TWM597551U - 薄介電質通孔中足夠厚豎向厚度的電可靠橋的部件承載件 - Google Patents
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Abstract
部件承載件(100),其中,部件承載件(100)包括具有第一主表面(104)和第二主表面(106)的電絕緣層結構(102)、在第一主表面(104)與第二主表面(106)之間延伸穿過電絕緣層結構(102)的通孔(108)、以及連接電絕緣層結構(102)的對通孔(108)進行限界的相對的側壁(116)的導電橋結構(114),其中,電絕緣層結構(102)的豎向厚度(d)不超過200 µm,並且橋結構(114)的最窄豎向厚度(D)為至少20 µm。
Description
本新型涉及一種部件承載件以及一種製造部件承載件的方法。
在配備有一個或多個電子部件的部件承載件的產品功能增多、並且這樣的部件的小型化程度提高以及安裝在部件承載件(諸如印刷電路板)上的部件的數量增加的情況下,越來越多地採用具有若干部件的更強大的陣列狀部件或封裝件,這些部件或封裝件具有多個觸點或連接,這些觸點之間的空間甚至更小。操作期間去除這樣的部件和部件承載件自身生成的熱逐漸成為問題。同時,部件承載件應具有機械魯棒性和電可靠性,以甚至能在惡劣條件下運行。所有這些要求均與部件承載件及其組成部分的持續小型化密切相關。
此外,可能有利的是以適當的品質有效地接觸導電層結構和/或嵌入部件承載件中的部件。對於該目的和其他目的,可能有利的是形成可以用銅填充的機械過孔和激光過孔。
可能需要製造具有適當電可靠性的部件承載件。
根據本新型的示例實施方式,提供了一種部件承載件,其包括具有第一主表面和第二主表面的電絕緣層結構、在第一主表面與第二主表面之間延伸穿過電絕緣層結構的通孔(特別地為激光通孔)、以及連接電絕緣層結構的對通孔進行限界的相對的側壁的導電橋結構,其中,電絕緣層結構的豎向厚度不超過200 µm,並且橋結構的最窄豎向厚度為至少20 µm。
根據本新型的另一示例實施方式,提供了一種製造部件承載件的方法,其中,方法包括:形成在電絕緣層結構的第一主表面與第二主表面之間延伸的通孔;以及形成連接電絕緣層結構的對通孔進行限界的相對的側壁的導電橋結構;其中,電絕緣層結構的豎向厚度不超過200 µm,並且橋結構的最窄豎向厚度為至少20 µm。
在本申請的上下文中,術語“部件承載件”可以特別地指能在其上和/或其中容納一個或多個部件以提供機械支撐和/或電連接的任何支撐結構。換言之,部件承載件可以構造為部件的機械和/或電子承載件。特別地,部件承載件可以是印刷電路板、有機插入件和IC(集成電路)基板中的一種。部件承載件還可以是結合了上述類型的部件承載件中的不同部件承載件的混合板。
在本申請的上下文中,術語“層結構”可以特別地指連續層、圖案化層或公共平面內的多個非連續島狀物。
在本申請的上下文中,術語“通孔”可以特別地指完全延伸穿過整個電絕緣層結構的孔,並且通孔可以特別地且優選地通過激光加工形成。因此,通孔可以是激光通孔。這種通孔可以具有例如從電絕緣層結構的兩個相對的主表面延伸的兩個相反的漸縮部分。可以例如通過結合來自電絕緣層結構的前側和後側即來自其兩個相對的主表面的激光照射來製造通孔。可以從這些側中的每側進行一次或多次激光照射。還可以僅從一個主表面通過激光加工形成通孔。此外,還可以通過除了激光加工以外的方法例如通過等離子處理進行通孔的形成。
在本申請的上下文中,術語“橋結構”可以特別地指在電絕緣層結構的對通孔進行限界的相對的側壁之間大致水平地延伸的導電結構,特別地在通孔的最窄部分處或附近延伸。例如,可以在通孔形成後通過鍍覆形成這種橋結構。在這種鍍覆程序後,之前形成的通孔僅部分地用構成橋結構的導電材料填充,使得橋結構可以在向上方向上由第一分界表面來限界,並且在下側由第二分界表面來限界。第一分界表面和第二分界表面均具有凹形形狀。
根據本新型的示例實施方式,提供了一種用於製造部件承載件的方法,其中,至少部分地用導電材料填充的通孔可以製造為使得部件承載件具有高可靠性。這種可靠性以電可靠性的方式出現,使得可以防止沿著用導電材料填充的通孔延伸的電路徑出現任何不期望的中斷。可靠性還涉及機械可靠性,因為提到的製造通孔——包括其導電填充物——的設計規則不會造成乾擾部件承載件的性能的裂縫。此外,還可以使用所製造的部件承載件來實現適當的熱可靠性,因為即使存在顯著的溫度變化,也將保持通孔的可靠的導電填充。已發現特別是在200 µm厚或更薄的薄型電絕緣層結構中存在通孔的部件承載件特別容易出現可靠性問題。這似乎是由於完全延伸穿過這種薄型電絕緣層結構(諸如薄芯)的通孔的形狀。然而,已經驚人地發現,當連接電絕緣層結構的對通孔進行限界的相對的側壁的橋結構的最窄豎向厚度為20 µm或更大時,則不再出現這種可靠性問題,即使是在厚度不大於200 µm的薄型電絕緣層結構中形成通孔的情況下。因此,上述設計規則顯著提高了薄芯中用銅填充的激光過孔的可靠性。
下面將解釋部件承載件和方法的其他示例實施方式。
在一實施方式中,部件承載件可以包括位於第一主表面上的第一導電層結構以及位於第二主表面上的第二導電層結構。例如,導電層結構可以是圖案化的導電層結構。可以相應地調整該方法。
在另一實施方式中,該方法包括:在電絕緣層結構的主表面中的一個主表面或兩個主表面未用導電層結構覆蓋時在電絕緣層結構中形成通孔。在這種實施方式中(其中電絕緣層結構的相對的主表面中的一個主表面或兩個主表面上的導電層結構可能不是必須的),通孔可以僅鑽透電絕緣層結構。
在一實施方式中,電絕緣層結構的豎向厚度可以不超過140 µm,特別地不超過110 µm。甚至還可以的是,電絕緣層結構的豎向厚度在介於40 µm至60 µm之間的範圍內。因此,即使在通孔豎向延伸所穿過的電絕緣層結構的厚度非常小,正如在現代部件承載件應用中一樣時,遵循導電橋結構的最小豎向厚度在20 µm或以上的設計規則仍然可以確保部件承載件的可靠性。
在一實施方式中,橋結構的最窄豎向厚度為至少25 µm。已經發現當橋結構的豎向厚度為25 µm或以上時,可以得到甚至更好的可靠性性能。因此,優選但非絕對必要的是25 µm的最小豎向厚度。
在一實施方式中,橋結構的最窄豎向厚度不超過40 µm。還已經驚人地發現,當橋結構的豎向厚度變得太大時,作為上分界表面和下分界表面來對橋結構的窩形或凹形表面進行限界可能變得過淺。在後續通過鍍覆來用導電材料(諸如銅)填充一個或兩個窩形部時可能會出現問題,因為可能有使銅填充的激光過孔形成不期望形狀的傾向。因此,優選的是橋結構的最窄豎向厚度的上限不超過40 µm。
在一實施方式中,通孔的最窄水平寬度不低於30 µm,特別地不低於45 µm。已經驚人地發現,對於得到具有至少部分地用導電填充介質填充的通孔的部件承載件的適當可靠性來說,通孔的最小水平寬度也是重要的設計參數。此外,特別是對於厚度不超過200 µm的薄芯,使通孔的最窄部分(並且因此橋結構的最窄寬度存在於通孔的該最窄部分中)保持在30 µm或以上優選地保持在45 µm或以上對可靠性可能有進一步的積極影響。這樣就可以保證甚至完全填充通孔的該最窄部分。這對所製造的部件承載件的電可靠性以及機械可靠性均有積極的影響。當遵循上述設計規則時,可以顯著降低裂縫的風險。
在一實施方式中,通孔的最窄水平寬度不超過100 µm,特別地不超過75 µm。還已經發現,對於厚度不超過200 µm的薄型電絕緣層結構來說,通孔的最窄水平寬度並且因此通常在通孔的最窄部分處填充通孔的橋結構不應超過100 µm。甚至更優選的是通孔的最窄水平寬度的上限為75 µm。已經發現當明顯超過上述值時,在鍍覆程序期間可能妨礙橋的形成。
在一實施方式中,部件承載件包括填充導電橋結構與第一主表面之間的至少部分容積的第一導電塊體結構。在形成橋結構後(優選地通過繼之前形成種子層之後進行鍍覆來形成),橋結構的上分界表面上方的保留窩形部或凹部可以部分或全部用另外的導電材料(諸如銅)填充,從而在橋結構的上分界表面上方形成第一導電塊體結構。技術人員已知的是,在部件承載件的截面中,可以適當地看見橋結構與第一塊體結構之間的第一分界表面。用第一導電塊體結構至少部分地填充通孔在橋結構的上分界表面上方的容積可以進一步提高所製造部件承載件的電可靠性。例如,可以在之前用於形成橋結構的鍍覆程序後,通過在該鍍覆程序之後且與其分開的獨立鍍覆程序形成第一導電塊體結構。
在一實施方式中,第一導電塊體結構具有第一沉降部,第一沉降部可以大致位於第一主表面的高度水平上。例如,第一沉降部可以具有小於15 µm的深度。當用第一導電塊體結構僅部分地填充橋結構的第一分界表面上方的凹部時,可以保留沉降部或窩形部。已發現在上述薄芯小於200 µm的情況下,該第一沉降部的最大深度不應超過15 µm。可以顯著提高具有深度低於15 µm的第一沉降部的銅填充的激光過孔抵抗裂縫形成以及降低可靠性的其他現象的魯棒性。
在一實施方式中,第一導電塊體結構由在後續的第一鍍覆階段中形成的多個第一鍍覆層構成。可以通過進行多次後續鍍覆程序來實現形成第一導電塊體結構,使得用導電材料填充橋結構的上分界表面上方的大部分窩形部。技術人員將理解,當分析部件承載件的截面時,可以適當地在視覺上辨別出一起構成第一導電塊體結構的各鍍層。因此,實現一系列的多個鍍覆結構是提高所獲得的部件承載件的可靠性的另一措施。
在一實施方式中,部件承載件包括填充導電橋結構與第二主表面之間的至少部分容積的第二導電塊體結構。此外,第二導電塊體結構可以具有第二沉降部,第二沉降部可以大致位於第二主表面的高度水平上。例如,第二沉降部可以具有小於15 µm的深度。第二導電塊體結構可以由在後續的第二鍍覆階段中形成的多個第二鍍層構成。如上文關於第一導電塊體結構所述,第二導電塊體結構也可以服從所描述的設計規則,以進一步提高所製造部件承載件的可靠性。用第二導電塊體結構的材料至少部分地填充限定橋結構的底端的第二分界表面下方的窩形部是非常有利的,特別是在底側保留的第二沉降部也低於15 µm時。調整用於填充橋結構的第二分界表面下方的窩形部的鍍覆結構的數量是提高可靠性的另外的措施。
在一實施方式中,橋結構的最窄豎向厚度與電絕緣層結構的豎向厚度之間的比率在介於20%至80%之間的範圍內,特別地在介於30%至50%之間的範圍內。利用與上述比對應的設計規則,一方面可以確保橋結構的中間部分被可靠地連接而不包括空隙,並且同時確保橋結構的形狀適合在隨後用導電塊體結構大致完全填充橋結構上方和下方的窩形部。
在一實施方式中,導電橋結構由面朝第一主表面的第一分界界面以及面朝第二主表面的第二分界表面來限界。兩個分界表面均優選地為凹形的,並且可以限定橋結構與導電塊體結構之間的邊界。
在一實施方式中,第一導電層結構的厚度和/或第二導電層結構的厚度小於5 µm,特別地在介於2 µm至4 µm之間的範圍內。特別地,在這種小厚度的情況下,部件承載件的可靠性問題可能特別明顯。然而,當也用相對薄的導電層結構來實行上述關於橋結構的最小厚度的設計規則時,也可以實現高電可靠性。
在一實施方式中,通孔大致為X形。例如,參照部件承載件或其預製件的截面圖,這種大致的X形可以由對應於兩個相對的豎向弓形(其頂點在通孔的中心部分中面向彼此)的側壁線條限定。因此,通孔的形狀也可以表示為豎向蝴蝶結的形狀或鏡像的截錐結構的形狀。如下文將參照圖1和圖2進一步詳細描述的,可以通過結合從電絕緣層結構的前側或上主表面開始的第一激光照射然後從電絕緣層結構的後側或第二主表面開始的單次第二照射得到大致X形的通孔。在許多情況下,隨後形成的橋結構位於大致X形的通孔的最窄部分中。可以不費力地製造這種X形通孔,因為僅兩次激光照射就已足夠。
在另一實施方式中,通孔具有從第一主表面延伸的第一漸縮部分、從第二主表面延伸的第二漸縮部分、以及連接第一漸縮部分與第二漸縮部分的中心連接部分。特別地,中心連接部分可以是通孔的大致柱形的部分。如下文將參照圖3描述的,可以通過從電絕緣層結構的前側或第一主表面開始的第一激光照射然後從電絕緣層結構的後側或第二主表面開始的兩次激光照射實現通孔(其中具有兩個相反的漸縮部分由例如大致圓柱形中心連接部分連接)。因此,通孔的最窄部分可以加寬,這對部件承載件的可靠性來說有進一步積極的影響。
在一實施方式中,電絕緣層結構是完全固化的芯。因此,電絕緣層結構的材料可以使得其樹脂不能再進行交聯。換言之,電絕緣層結構在層壓工藝期間將無法再融或變得可流動,通過層壓工藝可以將外部導電層結構和/或電絕緣層結構層壓在具有通孔的中心層疊置件上。例如,電絕緣層結構可以包括具有增強顆粒(諸如玻璃纖維或玻璃球)的樹脂(諸如環氧樹脂),例如可以是FR4。
在一實施方式中,橋結構以成一體的方式與覆蓋電絕緣層結構的對通孔進行限界的側壁的鍍層相連接(特別地同時形成)。特別地,這種橋結構可以與鍍層一起形成在種子層上。優選地,首先通過由無電沉積進行的種子層形成來形成橋結構。因此,薄層的導電材料可以覆蓋通孔的側壁。隨後,可以進行鍍覆程序(例如水鍍覆),使得種子層被厚層的導電材料覆蓋,該厚層的導電材料可以以成一體的方式與大致水平的橋結構相連接。因此,在製造橋結構時,其可以形成連接相對的側壁的大致水平的部分,並可以以成一體的方式與覆蓋電絕緣層結構的對通孔進行限界的側壁的層部件相連接。這樣,具有相連的鍍層的橋結構就可以具有大致為H的形狀。
在一實施方式中,第一導電層結構和第二導電層結構中的至少一個超出電絕緣層結構的對通孔進行限界的至少一個側壁的側向懸伸不超過20 µm,特別地不超過10 µm。這提高了電可靠性,並使形成裂縫和空隙的風險保持較小。在本申請的上下文中,術語“懸伸”可以特別地指導電層結構中緊鄰相應窗口的相應一個導電層結構的局部長度,導電層結構沿著該局部長度側向延伸超出(或以懸臂方式自由懸置)電絕緣層結構。因此,由於在懸伸的導電層結構下方的袋區中存在激光通孔的一部分,相應導電層結構的懸伸材料在懸伸的延伸方向上可能局部不由電絕緣層結構的材料支撐。關於上文所述的懸伸材料可能局部不受支撐,應該說懸伸可能涉及相應導電層結構下方基本不含樹脂的區域。然而,本領域技術人員將理解,在與懸伸相關的間隙內甚至可能存在一些殘留樹脂。為了定量地確定或測量懸伸的值,可以測量在懸伸的導電層結構正下方的基本不含樹脂(其中,樹脂可以指電絕緣層結構)的底切(特別地,即使其不是懸伸的導電層結構(例如銅層)下方回退得最深的點或完全去除)的長度。換言之,為了測量懸伸,可以測量導電層結構正下方的底切。
在一實施方式中,通孔的不同部分以不同陡度漸縮。兩側的每側上相應的較淺或較緩傾斜的外部部分後面可以是相應的較陡的內部部分,其中,外部和內部將被理解為相對於電絕緣層結構的相應主表面。對應形成的延伸穿過電絕緣層結構的通孔可以用導電材料(諸如鍍銅)高效地填充,從而建立穿過電絕緣層結構的電可靠性高的豎向互連件。
在一實施方式中,第一導電塊體結構和第二導電塊體結構中的至少一者是鍍覆結構。在之前描述的用於以成一體的方式連接的鍍層一起形成橋結構的鍍覆程序後,就可以用另外的導電材料(優選地銅)至少部分地填充橋結構上方和下方的一個或兩個窩形部,形成第一導電塊體結構和/或第二導電塊體結構。這可以在之前完成的用於形成包括鍍層的橋結構的鍍覆程序後通過單獨的鍍覆程序完成。因此,第一導電塊體結構和/或第二導電塊體結構可以由一個或多個另外的鍍層構成,通過目視檢查來分析部件承載件的截面圖可以辨別出這些鍍層。限定用於形成導電塊體結構的鍍覆程序的數量使得可以用另外的導電材料填充大部分窩形部,簡單且可靠。
在一實施方案中,部件承載件包括由至少一個電絕緣層結構和至少一個導電層結構構成的疊置件。例如,部件承載件可以是上述一個或多個電絕緣層結構和一個或多個導電層結構構成的層壓體,特別地通過施加機械壓力和/或熱能形成。上述疊置件可以提供能夠為另外的部件提供大安裝表面但仍然非常薄且緊湊的板狀部件承載件。
在一實施方式中,部件承載件成形為板。這有助於緊湊設計,不過其中部件承載件提供用於在其上安裝部件的大基底。此外,特別是作為嵌入式電子部件的示例的裸晶片由於其厚度小而可以方便地嵌入到薄板(諸如印刷電路板)中。
在一實施方式中,部件承載件被構造成由印刷電路板和基板(特別是IC基板)組成的組中的一者。
在本申請的上下文中,術語“印刷電路板”(PCB)可以特別地指板狀部件承載件,其通過將若干導電層結構與若干電絕緣層結構進行層壓——例如通過施加壓力和/或通過供應熱能——而形成。關於PCB技術的優選材料,導電層結構由銅製成(或由另一導電材料製成),而電絕緣層結構可以包括樹脂和/或玻璃纖維、所謂的預浸材料(諸如FR4材料)。可以形成通過層壓體的通孔——例如通過激光打孔或機械鑽孔形成——並通過用導電材料(特別是銅)填充這些通孔來以期望的方式將各個導電層結構彼此連接,從而形成作為通孔連接的過孔。除了可以嵌入印刷電路板的一個或多個部件中之外,印刷電路板通常被構造成在板狀印刷電路板的一個或兩個相對的表面上容納一個或多個部件。部件可以通過焊接連接至相應的主表面。 PCB的介電質部分可以由具有增強纖維(諸如玻璃纖維)的樹脂構成。
在本申請的上下文中,術語“基板”可以特別地指與待安裝在其上的部件(特別地電子部件)具有大致相同的大小的小型部件承載件。更具體地,基板可以理解為用於電連接或電網絡的承載件以及與印刷電路板(PCB)相當的部件承載件,但側向和/或豎向佈置的連接的密度高得多。側向連接例如為傳導路徑,而豎向連接可以為例如鑽孔。這些側向和/或豎向連接佈置在基板內,並可以用於提供容置部件或未容置部件(諸如裸晶片)(特別是IC芯片)與印刷電路板或中間印刷電路板的電和/或機械連接。因此,術語“基板”還包括“IC基板”。基板的介電質部分可以包括具有增強顆粒(諸如增強球體,特別地玻璃球)的樹脂。
在一實施方式中,該至少一個電絕緣層結構包括由樹脂(諸如增強或非增強樹脂,例如環氧樹脂或雙馬來酰亞胺三嗪樹脂、氰酸酯)、聚亞苯基衍生物、玻璃(特別地玻璃纖維、多層玻璃、玻璃狀材料)、預浸材料(諸如FR-4或FR-5)、聚酰亞胺、聚酰胺、液晶聚合物(LCP)、環氧基增強膜、聚四氟乙烯(Teflon)、陶瓷和金屬氧化物組成的組中的至少一者。也可以使用增強材料,諸如幅材、纖維或球體,例如由玻璃(多層玻璃)製成。雖然剛性PCB通常優選使用預浸材料,特別是FR4,但基板也可以使用其他材料,特別是環氧基增強膜。對於高頻應用,可以在部件承載件中實施高頻材料諸如聚四氟乙烯,液晶聚合物和/或氰酸酯樹脂,低溫共燒陶瓷(LTCC)或其他低、非常低或超低DK材料作為電絕緣層結構。
在一實施方式中,導電層結構中的至少一者包含由銅、鋁、鎳、銀、金、鈀和鎢組成的組中的至少一者。雖然通常優選的是銅,但其他材料或其塗覆形式也是可能的,特別是塗覆有諸如石墨烯之類的超導電材料。
在一實施方式中,部件承載件包括可以表面安裝在部件承載件上和/或可以嵌入其內部的至少一個部件。該至少一個部件可以選自由非導電嵌體、導電嵌體(諸如金屬嵌體,優選地包括銅或鋁)、傳熱單元(例如熱管)、光導元件(例如光波導或光導管連接、電子部件或其組合)組成的組。例如,部件可以是有源電子部件、無源電子部件、電子芯片、存儲裝置(例如DRAM或另一數據存儲器)、濾波器、集成電路、信號處理部件、功率管理部件、光電接口元件、發光二極管、光電耦合器、電壓轉換器(例如DC/ DC轉換器或AC/DC轉換器)、密碼部件、發射器和/或接收器、機電換能器、傳感器、致動器、微機電系統(MEMS)、微處理器、電容器、電阻器、電感、電池、開關、攝像機、天線、邏輯芯片和能量採集單元。然而,可以在部件承載件中嵌入其他部件。例如,可以將磁性元件用作部件。這種磁性元件可以是永磁元件(諸如鐵磁元件、反鐵磁元件、多鐵性元件或鐵淦氧磁元件例如鐵氧體芯)、或者可以是順磁性元件。然而,部件還可以是基板、插入件或另外的部件承載件,例如板中板構造。
在一實施方式中,部件承載件是層壓型部件承載件。在這種實施方式中,部件承載件是通過施加壓力和/或熱堆疊並連接在一起的多層結構的複合體。
基板或插入件可以由至少一層玻璃、矽(Si)、或者可光成像或可干法蝕刻的有機材料(如環氧基增強膜)、或高分子化合物(如聚酰亞胺、聚苯並噁唑或苯並環丁)組成。
根據下文描述的實施方式的實例將理解本新型的上述方面和其他方面,參考這些實施方式的實例對這些方面進行解釋。
在參考附圖更詳細地描述示例實施方式之前,將總結一些基本考量,基於這些考量展開了本新型的示例實施方式。
根據本新型的示例實施方式,提供了具有用導電材料填充的通孔的部件承載件,其中,連接薄型電絕緣層結構的對通孔進行限界的相對的側壁且豎向厚度不超過100 µm的水平橋結構優選地形成有20 µm優選地25 µm或以上的最小橋厚度。實驗證明,得到的部件承載件的可靠性會較高。
根據優選實施方式,在通孔激光打孔後可以維持最大和最小中間直徑標準,並且在鍍覆特別是衝擊鍍或閃鍍後可以調整最小橋厚度,以確保可靠的通孔橋接和良好的鍍覆可靠性。在過孔填充之前的可靠(優選地100%可靠)橋接證明對於確保鍍覆可靠性是非常有利的。在優選實施方式中,通孔的中間直徑不應大於75 µm。還證明優選的是通孔的中間直徑不應小於25 µm。還可以適當地規定最小橋接厚度,特別地為至少20 µm或優選地至少25 µm,以確保適當的(優選地100%)橋接。描述性來說,可以調節充足的橋接厚度,以確保完全橋接,即,由連接電絕緣層結構的對通孔進行限界的相對的側壁的導電材料來形成橋。
因此,可以得到按照通孔技術製造的適合的部件承載件。這種部件承載件可以特別有利地用於特別是在中心芯構造中嵌入一個或多個部件(諸如半導體芯片)。
當中間直徑在介於45 µm至75 µm之間且最小橋厚度為至少25 µm時,在所製造的部件承載件的可靠性方面可以得到非常良好的結果。這可以確保通過鍍覆可靠完整地形成橋結構,其中,橋結構連接電絕緣層結構的對通孔進行限界的相對的側壁,特別是在通孔的最窄部分。通過確保完全橋接,可以使內含物和/或空隙的風險以及部件承載件出現可靠性失效的風險非常小。
圖1至圖3示出了根據本新型的示例實施方式的在進行通過從相對的側開始的多次激光照射處理製造具有圖2和圖3所示通孔108的部件承載件100的方法期間得到的結構的截面圖。
如圖1所示,製造方法的起點是疊置件159,疊置件包括在電絕緣層結構102的第一主表面104上的第一導電層結構110。疊置件159還包括位於電絕緣層結構102的第二主表面106上的第二導電層結構112。
例如,電絕緣層結構102可以包括樹脂(諸如環氧樹脂),樹脂可選地還包括增強顆粒,諸如玻璃纖維、玻璃顆粒或其他填充顆粒。例如,電絕緣層結構102的材料可以是預浸材料。導電層結構110、112可以是銅層,特別地為銅箔。例如,電絕緣層結構102的厚度可以低於60 µm,導電層結構110、112的厚度d1、d2各自可以小於5 µm。
為了得到圖1所示的層結構,可以對被第一導電層結構110覆蓋的電絕緣層結構102的前側或第一主表面104進行第一激光處理。為此,可以進行第一激光照射111,以在第一導電層結構110中形成通孔或窗口,並在電絕緣層結構102中形成盲孔113。盲孔113由電絕緣層結構102的側壁116和底壁161來限界。
應注意,第一照射111期間激光能量和持續時間不能過度,使得盲孔113不會達到第二導電層結構112。否則,可能出現不期望的效果,諸如激光反射等。描述性來說,盲孔113隨後可以形成通孔108的第一漸縮部分130,如圖2或圖3所示。
參照圖2,可以通過在根據圖1用一次激光照射從第一主表面104開始進行第一激光打孔後用一次激光照射從第二主表面106進行第二激光打孔來完成通孔108的形成。由於這種後側激光打孔,在第二導電層結構112中形成了通孔或窗口,並且使盲孔113延伸,直到其形成在電絕緣層結構102的第一主表面104與第二主表面106之間延伸的通孔108。如圖2所示,通孔108具有從第一主表面104延伸的第一漸縮部分130以及從第二主表面106延伸的第二漸縮部分132。第一漸縮部分130和第二漸縮部分132在通孔108的中心的最窄部分處彼此會合。
為了得到圖2所示的結構,可以對在進行參照圖1描述的程序後所得到的結構進行從電絕緣層結構102的後側或第二主表面106開始的第二激光照射115。因此,形成了通過第二導電層結構112的通孔,並通過激光能量移除了電絕緣層結構102的額外的材料,直到使之前形成的盲孔113從底側延伸進入通孔108。根據圖2的該通孔108具有大致為X的形狀,並可以在隨後直接進行用導電填充介質(諸如銅)填充的程序(參見圖6)。形成根據圖2的通孔108是非常高效的,並且因此特別適合在工業規模上加工,因為僅使用兩次激光照射就足以形成通孔。
可替代地,可以在用導電填充介質(諸如銅)填充通孔108之前從後側進行另外的激光打孔程序。現在將參照圖3描述後面提到的實施方式。
參照圖3,通過在用根據圖1的一次激光照射從第一主表面104進行第一激光打孔以及在進行根據圖2的從第二主表面106開始的第二激光打孔後從後側進行第三激光照射117來修整通孔108的形狀,特別地修整通孔的中心部分的形狀。
因此,替代參照圖2描述的程序,還可以從電絕緣層結構102的後側或第二主表面106進行額外的第三激光照射117,以精修通孔108的形狀。這種第三激光照射117可以移除特別是在電絕緣層結構102的中心部分中的材料,以形成夾在兩個漸縮部分130、132之間的大致柱形的中心部分134。雖然用於形成具有根據3的形狀的通孔108的製造程序相比於圖2需要額外的第三激光照射117,但該形狀可以進一步提高所製造部件承載件100的可靠性。
圖4示出了與圖2類似的結構,並示出了通孔108的最窄部分的有利尺寸。如圖4所示,參照圖1和圖2描述的製造程序的結果是這樣的通孔108:具有大致為X形,並且在通孔108的兩個相對的側壁116之間具有最窄寬度w。當然,從每側開始的開口的V形錐體或截錐的大小、深度值可以不同。
圖5示出了與圖3類似的結構,並示出了通孔108的最窄部分的有利尺寸。如圖5所示,參照圖1、圖2和圖3描述的製造程序形成這樣的通孔108:具有大致圓柱形中心部分134,大致圓柱形中心部分具有最窄寬度w。
圖6示出了根據本新型的示例實施方式的基於與圖4類似的結構形成的並在用導電填充材料填充通孔108後得到的部件承載件100(由各種部分構成,如下所述)。還將解釋通孔108及其導電填充物的各種結構參數的有利尺寸。
為了得到圖6所示的部件承載件100,對根據圖2和圖4的通孔108進行用導電填充介質(諸如銅)填充通孔的第一程序。為了完成這一點,優選的是首先進行無電沉積程序,從而形成直接覆蓋電絕緣層結構102的對通孔108進行限界的介電質側壁116的銅質薄型種子層140。這可以在圖6的細節圖119中看見。種子層140的厚度可以例如為0.5 µm。然而,還可能的是,種子層具有1 µm以上的厚度和/或設置若干累積種子層。例如,種子層的厚度或多個種子層的累積厚度可以在介於0.5 µm至5 µm之間的範圍內。當設置多個種子層時,其可以包括有機(例如聚合物)層、鈀層和/或銅層。
隨後,可以通過鍍覆程序特別是通過水鍍覆在種子層140上沉積另外的導電材料(諸如銅)。因此,可以用由導電填充介質(諸如銅)製成的較厚鍍層142覆蓋側壁116和導電層結構110、112。例如,鍍層142可以具有10 µm的厚度。
繼續鍍覆程序,以形成具有連接電絕緣層結構102的對通孔108進行限界的相對的側壁116的大致水平部分的導電橋結構114。鍍層142和橋結構114可以形成大致H形的一體式結構。如所示出的,導電橋結構114形成為由向上定向或面朝第一主表面104的上第一分界表面136和由向下定向或面朝第二主表面106的下第二分界表面138進行限界。可以通過水鍍覆優選地隨後形成上文所述的種子層140來形成導電橋結構114。橋結構114在電絕緣層結構102的對通孔108進行限界的相對的側壁116之間形成大致水平的橋。
因此,通過繼續鍍覆程序,在通孔108的最窄部分形成了大致水平的連接相對的側壁116的橋結構114。橋結構114的凹形上限製表面對應於第一分界表面136,而橋結構的下凹形限製表面對應於第二分界表面138。
因此,用大致H形的導電結構填充通孔108,該導電結構由結合有四個臂的橋結構114形成,在圖6的截面圖中,所述四個臂從橋結構114延伸,對應於鍍層142。
仍然參照圖6,形成填充第一分界表面136與第一主表面104之間的大部分的第一導電塊體結構118以及填充第二分界表面138與第二主表面106之間的大部分的第二導電塊體結構120。可以通過在之前的形成橋結構114的鍍覆程序後進行一次或多次另外的水鍍覆程序來完成這一點。如細節圖121所示,第一導電塊體結構118由在之後的第一鍍覆階段中形成的多個第一鍍層126構成。如細節圖123對應所示,第二導電塊體結構120由在後續的第二鍍覆階段中形成的多個第二鍍層128構成。因此,通過進行一次或多次另外的鍍覆程序可以得到根據圖6的部件承載件100。從而可以得到塊體結構118、120,塊體結構可以例如由銅組成。
在所示實施方式中,分別在所示部件承載件100的上側或下側保留小的沉降部122、124。在其他實施方式中,塊體結構118、120幾乎完全填充在第一分界表面136上方以及第二分界表面138下方的保留凹部。應該說,技術人員熟知的是,當對部件承載件100的截面進行作圖時可以清楚地看見分界表面136、138。
所描述的製造程序的結果是得到了根據本新型的示例實施方式的具有高電可靠性的部件承載件100。高可靠性特別地是由於圖1至圖6所示的參數組合的具體選擇。參數選擇非常有利的方面是電絕緣層結構102的豎向厚度小,不超過200 µm,例如甚至低於60 µm,並且橋結構114的最窄豎向厚度D為至少20 µm,優選地至少25 µm。同時,有利的是橋結構114的豎向厚度D不超過40 µm。通孔108的最窄水平寬度w優選地不應超過75 µm。此外還發現有利的是通孔108的最窄水平寬度w不小於45 µm。在第一導電塊體結構118具有大致在第一主表面104的高度水平上的第一沉降部122的情況下,有利的是第一沉降部122具有小於15 µm的深度l。這也適用於第二導電塊體結構120的第二沉降部124的深度L。
在下文中,將進一步詳細描述提到的若干設計參數,這些設計參數可能促成圖6所示部件承載件100的高可靠性。這種高可靠性相當於通孔108內部中形成裂縫的傾向小的事實。填充通孔108的大部分的導電填充介質的內部形成空隙的傾向也小,這對於使電信號或功率可靠地傳導通過銅填充的通孔108有積極影響。應說明的是,厚度小的電絕緣層結構102——其可以例如是完全固化的FR4材料芯——的可靠性問題特別顯著。由於在所示實施方式中,厚度d不超過200 µm,因此可靠性問題顯著。然而,可以採取以下措施來克服可靠性問題,即使是用厚度d≤ 100µm的薄芯。
參照圖6,優選的是橋結構114的最小豎向厚度D為至少20 µm。如果不符合該設計規則,則存在橋結構114的中間部分無法適當連接的風險,並且存在該區域中有空隙的風險。同時,橋結構114的最小豎向厚度D不應超過40 µm。否則,分界表面136上方和分界表面138下方的窩形部可能太淺,使得在形成導電塊體結構118、120期間通過鍍覆填充這些窩形部的後續程序可能產生不期望或不良的形狀。
此外,現在特別參照圖4和圖5,最窄水平寬度w應在30 µm至100 µm之間的範圍內,優選地在介於45 µm至75 µm之間的範圍內。如果寬度w過大,則橋的形成可能會引起問題。如果寬度w的值過小,則可能存在過大的裂縫風險。雖然確切的值可能有點取決於電絕緣層結構102的厚度d,因為鍍銅必須移動較長距離來到達其目的地,但是這可以通過適當地選擇化學過程來調整。因此,如果電絕緣層結構102是薄芯,則所述範圍因此是有效的,基本不受電絕緣層結構的厚度d影響。
總之,利用上述設計規則和參數,可以得到適當的部件承載件100的可靠性。
圖2A示出了根據與圖2相關的另一示例實施方式的部件承載件100的預製件的截面圖,不同之處在於,在形成通孔108時,電絕緣層結構102的相對的主表面上未設置導電層結構110、112。
圖1至圖6的實施方式與圖2A的實施方式之間的主要區別在於,根據圖2A,在形成通孔108時,電絕緣層結構102的主表面104、106未用導電層結構110、 112覆蓋。因此,與圖2A的實施方式相關的製造方法包括:在電絕緣層結構102的主表面104、106未用導電層結構110、112(諸如銅箔)覆蓋時在電絕緣層結構102中形成通孔108。
關於後續用導電填充介質填充通孔108並覆蓋主表面104、106,可以通過這樣進行:形成可選的種子層140,隨後可選地形成覆蓋主表面104、106和通孔108的側壁112的至少部分的鍍層(未示出),隨後形成橋接相對的側壁116並具有例如大致的H形的橋結構114,並用一個或多個塊體結構118、120(其可以是另外的鍍覆結構或一系列鍍覆結構)可選地填充橋結構114上方和/或下方的一個或兩個容積。參照圖6對應的描述。
除了這一差異之外,上文關於圖1至圖6的公開內容也適用於圖2A。也可以在電絕緣層結構102上沒有銅箔的情況下形成根據圖3的通孔。
應注意,術語“包括”不排除其他元件或步驟,並且“一”或“一種”不排除複數。另外,可以將結合不同實施方式描述的元件進行組合。
還應注意,申請專利範圍中的附圖標記不應理解為限制申請專利範圍的範圍。
本新型的實現不限於在附圖中示出的和以上所描述的優選實施方式。相反,即使在根本不同的實施方式中,使用所示出的方案和根據本新型和原理的各種變型也是可能的。
100:部件承載件
102:電絕緣層結構
104:第一主表面
106:第二主表面
108:通孔
110:第一導電層結構
111:第一激光照射
112:第二導電層結構
113:盲孔
114:橋結構
115:第二激光照射
116:側壁
117:第三激光照射
118:第一導電塊體結構
119:細節圖
120:第二導電塊體結構
122:沉降部
124:沉降部
128:第二鍍層
130:第一漸縮部分
132:第二漸縮部分
134:中心部分
136:上第一分界表面
138:下第二分界表面
140:種子層
142:鍍層
159:疊置件
161:底壁
[圖1]、[圖2]和[圖3]示出了根據本新型的示例實施方式的在通過從相對的側開始的多個激光照射處理進行製造具有圖2和圖3中所示的通孔的部件承載件的方法期間得到的結構的截面圖。
[圖2A]示出了根據與圖2相關的另一示例實施方式的部件承載件的預製件的截面圖,不同之處在於,在形成通孔時,電絕緣層結構的相對的主表面上未設置導電層結構。
[圖4]示出了與圖2類似的示出通孔的最窄部分的有利尺寸的結構。
[圖5]示出了與圖3類似的示出通孔的最窄部分的有利尺寸的結構。
[圖6]示出了與圖4類似但是在用導電填充材料填充通孔後的結構,並示出了通孔的各種結構參數的有利尺寸。
附圖中的圖示是示意性的。在不同的附圖中,類似或相同的元件設置有相同的附圖標記。
102:電絕緣層結構
104:第一主表面
106:第二主表面
110:第一導電層結構
111:第一激光照射
112:第二導電層結構
113:盲孔
116:側壁
159:疊置件
161:底壁
Claims (23)
- 一種部件承載件(100),其中,所述部件承載件(100)包括: 電絕緣層結構(102),所述電絕緣層結構(102)具有第一主表面(104)和第二主表面(106); 通孔(108),所述通孔(108)在所述第一主表面(104)與所述第二主表面(106)之間延伸穿過所述電絕緣層結構(102); 導電橋結構(114),所述導電橋結構(114)連接所述電絕緣層結構(102)的對所述通孔(108)進行限界的相對的側壁(116); 其中,所述電絕緣層結構(102)的豎向厚度(d)不超過200 µm,並且所述橋結構(114)的最窄豎向厚度(D)為至少20 µm。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),包括: 位於所述第一主表面(104)上的第一導電層結構(110); 位於所述第二主表面(106)上的第二導電層結構(112)。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述電絕緣層結構(102)的所述豎向厚度(d)不超過140 µm,特別地不超過110 µm,更特別地在介於40 µm至60 µm之間的範圍內。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述橋結構(114)的所述最窄豎向厚度(D)為至少25 µm。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述橋結構(114)的所述最窄豎向厚度(D)不超過40 µm。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述通孔(108)的最窄水平寬度(w)不超過100 µm,特別地不超過75 µm。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述通孔(108)的最窄水平寬度(w)不小於30 µm,特別地不小於45 µm。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),包括填充所述導電橋結構(114)上方的至少部分容積的第一導電塊體結構(118)。
- 根據請求項8所述的部件承載件(100),其中,所述第一導電塊體結構(118)在所述第一主表面(104)的高度水平處具有第一沉降部(122),其中特別地,所述第一沉降部(122)具有小於15 µm的深度(l)。
- 根據請求項8所述的部件承載件(100),其中,所述第一導電塊體結構(118)由在後續的第一鍍覆階段中形成的多個第一鍍層(126)構成。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),包括填充所述導電橋結構(114)下方的至少部分容積的第二導電塊體結構(120)。
- 根據請求項11所述的部件承載件(100),其中,所述第二導電塊體結構(120)在所述第二主表面(106)的高度水平上具有第二沉降部(124),其中特別地,所述第二沉降部(124)具有小於15 µm的深度(L)。
- 根據請求項11所述的部件承載件(100),其中,所述第二導電塊體結構(120)由在後續的第二鍍覆階段中形成的多個第二鍍層(128)構成。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述橋結構(114)的所述最窄豎向厚度(D)與所述電絕緣層結構(102)的所述豎向厚度(d)之間的比率在介於20%至80%之間的範圍內,特別地在介於30%至50%之間的範圍內。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述導電橋結構(114)由面朝所述第一主表面(104)的第一分界表面(136)和麵朝所述第二主表面(106)的第二分界表面(138)來限界,特別地所述第一分界表面為凹形的,且特別地所述第二分界表面為凹形的。
- 根據請求項2所述的部件承載件(100),其中,所述第一導電層結構(110)的厚度(d1)和/或所述第二導電層結構(112)的厚度(d2)小於5 µm,特別地在介於2 µm至4 µm之間的範圍內。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述通孔(108)具有從所述第一主表面(104)延伸的第一漸縮部分(130)、從所述第二主表面(106)延伸的第二漸縮部分(132)、以及連接所述第一漸縮部分(130)和所述第二漸縮部分(132)的中心連接部分(134),特別地所述中心連接部分是大致圓形的。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述通孔(108)大致為X形。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述電絕緣層結構(102)為完全固化的芯。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述橋結構(114)以成一體的方式與覆蓋所述側壁(116)的鍍層(142)相連接。
- 根據請求項2所述的部件承載件(100),其中,所述第一導電層結構(110)和所述第二導電層結構(112)中的至少一者超出所述電絕緣層結構(102)的對所述通孔(108)進行限界的至少一個側壁(116)的側向懸伸不超過20 µm,特別地不超過10 µm。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),其中,所述通孔(108)的不同部分以不同陡度漸縮。
- 根據請求項1所述的部件承載件(100),包括以下特徵中的至少一者: 所述部件承載件(100)包括嵌入所述部件承載件(100)中和/或表面安裝在所述部件承載件(100)上的至少一個部件,其中,所述至少一個部件特別地選自由電子部件、非導電和/或導電嵌體、傳熱單元、光導元件、能量收集單元、有源電子部件、無源電子部件、電子芯片、存儲裝置、濾波器、集成電路、信號處理部件、功率管理部件、光電接口元件、電壓轉換器、密碼部件、發射器和/或接收器、機電換能器、致動器、微機電系統、微處理器、電容器、電阻器、電感、蓄電池、開關、攝像機、天線、磁性元件、另外的部件承載件和邏輯芯片組成的組; 其中,所述導電層結構(110、112)中的至少一者包括由銅、鋁、鎳、銀、金、鈀和鎢組成的組中的至少一者,所提及材料中的任何一種均可選地塗覆有諸如石墨烯之類的超導材料; 其中,所述電絕緣層結構(102)包括由樹脂,特別是增強樹脂或非增強樹脂例如環氧樹脂或雙馬來酰亞胺-三嗪樹脂;FR-4;FR-5;氰酸酯;聚亞苯基衍生物;玻璃;預浸材料;聚酰亞胺;聚酰胺;液晶聚合物;環氧基增強材料;聚四氟乙烯;陶瓷以及金屬氧化物組成的組中的至少一者; 其中,所述部件承載件(100)成型為板; 其中,所述部件承載件(100)構造為由印刷電路板和基板組成的組中的至少一者; 其中,所述部件承載件(100)構造為層壓型部件承載件。
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