范围中，比如约1mm，并且第二腔的深度在介于0.1mm至2mm的范围中，比如在介于0.5mm至1.5mm的范围中，比如约1mm。在此，术语“深度”指的是在与电子部件的主表面垂直的方向上的尺寸。
在实施方式中，部件承载件包括至少一个过孔，所述至少一个过孔用于与电子部件的位于第一腔和第二腔外部的部分相接触。
换言之，过孔不延伸穿过腔，而是在腔旁边延伸，由此获得了过孔与电子部件的与腔不直接接触的部分(例如，端子)的电气接触。
在实施方式中，部件承载件包括具有至少一个电绝缘层结构和至少一个电传导层结构的叠置件。例如，部件承载件可以是具有所提及的一个或更多个电绝缘层结构和一个或更多个电传导层结构的层压件，该层压件特别是通过施加机械压力而形成，如果需要，由热能提供支持。所提及的叠置件可以提供板状的部件承载件，该部件承载件能够为另外的部件提供大的安装表面，并且仍然非常薄和紧凑。术语“层结构”可以特别地表示在共同平面内的连续层、图案化层或多个非连续岛。
在实施方式中，电子部件被安装在至少一个电绝缘层结构和/或至少一个电传导层结构上，以及/或者嵌入在至少一个电绝缘层结构和/或至少一个电传导层结构中。
在实施方式中，电子装置可以包括选自以下各项中的至少一个另外的部件：电子部件、非导电和/或导电嵌体、热传递单元、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、蓄能器、开关、相机、天线、磁性元件、另外的部件承载件和逻辑芯片。
至少一个另外的部件能够选自：非导电嵌体、导电嵌体(比如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、热传递单元(例如热管)、例如光波导或光传导连接件之类的光引导元件、电子部件或其组合。例如，部件可以是有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储设备(例如DRAM或其他数据存储器)、滤波器、集成电路、信号处理部件、电源管理部件、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、机电转换器、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。但是，其他部件也可以嵌入在部件承载件中。例如，磁性元件可以用作部件。这样的磁性元件可以是永磁元件(比如铁磁元件、反铁磁元件或亚铁磁元件，例如铁氧体芯)或可以是顺磁元件。然而，该部件也可以是呈板中板构型的另外的部件承载件。部件可以表面安装在部件承载件上和/或可以嵌入在部件承载件的内部。此外，还可以使用其他的部件作为部件，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。
在实施方式中，至少一个电传导层结构包括铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的至少一者。尽管铜通常是优选的，其他材料或其涂覆的形式也是可能的，特别地被涂覆有诸如石墨烯之类的超导材料。
在实施方式中，所述至少一个电绝缘层结构包括下述各者中的至少一者：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)、预浸材料、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)、陶瓷以及金属氧化物。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、纤维或球体。尽管预浸材料或FR4通常是优选的，但是也可以使用其他材料。对于高频的应用，诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂的高频材料可以在部件承载件中被实现为电绝缘层结构。
在实施方式中，部件承载件成形为板。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较大的基础。此外，特别地作为嵌入的电子部件的示例的裸晶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。
在实施方式中，部件承载件构造为以下中的一者：印刷电路板和基板(特别地IC基板)。
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电传导层结构与若干电绝缘层结构层压而形成的板状部件承载件，例如通过施加压力、根据需要通过供给热能来层压而形成的板状部件承载件。作为用于PCB技术的优选材料，电传导层结构由铜制成，而电绝缘层结构可以包括树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸材料或FR4材料。通过例如激光钻孔或机械钻孔形成穿过层压件的通孔，并且通过用电传导材料(特别是铜)填充该通孔从而形成作为通孔连接部的过孔，可以以期望的方式将各电传导层结构彼此连接。除了可以嵌入在印刷电路板中的一个或多个部件以外，印刷电路板通常被构造为在板状印刷电路板的一个表面或相反的两个表面上容纳一个或多个部件。所述一个或多个部件可以通过焊接而连接至相应的主表面。PCB的介电部分可以包括具有增强纤维(诸如玻璃纤维)的树脂。
在实施方式中，部件承载件构造成层压式部件承载件。在这种实施方式中，部件承载件是通过施加按压力、根据需要伴随热而叠置和连接在一起的多层结构的复合物。
在实施方式中，该方法在将第一部件承载件部分与第二部件承载件部分彼此压靠的步骤之前还包括以下步骤：在第一部件承载件部分与电子部件之间提供第一粘合层，以及在第二部件承载件部分与电子部件之间设置第二粘合层。
第一粘合层可以设置在第一部件承载件部分和电子部件中的任一者上，并且第二粘合层可以设置在第二部件承载件部分和电子部件中的任一者上。
第一粘合层和第二粘合层用于将第一部件承载件部分和第二部件承载件部分与电子部件黏合在一起，从而形成一体式装置，电子部件嵌入在一体式装置中。
在实施方式中，第一粘合层包括与第一切口部相对应的切口部，并且/或者第二粘合层包括与第二切口部相对应的切口部。
第一粘合层和第二粘合层中相应的切口部与第一部件承载件部分和第二部件承载件部分中的(第一和第二)切口部对准，从而分别形成第一腔的部分和第二腔的部分。
在实施方式中，第一粘合层和第二粘合层包括无流动性的预浸材料或低流动性的预浸材料。通常，(普通)预浸材料与低流量或低流动性的预浸材料之间的区别在于固化程度。因此，当将具有腔的两层组合时，非常少的树脂流可确保即使在热压循环期间，腔本身也不会受到树脂的污染。
通过在粘合层中使用无流动性的预浸材料，显著降低了在按压步骤期间使第一腔和/或第二腔变形或阻塞的风险。
在实施方式中，连接步骤包括将第一部件承载件部分与第二部件承载件部分彼此压靠。
图1示出了根据本发明示例性实施方式的电子设备的横截面图。
图2示出了图1中所示的电子设备的立体剖视图。
图3示出了图1中所示的电子设备的另一立体剖视图。
图4示出了图1中所示的电子设备的立体图。
图5示出了根据本发明示例性实施方式的电子设备的制造方法的流程图。
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。
图1示出了根据本发明示例性实施方式的电子设备1的横截面图。更具体地，电子设备1包括电子部件30，该电子部件30呈平面形状并且嵌入部件承载件中，该部件承载件包括第一(上部)部件承载件部分10和第二(下部)部件承载件部分20。
在该实施方式中，电子部件30是由RF基板32形成的带状线，RF基板32在其主表面上具有电传导层结构34和36。
第一部件承载件部分10包括由芯材料制成的层14，该芯材料例如是FR-4，在层14中形成具有高度h的第一切口部12。由芯材料制成的层14中的切口部12的表面设置有诸如铜之类的电传导材料13，并且电传导材料16也被施加到芯材料14的上表面和下表面。
类似地，第二部件承载件部分20包括由芯材料制成的层24，该芯材料例如是FR-4，在层24中形成具有高度h的第二切口部22。由芯材料制成的层24中的切口部22的表面设置有诸如铜之类的电传导材料23，并且电传导材料26也被施加到芯材料14的上表面和下表面。
切口部(或凹部)12和22两者均都面对电子部件30的相应的主表面。
无流动性的预浸材料的层18置于第一部件承载件部分10的下表面与电子部件30的上表面之间。类似地，无流动性的预浸材料的层28置于第二部件承载件部分20的上表面与电子部件30的下表面之间。如所示出的，无流动性的预浸材料的层18和28不覆盖与切口部12和24相对应的部分。因此，切口部12和24在电子部件的相反的两侧限定了相应的腔。对腔进行限界的表面覆盖有电传导材料13、26，并且因此提供了优异的电磁屏蔽。腔优选地填充有空气或适合于电磁波传播的其他介质。
总之，图1中所示的结构与悬置带状线结构(SSS)相对应并具有类似的有利特性，但在更紧凑的封装中，不需要外部金属外壳以及与安装外部金属外壳相关的成本和劳动力。
图2和图3示出了图1中所示的结构在两个相应的方向上的立体剖视图。更具体地说，图2示出了在与图1的平面平行的平面中截取的电子设备1，而图3示出了在与图1所示平面垂直的平面中截取的电子设备1。
图4示出了电子设备1的从外部呈现的立体图。
如可以在图2至图4中观察到的，在第一部件承载件部分10的上表面上的电传导材料16中形成有多个端子19。如由图3中的附图标记17所指示的，端子19连接至过孔，该过孔向下延伸到除了腔15和腔25之外的设备1中。由此，带状线30(以及电子设备1中或电子设备1上的任何其他部件)可以与外部进行电通信。
图5示出根据本发明实施方式的制造电子设备的方法500的流程图，该电子设备特别是图1至图4中所示并如上所讨论的电子设备。
在510处，提供具有第一切口部12的第一部件承载件部分10，并且在520处提供具有第二切口部22的第二部件承载件部分20。
在530处，在第一切口部12的表面和第二切口部22的表面上分别设置电传导材料13、23。
在540处，在第一部件承载件部分10与第二部件承载件部分20之间布置呈平面形状的电子部件30，使得第一切口部12和第二切口部22面对电子部件30的相反的两个主表面。
最后，在550处，将第一部件承载件部分10与第二部件承载件部分20彼此压靠以形成嵌入有电子部件30的部件承载件，其中，第一切口部12和第二切口部22分别在电子部件30的相反的两侧形成第一腔15和第二腔25。
优选地，在550处按压之前，将第一粘合层18(包括例如无流动性的预浸材料)布置在第一部件承载件部分10与电子部件30之间，以及将第二粘合层28(包括例如无流动性的预浸材料)布置在第二部件承载件部分20与电子部件30之间。
综上所述，本发明提供了一种紧凑且高效的电子设备，该电子设备能够以高RF频率(特别是在“毫米波”范围中，即30GHz至300GHz之间)操作，该电子设备可以使用嵌入的部件封装(ECP)技术而容易地制造。
应当注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一个”不排除多个。而且，关于不同实施方式所描述的元件可以被组合。
还应当注意的是，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。
本发明的实现形式不限于附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，使用所示的解决方案和根据本发明的原理的多种变型也是可能的。

Claims (20)

1.一种电子设备(1)，所述电子设备包括：
电子部件(30)；和
部件承载件，所述电子部件嵌入所述部件承载件中，
其中，所述部件承载件包括具有第一切口部(12)的第一部件承载件部分(10)，并且所述部件承载件包括具有第二切口部(22)的第二部件承载件部分(20)，所述第一切口部和所述第二切口部面对所述电子部件的相反的两个主表面，
其中，在所述第一切口部的表面上和所述第二切口部的表面上设置有电传导材料(13、23)，以及
其中，所述第一切口部和所述第二切口部分别在所述电子部件的相反的两侧形成第一腔(15)和第二腔(25)。
2.根据权利要求1所述的电子设备，其中，所述电子部件包括射频基板(30)。
3.根据权利要求2所述的电子设备，其中，所述射频基板包括在第一主表面上的第一电传导层结构(32)和在与所述第一主表面相反的第二主表面上的第二电传导层结构(34)。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的电子设备，其中，所述电子部件为带状线。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的电子设备，其中，所述第一腔和所述第二腔填充有空气。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的电子设备，其中，所述第一切口部的表面和所述第二切口部的表面被电传导材料完全覆盖。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的电子设备，其中，所述第一腔具有介于0.1mm至2mm的范围中的深度，并且其中，所述第二腔具有介于0.1mm至2mm的范围中的深度。
8.根据前述权利要求中的任一项所述的电子设备，其中，所述部件承载件包括过孔，所述过孔用于与所述电子部件的位于所述第一腔和所述第二腔外部的部分相接触。
9.根据前述权利要求中的任一项所述的电子设备，其中，所述部件承载件包括具有至少一个电绝缘层结构和至少一个电传导层结构的叠置件。
10.根据前一权利要求所述的电子设备，其中，所述电子部件被安装在所述至少一个电绝缘层结构和/或所述至少一个电传导层结构上，以及/或者嵌入所述至少一个电绝缘层结构和/或所述至少一个电传导层结构中。
11.根据权利要求9或10所述的电子设备，其中，所述至少一个电传导层结构包括铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的至少一者，所提及的铜、铝、镍、银、金、钯和钨中的任一者可选地被涂覆有诸如石墨烯之类的超导材料。
12.根据权利要求9至11中的任一项所述的电子设备，其中，所述电绝缘层结构中的至少一个电绝缘层结构包括树脂、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、陶瓷和金属氧化物中的至少一者，所述树脂特别地为增强树脂或非增强树脂，例如为环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂、FR-4、FR-5。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的电子设备，其中，所述部件承载件成形为板。
14.根据前述权利要求中的任一项所述的电子设备，其中，所述部件承载件构造为印刷电路板和基板中的一者。
15.根据前述权利要求中的任一项所述的电子设备，其中，所述部件承载件构造为层压式部件承载件。
16.一种制造电子设备(1)的方法，所述方法包括：
提供(510)具有第一切口部(12)的第一部件承载件部分(10)；
提供(520)具有第二切口部(22)的第二部件承载件部分(20)；
在所述第一切口部的表面上和所述第二切口部的表面上提供(530)电传导材料(13、23)；
在所述第一部件承载件部分与所述第二部件承载件部分之间布置(540)电子部件(30)，使得所述第一切口部和所述第二切口部面对所述电子部件的相反的两个主表面；以及
将所述第一部件承载件部分与所述第二部件承载件部分彼此连接(550)以形成嵌入有所述电子部件的部件承载件，其中，所述第一切口部和所述第二切口部分别在所述电子部件的相反的两侧形成第一腔(15)和第二腔(25)。
17.根据前一权利要求所述的方法，还包括在将所述第一部件承载件部分与所述第二部件承载件部分彼此连接的步骤之前的以下步骤：
在所述第一部件承载件部分与所述电子部件之间提供第一粘合层(18)，以及
在所述第二部件承载件部分与所述电子部件之间提供第二粘合层(28)。
18.根据前一权利要求所述的方法，其中，所述第一粘合层包括与所述第一切口部相对应的切口部，并且/或者，所述第二粘合层包括与所述第二切口部相对应的切口部。
19.根据权利要求17或18所述的方法，其中，所述第一粘合层和/或所述第二粘合层包括无流动性的预浸材料或低流动性的预浸材料。
20.根据权利要求16至19中的任一项所述的方法，其中，所述连接步骤包括将所述第一部件承载件部分与所述第二部件承载件部分彼此压靠。
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