专利名称：印刷电路板及其制造方法
技术领域：
本发明涉及一种印刷电路板，更具体地，涉及一种具有嵌入的电子元件的印刷电路板及其制造方法。
背景技术：
作为下一代多功能小型封装技术的一部分，注意力集中在具有嵌入电子元件的印刷电路板的开发上。除了多功能性和小型化的优势外，具有嵌入电子元件的印刷电路板还可以具有复杂到一定程度的功能，同时可以在100MHz或更高的高频范围内将布线距离最小化，并且在一些情况下，利用引线接合法或FC(柔性电路板)中的焊球或BGA(球栅阵列)可以解决构件之间的连接可靠性问题。
然而，在传统的具有嵌入电子元件的印刷电路板中，由于嵌入诸如高密度IC的电子元件而导致的散热问题，或诸如脱层(delamination)的问题等，将很可能影响成品率，并在整个生产过程中很可能存在制造成本增加的困难。因此，需要对最小化薄印刷电路板中的热变形提供刚度的技术，以及提供改善散热性能的技术。
与具有嵌入电子元件的印刷电路板相关的现有技术的第一实例，包括一种使用用于嵌入电子元件的胶带和模塑料的方法。在该发明中，在蚀刻绝缘基板后，在嵌入元件的过程中使用液体环氧树脂，以最小化由嵌入电子元件(如IC)和基板之间热膨胀系数和弹性系数差异造成的热和机械影响。然而，这受限于要求基板本身的硬度和散热特性是不变的。
第二实例包括一种发明，使用金属基板作为印刷电路板的芯板(core member，核心件)，并形成树脂层作为绝缘层以提高板的机械和热特性。然而，该发明不具有能够在芯板中嵌入电子元件的结构，且仍然存在可能脱层的问题。
第三实例包括一种发明，其中使用金属基板作为芯板，且在金属基板的一个侧面上具有绝缘层、并在该绝缘层中嵌入有电子元件。然而，该发明不具有能够在芯板中嵌入电子元件的结构，以至于嵌入电子元件所必需的绝缘层的厚度增加了印刷电路板的厚度。
发明内容
本发明旨在提供一种印刷电路板及其制造方法，用于在芯板中嵌入电子元件，其改善该芯板的硬度和散热特性、在芯板和绝缘层之间提供良好的附着力、并使电子元件稳固地嵌入。
根据本发明的一个方面，提供了一种制造印刷电路板的方法，该印刷电路板使用金属基板作为芯板并在金属基板中嵌入有电子元件，该方法主要包括以下步骤(a)对金属基板的至少一个表面进行阳极处理，以形成至少一个绝缘层；(b)在至少一个绝缘层上形成内层电路；(d)在对应于将要嵌入电子元件的位置中放置芯片结合胶，并安装电子元件；以及(e)在对应于形成内层电路的位置和对应于电子元件的电极的位置，形成外层电路。
该方法在至少一个绝缘层上形成内层电路的步骤(b)和在对应于将要嵌入电子元件的位置放置芯片结合胶并安装电子元件的步骤(d)之间还可以包括在对应于将要嵌入电子元件的位置，蚀刻金属基板以形成空穴的步骤(c)。
优选地，金属基板包含能够制成电绝缘的材料，并可以包含铝(Al)、镁(Mg)、和钛(Ti)中的至少一种。可以利用湿法蚀刻，执行在对应于将要嵌入电子元件的位置，蚀刻金属基板以形成空穴的步骤(c)。
该方法还可以包括在对金属基板的至少一个表面进行阳极处理，以形成至少一个绝缘层的步骤(a)之前，清洁金属基板的至少一个表面的步骤。可以使用芯片结合胶、非导电胶、或管芯安装膜等安装芯片，其中优选地，在使用芯片结合胶或绝缘胶等时，所用的材料高触变性的。芯片结合胶可以包含SiO2作为填料。
同时，本公开中描述的芯片结合胶不限于特定产品，而通常是指用于在基板中/上嵌入或安装电子元件而放置的材料。放置用于安装电子元件的芯片结合胶的步骤可以包括加热金属基板以使芯片结合胶硬化等。
根据本发明的另一个方面，提供了一种具有嵌入电子元件的印刷电路板，该印刷电路板包括金属基板；阳极氧化层，形成在金属基板的至少一个表面上；内层电路，形成在阳极氧化层上；电子元件，通过介入的芯片结合胶结合至金属基板；以及外层电路，形成在金属基板上对应于形成内层电路的位置和对应于电子元件的电极的位置。
优选地，印刷电路板还包括通过去除金属基板的一部分形成的空穴，其中，电子元件安装在该空穴中。空穴可以通过湿法蚀刻金属基板而形成。
金属基板可以包含能够制成电绝缘的材料，且优选地可以包含铝(Al)、镁(Mg)、和钛(Ti)中的至少一种。优选地，芯片结合胶包含触变性材料，且可以包含SiO2作为填料。通过加热金属基板使芯片结合胶硬化来结合电子元件。
本发明的其他方面和优点将作为说明书的一部分随后阐述，并且部分地将通过描述变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
图1是根据现有技术的具有嵌入电子元件的印刷电路板的剖视图；图2是示出根据本发明实施例的制造具有嵌入电子元件的印刷电路板的方法的流程图；图3是示出根据本发明实施例的制造具有嵌入电子元件的印刷电路板的方法的流程示意图；图4是根据本发明的第一公开实施例的具有嵌入电子元件的印刷电路板的剖视图；图5是根据本发明的第二公开实施例的具有嵌入电子元件的印刷电路板的剖视图；以及图6是根据本发明的第三公开实施例的具有嵌入电子元件的印刷电路板的剖视图。
具体实施例方式
下面将参照附图，更详细地说明根据本发明的印刷电路板及其制造方法的实施例。在参照附图进行说明时，标以相同参考标号的构件是相同或相对应的，而与图号无关，且不再赘述。
图2是示出根据本发明的实施例的制造具有嵌入电子元件的印刷电路板的方法的流程图。
本发明的特征在于，通过利用金属基板作为芯板，使制造传统印刷电路板的方法中新元件的添加最少化，且仍保持硬度(即使具有更小的厚度)，以及提高散热特性的高效率。
为了实现这种结构，通过如下方式制造印刷电路板首先在金属基板(即，芯板)中/上嵌入或安装芯片形状的有源或无源元件等；然后通过堆叠处理形成外层，并形成过孔以将电子元件与板的电路电连接。
与其他材料的基板相比，金属基板在硬度和导热等方面具有优势，并且可以用于湿法处理，从而有望减少制造成本。然而，需要抑制发生穿过金属基板的不期望有的导电，这可以通过诸如阳极处理方法对表面甚至内部进行绝缘处理来解决。
也就是说，根据本发明的实施例，在制造印刷电路板(其使用嵌入有电子元件的金属基板作为核心部件)的过程中，首先对金属基板的表面进行阳极处理以形成绝缘层(步骤110)。
金属通常是在硬度和导热性方面具有优势的材料，且优选地，该金属是能够被制成电绝缘的材料。这种金属材料包括铝(Al)、镁(Mg)、和钛(Ti)等。但铝是常用的商业上可获得的金属材料，其中铝表面经过阳极处理。
阳极处理是一种广泛用于建筑材料、电信设备、光学设备、装饰品、和车辆零件等中的表面处理方法，通过该方法，在金属表面上形成薄氧化层以保护金属的内部。该处理主要是用于诸如铝(Al)、镁(Mg)、和钛(Ti)等非常容易与氧气发生反应从而在其表面上形成氧化层的金属。
阳极处理是一种加速氧化的方法，其通过在诸如硫酸等溶液中将金属用作阳极，以人工生成均匀厚度的氧化层。对用作阳极的要镀覆的金属(例如铝等)施加电流，使铝表面被阳极生成的氧气氧化，从而形成氧化铝包覆层(Al2O3)。该包覆层是非常坚硬的、具有多孔结构的抗蚀层，并且由于其可以被染成各种颜色，所以不仅仅由于诸如抗蚀和耐蚀的实用原因，而且由于美观上的原因，而经常使用阳极处理。
因此，在对金属基板表面进行阳极处理之前，作为预处理程序，需要通过除油和除污等来清洁金属基板的表面(步骤100)。
然而，根据本发明实施例的用于使金属基板的表面绝缘的处理不限于阳极处理，并且很显然，可以使用对于本领域技术人员来说显而易见的，可以用于在金属基板的表面上形成绝缘层的任何表面处理方法。
接下来，在形成在金属基板的每一个表面上的绝缘层上形成内层电路(步骤120)。这是通过在绝缘层表面上进行无电镀覆、通过电镀形成铜箔层、以及利用诸如光刻法的传统方法形成电路图案来实现的。
同时，为了形成用于实现电路层之间的电连接的过孔，在通过阳极处理使金属基板绝缘之前，可以利用钻孔机等将金属基板钻孔，然后可以通过依次执行阳极处理、无电镀覆、电镀、以及光刻法来形成电路图案。
接下来，在要嵌入电子元件的对应位置，通过蚀刻金属基板形成空穴(步骤130)。在本发明的实施例中，将电子元件嵌入到芯板中，以提供更薄的印刷电路板，为此，将金属基板的一部分去除以形成空穴，该空穴用于嵌入电子元件的空间。这里，空穴用于调节基板高度和电子元件高度，并且在一些情况中，可以省略形成空穴的步骤，而代替进行如以下所述的使用芯片结合胶等的SMT处理。
由于可以在一般的金属材料上执行湿法蚀刻，因此通过湿法蚀刻形成上述的空穴。然而，本发明并不限于通过湿法蚀刻形成空穴的情形，还可以使用对于本领域技术人员来说是显而易见的诸如干蚀刻的其他方法来形成空穴，尽管干蚀刻与湿法蚀刻相比会造成更高的加工成本。因此，利用湿法蚀刻在金属基板中形成将要嵌入电子元件的空穴在成本方面是有优势的。
接下来，将芯片结合胶置于通过蚀刻金属基板的一部分形成的空穴中，或放置于金属基板的表面上，以嵌入电子元件(步骤140)。这里，很显然，除了芯片结合胶，还可以使用非导电性胶或“管芯安装膜(die attach film)”。芯片结合胶等将电子元件结合至基板，从而使它们可以以一体化结构的方式移动，并且在芯片结合胶具有一定程度的散热能力的情况下，其还执行热传递功能，从而使得电子元件产生的热通过金属基板有效释放。
常规芯片结合胶使用基于环氧树脂的树脂。在将芯片结合胶分配到空穴中并将电子元件置于其上以后，对芯片结合胶进行加热使之硬化，从而将电子元件结合到基板上。
因此，芯片结合胶的触变性影响位于芯片结合胶上的电子元件的对准和位置。在本发明的实施例中，使用高触变性的芯片结合胶，从而使位于电子元件和基板之间的芯片结合胶的厚度均匀，并使电子元件稳固地对准在期望位置中。
优选地，当用于嵌入或安装(SMT)电子元件的芯片结合胶等的材料(使用具有高触变性(高指数值)的材料)接近液态时，需要注意由于其表面能而导致在安装(SMT)的过程中可能施加到电子元件上的机械冲击。
为了增加触变性，将SiO2作为填料添加到传统的基于环氧树脂的树脂中，但是本发明不必局限于使用包含SiO2填料的芯片结合胶，很显然，可以使用对于本领域技术人员来说显而易见的范围内的具有高触变性的任何合成物。
在将芯片结合胶分配到空穴中并将电子元件置于其中以后，加热芯片结合胶使其硬化，从而将电子元件固定至基板。在本实施例中，由于使用在导热方面具有优势的金属基板作为芯板，因此与现有技术相比，可以通过加热金属基板以更方便的方式硬化芯片结合胶。
也就是说，根据本发明实施例的金属基板可以用于使用芯片结合胶来定位电子元件。具体来讲，由于不仅在将电子元件定位在芯片结合胶上之后，而且如果需要的话，在分配芯片结合胶和定位电子元件之前，都可以很容易地通过金属基板传递热，因此，可以调节芯片结合胶的硬化程度，从而达到改善电子元件的定位的效果。
同时，当使用如上所述的具有优良触变性的芯片结合胶时，在对本领域技术人员显而易见的范围内，可以使用硬化剂来促进加热硬化。
在利用高触变性芯片结合胶定位电子元件以后，通过如此加热金属基板来硬化芯片结合胶，改善嵌入在印刷电路板中的电子元件的定位过程。
最后，在对应于形成内层电路的位置和对应于电子元件的电极的位置，形成外层电路(步骤150)。也就是说，在具有过孔和内层电路并具有嵌入在其空穴中的电子元件的金属基板的至少一个表面上堆叠ABF(Ajinomoto build-up film，Ajinomoto内置薄膜)等，或堆叠半固化片(PPG)和铜(Cu)或RCC(覆铜橡胶)，此后，应用加或减的方法来形成外层电路。重复上述步骤以堆叠多个外层电路。
图3是示出根据本发明的实施例的制造具有嵌入电子元件的印刷电路板的过程的流程示意图。图3中，示出了金属基板10、绝缘层12、内层电路14、空穴16、芯片结合胶18、电子元件20、电极22、第一外层电路24、第二外层电路26、阻焊剂28、以及焊球30。
如图3的(a)中所示，在根据本发明实施例的具有嵌入电子元件的印刷电路板的制造过程中，将在硬度和导热性方面具有优势并可制成电绝缘的金属基板10用作芯板。
如图3的(b)中所示，利用钻孔机在将要形成过孔的部分钻孔，并在通过阳极处理等在表面上形成绝缘层12以抑制金属基板10的导电以后，通过应用诸如无电镀覆、电镀、和光刻法等的步骤形成内层电路14。
如图3的(c)中所示，蚀刻将要嵌入电子元件20的位置以形成空穴16。尽管干法或湿法处理都可以用于蚀刻方法，但是湿法蚀刻在加工成本方面更有优势。
如图3的(d)中所示，将芯片结合胶18分配在空穴16中，该空穴通过蚀刻去除金属基板10的一部分而形成。芯片结合胶18将电子元件20产生的热释放到基板，并将电子元件20固定至基板。通常使用基于环氧树脂的树脂。
如图3的(e)中所示，将芯片形状(例如IC)的电子元件20置于分配在空穴16中的芯片结合胶18上，并加热金属基板10，以使芯片结合胶18硬化而将电子元件20固定至基板。在通过使芯片结合胶18硬化来固定电子元件20的过程中，最好使用高触变性的芯片结合胶18，以改善电子元件20的定位。
如图3的(f)中所示，堆叠ABF等，或如图3的(g)中所示，堆叠半固化片(PPG)和铜(Cu)或RCC(覆铜橡胶)，从而可以应用下述的电路图案形成工艺。
如图3的(h)中所示，通过将诸如SAP(半加成处理)或MSAP(变化的半加成处理)等的堆叠方法应用于ABF，或通过将减方法应用到铜箔层来形成第一外层电路24。必要时，如图3的(i)中所示，重复这些方法以堆叠第二外层电路26。通过这种方式，可以形成多层电路。
如图3的(j)中所示，为了形成BGA(球栅阵列)，将形成为具有一个或多个外层电路的印刷电路板的最外表面的阻焊剂28的多个部分断开，并附着焊球30。虽然图3示出了将电子元件20设置为面朝上的情况，但是很显然对于本领域技术人员来说，可以将电子元件20反过来设置为面向下朝向焊球30。
图4是根据本发明的第一公开实施例的具有嵌入电子元件的印刷电路板的剖视图，图5是根据本发明的第二公开实施例的具有嵌入电子元件的印刷电路板的剖视图，以及图6是根据本发明的第三公开实施例的具有嵌入电子元件的印刷电路板的剖视图。在图4至图6中，示出了金属基板10、绝缘层12、内层电路14、空穴16、芯片结合胶18、电子元件20、电极22、第一外层电路24、第二外层电路26、阻焊剂28、以及焊球30。
通过上述工艺制造根据本发明的实施例的具有嵌入电子元件的印刷电路板，该电路板主要包括金属基板10；绝缘层12，形成在金属基板10的表面上；内层电路14，堆叠在绝缘层12上；空穴16，去除金属基板10的一部分而形成；以及电子元件20，嵌入在空穴16中。
金属基板10需要是在硬度和导热性方面有优势并可以制成电绝缘的材料，以控制通过金属基板10的导电性。通常使用铝(Al)、镁(Mg)、或钛(Ti)等。
为了使金属基板10的表面电绝缘以允许控制导电性，通过如上所述的阳极处理将绝缘层12形成为阳极氧化层。阳极氧化层由于具有多个小孔而具有高度表面粗糙度，因此提高了其与其上堆叠的电镀层之间的附着力。这里，由于内部的小孔随后可能会影响基板的可靠性，因此在诸如阳极处理等的处理之后，需要用环氧树脂等填充这些小孔。
在加工成本方面，通过湿法蚀刻在金属基板10中形成用于嵌入电子元件20的空穴16是有利的。为了在用于嵌入的空穴16中固定电子元件20，在其间放置芯片结合胶18。由于芯片结合胶18起到释放电子元件20中产生的热以及定位电子元件20等的作用，因此可以通过向基于环氧树脂的树脂添加用于提高散热性能以及触变性的填料(例如，SiO2等)来加工。
在将芯片结合胶18分配在空穴16中并定位电子元件20以后，加热金属基板10，从而使芯片结合胶18硬化，并将电子元件20固定至基板。从而，将电子元件20嵌入到了基板中，使电子元件20和基板可以以一体化结构方式移动。尽管金属基板10的形成空穴16的部分具有比其他部分相对较小的硬度，但这可以通过嵌入电子元件20来补偿。
通过应用形成电路图案的常用方法(例如，减方法、MSAP(变化的半加处理)、或SAP(半加处理)，等)，对应于内层电路14和电子元件20的电极22，堆叠多个诸如第一外层电路24和第二外层电路26等的外层电路，以制造多层印刷电路板。当形成BGA时，将焊球30附着在阻焊剂28的断开部分。
尽管图4示出了将电子元件(例如IC芯片等)面向上嵌入的情况，但本发明并不限于嵌入电子元件的方向，很显然，如在图5中所示，可以根据空穴的位置将电子元件(例如，IC芯片等)面朝向焊球嵌入。
另外，尽管图4和图5示出了形成空穴以调节嵌入电子元件和核心层的高度的情况，但是，很显然，基于堆叠中使用的材料的类型和厚度，可以代之以使用如图6中所示的一种直接在金属基板(即芯板)的表面上安装电子元件的可选处理，而不需要形成空穴。
根据如上所述构成的本发明的多个方面，通过应用阳极处理使诸如铝等的金属基板变得绝缘，并将其用作印刷电路板中的芯板，从而提高抗弯刚度和散热特性；可以应用湿法蚀刻，从而减少制造成本；且在嵌入电子元件过程中使用高触变性芯片结合胶，从而改善电子元件的定位。
此外，传统的电子元件嵌入过程中所需的诸如胶带和密封剂等昂贵的物品不再是必需的，所以可以减少成本，并通过利用具有优良硬度的金属基板，使印刷线路板变薄且高度可靠，并提高了散热特性。
尽管参照具体实施例详细说明了本发明的精神，但是这些实施例仅是用于说明的目的，而不用于不限制本发明。应该理解的是，在不背离本发明的范围和精神的条件下，本领域技术人员可以对这些实施例做各种改变和修改。
权利要求
1.一种制造印刷电路板的方法，所述印刷电路板使用金属基板作为芯板并且所述金属基板中嵌入有电子元件，所述方法包括以下步骤(a)对所述金属基板的至少一个表面进行阳极处理，以形成至少一个绝缘层；(b)在所述至少一个绝缘层上形成内层电路；(d)在对应于将要嵌入所述电子元件的位置，放置芯片结合胶，并安装所述电子元件；以及(e)在对应于形成所述内层电路的位置和对应于所述电子元件的电极的位置，形成外层电路。
2.根据权利要求1所述的方法，在至少一个绝缘层上形成内层电路的所述步骤(b)和在对应于将要嵌入所述电子元件的位置放置芯片结合胶并安装所述电子元件的所述步骤(d)之间还包括以下步骤(c)在对应于将要嵌入所述电子元件的位置蚀刻所述金属基板，以形成空穴。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，所述金属基板包含能够制成电绝缘的材料。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，所述金属基板包含铝、镁、和钛中的至少一种。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，通过湿法蚀刻执行在对应于将要嵌入所述电子元件的位置蚀刻所述金属基板以形成空穴的所述步骤(c)。
6.根据权利要求1所述的方法，还包括在对所述金属基板的至少一个表面进行阳极处理以形成至少一个绝缘层的所述步骤(a)之前，对所述金属基板的所述至少一个表面进行清洁。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述芯片结合胶包含触变性材料。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述芯片结合胶包含SiO2作为填料。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，在对应于将要嵌入所述电子元件的位置放置芯片结合胶并安装所述电子元件的所述步骤(d)，包括加热所述金属基板以使所述芯片结合胶硬化。
10.一种具有嵌入电子元件的印刷电路板，所述印刷电路板包括金属基板；阳极氧化层，形成在所述金属基板的至少一个表面上；内层电路，形成在所述阳极氧化层上；电子元件，通过介入的芯片结合胶结合至所述金属基板；以及外层电路，形成在所述基板上对应于形成所述内层电路的位置以及对应于所述电子元件的电极的位置。
11.根据权利要求10所述的印刷电路板，还包括空穴，通过去除所述金属基板的一部分形成，其中所述电子元件安装在所述空穴中。
12.根据权利要求11所述的印刷电路板，其中，通过湿法蚀刻所述金属基板形成所述空穴。
13.根据权利要求10所述的印刷电路板，其中，所述金属基板包含能够制成电绝缘的材料。
14.根据权利要求10所述的印刷电路板，其中，所述金属基板包含铝、镁、和钛中的至少一种。
15.根据权利要求10所述的印刷电路板，其中，所述芯片结合胶包含触变性材料。
16.根据权利要求15所述的印刷电路板，其中，所述芯片结合胶包含SiO2作为填料。
17.根据权利要求10所述的印刷电路板，其中，通过加热所述金属基板使所述芯片结合胶硬化来结合所述电子元件。
全文摘要
本发明公开了一种印刷电路板及其制造方法。一种将金属基板作为芯板并在金属基板中嵌入有电子元件的印刷电路板的制造方法，主要包括以下步骤(a)对金属基板的至少一个表面进行阳极处理，以形成至少一个绝缘层；(b)在至少一个绝缘层上形成内层电路；(d)在对应于将要嵌入电子元件的位置，放置芯片结合胶并安装电子元件，以及(e)在对应于形成内层电路的位置和对应于电子元件的电极的位置，形成外层电路。该方法在步骤(b)和步骤(d)之间还可以包括在对应于将要嵌入电子元件的位置蚀刻金属基板以形成空穴的步骤(c)。
文档编号H05K1/18GK1946271SQ20061014002
公开日2007年4月11日 申请日期2006年10月8日 优先权日2005年10月4日
发明者李斗焕, 柳济光, 金承九, 李在杰, 金汶日, 金亨泰 申请人:三星电机株式会社