CN112291927A - 一种元件嵌入式封装方法及集成电路构件 - Google Patents

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CN112291927A CN202010943954.1A CN202010943954A CN112291927A CN 112291927 A CN112291927 A CN 112291927A CN 202010943954 A CN202010943954 A CN 202010943954A CN 112291927 A CN112291927 A CN 112291927A
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Abstract

本发明涉及PCB板封装技术领域，公开了一种元件嵌入式封装方法及集成电路构件，包括以下步骤：在芯板上开设通槽；在芯板下表面覆盖定位层，将元件定位；使用第一填充层对通槽上表面进行填充，使用第二填充层对芯板上表面进行填充；去掉芯板下表面的定位层；使用第三填充层对通槽下表面进行填充，使用第四填充层对芯板下表面进行填充；在第二填充层和第四填充层的外侧分别设置介电层和介电层导电线路；钻孔；对钻孔的内表面进行导电处理。其有益效果在于，在PCB板的压制工艺中增加局部补强填充的方法，局部范围内有针对性地对元件与槽腔之间纵深比较大的缝隙进行补充填充，较小面积的补强胶层既增加了填充量也改善了填充均匀性。

Description

一种元件嵌入式封装方法及集成电路构件
技术领域
本发明涉及PCB板封装技术领域，特别是涉及一种印制电路板的元件嵌入方法及集成电路构件。
背景技术
随着电子产品向小体积高性能的发展趋势，PCB印制线路板需要承载的电子元件越来越多，而PCB印制板表面空间有限，因此越来越多的原本贴装于PCB印制板表面的电子元件通过内埋方式直接封装到PCB板内，这样可以节省表面贴装空间，减小产品体积，提高性能。
现有技术已经提供了比较成熟的在PCB的芯板中埋置元件的方法。但是，由于电子产品的轻薄化，现有技术提供的方法也是针对比较轻薄的元件的埋置方法。但是，在有些领域中电子元器件还是比较厚，在埋置比较厚的元件时，遇到很大的难度。通常在PCB印制线路板的芯板层埋置厚的元件时，芯板也要求比较厚，芯板上开的空腔槽也比较大，这样一来埋置元件后，元件与槽腔之间的空隙也比较深，填充时常常遇到填充不充分，出现中空的气泡，或者需要反复多次填充，这会导致大范围的填充不充分或填充不均，品质受到很大影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：提供一种元件嵌入式封装方法及集成电路构件，以解决PCB板中埋入元件时填充不充分的问题，尤其是在PCB中埋入较厚元件时的填充问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种元件嵌入式封装方法及集成电路构件，其中，所述方法包括以下步骤：
在芯板上开设至少一个与元件尺寸相适应的通槽；
在芯板下表面覆盖定位层，将元件从芯板上表面置于通槽中并与定位层连接；
使用第一填充层对通槽上表面进行填充，使用第二填充层对芯板上表面进行填充；
去掉芯板下表面的定位层；
使用第三填充层对通槽下表面进行填充，使用第四填充层对芯板下表面进行填充；
在第二填充层和第四填充层的外侧分别设置介电层和介电层导电线路；
钻孔，以连通元件导电线路与介电层导电线路；
对钻孔的内表面进行导电处理，使元件导电线路与介电层导电线路电连接。
上述元件嵌入式封装方法，其中，填充层为热熔胶，使用预热的非流动第一填充层覆盖通槽，再使用预热的非流动第二胶质层覆盖整个芯板，最后对第一胶质层和第二胶质层进行热压，热熔胶受热流动，填充通槽与元件之间的上部缝隙以及芯板上表面；使用预热的非流动第三填充层覆盖通槽，再使用预热的非流动第四填充层覆盖整个芯板，最后对第三填充层和第四填充层进行热压，热熔胶受热流动，填充通槽与元件之间的下部缝隙以及芯板下表面。
上述元件嵌入式封装方法，其中，第一填充层完全覆盖通槽上表面但不大于芯板的表面，第三填充层完全覆盖通槽下表面但不大于芯板的表面。
上述元件嵌入式封装方法，其中，孔的内表面导电处理为电镀孔或导电柱或孔洞内注入导电膏/银浆所形成的具有电气属性的孔。
上述元件嵌入式封装方法，其中，定位层为接触面具有粘性的带状层。
上述元件嵌入式封装方法，其中，介电层通过热压PP半固化片设置，介电层导电线路通过热压铜箔设置。
上述元件嵌入式封装方法，其中，还包括对芯板的常规加工：开料、钻孔、除胶、沉铜电镀、内层PCB布局转移和棕化，
上述元件嵌入式封装方法，其中，还包括对芯板增层的常规加工：除胶、棕化和外层PCB布局转移。
上述元件嵌入式封装方法，以下步骤重复至少4次：在芯板外侧分别设置介电层和介电层导电线路，钻孔，对钻孔的内表面进行导电处理。
一种利用上述元件嵌入式封装方法制备的集成电路构件，包括：
芯板，所述芯板上设置至少一个通槽；
元件，设置在所述芯板的通槽中；
第一填充层，设置在所述通槽的上表面，用于填充元件与通槽上部之间的缝隙；
第二填充层，设置在所述芯板上表面的第一填充层外侧，用于将元件封堵在通槽中；
第三填充层，设置在所述通槽的下表面，用于填充元件与通槽下部之间的缝隙；
第四填充层，设置在所述芯板下表面的第三填充层外侧，用于将元件封堵在通槽中；
介电层，设置在所述芯板上表面的第二填充层和下表面的第四填充层外侧，所述介电层至少为一层；
第一导电线路，设置在介电层的外侧面上；
第二导电线路，所述第二导电线路穿过第一填充层、第二填充层和介电层，分别与元件和第一导电线路电性连接。
上述的集成电路构件，其中，设置在通槽上开口的第一填充层和下开口的第三填充层外轮廓不小于通槽的横截面轮廓。
本发明实施例一种元件嵌入式封装方法及集成电路构件与现有技术相比，其有益效果在于：在PCB板的压制工艺中增加局部补强填充的方法，仅在槽腔位置额外增加小面积的胶层，局部范围内有针对性地对元件与槽腔之间纵深比较大的缝隙进行补充填充，较小面积的补强胶层既增加了填充量也改善了填充均匀性。
本发明实施例的补强填充方法可操作性强，适于工业生产。
附图说明
图1是本发明实施例的PCB板嵌入元件的方法流程图；
图2是本发明实施例的补强填充方法示意图；
图3是本发明实施例的PCB板嵌入元件的结构示意图。
图中，1、芯板；2、元件；3、通槽；4、胶带；5、第一填充层；6、第二填充层；7、第三填充层；8、第四填充层；9、介电层；10、第一导电线路；11、孔；11a、第二导电线路。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于约束本发明。
如图1所示，本发明优选实施例的一种元件嵌入式封装方法及集成电路构件，其中，所述方法包括以下步骤：
S100.在芯板上开设通槽，开设通槽的尺寸依据所放置的元件尺寸而定，开设通槽的数量依据所放置的元件数量而定。
S200.在芯板下表面覆盖定位层，具体为粘贴定位胶带4，如图2所示的位置，将元件2从芯板1上表面置于通槽3中并粘贴在胶带4上进行固定。此步骤可由贴片机自动完成，贴片机以芯板板面设定的图形Mark点为参考，读取原件轮廓或图形，将元件放置于槽内，由胶带初步固定。
S300.如图2所示，将第一填充层5放置在芯板上表面并覆盖住通槽3上开口，第一填充层5为热熔胶层，尺寸略大于通槽，仅需完全覆盖住通槽3上开口即可；芯板1上开设了多个通槽3时，就需要准备数量和尺寸均匹配的多个胶层；每个胶层经预热达到具有粘性但不流胶的状态，此时覆盖在芯板1的的上表面可初步固定；
再将第二填充层6覆盖在芯板1上表面，第二填充层6同样为热熔胶层，尺寸与芯板1相同，可完全覆盖芯板1；胶层经预热达到具有粘性但不流胶的状态，此时覆盖在芯板1的上表面可初步固定；
对上述两层胶层同时进行热压，胶层达到流胶的状态，第一填充层5的胶质渗入通槽3与元件2之间的空隙，第二填充层6的胶质完全填充芯板1上表面，并且，在第一填充层5不能完全把通槽上部填满时，第二填充层6上的流胶也会填充通槽上部剩余的空隙，待温度降低胶质凝固后，元件2由胶层基本固定。
S400.去掉芯板下表面的定位胶带4，此时的元件已经由上表面的胶层定位。
S500.将芯片翻转过来，使得芯板的下表面朝上。再次对芯板下表面进行胶质填充，将第三填充层覆盖在通槽下表面，第三填充层为热熔胶层，尺寸略大于通槽，仅需完全覆盖住通槽即可；芯板上开设了多少个通槽，就需要准备多少个尺寸相配合的胶层；每个胶层经预热达到具有粘性但不流胶的状态，此时覆盖在通槽的下表面可初步固定；
再将第四填充层覆盖在芯板下表面，第四填充层同样为热熔胶层，尺寸与芯板相同，可完全覆盖芯板；胶层经预热达到具有粘性但不流胶的状态，此时覆盖在芯板的下表面可初步固定；
对上述两层胶层同时进行热压，胶层达到流胶的状态，第三填充层的胶质渗入通槽与元件之间的剩余空隙，第四填充层的胶质完全填充芯板下表面，待温度降低胶质凝固后，元件被完全固定。
S600.在第二填充层和第四填充层的外侧分别设置介电层和介电层导电线路，即在芯板的上下表面填充层外侧分别设置PP半固化片和铜箔，然后对两侧热压成型。
S700.由镭射机对芯板外侧的填充层、介电层钻孔，以连通元件导电线路与介电层导电线路。
S800.对钻孔的内表面进行沉铜电镀，使元件导电线路与介电层导电线路电连接，实现元件与PCB板的互连。
上述S600至S800可重复循环，实现PCB板的多次增层，每层介电层导电线路通过沉铜电镀的镭射孔实现互连，最内层介电层导电线路通过此层的镭射孔与元件导电线路互连，最终实现PCB板各层线路与元件互连。优选方案为4层以上介电层导线电路。
上述步骤中热压介电层和介电层导电线路的过程又叫做层压或增层，介电层的原料半固化片(Prepreg)，是芯板之间(PCB层数＞4)，以及芯板与外层铜箔之间的粘合剂，同时也起到绝缘的作用。
下层的铜箔和两层半固化片已经提前通过对位孔和下层的铁板固定好位置，然后将制作好的芯板也放入对位孔中，最后依次将半固化片、铜箔和承压的铝板覆盖到芯板上。
将被铁板夹住的PCB板子们放置到支架上，然后送入真空热压机中进行层压。真空热压机里的高温可以融化半固化片里的环氧树脂，在压力下将芯板们和铜箔们固定在一起。
层压完成后，卸掉压制PCB的上层铁板。然后将承压的铝板拿走，铝板还起到了隔离不同PCB以及保证PCB外层铜箔光滑的责任。这时拿出来的PCB的两面都会被一层光滑的铜箔所覆盖。
在PCB板增层之前还可以做棕化处理，棕化的作用主要有：
1.去除表面的油脂，杂物等，保证板面的清洁度。
2.棕化后使基板铜面有一层均匀的绒毛，从而增加基板与半固化片的结合力，从而避免分层爆板等问题。
3.棕化后必须在一定时间内压合，避免棕化层吸水，导致爆板。
上述PCB板中嵌入的元件包括但不限于电容、电阻、电感和磁珠器件。
开设的通槽的尺寸取决于所要嵌入的元件的尺寸，PCB芯板上的通槽的布局同样是依据元件的布局进行，较佳的是，嵌入去耦电容和滤波电容等元件布局在电源管理系统及IC的正下方，信号的传输路径短，有效的降低EMI及电源纹波和电源噪声，且有利于IC的散热处理。
PCB板的制作工艺还包括以下的主要常用步骤。
内层PCB布局转移：
制作最中间芯板(Core)的两层线路。覆铜板清洗干净后会在表面盖上一层感光膜。这种膜遇到光会固化，在覆铜板的铜箔上形成一层保护膜。将两层PCB布局胶片和双层覆铜板，最后插入上层的PCB布局胶片，保证上下两层PCB布局胶片层叠位置精准。
感光机用UV灯对铜箔上的感光膜进行照射，透光的胶片下，感光膜被固化，不透光的胶片下是没有固化的感光膜。固化感光膜底下覆盖的铜箔就是需要的PCB布局线路。
用碱液将没有固化的感光膜清洗掉，需要的铜箔线路将会被固化的感光膜所覆盖。再用强碱，比如NaOH将不需要的铜箔蚀刻掉。将固化的感光膜撕掉，露出需要的PCB布局线路铜箔。
钻孔以连接芯板导电线路：
首先要钻出上下贯通的穿孔来打通PCB，然后把孔壁金属化来导电。
用X射线钻孔机机器对内层的芯板进行定位，机器会自动找到并且定位芯板上的孔位，然后给PCB打上定位孔，确保接下来钻孔时是从孔位的正中央穿过。
将一层铝板放在打孔机机床上，然后将PCB放在上面。由于钻孔是一个比较慢的工序，为了提高效率，根据PCB的层数会将1～3个相同的PCB板叠在一起进行穿孔。最后在最上面的PCB上盖上一层铝板，上下两层的铝板是为了当钻头钻进和钻出的时候，不会撕裂PCB上的铜箔。
接下来操作员只需要选择正确的钻孔程序，剩下的是由钻孔机自动完成。钻孔机钻头是通过气压驱动的，最高转度能达到每分钟15万转，这么高的转速足以保证孔壁的光滑。
在之前的层压工序中，融化的环氧树脂被挤压到了PCB外面，所以需要进行切除。靠模铣床根据PCB正确的XY坐标对其外围进行切割。
孔壁的铜化学沉淀：
过程和之前元件钻孔的沉铜电镀一样，由于几乎所有PCB设计都是用穿孔来进行连接的不同层的线路，一个好的连接需要25微米的铜膜在孔壁上。这种厚度的铜膜需要通过电镀来实现，但是孔壁是由不导电的环氧树脂和玻璃纤维板组成。所以第一步就是先在孔壁上堆积一层导电物质，通过化学沉积的方式在整个PCB表面，也包括孔壁上形成1微米的铜膜。整个过程比如化学处理和清洗等都是由机器控制的。
外层PCB布局转移：
将外层的PCB布局转移到铜箔上，过程和之前的内层芯板PCB布局转移原理差不多，都是利用影印的胶片和感光膜将PCB布局转移到铜箔上。
PCB上被固化感光膜覆盖的为线路，清洗掉没固化的感光膜，露出的铜箔被蚀刻后，PCB布局线路被固化的感光膜保护而留下。PCB上被固化的感光膜覆盖的为非线路区。清洗掉没固化的感光膜后进行电镀。有膜处无法电镀，而没有膜处，先镀上铜后镀上锡。退膜后进行碱性蚀刻，最后再退锡。线路图形因为被锡的保护而留在板上。
将清洗好两面铜箔的PCB放入压膜机，压膜机将感光模压制到铜箔上。通过定位孔将上下两层影印的PCB布局胶片固定，中间放入PCB板。然后通过UV灯的照射将透光胶片下的感光膜固化，也就是需要被保留的线路。
清洗掉不需要的、没有固化的感光膜后，对其进行检查。将PCB用夹子夹住，将铜电镀上去。之前提到，为了保证孔位有足够好的导电性，孔壁上电镀的铜膜必须要有25微米的厚度，所以整套系统将会由电脑自动控制，保证其精确性。
计算机控制与电镀铜：
在铜膜电镀完成之后，电脑还会安排再电镀上一层薄薄的锡。
卸载下镀完锡的PCB板后进行检查，保证电镀的铜和锡的厚度正确。
接下来完成蚀刻的工序，首先将PCB板上被固化的感光膜清洗掉，然后用强碱清洗掉被其覆盖的不需要的铜箔，再用退锡液将PCB布局铜箔上的锡镀层退除。
如图3所示，本发明优选实施例的一种利用上述元件嵌入式封装方法制备的集成电路构件，包括：芯板1和元件2，芯板1上设置与元件2数量匹配的通槽3，元件2设置在芯板1的相应通槽3中；还包括设置在通槽3上表面的第一填充层5，设置在芯板1上表面的第一填充层5外侧的第二填充层6，设置在通槽下表面的第三填充层7，设置在芯板1上表面的第三填充层7外侧的第四填充层8，设置在芯板1上表面的第二填充层6和下表面的第四填充层8外侧的介电层9，设置在介电层9的外侧面上的第一导电线路10，以及穿过填充层和介电层9分别与元件2和第一导电线路10电性连接的第二导电线路11a。
第一～第四填充层为粘结胶或树脂。第一填充层5外轮廓不小于通槽3的横截面轮廓，用于填充元件2与通槽3之间的缝隙。第二填充层6外轮廓与芯板1相同，用于将元件2封堵在通槽3中。芯板1上下两面的介电层9至少为一层，两侧的介电层9需对称的增加。第二导电线路11a是通过在PCB板上元件对应的位置镭射孔11，在对孔11进行沉铜电镀，实现元件导电线路与介电层导电线路的电连接。具体地，在镭射孔时，对准元件的PIN脚位置，对覆盖在元件上的填充层和介电层镭射孔，再在孔壁上堆积一层导电物质，一般选用铜，形成25微米的铜膜。
胶层有多种选择，如环氧树脂、聚酰亚胺、液晶聚合物、ABF膜、聚四氟乙烯、双马来醯亚胺－三嗪树脂、聚对二甲苯或笨丙环丁烯。
将元件内置在PCB板中，大大节省了其表面的布线空间，其电阻值可以达到10K欧姆以上，电容可以达到UF级。
较佳的元件位置是设置在电源管理系统及IC的正下方，信号的传输路径短，有效的降低EMI及电源纹波和电源噪声，且有利于IC的散热处理。
介电层为PP半固化片压制而成，是多层芯板之间，以及芯板与外层铜箔之间的粘合剂，同时也起到绝缘的作用。
综上，本发明实施例提供一种元件嵌入式封装方法，所述方法包括以下步骤：
S100.在芯板上开设至少一个与元件尺寸相适应的通槽；
S200.在芯板下表面覆盖定位层，将元件从芯板上表面置于通槽中并与定位层连接；
S300.使用第一填充层对通槽上表面进行填充，使用第二填充层对芯板上表面进行填充；
S400.去掉芯板下表面的定位层；
S500.使用第三填充层对通槽下表面进行填充，使用第四填充层对芯板下表面进行填充；
S600.在第二填充层和第四填充层的外侧分别设置介电层和介电层导电线路；
S700.钻孔，以连通元件导电线路与介电层导电线路；
S800.对钻孔的内表面进行导电处理，使元件导电线路与介电层导电线路电连接。
还提供了一种集成电路构件，包括：
芯板，所述芯板上设置至少一个通槽；
元件，设置在所述芯板的通槽中；
第一填充层，设置在所述通槽的上表面，用于填充元件与通槽上部之间的缝隙；
第二填充层，设置在所述芯板上表面的第一填充层外侧，用于将元件封堵在通槽中；
第三填充层，设置在所述通槽的下表面，用于填充元件与通槽下部之间的缝隙；
第四填充层，设置在所述PCB芯板下表面的第三填充层外侧，用于将元件封堵在通槽中；
介电层，设置在所述PCB芯板上表面的第二填充层和下表面的第四填充层外侧，所述介电层至少为一层；
第一导电线路，设置在介电层的外侧面上；
第二导电线路，所述第二导电线路穿过填充层和介电层，分别与元件和第一导电线路电性连接。
本发明的方法与现有技术相比，在PCB板的压制工艺中增加局部补强填充的方法，仅在槽腔位置额外增加小面积的胶层，局部范围内有针对性地对元件与槽腔之间纵深比较大的缝隙进行补充填充，较小面积的补强胶层既增加了填充量也改善了填充均匀性。可操作性强，适于工业生产。本发明使用局部补强填充层的PCB板对槽腔填充充分、一次成型，加工后的PCB板产品结构稳定、品质优良，极大地提高了生产效率。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通计数人员来说，在不脱离本发明计数原理的前提下，还可以做出若干改进和替换，这些改进和替换也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种元件嵌入式封装方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：
在芯板上开设至少一个与元件尺寸相适应的通槽；
在芯板下表面覆盖定位层，将元件从芯板上表面置于通槽中并与定位层连接；
使用第一填充层对通槽上开口进行填充，使用第二填充层对芯板上表面进行填充；
去掉芯板下表面的定位层；
使用第三填充层对通槽下开口进行填充，使用第四填充层对芯板下表面进行填充；
在第二填充层和第四填充层的外侧分别设置介电层和介电层导电线路；
钻孔，以连通元件导电线路与介电层导电线路；
对钻孔的内表面进行导电处理，使元件导电线路与介电层导电线路电连接。
2.根据权利要求1所述的元件嵌入式封装方法，其特征在于：所述第一填充层、第二填充层、第三填充层和第四填充层均为热熔胶，使用预热的非流动第一填充层覆盖通槽，再使用预热的非流动第二填充层覆盖整个芯板，最后对第一填充层和第二填充层进行热压，热熔胶受热流动，填充通槽与元件之间的上部缝隙以及芯板上表面；使用预热的非流动第三填充层覆盖通槽，再使用预热的非流动第四填充层覆盖整个芯板，最后对第三填充层和第四填充层进行热压，热熔胶受热流动，填充通槽与元件之间的下部缝隙以及芯板下表面。
3.根据权利要求1所述的元件嵌入式封装方法，其特征在于：所述第一填充层、所述第三填充层均与所述通槽尺寸相适应，所述第一填充层完全覆盖所述通槽上开口但小于芯板的上表面；第三填充层完全覆盖通槽下开口但小于芯板的下表面。
4.根据权利要求1所述的元件嵌入式封装方法，其特征在于：钻孔的内表面导电处理为形成电镀孔或导电柱，或孔洞内注入导电膏/银浆形成的具有电气属性的孔。
5.根据权利要求1所述的元件嵌入式封装方法，其特征在于：定位层为接触面具有粘性的带状层。
6.根据权利要求1所述的元件嵌入式封装方法，其特征在于：介电层通过热压PP半固化片设置，介电层导电线路通过热压铜箔设置。
7.根据权利要求1所述的元件嵌入式封装方法，其特征在于，还包括对芯板的常规加工：开料、钻孔、除胶、沉铜电镀、内层PCB布局转移和棕化；
还包括对芯板增层的常规加工：除胶、棕化和外层PCB布局转移。
8.根据权利要求1所述的元件嵌入式封装方法，其特征在于，以下步骤重复至少4次：
在芯板外侧分别设置介电层和介电层导电线路。
9.一种利用权利要求1－8任意一项所述的元件嵌入式封装方法制备的集成电路构件，其特征在于：包括，
芯板(1)，所述芯板(1)上设置至少一个通槽(3)；
元件(2)，设置在所述PCB芯板(1)的通槽(3)中；
第一填充层(5)，设置在所述通槽(3)的上开口，用于填充元件(2)与通槽(3)上部之间的缝隙；
第二填充层(6)，设置在所述芯板(1)上表面并覆盖所述芯板(1)的上表面；
第三填充层(7)，设置在所述通槽(3)的下开口，用于填充元件(2)与通槽(3)下部之间的缝隙；
第四填充层(8)，设置在所述PCB芯板(1)下表面并覆盖所述芯板(1)的下表面；
介电层(9)，设置在所述第二填充层(6)的上表面和/或所述第四填充层(8)的下表面，所述介电层(9)至少为一层；
第一导电线路(10)，设置在介电层(9)的外侧面上；
第二导电线路(11a)，所述第二导电线路(11a)穿过第一填充层(5)、第二填充层(6)和介电层(9)，分别与元件(2)和第一导电线路(10)电性连接；
和/或
所述第二导电线路(11a)穿过第三填充层(7)、第四填充层(8)和介电层(9)，分别与元件(2)和第一导电线路(10)电性连接。
10.根据权利要求9所述的集成电路构件，其特征在于：设置在通槽(3)上开口的第一填充层(5)和下开口的第三填充层(7)外轮廓不小于通槽(3)的横截面轮廓。
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