将构件嵌入印刷电路板中的方法
【专利摘要】一种方法，其用于将构件嵌入印刷电路板或印刷电路板半成品，其中该印刷电路板或印刷电路板半成品包含至少一层预浸渍物料制的绝缘层，而该构件是被该预浸渍物料的树脂固定的；其特征在于以下步骤：a)提供印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的层的组合(100)，其中这组合包括至少一层可固化的预浸渍物料；b)于该组合(100)中创建间隙(4)，以容纳要嵌入的构件(6)；c)于组合的第一侧上以第一临时性载体层(5)覆盖至少该间隙(4)的范围；d)通过该第一临时性载体层(5)将要嵌入的构件(6)定位于该间隙(4)中；e)于组合(100)的第二侧上以第二临时性载体层(9)覆盖至少该间隙(4)的范围；f)将具有该构件(6)的组合(100)压缩，将该可固化的预浸渍物料固化；以及g)将该些临时性载体层(5、9)移除。
【专利说明】
将构件嵌入印刷电路板中的方法
技术领域
[0001]本发明涉及将构件嵌入印刷电路板或印刷电路板半成品中的方法，其中该印刷电路板或印刷电路板半成品包含至少一层由预浸渍物料制成的绝缘层，而该构件是由该预浸渍物料的树脂固定的;本发明亦涉及一种印刷电路板或印刷电路板半成品。
【背景技术】
[0002]印刷电路板是用于固定在电子装置中作为模块形式的电子构件并将它们电连接。印刷电路板一般包含多层交替的由绝缘物料制成的层和由导电物料制成的层，其中由导电物料(如铜)制成的层被结构化以形成导体轨道，其连接至电子构件的接点焊盘并从而将这些电子构件走线。除了将电子构件固定和将其彼此连接之外，印刷电路板还具相对高度的机械稳定性，所以还可于电子装置中发挥静态的功能。
[0003]为了符合如移动电话、平板电脑等的电子装置的平稳进步的微型化，该些越来越小的电子构件不单被安装和焊接至印刷电路板的表面，而是更大程度上还被整合至印刷电路板的内部、横切面内。将电子构件嵌入印刷电路板中的一常规方法是于印刷电路板中创建间隙或孔洞，其具有要嵌入的构件的大小和形状，以致在随后的步骤中可将该些构件插入相应的孔洞中并粘合固定于该处。但将构件粘合至印刷电路板中的缺点在于该粘合剂必须是和印刷电路板中的绝缘层的物料不同的另一物料。印刷电路板中的绝缘层是以如FR4等预浸渍物料制成的，即是说是树脂系统的，而用于插入构件的粘合剂却一般是基于溶剂的。因此将构件粘合会自动导致不均质性发生，因此由于所用的物料的热膨胀系数不同，在运作期间构件于印刷电路板中相对强烈的加热会引致裂纹随着时间形成，这对印刷电路板以至相应的电子装置的耐用性皆构成负面影响。
[0004]因此，WO2012/100274A1中提供了一方法，其中构件不是以粘合剂固定于印刷电路板中，而是通过印刷电路板的绝缘层的树脂达成固定。在印刷电路板的生产中，是通过在提升的温度下的层压和压缩将由预浸渍物料制成的绝缘层联接至导电层的。在于提升的温度下层压和压缩前，该些预浸渍物料的树脂是处于未固化状态的，其被称为B阶段。B阶段预浸渍物料是被冷却地储存在滚筒上的，这是为了避免该树脂过早固化。现在，根据WO 2012/100274A1的方法指定了在某组合中创建为构件而设的间隙，该组合包含可固化的预浸渍物料，即B阶段预浸渍物料，以将构件安装于该些间隙中，而已包含构件的间隙或开口则以进一步的B阶段预浸渍层覆盖，可选择以进一步的接点层或导电层覆盖。随后将这组合压缩以给出完成的印刷电路板，其中该些预浸渍物料以固化了的状态存在，而该固化了的状态于专业领域中称为C阶段。
[0005]这方法的缺点在于必须以进一步的层覆盖已包含该些构件的间隙，以致根据W02012/100274A1的方法产生的印刷电路板是相对地厚的，这不合乎微形化的构思。
[0006]因此，本发明的目的在于改良属于上述那类的一种方法，以致可省却覆盖间隙和构件的预浸渍层，从而可实现优选地薄的印刷电路板。
【发明内容】
[0007]为了实现这目的，根据本发明，属于上述那类的一种方法的特征在于以下步骤:
[0008]a)提供印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合，其中这组合包括至少一层可固化的预浸渍物料；
[0009]b)于该组合中创建间隙，以容纳要嵌入的构件；
[0010]c)于组合的第一侧上以第一临时性载体层覆盖至少该间隙的范围；
[0011]d)通过该第一临时性载体层将要嵌入的构件定位于该间隙中；
[0012]e)于组合的第二侧上以第二临时性载体层覆盖至少该间隙的范围；
[0013]f)将已包含该构件的组合压缩，将该可固化的预浸渍物料固化；以及
[0014]g)将该些临时性载体层移除。
[0015]因此，根据本发明的方法提供的印刷电路板或印刷电路板半成品的所有层的组合包括了 B阶段的预浸渍物料，即是说包括了不是已固化的预浸渍物料而是还必要被固化的预浸渍物料。在创建了供构件的间隙后，根据步骤C)，以第一临时性载体层覆盖至少该间隙的范围，以致可将要嵌入的构件安装在该第一临时性载体层上。随后，在该组合的第二侧上以第二临时性载体层覆盖该已包含定位于其中的该构件的间隙的范围。为了这用途，可使用分离膜，其可具任意的设计，只要在预浸渍物料固化了并到达C阶段后可将该分离膜移除即可。预浸渍物料的固化于步骤f)中进行，并且是根据现有技术中广为人知的方法执行的。该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合(其包含该安装了的构件和该两层临时性载体层)一般会受到机械压力和同时被加热，从而令该绝缘层或该些绝缘层的预浸渍物料的树脂发生交联。在根据步骤f)进行压缩期间，该预浸渍物料的树脂绕该构件流动、于该些临时性载体层处遇上空间上的限制，并因此亦于该些构件的范围中固化，这样形成了穿过形成该印刷电路板或印刷电路板半成品的绝缘层的预浸渍层的连续的树脂物料。这样地，在印刷电路板运作期间在构件发热时只出现轻微的应力，因为在没有(如在粘合的情况下于粘合剂和树脂之间出现的)界面的情况下，该热能可被直接散发至周边区域。并不必将嵌入了的构件的范围以额外的预浸渍层覆盖也能进行压缩，所以根据步骤g)将该些临时性载体层移除后给出极薄的产品，这与现今对微型化方面的要求极之吻合。
[0016]根据本发明的方法是以一个被嵌入的构件而界定的。但本领域的技术人员清楚了解，于工业生产中亦可于同一组合中嵌入多个构件;然而，应将本发明了解为，每次只将一个构件插入一个间隙中。因此，本说明可适用于单一个构件，或多个构件，而这并不改变本发明的含意和本质。
[0017]本发明可以是建基于印刷电路板或印刷电路板半成品的层的不同种类的组合的。根据本发明的方法的一优选变种指定该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合包含多层预浸渍物料制成的层。根据本发明的方法的步骤a)中采用这样的组合导致形成尤其均质的印刷电路板或尤其均质的印刷电路板半成品，原因是预浸渍物料制成的层与层之间不存在导电层，因此该预浸渍物料的树脂可在固化前不受阻地自由流动，并可绕该要嵌入的一个或多个构件流动。在压缩后和去除该些临时性载体层后，本发明的这优选实施方案一般要求嵌入了的一个或多个构件的接线或走线于随后的制作步骤中进行，于其中根据已知方法在各外侧形成导体轨道。
[0018]为了简化导体轨道的形成，根据一优选实施方案，将本发明优化，这是在于该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合包含多层的预浸渍物料制成的层和于两侧上的外侧的铜层。在这情况中，在压缩后和移除该些临时性载体层后，于该印刷电路板或印刷电路板半成品的两侧的外侧皆提供了铜层，从而可例如使用光刻方法来形成合适的导体轨道。
[0019]如果将以根据本发明的方法生产的印刷电路板或印刷电路板半成品满足机械稳定性方面的特别要求，则根据本发明的一优选实施方案，该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合可以包含以预浸渍物料制成的多个层以及一中央核心。于业界之中，“核心”被了解为意指一层已固化的预浸渍物料，如FR4，并且于其两侧皆具有已层压于其上的铜层。这样的核心可作为标准部件地工业商购，并于根据本发明的这方法中在将该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合中的可固化预浸渍物料压缩前已提供某程度的稳定性，这导致在制作过程中对其的操作得以改良，完成的产品也更坚固。可选地，该中央核心可以是为形成导体轨道而合适地被结构化。
[0020]根据本发明进一步的优选实施方案，该组合包含多层由预浸渍物料制成的层、一中央核心，以及于两侧上的外侧的铜层;这是前述两变种的组合，从而结合了上述的各种优点。
[0021]而且，根据本发明的一优选实施方案，可设想该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合包含以预浸渍物料制成的内层和于两侧上的外侧的核心。
[0022]根据本发明的方法允许包含嵌入构件的印刷电路板或印刷电路板半成品被生产成特别的薄。根据本发明的一优选实施方案，将根据本发明的方法优化以致该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合具有的厚度基本上为该些要嵌入的构件的厚度。不足的厚度会导致该些构件凸出超过该印刷电路板的截面并因此使其不能完全被该预浸渍物料的树脂包封。但是，如只是要确保将其足够地嵌入该预浸渍物料的树脂中，则印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合的厚度远超过该些构件的厚度同样也是不必要的。
[0023]如上文已提及，根据本发明的方法可被施加至多个构件，以致将多个构件嵌入该印刷电路板中。但是重要的是，如主权利要求所限定的方法必须是为每个个别构件执行的，以致每次皆为一个要嵌入构件创建其相应的一个间隙。
[0024]本发明的一优选实施方案指定，具不同厚度的构件被安装于其相应的间隙中，而该第二临时性载体层被定向以致非粘性的表面向着该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合。在这情况下，该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合的厚度是基于最厚的一个或多个构件而选定的，以致较薄的构件并不完全穿过该组合的横切面延伸。因此，该第二临时性载体层必须被定向以致非粘性表面向着该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合，以在粘合层与该第二临时性载体层被压缩时避免该构件从第一临时性载体层被剥离。
[0025]该组合的第一侧优选是该印刷电路板或印刷电路板半成品的接点侧，而该要被嵌入的构件是相对这接点侧面向上地被固定于该间隙中的。
[0026]根据本发明的一优选优化，该组合的第一侧和第二侧皆是该印刷电路板的接点侦U。在这情况下，该印刷电路板的两侧皆可包含导体轨道，从而获得高度集成并因而节省空间的印刷电路板。
[0027]当在嵌入的是两相反侧皆有接点的构件时(这也是本发明的一优选实施方案的主题)，两侧皆包含导体轨道是特别有利的。这配置允许电流垂直流动，即是说电流穿过印刷电路板的截面流动，其中该电子构件作用为电流的桥。
[0028]该构件优选地选自由集成电路、LED、散热器、电池，以及印刷电路板一尤其是多层印刷电路板一组成的群组。具体地，上述构件可以是任何主动性或被动性的电子部件。以这样而言，该电子构件也可以是完全或部分填充了的印刷电路板(模块)或是微机电系统(MEMS)结构或微光机电系统(MOEMS)结构。但是，该构件亦可以是非电子构件，例如冷却元件，其尤其是金属物料制的。本领域的技术人员明显了解，根据本发明的方法可用于嵌入任何电子构件，所以上文的列举并不应被视为是详尽的。
[0029]根据本发明一特别优选的实施方案，该构件是頂S构件。頂S这缩写是指“绝缘金属基质”并意指一种构件，其中有一薄的绝缘层(例如基于环氧树脂的)置于厚的金属基层(例如铝或铜制的)和相对薄的导电层(例如铝或铜制的)之间。IMS构件是用于将功率构件电接触并同时冷却的，因为该导电层一方面可被结构化以获得接触区域和导体轨道，而在另一方面，其相对该基层是由绝缘层电绝缘的，其中该绝缘层确保热能良好地传送至基层，在该处该功率构件所产生的热能可以被散发。
[0030]第一临时性载体层优选地被设计为粘贴胶带的形态。粘贴胶带的粘贴作用将构件定位或暂时固定，但其中第二临时性载体层不一定要是粘贴胶带。
【附图说明】
[0031 ]下文将基于在附图中示意性地示出的一示例性实施方案，对本发明更详细地说明。在附图中:
[0032]图la)至le)示出根据根据本发明的方法的步骤a)，该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合的变体；
[0033]图2是示出根据本发明的方法的步骤b)的示图；
[0034]图3是示出根据本发明的方法的步骤c)的示图；
[0035]图4是示出根据本发明的方法的步骤d)的示图；
[0036]图5是示出根据本发明的方法的步骤e)的示图；
[0037]图6是示出根据本发明的方法的步骤f)的示图；
[0038]图7是示出根据本发明的方法的步骤g)的示图；
[0039]图8示出对根据本发明的方法生产的印刷电路板或印刷电路板半成品作进一步处理的一可行方法，其在嵌入的构件的接点焊盘的平面中包括将已嵌入的构件电连接；
[0040]图9示出对根据本发明的方法生产的印刷电路板或印刷电路板半成品作进一步处理的一可行方法，其在处于嵌入的构件的接点焊盘的平面之上，在接点层中包括电连接；
[0041]图10示出对应根据本发明的方法的步骤e)的示图，其中将不同厚度的构件定位于该些间隙中；
[0042]图11示出根据本发明的方法的步骤f)和g)所限定的对如图10所示的半成品的进一步处理；
[0043 ]图12示出将如图1O和11所示地嵌入了的构件电接触的一可行方法；
[0044]图13示出一种变体的示图，其中接点侧向着第一临时性载体层的、具不同厚度的构件被定位于该些间隙中；
[0045]图14是根据本发明对如图13所示的半成品作进一步处理的结果的示图；
[0046]图15示出通过根据本发明的方法产生的印刷电路板或印刷电路板半成品的一变体;而
[0047]图16至19示出本发明的变种，其采用IMS部件作为要嵌入的构件。
【具体实施方式】
[0048]图1a)至Ie)示出该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合的变体，该些变体是根据步骤a)本发明的范围内所能提供的。图1a)示出组合100，其只包含以预浸渍物料制成的层1(预浸渍层)；图1b)示出组合100，其包含预浸渍层I以及于两侧皆位于外侧的铜层2;图1c)示出组合100，其包含位于外侧的预浸渍层I以及中央核心3;图1d)示出组合100，其包含于两侧皆位于外侧的核心3以及在内的预浸渍层I;而图1e)示出组合100，其包含内部核心3、多层由预浸渍物料制成的层I，以及于两侧皆位于外侧的铜层2。
[0049]作为例子，图2示出如图1e)般的组合100，其根据步骤b)地示出，其中具有间隙4以容纳要嵌入的构件。在创建了间隙4之后，根据步骤C)，组合100中的间隙4以第一临时性载体层5于组合100的一侧覆盖(图3)，该临时载体层例如为粘贴胶带的形式。根据步骤d)，并如图4所示，于该方法的下一步骤中将要嵌入的构件6被安装或定位于间隙4中。如图4明示，该些构件可以是“面向下”或“面向上”地被定位，其中在第一种情况中它们以其接点侧或其接点焊盘7粘贴至该第一临时载体层，而在第二种情况中它们以其背面侧8粘贴至该第一临时载体层，而这第一临时载体层在这组合的这第一侧是以粘贴胶带的形式出现的。
[0050]为了执行根据本发明的方法，第一临时性载体层5基本上只需至少覆盖该间隙的范围或该多个间隙的多个范围。但在工业生产上，一般较容易办到的是第一临时性载体层不只覆盖该(些)间隙的该(些)范围，而是以连续的第一临时性载体层5覆盖组合100的整个表面面积。
[0051]现于图5中明示，根据步骤e)，该组合100于其第二侧的该些间隙的该些范围以第二临时载体层9覆盖，其中这里如果不只覆盖该(些)间隙的该(些)范围，而是在跨过组合100的整个表面面积施加连续的第二临时性载体层9，一般也会是较经济的。
[0052]图6示出根据本发明的方法的步骤f)，即是将包含该构件或该些构件的组合压缩，将可固化的预浸渍物料I固化。如图6明示，间隙4的空腔是以由预浸渍物料I制成的层的树脂填充，以致在固化期间将组合100中的构件6可靠地固定。第一临时性载体层5和9可靠地将组合100在空间方面限定，因此在以上附图中所示的变体中为了以构件6填充组合100而将临时性载体层5和9移除(图7)后，构件6的接点焊盘7会是露出的，并可如图8中示般在印刷电路板或印刷电路板半成品200的同一平面a或a’中直接用于创建导体轨道10(在此不详细示出)和与其电接触。但根据于图9中所示的变体，可创建印刷电路板半成品200的额外构成物，这是通过以已知方法施加由预浸渍物料I’制成的额外的层和接触层或铜层2’，而在这情况下对构件6的接点焊盘7的电接触是通过所谓的微通孔11发生的。
[0053]图10明示，具不同厚度的构件6可被安装或定位于间隙4中，其中在这情况下该第二临时性载体层9不是粘贴胶带，因为构件6和第二临时性载体层之间有一段距离，而在压缩期间一定不可将构件6从第一临时性载体层5剥离。在根据本发明的方法的步骤f)压缩后，获得如图11中所示的印刷电路板或印刷电路板半成品200，之后再通过微通孔11电接触构件6(图12)。当将不同厚度的构件6安装于间隙4中而接点焊盘处于以粘贴胶带的形式存在的第一临时性载体层5那方向时，第二临时性载体层必须具有非粘性表面，其面向该印刷电路板或印刷电路板半成品的层的组合100(图13)。在根据本发明的方法的步骤f)压缩后，获得印刷电路板半成品201(图14)，其可再根据图8被电接触。
[0054]图15示出本发明的一变种，其中嵌入了于两相反侧皆具有接点7的构件6，从而允许了电流从印刷电路版200的一侧垂直流至另一侧。
[0055]根据本发明的一优选实施方案，在图16中构件6以MS部件6’形成，其中标号12指代頂S部件6’的绝缘层而导电层以标号13指代。MS部件6’可以常规方式电接触，其中通过微通孔11电接触亦是可能的(图18)。
[0056]利用IMS部件是特别适用于散热，而在图19所示的情况下其散发的是LED单元14所注入印刷电路板半成品200的热能。图19示出散热器15，其将通过頂S构件6’散发的热能进一步散发。
【主权项】
1.方法，其用于将构件嵌入印刷电路板或印刷电路板半成品，其中该印刷电路板或印刷电路板半成品包含至少一层预浸渍物料制的绝缘层，而该构件是被该预浸渍物料的树脂固定的;其特征在于以下步骤: a)提供印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的层的组合(100)，其中这组合包括至少一层可固化的预浸渍物料； b)于该组合(100)中创建间隙(4)，以容纳要嵌入的构件(6); c)于组合的第一侧上以第一临时性载体层(5)覆盖至少该间隙(4)的范围； d)通过该第一临时性载体层(5)将要嵌入的构件(6)定位于该间隙(4)中； e)于组合(100)的第二侧上以第二临时性载体层(9)覆盖至少该间隙(4)的范围； f)将具有该构件(6)的组合(100)压缩，将该可固化的预浸渍物料固化；以及 g)将该些临时性载体层(5、9)移除。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于该印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的层的组合(100)包含多层预浸渍物料制成的层(I)。3.如权利要求1或2所述的方法，其特征在于该印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的层的组合(100)包含多层预浸渍物料制成的层(I)和于两侧皆处于外侧的铜层(2)。4.如权利要求1至3之任一所述的方法，其特征在于该印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的层的组合(100)包含中央核心(3)和多层预浸渍物料制成的层(I)。5.如权利要求1至4之任一所述的方法，其特征在于该组合(100)包含中央核心(3)和多层预浸渍物料制成的层(I)，以及于两侧皆处于外侧的铜层(2)。6.如权利要求1至5之任一所述的方法，其特征在于该印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的层的组合(100)包含以预浸渍物料制成的内层和于两侧皆处于外侧的核心(3)。7.如权利要求1至6之任一所述的方法，其特征在于该印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的层的组合(100)具有的厚度基本上为该要嵌入的构件(6)的厚度。8.如权利要求1至7之任一所述的方法，其特征在于将多个构件(6)嵌入了该印刷电路板或印刷电路板半成品(200)中。9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，具不同厚度的构件(6)被安装于其相应的间隙(4)中，而该第二临时性载体层(9)被定向以致非粘性的表面向着该印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的层的组合(100)。10.如权利要求1至9之任一所述的方法，其特征在于该组合(100)的第一侧是该印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的接点侧，而该要被嵌入的构件(6)是相对这接点侧面向上地被固定于该间隙(4)中的。11.如权利要求1至10之任一所述的方法，其特征在于该组合(100)的第一侧和第二侧皆是该印刷电路板或印刷电路板半成品(200)的接点侧。12.如权利要求11所述的方法，其特征在于嵌入的是两相反侧皆有接点(7)的构件(6)。13.如权利要求1至12之任一所述的方法，其特征在于该构件(6)选自由以下组成的群组:集成电路、LED、散热器、电池，以及印刷电路板一尤其是多层印刷电路板。14.如权利要求1至13之任一所述的方法，其特征在于该构件(6)是頂S部件(6’)。15.如权利要求1至14之任一所述的方法，其特征在于该第一临时性载体层(5)被设计为粘贴胶带的形态。16.根据如权利要求1至15之任一所述的方法生产的印刷电路板或印刷电路板半成品。
【文档编号】H05K3/46GK106063387SQ201480075486
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2014年12月12日
【发明人】T·施瓦茨, 安德烈亚斯·斯洛克, G·朗格尔, 琼妮斯·史塔尔
【申请人】At&S奥地利科技与系统技术股份公司