多层积聚部中的散热器的制作方法

本发明涉及一种用于电子元件的连接系统，连接系统包括至少一个电绝缘层和至少一个导电层。此外，本发明涉及一种连接系统的生产方法。

本发明总体涉及用于电子元件的连接系统，其中诸如晶体管、集成电路(芯片)等电子元件被设置在承载并且电连接电子元件的面板上或内。这种面板通常体现为印刷电路板的一部分。可选地，这些承载面板可以是由玻璃或适合于形成承载面板的任何其它绝缘材料制成的面板。为简单起见，描述主要指印刷电路板。然而，本领域技术人员将理解的是，无论何时提到印刷电路板，诸如基板、中介层、再分配层等用于电子元件的其它连接系统也应被本说明书和本发明包含。

背景技术：

承载承载承载在下文中，基于印刷电路板的示例讨论本领域的状态及其缺点。

也被称为印刷线路板的印刷电路板(PCB)是承载并电连接诸如晶体管等电子元件的面板，因此，形成电子产品的重要部件。根据特定应用，印刷电路板具有或多或少的复杂结构。印刷电路板通常包括通过浸渍有有机树脂的玻璃纤维的硬化面板粘结在一起的多个交替设置的导电层和绝缘层，所述面板形成绝缘层。在生产印刷电路板中使用的这种面板在行业中被广泛称为“预浸材料”(预浸渍纤维)，其在有机树脂的未固化状态因此粘性状态下被输送和处理。当有机树脂已经固化时，实际绝缘层产生。绝缘层承载例如由铜箔形成的导电层，导电层被适当地处理以形成电连接电子元件的布线。现代印刷电路板允许电子元件和它们的合适布线的高度集成。

然而，在电子行业中存在进一步小型化的不断需求以便为消费者和专业人员提供更小还更能胜任的电子设备和装置，其需要更多的电子元件封装在较小的空间，产生更高密度互连、多层累积部(build ups)和有源元件嵌入和无源元件嵌入，从而增加能量消耗以及在PCB上产生热点。当热量影响元件的使用寿命时，PCB的极大热管理(特别是热量的分布以及元件的冷却)变得越来越重要，并且已经开发以控制固定在PCB上的元件的温度的多项措施。控制元件的温度的常见措施由通过安装在元件的表面上的冷却元件被动或主动冷却元件来提供。这些冷却元件优选具有增大的表面并且由铝、铜或具有高导热率的其它材料制成。另外，冷却元件可设有允许增强对冷却元件的冷却性能控制的冷却风扇。这项措施实际上非常有效，但是需要相当大的空间并且加大元件的重量，因此限制其在诸如移动装置特别是例如智能手机的多种电子装置中的应用。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种用于具有增强的热管理以允许进一步小型化并且增加元件的寿命的电子元件的连接系统。本发明的另一方面是提供一种用于具有增强的热管理以允许进一步小型化并且增加元件的寿命的电子元件的连接系统的生产方法。

因此，本发明的第一方面涉及一种用于电子元件的连接系统，所述连接系统包括至少一个电绝缘层和至少一个导电层，其中连接系统进一步包括被设置在至少一个电绝缘层内的热分布层，其中至少一个热分布层由导热且电绝缘的无基体(matrix-free)材料制成。

通过根据本发明的特征，有可能提供允许热量分布在用于电子元件的连接系统内的高效、容易定制且可实施的热管理。因此，术语“在……内”是指在其中热分布层覆盖有夹心状结构的电绝缘材料的布置。热分布层可针对每个连接系统专门设计以例如通过选择其空间尺寸满足特定电子设备的要求。因此，通过安装在连接系统上的和/或与连接系统靠得很近的元件产生的热可被有效地分布。在本发明的上下文中，所有这些材料可被定义为无基体。这意味着这些材料可作为无溶剂、分散剂、填充剂、粘合剂等基体的纯物质使用。因为与可仅与形成基体的大部分材料(the bulk of the materials)一起应用的其它电绝缘、导热材料相比，这些无基体、电绝缘和导热材料由于它们是纯物质而提供相对高的热导率，所以使用这种材料特别有用。这增强元件的寿命。在电子设备是移动电话的情况下，本发明进一步允许防止在移动设备的外(表面)层上发生热点，这通常在电话交谈期间导致不舒服的“热耳朵”。本发明允许嵌入的元件的有效热分布，而这是非常困难的，因为嵌入的元件按照定义被嵌入在电绝缘且热绝缘的连接系统的层内。通过在绝缘层内设置热分布层，这个问题可被有效克服。此外，在热分布层中的材料优选具有有效最小化电容泄漏电流的低介电常数。

优选地，热分布层沿整个连接系统伸展。这意味着热分布层沿着整个连接系统例如PCB延伸从连接系统的一端到达另一端。这允许在连接系统内高效的热传递。

为了有利于高效热分布层，可预见的是，至少一个热分布层仅由导热且电绝缘的无基体材料制成。因此，热分布层不含与导热且电绝缘的无基体材料不同的任何其它物质。

在优选实施例中，至少一个热分布层具有厚度多达最大10μm的层。

此外，在本发明的有利实现中，至少一个热分布层的热导率是至少0.8W/mK，优选的是至少10W/mK，更优选的是至少50W/mK。

在本发明的优选实施例中，无基体材料包括选自由无定形类石墨材料、氮化物和氧化物或其混合物组成的组中的至少一种材料。这种无定形类石墨材料在本领域中已知为类金刚石碳(DLC)并且因为高热导率同时电绝缘而突出。优选地，氧化物选自由Al₂O₃和CuO或其混合物组成的组。在本发明的进一步优选实施例中，氮化物是AlN。

优选地，两个、三个或更多个热分布层被设置在连接系统内，其中每一热分布层至少通过电绝缘层与相邻的热分布层分离。并且，另外导电层可被设置在一个或多个分离的电绝缘层内。热分布层是电绝缘的，因此，允许多个电接触部通过热分布层连接而不为这些接触部提供捷径。此外，通过简单导电过孔在不为它们提供捷径的情况下将诸如集成电路的产生相当大量的热的电子元件热连接至热分布层是可行的。

在本发明的另一发展中，至少一个导热过孔(垂直互连通路(access))被设置成将至少一个导电层与至少一个热分布层连接。过孔允许从导电层(特别是从连接至导电层的元件)至热分布层的有效热传递。过孔可以导电或电绝缘。在本发明的优选实施例中，两个、三个或更多个过孔可将一个、两个、三个或更多个导电层与一个、两个或更多个热分布层连接。

在本发明的有利实现中，至少一个导电过孔被设置成将第一导电层与至少第二导电层连接，其中至少一个导电过孔与热分布层接触。这允许第一和第二导电层的提高的热管理以及导电层的有效电连接。可选地，两个、三个或更多个导电层可通过一个、两个、三个或更多个导电过孔连接。

在本发明的进一步发展中，第一和第二导电层被设置成印刷电路板的相对表面层。

在本发明的另一发展中，至少一个热分布层被热连接至冷却元件。冷却元件可以是移动设备的壳体、由诸如铜或铝的金属制成的热沉(其可配备有冷却风扇以增强冷却性能)等。

在本发明的优选实施例中，连接系统是印刷电路板。

根据本发明的特别优选实施例，电子元件通过导电过孔被连接至热分布层。如上所述，这代表本发明的特别有利实施例，其中通过简单导电过孔在不为它们提供捷径的情况下将诸如集成电路的产生相当大量的热的电子元件热连接至热分布层是可行的。在本实施例中，电子元件可被包括在用于电子元件的本发明的连接系统的表面上或电子元件是如根据本发明的优选实施例设想的嵌入元件。

本发明的第二方面涉及一种连接系统的生产方法，方法包括步骤：

a)提供电绝缘材料层，

b)在电绝缘材料层上沉积热分布层，

c)利用电绝缘材料覆盖热分布层以将热分布层设置在电绝缘层内，

d)将导电层应用在至少一个电绝缘层上。

将热分布层沉积在电绝缘材料层上可通过溅射工艺(例如物理气相沉积或电弧蒸镀)或通过等离子体增强/等离子体辅助化学气相沉积来实现。

根据这种方法生产的印刷电路板包括：

至少一个绝缘层，

至少一个导电层，以及

被设置在至少一个导电层内的至少一个热分布层，所述热分布层由无基体材料制成，无基体材料导热且电绝缘。

在根据本发明的方法的进一步发展中，在步骤c)中的覆盖热分布层的电绝缘材料是另外电绝缘材料层。

在根据本发明的方法的有利实现中，在另一个步骤中，至少一个电绝缘层被固化，该步骤发生在步骤c)之后。

在根据本发明的方法的进一步发展中，在步骤b)中，两个、三个或更多个热分布层被沉积在多个电绝缘材料层中，在步骤c)中，每个热分布层覆盖有电绝缘材料，在步骤d)中，至少一个导电层被应用在至少一个电绝缘层上。

附图说明

在下文中，将参照在附图中示出的示例性发明实施例(其不被理解为限制性的)更详细地描述本发明，其中

图1示出根据本发明的用多层积聚部准备的示例性PCB的芯的示意性剖视图，

图2a、图2b和图2c示出在图1的PCB上压合的两种替代的基础材料，

图3示出图2a和在沉积热分布层之后相应的图2c的PCB的示意性剖面图，

图4示出利用另外预浸材料压合之后图3的PCB的示意性剖面图，

图5示出在钻孔后图4的PCB的示意性剖面图，

图6示出在镀铜后图5的PCB的示意性剖面图，

图7示出在光刻处理后图6的PCB的示意性剖面图，

图8示出电子元件通过导电过孔连接至热分布层的本发明的优选实施例。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述根据本发明的连接系统以及连接系统的生产方法的实施例。针对相同或相似的元件，使用相同的参考标号以便避免重复的说明。在示例性实施例中描述的连接系统是印刷电路板。当然，连接系统不限于PCB，但也可涉及通常不被称为PCB而是适于提供电绝缘层和至少一个导电层的其它载体平面(例如玻璃)。

图1示出呈基础配置的用多层积聚部准备的示例性PCB 1的芯的示意性剖视图。根据图1的PCB 1包括通常由树脂制成的绝缘层2以及被设置在绝缘层2的相对侧上的两个结构化导电层3a和3b。导电层3a和3b例如由铜优选铜箔制成，导电层被适当地处理以形成电连接电子元件的布线。

图2a、图2b和图2c示出为了实现多层积聚部在图1的PCB 1上压合/层压的两种附加基础材料/预浸材料。特别地，图2a公开这样一种配置：每一导电层3a和3b覆盖有电绝缘材料的层4a'和4b'，每一层是电绝缘层的一部分，层优选是由树脂制成的预浸材料。层4a'和4b'可通过本领域技术人员熟知的压合/层压方法被安装在PCB 1上。图2b示出层4a'和4b'以及被安装在层4a'和4b'上的导电层9a和9b，其中根据图2c，然后导电层9a和9b被移除。在第一步骤中加入导电层9a和9b并且在下一个步骤中移除导电层9a和9b允许使用标准批量生产过程，其中层4a'和4b'通常覆盖有如在图2b中示出的导电层。

图3示出图2a和在沉积热分布层5a和5b之后相应的图2c的PCB 1的示意性剖面图。热分布层5a和5b通过溅射工艺(例如物理气相沉积或电弧蒸镀)或通过等离子体增强/等离子体辅助化学气相沉积被沉积在电绝缘层4a'、4b'上。

图4示出在将覆盖有导电层6a、6b的(优选由树脂制成的)另外电绝缘层4a"、4b"压合/层压在各个分布层5a、5b上后图3的PCB 1的示意性剖面图，其中每一层4a"、4b"优选是由树脂制成的预浸材料。因此，具有设置在电绝缘层内的热分布层5a、5b的电绝缘层通过层4a'和4a"以及4b'和4b"的组合实现。因此，图4示出具有两个绝缘层的PCB，绝缘层具有根据本发明的被设置在电绝缘层内的热分布层5a和5b。热分布层5a、5b由无基体材料制成，无基体材料导热且电绝缘。导电层6a、6b优选由铜箔制成。在本发明的可选实施例中，电绝缘层4a"和4b"通过用于绝缘热分布层5a和5b的其它装置来代替。这可通过树脂涂层或任何其它电绝缘涂层来实现。

图5示出在钻孔工艺后图4的PCB 1的示意性剖面图，其中PCB 1示出两个示例性开口，每一个开口通过激光钻孔和/或机械钻孔产生。PCB1保持填充有铜(参照图6)的垂直互连通路(过孔)7，因此允许导电层6a与热分布层5a的改善的热连接。紧挨着过孔7，存在示例性通孔，通孔8被设置成电连接选择的导电层。

图6示出在镀铜(例如其可无电流并且之后电流地实现)后图5的PCB 1的示意性剖面图。最后，导电层6a和6b可通过应用常规方法如光刻和蚀刻工艺被结构化/图案化，从而产生如在图7中示出的PCB 1。其结果是，被安装至和/或电连接至导电层6a、6b、ly和/或3b中任何一个的电子元件可通过热分布层5a和5b分布热量来有效冷却。

图7中的PCB 1示出根据本发明的具有两个分离的热分布层5a和5b的PCB的一个示例性实施例。因此，电绝缘层4a'和4a”一起形成在本发明的意义上的一个绝缘层，其中热分布层5a被设置在该电绝缘层内。相应地，热分布层5b被设置在包括电绝缘层4b'和4b”的电绝缘层内。

应当注意的是，图1-图7是指PCB的多层累积部，其中多个热分布层被设置在PCB内。并且，热分布层可被限于电绝缘层内的特定区域。显然地，本发明可被不同地设置，例如被设置在PCB的芯和/或给定层内的分段中。本发明不限于在本说明书中给出的示例并且可基于本公开以本领域技术人员熟知的任何方式来调整。

在图8中，电子元件9被设置在PCB 1上并通过导电过孔7被连接至热分布层5a。在本实施例中，过孔7通过热分布层5a向下到达导电层3a。因此，在本实施例中，过孔7提供元件9至热分布层5a以及导电层3a的热连接，而不通过热分布层5a为元件9提供捷径。根据本发明的优选实施例，元件9也可以是嵌入元件。