CN108024443A - 嵌入有铜托盘的能量器件 - Google Patents

Abstract

使用类似于多层PCB的工艺将金属托盘集成在电路板内，从而在制造支撑层的同时将金属托盘集成到电路板中。B阶段材料的使用提供了将金属托盘嵌入电路板内的结合机构，从而形成紧密结合的集成部件。在制造过程中嵌入托盘，预先层压，产生了更牢固的结构和连接，而不受装配的后制造过程的影响。装配完成后，具有嵌入式金属托盘的电路板可以直接安装在散热器、冷却带或其他需要帮助散热的部件上。与传统技术中使用的后制造组件相比，平坦的背侧表面提供了金属托盘的更坚固的安装。

Description

嵌入有铜托盘的能量器件

相关申请的交叉引用

本专利申请要求2016年11月4日提交的题为“RF ENERGY DEVICE EMBEDDEDCOPPER PALLET”的共同未决的美国临时专利申请No.62/417,636的优先权，通过参考将其整体并入于此。

技术领域

本发明总体上涉及嵌入的导热托盘。更具体而言，本发明涉及嵌入在电路板内并连接至发热电子器件的导热托盘。

背景技术

常规的功率放大器板传统上被构建为称作砖状物或托盘板的、背设有重或厚金属的印刷电路板(PCB)。该金属由各种合金组成，最普遍使用的是铜和铝。该金属被形成为金属块，附接至PCB的背侧。典型地，PCB利用螺钉、焊料或粘附结合而被机械地安装至金属块，但也可以使用备选的方法，诸如软焊接。这是劳动密集型工艺。

金属块的宽度和长度与PCB的宽度和长度匹配。金属被用于散热和提高电气接地。PCB典型地包括一个或多个发热部件，诸如驱动器部件、放大器晶体管、功率电路、循环器等。特定电子部件产生大量热。由这样的部件产生的热被拉离部件并在整个金属块上散掉。金属块又被附接至次级热沉，以进一步散热。铜由于其高导热性而成为针对金属块最普遍使用的材料。可以使用铝来减少重量以及允许更好的操控，然而，导热性不如铜好。

对于从发热部件至金属块的有效热传递而言关键的是PCB与金属块之间的适当接触。然而，PCB背侧平面至金属块的接触会受到危害。例如，热可能造成PCB或金属板的翘曲，接触表面可能随时间而氧化，PCB仅通过安装螺钉而机械地结合至金属块，不存在局部化连接来帮助隔离表面热，并且仅PCB的发热器件物理地接触金属块。

附加地，上述组件要求在部件已经安装到PCB上之后将PCB人工放置到金属块上，并且大多数要求特殊的工具加工。此外，上述组件包括可能损害最终产品的附加的组装工艺和处理。这种额外的组装工艺和处理的示例包括通过预装配工艺而遭到破坏的安装，可以影响铜背衬(backing)的效率的氧化或表面污染，可以影响与缓和热性能的器件接触的针对铜背衬的容限控制，增加最终组件的成本的背衬的研磨，以及通过安装螺钉制作的隔离接触。

这种类型的金属块通常尺寸过大，并且不适用于大规模生产。其它技术被用于在PCB衬底内更具选择性地定位较小尺寸的金属块，这样的金属块通常被称为金属币或托盘。嵌入这种金属币是后层压(post-lamination)工艺。首先形成PCB，然后在层压的PCB的背侧中形成币腔体。在币腔体内施加导热粘附片、结合膜或焊料，并且将金属币定位于币腔体内。焊接工艺要求具有严格控制的工艺，引发在工具加工方面的额外成本，并且要求特殊的工具加工。焊料的使用可能导致与滞留的焊剂或焊料排空(voiding)有关的长期可靠性问题。焊接工艺不得不在提高的温度下执行，并且在这些较高温度下会发生PCB或金属币的变形。粘附剂不存在焊料这样的问题，但粘附剂昂贵，会对组装中可见的附加的提高的热循环起不良作用，并且如果结合受到危害，会导致长期可靠性问题。

该组件典型地被安装到用于从嵌入的币传递热的热沉。对于有效热传递而言关键的是PCB的背侧上的平坦表面。币腔体的深度和粘附剂或焊料的厚度必须被精细规定，使得金属币的底表面与PCB的背侧表面共面。这难以一致地实现。通常的结果是币底表面与PCB的背侧表面的不平整布置。

图1至图4图示了根据常规工艺的用于在PCB中嵌入币的示例性制造工艺及所得结构。首先形成层压后的堆叠。图1图示了示例性层压后的堆叠的切开侧的视图。层压后的堆叠包括一个或多个顶层4、一个或多个底层8以及介于中间的传导层6。层压后的堆叠还包括外部传导层2和外部传导层10。顶层4和底层8均可以表示诸如电介质之类的单个非传导层，或者由一个或多个传导层和一个或多个非传导层制成的多层堆叠。传导层均为由诸如铜之类的金属制成的传导层，金属被图案化为导电迹线或互连。外部传导层通常诸如利用铜镀层被镀覆，并且利用诸如金的惰性金属表面镀覆，以防止氧化。外部传导层和表面镀层在层压步骤之后被刻蚀。可以形成过孔以将传导层中的一个或多个层互连。层的数目可以根据应用而变化。

一旦形成层压后的堆叠，就制作切口，以容纳发热器件和金属币。图2图示了具有切口的来自图1的层压后的堆叠的切开侧视图。器件切口16穿过层2、4、6和12而形成在层压后的堆叠的前侧中。器件切口16的尺寸被定制成容纳发热部件。币切口18穿过8、10、14而形成在层压后的堆叠的背侧中。币切口18的尺寸被定制成容纳金属币。

通过粘附剂将金属币固定在币腔体18中。图3图示了在币切口18内添加有粘附剂20的、图2的层压后的堆叠的切开侧视图。粘附剂20被定位于传导层6的暴露表面上。金属币22则被***在币切口18中，如图4所示。金属币22的顶表面26接触粘附剂20。粘附剂20可以是导热粘附剂，但也可以是非传导型，并且除了将金属币22固定在币切口18内的位置之外，粘附剂20还用作金属币22与传导层6之间的热界面材料。

图4所示的组件典型地被附接至外部热沉。为了最大化从组件到热沉的热传递，期望组件的平坦底表面。然而，由于形成币切口18和施加粘附剂20的厚度的不确切性质，金属币22的底表面24通常与层压后的堆叠的底表面28不共面，如图4所示。通常，金属币在腔体内不是完全适配。这导致在金属币22与底层8之间的两个横向间隙。这也导致金属币从PCB背侧表面向外延伸或在币切口内凹陷。不论在何种情况中，热界面材料(TIM)都被施加以补偿背侧表面不规则性，该不规则性导致具有比其它区域具有更大TIM厚度的区域。不幸的是，TIM不像诸如铜的外底部传导层和金属币的材料那样导热，并且由于非平面的背侧表面而具有较大TIM厚度的区域导致降低的热传递效率。

发明内容

使用类似于多层PCB的工艺将金属托盘集成在电路板内，从而在制造支撑层的同时将金属托盘集成到电路板中。B阶段材料的使用提供了将金属托盘嵌入电路板内的结合机构，从而形成紧密结合的集成部件。在制造过程中嵌入托盘，预先层压，产生了更鲁棒的结构和连接，而不受装配的后制造过程的影响。装配完成后，具有嵌入式金属托盘的电路板可以直接安装在散热器、冷却带或其他需要帮助散热的部件上。与传统技术中使用的后制造组件相比，平坦的背侧表面提供了金属托盘的更鲁棒的安装。

一方面，公开了一种电路板。电路板包括电路板层的层压后的堆叠、形成在层压后的堆叠中的托盘切口、位于托盘切口内的金属托盘以及形成在层压后的堆叠中的器件切口。电路板层的层压后的堆叠具有第一外表面和与第一外表面相对的第二外表面。所述电路板层的层压后的堆叠包括多个传导层和多个非传导层，多个非传导层中的一层是位于所述层压后的堆叠内部中的结合层，所述结合层具有第一表面和与第一表面相对的第二表面。托盘切口形成在从第二外表面到结合层的第二表面的叠层堆叠中，托盘切口由侧壁表面和结合层的第二表面定义。金属托盘具有第一表面和与第一表面相对的第二表面，其中金属托盘的第一表面与结合层的第二表面接触并结合到结合层的第二表面。器件切口形成在从第一外表面穿过结合层到金属托盘的第一表面的层压叠层中。在一些实施例中，结合层包含B阶段预浸料。在一些实施例中，托盘切口形成在层压后的堆叠的第一部分中，而且其中金属托盘还包括侧表面，并且托盘切口的侧壁表面由层压后的堆叠的第一部分定义，并且金属托盘的侧表面通过来自B阶段预浸料的树脂流动而结合到托盘切口的侧壁表面。在一些实施例中，托盘切口形成在层压后的堆叠的第一部分中，并且层压后的堆叠的第一部分包括一个或多个预浸料层，另外其中金属托盘还包括侧表面，并且金属托盘的侧壁表面由层压后的堆叠的第一部分定义，并且金属托盘的侧表面通过来自一个或多个预浸料层的树脂流动而结合到托盘切口的侧壁表面。在一些实施例中，层压叠层的第二外表面和金属托盘的第二表面共面以形成电路板的平坦的背侧表面。在一些实施例中，电路板进一步包括耦合到电路板的背侧表面的镀层，从而在与金属托盘互连的电路板的背侧上形成连续的平坦表面。在一些实施例中，器件切口的尺寸被确定为容纳发热器件。在一些实施例中，电路板还包括镀层，该镀层选择性地耦合到层压后的堆叠的第一外表面，其中镀层进一步耦合到器件切口的侧壁表面和金属托盘的第一表面。在一些实施例中，镀层形成在金属托盘和层压后的堆叠中的与器件切口的侧壁表面相交的任何传导层之间的互连。在一些实施例中，器件切口的侧壁表面上的镀的一部分被选择性地去除，使得器件切口的侧壁表面上的镀的剩余部分形成在金属托盘和层压后的堆叠中的与器件切口的侧壁表面相交的、与镀的剩余部分一致的任何传导层之间的互连。

另一方面，公开了一种制造具有嵌入式金属托盘的电路板的方法。该方法包括堆叠电路板的层，其中所述层包括多个传导层和多个非传导层。多个非传导层中的一层是位于堆叠层内部中的结合层。堆叠层的第一部分具有托盘切口部分，第一部分中的每层的托盘切口部分被对齐以形成用于容纳金属托盘的托盘切口。结合层形成托盘切口的底表面。该方法还包括将金属托盘***托盘切口中，使得金属托盘的第一表面接触结合层。该方法还包括层压后的堆叠层与***的金属托盘，以形成层压后的堆叠并将金属托盘结合到结合层。在一些实施例中，结合层包含B阶段预浸料。在一些实施例中，层压堆叠后的所述层包括向堆叠层施加热量和压力，使得树脂围绕金属托盘的侧面流动，以将金属托盘的侧面结合到堆叠层的第一部分。在一些实施例中，层压堆叠后的所述层包括压缩堆叠的层与***的金属托盘，以形成电路板的平坦的背侧表面，其中金属托盘的底表面与堆叠的层的背侧表面共面。在一些实施例中，该方法还包括移除堆叠在金属托盘之上的层压的堆叠层的第二部分，以形成从电路板的前侧延伸到金属托盘的器件切口，其中金属托盘的第一表面形成器件切口的底表面。在一些实施例中，器件切口的尺寸被确定为容纳发热器件。在一些实施例中，该方法还包括镀覆电路板的前侧，镀覆器件切口的侧壁表面和在器件腔体内露出的金属托盘的第一表面。在一些实施例中，镀覆器件切口的侧壁表面形成在金属托盘和与器件切口的侧壁表面相交的任何传导层之间的互连。在一些实施例中，该方法还包括选择性地去除镀覆在器件切口的侧壁表面上的侧壁的一部分，以选择性地从所述金属托盘断开与所述器件切口的所述侧壁表面相交的一个或多个传导层。在一些实施例中，该方法还包括镀覆电路板的背侧，以形成在与所述金属托盘互连的所述电路板的背侧上的连续的平坦表面。

附图说明

参照附图模式若干示例性实施例，其中类似的部件被设置有类似的参考标号。示例性实施例旨在图示而不是限制本发明。附图包括以下图：

图1至图4图示了根据常规工艺的用于在PCB中嵌入币的示例性制造工艺及所得结构。

图5图示了根据一些实施例的具有嵌入的金属托盘的电路板的切开侧视图。

图6至图15图示了根据一些实施例的制造具有嵌入的金属托盘的电路板的方法。

图16图示了具有嵌入的金属托盘的电路板的切开侧视图，类似于图5，但其中去除了器件切口侧壁镀层的选择部分。

图17图示了分解为多个部分的具有嵌入式金属托盘的电路板的俯视图。

图18图示了根据一个备选配置的被分解为多个部分的具有嵌入式金属托盘的电路板的俯视图。

图19图示了适配在底层/外部传导层的托盘切口中的金属托盘。

图20图示了具有通往下方的金属托盘的过孔的、图18和图19的具有嵌入的金属托盘的电路板的自顶向下的透视图。

具体实施方式

本申请的实施例涉及具有嵌入的金属托盘的电路板。本领域普通技术人员将认识到，具有嵌入的金属托盘的电路板的以下详细描述仅用于说明，而不旨在进行任何方式的限制。受益于本公开内容的本领域技术人员将容易地理解到具有嵌入的金属托盘的电路板的其它实施例。

现在将具体地参照附图所示的具有嵌入的金属托盘的电路板的实现方式。贯穿附图和以下的详细描述将使用相同的参考标记指示符来指代相同或类似的部分。为了清楚起见，未示出和描述这里所述的实现方式的所有常规特征。当然将认识到的是，在任何这种实际实现方式的开发中，必须作出大量实现方式特定的决策，以便实现开发者的特殊目标，诸如符合应用和商业有关的约束，并且这些特殊目标将随着实现方式的变化以及随着开发者的变化而变化。此外，将认识到的是，这种开发努力可能是复杂且耗时的，但无论怎样，对于受益于本公开内容的本领域普通技术人员而言都将是工程的日常工作。

图5图示了根据一些实施例的具有嵌入的金属托盘的电路板的切开侧视图。电路板是层压后的堆叠，该层压后的堆叠包括一个或多个顶层34、一个或多个底层38以及介于中间的非传导层46。层压后的堆叠还包括外部传导层32和外部传导层34。顶层34和底层38均可以表示诸如电介质之类的单个非传导层，或者由一个或多个传导层和一个或多个非传导层制成的多层堆叠。非传导层可以由作为芯结构的一部分的或者就是芯的预浸料或基体材料制成。预浸料是纤维增强材料，被浸润或涂覆有树脂粘合剂并且被加固和固化到中间阶段的半固态产品。预浸料被用作粘附剂层以结合多层PCB构造中的分立层，其中多层PCB由结合在一起的导体和基体材料的交替层组成，包括至少一个内部传导层。基体材料是用于支撑导体材料的图案的有机或无机材料。芯是金属包覆基体材料，其中基体材料在一侧或两侧上具有一体金属导体材料。传导层均是由诸如铜的金属制成的传导层，该金属被图案化为导电迹线或互连。

设备切口48穿过层32、34和46而形成在层压后的堆叠的前侧中。设备切口48的尺寸被定制成容纳发热部件。托盘切口50穿过层38和40而形成在层压后的堆叠的背侧中。托盘切口50的尺寸被定制成容纳金属托盘52。与具有嵌入的币的常规电路板形成对比，托盘切口50在层压步骤之前被形成在底层38和40中，如关于图6至图15更具体描述的那样。金属托盘52被***到托盘切口50中，使得金属托盘52的顶表面54接触非传导层46的底表面56。金属托盘52在层压步骤之前被***到托盘切口50中。在层压步骤期间，非传导层46与金属托盘52结合，将金属托盘52固定在托盘切口50内。在一些实施例中，非传导层46为B阶段预浸料。在层压步骤期间，非传导层46以及底层38内的任何非传导层流入到金属托盘52与底层38之间的任何相邻间隙中，表示为与金属托盘52的侧面相邻的非传导层46。在层压期间的这种材料流动提供在金属托盘52的侧面和底层38之间的连续的结合。层压期间的压力和材料流动也实现平坦的背侧表面，其中金属托盘52的底表面与外部传导层40的底表面共面。

外部传导层32、40通常诸如利用铜镀层被镀覆，并且利用诸如金的惰性金属表面镀覆，以防止氧化。施加到外部传导层32的镀层被示出为镀层32’，并且施加到外部传导层40的镀层被示出为镀层40’。施加在镀层32’之上的表面镀覆被示出为表面镀层42。施加在镀层40’之上的表面镀覆被示出为表面镀层44。该镀覆和表面镀覆作为后层压步骤而被施加，并且因此镀层32’被施加在设备切口48的侧壁表面之上和金属托盘52的顶表面54之上，并且表面镀层42也被施加在设备切口48内的镀层32’之上。设备切口48内的侧壁镀层32’将金属托盘52与相交于器件切口侧壁表面的上层34中的任意传导层互连。设备切口48内的侧壁镀层32’也将金属托盘52与外部传导层32互连。这些互连提供从电路板内的选择传导层到金属托盘52的附加热路径。将理解到，相交于器件切口侧壁表面的特定传导层并不被互连到金属托盘，因为这种互连可能导致不期望的接地或短路。在这样的应用中，器件切口侧壁镀层32’的选择部分可以被去除。图16图示了具有嵌入的金属托盘的电路板的切口侧视图，类似于图5，但其中去除了器件切口侧壁镀层的选择部分。如图16的示例性配置所示，侧壁镀层32’的上部部分以及对应的表面镀层42被去除，由此将外部传导层32与金属托盘52断开连接。

返回图5，镀层40’提供金属托盘52与外部传导层40之间的互连。在一些实施例中，在层压步骤之后刻蚀外部传导层和表面镀层。图5所示的外部传导层32、40和表面镀层42、44旨在表示经刻蚀的互连。过孔(未示出)可以被形成为将传导层中的一个或多个层互连。为简便起见，顶层34和底层38在图5中均被示出为简单的块，但均旨在表示上述类型的一个或多个层。在其它实施例中，外部传导层40为平坦表面，诸如地平面，并且由镀层40’提供的与金属托盘52的互连形成跨越电路板的背侧的散热器。由于金属托盘52的底表面与层压后的堆叠的背侧的平坦对准，背侧镀层40’和对应的表面镀层44形成高传导性的平坦表面，以便于至后续附接的热沉的有效热传递。

图6-图15图示了根据一些实施例的一种制造具有嵌入式金属托盘的电路板的方法。图6-图15中所示的方法结合图5的具有嵌入式金属托盘的电路板来进行描述。应当理解，可以应用相同的方法来制造相似的具有嵌入式金属托盘的电路板，或者可以应用相似的方法来制造与图5所示的具有嵌入式金属托盘的电路板相同的或相似的具有嵌入式金属托盘的电路板。在图6中，堆叠适当的层，以形成顶层34和传导层32，统称为顶部层叠。顶层34可以表示诸如电介质之类的单个非传导层，或者由一个或多个传导层和一个或多个非传导层制成的多层堆叠。非传导层可以由作为芯结构的一部分的预浸料或基质材料制成。顶层34内的传导层均是由金属(诸如铜)制成的传导层，传导层被图案化成导电迹线或者互连。顶层34的最底层可以是非传导层或传导层。在图6中示出的示例性配置中，最底层是传导层，被表示为传导层31。在一个示例性应用中，层31、32、34是由金属包层PCB材料制成的芯。

在图7中，器件切口48的第一部分切口48'形成在图6的顶部层叠的背侧中。在一些实施例中，第一部分切口48'通过研磨形成。应当理解，可以使用其他常规技术，诸如激光烧蚀。第一部分切口48'的大小是特定于应用的，取决于将被放置在器件切口48中的热生成器件的尺寸。

在图8中，具有合适的切口的附加的层被添加到层叠。具体地，非传导层46与图7的顶部层叠进行堆叠，使得非传导层46与顶部层叠的背侧接触，在该示例性情况中，顶部层叠的背侧是传导层31。非传导层46包括第二部分切口48”，其与第一部分切口48'的尺寸匹配。在一些实施例中，第二部分切口48”在层叠之前被形成在非传导层46中。在这种情况下，非传导层46与顶部层叠进行堆叠，使得第一部分切口48'和第二部分切口48”对齐。在其他实施例中，非传导层46可以与图6的顶部层叠进行堆叠，并且同时制作第一部分开口48'和第二部分开口48”。在具有第二部分切口48”的非传导层46与顶部层叠进行堆叠之后，堆叠合适的层以形成底层38和传导层40，统称为底部层叠。底层38可以表示单个非连续层(诸如电介质)或者由一个或多个传导层和一个或多个非传导层制成的多层堆叠。非传导层可以由作为芯结构的一部分的预浸料或基质材料制成。底层38内的传导层均是由金属(诸如铜)制成的传导层，传导层被图案化成导电迹线或者互连。在图8所示的示例性配置中，每个芯材料层表示基质材料和在基质材料的一个或两个表面上的传导层。应当理解，可以使用比图中所示更多或更少的芯和非传导层。图8中所示的层叠是预层压(预固化)。

底层38和传导层40中的每一个包括切口，其全部被对齐以共同形成托盘切口50。在每个底层38和传导层40中的切口的大小和形状被配置为实质上匹配金属托盘52的大小和形状，并使得金属托盘52能够被***到托盘切口50中。在一些实施例中，在层叠之前，切口被形成在每个单独的层叠层或者芯中。在这种情况下，单独的层叠层与对应的对齐的切口进行堆叠。在其他实施例中，在层叠之前，切口没有被形成在底层38和传导层40中。相反，单独的层叠层与顶部层叠和非传导层46进行堆叠，并且使托盘切口50同时穿过所有合适的层。至少托盘切口50的长度或宽度大于器件切口48的对应的长度或宽度，从而非传导层46的一部分暴露在托盘切口50内。非传导层46的这一暴露的部分形成用于金属托盘52的结合表面。在后续的层压步骤中，非传导层46的这一暴露的部分还用作用于维持金属托盘52的相对位置的阻断。

在图9中，金属托盘52被***到托盘切口50中，使得金属托盘52的表面54与非传导层46的暴露的表面56接触。非传导层46的接触表面用作结合剂。与现有技术不用，不再使用单独的粘合层。使用单独的粘合剂需要附加的工艺步骤。

在图10中，层叠被层压。在层压期间，非传导层中(诸如图10中标记为“prepreg”的那些层)没有完全固化的树脂流动，以形成金属托盘52的表面54与非传导层46的表面56之间的结合。非传导层的树脂还在金属托盘52的侧面和与金属托盘52相邻的侧面的层之间流动。在层压期间的这种材料流提供了金属托盘52的侧面和底层38之间的连续结合。在层压期间的压力和材料流也使实现平坦的背侧表面，其中金属托盘52的底表面与外部传导层40的底表面共面。在层压期间使用特殊的技术来防止树脂流到器件切口部分48'、48”中。一些技术包含光可成像聚合物结构，或者将抗蚀剂层镀覆在顶侧34和非传导层46内，以防止树脂流动到器件切口部分中。这样的技术的示例在序列号为15/081,623并且名称为“Self-Decap Cavity Fabrication Process and Structure”的美国专利申请；序列号为15/087,793并且名称为“Embedded Cavity in Printed Circuit Board by Solder Mask Dam”的美国专利申请；序列号为15/159,665并且名称为“Disconnect Cavity by Plating ResistProcess and Structure”的美国专利申请；以及序列号为15/094,372，并且名称为“Recessed Cavity in Printed Circuit Board Protected by LPI”的美国专利申请中找到，这些专利申请通过引用整体合并于此。另一种技术是在层压之前不形成器件切口部分，而是使用位于顶层34和非传导层46内的覆盖层和虚设芯，后续将其与金属托盘52上方的剩余帽结构一起去除，以形成器件切口48。这种技术的一个示例在序列号为15/064,437并且名称为“Dummy Core Restrict Resin Process and Structure”的美国专利申请内找到，该申请通过引用整体合并于此。又一种技术是使用不流动的预浸料作为非传导层46。

在图11中，顶部层叠在器件切口部分48'上方的部分被去除，以形成器件切口48。器件切口48是从层压后的层叠的顶表面向金属托盘52的表面54延伸的腔。该部分可以使用任何常规技术被去除，包括但不限于，研磨和激光烧蚀。器件切口48的深度是根据将被定位在器件切口48内的电子器件而特定于设计的。器件切口48的深度是顶层34和非传导层46中的各个层的厚度的函数。可以选择每个层的厚度和/或层的数目，以实现期望的器件切口深度。

在图12中，执行镀覆步骤。镀层被施加到图11中的层压后的堆叠的顶表面和底表面。具体地，镀层32'被施加在传导层32之上。镀层32'也被施加到器件切口48的侧壁表面和金属托盘表面54在器件切口48中的暴露的部分上。器件切口48内的侧壁镀层32'也将金属托盘52与外部传导层32互连。这些镀覆的互连提供从电路板内的选择传导层到金属托盘52的附加的热路径。应当理解，与器件切口侧壁表面相交的某些传导层不被互连到金属托盘，因为这种互连可能导致不期望的接地或者短路。在这种应用中，器件切口侧壁镀层32'的选择性的部分可以被去除，诸如图16所示。在一些应用中，期望将嵌入式金属托盘连接到地平面，诸如传导层31。在这种应用中，侧壁镀层没有延伸到有源信号层，诸如顶表面传导层32。侧壁镀层可以被选择性地去除。在现有技术结构中，嵌入式币经由传导粘合剂被直接附接到传导层，诸如地平面传导层。

镀层40'被施加到传导层40和背侧金属托盘表面55之上。底表面镀层40'提供了在金属托盘52与底表面传导层40之间的连接，并且从铜托盘沿着层压后的堆叠的底表面散布热量。形成在层压后的堆叠的底部上的镀层在整个底表面上实质上是平坦的，沿着底表面从金属托盘到电路板具有很少或者基本上没有界线。在现有技术的结构和工艺中，在层压之后形成币切口，并且金属币使用传导粘合剂被固定在切口中，这使得将金属币的底部与层压后的堆叠的底部共面变得极度困难。然而，在本申请中，在层压之前，形成托盘开口，并且将金属托盘***到托盘开口中，并且金属托盘被直接结合到非传导层(预浸料)。在层压期间，保形填充剂通过树脂流被设置在金属托盘周围，并且在层压期间所施加的压力导致金属托盘的底表面与电路板外层实质上共面。托盘切口深度通过层压压紧控制，并且因为金属托盘被嵌入在层叠预层压中以及预浸料在层压期间流动和压缩的方式，围绕嵌入式金属托盘的材料遵照金属托盘的形状(包括其厚度)以实现实质上共面的背侧表面。保形填充剂还使得与金属托盘相邻的微空间能够被填充，这提供了可以被镀覆而不用担心与金属托盘的周界相邻的空隙或间隙的背侧表面。

在图13中，执行外层蚀刻步骤。外层蚀刻步骤可以在外部传导层32/32'、外部传导层40/40'或两者上执行。

在图14中，执行表面镀覆步骤。表面镀层可以施加在所有暴露的镀层之上，以防止氧化。表面镀层材料是惰性金属，诸如金、银、锡、镍或一些组合，或一些其他惰性金属或惰性金属组合。如应用到图14的，表面镀层42被施加到外部暴露的镀层32'，其包括电路板的前面镀层32'表面，以及侧壁镀覆的表面和在器件切口48内的金属托盘52的镀覆的表面。应当理解，诸如结合图13和图14所描述的镀覆和表面镀覆步骤可以使用一个或多个常规的镀覆和表面镀覆技术在平板工艺或图案板工艺中执行，以实现期望的总镀层厚度。一些表面镀层可以电解地施加，并且在镀覆步骤之后并且在蚀刻之前施加。在施加焊料掩模到选择性位置之后，可以使用该工艺施加其他表面处理。这样的表面处理被认为是浸没或无电镀的表面处理，如果需要，其也可以在蚀刻之后被施加到整个电路板表面。

在图15中，电子设备60使用传导粘合剂被安装在器件切口48中。由于已经存在于电路板的背侧上的共面表面，粘合剂可以被施加为在整个背侧表面上具有实质上均匀的厚度。热沉70被安装到电路板的背侧。可以使用用于将热沉安装到电路板的任何常规安装技术，包括但不限于粘合剂、膏、焊料、压缩剂和/或注入将热沉拧到电路板的机械装置。

图17图示了分解为多个部分的具有嵌入式金属托盘的电路板的俯视图。分解的部分可以包括外部传导层32/上层34、非传导层46、底层38/外部传导层40和金属托盘52。外部传导层32/上层34和非传导层46被示出为具有器件切口。底层38/外部传导层40被示出为具有托盘切口。

应当理解，基于应用设计，金属托盘可以具有任何大小和形状。优选地，金属托盘被定位在电路板上的热点处，诸如在热生成部件下方。图18图示了根据一个备选配置的被分解为多个部分的具有嵌入式金属托盘的电路板的俯视图。在该备选配置中，金属托盘与先前的实施例成形不同，并且对应的金属切口也相应地重新成形。分解的部分可以包括相同的外部传导层32/上层34和非传导层46。然而，金属托盘152具有与金属托盘52不同的形状，并且底层138/外部传导层140具有不同形状的托盘切口，以与金属托盘152的形状匹配。图19图示了装配到底层138/外部传导层140的托盘切口中的金属托盘152。

可以执行后层压工艺，其中可以钻孔通过电路板，以形成镀覆的贯穿过孔，或者可以形成从电路板正面延伸到金属托盘内的镀覆的盲孔，任一者或两者可以用于添加附加的热传导路径，但是也可以降低寄生电感。图20图示了具有对底层的金属托盘的过孔接入的图18和图19的具有嵌入式金属托盘的电路板的俯视透视图。形成通过电路板的正面到底层的金属托盘152的镀覆的过孔58(图19)。在一个示例性工艺中，这样的镀覆的过孔可以在图12中的镀覆步骤中形成。

在一些实施例中，使用这些工艺和技术可以在电路板中嵌入不止一个金属托盘。金属托盘的大小、形状和数目是从热生成部件拉走多少热量和热生成部件在电路板上的位置的函数。

在一些应用中，具有嵌入式金属托盘的电路板被用作功率放大器板。应当理解，本文所描述的概念、结构和制造方法可以备选地应用于其他类型的电路板以及其他类型的应用。

具有嵌入式金属托盘的电路板提供了诸多区别特征。电路板完全利用嵌入的金属托盘制造。托盘切口在层压之前的制造工艺期间形成，并且从而不需要单独的金属托盘附接处理。在层压工艺期间，标准的B阶段(预浸料)材料可以用于将金属托盘结合到电路板中。控制内部切口树脂流动的工艺用于防止B阶段过度流出到器件切口区域。另外，B阶段材料流动到金属托盘周围的区域中，这增加了结构完整性。金属托盘被镀覆以产生均匀的底表面，并且金属托盘被互连到电路板的背侧处的镀覆的表面。在金属托盘上方的其他层可以经由器件切口中的侧壁镀层和各种过孔构造(如果需要)被电和热连接到金属托盘中。接地可以通过使用器件切口侧壁镀层以及形成通过电路板上层到金属托盘的镀覆的过孔来实现。由于高功率要求，镀覆的过孔也可以用于进一步增强从吸收热量的电路散发热量。

金属托盘使用与多层PCB类似的工艺集成在电路板中，其在制造支撑层的同时将金属托盘集成到电路板中。B阶段材料的使用提供了将金属托盘嵌入在电路板内的结合机构，产生紧密结合的集成部分。在制造工艺期间嵌入托盘、预层压产生在装配时不受后制造工艺影响的更鲁棒的构造和连接。在装配之后，具有嵌入式金属托盘的电路板可以被直接安装到机械设计内的散热位置。具有嵌入式金属托盘的电路板也可以被直接安装在热沉、冷带或者其他帮助去热所需要的特征。平面背侧表面提供了比现有技术的后制造装配更加鲁棒的对金属托盘的安装。该解决方案将允许部件的放置和进一步的机械要求的标准装配工艺。这保持了通过装配的更标准的工艺流程，降低了成本和处理。

已经就特定的实施例描述了本发明，这些特定实施例包含促进对具有嵌入式金属托盘的电路板的构造和操作的原理的理解的细节。本文中对其具体实施例和细节的这种引用意图不在于限制所附权利要求的范围。对于本领域技术人员明显的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以在为了说明而选择的实施例中进行修改。

Claims (20)

1.一种电路板，包括：

a.电路板层的层压后的堆叠，具有第一外表面和与所述第一外表面相对的第二外表面，其中所述电路板层的层压后的堆叠包括多个传导层和多个非传导层，所述多个非传导层中的一层是位于所述层压后的堆叠内部中的结合层，所述结合层具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面；

b.托盘切口，形成在从所述第二外表面到所述结合层的所述第二表面的所述层压后的堆叠中，所述托盘切口由侧壁表面和所述结合层的所述第二表面定义；

c.金属托盘，位于所述托盘切口内，所述金属托盘具有第一表面和与所述第一表面相对的第二表面，其中所述金属托盘的第一表面与所述结合层的第二表面接触并结合到所述结合层的第二表面；以及

d.器件切口，形成在从所述第一外表面穿过所述结合层到所述金属托盘的所述第一表面的所述层压后的堆叠中。

2.根据权利要求1所述的电路板，其中所述结合层包括B阶段预浸料。

3.根据权利要求2所述的电路板，其中所述托盘切口形成在所述层压后的堆叠的第一部分中，并且其中所述金属托盘还包括侧表面，并且所述托盘切口的所述侧壁表面由所述层压后的堆叠的所述第一部分定义，并且所述金属托盘的所述侧表面通过来自所述B阶段预浸料的树脂流动而结合到所述托盘切口的所述侧壁表面。

4.根据权利要求1所述的电路板，其中所述托盘切口形成在所述层压后的堆叠的第一部分中，并且所述层压后的堆叠的所述第一部分包括一个或多个预浸料层，并且其中所述金属托盘还包括侧表面，并且所述金属托盘的所述侧壁表面由所述层压后的堆叠的所述第一部分定义，并且所述金属托盘的所述侧表面通过来自所述一个或多个预浸料层的树脂流动而结合到所述托盘切口的所述侧壁表面。

5.根据权利要求1所述的电路板，其中所述层压后的堆叠的所述第二外表面与所述金属托盘的第二表面共面，以形成所述电路板的平坦的背侧表面。

6.根据权利要求5所述的电路板，还包括镀层，所述镀层耦合到所述电路板的所述背侧表面，从而在与所述金属托盘互连的所述电路板的背侧上形成连续的平坦表面。

7.根据权利要求1所述的电路板，其中所述器件切口的尺寸被确定为容纳发热器件。

8.根据权利要求1所述的电路板，还包括镀层，所述镀层选择性地耦合到所述层压后的堆叠的所述第一外表面，其中所述镀层进一步耦合到所述器件切口的侧壁表面和所述金属托盘的第一表面。

9.根据权利要求8所述的电路板，其中所述镀层形成在所述金属托盘和所述层压后的堆叠中的与所述器件切口的所述侧壁表面相交的任何传导层之间的互连。

10.根据权利要求8所述的电路板，其中所述器件切口的所述侧壁表面上的所述镀层的一部分被选择性地去除，使得所述器件切口的所述侧壁表面上的所述镀层的剩余部分形成在所述金属托盘和所述层压后的堆叠中的与所述器件切口的所述侧壁表面相交的、与所述镀层的剩余部分一致的任何传导层之间互连。

11.一种制造具有嵌入式金属托盘的电路板的方法，所述方法包括：

a.堆叠电路板的层，其中所述层包括多个传导层和多个非传导层，其中所述多个非传导层中的一层是位于堆叠后的所述层的内部中的结合层，并且其中堆叠后的所述层的第一部分具有托盘切口部分，所述第一部分中的每层的所述托盘切口部分被对齐以形成用于容纳金属托盘的托盘切口，并且其中所述结合层形成所述托盘切口的底表面；

b.将所述金属托盘***所述托盘切口中，使得所述金属托盘的第一表面接触所述结合层；以及

c.层压堆叠后的所述层与***的金属托盘，以形成层压后的堆叠并且将所述金属托盘结合到所述结合层。

12.根据权利要求11所述的方法，其中所述结合层包括B阶段预浸料。

13.根据权利要求11所述的方法，其中层压堆叠后的所述层包括向堆叠后的所述层施加热和压力，使得树脂围绕所述金属托盘的侧面流动，以将所述金属托盘的侧面结合到堆叠后的所述层的所述第一部分。

14.根据权利要求11所述的方法，其中层压堆叠后的所述层包括压缩堆叠后的所述层与所***的金属托盘，以形成所述电路板的平坦的背侧表面，其中所述金属托盘的底表面与堆叠后的所述层的背侧表面共面。

15.根据权利要求11所述的方法，还包括移除堆叠在所述金属托盘之上的层压的堆叠后的所述层的第二部分，以形成从所述电路板的前侧延伸到所述金属托盘的器件切口，其中所述金属托盘的所述第一表面形成所述器件切口的底表面。

16.根据权利要求15所述的方法，其中所述器件切口的尺寸被确定为容纳发热器件。

17.根据权利要求15所述的方法，还包括镀覆所述电路板的所述前侧，包括镀覆所述器件切口的侧壁表面和在所述器件腔体内露出的所述金属托盘的所述第一表面。

18.根据权利要求15所述的方法，其中镀覆所述器件切口的所述侧壁表面形成在所述金属托盘和与所述器件切口的所述侧壁表面相交的任何传导层之间的互连。

19.根据权利要求18所述的方法，还包括选择性地去除镀覆在所述器件切口的所述侧壁表面上的所述侧壁的一部分，以选择性地从所述金属托盘断开与所述器件切口的所述侧壁表面相交的一个或多个传导层。

20.根据权利要求11所述的方法，还包括镀覆所述电路板的所述背侧，以形成在与所述金属托盘互连的所述电路板的背侧上的连续的平坦表面。