CN118119082A - 内埋元件电路板及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种内埋元件电路板及其制造方法。内埋元件电路板包含第一导电层、设置在第一导电层上的第一内板、设置在第一内板上的第一线路层、内埋于第一内板中且在第一导电层及第一线路层之间的至少两个陶瓷基板、设置在第一线路层上的第二内板、内埋于第二内板中并分别设置在陶瓷基板上的至少两个电子元件、设置在第二内板上的第二线路层、设置在第二线路层上的第三内板、设置在第三内板上的第二导电层以及自第二导电层延伸至第一导电层的贯孔结构。将电子元件设置在陶瓷基板上，以达到降低热阻及提高导热的效果。

Description

内埋元件电路板及其制造方法

技术领域

本发明是关于一种电路板及其制造方法，特别是关于一种内埋元件电路板及其制造方法。

背景技术

近年来，电子设备的发展快速，多功能化、高线路密度及小型化是主要的研究方向，其中将各种电子元件埋入印刷电路板(printed circuit board，PCB)内是常用的技术手段。然而，电子元件内埋于印刷电路板中通常存在元件散热的问题，特别是在功率半导体及车用芯片的相关应用上。

发明内容

本发明的一态样是提供一种内埋元件电路板，其包含内埋于电路板中的陶瓷基板及设置在陶瓷基板上的电子元件，以提升散热效果。

本发明的另一态样是提供一种内埋元件电路板的制造方法，其包含设置电子元件在陶瓷基板上，以制得具有良好散热效果的电路板。

根据本发明的一态样，提供一种内埋元件电路板，其包含第一导电层、设置在第一导电层上的第一内板、设置在第一内板上的第一线路层、内埋于第一内板中且在第一导电层及第一线路层之间的至少两个陶瓷基板、设置在第一线路层上的第二内板、内埋于第二内板中并分别设置在陶瓷基板上的至少两个电子元件、设置在第二内板上的第二线路层、设置在第二线路层上的第三内板、设置在第三内板上的第二导电层以及自第二导电层延伸至第一导电层的多个贯孔结构。所述电子元件通过所述第一线路层、所述贯孔结构及所述第二线路层彼此电性连接。

根据本发明的一实施例，所述内埋元件电路板还包含设置在所述第三内板及所述第二导电层之间的多个第三线路层；以及设置在所述第三线路层及所述第二导电层之间的多个第四内板。

根据本发明的一实施例，所述内埋元件电路板还包含设置于所述至少两个陶瓷基板与所述第一内板之间的固化树脂。

根据本发明的一实施例，所述内埋元件电路板还包含连接所述至少两个电子元件及所述第二线路层的多个导电盲孔。

根据本发明的一实施例，所述至少两个电子元件包含第一晶体管及第二晶体管，且所述第一晶体管的漏极电性连接所述第二晶体管的源极。

根据本发明的另一态样，提供一种内埋元件电路板的制造方法。方法包含提供复合层，其中所述复合层包含第一导电层、第一内板及初始金属层，且所述第一内板在所述第一导电层及所述初始金属层之间；形成至少两个开口在所述复合层中；设置至少两个陶瓷基板分别在所述开口内；在设置所述陶瓷基板在所述开口内之后，图案化所述初始金属层，以形成第一线路层；设置至少两个电子元件分别在所述陶瓷基板上；设置第二内板在所述第一线路层及所述电子元件上；形成第二线路层在所述第二内板上；设置第三内板在所述第二线路层上；设置第二导电层在所述第三内板上；以及形成多个贯孔结构自所述第二导电层延伸至所述第一导电层。所述至少两个电子元件通过所述第一线路层、所述贯孔结构及所述第二线路层彼此电性连接。

根据本发明的一实施例，所述至少一陶瓷基板与所述复合层之间具有多个孔隙，且在设置所述至少两个电子元件之前，上述方法还包含填充固化树脂在所述孔隙内。

根据本发明的一实施例，在设置所述第三内板之前，上述方法还包含形成多个导电盲孔在所述至少两个电子元件及所述第二线路层之间。

根据本发明的一实施例，上述形成所述贯孔结构的步骤包含形成多个开口自所述第二导电层的顶部延伸至所述第一导电层；沉积金属材料至所述开口的侧壁上；以及在沉积所述金属材料至所述开口的侧壁上之后，填充树脂至所述开口内。

根据本发明的一实施例，在设置所述陶瓷基板之前，上述方法还包含设置粘着层在所述第一导电层下，以固定所述至少一陶瓷基板在所述第一内板中。

应用本发明的内埋元件电路板及其制造方法，将电子元件设置在陶瓷基板上，并内埋于内板中，且利用导通孔电性连接电子元件，以达到降低热阻、提高导热的效果。

附图说明

根据以下详细说明并配合附图阅读，使本发明的态样获致较佳的理解。需注意的是，如同业界的标准作法，许多特征并不是按照比例绘示的。事实上，为了进行清楚讨论，许多特征的尺寸可以经过任意缩放。

图1绘示根据本发明一些实施例的内埋元件电路板的剖面视图。

图2A至图2G绘示根据本发明一些实施例的内埋元件电路板的制造过程中间阶段的剖面视图。

具体实施方式

本发明提供许多不同实施例或例示，以实施发明的不同特征。以下叙述的组件和配置方式的特定例示是为了简化本发明。这些当然仅是做为例示，其目的不在构成限制。举例而言，第一特征形成在第二特征之上或上方的描述包含第一特征和第二特征有直接接触的实施例，也包含有其他特征形成在第一特征和第二特征之间，以致第一特征和第二特征没有直接接触的实施例。除此之外，本发明在各种具体例中重复元件符号及/或字母。此重复的目的是为了使说明简化且清晰，并不表示各种讨论的实施例及/或配置之间有关系。

再者，空间相对性用语，例如“下方(beneath)”、“在…之下(below)”、“低于(lower)”、“在…之上(above)”、“高于(upper)”等，是为了易于描述附图中所绘示的零件或特征和其他零件或特征的关系。空间相对性用语除了附图中所描绘的方向外，还包含元件在使用或操作时的不同方向。装置可以其他方式定向(旋转90度或在其他方向)，而本发明所用的空间相对性描述也可以如此解读。

如本发明所使用的“大约(around)”、“约(about)”、“近乎(approximately)”或“实质上(substantially)”一般代表在所述的数值或范围的百分之20以内、或百分之10以内、或百分之5以内。

现有的内埋元件电路板中的电子元件是利用盲孔填孔的方式进行散热，但由于盲孔的密度及厚度在制作上会有限制，故有导热不足的情况。另一现有方法是利用铜块进行散热，但因铜块具有导电性，故须在铜块底部另外设置热接口材料(thermal interfacematerial，TIM)来绝缘，但缺点是会造成热阻上升。因此，本发明提供一种内埋元件电路板及其制造方法，将电子元件设置在陶瓷基板上，并利用导通孔电性连接电子元件，以达到降低热阻及提高导热的效果。

请参阅图1，其绘示根据本发明一些实施例的内埋元件电路板100的剖面视图。内埋元件电路板100包含第一导电层102、第一内板104及第一线路层106，且第一内板104在第一导电层102及第一线路层106之间。在一些实施例中，第一内板104包含具有低热膨胀系数(Coefficient of Thermal Expansion，CTE)的材料，例如X-Y轴热膨胀系数为约9ppm/℃至10ppm/℃，也可为热膨胀系数更低的材料，本发明不以此为限。

内埋元件电路板100还包含内埋于第一内板104中的陶瓷基板150。图1仅绘示两个陶瓷基板150，但本发明不限于此，即陶瓷基板150的数量可为两个或更多个。在一些实施例中，填充固化树脂152在陶瓷基板150与第一内板104之间，以填满陶瓷基板150与第一内板104之间的孔隙。由于陶瓷基板150具有良好的热传导性质，故有助于将内埋元件电路板100操作时产生的热能快速导出，且可避免因长时间操作而发生过热造成产品失效。再者，陶瓷基板150还具有绝缘的特性，因此可使电子元件160的主要导热路径及导电路径分开，达到热电分离的效果。

内埋元件电路板100还包含设置在第一线路层106上的第二内板112以及内埋于第二内板112中的电子元件160，其中电子元件160设置在陶瓷基板150的上方。图1仅绘示两个电子元件160，但本发明不限于此，即电子元件160的数量可为两个或更多个。在一些实施例中，设置导电胶层155在电子元件160与第一线路层106之间。在一些实施例中，电子元件160可为晶体管，例如金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，MOSFET)。在电子元件160为场效应晶体管的一些实施例中，内埋元件电路板100可包括至少两个皆为场效应晶体管的电子元件160，其中一个晶体管(即其中一个电子元件160)的漏极电性连接另一个晶体管(即另一个电子元件160)的源极。

在一些实施例中，由于陶瓷基板150及电子元件160的热膨胀系数一般为约3ppm/℃至5ppm/℃，且陶瓷基板150及电子元件160分别内埋于第一内板104及第二内板112中，故第一内板104及第二内板112可包含具有低热膨胀系数的材料，例如低于9ppm/℃，但本发明不限于此。

内埋元件电路板100还包含设置在第二内板112上的第二线路层120及在第二线路层120上的第三内板130A。在一些实施例中，如图1所示，内埋元件电路板100可选择性地包含多个第三线路层(例如第三线路层122及第三线路层124)及多个第四内板(例如第四内板130B及第四内板130C)。在一些实施例中，第三内板130A、第四内板130B及第四内板130C皆包含与第一内板104相似的低热膨胀系数材料。在一些实施例中，导电盲孔170设置在电子元件160及第二线路层120之间，以经由第二线路层120及贯孔结构180来电性连接多个电子元件160。

内埋元件电路板100还包含在最顶部的第四内板130C上的第二导电层140。在一些实施例中，贯孔结构180设置为自第二导电层140延伸至第一导电层102。在一些实施例中，贯孔结构180包含镀覆在侧壁上的金属(例如铜)及填充于内部的树脂或油墨。

图2A至图2G绘示根据本发明一些实施例的内埋元件电路板100的制造过程中间阶段的剖面视图。首先，请参阅图2A，提供复合层110，其中复合层110包含第一导电层102、第一内板104及初始金属层106’。第一内板104在第一导电层102上，且初始金属层106’在第一内板104上。第一内板104包含具有低热膨胀系数的材料，例如X-Y轴热膨胀系数为约9ppm/℃至10ppm/℃。

请参阅图2B，在复合层110中形成至少两个开口O1，其中图2B的实施例是以两个开口O1作为举例说明。接着，可在复合层110的底部设置粘着层210，以用来固定后续要放置的陶瓷基板。在一些实施例中，粘着层210为聚对苯二甲酸乙二酯(polyethyleneterephthalate，PET)胶层。

请参阅图2C，设置两个陶瓷基板150在复合层110的开口O1(参照图2B)内。须注意的是，陶瓷基板150的数目亦可多于两个，故开口O1的数目应根据陶瓷基板150的数目而调整。在一些实施例中，陶瓷基板150为双面镀铜的陶瓷基板，即陶瓷基板150的底部及顶部分别包含铜层150A。在一些实施例中，陶瓷基板150为直接镀铜(direct plated copper，DPC)陶瓷基板。在一些实施例中，由于开口O1的宽度W(参照图2B)大于陶瓷基板150的宽度(例如开口O1的宽度W(参照图2B)与陶瓷基板150的宽度差为约150μm至约250μm)，故陶瓷基板150与复合层110之间具有孔隙201。

请参阅图2D，填充树脂至孔隙201(参照图2C)内，并控制烘烤条件以形成固化树脂152，并使复合层110与陶瓷基板150间的孔隙201被固化树脂152填覆。接着，在填充完固化树脂152之后，可移除复合层110底部的粘着层210(参照图2C)。

请参阅图2E，接着，图案化图2D中的初始金属层106’，以形成第一线路层106，其中图案化初始金属层106’不仅可包括光刻与蚀刻，而且也可包括电镀。此外，第一线路层106也可采用半加成法来形成，其中在形成第一线路层106的过程中，可用研磨来减薄初始金属层106’与铜层150A以及移除部分固化树脂152，以使初始金属层106’与铜层150A可以彼此结合而形成第一线路层106。

之后，设置电子元件160在第一线路层106上，且在陶瓷基板150的正上方。在一些实施例中，在设置电子元件160之前，可先设置导电胶层155在第一线路层106上且在陶瓷基板150上方。在一些具体例中，导电胶层155为烧结银膏。在一些实施例中，电子元件160包含多个电极，例如电极162、电极164及电极166。若电子元件160为场效应晶体管，则电极162、电极164及电极166可分别为漏极、源极与门极。

请参阅图2F，设置第二内板112在第一线路层106及电子元件160上，并形成第二线路层120在第二内板112上。须理解的是，第二内板112须先形成凹槽，以容置电子元件160。详细而言，第二内板112可由多层介电层堆叠而形成，其中至少一层介电层具有一个或多个供电子元件160容置的开口，而另一层介电层覆盖电子元件160，以使电子元件160能内埋于第二内板112中。此外，上述介电层例如是胶片(prepreg)。

接着，在第二内板112中形成导电盲孔170，以连接电子元件160与第二线路层120，且两个电子元件160可利用导电盲孔170及第二线路层120而彼此电性连接。在一些实施例中，导电盲孔170的形成可包含以下步骤：在第二内板112中形成开口(例如利用激光等合适的方法)，所述开口自第二线路层120延伸至电子元件160的顶部；然后，填充导电材料至前述开口中，例如利用电镀等合适的方法。

请参阅图2G，形成第三内板130A在第二线路层120上，接着，可选择性地依序再形成多个第三线路层122、第四内板130B、第三线路层124及第四内板130C在第三内板130A上。然后，形成第二导电层140在第三内板130A或最顶部的第四内板(例如第四内板130C)上。须理解的是，图2G所示的第三线路层及第四内板的数量仅是做为例示，本发明不限于此。

请重新参阅图1，在图2G的结构中形成自第二导电层140延伸至第一导电层102的贯孔结构180。如此，即可制得内埋元件电路板100。形成贯孔结构180可包含以下步骤。首先，形成多个开口自第二导电层140的顶部延伸穿过多个内板(即第三内板130A、第四内板130B及第四内板130C)、多个线路层(即第二线路层120、第三线路层122及第三线路层124)、第二内板112、第一线路层106及第一内板104至第一导电层102。接着，沉积金属材料至前述开口的侧壁上，例如利用化学镀或电镀等合适的方式。然后，填充树脂至前述开口内，以填满金属材料间的空隙。

在电子元件160为晶体管(例如MOSFET)的一些实施例中，一个电子元件160的漏极(例如电极162)可利用导电盲孔170及贯孔结构180而与另一个电子元件160的源极(例如电极164)电性连接。因此，电子元件160的导热路径主要经由其下方的陶瓷基板，而导电路径则主要是经由上方的导电盲孔170，故可达到热电分离的效果。

如上所述，本发明提供一种内埋元件电路板及其制造方法，将电子元件设置在陶瓷基板上，并内埋于具有低热膨胀系数的内板中，且利用导电盲孔及贯孔结构电性连接电子元件，以达到降低热阻、提高导热及热电分离的效果。

虽然本发明已以数个实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，在本发明所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

【符号说明】

100:内埋元件电路板

102:第一导电层

104:第一内板

106:第一线路层

106’:初始金属层

110:复合层

112:第二内板

120:第二线路层

122,124:第三线路层

130A:第三内板

130B,130C:第四内板

140:第二导电层

150:陶瓷基板

150A:铜层

152:固化树脂

155:导电胶层

160:电子元件

162:电极

164:电极

166:电极

170:导电盲孔

180:贯孔结构

201:孔隙

210:粘着层

O1:开口

W:宽度。

Claims (10)

1.一种内埋元件电路板，其特征在于，包含：

第一导电层；

第一内板，设置在所述第一导电层上；

第一线路层，设置在所述第一内板上；

至少两个陶瓷基板，内埋于所述第一内板中，且在所述第一导电层及所述第一线路层之间；

第二内板，设置在所述第一线路层上；

至少两个电子元件，内埋于所述第二内板中，并分别设置在所述陶瓷基板上；

第二线路层，设置在所述第二内板上；

第三内板，设置在所述至少一第二线路层上；

第二导电层，设置在所述至少一第三内板上；以及

多个贯孔结构，自所述第二导电层延伸至所述第一导电层，其中所述至少两个电子元件通过所述第一线路层、所述贯孔结构及所述第二线路层彼此电性连接。

2.根据权利要求1所述的内埋元件电路板，其特征在于，还包含：

多个第三线路层，设置在所述第三内板及所述第二导电层之间；以及

多个第四内板，设置在所述第三线路层及所述第二导电层之间。

3.根据权利要求1所述的内埋元件电路板，其特征在于，还包含：

固化树脂，设置于所述至少两个陶瓷基板与所述第一内板之间。

4.根据权利要求1所述的内埋元件电路板，其特征在于，还包含：

多个导电盲孔，连接所述至少两个电子元件及所述第二线路层。

5.根据权利要求1所述的内埋元件电路板，其特征在于，所述至少两个电子元件包含第一晶体管及第二晶体管，且所述第一晶体管的漏极电性连接所述第二晶体管的源极。

6.一种内埋元件电路板的制造方法，其特征在于，包含：

提供复合层，其中所述复合层包含第一导电层、第一内板及初始金属层，且所述第一内板在所述第一导电层及所述初始金属层之间；

形成至少两个开口在所述复合层中；

设置至少两个陶瓷基板分别在所述开口内；

在设置所述陶瓷基板在所述开口内之后，图案化所述初始金属层，以形成第一线路层；

设置至少两个电子元件分别在所述陶瓷基板上；

设置第二内板在所述第一线路层及所述至少两个电子元件上；

形成第二线路层在所述第二内板上；

设置第三内板在所述第二线路层上；

设置第二导电层在所述第三内板上；以及

形成多个贯孔结构自所述第二导电层延伸至所述第一导电层，其中所述至少两个电子元件通过所述第一线路层、所述贯孔结构及所述第二线路层彼此电性连接。

7.根据权利要求6所述的内埋元件电路板的制造方法，其特征在于，所述至少一陶瓷基板与所述复合层之间具有多个孔隙，且在设置所述至少两个电子元件之前，还包含：

填充固化树脂在所述孔隙内。

8.根据权利要求6所述的内埋元件电路板的制造方法，其特征在于，在设置所述第三内板之前，还包含：

形成多个导电盲孔在所述至少两个电子元件及所述第二线路层之间。

9.根据权利要求6所述的内埋元件电路板的制造方法，其特征在于，形成所述贯孔结构的步骤包含：

形成多个开口自所述第二导电层的顶部延伸至所述第一导电层；

沉积金属材料至所述开口的侧壁上；以及

在沉积所述金属材料至所述开口的侧壁上之后，填充树脂至所述开口内。

10.根据权利要求6所述的内埋元件电路板的制造方法，其特征在于，在设置所述陶瓷基板之前，还包含：

设置粘着层在所述第一导电层下，以固定所述至少一陶瓷基板在所述第一内板中。