CN113453429A - 部件承载件及其制造方法、电子装置和介电元件的用途 - Google Patents
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Abstract
描述了一种部件承载件(100),该部件承载件包括:i)层叠置件(106),该层叠置件包括至少一个电绝缘层结构(102)和至少一个电传导层结构(104);ii)腔(108),该腔形成在层叠置件(106)中;iii)介电元件(110),该介电元件至少部分地布置在腔(108)中,其中,介电元件(110)与层叠置件(106)是能够电磁耦合的;以及iv)电绝缘连接材料(120),该电绝缘连接材料位于介电元件(110)与层叠置件(106)之间。此外,还提供了一种制造部件承载件(100)的方法、一种电子装置和一种介电元件(110)的用途。
Description
技术领域
本发明涉及部件承载件、包括该部件承载件的电子装置、制造该部件承载件的方法以及介电元件的用途。
背景技术
在配装有一个或更多个电子部件的部件承载件的产品功能不断增加并且这种电子部件的逐步小型化以及要被安装在诸如印刷电路板之类的部件承载件上的电子部件的数量不断增多的背景下,采用了具有多个电子部件的越来越强大的阵列状部件或封装件,这些阵列状部件或封装件具有多个接触部或连接部,其中,这些接触部之间的间隔越来越小。对在操作期间由这种电子部件和部件承载件自身产生的热的移除成为日益凸显的问题。同时,部件承载件应当在机械上稳定且在电气上和磁性上可靠,以便即使在恶劣的条件下也能够操作。
特别地,以紧凑(稳定)但仍然灵活的方式提供具有电磁功能(例如天线或雷达功能)的部件承载件仍然是挑战。例如,外部组装的部件(比如安装在部件承载件上的天线部件)经受从部件承载件(经由馈送线路)行进至天线部件的电磁波的非最优过渡。由于所需的着陆垫和/或由于馈送线路至天线部件的较长距离,因此只能实现天线部件与部件承载件之间的弱耦合。此外,表面安装的部件使整个系统的高度增加,这可能是主要的问题,尤其在移动手持装置行业中更是如此。不仅在x、y方向上小型化而且还在z方向上小型化可能被认为是移动行业中的重要趋势。
常规上,天线部件通常基于可以占据大面积的薄的平面金属微带“贴片”元件。这种天线元件通常包括布置在接地基板上的金属带或贴片。然而,这些结构一般需要很大的空间,特别是在Z方向上需要很大的空间(尤其是当安装在部件承载件上时更是如此),并且可能经受诸如低辐射效率(例如,表面波和导体损耗)和窄阻抗带宽之类的缺点。当使用高频领域中的行业相关的技术、例如毫米波导和/或4G/5G应用时,尤其要经受上述缺点。
特别地,由4G标准提供的通用数据速率可能无法支持对于诸如物联网(loT)和基带应用之类的未来发展来说的通信需求。因此,即将到来的5G解决方案必须提供高的Gbit/s数据速率,以克服波谱的所谓的Sub-6GHz和“毫米波”范围(即1GHz与300GHz之间)的损耗。未来的技术发展可能需要不断的小型化以及就部件承载件而言的信号完整性的改进。
发明内容
本发明的目的是以紧凑、可靠并且还(设计)灵活的方式提供一种具有电磁功能的部件承载件。
为了实现以上限定的目的,提供了根据本申请的部件承载件、电子装置、制造部件承载件的方法以及介电元件的用途。
根据本发明的方面,提供了一种部件承载件(例如,基板或印刷电路板)。部件承载件包括:i)(层)叠置件,该叠置件包括至少一个电绝缘层结构(例如,诸如FR4之类的多层印刷电路板树脂材料)和至少一个电传导层结构(例如,导体迹线和导体平面),ii)腔,该腔形成在层叠置件中(例如,该腔通过机械/激光钻孔或蚀刻来提供),iii)介电元件(例如,诸如DRA之类的介电块),该介电元件至少部分地布置在腔中(特别地,介电元件通过电绝缘嵌入材料而至少部分地嵌入(封装)在腔中)。由此,介电元件与层叠置件是能够电磁耦合的(被耦合的)(例如,通过介电元件与层叠置件的电传导传输层之间的电磁波的传输)。特别地,部件承载件还包括iv)电绝缘连接材料,该电绝缘连接材料(例如,胶粘物、(层叠置件材料)预浸料、封装材料)位于介电元件与层叠置件之间(在腔中)(并且由此,以(仅)电绝缘的方式将介电元件与层叠置件连接,特别地,在没有电连接部的情况下以(仅)电绝缘的方式将介电元件和层叠置件连接)。
根据本发明的另一方面,描述了一种电子装置。该电子装置包括:i)如上所述的部件承载件,以及ii)4G功能、5G功能、毫米波导功能、WiFi功能、天线功能、雷达功能、滤波器功能、RF/HF耦合功能中的至少一种功能(提供所述至少一种功能的模块)。
根据本发明的另一方面,描述了一种制造部件承载件的方法。该方法包括:i)形成包括至少一个电绝缘层结构和至少一个电传导层结构的层叠置件(例如,通过使用PCB积层工艺),ii)在层叠置件中形成腔(例如,通过钻孔、蚀刻、铣削中的至少一者),iii)将介电元件至少部分地布置在腔中(特别地,将介电元件至少部分地嵌入腔中)(例如,使用预制的介电元件或在腔中直接形成介电元件),以及iv)(例如,通过传输电磁波)使介电元件和层叠置件电磁耦合(使得能够电磁耦合)。特别地,该方法还包括:(在将介电元件布置在腔中之前或在将介电元件布置在腔中之后)在介电元件与层叠置件之间形成电绝缘连接材料。
根据本发明的另一方面,描述了一种将至少部分地嵌入部件承载件层叠置件中的介电元件(特别地,该介电元件为介电谐振器天线(DRA)、滤波器、RF/HF耦合装置中的至少一者)用于与所述层叠置件的至少一个电传导层结构(例如,构造为传输线)建立电磁波的电容耦合(换句话说:用于将电磁波电容性地耦合到所述层叠置件的至少一个电传导层结构中)的用途。
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该部件承载件上和/或部件承载件中容置一个或更多个部件以提供机械支撑和/或电连接性的任何支撑结构。换句话说,部件承载件可以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。部件承载件还可以是结合有以上提及的类型的部件承载件中的不同类型的部件承载件的混合板。
在实施方式中,部件承载件包括(层)叠置件,该(层)叠置件包括至少一个电绝缘层结构和至少一个电传导层结构。例如,部件承载件可以是所提及的一个或多个电绝缘层结构和一个或多个电传导层结构的层压件,该层压件特别地通过施加机械压力和/或热能而形成。所提及的叠置件可以提供能够为另外的部件提供大安装表面并且仍然非常薄且紧凑的板状部件承载件。术语“层结构”可以特别地表示在共同平面内的连续层、图案层或多个非连续的岛状件。
在本文的上下文中,术语“介电元件”可以特别地表示基本上包括电绝缘材料(特别是基本上由电绝缘材料构成)的任何元件。在优选的实施方式中,介电元件还可以提供电磁功能,例如天线、雷达功能、滤波器功能、RF/HF耦合功能。在一个示例中,介电材料包括聚合物和/或陶瓷,例如聚合物-陶瓷复合物。在另一示例中,介电元件包括低温共烧陶瓷(LTCC)。在优选的实施方式中,介电材料为非层叠置件材料,即,在该介电材料的物理/化学性质方面与部件承载件的层叠置件的电绝缘材料不同。介电元件在其形状上是不受限制的,并且可以例如是块状、矩形形状、圆形形状和/或结构化的。例如,介电元件可以构造为诸如介电谐振器天线之类的介电天线。在另一示例中,介电元件可以构造为滤波器或RF/HF耦合装置。在一个示例中,介电元件可以是完整的介电元件。在另一示例中,介电元件可以包括位于至少一个表面上的(薄的)金属结构、比如涂覆部(例如,薄的铜涂覆部)。
在本文的上下文中,术语“电磁耦合”可以特别地表示包括对电磁波进行的传输的耦合。例如,当在两个天线之间交换电磁波(例如,无线电波)时,这两个天线可以被认为是电磁耦合的(即,一个天线用作电磁波的发送器,并且另一个天线用作电磁波的接收器)。在另一示例中,一个天线可以构造为介电天线,该介电天线连接至用作传输(馈送)线的金属带(和/或接地平面)。当天线发送或接收电磁波时,这些电磁波经由电传导连接件耦合到金属带中。在介电元件与传输线之间可能没有电传导连接件的情况下,电磁耦合(电磁波的传送)可以通过介电元件与例如电传导(层)结构(用作传输线)之间的电容耦合(在特定应用中还可以是感应耦合)来建立。
在本文的上下文中,术语“电绝缘连接材料”可以特别地表示可以用于建立电绝缘连接的任何介电材料。例如,连接材料可以至少部分地布置在布置在腔中的介电元件与腔的底部和/或一个或多个侧壁之间。在示例中,连接材料是预浸料(即,至少未完全固化的树脂材料)。因为预浸料没有完全固化,所以可以将介电元件至少部分地按压在预浸料中。在固化步骤之后,可以经由预浸料来建立电绝缘连接。在另一示例中,可以施加粘合剂以将介电元件粘附至腔(中)。在优选的实施方式中,电绝缘材料是介电元件与层叠置件(即腔的底部和/或一个或多个侧壁)之间的唯一物理连接部。在另外优选的实施方式中,电绝缘连接材料是完全地介电材料并且基本上不包括电传导材料。电绝缘连接材料还可以应用为嵌入材料,以将介电元件部分地或完全地嵌入(封装)在腔中。
在本文的上下文中,术语“天线”可以特别地表示例如通过传输线连接至接收器或发送器的元件。因此,天线可以表示为将电力转变到无线电波中,和/或将无线电波转变到电力中的电子构件。天线可以与诸如无线电发射器和/或无线电接收器之类的控制器(例如控制芯片)一起使用。在传输时,无线电发射器可以向天线供给以射频(即,高频交流电)振荡的电流,并且天线可以对来自电磁波(特别是无线电波)的电流的能量进行辐射。在接收模式中,天线可以对电磁波的动力中的某些动力进行拦截,以便提供较小的电压,该较小的电压可以例如施加至待放大的接收器。在实施方式中,天线可以构造为接收器天线、发射器天线或收发器(即,发射器和接收器)天线。在实施方式中,天线结构可以用于雷达应用。在一个示例中,天线可以构造为单个天线。在另一示例中,天线可以构造为(粘附的、嵌入式的)天线阵列。
在本文的上下文中,术语“4G和/或5G功能”可以是指已知的无线系统标准。4G(或LTE)是已建立的标准,而5G是即将到来的标准化的技术,并可以在不久的将来完全地建立。电子装置还可以适用于未来的发展、比如6G。电子装置还可以遵从WiFi标准、比如2.4GHz、5GHz和60GHz。电子装置可以例如包括所谓的无线组合(集成有WiFi、蓝牙、GPS…)、射频前端(RFFE)、或低动力广域(LPWA)网络模块。电子装置可以例如是便携式电脑、笔记本电脑、智能电话、便携式WiFi电子狗、智能家用电器或机器对机器网络。
所描述的部件承载件可以被集成到电子装置中,或者可以与电子装置分开布置。此外,电子装置可以用于雷达应用,例如,用于工业领域(工业雷达)中或机动车的领域中。由此,天线结构和/或介电元件可以构造成用于雷达应用。
在本文的上下文中,术语“雷达”可以是指使用电磁波来确定一个或更多个物体的范围、角度或速度的物体检测件。雷达布置装置可以包括传输电磁波的发射器(例如,在无线电或微波范围内)。来自发射器的电磁波反射离开物体并返回至接收器。由此,一个天线结构可以用于传输和接收。此外,诸如电子部件之类的处理器可以用于基于所接收的电磁波来确定物体的特性,比如位置和速度。
根据示例性实施方式,本发明可以基于下述思想:当介电元件(特别是提供电磁功能的介电元件)至少部分地布置(特别是嵌入)在部件载体层叠置件的腔中时,可以以紧凑、可靠且灵活的方式(特别是就设计选择而言)提供具有所述电磁功能的部件承载件。由此,介电元件与层叠置件经由电磁耦合(电磁波)而不是经由电传导耦合(电流)来连接(耦合)。
尽管常规上,为了向部件承载件提供电磁功能(例如,比如天线或雷达),在部件承载件上安装有金属天线表面,但令人惊讶地发现,将介电元件(例如DRA)布置(嵌入)到部件承载件的层叠置件中可以以最可靠、紧凑和灵活的方式提供电磁功能。
以这种方式,可以使部件承载件的(Z方向)高度减小,原因在于介电元件是(部分地)嵌入的元件而不是实际上使整个部件承载件的高度增加的常规的表面安装的(天线)元件。同时,使部件承载件的复杂性减小,尤其是因为介电元件可以构造为简单的介电(例如陶瓷)块,该介电块可以不像金属天线那么复杂并且比金属天线更易于处理。由此,由于布置/嵌入的介电元件更稳定并且不会像表面安装的天线一样容易被撕掉,因此还使可靠性增加。此外,以这种方式使发射器与接收器之间的距离保持很小,并且馈送线与天线之间的距离越短,信号传输越好。
与基于金属的功能(例如,贴片天线)相比,介电元件可以提供改进的可靠性和信号完整性(尤其是对于毫米波导应用来说更是如此)。特别地,就电磁耦合而言,根据布置精度以及介电元件与层叠置件之间的距离,可以显着地改进性能。与金属元件(例如,贴片天线)相比,介电元件可以供给更高的辐射效率(由于没有表面波和导体损耗)、更大的阻抗带宽和紧凑的尺寸。此外,介电元件可以提供额外的设计灵活性和多功能性。
根据示例性实施方式,介电元件与层叠置件之间的连接部是没有电传导材料的电绝缘连接部(即,没有电(电传导)连接部)。这可以提供高可靠性与高灵活性相结合的优点。
根据示例,令人惊讶地发现的是,介电元件与层叠置件(特别是层叠置件的电传导层结构)之间的电磁耦合可靠且稳定地起作用,即使在没有建立电传导耦合的情况下也是如此。以这种方式,部件承载件的设计可以是非常灵活的,原因在于将介电元件布置到层叠置件中不依赖于电子接触部的存在。相反,根据特定的(期望的)应用,可以使用电绝缘连接材料来将介电元件布置并连接在腔中。
当使用基于聚合物的连接材料时,就粘附而言的兼容性可能甚至更有效的。在示例中,可以使用天线所包括的材料的相似材料或甚至相同的介电材料。以这种方式,可以确保天线对连接材料的高亲和性。
根据另外的示例性实施方式,电磁耦合包括对电磁波的传输(特别是通过电容耦合和/或电感耦合)。这可以提供以下优点:可以在无需电传导连接部的情况下以可靠的且稳定的方式建立从介电元件至层叠置件的电磁波的传输(或从层叠置件至介电元件的电磁波的传输)。
电容耦合(邻近波耦合)可以被描述为借助于在由电场引起的一个或多个电路的节点之间的位移电流而在电子网络内或在远程网络之间进行的能量传送。这种耦合可能具有有意的或无意的效果,由此,在当前情况下,电容耦合将是有意的效果。
根据另外的示例性实施方式,电绝缘连接材料包括胶粘物和/或预浸料。这可以提供以下优点:可以使用已建立的工业材料来将介电元件(以电绝缘的方式)连接在腔中,所述工业材料可以根据期望的应用非常灵活地应用于连接部。
特别地,电绝缘连接材料可以在一定程度上是可变形的(至少在布置步骤期间)。由于至少部分可变形,因此可以将物理结构按压和/或穿入到该电绝缘连接材料中。因此,可以将介电元件按压到可变形材料(例如,胶粘物或预浸料)中,并且由此有效地将该介电元件保持就位。
胶粘物可以包括基于聚合物的可固化材料和/或热塑性材料和/或光聚合物、例如光阻剂。这些材料还可以是复合物(例如,多于一种热塑性聚合物)。使用热塑性聚合物可以提供诸如注射模制之类的简单的3D制造过程的其他优点。
在本文中,对于可固化材料的示例可以包括:环氧树脂、预浸料等。
在本文中,对于热塑性材料的示例可以包括:聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)(即丙烯酸基)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚酰胺(PA)、聚丙交酯(PLA)、聚碳酸酯(PC)、聚醚砜(PES)、聚甲醛(POM)、聚醚醚酮(PEEK)、聚乙烯(PE)、聚苯醚(PPO)等及其复合物。对于光敏聚合物的示例可以包括:(基于环氧树脂的SU-8)光致抗蚀剂、聚碳酸酯、基于聚酯的光致抗蚀剂、PMMA、酚醛清漆、戊二酰亚胺树脂、环氧树脂(z.B.SU-8)等。
在本文的上下文中,光致抗蚀剂可以通过能够由光活性引发剂(分子)引起的任何聚合和/或交联来描述。因此,光聚合物可以是诸如聚酯之类的在活化时附加地被交联的任何聚合物或单体。例如,甲基丙烯酸甲酯(聚合物的单个单元)在活化时聚合以形成PMMA。
根据示例性实施方式,其中,使用光敏聚合物/光致抗蚀剂,在施加粘合剂层(电绝缘连接材料)之后,将天线布置到所述聚合物上。此后,用电磁辐射对粘合剂层进行照射以固化材料。
预浸料材料或“预浸渍纤维”可以是热固性聚合物基质材料、比如环氧树脂,或者可以已经存在热塑性树脂。纤维通常采用编织的形式,并且基质可以用于将所述纤维粘合在一起,和/或在制造期间将所述纤维粘合至其他部件。预浸料可以是未固化状态下的印刷电路板材料、比如FR4或FR5。例如,玻璃纤维可以嵌入环氧树脂基质中,然而,该材料仍未固化或至少未完全固化,使得该材料在一定程度上是可变形的。由于至少部分可变形,因此可以将物理结构按压和/或穿入到该材料中。例如,可以将介电元件至少部分地按压到预浸料材料中。可以通过施加高温和/或压力使预浸料达到固化状态。已固化的材料可能不再是可变形的。
根据另外的示例性实施方式,电绝缘连接材料(尤其是仅/排他地)布置在腔的底部上,并且介电元件在腔中(直接)布置在电绝缘连接材料上(例如,参见下面的图7)。这可以提供以下优点:可以以简单且节省资源的方式布置介电元件。
优选地,在第一步骤中将电绝缘连接材料布置在腔中,并且在第二步骤中将介电元件布置在连接材料上(特别地按压在连接材料中)。当介电元件仅部分地布置在腔中时,该实施方式可以是特别有利的。
根据另外的示例性实施方式,电绝缘连接材料(尤其是仅/排他地)布置在腔的至少一个(特别是所有)侧壁上,并且介电元件在腔中布置成与电绝缘连接材料相邻(例如,参见下面的图6)。这还可以提供以下优点:可以以简单且节省资源的方式布置介电元件。
优选地,在第一步骤期间将介电元件布置在腔中,并且在第二步骤中将连接材料填充在腔的侧壁与介电元件之间的间隙中。当介电元件完全嵌入腔中时,该实施方式可以是特别有利的。
在另外的示例性实施方式中,电传导连接材料布置在介电元件下并且布置在腔的侧壁与介电元件之间的间隙中(例如,参见下面的图5)。
根据另外的示例性实施方式,介电元件完全地布置到腔中。这可以提供以下优点:良好地保护介电元件,并且部件承载件作为整体是稳定的且紧凑的。
根据另外的示例性实施方式,介电元件部分地布置到腔中,使得介电元件的至少一部分不布置到腔中。这可以提供如下优点:可以以简单的、节省资源的方式灵活地布置介电元件。例如为了传输,当将介电元件布置成靠近部件承载件的表面和/或至少部分地布置在部件承载件的表面上时可以是有利的。
根据另外的示例性实施方式,介电元件部分地或完全地嵌入腔中。特别地,电绝缘连接材料(至少部分地)用作嵌入(封装)材料。这可以提供在使部件承载件的高度减小的同时保护介电元件的优点。
在第一实施方式中,电绝缘嵌入材料(例如,连接材料)可以通过对介电元件与腔的侧壁之间的间隙进行填充来部分地嵌入介电元件。在另外的实施方式中,电绝缘嵌入材料(例如,连接材料)还可以对介电元件的上表面进行覆盖。以这种方式,电绝缘嵌入材料(例如,连接材料)还可以形成介电元件上的电绝缘层结构。此外,所述电绝缘嵌入材料(例如,连接材料)还可以对介电元件的下表面进行覆盖(并在介电元件下形成另外的电绝缘层结构)。当介电元件布置在层叠置件的(中央)芯层结构的腔中时,最后的示例可以特别地是有利的。
根据另外的示例性实施方式,介电元件层平面布置成与层叠置件平面(基本)平行。特别地,介电元件层平面相对于层叠置件平面的偏差不大于10μm、特别地不大于5μm、更特别地不大于2μm。这可以提供以下优点:可以将介电元件(尤其是当该介电元件的长度/深度大于高度时)以稳固的且(相对于层叠置件)对准的方式布置在腔中。
上述平面可以是与相应的板状层平行的虚拟平面,所述相应的板状层即介电元件层(当介电元件是板状的时或当介电元件的底表面被认为是板时)和层叠置件。通过比较这些平面(即这些平面在空间中的取向),可以判断连接材料层是否基本平行于层叠置件定向。
根据另外的示例性实施方式,电绝缘连接材料被构造为连接材料层(特别是基本平的(板状的)层)。这可以提供以下优点:以与层叠置件的层相同(或相似)的形状来提供连接材料。由此,可以使作为整体的部件承载件制造得结构更稳固。在示例中,连接材料层是连续的层。在另一示例中,连接材料层是包括(多个)凹部的不连续的层。在又一示例中,连接材料是包括(多个)分开的岛状件的不连续的层。
根据另外的示例性实施方式,连接材料层的厚度为50μm或更小(特别为30μm或更小)。这可以提供以下优点:电绝缘连接材料足够稳固/稳定,并且同时足够薄以实现有效的电磁耦合(例如,电绝缘连接材料电磁耦合至连接材料下的电传导层结构)。
根据另外的示例性实施方式,连接材料层平面布置成与层叠置件平面基本平行。特别地,连接材料层平面相对于层叠置件平面的偏差不大于10μm、特别地不大于5μm、更特别地不大于2μm。这可以提供以下优点:可以将介电元件(尤其是当该介电元件的长度/深度大于高度时)以稳固且(相对于层叠置件)对准的方式布置在腔中。
上述平面可以是与相应的板状层、即连接材料层和层叠置件平行的虚拟平面。通过比较这些平面(即这些平面在空间中的取向),可以判断连接材料层是否基本平行于层叠置件定向。
在本文中,术语“基本平行”可以特别地是指与(绝对、完美)平行取向的偏差不大于10μm(特别地不大于5μm、更特别地不大于2μm)。
根据另外的示例性实施方式,电绝缘连接材料包括至少一个空气间隙部(例如,参见下面的图8)。这可以提供以下优点:介电常数增大,例如聚合物与空气相比。因此,可以优选的是,用电绝缘(粘合剂)连接材料不完全地覆盖腔(或波传播单元)(而留出空气间隙部),以确保尽可能高的信号传输。因此,空气间隙腔可以优选地填充有空气或适于电磁波的传播的另一介质。
根据另外的示例性实施方式,层叠置件的至少一个电传导层结构构造为用于介电元件的传输(馈送)线/结构。这可以提供以下优点:可以将电传导层结构直接用作馈送线,并且因此可以节省资源。此外,可以实现灵活的传输线应用。
根据另外的示例性实施方式,介电元件和传输线是通过电容耦合而被电磁耦合的。这可以提供以下优点:可以在没有电传导连接部的情况下以可靠的且稳定的方式建立从介电元件至层叠置件的电传导层结构(或从层叠置件的电传导层结构至介电元件)的电磁波的传输。
根据另外的示例性实施方式,传输线布置在介电元件下(特别地直接在介电元件的下)。特别地,电绝缘连接材料位于传输线与介电元件之间。这可以提供能够建立稳定的电磁耦合的优点。
在实施方式中,电传导层结构可以布置在介电元件下(使得不建立电连接)。例如,将电传导层结构布置在腔的底部处(使得所述连接材料位于电传导层结构与介电元件之间)。在另一示例中,层叠置件的电绝缘层结构布置在电传导层结构与介电元件之间。在另外的示例中,绝缘层结构包括孔(例如,空气间隙部),使得电传导层结构不接触介电元件,但是在电传导层结构与介电元件之间(至少部分地)没有布置电绝缘层结构(由此,诸如空气之类的流体将是电绝缘连接部)。在又一示例中,电传导层结构布置成与介电元件相邻,例如,水平地布置在腔的侧壁处。
根据另外的示例性实施方式,部件承载件还包括布置在介电元件与传输线(例如,作为层结构)之间的(电绝缘材料和/或电传导材料的)基部平面,其中,该基部平面包括布置在介电元件与传输线之间的孔(例如,以缝隙的形式),使得在传输线与介电元件之间传播的电磁波通过所述孔而传播。这可以提供建立有效且稳定的信号传输的优点。
这种耦合机构可以称为孔波耦合。对于这种机构,在基部平面中于天线与传输线之间的某个位置处可以存在孔,以便将信号从传输线传输至天线。由此,孔用作供电磁波传播的通道。在示例中,孔直接形成在介电元件(例如,DRA)的下面,并且用作波传播通道。
根据另外的示例性实施方式,腔的底部和/或至少一个侧壁至少部分地覆盖有电传导材料(特别是诸如铜的金属)和/或表面修整部。这可以具有以下优点:可将已知的和已建立的结构用于提供就电磁功能而言的期望的应用。
根据另外的示例性实施方式,在层叠置件中形成有多个电传导过孔,并且所述多个电传导过孔(至少部分地)布置成与介电元件的侧壁相邻。这还可以具有以下优点:可以将已知的和已建立的结构用于提供就电磁功能(例如,滤波器功能、RF耦合器功能、天线阵列功能、任何HF特定应用)而言的期望的应用。
根据另外的示例性实施方式,电传导材料和/或所述多个电传导过孔构造为电磁辐射屏蔽结构。这可以提供以下优点:可以以成本有效的且稳定的方式提供抵抗电磁辐射的有效屏蔽。
在本文的上下文中,术语“屏蔽结构”可以是指构造成用于屏蔽电磁辐射以防止在两个不同的实体之间传播的结构,所述两个不同的实体例如介电元件和部件承载件的另一部分、比如(嵌入式)电子部件。因此,电磁辐射屏蔽结构可以一方面防止介电元件与至少一个部件(该至少一个部件可以例如嵌入在部件承载件中)之间的不期望的串扰,和/或部件承载件的电子环境的不期望的串扰,和/或另一方面部件承载件的另一介电元件的电磁辐射的不期望的串扰。屏蔽结构优选地由电传导材料制成,该电传导材料例如金属、特别是铜和/或基于金属的表面修整部。屏蔽结构还可以由磁传导材料制成。使用电传导材料和/或过孔,可以在介电元件周围建立电传导屏蔽“笼状件”。
过孔(竖向互相连接通道)是在穿过一个或更多个相邻层的平面的物理电子电路中的层之间的电连接部。术语“过孔”可以包括通孔过孔、埋孔过孔和盲孔过孔。尽管过孔可以仅用于将(叠置件中的)视图层彼此连接,但“镀覆的通孔”可以用于连接叠置件的所有层。微过孔用作高密度互相连接(HDI)基板与印刷电路板(PCB)中的层之间的互相连接,以容置高级封装的高I/O密度。
根据另外的示例性实施方式,层叠置件包括(中央)芯层结构。特别地,腔形成在芯层结构中。这可以提供以下优点:部件承载件是尤其稳定的(特别是抗翘曲的),同时介电元件被有效地嵌入/保护。此外,可以以这种方式改进信号完整性。在特定实施方式中,部件承载件还包括(中央)芯层结构,其中,芯层结构包括腔,并且其中,电子部件至少部分地布置在腔内。
芯层结构可以由电绝缘材料制成(参见下面列出的材料)。芯还可以包括与电绝缘层结构相同的材料,例如FR4。优选地,芯包括完全固化的介电材料。在本上下文中,术语“中央”可以是指部件承载件关于芯的(基本)对称的积层。
根据另外的示例性实施方式,部件承载件至少部分地构造为基板集成波导。根据另外的示例性实施方式,至少两个电传导层结构和/或所述多个电传导过孔布置成(至少部分地)围绕介电元件。特别地,其中,介电元件完全地嵌入层叠置件中(更特别地,其中,腔位于芯层结构中)。这可以提供以下优点:可以以简单的且节省资源的方式来制造有效的且稳定的基板集成波导。
基板集成波导可以是通过使例如电传导过孔密集地排列而形成在介电基板中的(矩形)电磁波导,所述电传导过孔将基板的上部电传导层结构与下部电传导层结构连接。因此,嵌入的介电元件可以由电传导层结构和/或电传导过孔来包围,以便用作基板集成波导(例如,参见下面的图11)。
根据另外的示例性实施方式,介电元件包括在介于1与50(特别地1.5至15)的范围内的介电常数(即相对介电常数)。在特定的实施方式中,介电常数可以在介于4与27的范围内(或介电常数为4(特别是4.5)或更大)。
根据另外的示例性实施方式,介电元件包括非层叠置件材料。这可以提供以下优点:介电元件包括良好地适合期望的电磁功能的材料。
层叠置件材料——例如用于制造电绝缘层结构的层叠置件材料——包括如下所述的材料,其中,这些材料中的(基本上)所有的材料均包括小于4的介电常数,例如聚酰亚胺包括为3.4的介电常数。相对介电常数可以是使用这种材料作为电介质的电容器与使用真空作为电容器的电介质的类似电容器相比的电容之比。
根据另外的示例性实施方式,介电元件构造为包括以下各者中的至少一者:介电谐振器天线(DRA)、滤波器、RF/HF耦合装置。特别地,介电元件具有在介于0.3GHz至300GHz(特别是1GHz至300GHz)的范围内的工作频率。这可以提供以下优点:可以将已建立的且稳定的介电天线直接应用为介电元件。
在本文的上下文中,术语“介电谐振器天线(DRA)”可以特别地是指优选在微波频率和毫米频率处使用的介电材料(例如,包括陶瓷)无线电天线。根据示例,诸如无线电波之类的电磁波从发射器引入到介电材料的内侧并且在DRA的侧壁之间向后和向前反弹,由此形成驻波。DRA的侧壁可以(至少部分地)对电磁波透明,并且因此允许/能够辐射到空间中。
根据另外的示例性实施方式,介电元件包括以下特征中的至少一者:(基本上)矩形形状;(基本上)圆形形状;至少一个结构化表面;多个介电层的叠置件;在至少一个表面中的至少一个(筒形)孔;至少一个突出部;具有多个突出部的中央部分。这可以提供以下优点:特定的结构/形状可以灵活地适合于期望的应用。
根据另外的示例性实施方式,介电元件包括聚合物和/或陶瓷。特别地,介电元件包括聚合物和陶瓷的复合物(例如具有诸如粉末、颗粒或纤维之类的陶瓷填充物的聚合物基质)。这可以提供以下优点:可以以成本有效的方式直接提供行业相关的材料。
根据另外的示例性实施方式,聚合物包括以下各者中的至少一者:聚合物树脂、热塑性材料、可固化材料、光致抗蚀剂、光聚合物、具有填充物材料(特别是(陶瓷)粉末材料或纤维材料)的聚合物。这还可以提供以下优点:可以以成本有效的方式直接提供行业相关的材料。
在实施方式中,可以施加聚合物树脂(例如聚酰亚胺、聚酯苯乙烯(PSS))、光致抗蚀剂聚合物(例如,正性光致抗蚀剂的聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、和基于环氧树脂的负性光致抗蚀剂的SU-8TM)。在示例中,为了对纯聚合物材料的较低的相对介电常数进行抵消,可以将具有高的相对介电常数的填充材料混合或添加至聚合物,以产生具有增强的介电性能的复合材料。特别地,陶瓷粉末可以是有效的填充材料,例如氧化铝、钛酸钡氧化物、锆氧化物(钙、镁、钛、铋、钡的另外的氧化物)。复合材料还可以包括其他填充物、比如纤维材料、碳纳米管、CdS纳米线和活性铁电材料。
在特定示例中,介电元件包括具有介电常数为10和损耗正切为0.002的ECCOS-TOCK HiK材料。
根据另外的示例性实施方式,通过添加制造、特别是3D打印来在腔中(至少部分地)(直接地)形成介电元件。这可以提供以下优点:可以在无需使用外部部件的情况下在制造期间直接进行布置,。除此之外,可以使馈送线与天线之间的距离减小,由此确保改进的信号完整性。
在本申请的上下文中,术语“添加制造”可以特别地是指通过顺序地添加材料的部分(层)来制造,所述材料的部分(层)在一起采用时构成介电元件。通过这种附加的制造,可以稳固地且密封地形成介电元件,而无需将两个部件彼此粘合。
三维打印可以通过依次逐层添加材料来完成,例如,以粉末为基础,该粉末通过例如空间有限的热处理、例如通过激光来进行固化。介电元件还可以通过经由喷嘴等而喷射液滴以形成介电元件的连接部分,所述连接部分在离开印刷头部的喷嘴时被固化。
根据另外的示例性实施方式,通过刻蚀(特别是光刻和/或X射线刻蚀)在腔中(至少部分地)(直接地)形成介电元件。这还可以提供以下优点:可以在无需使用外部部件的情况下在制造过程期间直接进行布置。此外,可以有效地制造多个介电元件。例如,可以将天线的阵列(直接地)布置/嵌入在腔中。
在实施方式中,介电元件包括多个层,其中,这些层通过使基于聚合物的材料沉积而形成。因此,聚合物经由图案掩模暴露于刻蚀源,其中,图案掩模对每个基于聚合物的介电元件进行限定。聚合物的一部分被显影,并且聚合物的暴露部分和未暴露部分中的一者被移除以获得多个介电元件。可以使用X射线或超深的UV曝光和显影来使在介电元件的边缘附近的狭窄间隙或孔图案化。在示例中,具有高结构质量的基于聚合物的天线可以使用深X射线刻蚀处理而以厚层来制造。为了提供厚的(层)天线,可以使用X射线来引起“光感应”反应。
刻蚀过程的示例可以包括X射线刻蚀、UV刻蚀、立体刻蚀、电子束刻蚀和激光刻蚀。微制造技术的示例可以包括低温共烧陶瓷(LTCC)过程、湿法/干法蚀刻、喷墨/3D打印、压印刻蚀、激光加工、放电加工(EDM)、精密加工、计算机数控(CNC)铣削、注射模制和丝网印刷。
介电材料的另一示例是具有不同重量百分比的陶瓷含量的PSS(聚苯乙烯磺酸盐/BT(钛酸钡(BaTiO3)))复合物。PSS/BT复合物填充的模板然后可以例如在摄氏65度处烘烤6小时。可以使用PMMA模板,然后通过将样品暴露于X射线并在乙酸乙二酯(PGMEA)显影剂中使丙二醇单甲基酯显影而将该PMMA模板移除。
常规上,在光致抗蚀剂模板中,在金属形成之后将模板移除。然而,在实施方式中,可以(在镀覆之后)保留聚合物或基于聚合物的模板(例如,光致抗蚀剂),以作为包围成与金属、例如用于传输线的电传导层结构相邻的功能性介电材料,或者作为布置在金属、例如用于传输线的电传导层结构中的功能性介电材料。
在示例中,对于天线(介电元件),介电材料可以与连接材料(粘合剂层)(基本上)相同。为了增加介电常数,聚合物可以附加地包括陶瓷粉末、比如钛酸锶钡(BST)、钙镁钛(MCT)或钛酸铋钡(BBNT)。
在示例中,由不同种类的聚合物制备的热塑性复合材料可以特别地适用于射频应用,所述不同种类的聚合物比如聚偏二氟乙烯-共-三氟乙烯、聚苯硫醚(PPS)、环烯烃共聚物和聚丙烯基聚合物。液晶聚合物(LCP)、聚二甲基硅氧烷、聚甲醛(POX)和聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)还可以特别地适用于射频应用。
根据示例,通过仅添加少量的陶瓷粉末,可以保持聚合物的弹性材料特性。当弹性材料安装在印刷电路板(或基板)上或安装到印刷电路板(或基板)中时,弹性材料的特性还可以允许高挠性,并且可以有利于可3D打印性。
根据另外的示例性实施方式,部件承载件还包括:另外的腔,其中,在另外的腔中嵌入有电子部件(特别是控制单元)。这可以提供以下优点:部件承载件可以以紧凑且(设计)灵活的方式提供多种电子功能。在实施方式中,另外的腔形成在芯层结构中。在另一实施方式中,电子部件是配置成对层叠置件与介电元件之间的电磁耦合进行控制(和/或调节)的控制单元。
根据另外的实施方式,所描述的部件承载件可以应用在雷达应用的背景中。尤其是在工业和/或机动车方面的雷达应用。雷达应用可以在65GHz的频率范围内以及更高的中程或远程的频率范围内执行,该中程或远程的频率范围目前通常是从77GHz至81GHz,但是可以增加至90GHz,并且从长期看来随着技术能力增强还可能进一步增加。雷达应用尤其可以在毫米波范围内执行,以用于机动车(例如距离雷达)或工业应用(例如液位指示器)。在这些示例中,可以有利地将天线结构和电子部件(例如,用于雷达应用的HF部件)布置在空间附近,而不会发生不期望的寄生效应。
在实施方式中,部件承载件成形为板。这有助于紧凑的设计,其中尽管如此,部件承载件仍为该部件承载件上安装的部件提供大的基底。此外,特别地,作为嵌入的电子部件的示例的裸晶片由于该裸晶片的较小的厚度可以方便地嵌入到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:印刷电路板、基板(特别是IC基板)和中介层中的一者。
在本申请的上下文中,术语“印刷电路板”(PCB)可以特别地表示通过例如由施加压力和/或供给热能而将多个电传导层结构与多个电绝缘层结构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、所谓的预浸料或FR4材料。通过例如以激光钻孔或机械钻孔的方式形成穿过层压件的通孔,并且通过用电传导材料(特别是铜)填充这些通孔,由此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更多个部件以外,印刷电路板通常构造成用于在板状印刷电路板的一个表面或相反的两个表面上容置一个或更多个部件。所述一个或更多个部件可以通过焊接连接至相应的主表面。PCB的介电部分可以包括具有增强纤维(比如玻璃纤维)的树脂。在本申请的上下文中,术语“基板”可以特别地表示小的部件承载件。相对于PCB,基板可以是相对较小的部件承载件,该部件承载件上可以安装有一个或更多个部件,并且该部件承载件可以用作一个或更多个芯片与另一PCB之间的连接介质。例如,基板可以具有与待安装在该基板上的部件(特别是电子部件)大致相同的尺寸(例如在芯片尺寸封装(CSP)的情况下)。更具体地,基板可以被理解为用于电连接件或电网络的承载件以及与印刷电路板(PCB)相当但具有相当高密度的横向和/或竖向布置的连接件的部件承载件。横向连接件例如是传导通道,而竖向连接件可以是例如钻孔。这些横向连接件和/或竖向连接件布置在基板内,并且可以用于提供容置部件或未容置部件(比如裸晶片)——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包括具有增强颗粒(比如为增强球体,特别是玻璃球体)的树脂。
基板或中介层可以包括以下各者或由以下各者构成:至少一层玻璃、硅(Si)、可光成像或可干蚀刻的有机材料如环氧基积层材料(比如环氧基积层膜)、或聚合物化合物如聚酰亚胺、聚苯并恶唑或苯并环丁烯-功能聚合物。
在实施方式中,至少一个电绝缘层结构包括以下各者中的至少一者:树脂(比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、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(比如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。也可以使用例如由玻璃(多层玻璃)制成的增强结构,比如网状物、纤维或球体。尽管对于刚性PCB而言,预浸料、特别是FR4通常是优选的,但是也可以使用其他材料,特别是环氧基积层膜或可光成像的介电材料。对于高频的应用,诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂之类的高频材料、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,至少一个电传导层结构包括铜、铝、镍、银、金、钯、镁和钨中的至少一者。尽管铜通常是优选的,但是其他的材料或其涂覆的变型也是可以的,特别是涂覆有诸如石墨烯之类的超导材料。
至少一个(电子)部件可以选自非电传导嵌体、电传导嵌体(比如金属嵌体,优选地包括铜或铝)、热传递单元(例如热管)、光引导元件(例如光波导或光导体连接件)、光学元件(例如透镜)、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、功率管理部件、光电接口元件、发光二极管、光耦合器、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。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。这种磁性元件可以是永磁性元件(比如铁磁性元件、反铁磁性元件、多铁性元件或亚铁磁性元件,例如铁氧体芯)或者可以是顺磁性元件。然而,该部件还可以是例如呈板中板构型的基板、中介层或另外的部件承载件。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,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,部件承载件是层压型部件承载件。在这种实施方式中,部件承载件是通过施加压力和/或热而叠置并连接在一起的多层结构的化合物。
在对部件承载件的内部层结构进行处理之后,可以用一个或更多个另外的电绝缘层结构和/或电传导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主表面或相反的两个主表面。换句话说,可以持续堆积,直到获得期望的层数为止。
在电绝缘层结构和电传导层结构的叠置件的形成完成之后,可以进行对所获得的层结构或部件承载件的表面处理。特别地,在表面处理方面,可以将电绝缘的阻焊剂施加至层叠置件或部件承载件的一个主表面或相反的两个主表面。例如,可以在整个主表面上形成比如阻焊剂并且随后对阻焊剂的层进行图案化以暴露一个或更多个电传导表面部分,这些电传导表面部分将用于将部件承载件电耦合至电子外围件。部件承载件的保持被阻焊剂覆盖的表面部分、特别是包含铜的表面部分可以被有效地保护以免受氧化或腐蚀。
就表面处理而言,还可以选择性地将表面修整部施加至部件承载件的暴露的电传导表面部分。这种表面修整部可以是部件承载件的表面上的暴露的电传导覆盖结构(诸如垫、传导迹线等,特别是包括铜或由铜构成)上的电传导覆盖材料。如果不保护这种暴露的电传导层结构,然后,暴露的电传导部件承载件材料(特别是铜)就可能氧化,从而使部件承载件的可靠性较低。然后,可以将表面修整部形成为例如表面安装的部件与部件承载件之间的接合部。表面修整部具有保护暴露的电传导层结构(特别是铜电路)并且例如通过焊接来实现与一个或更多个部件的结合过程的功能。用于表面修整部的合适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、ENIPIG(化学镍浸钯浸金)等。
根据下面将描述的实施方式的示例,本发明的以上限定的方面和其他方面变得明显,并且参考实施方式的这些示例来说明。
附图说明
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的具有介电元件的部件承载件。
图2和图3示出了根据本发明的示例性实施方式的介电元件。
图4至图12示出了根据本发明的示例性实施方式的介电元件在部件承载件的腔中的布置。
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。
具体实施方式
在参照附图之前,将更详细地描述示例性实施方式,将基于本发明的已经开发的示例性实施方式而对一些基本考虑进行总结。
根据示例性实施方式,当涉及PCB的电磁性能增强时,将除了层压件之外的介电材料部分地集成到所述PCB中提供了多个优点。包括这种材料的部件被黏附在金属化或未金属化的腔内。此外,由于不易通过外力将部件从PCB撕下,并且不易出现焊料接合部磨损,因此可以增加可靠性。
根据示例性实施方式,待集成的介电元件提供单用途的或多用途的高频功能(例如,电磁滤波器、天线、耦合器…)。如果不得不将这些部件安装在部件承载件的顶部或底部上,就像将这些部件至少部分地嵌入在部件承载件中那样,这些部件将需要更长的馈送结构(传输线),并且因此,这些部件将经历更高的损耗,尤其是在毫米波频率范围内更是如此。对于电容耦合的部件,可以极大地改进耦合强度,原因在于该电容耦合的部件直接依赖于馈送结构与部件的输入之间的距离。用于集成外部介电元件的腔是金属化的或未金属化的,并且由于该腔还可以结构化,因此提供了射频屏蔽或其他电磁功能的可能。因此,将不需要在部件本身上的可能的屏蔽层。介电元件对位于腔中的介电材料进行固定。介电材料通常可以是厚度不超过50μm的可用的层压件或胶粘物。集成部件的馈送结构可以实现在部件载体的直接相邻的层中,但这并非是排他性的。集成部件的馈送结构还可以实现在部件本身上,并且部件承载件上的结构对该馈送结构的输入进行馈送。
根据示例性实施方式,电容耦合的部件具有较大的潜力,原因在于可以极大地改进取决于布置精度以及部件输入/输出与部件承载件输入/输出之间的距离的性能。布置精度以及部件输入/输出与部件承载件输入/输出之间的距离均通过所描述的部件承载件来改进。
根据示例性实施方式,特定的优点是使发射器与接收器之间的距离保持尽可能小。这是使用薄的介电粘合材料层来实现的。通过3D打印或通过可以将天线直接应用到腔的底部上的任何其他生产(光刻),(基本上)使发射器与接收器之间的距离完全地减小。
图1示出了根据本发明的示例性实施方式的具有介电元件110的部件承载件100。部件承载件100具有层叠置件106,该层叠置件包括多个电绝缘层结构102和多个电传导层结构104。电传导层结构104通过延伸穿过相应的电绝缘层结构102的镀覆的通孔131来互相连接。部件承载件100的上表面和下表面还包括表面修整部133。在上部的电绝缘层结构102中所示的示例中,在层叠置件106中形成有腔108。介电元件110——例如介电谐振器天线——部分地布置在腔108中,使得介电元件110的一部分没有布置到腔中。介电元件110由聚合物-陶瓷复合物制成并且具有矩形形状。腔108的底部108a和侧壁108b、108c(全部)覆盖有金属的电传导材料130。电传导材料130用作用于介电元件110的电磁辐射屏蔽结构。在介电元件110与层叠置件106之间布置有电绝缘连接材料120,即,在介电元件110下方与腔108的底部布置有电绝缘连接材料120。电绝缘连接材料120是非电传导的,使得介电元件110与层叠置件106之间的连接部150仅是电绝缘的(并且没有电传导材料和电连接部)。电绝缘连接材料120可以例如是胶粘物或预浸料。电绝缘连接材料120还构造为连接材料层121,该连接材料层基本上是平的(板状的)。由此,连接材料层的厚度(d)为50μm或更小。换句话说,连接材料层平面(平行于平的连接材料层121)布置成与层叠置件平面基本平行(平行于(平的)层叠置件)。特别地,连接材料层的平面相对于层叠置件平面的偏差不超过10μm。
由此,介电元件110和层叠置件106电磁地耦合。电磁耦合包括电磁波的传输(例如,通过电容耦合)。特别地,层叠置件106的电传导层结构104用作传输线,电磁波可以从介电元件110耦合到传输线104中并且可以从传输线104耦合到介电元件110中。
在层叠置件106中嵌入有电子部件134,特别地,在芯层结构107中嵌入有电子部件134。该电子部件134是例如IC芯片(例如用于电磁耦合的控制单元)而不是介电元件110。
图2示出了作为介电谐振器天线的矩形介电元件110。
图3示出了在上表面中具有(筒形)孔的矩形DRA。
图4至图12示出了根据本发明的示例性实施方式的介电元件在部件承载件(例如,根据图1)的腔中的布置。
图4:在该示例性实施方式中,示出了在布置介电元件110之前的层叠置件108中的腔108。腔108包括底部108a和侧壁108b、108c。至少一个电传导层结构104布置在层叠置件106中。所述电传导层结构104用作用于介电部件110的传输线。在该示例中,腔108的底部108a与电传导层结构104由层叠置件106的电绝缘层结构102分开。以这种方式,即使是在将介电元件110直接布置在腔108的底部108a上的情况下,介电元件110与电传导层结构104之间也不存在电传导连接部,即便是介电元件110与电传导层结构104将能够进行电磁耦合,介电元件110与电传导层结构104之间也不存在电传导连接部。
图5:介电元件110部分地布置在腔108中,使得介电元件110的至少一部分没有布置到层叠置件106中的腔108中。介电元件110的布置在腔108中的部分通过电绝缘连接材料120(优选地为胶粘物)完全地嵌入在该腔中。由此,电绝缘连接材料120布置在腔的底部108a与介电元件110之间、以及腔120的侧壁108b、108c与介电元件110之间。
图6:参见上面的图5,不同之处在于:电绝缘连接材料120(优选地为胶粘物)仅布置在腔108的侧壁108b、108c上(而没有布置在底部108a上)。介电元件110布置成与电绝缘连接材料120直接相邻,并且直接位于腔108中的底部108a上。
图7:参见上面的图5,不同之处在于:电绝缘连接材料120(优选地为预浸料)仅布置在腔108的底部108a上(而没有布置在侧壁108b、108c上)。介电元件110在腔108中布置在电绝缘连接材料120上(特别地,介电元件110在腔108中被按压到电绝缘连接材料120中)。
图8:参见上面的图7,不同之处在于:电绝缘连接材料120(优选地为预浸料)包括(直接)布置在介电元件110下的空气间隙部122,以便改进信号传输。
图9:介电元件110完全地嵌入电绝缘连接材料120中。电绝缘连接材料120覆盖介电元件110的侧壁、腔108的侧壁108b、108c以及介电元件110的侧壁与腔108的侧壁108b、108c之间的空间。此外,电绝缘连接材料120形成介电元件110上的电绝缘层。
图10:在该示例性实施方式中,层叠置件106包括中央芯层结构107(优选地,中央芯层结构107由电绝缘材料制成),并且腔108形成为中央芯107中的通孔。将介电元件110布置到腔108中并完全地嵌入该腔中,使得电绝缘连接材料120形成:i)在介电元件110、腔108和中央芯107上的第一层;以及ii)在介电元件110、腔108和中央芯107下的第二层。此外,电绝缘连接材料120对中央芯107与介电元件110的侧壁之间的空间进行填充。
图11:在该示例性实施方式中,部件承载件100构造为基板集成波导200。介电元件110(特别是LTCC)完全地嵌入层叠置件106的中央芯层107中(参见上面的图10),并且在介电元件110的周围布置有多个电传导过孔131。电传导过孔131形成为相应地延伸通过中央芯层107、电绝缘连接(嵌入)材料120以及另外的电绝缘层结构102的通孔,所述另外的电绝缘层结构102(分别在上方和下方)覆盖电绝缘连接(嵌入)材料120。在所述电绝缘层结构102上,布置有与通孔过孔31电连接的电传导层结构104。以这种方式,所述多个电传导过孔131和电传导层结构104形成围绕介电元件110的金属“笼状件”,使得获得基板集成波导结构。
图12:在该示例性实施方式中,部件承载件100还包括布置在介电元件110与传输线104之间的基部平面125。基部平面125包括布置在介电元件110与传输线104之间的孔126,使得在传输线104与介电元件110之间传播的电磁波通过所述孔126(孔波导)而传播。基部平面125可以由电绝缘材料制成,并且从而形成电绝缘连接材料。在另一示例中,基部平面125可以由电传导材料制成,并且介电元件110可以通过电绝缘连接材料120连接至基部平面125(未示出)。此外,介电元件110可以直接布置在基部平面125上,并且电绝缘连接材料120可以布置在介电元件110的侧壁处(未示出)。
附图标记
100部件承载件
102电绝缘层结构
104电传导层结构、传输线
106层叠置件
107芯层结构
108腔
108a腔的底部
108b、108c腔的侧壁
110介电元件
120电绝缘连接材料
121连接材料层
122空气间隙部
125基部平面
126孔
130电传导(屏蔽)材料
131电传导过孔、镀覆的通孔
133表面修整部
134嵌入的电子部件
150介电元件与层叠置件之间的连接部
200基板集成波导。
Claims (34)
1.一种部件承载件(100),所述部件承载件包括:
层叠置件(106),所述层叠置件包括至少一个电绝缘层结构(102)和至少一个电传导层结构(104);
腔(108),所述腔形成在所述层叠置件(106)中;
介电元件(110),所述介电元件至少部分地布置在所述腔(108)中,其中,所述介电元件(110)与所述层叠置件(106)是能够电磁耦合的;以及
电绝缘连接材料(120),所述电绝缘连接材料位于所述介电元件(110)与所述层叠置件(106)之间。
2.根据权利要求1所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)与所述层叠置件(106)之间的连接部(150)是不具有电传导材料的电绝缘的连接部(150)。
3.根据权利要求1或2所述的部件承载件(100),其中,所述电磁耦合包括通过电容耦合而对电磁波进行的传输。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述电绝缘连接材料(120)包括胶粘物和/或预浸料。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),
其中,所述电绝缘连接材料(120)布置在所述腔(108)的底部(108a)上,以及
其中,所述介电元件(110)在所述腔(108)中布置在所述电绝缘连接材料(120)上。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),
其中,所述电绝缘连接材料(120)布置在所述腔(108)的至少一个侧壁(108b、108c)上,以及
其中,所述介电元件(110)在所述腔(108)中布置成与所述电绝缘连接材料(120)相邻。
7.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)完全地布置到所述腔(108)中。
8.根据权利要求1至6中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)部分地布置到所述腔(108)中,使得所述介电元件(110)的至少一部分没有布置到所述腔(108)中。
9.根据权利要求1至6中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)部分地或完全地嵌入所述腔(108)中,并且所述介电元件(110)是通过所述电绝缘连接材料(120)而至少部分地嵌入的。
10.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,介电元件层平面布置成与层叠置件平面基本平行,其中,所述介电元件层平面相对于所述层叠置件平面的偏差不多于2μm。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),
其中,所述电绝缘连接材料(120)构造为连接材料层(121),
其中,连接材料层平面布置成与层叠置件平面基本平行,以及
其中,所述连接材料层平面相对于所述层叠置件平面的偏差不多于2μm。
12.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述电绝缘连接材料(120)包括至少一个空气间隙部(122)。
13.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述层叠置件(106)的至少一个电传导层结构(104)被构造为用于所述介电元件(110)的传输线。
14.根据权利要求13所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)与所述传输线(104)是通过电容耦合而能够被电磁耦合的。
15.根据权利要求14所述的部件承载件(100),其中,所述传输线(104)布置在所述介电元件(110)下而使得所述电绝缘连接材料(120)位于所述传输线与所述介电元件之间。
16.根据权利要求13至15中的任一项所述的部件承载件(100),
其中,所述部件承载件(100)还包括布置在所述介电元件(110)与所述传输线(104)之间的基部平面(125),
其中,所述基部平面(125)包括孔(126),所述孔布置在所述介电元件(110)与所述传输线(104)之间,使得在所述传输线(104)与所述介电元件(110)之间传播的电磁波通过所述孔(126)而传播。
17.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述腔(108)的底部(108a)和/或至少一个侧壁(108b、108c)至少部分地覆盖有电传导材料(130)。
18.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),
其中,在所述层叠置件(106)中形成有多个电传导过孔(131),以及
其中,所述多个电传导过孔(131)至少部分地布置成与所述介电元件(110)的侧壁相邻。
19.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述电传导材料(130)和/或多个电传导过孔(131)被构造为电磁辐射屏蔽结构。
20.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),
其中,所述层叠置件(106)包括芯层结构(107),以及
其中,所述腔(108)形成在所述芯层结构(107)中。
21.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),
其中,所述部件承载件(100)至少部分地被构造为基板集成波导(200),
其中,至少两个电传导层结构(104)和/或多个电传导过孔(131)布置成至少部分地围绕所述介电元件(110)。
22.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)包括以下特征中的至少一者:所述介电元件(110)的介电常数在介于1至50的范围内;所述介电元件(110)的介电常数在介于1.5至15的范围内;所述介电元件(110)为非层叠置件材料。
23.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)被构造为以下各者中的至少一者:介电谐振器天线、滤波器、RF/HF耦合装置、具有在介于0.3GHz至300GHz的范围内的工作频率的装置。
24.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)包括以下特征中的至少一者:
矩形形状或圆形形状;
至少一个结构化表面;
多个介电层的叠置件;
至少一个突出部;
具有多个突出部的中央部分;
在至少一个表面中的至少一个孔。
25.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)通过添加制造、3D打印、光刻、X射线刻蚀中的至少一者而直接形成在所述腔(108)中。
26.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述部件承载件(100)还包括:
另外的腔,其中,在所述另外的腔中嵌入有电子部件(134)。
27.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述介电元件(110)包括聚合物、陶瓷、聚合物与陶瓷的复合物、聚合物树脂、热塑性材料、可固化材料、光致抗蚀剂、光聚合物、具有陶瓷粉末填充材料的聚合物、具有纤维填充材料的聚合物中的至少一者。
28.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100),其中,所述部件承载件(100)包括以下特征中的至少一者:
所述部件承载件(100)包括至少一个电子部件(134),所述至少一个电子部件被表面被安装在所述部件承载件(100)中和/或被嵌入所述部件承载件(100)中,特别地,所述至少一个电子部件被表面被安装在所述部件承载件(100)中的腔中和/或被嵌入所述部件承载件(100)中的腔中,其中,所述至少一个电子部件(134)特别地选自以下各者:非电传导嵌体和/或导电嵌体、热传递单元、光引导元件、光学元件、桥接件、能量收集单元、有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储设备、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、以及逻辑芯片;
其中,所述部件承载件(100)的所述电传导层结构(104)中的至少一个电传导层结构包括铜、铝、镍、银、金、钯、镁和钨中的至少一者,并且所述铜、铝、镍、银、金、钯、镁和钨中的任意者可选地被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(102)包括树脂、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、环氧基积层膜、聚四氟乙烯、陶瓷和金属氧化物中的至少一者;
其中,所述部件承载件(100)成形为板;
其中,所述部件承载件(100)构造为印刷电路板、基板、特别是IC基板、以及中介层、特别是有机中介层中的一者;
其中,所述部件承载件(100)构造为层压型部件承载件。
29.一种电子装置,所述电子装置包括:
根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100);以及
4G功能、5G功能、毫米波导功能、WiFi功能、天线功能、雷达功能、滤波器功能、RF/HF耦合功能中的至少一种功能。
30.一种制造部件承载件(100)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(102)和至少一个电传导层结构(104)的层叠置件(106);
在所述层叠置件(106)中形成腔(108);
将介电元件(110)至少部分地布置在所述腔(108)中;
在所述介电元件(110)与所述层叠置件(106)之间形成电绝缘连接材料(120);以及
使所述介电元件(110)与所述层叠置件(106)电磁耦合。
31.根据权利要求30所述的方法,
其中,将所述介电元件(110)至少部分地布置在所述腔(108)中还包括:
在所述腔(108)中至少部分地形成所述介电元件(110),特别地,在所述腔(108)中至少部分地直接形成所述介电元件(110)。
32.根据权利要求30或31所述的方法,其中,形成所述介电元件(110)包括使用添加制造。
33.根据权利要求30至32中的任一项所述的方法,其中,形成所述介电元件(110)包括使用光刻处理和/或X射线刻蚀处理。
34.一种将至少部分地嵌入部件承载件的层叠置件(106)中的介电元件(110)用于与所述层叠置件(106)的至少一个电传导层结构(104)建立电磁波的电容耦合的用途。
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