CN107027238B - 包括铜填充多径激光钻孔的元件载体 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种元件载体(100)，其包括由电绝缘结构和导电结构构成的层堆叠部(101)。此外，钻孔(110)延伸至层堆叠部(101)中并且具有第一钻孔段(111)和连接的第二钻孔段(112)，第一钻孔段(111)具有第一直径(D1)，第二钻孔段(112)具有不同于第一直径(D1)的第二直径(D2)。导热材料(102)基本上填充整个钻孔(110)。钻孔(110)特别地通过激光钻孔形成。

Description

包括铜填充多径激光钻孔的元件载体
技术领域
本发明涉及一种元件载体、一种元件载体***和一种电子装置。此外，本发明涉及一种元件载体的制造方法。
背景技术
照惯例，用作元件载体的印刷电路板(PCB)包括形成用于产生至电气元件的电连接的过孔的多个钻孔。另外，为了降低过热的风险，使用钻孔以提供热传递。
每一个元件载体通常包括多个例如一千个以上的过孔(钻孔)。因此，为了在很短的制造时间内制造元件载体，有必要提供高速钻孔成形工艺。此外，为了提供适当的连接性，允许钻孔尺寸的制造公差非常小。因此，高速钻孔过程不仅必须快速而且必须非常准确。
常规钻孔需要具有小的直径使得连接焊盘保持较小并且钻孔在元件载体中具有足够的空间。然而，尺寸小的钻孔的传热能力也较弱。
现代电子装置更微小并且精确甚至有多种功能，这意味着更多的电子元件必须被放置在紧密的PCB上。在激光钻孔工艺的情况下，带有更多元件的紧密尺寸需要较小的激光过孔、较高的激光过孔密度、更紧密线/空间设计和连接至过孔的焊盘的较小定位焊盘(capture pad)尺寸。然而，在有限区域中的更紧密线/空间设计导致较小的激光过孔尺寸和连接直径。由于激光能量反射，当在激光钻孔期间碰撞内层目标Cu(铜)时，在过孔(钻孔)开口周围产生突出段。标准镀覆技术需要具有通常约为0.8的小长径比AR(＝钻孔的长度A/钻孔的开口直径R)的激光形成的过孔，因为否则将显著增加诸如夹杂物和裂纹等镀覆缺陷的风险。
当为了避免误对准(＝激光过孔移到内层焊盘)在具有相同厚度的介质PCB上需要具有较小连接(焊盘)直径的激光过孔时，过孔的开口直径也将必须减小，因此，引起镀覆作用的更高风险。
越来越多的电子元件被安装至有限的PCB尺寸也意味着较高的热扩散和传热需求。可通过激光钻孔形成的约30％的钻孔(过孔)将被连接至接地连接盘(ground land)并且被专门用于热扩散作用。
发明内容
本发明的目的是提供一种解决由于紧密设计需求的需要的小的激光过孔连接直径需求和允许可靠的镀覆性能所需要的较大激光过孔开口直径之间的矛盾的元件载体。
此目的可通过独立权利要求的主题具体地说通过元件载体来解决。
根据本发明的第一方面，提供元件载体。元件载体包括由电绝缘结构和导电结构构成的层堆叠部。此外，元件载体包括延伸至层堆叠部中并且具有第一钻孔段和连接的第二钻孔段的钻孔，第一钻孔段具有第一直径，第二钻孔段具有不同于第一直径的第二直径。元件载体进一步包括基本上填充整个钻孔的导热材料。钻孔可特别通过激光钻孔形成。
在本申请的上下文中，术语“元件载体”可具体表示能够将一个或多个电子元件容纳在其上和/或在其中的用于提供机械支撑和电连接性的任何支撑结构。下面进一步描述元件载体的示例性实施例。
此外，元件载体的钻孔包括具有第一直径的第一钻孔段和具有第二直径的第二钻孔段。第一直径和第二直径彼此不同。在示例性实施例中，第一钻孔直径大于第二钻孔直径。
例如，通过激光钻孔方法将第一钻孔段和第二钻孔段钻孔，第一钻孔段和第二钻孔段可具有稍微圆锥形。因此，第一直径可由第一平均直径来限定，第一平均直径为第一钻孔段的直径例如在第一钻孔段的开口部的直径和在第一钻孔段向过渡段和/或向第二钻孔段的过渡处获取的第一钻孔段的直径的算术平均值。相应地，第二直径可由第二平均直径来限定，第二平均直径为第二钻孔段的直径例如在第二钻孔段的开口部的直径和在第二钻孔段向过渡段和/或向第一钻孔段的过渡处获取的第二钻孔段的直径的算术平均值。可选地，第一直径可表示第一钻孔段在第一表面处的开口直径，且第二直径可表示第二钻孔段在第二表面处的开口直径。
钻孔填充有导热材料。除了适当的导热性能之外，导热材料也可以是导电的。在示例性实施例中，导热材料为铜或铜化合物。
例如，多径钻孔可通过激光钻孔过程形成。可使用激光钻孔过程来代替例如用于机械钻孔的标准单直径钻头。根据本发明的钻孔可通过改变激光过孔密度、激光束横截面积和用于利用激光辐射穿透层堆叠部的穿透时间形成。
填充有导热材料的钻孔可形成作为元件载体(例如印刷电路板)的层堆叠部内的两层或多层之间的连接的过孔。过孔可形成通孔、盲孔或埋孔。
根据本发明通过提供具有不同直径的钻孔，实现由导热材料制成的并且形成在钻孔的出口开口段处的焊盘段的小直径目标焊盘直径和额外地通过钻孔的较大(第二)钻孔段内的导热材料而更好的传热。
根据进一步示例性实施例，层堆叠部包括第一表面和与第一表面相对的第二表面，其中钻孔在第一表面和第二表面之间延伸。
根据进一步示例性实施例，第一钻孔段从第一表面延伸至层堆叠部中，且第二钻孔段从第二表面延伸至层堆叠部中。
根据进一步示例性实施例，导热材料在第二表面上形成焊盘段。焊盘段可被连接至例如印刷电路板轨道等。此外，焊盘段是填充钻孔使得形成通过层堆叠部的过孔(垂直连接)的导热材料的一部分。过孔将其它嵌入的元件和层堆叠部内的导电层结构连接至焊盘。焊盘通常具有比印刷电路板轨道更大的直径。
然而，有可能在一个单一操作步骤中形成印刷电路板轨道并且使钻孔填充有导热材料。因此，焊盘段具有与印刷电路板轨道相同的尺寸(宽度)。因此，印刷电路板轨道和过孔之间的无焊盘连接是可能的，因为不需要生产公差。因此，可提供无焊盘和所谓的“无连接盘的”(无缝的)过孔-印刷电路板轨道连接。
根据进一步示例性实施例，导热材料沿第一表面延伸用于形成热辐射段。沿第一表面的热辐射段越大，可被传输远离元件载体的热越多。
根据进一步示例性实施例，热辐射段在第一表面上形成第一覆盖区域，且焊盘在第二表面上形成第二覆盖区域。第一覆盖区域大于第二覆盖区域。
目的是沿第二表面具有更小的焊盘段使得多个焊盘段和因此多个钻孔可形成在元件载体中。在元件载体内形成的焊盘段越多，给定的元件载体的连接可能性越多。因此，焊盘段应该较小从而防止与相邻焊盘段的接触。另一方面，需要沿第一表面的较大热辐射段使得远离元件载体的适当热传输被提供。例如，可形成用于传热的较少但较大的钻孔，但仍允许具有小直径的较小的定位焊盘段。
关于热辐射段的尺寸，被限定在热辐射段的外周和第一钻孔段在第一表面处的边缘之间的热辐射段的突出段的尺寸受限制，因为如果突出段超过一定的阈值尺寸，则增加在导热材料流入钻孔中的镀覆进程期间的空隙、裂纹和其它镀覆缺陷的风险。
根据进一步示例性实施例，元件载体进一步包括延伸至层堆叠部中的另外钻孔。另外钻孔与钻孔间隔开，其中另外钻孔在第一表面和第二表面之间延伸。导热材料基本上被填充在整个另外钻孔中。另外钻孔可形成有均匀的直径或可根据如上所述的具有不同直径段的钻孔形成。
根据进一步示例性实施例，导热材料沿第一表面在钻孔和另外钻孔之间延伸。因此，可沿第一表面产生用于钻孔和另外钻孔的共同的热辐射段。然而，钻孔的热辐射段可相对于另外钻孔的另外热辐射段被电隔离。
根据进一步示例性实施例，过渡段被形成在第一钻孔段和第二钻孔段之间。在过渡段中，第一直径并入第二直径。第一直径大于第二直径。在示例性实施例中，第一直径可例如为约50μm(微米)至约300μm特别是约70μm至约150μm之间。相应地，第二直径可例如为约20μm至约100μm特别是约40μm至约80μm之间。
过渡段可被限定为较大直径减小并且并入较小直径的段。沿钻孔轴线的过渡段长度可例如为总钻孔长度和因此元件载体的总厚度的1/2-1/15。具体地，沿钻孔轴线的过渡段长度可例如为总钻孔长度和因此元件载体的总厚度的1/4。
根据进一步示例性实施例，钻孔具有斜坡形。具有斜坡形的钻孔包括例如上第一钻孔段和下第二钻孔段，其中过渡段形成在第一钻孔段和第二钻孔段之间。
第一钻孔段包括比第二钻孔段大的直径。特别地，第一钻孔段包括稍微圆锥形，其中第一钻孔段的第一直径从第一钻孔段在第一表面处的开口段沿至过渡段的方向减小。在钻孔的剖视图中，形成第一钻孔段的壁可具有弯曲的形状。
第二钻孔段包括比第一钻孔段小的直径。特别地，第二钻孔段包括稍微圆锥形，其中第二钻孔段的第二直径从过渡段沿到第二钻孔在第二表面处的第二开口段的方向减小。在钻孔的剖视图中，形成第二钻孔段的壁可具有弯曲的形状。
过渡段包括沿钻孔轴线从第一钻孔段在到第二钻孔段的方向上迅速减小的直径。在钻孔的剖视图中，过渡段形成S-形路线。在示例性实施例中，过渡段的平均直径可例如为约15μm(微米)至约200μm特别是约30μm至约100μm之间。
特别地，第一钻孔段和第二钻孔段包括共同钻孔轴线。过渡段在具有法线的平面内延伸，其中过渡段被形成为使得法线与共同钻孔轴线之间的角度约为±35度且例如平行于共同钻孔轴线。
总之，钻孔的斜坡形状可实际上被认为是洋葱圆顶形。
钻孔的斜坡形状可优选地通过激光钻孔形成，因为斜坡形状通过采用激光强度和激光线宽度可形成。
根据进一步示例性实施例，第一钻孔段包括第一长径比(aspect ratio)，其为第一钻孔段的第一长度与第一钻孔段在第一表面处的直径之间的比值。第二钻孔段包括第二长径比，其为第二钻孔段的第二长度与第二钻孔段在第二表面处的直径之间的比值。第一长径比小于第二长径比。
长径比AR是由钻孔的厚度(长度)A相对于在元件载体的各个表面处的钻孔的开口直径R限定：
AR＝A/R
镀覆能力可通过长径比AR的降低来提高。因此长径比AR可通过减小钻孔的长度和/或增大开口直径R来降低。
因此，通过包括具有例如比第二钻孔段的直径大的直径的第一钻孔段的如上所述的钻孔，第一钻孔段的开口直径R也可被增加以便提供热辐射段的大表面，其中第二钻孔段的直径R被减小以便提供沿第二表面的小尺寸的焊盘段。
此外，第一钻孔段的第一长度可被形成为比第二钻孔段的第二长度大以便为第一钻孔段和第二钻孔段提供适当的长径比。例如，第一长度可为第二长度的两倍长度。
例如，在具有均匀直径的机械钻孔中，具有1mm的厚度A和0.1mm开口直径R的元件载体的堆叠层将具有10：1＝10的长径比AR＝A/R。
然而，用于第一钻孔段和第二钻孔段的长径比优选地小于约1，更具体地小于0.8。第一钻孔段和第二钻孔段的长径比可彼此不同或可相等(特别是通过调节两个钻孔段相对于彼此的长度和宽度)。如从上述示例可知，根据本发明的钻孔包括第一钻孔段的第一长径比和第二钻孔段的第二长径比。因此，两个长径比的总和可小于常规钻孔的总长径比。
总之，钻孔的总长径比被减小以使(铜)镀覆工艺变得容易。此外，形成第二钻孔段的较小焊盘段，元件载体的内应力被减小并且可靠性被提高。此外，通常可有利的是，保持元件载体内的阻抗恒定。然而，元件载体的导热部件或线和过孔之间的阻抗恒定较困难。通过较小直径(例如通过包括第二开口直径的较小第二钻孔段)，电容将被减小并且连接盘和焊盘尺寸也可分别减小。如上所述，也可形成“无连接盘”过孔。较小连接盘过孔或无连接盘过孔也分别影响电容和阻抗。通过过孔直径和连接盘(焊盘尺寸)的相互作用，阻抗可分别被调整和调节使得导线和过孔之间的阻抗差可被补偿。进一步的优点可以是降低损耗。因为可减小直径，所以电容也被减小，且因此充电电流被减小，其分别产生减小的充电电流。
特别地，通过利用激光钻孔方法形成具有像斜坡一样的形状的钻孔，可提供具有第一钻孔段的较大第一开口直径和第二钻孔段的较小连接直径(较小焊盘段)的激光形成过孔(钻孔)。利用较小的连接直径，可实现临界定位焊盘的精确对准性能。同时，较大开口直径允许较小的长径比AR，这将有利于镀覆过程。因此，较大的第一开口直径提供较大的热扩散面积(即热辐射段)，这意味着可降低仅用于传热的激光过孔的数量，因为需要的传热能力可通过也用于电连接和额外地用于提供较大传热能力的根据本发明形成的过孔(钻孔)来提供。
总之，通过尺寸不同的段，给出对铜填充过程的合适长径比限制，且密封/小的目标焊盘环状圈断开被防止。此外，为了更好的传热增大在填充的过孔(钻孔)中的铜(用作导热材料)的总体积。因此，少量热停留在过孔中，这引起层堆叠部的较低温度和较少膨胀。这导致元件载体的较小的应力和较好的可靠性。
根据进一步示例性实施例，至少一个电绝缘(层)结构包括由树脂特别是双马来酰亚胺三嗪树脂、氰酸酯、玻璃特别是玻璃纤维、预浸材料、聚酰亚胺、液晶聚合物、环氧基积聚膜(Build-Up film)、FR4材料、陶瓷和金属氧化物组成的组中的至少一种。虽然预浸材料或FR4通常是优选的，但是也可使用其它材料。
在实施例中，至少一个导电(层)结构包括由铜、铝和镍组成的组中的至少一种。虽然铜通常是优选的，但是也可能是其它材料。
在实施例中，元件载体的形状为板。这有助于电子装置的紧凑设计，然而其中元件载体为将电子元件安装在元件载体上提供较大基础。此外，特别地，作为嵌入式电子元件的优选示例的裸模具由于其厚度小可方便地被嵌入在诸如印刷电路板等薄板中。
在实施例中，元件载体被配置为由印刷电路板和基板组成的组中的一种。
在本申请的上下文中，术语“印刷电路板(PCB)”可特别地表示板状的元件载体，板状的元件载体通过层压数个导电层结构与数个电绝缘层结构例如通过施加压力必要时伴随热能的供应而形成。作为用于PCB技术的优选的材料，导电层结构由铜制成，而电绝缘层结构可包含树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸材料或FR4材料。各种导电层结构可以期望的方式通过形成通过层压板的通孔，例如通过激光钻孔或机械钻孔并且通过填充导电材料(特别是铜)从而形成作为通孔连接的过孔被连接至彼此。除了可被嵌入在印刷电路板中的一个或多个电子元件之外，印刷电路板通常被配置用于将一个或多个电子元件容纳在板状的印刷电路板的一个或两个相对的表面上。它们可通过钎焊被连接至各个主表面。
在本申请的上下文中，术语“基板”可特别表示具有与在其上安装的电子元件的尺寸大体上相同的尺寸的小的元件载体。
在实施例中，元件载体是层压板型元件载体。在这种实施例中，元件载体是通过施加压力必要时伴有热量而堆叠并连接在一起的多层结构的复合体。
根据进一步示例性实施例，电子装置包括带有电端子的电子元件和电子元件封装在其中的上述元件载体。
在实施例中，电子元件选自由以下组成的组：有源电子元件、无源电子元件、电子芯片、存储装置、滤波器、集成电路、信号处理元件、功率管理元件、光电接口元件、电压转换器、密码元件、发射器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电***、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、摄像机、天线以及逻辑芯片。例如，磁性元件可用作电子元件。这种磁性元件可以是永磁性元件(例如铁磁性元件、反铁磁性元件或亚铁磁性元件，例如铁氧体磁芯)或者可以是顺磁性元件。然而，其它电子元件，特别是产生和发射电磁辐射和/或对从环境传播至电子元件的电磁辐射敏感的那些电子元件可嵌入在电子装置中。
根据本发明的另一方面，描述了包括上述元件载体和另外上述元件载体的元件载体***。元件载体被设置在另外元件载体上使得元件载体的第二钻孔段邻接在另外元件载体的另外第一钻孔段上。
根据***的进一步示例性实施例，元件载体的钻孔的第二钻孔段和另外元件载体的另外钻孔的第二钻孔段彼此面对而元件载体的钻孔的第一钻孔段和另外元件载体的另外钻孔的第一钻孔段彼此相对。
根据***的进一步示例性实施例，元件载体的钻孔的第二钻孔段和另外元件载体的另外钻孔的第二钻孔段相对于彼此被横向地移动。
根据进一步示例性实施例，***进一步包括高密度层结构，其设置在高密度层结构的相对主表面上的元件载体的钻孔的第二钻孔段和另外元件载体的另外钻孔的第二钻孔段之间并且与它们电联接和/或热联接。
根据***的进一步示例性实施例，高密度层结构为单层结构或多层结构。
根据***的进一步示例性实施例，电子元件被封装在元件载体***的高密度层结构中。通过将钻孔和另外钻孔的各个第二钻孔段设置在高密度层结构处，高密度封装和同时远离高密度层结构的良好的传热被提供。
根据本发明的另一方面，描述了元件载体的制造方法。根据该方法，形成电绝缘结构和导电结构的层堆叠部。延伸至层堆叠部的钻孔被钻孔，其中钻孔具有呈第一直径的第一钻孔段和呈不同于第一直径的第二直径的连接的第二钻孔段。整个钻孔基本上填充有导热材料。特别地，钻孔通过激光钻孔装置来钻孔。
本发明的上述方面和另外的方面从以下待描述的实施例的示例显而易见并参照实施例的这些示例进行解释。
以下将参照实施例的示例更详细地描述本发明，但是本发明并不限于此。
附图说明
图1示出根据本发明的示例性实施例的包括具有斜坡形的钻孔的元件载体的示意图。
图2示出被设置在另外元件载体上的根据本发明的具有钻孔的元件载体的示意图。
图3示出用于描述长径比的限定的钻孔的示意图。
图4示出根据本发明的示例性实施例的元件载体***的示意图。
图5示出根据本发明的示例性实施例的另外元件载体***的示意图。
参考标记：
100 元件载体 300 孔
101 层堆叠部 301 突出段
102 导热材料 302 连接段
103 第一表面 303 热辐射段
104 第二表面
105 焊盘段
106 热辐射段 400 元件载体***
107 热辐射
108 钻孔轴线 501 高密度层结构
110 钻孔 D1 第一直径
111 第一钻孔段 D2 第二直径
112 第二钻孔段 L1 第一长度
113 过渡段 L2 第二长度
R 钻孔的开口直径
120 另外钻孔 A 元件载体的厚度
121 另外焊盘段
122 另外热辐射段
200 另外元件载体
201 另外层堆叠部
203 另外第一表面
204 另外第二表面
205 另外焊盘段
206 另外热辐射段
207 接触层
210 另外元件载体的另外钻孔
具体实施方式
附图中的说明是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件设有相同的参考标记。
图1说明元件载体100，电气元件可被嵌入元件载体100中或安装在元件载体100上。元件载体100包括由电绝缘结构和导电结构形成的层堆叠部101和延伸至层堆叠部101中并且具有第一钻孔段111和连接的第二钻孔段112的钻孔110，第一钻孔段111具有第一直径D1，第二钻孔段112具有不同于第一直径D1的第二直径D2。元件载体100进一步包括基本上填充整个钻孔110的导热材料102。钻孔110特别地通过激光钻孔形成。在图1中示出的示例性实施例中，第一钻孔直径D1大于第二钻孔直径D2。
钻孔110填充有导热材料102。除了适当的导热性能之外，导热材料102也可以是导电的。在示例性实施例中，导热材料102为铜或铜化合物。
填充有导热材料102的钻孔110可形成作为元件载体100的层堆叠部101内的两层或多层之间的连接的过孔。通过提供具有不同直径D1+D2的钻孔110，实现由导热材料102制成的并且在钻孔110的出口段处形成的焊盘段105的较小直径的焊盘尺寸和额外地通过钻孔的较大第二钻孔段112内的导热材料102的较好传热。
例如，通过激光钻孔方法将第一钻孔段111和第二钻孔段112钻孔，第一钻孔段111和第二钻孔段112可具有稍微圆锥形。因此，第一直径D1可由第一平均直径D1来限定，第一平均直径D1为第一钻孔段111的直径例如在第一钻孔段111的开口段的直径和在第一钻孔段111向过渡段113和/或向第二钻孔段112的过渡处获取的第一钻孔段111的直径的算术平均值。相应地，第二直径D2可由第二平均直径D2来限定，第二平均直径D2为第二钻孔段112的直径例如在第二钻孔段112的开口段的直径和在第二钻孔段112向过渡段113和/或向第一钻孔段111的过渡处获取的第二钻孔段112的直径的算术平均值。
层堆叠部101包括第一表面103和与第一表面103相对的第二表面104，其中，钻孔110在第一表面103和第二表面104之间延伸。第一钻孔段111从第一表面103延伸至层堆叠部101中，第二钻孔段112从第二表面104延伸至层堆叠部101中。
导热材料102在第二表面104上形成焊盘段105。焊盘段105可连接至例如印刷电路板轨道。此外，焊盘段105是填充钻孔110使得形成通过层堆叠部101的过孔(垂直连接)的导热材料102的部分。过孔将其它嵌入的元件和层堆叠部101内的导电层结构连接至焊盘段105。通常，焊盘段105具有比印刷电路板轨道的直径更大的直径。然而，有可能在单个操作步骤中形成印刷电路板轨道并且使钻孔110填充有导热材料102。因此，焊盘段105的尺寸可减小并且具有与印刷电路板轨道相同的尺寸(宽度)。
导热材料102沿第一表面103延伸用于形成热辐射段106。沿第一表面103的热辐射段106越大，可被传输远离元件载体100的热107越多。热辐射段106在第一表面103上形成第一覆盖区域，焊盘段105在第二表面104上形成第二覆盖区域。第一覆盖区域大于第一覆盖区域。
关于热辐射段106的尺寸，被限定在热辐射段105的外周和在第一表面103处的第一钻孔段111的边缘之间的热辐射段105的突出段301在尺寸上受限制，因为如果突出段301超过一定的阈值尺寸，则增加在导热材料102流入钻孔110中的镀覆进程期间的空隙、裂纹和其它镀覆缺陷的风险。
用于计算长径比的直径可以为各个钻孔段111、112的各个开口段的直径或各个钻孔段111、112的上述平均直径。
如从图1可知，第一钻孔段111包括比第二钻孔段112的第二直径D2大的直径D1。特别地，第一钻孔段111包括稍微圆锥形，其中第一钻孔段111的第一直径D1从第一钻孔段111在第一表面103处的开口段沿至过渡段113的方向减小。圆锥形第一钻孔段111的周向区域可具有略微弯曲的形状。
第二钻孔段112包括比第一钻孔段111的直径小的直径D2。特别地，第二钻孔段112包括稍微圆锥形，其中第二钻孔段112的第二直径D2从过渡段113沿到第二钻孔112在第二表面104处的第二开口段的方向减小。圆锥形第二钻孔段112的周向区域可具有略微弯曲的形状。
过渡段113包括沿钻孔轴线108从第一钻孔段111在到第二钻孔段112的方向上迅速减小的直径。在如图1中示出的剖视图中，过渡段形成S-形路线。
特别地，第一钻孔段111和第二钻孔段112包括共同钻孔轴线108。过渡段113在具有法线的平面内延伸，其中过渡段被形成使得法线与共同钻孔轴线108之间的角度约为±35度和例如平行于共同钻孔轴线108。总之，钻孔110的斜坡形可实际上被认为是洋葱圆顶形。
第一钻孔段111包括第一长径比，其为第一钻孔段111的第一长度L1与第一钻孔段110在第一表面103处的直径D1(开口直径)之间的比值。第二钻孔段112包括第二长径比，其为第二钻孔段112的第二长度L2与第二钻孔段112在第二表面104处的直径D2(开口直径)之间的比值。第一长径比可小于第二长径比。
在图1中示出的钻孔110被设计为使得第一钻孔段111具有例如比第二钻孔段112的直径大的直径D1。第一钻孔段111的开口直径R(D1)被增大以便提供热辐射段106的较大表面面积301，其中第二钻孔段112的直径R(D2)被减小以便提供沿第二表面104的小尺寸的焊盘段105。
此外，第一钻孔段111的第一长度L1被形成为比第二钻孔段112的第二长度L2大以便为第一钻孔段111和第二钻孔段112两者提供合适的长径比AR。例如，第一长度L1可具有第二长度L2的两倍长度。
第一长度L1被限定为从第一表面103沿钻孔轴线108至过渡段113的长度。第二长度L2被限定为从第二表面104沿钻孔轴线108至过渡段113的长度。过渡段长度的一半被分配给第一长度L1，过渡段长度的另一半被分配给第二长度L2。
特别地，通过利用激光钻孔方法形成如图1中示出的具有像斜坡一样的形状的钻孔110，可提供具有第一钻孔段111的较大第一开口直径D1和第二钻孔段112的较小连接直径D2(较小焊盘段)的激光形成过孔(钻孔110)。利用较小的连接直径D2，可实现临界定位焊盘105的精确对准性能。同时，第一钻孔110的较大开口直径D1允许较小的长径比AR，这将有利于镀覆过程。因此，较大的第一开口直径D1提供较大的热扩散面积(即热辐射段106)。
图2示出被设置在另外元件载体200上的根据本发明的具有钻孔110的元件载体100的示意图。可选地，图2中的参考标号100和110可表示一块和相同板的两层。
元件载体100包括如图1中示出的钻孔110。特别地，元件载体100包括由电绝缘结构和导电结构构成的层堆叠部101和延伸至层堆叠部101中并且具有第一钻孔段111和连接的第二钻孔段112的钻孔110，第一钻孔段111具有第一直径D1，第二钻孔段112具有不同于第一直径D1的第二直径D2。元件载体进一步包括基本上填充整个钻孔110的导热材料102。钻孔110特别地通过激光钻孔形成。在图1中示出的示例性实施例中，第一钻孔直径D1大于第二钻孔直径D2。
此外，如在图2中示出，第一钻孔段包括较大的热辐射段106使得热107远离元件载体100被传递。
此外，元件载体100包括与钻孔110相邻设置的另外钻孔120。另外钻孔120以常规均匀并且稍微圆锥形设计示出。如从图2可知，另外钻孔120的另外焊盘段121和另外钻孔120的另外热辐射段122包括几乎相似的尺寸区域，因为由于另外钻孔120的较大开口直径，较小的另外焊盘段121是不可能的。此外，较大的另外热辐射段122由于镀覆工艺要求也不容易制造。
此外，如从图2可知，元件载体100被设置在另外元件载体200上。另外元件载体200包括填充有导热并且导电材料的另外钻孔210。另外钻孔210可通过激光钻孔或机械钻孔方法钻孔。另外钻孔210包括另外热辐射段206，元件载体100的各个钻孔110、120的焊盘段105、121分别设置在另外热辐射段206上并且与另外热辐射段206电热接触。因此，另外热辐射段206沿另外层堆叠部201的另外第一表面203形成。另外热辐射段206可包括连接两个相邻另外钻孔210的导热材料。另外钻孔210可包括沿另外层堆叠部201的另外第二表面形成的各个另外焊盘段205。另外焊盘段205与被设置在另外层堆叠部201上的接触层207相接触。
如从图2可知，另外元件载体200的另外钻孔210包括均匀或圆锥形使得另外热辐射段206和另外焊盘段205具有几乎相同的尺寸。特别地，另外元件载体200的另外热辐射段206包括几乎与元件载体100的另外钻孔120的另外焊盘段121的尺寸相同的尺寸。因此，作为误对准208的高风险，这是另外焊盘段121和另外元件载体200的另外钻孔210的各个另外热辐射段206的焊盘段移动。特别地，误匹配对准208描述元件载体100的另外钻孔120相对于另外元件载体200的另外钻孔210的移动，使得另外钻孔120内的导热材料形成相对于另外元件载体200的另外钻孔210内的导热材料的突出部。误对准108的上述突出部被突出显示在图2中画的圆内。因此，通过减小根据本发明的钻孔100的焊盘段105，误对准108的风险被降低。
图3示出用于描述长径比AR的限定的钻孔的示意图。长径比AR由钻孔300的厚度(长度)A相对于在元件载体的各个表面处的钻孔300的开口直径R限定：
AR＝A/R
镀覆能力可通过长径比AR的降低来提高。因此长径比AR可通过减小钻孔300的长度和/或增大开口直径R来降低。
例如，元件载体的堆叠层具有50μm(微米)的厚度A(其为钻孔长度)和60μm(微米)的钻孔300的开口直径R，从而得出50:60＝0.8的长径比AR＝A/R＝。厚度的上述值涉及作为元件载体的印刷电路板。技术人员将认识到较小的厚度值适合于作为元件载体的基板。
关于热辐射段303的尺寸，被限定在热辐射段303的外周和钻孔段在第一表面处的边缘之间的热辐射段303的突出段301在尺寸方面受限制，因为如果突出段301超过一定的阈值尺寸，则增加在导热材料流入钻孔中的镀覆进程期间的空隙、裂纹和其它镀覆缺陷的风险。
相应地，被限定在连接段302的外周和钻孔段在第一表面处的边缘之间的连接段302(焊盘段)的突出部301在尺寸方面受限制。
图4示出根据本发明的示例性实施例的元件载体***400的示意图。元件载体***400包括上述的元件载体100和上述的另外元件载体200。可选地，图4中的参考标号100和200可表示一块和相同板的两层。元件载体100被设置在另外元件载体200上使得元件载体100的第二钻孔段112邻接在另外元件载体200的另外第一钻孔段上。特别地，焊盘段105邻接在另外钻孔210的另外热辐射段206上。具体地，元件载体100的钻孔110和另外元件载体200的另外钻孔210被形成为与在图1中示出的钻孔110相似。
因此，钻孔110、210具有与它们各个焊盘段105、205相比更大的热辐射段106、206。因此，获得合适的镀覆特性并且误对准的风险被降低。
图5示出根据本发明的示例性实施例的另外元件载体***400的示意图。元件载体***400包括上述的元件载体100和上述的另外元件载体200。可选地，图5中的参考标号100和200可表示一块和相同板的两层。
高密度层501被设置在元件载体100和另外元件载体200之间。钻孔110的第二钻孔段112邻接在高密度层501的第一表面上，另外钻孔210的第二钻孔段112邻接在高密度层501的第二表面上，其中第一表面是关于高密度层501的第二表面的相对侧。换言之，高密度层501被设置在钻孔110的第二钻孔段112和另外钻孔210的第二钻孔段之间。特别地，钻孔110的第一钻孔段105邻接在高密度层501的第一表面上，另外板2010的另外焊盘段205邻接在高密度层501的第二表面上。元件载体100的钻孔110的第二钻孔段112和另外元件载体200的另外钻孔210的第二钻孔段112彼此面对而元件载体100的钻孔110的第一钻孔段111和另外元件载体200的另外钻孔210的第一钻孔段111彼此相对。
此外，如从图5可知，元件载体100的钻孔110的第二钻孔段112和另外元件载体200的另外钻孔210的第二钻孔段112相对于彼此被横向地移动。通过将钻孔110和另外钻孔210的各个第二钻孔段112设置在高密度层结构501，高密度封装和同时远离该密度层结构501的良好的传热被提供。
应当注意的是，术语“包括”不排除其他元件或步骤，“一”或“一个”并不排除多个。结合不同实施例描述的元件也可以组合。还应当注意的是，权利要求中的参考标记不应被解释为限制权利要求的范围。本发明的实施不限于图中所示和上面描述的优选的实施例。相反，使用示出的解决方案和根据本发明的原理的多种变型即使在根本不同的实施例的情况下也是有可能的。

Claims (26)

1.一种元件载体***(400)，其包括：
元件载体(100)，包括：
层堆叠部(101)，其由电绝缘结构和导电结构构成；
钻孔(110)，其延伸至所述层堆叠部(101)中并且具有第一钻孔段(111)和连接的第二钻孔段(112)，其中所述第一钻孔段(111)具有第一直径(D1)，所述第二钻孔段(112)具有不同于所述第一直径(D1)的第二直径(D2)；以及
导热材料(102)，其基本上填充整个所述钻孔(110)；
另外元件载体(200)，包括：
另外层堆叠部(101)，其由另外电绝缘结构和另外导电结构构成；
另外钻孔(110)，其延伸至所述另外层堆叠部(101)中并且具有另外第一钻孔段(111)和连接的另外第二钻孔段(112)，其中所述另外第一钻孔段(111)具有另外第一直径(D1)，所述另外第二钻孔段(112)具有不同于所述另外第一直径(D1)的另外第二直径(D2)；以及
另外导热材料(102)，其基本上填充整个所述钻孔(110)；
其中所述元件载体(100)的钻孔(110)的第二钻孔段(112)和所述另外元件载体(200)的另外钻孔(210)的第二钻孔段(112)彼此面向而所述元件载体(100)的第一钻孔段(111)和所述另外元件载体(200)的第一钻孔段(111)彼此相对；
高密度层结构(501)，其设置在所述高密度层结构(501)的相对主表面上的所述元件载体(100)的钻孔(110)的第二钻孔段(112)和所述另外元件载体(200)的另外钻孔(210)的另外第二钻孔段(112)之间并且与所述高密度层结构(501)的相对主表面上的所述元件载体(100)的钻孔(110)的第二钻孔段(112)和所述另外元件载体(200)的另外钻孔(210)的另外第二钻孔段(112)电联接和/或热联接。
2.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中所述层堆叠部(101)包括第一表面(103)和与所述第一表面(103)相对的第二表面(104)，
其中所述钻孔(110)在所述第一表面(103)和所述第二表面(104)之间延伸。
3.根据权利要求2所述的元件载体***(400)，
其中所述第一钻孔段(111)从所述第一表面(103)延伸至所述层堆叠部(101)中，所述第二钻孔段(112)从所述第二表面(104)延伸至所述层堆叠部(101)中。
4.根据权利要求2或3所述的元件载体***(400)，
其中所述导热材料(102)在所述第二表面(104)上形成焊盘段(105)。
5.根据权利要求4所述的元件载体***(400)，
其中所述导热材料(102)沿着所述第一表面(103)延伸用于形成热辐射段(106)。
6.根据权利要求5所述的元件载体***(400)，
其中所述热辐射段(106)在所述第一表面(103)上形成第一覆盖区域，所述焊盘段(105)在所述第二表面(104)上形成第二覆盖区域，
其中所述第一覆盖区域比所述第二覆盖区域大。
7.根据权利要求2所述的元件载体***(400)，其进一步包括：
另外钻孔(120)，其延伸至所述层堆叠部(101)中，
其中所述另外钻孔(120)与所述钻孔(110)间隔开，
其中所述另外钻孔(120)在所述第一表面(103)和所述第二表面(104)之间延伸，
其中所述导热材料(102)基本上填充整个所述另外钻孔(120)。
8.根据权利要求5所述的元件载体***(400)，
其中所述导热材料(102)沿所述第一表面(103)在所述钻孔(110)和所述另外钻孔(120)之间延伸。
9.根据权利要求2所述的元件载体***(400)，
其中所述第一钻孔段(111)包括第一长径比，其是所述第一钻孔段(111)的第一长度(L1)和所述第一钻孔段(111)在所述第一表面(103)处的直径(D1)之间的比值，
其中所述第二钻孔段(112)包括第二长径比，其是所述第二钻孔段(112)的第二长度(L2)和所述第二钻孔段(112)在所述第二表面(104)处的直径(D2)之间的比值，并且其中所述第一长径比小于所述第二长径比。
10.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中所述第一钻孔段(111)的第一直径(D1)大于所述第二钻孔段(112)的第二直径(D2)。
11.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中在所述第一钻孔段(111)和所述第二钻孔段(112)之间形成过渡段(113)，
其中在所述过渡段(113)中，所述第一直径(D1)并入所述第二直径(D2)。
12.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中所述钻孔(110)具有斜坡形。
13.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中所述钻孔(110)通过激光钻孔形成。
14.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中至少一种电绝缘结构包括树脂、玻璃、预浸材料、液晶聚合物、FR4材料、陶瓷和金属氧化物中的至少一种。
15.根据权利要求14所述的元件载体***(400)，
其中所述树脂是双马来酰亚胺三嗪树脂、氰酸酯、聚酰亚胺或环氧基积聚膜，所述玻璃是玻璃纤维。
16.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中至少一种导电结构包括由铜、铝和镍组成的组中的至少一种。
17.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中所述元件载体(100)被成型为板。
18.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中所述元件载体(100)被配置为印刷电路板。
19.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，
其中所述元件载体(100)为层压板型元件载体(100)。
20.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，其中所述元件载体(100)的钻孔(110)的第二钻孔段(112)和所述另外元件载体(200)的另外钻孔(210)的第二钻孔段(112)相对于彼此被横向地移动。
21.根据权利要求1所述的元件载体***(400)，其中所述高密度层结构(501)为单层结构或多层结构。
22.一种电子装置，所述电子装置包括：
具有电端子的电子元件；
根据权利要求1-21中的任一项所述的元件载体***(400)，所述电子元件被封装在所述元件载体***(400)中。
23.根据权利要求22所述的电子装置，其中所述电子元件被封装在所述元件载体***(400)的高密度层结构(501)中。
24.根据权利要求22或23所述的电子装置，
其中所述电子元件选自由有源电子元件和无源电子元件组成的组。
25.根据权利要求22或23所述的电子装置，
其中所述电子元件选自由电子芯片、存储装置、滤波器、集成电路、信号处理元件、功率管理元件、光电接口元件、电压转换器、密码元件、发射器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电***、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、摄像机、天线和磁元件组成的组。
26.根据权利要求25所述的电子装置，其中所述电子芯片包括逻辑芯片。
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