CN117460154A - 部件承载件、制造部件承载件的方法和设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种部件承载件、制造部件承载件的方法和设备。该部件承载件(100)包括：i)叠置件(101)，该叠置件(101)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)；以及ii)过孔(120)，该过孔(120)至少部分地嵌置叠置件(101)中，其中，过孔(120)包括iia)下部金属填充部分(121)和上部金属填充部分(122)，其中，上部金属填充部分(122)直接形成在下部金属填充部分(121)上，上部金属填充部分(122)与下部金属填充部分(121)之间具有接合部区域(125)，以及其中，接合部区域(125)基本上没有金属氧化物(126)，特别地，金属氧化物(126)是氧化铜。

Description

部件承载件、制造部件承载件的方法和设备
技术领域
本发明涉及一种部件承载件，该部件承载件包括叠置件和至少一个过孔，其中，该过孔包括下部金属填充部分和上部金属填充部分，下部金属填充部分与上部金属填充部分之间具有接合部区域。此外，本发明涉及一种制造部件承载件的方法，该方法包括电子附着处理。此外，本发明涉及用于制造部件承载件的设备。
因此，本发明可以涉及部件承载件及其制造的技术领域，该部件承载件比如为印刷电路板和IC基板。
背景技术
在配备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多和这种电子部件的日益小型化以及要安装在部件承载件、比如印刷电路板上的电子部件数量不断增加的背景下，正在采用具有多个电子部件的越来越强大的阵列状部件或封装件，该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。去除在操作期间由这些电子部件和部件承载件自身生成的热成为与日俱增的问题。同时，部件承载件应当是在机械方面稳固的且在电气和磁性方面可靠的，以便能够进行操作，即使在恶劣条件下也能够操作。
特别地，制造具有沿着部件承载件的层叠置件的厚度方向的过孔(竖向互连通路)的部件承载件可能是一挑战。这种过孔可以由两个或更多个金属填充部分制造而成，这些金属填充部分以一个在另一个上方的方式布置。
图2的a部分示出了嵌置在部件承载件的电绝缘材料中的常规过孔的示例。每个过孔均包括第一铜填充部分221和布置在第一铜填充部分221 的顶部上的第二铜填充部分222。两个部分221、222之间的接合部是由附图标记225指示的。对于右侧的过孔，已经施用作为蚀刻剂的过硫酸钠 (sodium peroxosulphate)来去除金属氧化物。然而，由于强的电腐蚀，所得到的接合部225弯曲成像半球状部。
图2的b部分示出了所述接合部225的显微图像，所述接合部225的显微图像可以识别为细黑线(分界线)。黑色是由在制造过程期间(特别地，因跳过酸性蚀刻)形成的氧化铜226引起的。还可以看出，这些氧化铜226 中的一些氧化铜的尺寸是相当大的，并且氧化铜226形成膜层。
图4a至图4d示出了形成图2中所示的过孔的制造过程的常规示例。
图4a示出了：过程处理步骤的概述(在图4b至图4e中进一步说明)。
图4b：在部件承载件的电绝缘材料上钻出孔。在孔中形成第一铜填充部分221。
图4c：第一铜填充部分221的上表面是通过等离子体(O2)、超声波冲洗、(碱)蚀刻和干等离子体而被处理的。在处理期间形成氧化铜226，特别地，在后碱性蚀刻处理期间形成氧化铜226。
图4d：在第一氧化铜填充部分221(和氧化铜226的膜)的顶部上形成种子层228。
图8a至图8d示出了与关于图4a至图4d所描述的常规的部件承载件制造非常类似的常规的部件承载件制造。此外，还示出了在种子层228的顶部上形成第二铜填充部分222的最后步骤。
常规地，氧化铜226可以通过侵蚀性(aggressive)还原剂、比如过硫酸钠而被去除。在本示例中，该步骤已被特意地跳过，因为这些侵蚀性还原剂(铜蚀刻剂)会损坏铜填充部分并且最终也会损坏嵌置的绝缘材料。
然而，尚未被有效去除的在接合部225处的氧化铜226可能会显著地降低过孔的稳定性和完整性并且可能会进一步降低信号传输质量。
发明内容
可能需要以有效且稳健的方式在部件承载件中制造出具有高完整性的过孔。提供了一种部件承载件、制造方法和制造设备。
根据本发明的第一方面，描述了一种部件承载件，该部件承载件包括：
i)(层)叠置件，该(层)叠置件包括至少一个电绝缘层结构和/或至少一个电传导层结构；以及
ii)至少部分地嵌置在叠置件中的过孔(由叠置件材料封装)，其中，过孔包括：
iia)下部金属填充部分(特别地，铜填充的)；以及
iib)上部金属填充部分，
其中，上部金属填充部分(直接)形成在下部金属填充部分上，上部金属填充部分与下部金属填充部分之间具有接合部区域(例如，分界线)，以及
其中，接合部区域(基本上)没有金属氧化物，特别地，该金属氧化物是氧化铜。
根据本发明的另一方面，描述了一种制造部件承载件(例如，如上所述)的方法，该方法包括：
i)形成叠置件，该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；
ii)在叠置件中至少部分地形成过孔(空的过孔)；
iii)用金属对过孔的下部部分进行填充，以提供下部金属填充部分，特别地，通过第一镀覆用金属对过孔的下部部分进行填充，以提供下部金属填充部分；
iv)通过电子附着对下部金属填充部分的上表面进行处理，从而去除金属氧化物，特别地，金属氧化物是氧化铜；以及
v)在下部金属填充部分的经电子附着处理的上表面上用另外的金属(特别地，相同的金属)对过孔的上部部分进行填充，从而提供上部金属填充部分；特别地，在下部金属填充部分的经电子附着处理的上表面上通过第二镀覆用另外的金属(特别地，相同的金属)对过孔的上部部分进行填充，从而提供上部金属填充部分。
根据本发明的另一方面，描述了一种用于制造部件承载件的设备，该设备包括：
i)钻孔单元，该钻孔单元构造成用于在叠置件中至少部分地形成过孔，该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；
ii)镀覆单元，该镀覆单元构造成用于：用金属对过孔的下部部分进行填充，以提供下部金属填充部分；以及在下部金属填充部分的金属的上表面上用另外的金属对过孔的上部部分进行填充，以提供上部金属填充部分；以及
iii)电子附着单元，该电子附着单元配置成用于通过电子附着对下部金属填充部分的上表面进行处理。
在本文件的上下文中，术语“部件承载件”可以特别地表示能够在其上和/或在其中对一个或更多个部件进行容置以提供机械支撑和/或电连接的任何支撑结构。换言之，部件承载件可以构造为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将上述类型的部件承载件中的不同类型的部件承载件组合而成的混合板。电绝缘层结构可以包括有机材料(与应用无机材料、比如二氧化硅的晶片技术材料相比)。
在一实施方式中，部件承载件包括至少一个电绝缘层结构和至少一个电传导层结构的(层)叠置件。例如，部件承载件可以是所提到的电绝缘层结构和电传导层结构的层压件，特别是通过施加机械压力和/或热能而形成的所提到的电绝缘层结构和电传导层结构的层压件。所提到的叠置件可以提供板状部件承载件，该板状部件承载件能够为其他部件提供大的安装表面并且仍然是非常薄且紧凑的。术语“层结构”可以特别地表示在公共平面内的连续的层、图案化的层或多个非连续的岛状件。
在本文件的上下文中，术语“过孔”可以特别地指作为部件承载件的层叠置件中的(至少部分地)电连接件的竖向互连通路(access)。过孔可以穿过一个或更多个相邻的层的平面。术语“过孔”可以包括通孔式过孔、埋孔式过孔和盲孔式过孔。尽管过孔可以用于将仅一些层(位于叠置件中) 彼此连接，但是其他过孔可以用于将叠置件的所有层连接。在一示例中，过孔是由包括下部部分和上部部分的至少两个部分形成的。尽管过孔可以包括沿着竖向(z)方向的恒定宽度，但是过孔可以包括不同的宽度。在一示例中，过孔包括一致的形状(例如，圆柱状的/矩形柱状的)。在另一示例中，过孔可以包括不同的形状，例如，柱形的和(截头)锥形的或不规则四边形的(trapeze)。此外，过孔可以包括构造为增宽的或加宽的至少一个电传导垫部分。在特定的示例中，接合部区域定位在这种垫部分(垫部分此时将是下部金属填充部分)上方。过孔还可以包括底切部(undercut)(比如，收缩部)，例如，底切部位于垫状(下部)结构与(上部)柱形结构之间。
在本文件的上下文中，术语“接合部区域”可以指过孔的下部金属填充部分(特别地，所述部分的上表面)和上部金属填充部分(特别地，上部金属填充部分的下表面)彼此(直接)物理接触的位置。接合部区域可以在两个部分之间是连续的。在另一示例中，接合部区域可以在两个部分之间是不连续的。尽管在一个示例中，接合部区域可以是水平的并且是与叠置件的各层大致平行的(平面的接合部)，但是在另一示例中，接合部区域可以是弯曲的，或者，接合部区域可以具有沿着所述接合部区域的平面延展部延伸的不规则形状，优选地，接合部区域可以具有从该平面延伸部偏离的在1μm至3μm的范围内的不规则形状；所述平面延展部可以是相对于叠置件平行或倾斜的。接合部区域可以包括少量的金属氧化物，或者可以(基本上)没有金属氧化物。在一示例中，过孔的底部可以在蚀刻过程期间是平面的/平坦的，由此过孔的中心流速可以高于过孔的边缘区域流速。为此，与边缘区域相比，过孔的中心区域可能被更大程度地蚀刻。
在本文件的上下文中，术语“基本上没有”可以指这样的情形：应用可靠地去除存在的金属氧化物中的至少一半量的金属氧化物的方法步骤 (特别地，电子附着)的情形。可能期望完全去除金属氧化物。然而，从技术上讲，可能仅能去除金属氧化物中的大部分金属氧化物或几乎所有金属氧化物，但可能会留下一些不可去除的残留物。因此，术语“基本上没有”可以指去除所有金属氧化物的明确意图和方法步骤，即使一些金属氧化物可能不可避免地保留。例如，“基本上没有金属氧化物”可以意指所述金属(铜)氧化物的最大量为1％(按重量计，例如，通过EDX分析)或更少、特别地为0.75％或更少、更特别地为0.5％或更少。换言之，金属(铜) 的浓度(按重量计)可以是99％或更多，特别地，金属(铜)的浓度(按重量计)可以是99.5％或更多。与常规的方法(参见图2的b部分)相比，金属(铜)氧化物的量可以减少50％或更多，特别地，金属(铜)氧化物的量可以减少75％或更多，特别地，金属(铜)氧化物的量可以减少80％或更多，特别地，金属(铜)氧化物的量可以减少90％或更多，更特别地，金属(铜)氧化物的量可以减少95％或更多，更特别地，金属(铜)氧化物的量可以减少99％或更多。在具体示例中，元素氧的浓度可以通过电子附着从约5％降低至约0.2％(按重量计，例如，基于EDX分析)。
在本文件的上下文中，术语“电子附着处理”可以特别地指包括应用电子发射设备的处理方法。所发射的电子可以与气体的分子碰撞，从而产生反应剂。换句话说，电子可以附着至气体的分子，从而形成带负电荷的离子。然后，这些反应剂/离子(特别地，还原剂)可以与制造中的部件承载件(表面)发生化学反应。在一示例中，可以施用还原剂以从部件承载件预制件内的接合部区域去除金属氧化物(在还原反应中)。在具体示例中，在氢气/氮气中产生带负电荷的氢离子，其中，该离子可以有效地还原金属填充过孔部分的金属氧化物。
根据示例性实施方式，本发明可以基于这样的构思：当下部金属填充部分与上部金属填充部分之间的接合部区域(由此，上部金属填充部分直接布置在下部金属填充部分的上表面上)(基本上)没有金属氧化物、特别是氧化铜时，部件承载件中的过孔可以以有效且稳健的方式制造成具有高完整性。通过采取这种措施，可以显著地提高过孔的稳定性和信号传输质量。
根据优选实施方式，过孔的接合部区域处存在的金属氧化物可以通过电子附着处理过程而被减少/防止，该电子附着处理过程可以在上部金属填充部分形成之前提供至下部金属填充部分的上表面。电子附着可以是一种干燥的、非破坏性的处理方法，该干燥的、非破坏性的处理方法已经被证明在制造过程期间在去除不期望的金属氧化物方面令人惊讶地有效而不会损害过孔材料。
常规地，(下部金属填充部分的上表面的)表面处理是通过蚀刻、例如使用侵蚀性铜蚀刻化学品、比如过硫酸钠来完成的。然而，这些物质可能对金属表面有害，从而降低相应过孔的稳定性和/或信号传输质量。
然而，所描述的方法可以增大(金属)接合部区域的结合力(从而提高稳定性和过孔完整性)、使更小的过孔(例如，直径<20μm)脱氧(从而提高小型化)、以及可能会减少成本和废弃物(特别地，要被回收的酸)，从而对环境也是友好的。
示例性实施方式
根据实施方式，接合部区域构造为下部金属填充部分与上部金属填充部分之间的空间的连续区域。在一示例中，接合部区域构造为(大致)水平和/或平面的层结构，该(大致)水平和/或平面的层结构以与叠置件的各层的取向(即，x-y平面)相当的方式(特别地，平行)定向。在一示例中，接合部区域定位在(大致)同一竖向高度处。在另一示例中，接合部区域定位在不同的竖向高度处。在一示例中，接合部形貌反映出碱性蚀刻的制造步骤(产品处理特征)。
根据另一实施方式，过孔是至少部分地嵌置在叠置件的至少一个电绝缘层结构(例如，一个或更多个(加强的)树脂和/或阻焊层结构)中。
根据另一实施方式，过孔包括沿着叠置件的厚度方向(z)的至少一个底切部。在此上下文中，术语“底切部”可以特别地指过孔的沿着竖向方向(沿着z方向)的收缩部和/或凹入部。尽管在一个示例中，底切部存在于整个过孔宽度周围，但在另一示例中，底切部可以仅存在于过孔的一部分处。
根据另一实施方式，底切部定位于下部金属填充部分和/或上部金属填充部分处。在一示例中，底切部定位于相对于接合部区域而言相当的竖向高度处。
根据另一实施方式，底切部的直径沿着叠置件的厚度方向(z)变化。在一示例中，底切部定位于过孔与所述至少一个电绝缘层结构之间的接触区域处。
根据另一实施方式，底切部反映出下述制造步骤：对形成在叠置件中的过孔的将供上部金属填充部分形成的部分进行处理，特别地直至下部金属填充部分的金属的上表面；特别地，对形成在叠置件中的过孔的将供上部金属填充部分形成的部分进行蚀刻，特别地直至下部金属填充部分的金属的上表面。根据另一实施方式，底切部设置在所述下部金属填充部分的末端部与所述上部金属填充部分的末端部之间。
根据另一实施方式，底切部在所述下部金属填充部分或所述上部金属填充部分中的一者的一个末端部上包括沿所述下部金属填充部分或所述上部金属填充部分中的所述至少一者的长度从较小直径至较大直径的可变直径。
在一示例中，所述接合部区域是朝向所述下部金属填充部分或所述上部金属填充部分的没有设置底切部的末端部弯曲的。换言之，所述接合部区域是远离所述下部金属填充部分或所述上部金属填充部分的所述底切部所定位的末端部弯曲的。
根据另一实施方式，底切部布置在于叠置件的厚度方向(z)上与接合部区域相当的高度处。在另一示例中，底切部定位在过孔的与接合部区域大致相同的竖向水平处。
根据另一实施方式，部件承载件构造为集成电路IC基板。在本文件的上下文中，术语“IC基板”可以指已建立的技术术语，该技术术语指的是小型高密度PCB(即，包括相当的材料，特别地，包括有机材料)。IC基板也可以称为芯片尺寸PCB(或者高密度PCB)，其中，术语“芯片尺寸”可以指这样的情形：IC基板包括沿着x-y平面的与沿z方向安置在IC基板上的电子部件(特别地，IC芯片)的尺寸相当的尺寸。因此，IC基板的尺寸可以与所述电子部件完全相同、比所述电子部件略小或比所述电子部件略大。在一示例中，IC的尺寸与IC基板的尺寸之间的尺寸差异(在x-y平面内的延伸量)可以是75％或更低，特别地，IC的尺寸与IC基板的尺寸之间的尺寸差异(在x-y平面内的延伸部)是50％或更低，更特别地，IC的尺寸与IC基板的尺寸之间的尺寸差异(在x-y平面内的延伸部)是25％或更低。
因此，有效且稳健的过孔可以设置成用于IC基板，以实现与电子部件 (IC芯片)的可靠电接触。
根据另一实施方式，所述至少一个电绝缘层结构包括阻焊层结构。这可以提供这样的优点：可以在叠置件的最外部区域中(至少部分地)制造出稳健的过孔。这还可以实现部件承载件与另外的实体(例如，电子部件或另外的部件承载件)的可靠电连接。
尽管在一个示例中，过孔可以(至少部分地)嵌置在(加强)树脂材料(或其他典型的部件承载件材料)中，但是过孔可以(至少部分地)嵌置在阻焊层结构中。阻焊部保护电传导结构免于形成与焊接材料不期望的电连接(短路)(在另一步骤中)。阻焊部可以是叠置件/部件承载件的最外部(或最外层中的一个最外层)。在一示例中，阻焊部可以进一步被表面处理部覆盖。然而，在阻焊部的顶部上通常不层压另外的树脂层结构。
根据另一实施方式，下部金属填充部分和/或上部金属填充部分构造为渐缩的过孔。在下部金属填充部分的情况下，渐缩可以远离接合部区域进行，换句话说，过孔的直径可以从接合部区域朝向远离该区域的方向增大。在上部金属填充部分的情况下，渐缩可以朝向接合部区域进行，即，过孔直径可以随着靠近接合部区域而减小。
根据另一实施方式，下部金属填充部分和/或上部金属填充部分构造为圆柱状的或矩形柱状的。
根据另一实施方式，部件承载件还包括位于上部金属填充部分的顶部上的电传导材料(特别地，焊料材料)。
根据另一实施方式，下部金属填充部分构造为比上部金属填充部分更宽(在x-y方向上)的电传导垫。在具体示例(参见图1a和图1b)中，下部金属填充部分构造为电传导垫，而上部金属填充部分构造为柱形件。因此，垫的宽度可以大于柱形件的宽度。
根据另一实施方式，下部金属填充部分的宽度(至少部分地)大于上部金属填充部分的宽度(或者，上部金属填充部分的宽度(至少部分地) 大于下部金属填充部分的宽度)。
根据另一实施方式，过孔包括(特别地，在接合部区域处)100μm或更小的直径，特别地，过孔包括(特别地，在接合部区域处)50μm或更小的直径，更特别地，过孔包括(特别地，在接合部区域处)30μm或更小的直径，特别地，过孔包括(特别地，在接合部区域处)20μm或更小的直径，更特别地，过孔包括(特别地，在接合部区域处)15μm或更小的直径。这可以提供电子附着甚至可以可靠地处理非常小的区域的优点。这可能无法仅通过蚀刻来实现。
根据另一实施方式，该方法还包括：对下部金属填充部分的金属的上表面进行蚀刻，特别地，使用碱性蚀刻剂对下部金属填充部分的金属的上表面进行蚀刻，更特别地，该蚀刻形成金属氧化物(氧化铜)。蚀刻步骤可能是提供高质量的金属的上表面所必需的。特别地，可以蚀刻：i)以去除被污染的有机金属(铜)(污染可能因UV激光钻孔引起的)；ii)以去除经粘合促进剂处理的表面。例如，可以应用作为碱(碱性)蚀刻剂的基于氨的蚀刻剂。然而，后蚀刻过程、比如干燥、冲洗和储存可能导致形成不希望的金属氧化物。
根据另一实施方式，该方法还包括：在电子附着处理之后对下部金属填充部分进行非电镀覆。非电镀覆可以作为已建立的技术来应用以在高质量、金属氧化物减少或金属氧化物耗尽的接合部区域上提供种子层。根据另一实施方式，该方法还包括(随后)使用电镀覆来形成上部金属填充部分。在种子层的顶部上进行镀覆会是特别有效的。非电镀覆(特别地，在电子附着处理之后的关闭时间窗口内)的优点可以防止金属由于暴露于空气而再次被氧化。
根据另一实施方式，该方法是至少部分地由基于晶片技术的设备(制造设备配置为基于晶片技术的设备)执行的。电子附着处理可以应用于晶片处理的技术领域中。因此，已建立的技术可以以直接的方式转移至印刷电路板制造过程中。由于在晶片处理中没有形成过孔，因此迄今为止，尚未考虑将电子附着处理转移至印刷电路板制造。晶片制造和印刷电路板制造通常可以是完全分开的处理环境。晶片通常是圆形的，而部件承载件预制件通常是矩形的(面板)。晶片制造中的绝缘材料是无机的(例如，氧化硅)，而部件承载件的绝缘材料通常是有机的(例如，树脂)。
根据另一实施方式，电子附着处理是基于作为还原剂的带负电荷的氢离子而进行的。特别地，所发射的电子可以与(例如，在惰性气体(例如氮气或氩气)氛围中)氢气(H2)的分子碰撞，从而形成带负电荷的氢离子(H-)。带负电荷的氢离子(H-)是不稳定的，并且将作为还原剂与接合部区域的金属氧化物迅速地反应，从而将金属氧化物去除。以这种方式，可以提供用于接合部区域的令人惊讶地有效但非破坏性(以及干燥)清洁方法。
根据另一实施方式，该方法没有微蚀刻步骤和/或软蚀刻步骤(酸性蚀刻步骤)。换言之，该方法没有非碱性蚀刻(和/或铜蚀刻)步骤。特别地，该方法没有施用过硫酸盐、特别是过硫酸钠(Na2S2O8)、氯化铁等中的一者的蚀刻步骤。过硫酸钠是酸性软蚀刻剂溶液，使得酸性(即，非碱性) 软蚀刻剂溶液可能不适用于所描述的方法。然而，可以应用碱软蚀刻(例如，氨基溶液)。
这可以提供这样的优势：可以避免可能损害下部金属填充部分的上表面的不希望的(但到目前为止是必要的)步骤(参见例如图2的b部分的右侧过孔)。非碱性蚀刻剂通常可以是铜蚀刻物质，该铜蚀刻物质去除下部金属填充部分的上金属表面的一部分。该步骤可能会损害或者甚至破坏强制性金属结构的一部分。此外，如果可以避免这种侵蚀性蚀刻剂，则该方法会是对环境更加友好的。另外，可以节省用于购买蚀刻剂和用于回收的成本。
根据另一实施方式，应用碱性蚀刻步骤来代替非碱性(特别地，过硫酸盐)蚀刻步骤。结合用于去除金属氧化物的电子附着处理，可以显著地提高过孔(和接合部区域)的质量。
根据另一实施方式，该方法还包括以下处理步骤中的至少一者：等离子体处理(特别地，基于氧气)、干等离子体处理(例如，使用惰性气体、比如氩气或氮气)、超声冲洗。这可以提供下述优点：已确定的且可靠的处理方法还可以以直接的方式应用于接合部区域。
在一实施方式中，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到的电绝缘层结构和电传导层结构的层压件，特别是通过施加机械压力和/或热能而形成的所提到的电绝缘层结构和电传导层结构的层压件。所提到的叠置件可以提供板状部件承载件，该板状部件承载件能够为其他部件提供大的安装表面并且仍然是非常薄且紧凑的。
在一实施方式中，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的安装部件提供大的基底。此外，特别地，作为嵌置式电子部件的示例的裸晶片(die)由于该裸晶片的厚度小而可以方便地嵌置到薄板、比如印刷电路板中。
在一实施方式中，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通过施加压力和/或通过供给热能而将多个电传导层结构与多个电绝缘层结构进行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。通过例如通过激光钻孔或机械钻孔形成穿过层压件的孔并且通过用电传导材料(特别是铜)对这些孔进行部分地或完全地填充从而形成过孔或任何其他通孔连接部，各个电传导层结构可以以期望的方式彼此连接。经填充的孔将整个叠置件连接(即，延伸穿过多个层或整个叠置件的通孔连接部)，或者经填充的孔将至少两个电传导层连接，即所谓的过孔。类似地，光学互连部可以穿过叠置件的各个层而形成以接纳电光电路板(EOCB)。除了可以嵌置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将一个或更多个部件容置在板状印刷电路板的一个表面或相反的两个表面上。所述一个或更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 (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而言，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(特别地，电子部件)大致相同的尺寸(例如，在芯片级封装(CSP)的情况下)。在另一实施方式中，基板可以基本上大于所指定的部件(例如，在倒装芯片球栅阵列(FCBGA，flip chip ball grid array)构型中)。更具体地，基板可以理解为这样的承载件：用于电连接件或电网的承载件、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路，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已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，增强球状件，特别是玻璃球状件)的树脂。
基板或中介层可以包括以下各者中的至少一者的层或由以下各者中的至少一者的层构成：玻璃；硅(Si)和/或感光的或可干蚀刻的有机材料、如环氧基堆叠材料(比如，环氧基堆叠膜)；或者聚合物化合物(聚合物化合物可以包括或可以不包括光敏和/或热敏分子)、如聚酰亚胺、聚苯并恶唑。
在一实施方式中，所述至少一个电绝缘层结构包括以下各者中的至少一者：树脂或聚合物，比如环氧树脂、氰酸酯树脂、苯并环丁烯树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂；聚亚苯基衍生物(例如，基于聚苯醚，PPE)、聚酰亚胺(PI)、聚酰胺(PA)、液晶聚合物(LCP)、聚四氟乙烯(PTFE)和/ 或其组合。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、球状件或其他种类的填充物颗粒——以形成复合物。与增强剂结合的半固化树脂、例如用上述树脂浸渍的纤维被称为预浸料。这些预浸料通常是以它们的性能命名的，例如FR4或FR5，这些预浸料的性能描述了其阻燃性能。尽管预浸料、特别是FR4对于刚性PCB而言通常是优选的，但是也可以使用其他材料、特别是环氧基堆叠材料(比如，堆叠膜) 或感光介电材料。对于高频应用，高频材料、比如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂可以是优选的。除了这些聚合物以外，低温共烧陶瓷 (LTCC)或其他低的、非常低的或超低的DK材料可以作为电绝缘结构而应用在部件承载件中。
在一实施方式中，所述至少一个电传导层结构包括以下各者中的至少一者：铜、铝、镍、银、金、钯、钨、镁、碳、(特别是掺杂的)硅、钛和铂。尽管铜通常是优选的，但是其他材料或其涂覆变型、特别是涂覆有超导材料或传导性聚合物的变型也是可以的，超导材料或传导性聚合物分别比如为石墨烯或聚(3,4-乙撑二氧噻吩(3,4-ethylenedioxythiophene)) (PEDOT)。
至少一个另外的部件可以嵌置在叠置件中和/或表面安装在叠置件上。部件和/或所述至少一个另外的部件可以选自以下各者中的至少一者：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)、导光元件(例如，光波导或光导体连接件)、电子部件或其组合。嵌体可以是例如带有或不带有绝缘材料涂层的金属块(IMS-嵌体)，该金属块可以嵌置或表面安装成用于促进散热的目的。合适的材料是根据材料的热导率限定的，热导率应当为至少2W/mK。这种材料通常是基于但不限于金属、金属氧化物和/或陶瓷，例如为铜、氧化铝(Al2O3)或氮化铝 (AlN)。为了提高热交换能力，也经常使用具有增加的表面面积的其他几何形状。此外，部件可以是有源电子部件(具有至少一个实现的p-n结)、无源电子部件比如电阻器、电感或电容器、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(比如，现场可编程门阵列 (FPGA)、可编程阵列逻辑(PAL)、通用阵列逻辑(GAL)和复杂可编程逻辑器件(CPLD))、信号处理部件、功率管理部件(比如，场效应晶体管 (FET)、金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)、互补金属氧化物半导体(CMOS)、结型场效应晶体管(JFET)、或绝缘栅场效应晶体管(IGFET)，这些都是基于半导体材料的，该半导体材料比如是碳化硅(SiC)、砷化镓 (GaAs)、氮化镓(GaN)、氧化镓(Ga2O3)、砷化铟镓(InGaAs)、磷化铟(InP)、和/或任何其他合适的无机化合物)、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、电池、开关、摄像机、天线、逻辑芯片和能量收集单元。然而，其他部件也可以嵌置在部件承载件中。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IC基板、中介层或例如呈板中板构型的其他部件承载件。该部件可以表面安装在部件承载件上和/或可以嵌置在部件承载件的内部中。此外，还可以使用其他部件、特别是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来作为部件。
在一实施方式中，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/或热而被叠置并连接在一起的多层结构的复合物。
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(特别地，通过层压)将经处理的层结构的一个主表面或相反的两个主表面对称地或不对称地覆盖。换句话说，可以持续堆叠，直到获得期望的层数为止。
在具有电绝缘层结构和电传导层结构的叠置件的形成完成之后，可以对所获得的层结构或部件承载件进行表面处理。
特别地，在表面处理方面，可以将电绝缘的阻焊部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这样的阻焊部并且随后对阻焊部的层进行图案化以使一个或更多个电传导表面部分暴露，所述一个或更多个电传导表面部分将用于使部件承载件电耦合至电子外围件。部件承载件的用阻焊部保持覆盖的表面部分、特别是包含铜的表面部分可以被有效地保护以防氧化或腐蚀。
在表面处理方面，还可以选择性地将表面处理部施加至部件承载件的暴露的电传导表面部分。这种表面处理部可以是部件承载件的表面上的暴露的电传导层结构(比如，焊盘、传导迹线等，特别是包括铜或由铜组成) 上的电传导覆盖材料。如果不对这种暴露的电传导层结构进行保护，则暴露的电传导部件承载件材料(特别是铜)会被氧化，从而使部件承载件的可靠性较低。此外，表面处理部可以形成为例如表面安装部件与部件承载件之间的接合部。表面处理部具有保护暴露的电传导层结构(特别是铜电路)的功能，并且表面处理部能够例如通过焊接而实现与一个或更多个部件的接合处理。用于表面处理部的合适材料的示例是有机可焊性防腐剂 (OSP)、非电镍浸金(ENIG)、非电镍浸钯浸金(ENIPIG)、非电镍非电钯浸金(ENEPIG)、金(特别是硬金)、化学锡(化学和电镀)、镍金、镍钯等。也可以使用用于表面处理部的无镍材料，特别是对于高速应用而言。示例是ISIG(浸银浸金)和EPAG(非电钯自催化金)。
附图说明
本发明的以上限定的方面及其他方面根据待在下文中描述的实施方式的示例而变得明显，并且参照实施方式的这些示例对本发明的以上限定的方面及其他方面进行说明。
图1a示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件。
图1b示出了根据本发明的示例性实施方式的接合部区域的显微图像。
图2的a部分示出了常规的部件承载件；图2的b部分示出了具有多种金属氧化物的常规的分界线。
图3a至图3e示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件制造。
图4a至图4d示出了常规的部件承载件制造。
图5示出了根据本发明的示例性实施方式的电子附着单元。
图6示出了根据本发明的示例性实施方式的制造设备。
图7a至图7e示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件制造。
图8a至图8d示出了常规的部件承载件制造。
具体实施方式
附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件被提供以相同的附图标记。
图1a示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件100。部件承载件100包括叠置件101，叠置件101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。在该示例中，嵌置有过孔120的所述至少一个电绝缘层结构102至少部分地包括阻焊层结构。
根据所示的实施方式，两个过孔120嵌置在叠置件101的电绝缘层结构102中，其中，每个过孔120均包括下部金属填充部分121和上部金属填充部分122。根据替代性的实施方式，可以设置仅一个过孔或多个过孔；为了简单起见，图1a、图3b、图3c、图3d和图3e被示为设置有两个过孔的实施方式。上部金属填充部分122(柱形形状)直接形成在下部金属填充部分121(垫状的且渐缩形的)的顶部上，上部金属填充部分122与下部金属填充部分121之间具有接合部区域125。图1b中详细示出的所述接合部区域125反映出在下部金属填充部分121的上表面(在z方向上)的顶部上形成(例如，通过电镀覆)上部金属填充部分122的制造步骤。接合部区域125构造为下部金属填充部分121与上部金属填充部分122之间的空间的连续区域。
过孔120包括在叠置件的厚度方向(z)上的相应的底切部140，其中，底切部140定位成在于叠置件的厚度方向上与接合部区域125相当的高度处靠近下部金属填充部分121与上部金属填充部分122之间的接合部区域 125。在此，底切部140的直径沿着叠置件的厚度方向变化。底切部140反映出蚀刻的制造步骤(参见图3b)。底切部140可以包括沿着下部金属填充部分121和上部金属填充部分122的长度从较小直径至较大直径的可变直径，或者，底切部140可以包括沿着下部金属填充部分121和上部金属填充部分122的长度从较大直径至较小直径的可变直径。接合部区域125可以朝向下部金属填充部分121的末端部或上部金属填充部分122的末端部 (在所述末端部中设置有底切部140)弯曲。在该示例中，底切部140定位在垫状的下部部分121与柱状的上部部分122之间。
图1b示出了根据本发明的示例性实施方式的接合部区域125的显微详细图像。接合部区域125可以看作上部部分121的镀铜材料与下部部分122 的镀铜材料之间的连续区域(分界线)。与常规的接合部225(参见图2的 b部分)相比，接合部区域125基本上没有金属(铜)氧化物126(参见接合部区域处的黑点)。特地选择“基本上”的构思，这是因为仍能够看到金属氧化物。然而，金属氧化物126的量显著地低于常规的接合部的金属氧化物的量，从而提高了稳定性、完整性和信号传输质量。在数量方面，接合部区域125处的金属氧化物的量可以减少75％，特别地，接合部区域125 处的金属氧化物的量可以减少90％或更多。具体而言，铜的浓度为99.5％ (在重量方面)或更多，而氧化铜的浓度低于0.5％。
图3a至图3e示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件制造。
图3a给出了下部金属填充部分121的上表面的处理步骤的概述：i) 对阻焊部进行UV激光处理；ii)等离子(此处为氧气)清洁；iii)超声波冲洗；iv)碱蚀刻；v)另外的超声波冲洗；vi)另外的等离子(此处是氩气或氮气)清洁；vii)电子附着处理；以及viii)金属镀覆(此处为非电镀覆，以形成种子层，从而随后对上部金属填充部分122进行镀覆)。
图3b：在叠置件101的另外的电绝缘层结构103上形成绝缘阻焊层结构102。已经在阻焊层结构102中钻出孔，并且孔的下部部分已经用铜填充以提供下部金属填充部分121。应用碱性蚀刻以对下部金属填充部分121的上表面进行处理，由此还去除了阻焊层结构102的一部分，从而导致在上表面的竖向高度的正上方的底切部140。
图3c示出了：在制造过程的该阶段处，下部金属填充部分121的上表面被金属(铜)氧化物126(特别地，在蚀刻过程期间形成的)覆盖。常规地(与图4a至图4d相比)，上部金属填充部分122此时将直接形成在下部金属填充部分121的上表面上，从而导致包括高量的金属氧化物126的低质量的接合部区域125。
图3d：为了克服现有技术的缺点，通过电子附着处理对上表面进行处理。因此，金属氧化物126以令人惊讶地有效的方式被去除，而不会对下部金属填充部分121造成任何损害。
图3e：在下部金属填充部分121的经电子附着处理的上表面上形成种子层128(非电镀覆的金属层结构)，从而提供具有少量的金属氧化物126 的高质量的接合部区域125。此后(未示出)，通过借助于电镀覆对孔的其余部分进行填充而形成上部金属填充部分。
以上述方式，能够避免使用侵蚀性化学品、比如过硫酸钠进行表面处理。
图5示出了根据本发明的示例性实施方式的电子附着单元160。单元 160包括电子发射设备161，该电子发射设备161配置成对制造中的部件承载件(部件承载件预制件162)提供电子。部件承载件预制件162(例如，面板)是在电子发射设备161下方的输送线163上被输送的。在部件承载件预制件162与电子发射设备161之间提供氢气和氮气的气氛。在该示例中，应用在N2中含有4％H2的环境压力室。从电子发射设备161发射出低能电子(<10eV)，并且该低能电子(<10eV)与H2气体分子碰撞，该低能电子(<10eV)中的一些低能电子被H2分子捕获并且产生负离子(H-)和中性原子(H)：
分离性附着：H2+e-->H2 -->H-+H
直接附着：H+e-->H-
形成的H-在电场的驱动下移动至部件承载件预制件162的CuO膜表面，并且促进表面发生以下脱氧反应：2H-+CuO->Cu+H2O。
因此，源自电子发射设备161的电子与氢气碰撞并且由此形成带负电荷的氢离子(H-)。在该示例中，电子附着处理是基于使用这些带负电荷的氢离子作为用于部件承载件预制件162的还原剂而进行的。特别地，还原剂对金属氧化物进行还原，从而去除金属氧化物。
图6示出了根据本发明的示例性实施方式的制造设备170。设备170 首先包括面板处理单元171，该面板处理单元171构造成形成具有层叠置件的部件承载件预制件162。此外，设备170包括钻孔单元172，该钻孔单元 172构造成在叠置件101中形成过孔。然后，应用图3b和图3c中描述的步骤(例如，在未示出的另外的单元中)。
设备170还包括电子附着单元160(参见上文的图5)，该电子附着单元160用于通过电子附着处理对下部金属填充部分121的上表面进行处理 (参见图3d)。
此外，设备170包括镀覆单元173，该镀覆单元173用于在下部金属填充部分121的上金属表面上用另外的金属对过孔120的上部部分122进行填充，以提供上部金属填充部分122。镀覆单元173还可以构造成在电子附着处理之前用金属对过孔的下部部分121进行填充以提供下部金属填充部分121。在镀覆期间，部件承载件预制件162可以储存在面板储存装置 174中。
图7a至图7e示出了根据本发明的示例性实施方式的部件承载件制造。该过程是与以上对图3a至图3e详细描述的过程非常类似的。另外，上部金属填充部分122被示出为通过在种子层128上镀覆金属而形成(参见图7d)。在该示例中，最终的过孔120延伸到阻焊层结构102上方。此外，在过孔 120的顶部上提供电传导连接材料(例如，焊球)123，从而为叠置件提供大的外部电子接触部101。接合部区域125是高质量的，这是因为在图7c 中已经应用电子附着处理，从而去除了金属氧化物126(参见图7b)。
附图标记列表
100 部件承载件
101 叠置件
102 电绝缘层结构，阻焊部
103 另外的电绝缘层结构
104 电传导层结构
120 过孔
121 下部金属填充部分
122 上部金属填充部分
123 电连接材料，焊球
125 接合部区域
126 金属(铜)氧化物
128 非电镀覆的金属层结构，种子层
140 底切部
160 电子附着单元
161 电子发射设备
162 部件承载件预制件，面板
163 运输线
170 设备
171 部件承载件预制件处理单元
172 钻孔单元
173 镀覆单元
174 部件承载件预制件储存装置
220 现有技术的过孔
221 现有技术的下部部分
222 现有技术的上部部分
225 现有技术的接合部
226 现有技术的氧化铜。

Claims (15)

1.一种部件承载件(100)，所述部件承载件(100)包括：
叠置件(101)，所述叠置件(101)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)；以及
过孔(120)，所述过孔(120)至少部分地嵌置在所述叠置件(101)中，其中，所述过孔(120)包括：
下部金属填充部分(121)，以及
上部金属填充部分(122)，
其中，所述上部金属填充部分(122)直接形成在所述下部金属填充部分(121)上，所述上部金属填充部分(122)与所述下部金属填充部分(121)之间具有接合部区域(125)，以及
其中，所述接合部区域(125)基本上没有金属氧化物(126)。
2.根据权利要求1所述的部件承载件(100)，其中，
所述接合部区域(125)构造为所述下部金属填充部分(121)与所述上部金属填充部分(122)之间的空间的连续区域。
3.根据权利要求1或2所述的部件承载件(100)，其中，
所述过孔(120)至少部分地嵌置在所述叠置件(101)的所述至少一个电绝缘层结构(102)中，以及
其中，所述过孔(120)包括沿着所述叠置件的厚度方向(z)的至少一个底切部，
特别地，其中，所述底切部定位在所述下部金属填充部分(121)处和/或定位在所述上部金属填充部分(122)处，
更特别地，其中，所述底切部的直径沿着所述叠置件的厚度方向(z)而变化。
4.根据权利要求3所述的部件承载件(100)，其中，
所述底切部(140)布置于在所述叠置件的厚度方向(z)上与所述接合部区域(125)相当的高度处。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的部件承载件(100)，所述部件承载件(100)配置为集成电路基板。
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，
所述至少一个电绝缘层结构(102)包括阻焊层结构。
7.一种制造部件承载件(100)的方法，所述方法包括：
形成叠置件(101)，所述叠置件(101)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)；
在所述叠置件(101)中至少部分地形成过孔；
用金属对所述过孔的下部部分进行填充以提供下部金属填充部分(121)，特别地，通过第一镀覆用所述金属对所述过孔的所述下部部分进行填充以提供所述下部金属填充部分(121)；
通过电子附着对所述下部金属填充部分(121)的上表面进行处理，从而去除金属氧化物(126)，特别地，所述金属氧化物(126)是氧化铜；以及
在所述下部金属填充部分(121)的经电子附着处理的所述上表面上用另外的金属对所述过孔(120)的上部部分进行填充，从而提供上部金属填充部分(122)；特别地，在所述下部金属填充部分(121)的经电子附着处理的所述上表面上通过第二镀覆用所述另外的金属对所述过孔(120)的所述上部部分进行填充，从而提供所述上部金属填充部分(122)。
8.根据权利要求7所述的方法，还包括：
对所述下部金属填充部分(121)的金属的所述上表面进行蚀刻，特别地，使用碱性蚀刻剂对所述下部金属填充部分(121)的金属的所述上表面进行蚀刻，更特别地，由此所述蚀刻形成所述金属氧化物(126)。
9.根据权利要求7或8所述的方法，还包括：
在电子附着处理之后，对所述下部金属填充部分(121)进行非电镀覆，以形成所述上部金属填充部分(122)；特别地，在电子附着处理之后，对所述下部金属填充部分(121)进行非电镀覆，随后使用电镀覆，以形成所述上部金属填充部分(122)。
10.根据权利要求7至9中的任一项所述的方法，其中，
所述方法是至少部分地由基于晶片技术的设备(170)执行的。
11.根据权利要求7至10中的任一项所述的方法，其中，
所述电子附着处理是基于作为还原剂的负氢离子而进行的。
12.根据权利要求7至11中的任一项所述的方法，其中，
所述方法没有过硫酸钠Na2S2O8蚀刻步骤。
13.根据权利要求7至12中的任一项所述的方法，还包括以下处理步骤中的至少一者：等离子体处理，特别地，基于氧气的等离子体处理；干等离子体处理，特别地，基于氩气和/或氮气的干等离子体处理；以及
超声冲洗。
14.一种用于制造部件承载件(100)的设备(170)，所述设备(170)包括：
钻孔单元(172)，所述钻孔单元(172)构造成用于在叠置件(101)中形成过孔，所述叠置件(101)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)；
镀覆单元(173)，所述镀覆单元(173)构造成用于：用金属对所述过孔的下部部分进行填充，以提供下部金属填充部分(121)；以及，在所述下部金属填充部分(121)的金属的上表面上用另外的金属对所述过孔(120)的上部部分进行填充，以提供上部金属填充部分(122)；以及
电子附着单元(160)，所述电子附着单元(160)配置成用于通过电子附着对所述下部金属填充部分(121)的所述上表面进行处理。
15.根据权利要求14所述的设备(170)，所述设备(170)配置为基于晶片技术的设备。
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