TWI827178B - 內埋元件電路板及其製造方法 - Google Patents
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Abstract
本發明提供一種增強散熱能力的內埋元件電路板，包含至少兩個堆疊設置的散熱基板、位於兩相鄰散熱基板之間的接合層、覆蓋在最外層散熱基板表面的絕緣層以及內嵌于所述絕緣層的多個散熱柱。每一散熱基板包含散熱絕緣層、第一線路層、第二線路層、導電結構、內埋結構以及多個散熱柱，所述內埋結構包括與導電結構電性連接的電子元件、連接導電結構的導電材料以及連接所述電子元件與所述散熱絕緣層的絕緣導熱材料。所述第一線路層包括多個散熱墊，且每一個散熱柱連接於一所述散熱墊。本發明還提供一種內埋元件電路板的製造方法。
Description
本發明是有關於一種電路板，特別是指一種具有內埋元件的電路板。
現今技術發展下，電路板得以將多個高密度分布的電子元件整合在一起，而內埋元件的技術可在電路板的凹槽中設置電子元件。然而，由於電路板接墊以及電子元件兩者之間的接觸面積很小，造成兩者之間須精準對位且電性連接不易。此外，電子元件通常會被模封材料包覆，而一般模封材料的熱傳導係數偏低，造成電子元件產生的熱能堆積在凹槽中，故容易導致電子元件的壽命減少。
因此，本發明提供了一種內埋元件電路板以及其製造方法，以增加電路板的散熱效率與降低電子元件的安裝難度。
本發明提供一種內埋元件電路板，包含至少兩個散熱絕緣層，彼此堆疊設置；第一線路層，分別設置於每一散熱絕緣層的一表面，所述第一線路層還包括多個散熱墊；第二線路層，相對於每一第一線路層分別設置於相應散熱絕緣層的另一表面；多個導電結構，位於散熱絕緣層內，並連接第一線路層與第二線路層；多個內埋結構，分別設置於散熱絕緣層內。每一個內埋結構包含多個電子元件；多個導電材料，位於導電結構以及電子元件之間，並電性連接電子元件與導電結構；多個絕緣導熱材料，位於散熱絕緣層以及電子元件之間，並直接接觸於散熱絕緣層以及電子元件；多個密封材料，包覆電子元件。而內埋元件電路板更包含至少一個接合層，接合層中的每一個設置於散熱絕緣層中的相鄰兩者之間；兩個絕緣層，分別設置於第一線路層中的最外兩者上；以及多個散熱柱，設置於絕緣層中，其中每一散熱柱與每一所述散熱墊相連接。絕緣層未包覆散熱柱遠離所述散熱墊的一表面。
在本發明的至少一實施例中，上述每一個散熱絕緣層具有一開口，而內埋結構位於開口中，且導電結構的一表面與開口的側壁切齊。
在本發明的至少一實施例中，上述每一個絕緣導熱材料位於導電材料中相鄰兩者之間。
在本發明的至少一實施例中，上述每一個電子元件的厚度不大於一個散熱絕緣層以及一個第二線路層的總厚度。
本發明還提供了一種內埋元件電路板的製造方法，包含形成至少兩個散熱基板。其中形成每一個散熱基板的步驟包括在一散熱絕緣層上形成一第一線路層與一第二線路層，其中所述散熱絕緣層夾置於所述第一線路層與所述第二線路層之間，所述第一線路層還包括多個散熱墊；在所述散熱絕緣層內形成多個導電孔，其中所述導電孔電性連接所述第一線路層與所述第二線路層；移除散熱絕緣層的一部分、第一線路層的一部分、第二線路層的一部分以及每一個導電孔的一部分，以形成一開口，其中開口具有側壁，而每一個導電孔殘留的部分則形成裸露於側壁的導電結構；在第一線路層上形成絕緣層，其中絕緣層覆蓋開口；在形成絕緣層之後，在所述開口內設置多個電子元件，並將每一個電子元件與導電結構電性連接；以及在設置電子元件之後，在開口內填充密封材料。形成每一個散熱基板後，堆疊並接合所述至少兩個散熱基板；以及在堆疊並接合所述散熱基板之後，在散熱基板的絕緣層內形成多個散熱柱，其中每一個散熱柱連接於一所述散熱墊。
在本發明的至少一實施例中，所述內埋元件電路板的製造方法更包含在開口中設置多個絕緣導熱材料，所述絕緣導熱材料中的每一個位於導電結構的其中兩者之間，並直接接觸側壁。此外，在設置電子元件之後，所述電子元件與所述側壁通過所述絕緣導熱材料相接。
在本發明的至少一實施例中，上述將每一個電子元件與導電結構電性連接的步驟包含在多個導電結構上分別設置多個導電材料；以及在設置所述電子元件之後，電性連接所述電子元件與所述導電材料。
在本發明的至少一實施例中，上述形成多個散熱柱的步驟包含在多個散熱基板的絕緣層內，形成多個開孔；以及在所述開孔內進行盲孔電鍍。
在本發明的至少一實施例中，上述在散熱絕緣層上形成第一線路層與第二線路層的步驟包含提供一基板，此基板包含兩層金屬層以及夾置於所述金屬層之間的散熱絕緣層；以及圖案化兩金屬層，以形成第一線路層以及第二線路層。
本發明利用絕緣導熱材料與散熱絕緣層增加了電路板的橫向散熱效率，利用與散熱絕緣層相接的散熱墊及散熱柱增加了電路板的縱向散熱效率，從而使得電子元件產生的熱能更快地逸散到外界環境以減少堆積於電子元件的熱能，從而有助於改善電子元件的壽命。另一方面，也利用了貫穿散熱絕緣層的導電結構增加與電子元件電性連接的可接觸面積，從而降低了電子元件的安裝難度。
本發明將以下列實施例進行詳細說明。須注意的是， 以下本發明實施例的敘述在此僅用於舉例說明， 並非旨在詳盡無遺地揭示所有實施態樣或是限制本發明的具體實施態樣。舉例而言，敘述中之「第一特徵形成於第二特徵上」包含多種實施方式，其中涵蓋第一特徵與第二特徵直接接觸，亦涵蓋額外的特徵形成於第一特徵與第二特徵之間而使兩者不直接接觸。此外，圖式及說明書中所採用的相同元件符號會盡可能表示相同或相似的元件。
空間相對的詞彙，例如「下層的」、「低於」、「下方」、「高於」、「上方」等相關詞彙，於此用以簡單描述如圖所示之元件或特徵與另一元件或特徵的關係。這些空間相對的詞彙除了圖中所描繪的轉向之外，也涵蓋在使用或操作裝置時的不同的轉向。此外，當元件可旋轉（旋轉90度或其他角度）時，在此使用之空間相對的描述語也可作對應的解讀。
更甚者，當以「大約」、「約」等描述一數字或一數字範圍時，該詞彙旨在涵蓋合理範圍內之數字，且須考量到本領域的基本技術人員在製造過程中，所能理解之自然差異。數字範圍涵蓋包含所描述之數字的合理範圍，舉例而言，在所描述之數字的+/-10%內，是基於已知之製造公差，該公差數字與該製造特徵具備之特性有關。例如，具有「大約5奈米」厚度的材料層可以涵蓋從4.25奈米至5.75奈米之尺寸範圍，其中關於沉積該材料層的製造公差+/-15％，皆為本領域的基本技術人員所知 。 進一步而言，本揭露可能會在各種示例中重複標號以及/或標示。此重複是為了簡化並清楚說明，而非意圖表明該處所討論的各種實施方式以及/或配置之間的關係。
本發明揭露一種具內埋元件電路板的製造方法，此製造方法可以包含如圖1A至圖1E所示的數個步驟。參考圖1A之步驟，首先提供一基板10，基板10包含一層散熱絕緣層100以及雙層金屬層101，且散熱絕緣層100夾置於雙層金屬層101之間。散熱絕緣層100具備高的熱傳導效率，並可包含例如石墨烯、奈米碳管混合物、經石墨化以及碳化的聚醯亞胺散熱膜或相似物。雙層金屬層101的材料可以包含銅。
在本實施例中，這些金屬層101可以是金屬箔片（例如銅箔），並分別貼合於散熱絕緣層100的相對兩側。在其他實施例中，可以利用鍍膜製程（例如化學氣相沉積、物理氣相沉積、電鍍及/或化學電鍍）直接在散熱絕緣層100上形成雙層金屬層101。
接著，如圖1B所示，在散熱絕緣層100中形成多個導電孔104，且每一個導電孔104皆電性連接雙層金屬層101。導電孔104實質上為導電柱，而導電孔104的形狀例如可以是長方體或圓柱體，並且具有一上端103以及一下端105，其中上端103與下端105分別連接於雙層金屬層101。上端103的截面直徑R1與下端105的截面直徑R2的差不超過大約10%。舉例而言，上端103的截面直徑R1與下端105的截面直徑R2的差可以是大約5%。此外，導電孔104的材料包括金屬，例如銅。
接下來，如圖1C的步驟所示，對雙層金屬層101中的至少一層進行圖案化，以形成第一線路層102與第二線路層106。在本實施例中，是藉由微影蝕刻製程進行圖案化，以形成第一線路層102與第二線路層106。無論是否經過圖案化，第一線路層102中的多個部份可以視為多個散熱墊102p。其中每一個散熱墊102p與第一線路層102遠離散熱絕緣層100的一面切齊。
值得一提的是，在其他實施例中，可以利用印刷導電膏、加成法或半加成法，直接在散熱絕緣層100的其中一面上形成第二線路層106，以及在散熱絕緣層100的另一面上形成圖案化後的第一線路層102（如圖1C所示）。換句話說，第二線路層106的形成方法不限制於如圖1A至圖1C所揭示的步驟。
請參考圖1D的步驟所示，之後，形成一開口110。開口110從第二線路層106經由散熱絕緣層100而延伸至第一線路層102。開口110具有側壁111。在形成開口110的過程中，每一個導電孔104的一部分被移除，而剩餘的導電孔104則形成導電結構114。導電結構114的一面與開口側壁111的一部分切齊，裸露於開口110中。此外，開口110的形成方法可包括外型切割（routing）。
下一步驟則如圖1E所示，在第一線路層102上形成絕緣層112，其中絕緣層112完全覆蓋開口110。絕緣層112可具有黏性。除此之外，絕緣層112也可以是包括鍵合層以及介電層的結構，其中前述鍵合層例如是膠材。
在形成絕緣層112之後，進行一系列繪示於圖2A至圖2C中的步驟，以將電子元件206設置於開口110中。其中圖2A至圖2C為俯視圖，且圖2A至圖2C是從第二線路層106觀看而繪製。為了清楚表示，圖2A至圖2C經過簡化，僅繪示與開口110相連的導電結構114，且省略標示與繪示第二線路層106。
請參考圖2A，在開口110形成於散熱絕緣層100之後，在裸露於側壁111的相鄰兩導電結構114之間設置絕緣導熱材料202，且絕緣導熱材料202直接接觸於側壁111。絕緣導熱材料202可以包括導熱膠或具備高熱傳導係數的材料。
然後，如圖2B中本發明的部分實施例的上視圖所示，在裸露於側壁111的導電結構114上，設置導電材料204。導電材料204可以包括導電膏、導電膠或相似材料。在本實施例中，絕緣導熱材料202與導電材料204可直接接觸，但在其他實施例中，絕緣導熱材料202與導電材料204也可以不直接接觸，絕緣導熱材料202與導電材料204可彼此分開。
請參考圖2C與圖3，其中圖3繪示圖2C中的沿線3-3剖面而繪製的剖面圖。在設置導電材料204之後，將電子元件206設置於開口110中，並且讓導電材料204電性連接電子元件206以及導電結構114。接下來，在開口110中填充密封材料208，從而使電子元件206固定於開口110中，其中密封材料208填充於這些電子元件206之間的空間，並且包覆電子元件206。至此，形成散熱基板30。
隨後，參考圖4所示，堆疊並接合兩個散熱基板30，以形成多層電路結構40，其中兩個散熱基板30彼此相背堆疊，亦即，兩個散熱基板30的絕緣層112，分別位於多層電路結構40的最外層。此外，在兩個散熱基板30之間以接合層400連接，從而形成多層電路結構40。
散熱基板30的數量不限於兩個，而接合層400的數量不限於一層。例如，在其他實施例中，散熱基板30的數量可為三個或三個以上，而接合層400的數量可為兩層或兩層以上，其中兩相鄰散熱基板30之間可以包含其他元件。例如，兩相鄰散熱基板30之間可形成線路層。因此，圖4所示的多層電路結構40，不限制散熱基板30與接合層400兩者的數量。
請參閱圖5，在形成多層電路結構40之後，進一步在絕緣層112中形成多個散熱柱504，從而形成如圖5所示的內埋元件電路板50。形成多個散熱柱504的步驟包含在絕緣層112內形成多個開孔(未示於圖中)。這些開孔連接於散熱墊102p。接著，利用沉積，在這些開孔(未示於圖中)中鍍上散熱材料，並使散熱柱504與散熱墊102p連接，且其中此沉積可以是盲孔電鍍。
本發明還提供一種內埋元件電路板50，所述內埋元件電路板50包含多個散熱絕緣層100、多個第二線路層106、多個第一線路層102、多個接合層400、兩個絕緣層112以及多個散熱柱504。每一個散熱絕緣層100具有第一面501以及第二面502，每一個第二線路層106分別位於第一面501上，且每一個第一線路層102分別位於第二面502上。另一方面，每一個接合層400設置於兩相鄰的散熱絕緣層100之間，並藉著兩個第二線路層106與兩個散熱絕緣層100相連接。換言之，位於兩相鄰散熱絕緣層100上的第二線路層106隔著接合層400，彼此面對面設置。
每一個散熱絕緣層100中，設有一個內埋結構300。每一個內埋結構300包含多個絕緣導熱材料202(未示於圖5)、多個導電材料204、多個電子元件206以及多個密封材料208。由於內埋結構300嵌設於開口110內，故內埋結構300的側壁511與開口110的側壁111(繪示於圖1D、圖1E、圖2A至圖2C)彼此接觸。
在內埋結構300中，絕緣導熱材料202(繪示於
圖2A至圖2C)位於側壁511以及電子元件206之間，並且分別與側壁511以及電子元件206直接接觸，以利將電子元件206產生的熱能傳遞至散熱絕緣層100。另一方面，導電材料204連接於導電結構114上，並且位於導電結構114以及電子元件206之間。從圖1D可以得知，導電結構114的一面與開口側壁111的一部分切齊，且導電結構114的一面裸露於開口110中。因此，導電材料204得以電性連接電子元件206以及導電結構114。此外，絕緣導熱材料202位於兩相鄰的導電材料204之間。
密封材料208分布於內埋結構300中，並填充於電子元件206之間的空間，以將電子元件206與接合層400分隔開。在其他實施例中，密封材料208也可以不將電子元件206與接合層400分隔開。
散熱絕緣層100具有一厚度T1，且第二線路層106具有一厚度T2。電子元件206的厚度T3不大於散熱絕緣層100的厚度T1加上第二線路層106的厚度T2，即厚度T3
厚度T1+厚度T2。另外，在其他的實施例中，電子元件206的厚度T3可小於散熱絕緣層100的厚度T1。
如圖5所示，兩個絕緣層112分別位於兩個第一線路層102上，成為多層電路結構40的最外兩層。多個散熱柱504分布於兩個絕緣層112內，其中的每一個散熱柱504包含一個頂表面521，一個底表面522以及一個側表面523。每一個散熱柱504的底表面522與第一線路層102相連。應特別注意，絕緣層112僅包覆散熱柱504的側表面523，並未包覆散熱柱504的頂表面521，以使頂表面521能裸露於外界環境中。因此，散熱柱504可以傳遞從散熱絕緣層100而來的熱能，並從頂表面521將熱能散逸至外界環境。
綜上所述，內埋元件電路板50可以包含多個彼此堆疊的散熱絕緣層100；多個第一線路層102，其中每一個第一線路層分別設置於每一個散熱絕緣層100的一面上，且每一個第一線路層102分別包含多個散熱墊102p；多個第二線路層106，其中每一個第二線路層106相對於各個第一線路層102，而設置在散熱絕緣層100的另一面上；多個位於散熱絕緣層100內的導電結構114，這些導電結構114的兩端分別連接一個第一線路層102以及一個第二線路層106；至少一個分別設置於散熱絕緣層100中的內埋結構300；至少一個設置於兩相鄰的散熱絕緣層100之間的接合層400；兩個設置於最外邊的兩個第一線路層102上的絕緣層112；以及位於絕緣層112中並與散熱墊102p連接的多個散熱柱504。每一個內埋結構300包括多個絕緣導熱材料202、多個導電材料204、多個電子元件206以及多個包覆電子元件206的密封材料208，導電材料204電性連接電子元件206以及導電結構114，且絕緣導熱材料202位於電子元件206以及散熱絕緣層100之間。絕緣層112未包覆散熱柱504遠離散熱墊102p的一頂表面521。內埋結構位於開口110中，且導電結構114的一表面與開口110的側壁111切齊。每一個絕緣導熱材料202位於兩相鄰的導電材料204之間。此外，每一個電子元件206的厚度T3不大於散熱絕緣層100的厚度T1加上一個第二線路層106的厚度T2。
據此，內埋結構300的設計，使電子元件206產生的熱量得以經由絕緣導熱材料202直接傳遞至散熱絕緣層100。同時，散熱柱504的設置亦提供散熱絕緣層100向外傳遞熱能的路徑，降低絕緣層112阻絕熱能向外傳遞的影響，從而提升了熱能散逸的效率，進而有助於改善電子元件的壽命。除此之外，在內埋結構300中設置導電材料204，並利用導電材料204電性連接導電結構114與電子元件206，此種設計可以增加兩兩之間(電子元件206與導電材料204之間、導電結構114與導電材料204之間)的接觸面積，進一步提升電性連接的精準度。
雖然本發明之實施例已揭露如上，然其並非用以限定本發明之實施例，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之實施例的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明之實施例的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10:基板
100:散熱絕緣層
101:金屬層
102:第一線路層
102p:散熱墊
103:上端
105:下端
104:導電孔
106:第二線路層
110:開口
111, 511:側壁
112:絕緣層
114:導電結構
202:絕緣導熱材料
204:導電材料
206:電子元件
208:密封材料
30:散熱基板
300:內埋結構
40:多層電路結構
400:接合層
50:內埋元件電路板
501:第一面
502:第二面
504:散熱柱
521:頂表面
522:底表面
523:側表面
R1, R2:直徑
T1, T2, T3:厚度
從以下詳細敘述並搭配圖式檢閱，可理解本發明的態樣。應注意，多種特徵並未以產業上實務標準的比例繪製。事實上，為了討論上的清楚易懂，各種特徵的尺寸可以任意地增加或減少。
圖1A至圖1E繪示本發明至少一實施例的內埋元件電路板製造方法的剖面圖。
圖2A至圖2C繪示接續於圖1E之後的內埋元件電路板製造方法的上視圖。
圖3繪示圖2C中的沿線3-3剖面而繪製的剖面圖。
圖4與圖5繪示接續於圖3之後的內埋元件電路板製造方法的剖面圖。
國內寄存資訊(請依寄存機構、日期、號碼順序註記)
無
國外寄存資訊(請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記)
無
100:散熱絕緣層
102:第一線路層
102p:散熱墊
106:第二線路層
112:絕緣層
114:導電結構
204:導電材料
206:電子元件
208:密封材料
300:內埋結構
400:接合層
50:內埋元件電路板
501:第一面
502:第二面
504:散熱柱
511:側壁
521:頂表面
522:底表面
523:側表面
T1,T2,T3:厚度
Claims (8)
- 一種內埋元件電路板，包含：多個散熱絕緣層，彼此堆疊設置，且所述散熱絕緣層中每一者具有一開口；多個第一線路層，分別設置於所述散熱絕緣層的一面上；多個第二線路層，相對於所述第一線路層，並分別設置於所述散熱絕緣層的另一面上，其中所述第一線路層中的一層與所述第二線路層中的一層分別位於所述散熱絕緣層中每一者的相對兩側，且其中所述第一線路層包含多個散熱墊；多個導電結構，位於所述散熱絕緣層內，並連接所述第二線路層與所述第一線路層；多個內埋結構，分別設置於所述散熱絕緣層內的所述開口中，其中所述導電結構的一表面與所述開口的側壁切齊，所述內埋結構中每一者包含：多個電子元件；多個導電材料，位於所述導電結構以及所述電子元件之間，並電性連接所述電子元件與所述導電結構；多個絕緣導熱材料，位於所述散熱絕緣層以及所述電子元件之間，並直接接觸於所述散熱絕緣層以及所述電子元件；多個密封材料，包覆所述電子元件； 至少一接合層，其中所述接合層每一者設置於所述散熱絕緣層中的相鄰兩者之間；兩個絕緣層，分別設置於所述第一線路層中的最外兩者上；以及多個散熱柱，設置於所述絕緣層中，並與所述散熱墊連接。
- 如請求項1所述之內埋元件電路板，其中所述絕緣層未包覆所述散熱柱遠離所述散熱墊的一表面。
- 如請求項1所述之內埋元件電路板，其中所述絕緣導熱材料中每一者位於所述導電材料中相鄰兩者之間。
- 如請求項1所述之內埋元件電路板，其中所述電子元件中每一者的厚度不大於所述散熱絕緣層之一者以及所述第二線路層之一者的總厚度。
- 一種內埋元件電路板的製造方法，包含：形成多個散熱基板，其中形成所述散熱基板中每一者的步驟包括；在一散熱絕緣層上形成一第一線路層與一第二線路層，其中散熱絕緣層夾置於所述第一線路層與所述第 二線路層之間，且其中所述第一線路層包含多個散熱墊；在所述散熱絕緣層內形成多個導電孔，其中所述導電孔電性連接所述第一線路層與所述第二線路層；移除所述散熱絕緣層的一部分、所述第一線路層的一部分、所述第二線路層的一部分以及所述導電孔中每一者的一部分，以形成一開口，其中所述開口具有一側壁，而所述導電孔每一者殘留的部分形成裸露於所述側壁的一導電結構；在所述開口中設置多個絕緣導熱材料，其中所述絕緣導熱材料中每一者位於所述導電結構的其中兩者之間，並直接接觸所述側壁；在所述第一線路層上形成一絕緣層，其中所述絕緣層覆蓋所述開口；在形成所述絕緣層之後，在所述開口內設置多個電子元件，並電性連接所述電子元件中每一者與所述導電結構；以及在設置所述電子元件之後，在所述開口內填充一密封材料；堆疊並接合所述散熱基板；以及在堆疊並接合所述散熱基板之後，在所述散熱基板的所述絕緣層內形成多個散熱柱，其中所述散熱柱中每一者連接所述散熱墊。
- 如請求項5所述之方法，其中在設置所述電子元件之後，讓所述電子元件直接接觸所述絕緣導熱材料。
- 如請求項5所述之方法，其中電性連接所述電子元件每一者與所述導電結構的步驟包含：在所述導電結構上分別設置多個導電材料；以及在設置所述電子元件之後，連接所述電子元件與所述導電材料。
- 如請求項5所述之方法，其中形成多個所述散熱柱的步驟包含：在多個所述散熱基板的所述絕緣層內，形成多個開孔；以及在所述開孔內進行盲孔電鍍。
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| TW201507556A (zh) * | 2013-08-08 | 2015-02-16 | Bridge Semiconductor Corp | 具有散熱墊及電性突柱之散熱增益型線路板 |
| TWM507138U (zh) * | 2015-03-25 | 2015-08-11 | Polytronics Technology Corp | 散熱電路板 |
| TWM610519U (zh) * | 2020-12-23 | 2021-04-11 | 欣興電子股份有限公司 | 晶片封裝體與包括此晶片封裝體的電子裝置及電路板總成 |
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-
2022
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- 2022-07-29 TW TW111128668A patent/TWI827178B/zh active
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| TW202406415A (zh) | 2024-02-01 |
| CN117500142A (zh) | 2024-02-02 |
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