嵌入式基板及其制造方法与流程

本申请涉及电子材料与元器件技术领域，尤其涉及一种嵌入式基板及其制造方法。

背景技术：

嵌入式元件封装(embeddedcomponentpackaging,ecp)，是一种将电容、电阻和芯片等电子元件埋嵌入基板内部的封装形态。它可以缩短元件之间的链接路径，降低传输损失，提升产品集成度，减少模块外形尺寸，同时能提升产品的可靠性和电热性能，是实现便携式电子设备多功能化和高性能化的一种重要手段。

现有生产工艺中，嵌入式元件封装一般是通过钻孔及电镀工艺实现的。如图1所示的现有一种基于嵌入式元件封装的基板(以下称嵌入式基板)结构示意图，该嵌入式基板所需的芯片102嵌入基板101内部，芯片102上设置有各个引脚1020，并通过钻孔工艺在基板101上开设多个钻孔104，，再通过电镀等工艺在钻孔104中填充导体材料(如铜)，使得元件102的各个引脚通过钻孔104中的导体材料引出基板101外，以便与其他芯片互连。

可见，依照上述现有嵌入式元件封装工艺，钻孔104钻孔时的激光会对芯片有损伤；而实际加工过程中，钻孔设备的性能限制了其最小钻孔孔径，且钻孔过程中控制偏差可能导致的钻孔偏移。由于这些限制因素，引脚交密集的芯片，如集成芯片，其上设置的引脚也会很密集，为避免芯片损伤，钻孔不能太大或者钻偏，对现有钻孔工艺来说是一个难题。

技术实现要素：

本申请实施例提供了一种嵌入式基板及其制造方法，以解决现有嵌入式元件封装工艺中钻孔孔径不能超过芯片焊盘尺寸的问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种嵌入式基板，包括：基板和埋嵌于所述基板内的芯片；

所述芯片的引脚处设置有金属凸台，且所述引脚与所述金属凸台的一端形成电连接，其中，所述金属凸台的高度方向垂直于所述芯片所在平面，且所述金属凸台的高度值为100微米以上；

所述基板的第一表面上设置有配合所述引脚连接需求的导体层，其中，所述第一表面为所述基板上与所述芯片平行且与所述金属凸台距离最近的表面；

所述基板上所述金属凸台的另一端与与所述导体层之间开设有钻孔，所述钻孔内填充有导体材料，以将所述芯片上存在连接需求的引脚通过所述金属凸台及所述导体材料，和所述导体层实现连接，其中，所述钻孔横截面超出所述金属凸台所述另一端的横截面的范围。

采用本实现方式，在保证基板内嵌入的电子元件引脚正常连接的前提下，由于金属凸台存在一定高度(100微米以上)，可以使得钻孔与芯片保持一定距离，从而即使钻孔超出金属凸台的顶面范围，超出区域也有厚度与金属凸台高度相同的基板材料，可以保护芯片不受损坏，因此本申请实施例提供的嵌入式基板在实际加工过程中，不需要根据焊盘或金属凸台的尺寸限制钻孔的孔径大小。对于埋嵌基板厂而言，应用本申请实施例可以扩大芯片选型范围，即可以对任意芯片进行嵌入式封装，不需要考虑自己的钻孔设备所达到的最小孔径是否小于芯片的焊盘尺寸；对于芯片提供方而言，应用本申请实施例也可以扩大对埋嵌基板厂的选择范围，各个埋嵌基板厂的钻孔设备所达到的最小孔径不再是主要选择限制因素，可以仅根据报价等因素进行选择，有利于降低芯片封装成本。

另外，由于本申请实施例中钻孔孔径不受芯片的焊盘尺寸或金属凸台尺寸限制，故在实际封装过程中可以尽量扩大钻孔的孔径，以提高嵌入式基板的通流和散热能力。

可选的，所述基板包括：用于埋嵌所述芯片及所述金属凸台的中间基板层，及压合于所述中间基板层的一个表面的第一表层基板层；

所述第一表层基板层的外表面作为所述第一表面，设置有所述导体层，所述第一表层基板层上对应于每个金属凸台的区域开设有所述钻孔。

可选的，所述基板还包括：压合于所述中间基板层的另一个表面的第二表层基板层。

可选的，所述中间基板层、第一表层基板层和第二表层基板层均由树脂加工形成；所述导体层包括金属镀层。

可选的，所述嵌入式基板还包括埋嵌于所基板内的容阻元件；

所述容阻元件的接线端与所述导体层之间开设有钻孔，所述钻孔内填充有导体材料；所述容阻元件的接线端通过相应钻孔内的导体材料与所述导体层连接。

本实现方式提供的嵌入式基板，结构简单，所需工艺及材料也较易实现、获得，不会增加制造成本，特别是通过在芯片引脚上设置金属凸台，解决了传统嵌入式元件封装工艺中钻孔孔径受芯片上焊盘尺寸限制的问题，使得钻孔操作更易执行且不会损坏芯片，扩大了基板厂对芯片的选型范围，也扩大了芯片提供方对埋嵌基板厂的选择范围，有利于节约芯片封装成本。同时，由于本申请实施例对钻孔的孔径无限制，故可以尽量增大孔径，利于嵌入式基板的通流和散热。

第二方面，本申请实施例还提供了一种嵌入式基板的制造方法，包括：

在所述嵌入式基板所需的芯片的每个引脚处分别设置金属凸台，且将所述引脚与金属凸台的一端形成电连接，其中，所述金属凸台的高度方向垂直于所述芯片所在平面，且所述金属凸台的高度值为100微米以上；

根据所述嵌入式基板的预设结构确定所述嵌入式基板所需的各个电子元件的相对位置，其中，所述电子元件包括所述待嵌入芯片；

在相对位置确定的各个电子元件之间填充基板材料，形成基板，以使所述电子元件及金属凸台埋嵌于所述基板内；

根据所述各个电子元件的连接需求在所述基板的第一表面设置导体层；所述第一表面为所述基板上与所述芯片平行且与所述金属凸台距离最近的表面；

在所述基板上所述金属凸台的另一端与所述导体层之间开设钻孔，并在所述钻孔内填充导体材料，以将所述芯片上存在连接需求的引脚通过所述金属凸台及所述导体材料，和所述导体层实现连接，其中，所述钻孔横截面超出所述金属凸台所述另一端的横截面的范围。

采用本实现方式，所述钻孔横截面超出所述金属凸台所述另一端的横截面的范围。由于金属凸台存在一定高度，即使钻孔横截面超出金属凸台的所述另一端的横截面的范围，也会有相当厚度的基板材料保护芯片不被损坏，因此，应用本申请实施例，可以消除现有技术中芯片焊盘尺寸与钻孔最小孔径的相互限制；相关技术人员可以根据钻孔密集度和芯片散热等因素，合理设置钻孔的孔径。

可选的，在相对位置确定的各个电子元件之间填充基板材料，形成基板，包括：

在相对位置确定的各个电子元件之间填充基板材料，形成中间基板层，使所述芯片及金属凸台埋嵌于所述中间基板层内；

在所述中间基板层的所述一个表面上压合基板材料，形成第一表层基板层；

根据所述各个电子元件的连接需求在所述基板的第一表面设置导体层，包括：

根据所述各个电子元件的连接需求在所述第一表层基板层的外表面设置导体层。

可选的，在所述基板上所述金属凸台的另一端与所述导体层之间开设钻孔，包括：

根据所述芯片在所述基板内的实际嵌入深度及每个金属凸台的高度值确定每个金属凸台对应的钻孔深度；

根据所述钻孔深度在所述第一表层基板层上对应于每个金属凸台的区域分别开设钻孔。

可选的，在相对位置确定的各个电子元件之间填充基板材料，形成基板，还包括：

在所述中间基板层的另一表面压合基板材料，形成第二表层基板层。

可选的，所述电子元件还包括容阻元件；

所述方法还包括：

根据所述容阻元件在所述基板内的实际嵌入深度，在所述基板上对应于所述容阻元件的接线端的区域开设钻孔，并在所述钻孔内填充有导体材料，以使所述容阻元件的接线端通过相应钻孔内的导体材料与所述导体层连接。

本申请实施例提供的嵌入式基板的制造方法中，不需要根据焊盘或金属凸台的尺寸限制钻孔的孔径大小。对于埋嵌基板厂而言，应用本申请实施例可以扩大芯片选型范围，即可以对任意芯片进行嵌入式封装，不需要考虑自己的钻孔设备所达到的最小孔径是否小于芯片的焊盘尺寸；对于芯片提供方而言，应用本申请实施例也可以扩大对埋嵌基板厂的选择范围，各个埋嵌基板厂的钻孔设备所达到的最小孔径不再是主要选择限制因素，可以仅根据报价等因素进行选择，有利于降低芯片封装成本。另外，由于本申请实施例中钻孔孔径不受芯片的焊盘尺寸或金属凸台尺寸限制，故在实际封装过程中可以尽量扩大钻孔的孔径，以提高嵌入式基板的通流和散热能力。

附图说明

为了更清楚地说明本申请的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有一种嵌入式基板的结构示意图；

图2为本申请实施例提供的一种嵌入式基板的结构示意图；

图3为本申请实施例提供的另一种嵌入式基板的结构示意图；

图4为本申请实施例提供的一种嵌入式基板的制造方法的流程图；

图5为本申请实施例提供的一种嵌入式基板的制造方法的工艺流程示意图。

具体实施方式

图2为本申请实施例提供的一种嵌入式基板的结构示意图，更具体的是沿该嵌入式基板的厚度方向的截面图。参照图2，该嵌入式基板包括：基板21和埋嵌于所述基板21内的芯片22。

其中，芯片22的各个引脚220处均设置有金属凸台23，引脚220与相应金属凸台23的一端形成电连接；金属凸台23的高度方向垂直于芯片22所在平面，且金属凸台23的高度方向平行于基板21的厚度(h)方向，金属凸台23的高度值h1可以根据芯片22在基板21内的嵌入深度h0来确定，即芯片嵌入越深(h0越大)，所需金属凸台的高度值h1也越大。可选的，本实施例中，各个金属凸台23的高度值h1大于100微米。

基板21的第一表面设置有符合各个引脚220连接需求的导体层25，其中，所述第一表面为基板21上与芯片22平行且与金属凸台23距离最近的表面。基板21上在每个金属凸台23的另一端与导体层25之间均开设有钻孔24，每个钻孔24内填充有导体材料。其中，由于金属凸台23的横截面面积较小，故本实施例中，所述钻孔24的横截面可以超出所述金属凸台23的所述另一端的横截面的范围，从而可以保证金属凸台23的另一端与导体材料之间的接触面积不小于金属凸台23的横截面面积，从而保证金属凸台和导体材料之间的有效连接。

通过上述结构，在基板内部，金属凸台23的一端与相应的引脚220连接，另一端与相应钻孔24内的导体材料连接，同时，在基板表面，钻孔24内的导体材料与导体层连接，使得该嵌入式基板嵌入式基板内的单个芯片内或多个芯片之间上存在连接需求的引脚通过金属凸台及导体材料实现连接。如图2中实现了5个引脚之间的互连。

上述结构所封装的芯片可以为已设置有焊盘的芯片，即可以在各个焊盘上设置金属凸台，然后再对该芯片进行嵌入式封装(包括钻孔、填充导体材料、设置导体层等)；对于未设置焊盘的芯片，直接在芯片的各个引脚上设置金属凸台，然后进行嵌入式封装。

可见，本申请实施例在保证引脚正常连接的前提下，由于金属凸台存在一定高度(大于100微米)，可以使得钻孔最深处与芯片保持一定距离，从而即使钻孔超出金属凸台的顶面范围(例如，金属凸台为直径为110um的圆柱型凸台，钻孔的孔径为150umm)，超出区域也有厚度与金属凸台高度相同的基板材料，可以保护芯片不受损坏，因此本申请实施例提供的嵌入式基板在实际加工过程中，不需要根据焊盘或金属凸台的尺寸限制钻孔的孔径大小。对于埋嵌基板厂而言，应用本申请实施例可以扩大芯片选型范围，即可以对任意芯片进行嵌入式封装，不需要考虑自己的钻孔设备所达到的最小孔径是否小于芯片的焊盘尺寸；对于芯片提供方而言，应用本申请实施例也可以扩大对埋嵌基板厂的选择范围，各个埋嵌基板厂的钻孔设备所达到的最小孔径不再是主要选择限制因素，可以仅根据报价等因素进行选择，有利于降低芯片封装成本。

例如，某芯片提供方提供的芯片a的焊盘尺寸为110um，基板厂c所能达到的最小钻孔孔径为110um，报价为0.074美元，基板厂d所能达到的最小钻孔孔径为150um，报价为0.068美元，若依照现有技术，只能选择报价更高的基板厂c对芯片a进行嵌入式封装；而若应用本申请实施例，则不需考虑芯片a的焊盘尺寸或增设的金属凸台的尺寸与各个基板厂的最小孔径，可以选择报价更低的基板厂d对芯片a进行嵌入式封装，相对于选择基板厂c，每个芯片的封装成本可节省0.006美元。

另外，由于本申请实施例中钻孔孔径不受芯片的焊盘尺寸或金属凸台尺寸限制，故在实际封装过程中可以尽量扩大钻孔的孔径，以提高嵌入式基板的通流和散热能力。

图3为本申请实施例提供的另一种嵌入式基板的结构示意图。相对于图2所示结构，图3示出了基板21的一种具体结构，即包括：中间基板层211和压合于中间基板层211的一个表面的第一表层基板层212。

其中，中间基板层211用于埋嵌芯片及其金属凸台23，金属凸台23的另一端的端面与所述中间基板层211上压合有第一表层基板层212的表面在同一平面上，也即金属凸台23的端面恰好裸露于中间基板层211的表面上。中间基板层211可以在芯片之间填充形成。

第一表层基板层212的外表面作为上述嵌入式基板的第一表面(正面)，设置有导体层25，且第一表层基板层212上在每个金属凸台23的另一端的端面与导体层25之间的区域开设有钻孔24。由于金属凸台23的所述端面裸露于中间基板层211的第一表面上，故只要钻孔深度不小于第一表层基板层212的厚度，即可保证填充的导体材料在基板内部与金属凸台连接。实际加工过程中，即使金属凸台23的所述端面没有裸露在中间基板层211的表面上，而是也埋入中间基板层211内，也可以在钻孔时通过增加钻孔深度，来保证金属凸台与导体材料连接。

在本申请一个可行的实施例中，上述嵌入式基板中的基板21还可以包括：压合于中间基板层211的另一个表面的第二表层基板层213。

根据实际应用需求，第二表层基板层213的外表面作为嵌入式基板的第二表面(背面)，也可以设置导体层(一般作为接地端)。另外，钻孔可以穿过整个基板21，连通嵌入式基板的第一表面和第二表面，如图3中的钻孔241。

仍参照图3，在本申请一个可行的实施例中，上述嵌入式基板内埋嵌的电子元件除了具有各种功能的芯片221外，还可以包括容阻元件222(即电容、电阻等电子元件)。容阻元件222在基板21内部直接与钻孔内的导体材料连接。

本申请实施例中，为保持各个钻孔深度一致，便于钻孔操作时统一控制，需保证金属凸台的顶面在基板内的嵌入深度，与容阻元件的接线端所在表面在基板内的嵌入深度相同，即保证容阻元件222的接线端所在表面与中间基板层中压合有第一表层基板层的表面共面，也即与金属凸台的端面共面，如图3所示。有鉴于此，可以根据嵌入式基板内要嵌入的容阻元件的最大厚度h2确定金属凸台的高度h1：容阻元件厚度h2越大，埋嵌封装所需的基板厚度也越大，金属凸台的高度h1可以设置为越大的值，以更大程度上保护芯片不受损坏。

在本申请一个可行的实施例中，上述中间基板层、第一表层基板层和第二表层基板层所采用的基本材料具体可以为树脂；基板表面的导体层可以为金属镀层，如铜镀层，即通过电镀工艺加工得到的符合嵌入式基板的各个引脚连接需求的金属导线层，钻孔内的导体材料也可以为铜，具体可以通过电镀工艺填充，使得嵌入式基板内各个电子元件(包括芯片和容阻元件)连接形成具有特定功能的电路。

从以上实施例可以看出，本申请实施例提供的嵌入式基板，结构简单，所需工艺及材料也较易实现、获得，不会增加制造成本，特别是通过在芯片引脚上设置金属凸台，解决了传统嵌入式元件封装工艺中钻孔孔径受芯片上焊盘尺寸限制的问题，使得钻孔操作更易执行且不会损坏芯片，扩大了基板厂对芯片的选型范围，也扩大了芯片提供方对埋嵌基板厂的选择范围，有利于节约芯片封装成本。同时，由于本申请实施例对钻孔的孔径无限制，故可以尽量增大孔径，利于嵌入式基板的通流和散热。

基于上述结构，本申请实施例还提供了一种嵌入式基板的制造方法，图4为该嵌入式基板制造方法的流程图，图5为该方法对应的工艺流程示意图。

参照图4和图5，该嵌入式基板的制造方法包括以下步骤：

步骤s1，在所述嵌入式基板所需的芯片的每个引脚处分别设置金属凸台，且将所述引脚与金属凸台的一端形成电连接；

如图5所示的所述嵌入式基板所需的芯片221和金属凸台23，金属凸台23的高度方向垂直于芯片221所在平面。本实施例中，所述金属凸台23的高度值大于100微米。

步骤s2，根据所述嵌入式基板的预设结构确定所述嵌入式基板所需的各个电子元件的相对位置；

其中，如图5所示，所述电子元件至少包括所述芯片221。在本申请一些可行的实施例中，所述电子元件还可以包括容阻元件222。

步骤s3，在相对位置确定的各个电子元件之间填充基板材料，形成基板；

将各个电子元件按照该嵌入式基板的预设结构放置于加工台上，并保持其相对位置固定，然后在这些电子元件之间填充基本材料，即可形成基板，同时实现各个电子元件及金属凸台埋嵌于该基板内。

步骤s4，根据所述各个电子元件的连接需求在所述基板的第一表面设置导体层；

其中，所述第一表面为所述基板上与所述芯片平行且与所述金属凸台距离最近的表面，具体可参照图2～4。

步骤s5，在所述基板上所述金属凸台的另一端与所述导体层之间开设钻孔，并在所述钻孔内填充导体材料。

本实施例中，钻孔内的导体材料，在基板内部，与金属凸台的端面连接，在基板的第一表面上，与导体层连接，从而使各个引脚通过所述金属凸台及导体材料，实现与导体层的连接，进而实现存在连接需求的不同引脚之间的连接。如图5所示，芯片的四个引脚均通过金属凸台和钻孔内的导体材料引至嵌入式基板的第一表面，两个容阻元件的接线端也通过钻孔内的导体材料引至嵌入式基板的第一表面，并在嵌入式基板的第一表面上通过导体层25实现其与其他引脚的连接。

本申请一个可行的实施例中，为保持各个钻孔深度一致，便于钻孔操作时统一控制，需保证金属凸台的所述另一端的端面在基板内的嵌入深度，与容阻元件的接线端所在表面在基板内的嵌入深度相同，即保证容阻元件222的接线端所在表面与中间基板层的与金属凸台的顶面共面。可选的，本申请实施例可以以嵌入式基板中要嵌入的容阻元件的最大厚度为基准，确定金属凸台的高度：容阻元件厚度越大，埋嵌封装所需的基板厚度也越大，金属凸台的高度可以设置为越大的值，以更大程度上保护芯片不受损坏。

本实施例中，所述钻孔横截面超出所述金属凸台所述另一端的横截面的范围。由于金属凸台存在一定高度，即使钻孔横截面超出金属凸台的所述另一端的横截面的范围，也会有相当厚度的基板材料保护芯片不被损坏，因此，应用本申请实施例，可以消除现有技术中芯片焊盘尺寸与钻孔最小孔径的相互限制；相关技术人员可以根据钻孔密集度和芯片散热等因素，合理设置钻孔的孔径。如图5所示的多个钻孔24，其孔径均大于金属凸台的顶面直径。另外，由于金属凸台所述另一端的横截面面积较小，故本实施例中所述钻孔的横截面超出所述金属凸台所述另一端的横截面的范围，可以保证金属凸台所述另一端与导体材料之间的接触面积不小于该金属凸台所述另一端的横截面面积，进而保证金属凸台和导体材料之间的有效连接。

可见，本申请实施例提供的嵌入式基板在实际加工过程中，不需要根据焊盘或金属凸台的尺寸限制钻孔的孔径大小。对于埋嵌基板厂而言，应用本申请实施例可以扩大芯片选型范围，即可以对任意芯片进行嵌入式封装，不需要考虑自己的钻孔设备所达到的最小孔径是否小于芯片的焊盘尺寸；对于芯片提供方而言，应用本申请实施例也可以扩大对埋嵌基板厂的选择范围，各个埋嵌基板厂的钻孔设备所达到的最小孔径不再是主要选择限制因素，可以仅根据报价等因素进行选择，有利于降低芯片封装成本。

另外，由于本申请实施例中钻孔孔径不受芯片的焊盘尺寸或金属凸台尺寸限制，故在实际封装过程中可以尽量扩大钻孔的孔径，以提高嵌入式基板的通流和散热能力。

参照图5，在本申请一个可行的实施例中，上述步骤s3所述的在相对位置确定的各个电子元件之间填充基板材料，形成基板，具体可以包括以下步骤：

步骤s31、在相对位置确定的各个电子元件之间填充基板材料，形成中间基板层211；

通过填充基板材料，使所述容阻元件、芯片及金属凸台均被埋嵌于所述中间基板层211内。

步骤s32、在所述中间基板层211的第一表面压合基板材料，形成第一表层基板层212。

在一个可行的实施例中，步骤s32还可以包括：在所述中间基板层211的第二表面压合基板材料，形成第二表层基板层213。

基于步骤s32，步骤s4所述的钻孔工艺，具体可以在第一表层基板层212上执行，同时，步骤s5所述的导体层也可以设置在第一表层基板层212的外表面；如图5所示，在一些可行的实施例中，第二表层基板层213的表面也可以设置导体层，并通过穿过整个基板的钻孔实现与第一表层基板层外表面的导体层连接。

在一个可行的实施例中，上述步骤s31中填充基板材料形成中间基板层211时，可以控制所述金属凸台的顶面和容阻元件的接线端所在表面，均与所述中间基板层211的第一表面共面，从而在步骤s4中，各个钻孔的钻孔深度可以保持一致，均为第一表层基板层212的厚度，便于钻孔操作时统一控制。

在其他可行的实施例中，各个钻孔深度也可以不完全相同，在执行步骤s4时，先根据所述芯片在所述基板内的实际嵌入深度及每个金属凸台的高度值确定每个金属凸台对应的钻孔深度，再根据所确定的钻孔深度在所述第一表层基板层上对应于每个金属凸台和/或容阻元件的接线端的区域分别开设钻孔。

本申请实施例所采用的基板材料可以为树脂，金属凸台具体可以采用铜加工而成，导体材料及导体层也可以采用金属铜，并通过电镀工艺加工。

可见，本申请实施例提供的嵌入式基板制造过程所采用的材料易获得，所使用的工艺技术简单易执行，尤其消除现有技术中芯片焊盘尺寸与钻孔最小孔径的相互限制，可以在钻孔密集度允许范围内，尽量扩大钻孔的孔径，一方面降低对钻孔设备的性能要求，另一方面可以提高成型后的嵌入式基板通流和散热能力。

本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。以上所述的本发明实施方式并不构成对本发明保护范围的限定。