CN113163572A - 具有覆盖有超薄过渡层的部件的部件承载件 - Google Patents

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Abstract

部件承载件(100)及制造部件承载件(100)的方法，其中，该方法包括：提供包括至少一个导电层结构(104)和/或至少一个电绝缘层结构(106)的层压堆叠体(102)；用厚度(D)在从0.5nm至1μm的范围内的过渡层(110)至少部分地覆盖部件(108)；以及将部件(108)和堆叠体(102)组装在一起。

Description

具有覆盖有超薄过渡层的部件的部件承载件
技术领域
本发明涉及部件承载件和制造部件承载件的方法。
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越来越多并且这样的电子部件日益微型化以及待安装在部件承载件诸如印刷电路板上的部件的数量不断增多的背景下，越来越多地采用具有若干部件的日益更强的阵列状部件或封装件，该阵列状部件或封装件具有多个触点或连接部，在这些触点之间的间隔越来越小。移除由这样的部件和部件承载件自身在操作期间产生的热成为了日益凸显的问题。同时，部件承载件应是机械上稳固和电可靠的，以便即使在恶劣条件下也是可操作的。
以低的努力将部件组装在部件承载件上和/或部件承载件中同时可靠地确保部件的功能仍然是困难的。
可能需要以高可靠性的方式将部件与部件承载件组装在一起。
发明内容
根据本发明的示例性实施方式，提供了制造部件承载件的方法，其中，该方法包括：提供包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构的层压堆叠体；用厚度在从0.5nm至1μm的范围内的过渡层至少部分地覆盖部件；以及组装部件和堆叠体。
根据本发明的另一示例性实施方式，提供了部件承载件，其中，部件承载件包括：层压堆叠体，层压堆叠体包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构；以及部件，部件至少部分地被厚度在从0.5nm至1μm的范围内的过渡层覆盖，其中，部件与堆叠体组装在一起。
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用于提供机械支撑和/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作为用于部件的机械和/或电子承载件。特别地，部件承载件可以是印刷电路板、有机内插物和IC(集成电路)基板中的一种。部件承载件还可以是将上面所提到的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。
在本申请的上下文中，术语“堆叠体”可以特别地表示平行地安装在彼此的顶部上的多个平面层结构的布置结构。
在本申请的上下文中，术语“层结构”可以特别地表示连续层、图案化层或公共平面内的多个非连续岛。
在本申请的上下文中，术语“部件”可以特别地表示镶嵌型构件。这样的部件可以被布置在堆叠体的内部。部件可以特别地具有光学和/或电子功能。例如，这样的部件可以是半导体管芯。
在本申请的上下文中，术语“层压”可以特别地表示通过施加机械压力和/或热使层结构诸如层连接。
在本申请的上下文中，术语“过渡层”可以特别地表示构成被覆盖的部件与其环境之间的材料界面的平面的或弯曲的薄膜或其他种类的平坦结构，特别是部件承载件的环境堆叠体材料。这样的过渡层可以由用作桥接物的材料制成，以促进部件承载件的机械、电气和/或热可靠性和/或性能。过渡层可以由电绝缘材料和/或导电材料制成。
在本申请的上下文中，术语“过渡层的厚度”可以特别地表示具有均匀或基本均匀厚度的过渡层的恒定厚度、(例如具有不均匀的厚度的)过渡层的最大厚度或(例如具有不均匀的厚度的)过渡层的平均厚度。
根据本发明的示例性实施方式，提供了包括部件的、具有层压的(即，通过压力和/或热连接的)层堆叠体的部件承载件(诸如印刷电路板)。在许多情况下，这样的部件由与堆叠体的材料(例如铜、树脂和可选地增强玻璃颗粒)基本不同的材料(例如半导体材料，诸如硅)制成。因此，堆叠体材料和部件材料可以显示出较差的相互粘附性、在温度变化的情况下的不同行为以及不同的机械和电气特性。结果，具有组装部件的常规部件承载件可能遭受不期望的现象，诸如翘曲、脱层和/或内部应力和裂纹的形成。高度有利地，本发明的示例性实施方式可以使覆盖部件的至少一部分的过渡层夹入所述部件与部件承载件的层压的层堆叠体之间。结果，可以通过适当地选择过渡层的材料来调整和选择性地改进部件承载件的机械、电气和/或热可靠性。因此，可以有效地抑制翘曲、脱层和/或内部应力。因此，可以提供高度可靠的部件承载件。通过为过渡层设置在从0.5nm至1μm的范围内的超小厚度，过渡层可以适当地在功能上是有效的而又不会对部件承载件的总体厚度增加显著贡献。因此，可以以紧凑的方式制造部件承载件。同时，这样的非常小的厚度带来的结果是，过渡层的设置不会从根本上改变整个部件承载件的总体性能(例如，不会引起热膨胀系数与部件承载件的通常不均匀的材料组成的进一步的显著失配(mismatch，不匹配))，而是选择性地特别是局部地在部件与堆叠体之间的临界界面处是有效的。
在下文中，将对方法和部件承载件的另外的示例性实施方式进行说明。
在实施方式中，方法包括：在组装之前用过渡层覆盖部件。这样的程序简单且快速，因为将部件的暴露表面简单地涂覆或浸入到过渡层的液体前体过渡层的液体前体中就足够了。
在另一实施方式中，方法包括：在组装之后用过渡层覆盖部件。例如，可以在面板水平上进行对部件承载件的表面安装部件的涂覆。这允许以工业规模和高生产量进行涂覆。
在实施方式中，方法包括：对部件的表面的至少一部分和过渡层的表面的至少一部分中的至少一者进行表面处理，特别是粗糙化。特别地，可以在组装之前进行所述表面处理。特别地，除了涂覆程序之外，可以完成对待在其上形成过渡层的部件和/或过渡层的任何外表面的表面处理。这可以进一步增加部件承载件的可靠性。这样的表面处理可以例如是可以活化相应表面的等离子体处理。附加地或替代性地，表面处理可以涉及湿法蚀刻。通过表面活化，可以进一步改善粘附性。特别地，可以实施表面处理以增加被处理表面的粗糙度。从描述上讲，增加部件与堆叠体之间的连接表面积可以增强有吸引力的粘附力。
在实施方式中，方法包括：通过由涂覆、湿法工艺处理、印刷、分配和沉积组成的组中的至少一种来形成过渡层。形成过渡层的其他方法也是可能的。
在实施方式中，方法包括：通过气相沉积，特别是通过由物理气相沉积(PVD)和化学气相沉积(CVD)组成的组中的至少一种来形成过渡层。PVD表示可以用于产生薄膜和涂层的真空沉积方法。PVD由材料从凝结相变为气相并且然后回到薄膜凝结相的过程表征。PVD工艺的示例是溅镀和蒸发。CVD表示可以用于产生高品质、高性能的固体材料的真空沉积方法。在CVD中，待被过渡层覆盖的部件可以暴露于一种或多种挥发性前体，该一种或多种挥发性前体可以在部件表面上反应和/或分解以产生形成所述过渡层的期望的沉积物。特别是对于非常小的厚度，也可以通过原子层沉积(ALD)来创建过渡层。
在实施方式中，过渡层被配置用于促进部件与堆叠体之间的粘附。换句话说，过渡层可以用作粘附促进剂。这可以有效地抑制层压的层堆叠体的不期望的脱层，特别是在存在嵌入部件的情况下。
附加地或替代性地，过渡层可以被配置用于密封部件，特别是用于气密地密封部件。换句话说，过渡层可以完全地周向地包围部件并且可以使部件(例如，关于水分、关于电流和/或关于电磁辐射)与环境分离(decouple，去耦、解耦)。
进一步附加地或替代性地，过渡层可以被配置用于缓冲部件与堆叠体之间的应力。从描述上讲，这可以通过用比部件本体和/或周围堆叠体的材料柔软(特别是具有较小的杨氏模量值)的材料制作过渡层来完成。这样的过渡层可以用作机械缓冲结构，即用作机械上相对柔性或弹性的结构。这可以使所述材料高度适合于(特别是直接地)包围部件承载件的嵌入部件。这样的机械缓冲结构可以具有局部减小的杨氏模量值，并且因此可以例如在弯曲应力的情况下用作机械阻尼或力平衡结构。结果，这样的低杨氏模量的材料还可以抑制翘曲。特别地，过渡层的材料的杨氏模量值可以低于3GPa，特别是低于1GPa。
在实施方式中，部件包括至少部分地被过渡层覆盖的再分布层(其可以布置在部件本体的主表面上)。再分布层或结构可以由一个或多个电绝缘结构和一个或多个导电结构构成，并且可以用作和部件(例如半导体芯片)的焊垫有关的较小尺寸与部件承载件堆叠体或者甚至是部件承载件可以在其上安装的安装基部(诸如印刷电路板，PCB)的较大尺寸之间的电气和机械接口。这样的再分布层可以与部件的导电端子、焊垫或触点耦合，并且可以将该部件的导电端子、焊垫或触点在空间上例如朝向堆叠体的外表面进行扩展。
在实施方式中，过渡层选择性地覆盖再分布层的仅介电材料。这样的实施方式在图3中示出。替代性地，过渡层可以选择性地覆盖再分布层的仅导电材料。图4描述了这样的实施方式。仍然替代性地，过渡层可以覆盖再分布层的整个或基本上整个暴露表面。在图5中示出了相应的实施方式。因此，过渡层可以用于调整再分布层的特性及其相对于部件承载件的周围材料的关系。在又一实施方式中，过渡层覆盖再分布层的暴露表面的仅一部分，所述暴露表面的被过渡层覆盖的该部分与再分布层的暴露表面的另外的部分相比较易于经受应力和/或脱层。因此，过渡层可以选择性地覆盖整个表面的仅一部分，即特别地易于出现应力/粘附问题的部分。
在实施方式中，过渡层覆盖部件的部件本体(特别是半导体部件本体)。由于部件本体(例如一块硅)可以具有与有机堆叠体材料和铜基本不同的物理特性，因此置于部件本体与堆叠体之间的过渡层可以用作其间的匹配结构。例如，所提到的材料的热膨胀系数(CTE)可以是显著不同的，这在温度变化的情况下可能导致热应力。这样的CTE失配可以通过其间的过渡层被至少部分地补偿，该过渡层例如可以具有在部件本体的CTE值与堆叠体的另一CTE值之间的CTE值。
在实施方式中，过渡层覆盖部件的整个表面。替代性地，过渡层可以覆盖部件的仅部分表面。
在实施方式中，过渡层包括具有氢基和/或羟基的材料。这样的材料可以例如通过PVD或CVD或ALD施加。这样的材料可以用作粘附促进剂。
在实施方式中，过渡层包括具有硅烷基的材料。特别地，双官能或多官能硅烷基可以有效地促进部件与堆叠体材料之间的粘附。
在实施方式中，过渡层包括具有聚酰胺酰亚胺的材料。聚酰胺酰亚胺部件也可以对部件承载件内的粘附性产生积极影响。
在实施方式中，过渡层包括具有氧化铝的材料。例如，可以提供氧化铝涂覆或共烧的层。
在实施方式中，过渡层包括具有玻璃的材料。更具体地，可以使用玻璃涂覆或共烧的层来形成过渡层。
在实施方式中，过渡层包括具有陶瓷的材料。特别地，可以有利地实现增韧的陶瓷涂覆或共烧的层。例如，可以使用氧化铝、SiC晶须和/或SiC加石墨烯填料。
在实施方式中，过渡层包括具有树脂的材料。特别地，可以通过树脂涂层适当地钝化表面安装部件。
在实施方式中，过渡层包括具有金属化合物的材料。因此，不仅可以将电绝缘材料用于过渡层，还可以使用导电材料诸如金属化合物。
在一优选实施方式中，过渡层包括双(2-甲氧基乙基)醚和芳香族聚酰胺酰亚胺。特别地，过渡层可以包括60至95重量百分比、特别是80至90重量百分比的双(2-甲氧基乙基)醚。相应地，过渡层可以包括5至40重量百分比、特别是10至20重量百分比的芳香族聚酰胺酰亚胺。高度有利地，过渡层可以附加地包括特别是作为添加剂的N-甲基-2-吡咯烷酮。已经证明有利的是，过渡层设置有小于5重量百分比、特别是小于1重量百分比的N-甲基-2-吡咯烷酮。所提到的双(2-甲氧基乙基)醚、芳香族聚酰胺酰亚胺和N-甲基-2-吡咯烷酮的混合物在粘附促进方面显示出优异的特性。
在实施方式中，部件被嵌入在堆叠体中。特别地，所述嵌入可以是部分地嵌入(例如，可以将部件插入腔中，使得部件仍然具有表面接触部(access，访问部))。嵌入还可以是整个地嵌入，即，使得整个部件被堆叠体材料包围。特别地，部件可以完整地嵌入内部，即嵌入堆叠体内，或者可以被布置在形成在堆叠体中的腔中。将部件嵌入堆叠体中可以改善部件承载件的紧凑性，并且还可以保持堆叠体内的电连接路径较短。这又可以对信号传输质量产生积极影响，并且可以允许以节省空间的方式制造部件承载件。将一个或多个部件布置在通至堆叠体外部的腔中可以简化部件承载件的操作期间的热移除。
在另一实施方式中，部件被表面安装在堆叠体上。对于一个或多个部件在部件承载件中的上述内部嵌入或腔安装来说附加地或替代性地，还可以表面安装至少一个部件。表面安装可以简化操作期间来自对应部件的热移除，因为这样的部件可以暴露于部件承载件的环境，这简化了热传递。
在实施方式中，过渡层的厚度在从1nm至100nm的范围内，特别是在从3nm至20nm的范围内。相应地，方法可以包括形成厚度在从1nm至100nm的范围内特别是在从3nm至20nm的范围内的过渡层。因此，过渡层的厚度可以是非常小的，使得过渡层在层涂覆部件与周围的部件承载件之间的过渡处有效地实现其功能的同时不会导致部件承载件的总空间消耗的显著增加。
在实施方式中，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堆叠体。例如，部件承载件可以是所提到的电绝缘层结构和导电层结构的层压体，该层压体特别地通过施加机械压力和/或热能而形成。所提到的堆叠体可以提供板状部件承载件，该板状部件承载件能够为另外的部件提供大安装表面并且尽管如此仍然非常薄和紧凑。术语“层结构”可以特别地表示连续层、图案化层或公共平面内的多个非连续岛。
在实施方式中，部件承载件成形为板。这有助于紧凑设计，其中部件承载件仍然为在其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晶片得益于其厚度小可以被方便地嵌入薄板诸如印刷电路板中。
在实施方式中，部件承载件被配置为由印刷电路板、基板(特别是IC基板)和内插物组成的组中的一种。
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层压而形成的板状部件承载件，上述形成过程例如通过施加压力和/或通过供应热能进行。作为用于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括树脂和/或玻璃纤维，所谓的预浸料或FR4材料。例如通过激光钻孔和/或机械钻孔来形成穿过层压体的通孔并通过用导电材料(特别地铜)填充上述通孔从而形成作为通孔连接的过孔，各个导电层结构可以以期望的方式彼此连接。除了可以在印刷电路板中嵌入一个或多个部件之外，印刷电路板通常被配置用于在板状印刷电路板的一个表面或两个相反表面上容纳一个或多个部件。部件可以通过焊接连接至相应的主表面。PCB的介电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”可以特别地表示小型部件承载件。相对于PCB，基板可以是相对小型的部件承载件，一个或多个部件可以安装在该部件承载件上，并且该部件承载件可以用作一个或多个芯片与另外的PCB之间的连接介质。例如，基板可以具有与有待在其上(例如，在芯片级封装(CSP)的情况下)安装的部件(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连接部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，然而具有相显著高密度的横向和/或竖向布置的连接部。横向连接部例如是传导路径，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，并且可以用于提供所容置的部件或未被容置的部件(诸如裸晶片)特别是IC芯片与印刷电路板或中间印刷电路板的电连接、热连接和/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颗粒(诸如增强球体，特别是玻璃球体)的树脂构成。
基板或内插物可以至少包括下述项或者由下述项组成：一层玻璃、硅(Si)或者感光性或可干蚀刻的有机材料如环氧基积层材料(诸如环氧基积层膜)或聚合物化合物如聚酰亚胺、聚苯并恶唑或苯并环丁烯官能化聚合物。
在实施方式中，至少一个电绝缘层结构包括由下述组成的组中的至少一种：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、玻璃状材料)；预浸料材料(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(PTFE，特氟隆)；陶瓷；以及金属氧化物。还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。虽然预浸料特别是FR4通常对于刚性PCB是优选的，但是也可以使用其他材料特别是环氧基积层膜或感光性介电材料。对于高频应用来说，高频材料诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂、低温共烧陶瓷(LTCC)或其他低、极低或超低DK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，该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种。尽管铜通常是优选的，但是其他材料或其涂覆的变型也是可以的，特别是涂覆有超导电材料诸如石墨烯。
可以可选地表面安装在堆叠体上和/或嵌入堆叠体中的至少一个部件可以选自由下述构成的组：非导电嵌体、导电嵌体(诸如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、热传递单元(例如热管)、光导元件(例如光波导或光导体连接结构)、光学元件(例如透镜)、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或另一数据存储器)、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)、加密部件、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、蓄电池、开关、相机、天线、逻辑芯片以及能量收集单元。然而，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久磁性元件(诸如铁磁性元件、反铁磁性元件、多铁性元件或铁淦氧磁性元件，例如铁氧体磁芯)或者可以是顺磁性元件。然而，部件也可以是基板、内插物或另外的部件承载件，例如处于板中板配置。部件可以表面安装在部件承载件上和/或可以被嵌入其内部。此外，其他部件也可以用作部件。
在实施方式中，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紧力和/或热而堆叠并连接在一起的多个层结构的复合体。
在对部件承载件的内部层结构进行处理之后，可以用一个或多个另外的电绝缘层结构和/或导电层结构对称地或不对称地覆盖(特别是通过层压)经处理的层结构的一个或两个相反主表面。换句话说，积层可以持续，直到获得期望的层数为止。
在完成电绝缘层结构和导电层结构的堆叠体的形成之后，可以对获得的层结构或部件承载件进行表面处理。
特别地，就表面处理而言，可以将电绝缘的阻焊剂施加到层堆叠体或部件承载件的一个或两个相反主表面。例如，可以在整个主表面上形成诸如阻焊剂，并且然后使阻焊剂的层图案化，以便使一个或多个导电表面部分暴露，上述暴露的部分将用于将部件承载件电耦合到电子器件周缘。可以有效地保护部件承载件的仍然被阻焊剂覆盖的表面部分特别是包括铜的表面部分免受氧化或腐蚀。
就表面处理而言，也可以选择性地将表面抛光(finish，饰面、光洁度)施加到部件承载件的暴露的导电表面部分。这样的表面抛光可以是在部件承载件表面上的暴露的导电层结构(诸如焊垫、导电迹线等，特别是包括铜或由铜组成)上的导电覆盖材料。如果这样的暴露的导电层结构处于不受保护的状态，则暴露的导电部件承载件材料(特别是铜)可能会氧化，使部件承载件的可靠性降低。然后，可以使表面抛光形成为例如表面安装部件与部件承载件之间的接口。表面抛光具有保护暴露的导电层结构(特别是铜电路)并使得能够实现例如通过焊接与一个或多个部件接合的过程的功能。用于表面抛光的适当材料的示例是：有机可焊性防腐剂(OSP)；化学镍浸金(ENIG)；金(特别是硬金)；化学锡；镍金；镍钯；化学镍浸钯浸金(ENIPIG)等。
附图说明
本发明的上文定义的方面和其他方面根据下文将描述的实施方式的示例是明显的，并参考实施方式的这些示例进行解释。
图1例示了根据本发明的示例性实施方式的具有被过渡层覆盖的嵌入部件的部件承载件的截面图。
图2例示了根据本发明的另一示例性实施方式的具有被过渡层覆盖的表面安装部件的部件承载件的截面图，其中，该实施方式还包括以与图1中所示的方式类似的方式被覆盖和嵌入的另外的部件。
图3例示了根据本发明的示例性实施方式的在再分布层的介电材料上和/或在部件本体上具有过渡层的部件的截面图。
图4例示了根据本发明的另一示例性实施方式的在连接焊垫上具有过渡层的部件的截面图。
图5例示了根据本发明的又一示例性实施方式的基本上在再分布层的完整的暴露的表面上具有过渡层的部件的截面图。
图6例示了根据本发明的又一示例性实施方式的被气密地密封的过渡层完全包围的部件的截面图。附图中的例示是示意性的。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
在将参考附图更详细地描述示例性实施方式之前，将对展开本发明的示例性实施方式所基于的一些基本考虑因素进行总结。
根据本发明的示例性实施方式，提供了部件承载件，其嵌入、封装和/或表面安装有至少一个可以经受涂覆和/或表面处理的部件。更具体地，可以在将部件放置在部件承载件的堆叠体上或堆叠体中之前或之后在部件上形成过渡层，过渡层可以被配置为封装承载件印刷电路板(PCB)。
特别地，这样的附加过渡层可以用于以下目的中的一个或多个：在一个实施方式中，过渡层可以被配置为减少或解决部件与包封的层堆叠体分离的风险。附加地或替代性地，可以将过渡层配置成通过消除与一个或多个(例如，有源和/或无源)部件、传感器、内插物等的特定区域的微观裂缝以及微观间隔来至少减少局部应力集中。此外，还可以将过渡层配置用于改善层堆叠体的树脂与部件的表面之间的粘附性。除此之外，还可以将过渡层配置用于通过提供部件的气密密封来增加部件承载件的可靠性。附加地或替代性地，可以将过渡层的材料配置用于增加部件与层压型密封剂密封剂之间的亲和性。这可以是有利的，特别是对于嵌入应用来说。除此之外，本发明的示例性实施方式可以改善嵌入的不同大小和形状的部件的自由度。此外，可以通过引起对高的热的、机械和电气特性的改善来改善应力分布。特别地，即使在恶劣的环境中也可以实现可靠的操作状况(behavior，行为、性能)，避免了应力集中和裂纹扩展以及用于电化学迁移的路径。
本发明的示例性实施方式提供了在将部件放置在部件承载件堆叠体上或堆叠体中之前和/或之后在部件表面上引入附加的过渡层的制造架构(特别是在嵌入式PCB承载件系统的背景下)。
此外，本发明的示例性实施方式可以使得能够设计对被包封部件具有非常高的粘附特性的(特别是嵌入式)封装件。有利地，这可以引起明显的可靠性改善，特别是在热可靠性、化学可靠性、机械可靠性和/或电气可靠性方面。
根据本发明的示例性实施方式，可以对表面优化部件进行处理以封装在介电材料中。改性的部件表面可以提供可用的官能团，以用于相对于层压的层堆叠体的包封材料进一步改善粘附强度。有利地，可以通过促进官能团的范围的处理来引起表面改性。这可以包括部件表面原位官能化，而且还通过用对部件和密封剂具有良好结合应力的涂层材料来涂覆部件。上述过渡层还可以被配置为具有允许进一步官能化以进行优化的结合的特性。例如，可以用于形成所述过渡层的涂覆材料可以是聚合物、陶瓷、金属和/或上述这些的任意组合，以满足不同的特定于应用的需求。在实施方式中，改性的部件表面可以被配置为提供增加的官能团、增加的可湿性、增加的表面能等。过渡层还可以提供延伸的厚度，用于周期性应力变化或环境应力变化的弹性或塑性吸收，以便降低部件边缘或具有峰值应力的其他区域上的应力集中。此外，过渡层可以用作局部减震器。
在不同的实施方式中，部分的或完整的部件表面改性和/或涂覆是可能的。结果，可以获得具有改善的可靠性的部件承载件，特别是在嵌入式封装的背景下。
在实施方式中，可以实现部件承载件的嵌入部分的更可靠的粘附性能。实际上，表面优化还可以改善结合应力，并且可以有机会通过增加被处理区域中的结合而局部地使应力再分布。在实施方式中，粘附特性可以更好，并且可以改善热、机械和电气可靠性。还可以实施使部件的某些区域不受应力(distress)的工程和特定设计。特别地，可以局部地或整体地改善热机械表现性，并且可以大大抑制脱层的风险。
还可以将官能化以及涂覆技术和材料应用于过渡层，以进一步改善部件承载件的性能。
可以根据制造技术诸如中心芯部嵌入、表面安装等来实现本发明的示例性实施方式。本发明的实施方式可以使得能够以合理的努力来制造高度可靠的嵌入式封装件。此外，所述制造架构与任何期望大小和/或形状的部件的嵌入兼容。另外的优点是可达到的高产出和选择适当材料的高自由度。生产出的待被包封(特别是通过嵌入或底部填充全部或部分地包封)的部件可以显示出很高的机械、热和电气可靠性。
图1例示了根据本发明的示例性实施方式的具有被过渡层110覆盖的嵌入部件108的部件承载件100的截面图。
部件承载件100的堆叠体102可以是由多个导电层结构104和多个电绝缘层结构106构成的板状层压型层堆叠体。例如，导电层结构104可以包括图案化的铜箔和竖向通孔连接部，例如填充铜的激光过孔。电绝缘层结构106可以包括树脂(诸如环氧树脂)和在其中的可选的增强颗粒(例如玻璃纤维或玻璃球体)。例如，电绝缘层结构106可以由FR4或ABF制成。在所示实施方式中，厚的中心电绝缘层结构106可以是完全固化的芯部。
为了获得图1所示的部件承载件100，将部件108(例如半导体芯片)放置在形成在层堆叠体102中的腔(未示出)中。上述腔可以由堆叠体102的厚的中心电绝缘层结构106中的通孔限定，可以通过将临时承载件(未示出)附接到芯部的下主表面来在底侧将该通孔封闭。临时承载件可以例如是胶带。具有(在这里是向下突出的)焊垫150的部件108可以以直接物理接触的方式附接在腔中的临时承载件上。临时承载件的功能是只要部件108尚未在腔中被固定(例如胶合)在适当的位置则提供稳定性。
然后，可以通过将一个或多个另外的电绝缘层结构106和一个或多个另外的导电层结构104层压到容纳部件108的中心电绝缘层结构106的上主表面来获得图1所示的部件承载件100。例如，可以将预浸料层(作为另外的电绝缘层结构106)和一个或多个铜箔(作为另外的导电层结构104)层压在顶部。在层压过程中，另外的电绝缘层结构106的未固化材料可以变得是可流动的或者是熔化的，并且可以在堆叠体102、临时承载件和部件108之间的间隙中流动。在使另外的电绝缘层结构106的材料固化(例如交联、聚合等)后，所述间隙中的填充介质可以变成固体。
作为所描述的层压的可替代方案，还可以通过将液体粘附性材料填充在其间的间隙中来将部件108胶合在形成在堆叠体102中的腔中的适当位置。在使所述粘附性材料固化后，部件108再次被胶合在腔中的适当位置。
在已经将部件108胶合在腔内的适当位置并因此已经提供了与堆叠体102的一体连接之后，可以移除临时承载件。当临时承载件是胶带时，可以简单地将其从获得的结构的下主表面上剥离。可以使一个或多个另外的导电层结构104和电绝缘层结构106连接到和/或形成在所获得的结构的下表面处，从而获得如图1所示的堆叠体102。
通过执行所描述的制造过程，获得了所例示的具有嵌入部件108的、具有导电层结构104和电绝缘层结构106的层压堆叠体102的部件承载件100。
此外，根据图1的部件承载件100的嵌入部件108被周围的过渡层110完全周向地覆盖。过渡层110的材料可以被配置用于促进部件108与周围的层压的层堆叠体102的材料之间的粘附(例如通过向过渡层110提供羟基和/或硅烷基)。这可以减少部件承载件100的成分脱层的倾向。附加地或替代性地，过渡层110的材料可以被配置用于相对于周围的层压的层堆叠体102的材料气密地密封部件108(例如通过向过渡层110提供密封漆或塑料层)。例如，部件108可以因此被保护免受材料例如水分的任何不期望的迁移或扩散。过渡层110的材料还可以被配置用于对部件108与堆叠体102之间的应力进行缓冲(例如，通过提供由包括软环氧树脂的材料制成的过渡层110)。当被配置为机械应力缓冲物时，过渡层110可以例如由软性材料制成，例如由杨氏模量的值不大于3GPa的软性材料制成。当被具体化为应力缓冲物时，过渡层110还可以被配置用于至少部分地补偿部件108的材料(例如，当部件108被具体化为半导体芯片时的半导体材料，诸如硅)与堆叠体102的材料(诸如有机树脂、玻璃和铜)之间的CTE(热膨胀系数)失配。
例如并且取决于其作为部件承载件100的一部分的期望的技术功能，过渡层110可以包括氢基和/或羟基、硅烷基、聚酰胺酰亚胺、氧化铝、玻璃、陶瓷、树脂和/或金属化合物，以便获得上述官能化中的一种或多种。就极其有效的粘附促进而言，可以特别优选的是，过渡层110包括：80至90重量百分比的双2-甲氧基乙基醚，10至20重量百分比的芳香族聚酰胺酰亚胺，以及小于1重量百分比的N-甲基-2-吡咯烷酮(其中，本领域技术人员将理解，过渡层110的所有成分的总和总是100重量百分比)。
在图1的实施方式中，嵌入部件108的半导体部件本体118的暴露表面被过渡层110及其焊垫150的一部分覆盖。因此，根据图1，过渡层110覆盖部件108的几乎整个表面。更确切地说，除了通过孔的接触部件焊垫150的位置之外，过渡层110覆盖部件108的整个表面。更一般地，过渡层110覆盖部件108的除了和直接与导电层结构104的部分电连接的部件焊垫150有关的三个子部分之外的整个表面。
过渡层110的厚度D可以是基本均匀的，并且可以优选地在3nm至20nm的范围内，例如约10nm。这样的超薄过渡层110可以在抑制脱层和翘曲方面在功能上是适当地有效的，但对因此高度紧凑的部件承载件100的总体厚度没有显著贡献。此外，过渡层110的存在使部件承载件100的总体特性保持基本不变，并且实现了其下述任务，所示任务是特别是在嵌入部件108(其可以基本上由硅制成)与层压的层堆叠体102(其可以由环氧树脂、玻璃纤维和铜结构构成)之间的最关键界面周围的有限区域中促进粘附、抑制脱层和减少翘曲。
关于用于获得图1所示的部件承载件100的制造方法，在将部件108嵌入在堆叠体102中之前，即在将部件108放置在上述腔中之前，可以用过渡层110覆盖该部件。因此，可以有利地在嵌入过程之前施加用作附加的粘附促进剂层的过渡层110。优选地，通过气相沉积诸如物理气相沉积(PVD)或化学气相沉积(CVD)或者通过原子层沉积(ALD)来创建过渡层110。为了进一步改善粘附特性，可以使部件本体118的表面(在其被过渡层110覆盖之前)和/或过渡层110的表面(在被形成为覆盖部件本体118之后)经受表面处理，诸如通过等离子蚀刻或通过湿法蚀刻进行粗糙化。在这样的情况下，过渡层110的材料特性和表面特性都可以有助于与部件承载件100的优异粘附。
尽管已经参考图1描述了一种具体的嵌入方法，但是本发明的示例性实施方式可以用非常不同的部件封装方法来制造和/或可以用于非常不同的嵌入应用。图1的实施方式仅展示了中心芯部嵌入过程的示例。
图2例示了根据本发明的另一示例性实施方式的部件承载件100的截面图，该部件承载件具有被过渡层110覆盖的嵌入的第一部件108和被另外的过渡层110覆盖的表面安装的第二部件108。因此，在根据图2的实施方式中，第一部件108被嵌入堆叠体102内，而第二部件108被表面安装在堆叠体102的外部主表面上。
所述第一部件108可以以上面参考图1描述的方式被嵌入堆叠体102中。
所述第二部件108通过使用堆叠体102与第二部件108之间的焊接结构152建立焊接连接部而被表面安装在堆叠体102上。如所示出的，第二部件108也设置有基本上覆盖第二部件108的整个外部暴露表面的过渡层110。例如，可以在将第二部件108表面安装在堆叠体102的顶部之后，完成第二部件108的过渡层110的形成。第二部件108的过渡层110的功能可以与第一部件108的过渡层110的功能相同或不同。
因此，图2的实施方式例示了本发明的示例性实施方式还可以在部件表面例如被树脂、陶瓷或金属化合物活化或涂覆的表面安装或连接应用方面实现。
在下文中，将参考图3至图6描述覆盖有不同种类的过渡层110的部件108的各种实施方式。这些被表面覆盖的部件108中的任一种可以被嵌入在层压的层堆叠体102中(例如，如图1所示)或者可以被表面安装在层堆叠体102中的层压体上(例如，如图2所示)。图3至图6中的每一者示出了被相应的过渡层110覆盖之前和之后的对应部件108，其中，相应的箭头154示意性地例示了表面覆盖过程。
图3例示了根据本发明的示例性实施方式的部件108的截面图，该部件在部件108的再分布层112的介电材料114上(以及可选地还在部件108的部件本体118上)具有过渡层110。
因此，图3中例示的部件108设置有被布置在部件108的底表面处的再分布层112。所述再分布层112可以用作电接口，该电接口在半导体芯片世界的小尺寸焊垫(与图1和图2中的附图标记150类似，在图3中未示出但也存在)与(特别是PCB类型的)部件承载件100的世界的较大焊垫或迹线之间提供过渡。
尽管未在包括细节160的图3中完全示出(并且相应地未在包括细节162的图4和包括细节164的图5以及图6中示出)，但是再分布层112由导电部段以及介电部段构成。再分布层112中的介电部段对应于介电材料114。导电部段包括图3中(以及相应地图4、图5和图6中)示出的导电材料116。然而，导电部段还包括在由附图标记114表示的层内的将所例示的导电材料116与部件本体118隔开的导电部分。后面所提到的在介电材料114的水平处的导电部分在图3的视图中是不可见的(并且相应地在图4至图6的视图中是不可见的)。因此，与介电材料114对应的高度区域不是完全介电的，而是其还包括(未例示的)导电部分，该导电部分支持导电材料116与部件本体118之间的导电性，更具体地支持该导电材料与该部件本体的焊垫150之间的导电性。然而，在介电材料114内的所述导电部分未被暴露，并且因此未被过渡层110覆盖。
在图3的实施方式中，过渡层110仅部分地覆盖再分布层112。具体参考图3的细节160。更具体地，过渡层110选择性地覆盖再分布层112的仅介电材料114(例如聚酰亚胺)，以用于促进部件108在部件承载件100中的粘附。为此，再分布层112的介电部分可以选择性地被涂覆或活化。还可能的是，部件本体118的所例示的暴露表面也涂覆有过渡层110和/或被活化(例如，被表面活化，例如通过等离子体处理被表面活化，以用于增加表面粗糙度)。
图4例示了根据本发明的另一示例性实施方式的在再分布层112的连接焊垫上具有过渡层110的部件108的截面图。
更具体地，过渡层110选择性地覆盖再分布层112的仅导电材料116(例如铜)。具体参考图4的细节162。因此，根据图4，部件连接端子选择性地被涂覆或活化。例如，部件端子可以通过化学或者通过CVD和/或PVD工艺进行涂覆或活化以增加粘附。特别地，ALD(原子层沉积)也可以用于该目的。
然而，根据细节162，过渡层110的没有定位在导电材料116的暴露表面上的部分可以可选地被省略(即使在图4的细节162中被显示)。过渡层110的所述可选部分可以例如形成在与介电材料114有关的层内的再分布层112的(未例示的)导电部分上。
特别地，涂覆仅连接端子的过渡层110可以被施加在连接端子表面的至少一侧、若干侧或全部侧上。在生产实践中，覆盖导电材料116的除最内侧之外的任何一侧的选择是特别简单的。
图5例示了根据本发明的又一示例性实施方式的在完整的再分布层112上具有过渡层110的部件108的截面图。
因此，根据图5，过渡层110覆盖再分布层112的基本上整个暴露表面。具体参考图5的细节164。图5例示了部件连接端子被嵌入在再分布层112或其他材料中。从而在所有端子上建立再分布层112的完全涂层或覆盖物，例如以防止氧化和/或增加粘附。
图6例示了根据本发明的又一示例性实施方式的被气密地密封的过渡层110完全包围的部件108的截面图。
因此，图6的实施方式涉及部件108被树脂完全涂覆。当用树脂或底漆树脂或另一种聚合物体系涂覆整个部件108时，可以显著地增加部件承载件100与所述部件108的粘附并由此增加可靠性。
应当注意，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，可以进对结合不同的实施方式描述的元件行组合。
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附图中示出的和上文描述的优选实施方式。相反，即使在根本不同的实施方式的情况下，使用示出的方案和根据本发明的原理的多种变型也是可以的。

Claims (31)

1.一种制造部件承载件(100)的方法，其中，所述方法包括：
提供包括至少一个导电层结构(104)和/或至少一个电绝缘层结构(106)的层压堆叠体(102)；
用厚度(D)在从0.5nm至1μm的范围内的过渡层(110)至少部分地覆盖部件(108)；以及
将所述部件(108)和所述堆叠体(102)组装在一起。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述方法包括：在所述组装之前或在所述组装之后，用所述过渡层(110)覆盖所述部件(108)。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，所述方法包括：形成厚度(D)在1nm至100nm的范围内、特别是在3nm至20nm的范围内的所述过渡层(110)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：对所述部件(108)的表面的至少一部分和所述过渡层(110)的表面的至少一部分中的至少一者进行表面处理，特别是粗糙化。
5.根据权利要求1至4中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：通过由涂覆、湿法工艺处理、印刷、分配和沉积组成的组中的至少一种来形成所述过渡层(110)。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中，所述方法包括：通过气相沉积，特别是通过由物理气相沉积和化学气相沉积组成的组中的至少一种，来形成所述过渡层(110)。
7.部件承载件(100)，其中，所述部件承载件(100)包括：
层压堆叠体(102)，所述层压堆叠体包括至少一个导电层结构(104)和/或至少一个电绝缘层结构(106)；以及
部件(108)，所述部件至少部分地被厚度(D)在0.5nm至1μm的范围内的过渡层(110)覆盖；
其中，所述部件(108)与所述堆叠体(102)组装在一起。
8.根据权利要求7所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)被配置用于促进所述部件(108)与所述堆叠体(102)之间的粘附。
9.根据权利要求7或8所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)被配置用于密封所述部件(108)，特别是用于气密地密封所述部件。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)被配置用于对所述部件(108)与所述堆叠体(102)之间的应力进行缓冲。
11.根据权利要求7至10中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述部件(108)包括再分布层(112)，所示再分布层至少部分地被所述过渡层(110)覆盖。
12.根据权利要求11所述的部件承载件(100)，包括以下特征中的至少一个：
所述过渡层(110)选择性地覆盖所述再分布层(112)的仅介电材料(114)；
所述过渡层(110)选择性地覆盖所述再分布层(112)的仅导电材料(116)；
特别地，所述过渡层(110)覆盖所述再分布层(112)的除了所述再分布层(112)的导电材料(116)的与至少一个部件焊垫(150)接触的至少一个表面部分之外的整个暴露表面；
所述过渡层(110)覆盖所述再分布层(112)的暴露表面的仅一部分，所述暴露表面的被所述过渡层覆盖的该部分与所述再分布层(112)的暴露表面的另外的部分相比较易于经受应力和/或脱层。
13.根据权利要求7至12中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述部件(108)的部件本体(118)特别是半导体部件本体被所述过渡层(110)覆盖。
14.根据权利要求7至13中任一项所述的部件承载件(100)，包括以下特征中的一个：
其中，所述过渡层(110)覆盖所述部件(108)的整个表面；
其中，所述过渡层(110)覆盖所述部件(108)的除了至少一个部件焊垫(150)的与所述至少一个导电层结构(104)直接电连接的至少一部分之外的整个表面。
15.根据权利要求7至14中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括具有氢基和/或羟基的材料。
16.根据权利要求7至15中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括具有硅烷基的材料。
17.根据权利要求7至16中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括具有聚酰胺酰亚胺的材料。
18.根据权利要求7至17中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括具有氧化铝的材料。
19.根据权利要求7至18中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括具有玻璃的材料。
20.根据权利要求7至19中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括具有陶瓷的材料。
21.根据权利要求7至20中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括具有树脂的材料。
22.根据权利要求7至21中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括具有金属化合物的材料。
23.根据权利要求7至22中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括双(2-甲氧基乙基)醚和芳香族聚酰胺酰亚胺。
24.根据权利要求23所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括60至95重量百分比、特别是80至90重量百分比的双(2-甲氧基乙基)醚。
25.根据权利要求23或24所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括5至40重量百分比、特别是10至20重量百分比的芳香族聚酰胺酰亚胺。
26.根据权利要求23至25中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括N-甲基-2-吡咯烷酮。
27.根据权利要求26所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)包括小于5重量百分比、特别是小于1重量百分比的N-甲基-2-吡咯烷酮。
28.根据权利要求7至27中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述部件(108)嵌入在所述堆叠体(102)中，特别是部分地或完全地嵌入在所述堆叠体中。
29.根据权利要求7至27中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述部件(108)被表面安装在所述堆叠体(102)上。
30.根据权利要求7至29中任一项所述的部件承载件(100)，其中，所述过渡层(110)的厚度(D)在从1nm至100nm的范围内，特别是在从3nm至20nm的范围内。
31.根据权利要求7至30中任一项所述的部件承载件(100)，包括以下特征中的至少一个：
其中，所述部件(108)选自由下述组成的组：电子部件、非导电嵌体和/或导电嵌体、热传递单元、光导元件、光学元件、桥接物、能量收集单元、有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储设备、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电子接口元件、电压转换器、加密部件、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、累加器、开关、相机、天线、磁性元件、另外的部件承载件以及逻辑芯片；
其中，所述至少一个导电层结构(104)包括由铜、铝、镍、银、金、钯和钨组成的组中的至少一种，上述材料中的任何材料可选地涂覆有超导电材料诸如石墨烯；
其中，所述至少一个电绝缘层结构(106)包括由下述组成的组中的至少一种：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；预浸材料；聚酰亚胺；聚酰胺；液晶聚合物；环氧基积层材料；聚四氟乙烯；陶瓷；以及金属氧化物；
其中，所述部件承载件(100)被成形为板；
其中，所述部件承载件(100)被配置为由印刷电路板和基板组成的组中的一种；
其中，所述部件承载件(100)被配置为层压型部件承载件。
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