CN108347820B - 容纳部件的基底结构上的高导热涂层 - Google Patents

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Abstract

一种部件承载件(100)，包括：具有凹部(104)的基底结构(102)；高导热涂层(106)，覆盖基底结构(102)的表面的至少部分；以及凹部(104)中的部件(108)。

Description

容纳部件的基底结构上的高导热涂层
技术领域
本发明涉及制造部件承载件的方法以及涉及部件承载件。
背景技术
在配备有一个或多个电子部件的部件承载件的产品功能的发展、这种部件的日益小型化以及待安装到部件承载件(诸如印刷电路板)上的部件数量的上升的情况下，越来越多地采用具有若干部件的更强大的阵列状部件或封装件，所述阵列状部件或封装件具有多个触点或连接件，在这些触点之间的间隔不断减小。移除由这样的部件和部件承载件本身在运行期间产生的热成为日益凸显的问题。同时，部件承载件应该是机械牢固的且电气可靠的，以使得甚至在恶劣的条件下也能运行。
此外，在部件承载件中嵌入部件而在运行期间不会有过热风险是一个问题。实际上这是特别困难的，当部件嵌入时，运行期间会生成相当多量的热量。
发明内容
本发明的目的是将部件嵌入在部件承载件中，而在运行期间不会有过多的热应力。
为了实现上文限定的这个目的，提供了制造部件承载件的方法以及部件承载件。
根据本发明的示例性实施方案，提供了一种部件承载件，其中，部件承载件包括具有凹部的基底结构、覆盖基底结构的表面的至少一部分的高导热涂层(或衬套(lining)或膜或层结构)以及凹部中的部件。
根据本发明的另一个示例性实施方案，提供了一种制造部件承载件的方法，其中，该方法包括提供具有凹部的基底结构，用高导热涂层覆盖基底结构的表面的至少一部分，以及将部件安装(特别是在涂层之前或之后)在凹部中。
在本申请的上下文中，术语“部件承载件”可以具体地表示能够在其上和/或其中容纳一个或多个部件以用于提供机械支撑和电气连接的任何支撑结构。换言之，部件承载件可以被配置为用于部件的机械和/或电子承载件。具体地，部件承载件可以为印刷电路板、有机内插物(organic interposer)和IC(集成电路)基板中的一种。部件承载件也可以是将上述类型的部件承载件中的不同部件承载件组合的混合板。
在本申请的上下文中，术语“高导热涂层”可以具体地表示具有的厚度比整个部件承载件的厚度更小的层型结构，而不是庞大结构。例如，涂层的厚度可以小于整个部件承载件的厚度的50％，特别地小于整个部件承载件的厚度的30％，更特别地可以小于整个部件承载件的厚度的15％。涂层可为平面或笔直的(例如当沉积在平坦的下层(underground)时)，或者可为弯曲的或者弯折的(例如当层压或沉积在弯曲的或者弯折的下层上或者具有表面轮廓的下层上)。
根据本发明的示例性实施方案，提供了一种部件承载件，所述部件承载件具有嵌入的部件(诸如半导体芯片)以及具有用于有效地移除在运行期间生成的热量的应用的热移除能力，可以用与普通部件承载件制造相比仅用小的修改或者小的额外努力来制造该部件承载件。特别有利地，可以用高导热涂层直接涂覆具有凹部的基底结构，因此该高导热涂层可以定位得非常接近于嵌入在凹部中的部件，并因此与该部件强力地热耦接。该涂层的提供不排除(甚至有可能明确地允许)在部件承载件中施加额外的标准部件承载件材料(诸如普通的预浸料)。该标准材料使得部件承载件除了具有热移除功能之外还具有有益的特性，诸如适当地有助于材料机械稳定性和/或柔性，与其他部件承载件例如在热膨胀特性方面一致等。因此可以维持这种功能，同时增加了部件承载件的改善的热性能。因此，通过使用高导热涂层，对部件承载件的制造和构造结构进行小改动而不是完全的再设计就可足以实现可很好限定的和有效的热移除路径。通过采用这种措施，在嵌入在部件承载件内部的部件的运行期间生成的热能(例如欧姆热)可以沿着高导热涂层通过热传导有效地消散。由于高导热涂层和嵌入部件形式的热源之间紧密空间结邻，可以致使该热移除特别有效。还有利的是，可以通过相应导热材料的层压和/或沉积以简单方式制造基底结构的涂层。
在下文中，将解释该方法和部件承载件的其他示例性实施方案。
在一实施方案中，多个部件嵌入在部件承载件中。因此，可以在所有实施方案中实施在部件承载件中仅一个或多个部件与涂层热耦接。
在一实施方案中，高导热涂层覆盖部件的表面的至少一部分。因此，从嵌入的部件到基底结构和从那里到部件承载件外面的路径可以是封闭的或者连续的，以使得可以形成不间断的热移除路径。
在一实施方案中，基底结构包括芯体或堆叠体，该芯体或堆叠体包括至少一个导电层结构和/或至少一个电绝缘层结构。例如，芯体可以为完全固化材料(诸如FR4)的相对厚的片。然而还可以将基底结构实现为部件承载件材料(诸如预浸料、FR4和/或铜)的层结构的堆叠体。
在一实施方案中，高导热涂层具有至少1W/mK(例如至少1.5W/mK)、特别地至少10W/mK、更特别地至少50W/mK的导热系数值。这些值可以涉及高导热涂层的材料在各种空间方向上的平均值，涉及高导热涂层的材料的等方性导热系数，或者涉及高导热涂层材料的一个方向(特别是垂直于部件承载件的主表面的方向或者平行于部件承载件的主表面的方向)。因此，高导热涂层的导热系数可以比普通介电部件承载件(诸如普通预浸料)的导热系数更好或者更高。该介电部件承载件材料可以包括树脂，特别是环氧树脂，在其中可以嵌入有增强颗粒(诸如玻璃纤维或者玻璃球)。因此，高导热材料的涂层的特定配置可以显著地改善部件承载件的热移除特性。
在一实施例中，高导热涂层包括类金刚石碳(DLC)、石墨烯、高导热预浸料、填充有高导热填料颗粒的树脂、铜和/或铝。高导热涂层的材料可以为电绝缘的和/或导电的。所述材料与PCB制造工艺兼容，并且能够显著地增加部件承载件的热性能。
在一实施方案中，高导热涂层从凹部(特别是从凹部中的部件)连续延伸直至部件承载件的外部(例如暴露的)表面。当涂层从嵌入有部件的凹部延伸至部件承载件的外部表面时，可以形成完整的、连续的和不间断的热路径，沿着该路径可以以限定方式移除部件运行期间生成的热量。通过采取这种措施，可以特别有效地消散热量。同时，可以通过层压或沉积高导热涂层来简单地制造该连续路径。
在一实施方案中，高导热涂层是三维弯曲的连续层。当通过沉积来施加时，涂层的形状遵循涂层沉积于其上的结构的表面轮廓。因此，可以实现表面的复杂的三维衬套，该三维衬套形成了用于嵌入部件的基底。
在一实施方案中，高导热涂层是具有基本均匀厚度的层。具有这种均质厚度的层配置，涂层可以提供空间地均匀或均等的特性。因此，可以防止在部件承载件的内部中形成热点，在所述热点处热量不会被适当地移除。
在一实施方案中，高导热涂层覆盖基底结构的表面的至少一部分、部件的表面的至少一部分以及基底结构和部件之间的凹部中的间隙的至少一部分。在这种配置中，涂层提供了从部件(该部件也由涂层直接接触)直至部件承载件的外部表面的连续热路径。这导致了所制造的部件承载件的高热性能。
在一实施方案中，高导热涂层覆盖基底结构的两个相对主表面的至少部分和/或部件的两个相对主表面的至少部分。通过采取这种措施，部件的表面的主要部分可以与具有高导热系数的材料直接热耦接。在部件承载件的运行期间，这从部件有效地移除热量。
在一实施方案中，高导热涂层的至少部分覆盖基底结构的凹部的侧壁。通过不仅是覆盖上主表面和下主表面，而且额外地或替选地还覆盖基底结构的侧壁，并且嵌入的部件的侧向壁可以由涂层直接热接触，提供了额外的热移除路径。
在一实施方案中，间隙可保留在侧壁上的高导热涂层与部件之间。然而，可使得该间隙非常小，并且如果期望的话，可以用额外的高导热材料填充该间隙，以便进一步提升部件承载件的热移除特性。
在一实施方案中，基底结构的介电材料具有比高导热涂层小的导热系数值。因此，即使基底结构的介电材料具有相对差的导热系数，也可以将介电材料选择为足够坚硬的，并且优选地在将部件安装至凹部中时介电材料已经完全固化。这种选择的自由度的理由是，仅涂层的高导热性对于适当的热消散可能已经是足够的。因此，设计自由度可以与高热性能以及高机械牢固性结合。
在一实施方案中，基底结构的介电材料具有小于1W/mK、特别地小于0.5W/mK的导热系数值(其中，给定值可以特别涉及垂直于部件承载件的主表面的方向)。特别地，基底结构的介电材料可以为FR4(即，具有增强玻璃纤维的固化环氧树脂)，在垂直于部件承载件的主表面的方向上(即，穿过平面)具有约0.4W/mK的导热系数。
在一实施方案中，通过分配、喷墨、丝网印刷、模板印刷、层压、印刷、化学气相沉积(CVD)和/或物理气相沉积(PVD)，用高导热涂层覆盖基底结构的表面。因此，能够获得可以自由地用于施加涂层的各种制造方法。这为部件承载件设计者提供了针对某一应用的特定需要而调整制造工艺和涂层的特性的高自由度。
在一实施方案中，通过将高导热层结构层压在基底结构和部件上而用高导热涂层覆盖基底结构的表面。当体现为层压结构时，可在形成部件承载件的普通层压过程期间，将高导热涂层施加于基底结构。在本申请的上下文中，术语“层压”可以表示机械压力的施加，如果理想的话，通过热来实现。通过将用于形成涂层的高导热层结构的层压集成到部件承载件的制造过程中，可以在基本没有额外制造努力的情况下形成涂层。
在一实施方案中，通过将第一高导热层结构层压在基底结构的第一主表面上，用高导热涂层覆盖所述第一主表面，并且(例如同时地或在其之后)通过将第二高导热层结构层压在基底结构的第二主表面上，用高导热涂层覆盖所述第二主表面。在基底结构和/或部件的两个相对主表面上层压两个高导热层结构进一步简化了甚至更高性能涂层的制备，并且使制造工艺简单。
在一实施方案中，通过沉积高导热材料而用高导热涂层覆盖基底结构的表面。沉积的层可以为共形层。对应的共形涂层材料可以为薄膜，该薄膜符合制造的部件承载件(例如印刷电路板)的轮廓，以连续覆盖和不间断热耦接部件承载件的成分。沉积过程可以在部件承载件制造过程的框架中实施，并且因此允许用少的努力制造部件承载件。
在一实施方案中，高导热材料的层为沉积在彼此齐平的基底结构主表面和部件主表面上的平坦层。通过采取这种措施，可以限定非常短的线性热消散路径。
在另一实施方案中，高导热材料的层为沉积在基底结构的主表面和相对于基底结构缩进的部件的主表面上的弯曲层。通过这种弯曲结构，部件的形状可与涂层对应，以便进一步增加部件和涂层之间的热耦接。
在一实施方案中，用通过层压施加的高导热涂层覆盖基底结构的表面的第一部分，并且用通过沉积施加的高导热涂层覆盖基底结构的表面的第二部分。通过涉及高导热涂层的不同段或部分的层压和沉积过程的结合，可以获得非常高的热移除能力。
在一实施方案中，用高导热涂层覆盖基底结构的整个表面和/或部件的整个表面。这允许进一步提升热移除而不会显著地增加部件承载件的尺寸、重量和成本。
至少一个部件可以选自包括下列的组：不导电嵌体、导电嵌体(诸如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、热传递单元(例如热管)、导光元件(例如光导或光导体连接件)、电子部件；或它们的组合。例如，部件可以为有源电子部件、无源电子部件、电子芯片、存储设备(例如DRAM或其他数据存储器)、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电接口元件、电压转换器(例如DC/DC或AC/DC转换器)、加密部件、发射器和/或接收器、机电换能器、传感器、致动器、微机电***(MEMS)、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、相机、天线、逻辑芯片、光导以及能量收集单元。然而，其他部件也可以嵌入部件承载件中。例如，磁性元件可以用作部件。这种磁性元件可以为永磁性元件(诸如铁磁元件、反铁磁元件或亚铁磁元件，例如铁素体基底结构)，或者可以为顺磁性元件。然而，部件还可以为例如处于板中板配置的另外的部件承载件。一个或多个部件可以表面地安装在部件承载件上和/或可以嵌入到部件承载件的内部中。此外，除了提到的部件其他的部件也可以用作部件。
在一个实施方案中，部件承载件包括至少一个电绝缘层结构和至少一个导电层结构的堆叠体。例如，部件承载件可以为提到的电绝缘层结构和导电层结构的层压体，特别是通过施加机械压力形成的，如果理想的话，其通过热能支持。提到的堆叠体可以提供板状部件承载件，该板状部件承载件能够为另外的部件提供大的安装表面，然而仍然是非常薄并且紧凑的。术语“层结构”可以具体表示在共同平面内的连续层、图案化层或多个非连贯岛。
在一实施方案中，部件承载件被成形为板。这有助于紧凑的设计，然而其中部件承载件提供了用于在其上安装部件的大基底。此外，特别是在例如裸晶片用于嵌入电子部件的情况下，得益于裸晶片的厚度小，其可以便利地嵌入薄板(诸如印刷电路板)中。
在一实施方案中，部件承载件配置为包括印刷电路板和基板(特别是IC基板)的组中的一个。
在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(PCB)可以具体地表示通过将若干导电层结构与若干电绝缘层结构层压形成的部件承载件(其可以是板状的(即平坦的)、三维曲面的(例如当使用3D打印制造时)或者其可以具有任何其他形状)，上述形成过程例如通过施加压力形成，如果需要的话伴随有热能的供应。作为用于PCB技术的优选材料，导电层结构由铜制成，而电绝缘层结构可以包括树脂和/或玻璃纤维、所谓的预浸料或FR4材料。通过形成穿过层压体的通孔(例如通过激光钻孔或机械钻孔)，并且通过用导电材料(尤其是铜)填充这些通孔，由此形成作为通孔连接件的过孔，各个导电层结构可以以期望的方式彼此连接。除了可以嵌入在印刷电路板中的一个或多个部件之外，印刷电路板通常被配置用于在板形印刷电路板的一个表面或两个相对表面上容纳一个或多个部件。所述部件可以通过焊接被连接到相应的主表面。PCB的介电部分可以由具有增强纤维(例如玻璃纤维)的树脂构成。
在本申请的上下文中，术语“基板”可以具体地表示与要安装在其上的部件(特别是电子部件)具有基本上相同尺寸的小部件承载件。更具体地，基板可以被理解为用于电气连接件或电气网络的承载件以及与印刷电路板(PCB)相当的部件承载件，然而具有相当高密度的侧向和/或竖向布置的连接件。侧向连接件例如为传导路径，而竖向连接件可以为例如钻孔。这些侧向和/或竖向连接件布置在基板内，并且可以用于提供尤其是IC芯片的所容置的部件或未容置的部件(诸如裸晶片)与印刷电路板或中间印刷电路板的电气连接和/或机械连接。因而，术语“基板”也包括“IC基板”。基板的介电部分可以由具有增强球(诸如玻璃球)的树脂构成。
在一实施方案中，基底结构的介电材料和/或至少一个另外的电绝缘层结构包括由以下组成的组中的至少一个：树脂(诸如增强或非增强树脂，例如环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂，更具体地为FR-4或FR-5)；氰酸酯；聚亚苯基衍生物；玻璃(尤其是玻璃纤维、多层玻璃、玻璃状材料)；预浸材料；聚酰亚胺；聚酰胺；液晶聚合物(LCP)；环氧树脂基的积层膜；聚四氟乙烯(特氟隆)；陶瓷；以及金属氧化物。也可以使用增强材料，诸如网、纤维或球体，例如由玻璃(多层玻璃)制成的。虽然预浸料或FR4通常是优选的，但是也可以使用其他材料。对于高频应用，高频材料诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂可以在部件承载件中作为电绝缘层结构实现。
在一实施方案中，基底结构的导电材料和/或至少一个另外的导电层结构包括由铜、铝、镍、银、金、钯和钨组成的组中的至少一种。尽管铜通常是优选的，但是其他材料或其涂覆形式也是可以的，尤其是涂覆有超导材料(诸如石墨烯)的上述材料。
在一个实施方案中，部件承载件是层压型部件承载件。在这样的实施方案中，部件承载件是通过施加压力(如果需要的话伴随有热)而堆叠并连接在一起的多层结构的复合物。
本发明的以上限定的方面和其他方面根据下文将要描述的实施方案的实例将是明白的，并且被参照实施方案的这些实例进行说明。
附图说明
图1至图4示出了在执行根据本发明的示例性实施方案的制造具有嵌入部件的部件承载件的方法期间所获得的结构的截面视图。
图5至图8示出了在执行根据本发明的另一示例性实施方案的制造具有嵌入部件的部件承载件的方法期间所获得的结构的截面视图。
图9至图11示出了在执行根据本发明的又一示例性实施方案的制造具有嵌入部件的部件承载件的方法期间所获得的结构的截面视图。
图12至图15示出了在执行根据本发明的再一示例性实施方案的制造具有嵌入部件的部件承载件的方法期间所获得的结构的截面视图。
图16至图18示出了在执行根据本发明的再一示例性实施方案的制造具有嵌入部件的部件承载件的方法期间所获得的结构的截面视图。
图19至图22示出了在执行根据本发明的再一示例性实施方案的制造具有嵌入部件的部件承载件的方法期间所获得的结构的截面视图。
图23至图26示出了在执行根据本发明的再一示例性实施方案的制造嵌入有部件的部件承载件的方法期间所获得的结构的截面视图。
图27至图30示出了根据本发明的示例性实施方案的具有嵌入部件的部件承载件的分解视图。
在图中示出的都是示意性的。在不同的图中，相似或同样的元件被提供有相同的附图标记。
具体实施方式
在参照附图之前，将进一步详细地描述示例性实施方案，将概述一些基于其已经形成本发明的示例性实施方案的基本考虑。
根据本发明的示例性实施方案，在将部件嵌入部件承载件中的情况中热量能够直接消散。根据示例性实施方案的一个主旨是允许热量从部件承载件中部件所放置的区域消散。通过采取这种措施，可以减少热循环范围，或者降低嵌入部件周围的区域中以及受高热量消散影响的部件本身/自身上的的运行温度。根据示例性实施方案，部件承载件设计被设置成允许改善热量流动和从部件所嵌入的区域的消散。若干材料可以有利地实施用于该目的，诸如DLC(类金刚石碳)、石墨烯、具有高导热系数的预浸料(即，具有增强颗粒的树脂)、具有高导热系数的分配、喷墨、丝网印刷和/或模板印刷材料。用这样的实施方案，热消散功能可以与嵌入应用相联系地提供。因此，可以改善以嵌入技术中制造的部件承载件的可靠性。特别地，高导热性预浸料、DLC和/或石墨烯可以用于嵌入一个或多个部件的框架中的热消散。可以在嵌入技术中实施热消散层。
图1至图4示出了在执行根据本发明的示例型实施方案的制造具有嵌入部件108的部件承载件100的方法期间所获得的结构的截面视图。
参照图1，提供多层层压基底结构102，该层压基底结构具有凹部104，该凹部体现为在竖向方向延伸通过整个基底结构102的开口。凹部104在底侧由临时承载件131封闭，该临时承载件可以体现为用于粘附至基底结构102和部件108的胶带。在本文体现为半导体芯片的部件108安装在凹部104中，在基底结构102的侧壁118与部件108的侧壁之间保留有小间隙116。
在这里基底结构102体现为芯体，该芯体包括处于完全固化状态的厚中心电绝缘层结构112(例如由FR4制成)。厚中心电绝缘层结构112在其两个相对主表面上覆盖有相应导电层结构110，这里导电层结构体现为铜箔。铜箔通过体现为铜过孔的竖向通孔连接件且形成另外的导电层结构110互连。
然后将高导热层结构120放置在所描述布置上，作为待形成的高导热涂层106的预成型件。高导热层结构120可以由处于至少部分未固化状态的高导热材料制成。在本申请的上下文中，术语“至少部分未固化材料”可以具体表示在层压过程期间，即，通过施加增加的温度和/或压力变成可再流动的材料。例如，这样的材料可以为未交联的树脂。当高导热层结构120由至少部分未固化材料制成时，高导热层结构120与图1布置的其余部分的连接可以在层压过程的框架中完成，在该层压过程中，高导热层结构120临时地再熔化或变得能够流动。然后高导热层结构120的材料随后的再凝固导致部件108的固定嵌入，伴随与高导热层结构120的材料适当的热移除耦接。
与此形成对比，基底结构102可以由完全固化的材料制成。在本文中，术语“完全固化”可以具体表示材料的这样的特性，根据该特性，对应的材料(诸如树脂)再也不能够再熔化或变得能够流动且随后再凝固。该树脂材料可能已经交联。因此，完全固化材料可以为丙阶材料而非甲阶或乙阶材料。通过采取这种措施，可以确保在连接过程(特别是可能涉及增加的压力和/或增加的温度的层压过程中)期间，基底结构102本身不会丢失其支撑功能或改变其位置，以使得可以确保高位置准确性。
参照图2，通过将高导热层结构120层压到其上，基底结构102的上表面和竖向侧表面的部分以及部件108的上表面和竖向侧表面的部分同时被高导热涂层106覆盖。通过层压，图2中示出的结构变成坚硬的。更具体地，可以将涂层106形式的高导热系数介电材料层压、印刷、沉积和/或分配到基底结构102形式的嵌入的芯体上。如从图2中可以看到的，图1的结构是层压的，即，通过施加机械压力(如果期望话，结合有热)连接。在这个层压过程期间，高导热层结构120的先前至少部分未固化材料再熔化、交联并且随后再凝固。因此，形成高导热涂层106，该高导热涂层覆盖基底结构102的上主表面、部件108的表面的主要部分以及临时承载件131的暴露部分。高导热层结构120可以由高导热预浸料制成，所述高导热预浸料即，具有增强颗粒的树脂且可选地具有由具有非常高导热系数(例如至少1W/mK或更多)的材料制成的高导热填料颗粒的树脂。
基底结构102的介电材料具有的导热系数值比高导热涂层106低。例如，基底结构102的介电材料FR4在垂直于部件承载件100的主表面的方向上(即，根据图2的竖向方向)可以具有约0.4W/mK的导热系数值。然而，高导热涂层106的介电材料可以具有显著更高的导热系数值，例如至少1W/mK(例如当体现为高导热预浸料时)，或甚至比100W/mK高(例如当体现为石墨烯时)。
参照图3，可以在层压之后移除临时承载件131，因为不再需要该临时承载件来支撑作为层压结果的所示结构的元件。因此，为了获得在图3中示出的结构，构成临时承载件131的胶带可以从图2中示出的结构的下主表面剥离。由于在层压期间高导热涂层106的先前未固化材料的固化，根据图3的结构现在具有足够稳定性以保持在一起，即使没有临时承载件131。此外，另外的导电层结构110(例如另外的铜箔)可以附接至图2中示出的结构的上主表面。
参照图4，示出了部件承载件100，其中，不仅基底结构102的上主表面被高导热涂层106覆盖，部件108的上主表面也被高导热涂层覆盖。另外，通过将另外的高导热层结构120(未示出)层压到图3中示出的结构的下主表面上，基底结构102的下主表面和部件108的下主表面现在也被高导热涂层106覆盖。于是，基本上基底结构102的整个表面以及基本上部件108的整个表面被高导热涂层106的材料覆盖。因此，在根据图4的配置中，基本上部件108的整个表面被高导热涂层106直接覆盖，这导致了用于在部件承载件100运行期间移除热量的高度有效热移除能力。
此外，到基底结构102和部件108的电连接形成为竖向互连结构，诸如铜过孔(对照于图4中的另外的导电层结构110)。为了这个目的，可以钻出(例如通过激光钻孔或机械钻孔)出入孔，并且后续用导电材料(诸如电镀铜)填充。这允许将嵌入的部件108电地连接至部件承载件100的电子环境，并且用于建立部件承载件100内的电连接。
根据图4中示出的本发明的示例性实施方案的部件承载件100体现为板形层压式印刷电路板(PCB)。有利地，高导热涂层106从中心凹部104延伸直至部件承载件100的侧向外部表面114。高导热涂层106覆盖了基底结构102的表面的主要部分和部件108的表面的主要部分，并且填充了基底结构102和部件108之间的间隙116。高度有利地，高导热涂层106覆盖基底结构102的两个相对主表面和部件108的两个相对主表面。涂层106形式的两侧高导热介电材料可以层压、印刷、沉积和/或分配到芯体式基底结构102和半导体部件108上面。
在根据图1至图4的实施方案中，提供了配置为嵌入包装的部件承载件100，其中，将高导热系数材料(对照涂层106)部分地或完全直接地层压、印刷、沉积和/或分配到嵌入的部件108的一个或两个侧上的表面上。待使用的材料可以为具有优选至少1W/mK的热消散特性的任何类型的介电材料。用于这个目的的高导热预浸料材料可以为例如具有填料(诸如氧化铝、传导性碳纤维等)的任何环氧类型的树脂化合物。也可以使用石墨烯或DLC基材料。
图5至图8示出了在执行根据本发明的另一示例性实施方案的制造具有嵌入部件108的部件承载件100的方法期间所获得的结构的截面视图。图5对应于图1，图6对应于图2，图7基本上对应于图3，以及图8基本上对应于图4。
图5至图8中示出的实施方案与根据图1至图4的实施方案不同在于，额外的电绝缘层结构112分别夹在最外面导电层结构110与基底结构102和部件108上面和下面的高导热涂层106的部分之间。这些额外***的电绝缘层结构112可以由普通的预浸料(诸如具有增强玻璃纤维的环氧树脂)制成，即具有比涂层106更低的导热系数值。鉴于高导热涂层106的极好的热性能，外结构不一定用这种特别的材料制成，并且因此能够以更少的成本提供和/或可以由具体选择为用于获得除热性能改善以外的其他效果(例如用于改善部件承载件100的机械完整性、电性能等)的材料制成。
在根据图5至图8的实施方案中，提供嵌入的封装式部件承载件，其中，将以涂层106形式的高导热材料部分地或完全直接地层压、印刷、沉积和/或分配到嵌入的部件108的一侧或两侧的表面上，其中，涂层106的高导热介电材料可以与具有普通/较低导热系数的标准预浸料材料结合。
图9至图11示出了在执行根据本发明的再一示例性实施方案的制造具有嵌入部件108的部件承载件100的方法期间所获得的结构的截面视图。
为了获得图9中示出的结构，多个电绝缘层结构112和多个导电层结构110通过层压连接至彼此，因此形成了基底结构102形式的层压堆叠体。在该堆叠体中，形成有凹部104，在此该凹部体现为基底结构102的部件承载件材料中的盲孔。可以例如通过在部件承载件材料内实施非粘附释放层(例如由蜡质部件制成)以及通过切割释放层(未示出)上面的部件承载件材料的一部分来形成该盲孔。然后将部件108安装在盲孔式凹部104中。在示出的实施方案中，两个最外面的电绝缘层结构112可以为PCB芯体，其中直接位于部件108之下的中心电绝缘层结构112可以为预浸料。
参照图10，基底结构102的暴露的上表面以及部件108的暴露的上表面通过沉积高导热涂层106(例如由石墨烯或类金刚石碳制成)的膜被覆盖。例如，可以通过分配、喷墨、丝网印刷、模板印刷等完成沉积。如此获得的高导热涂层这里体现为薄膜，更精确地，体现为三维弯曲连续层式薄膜。因此，形成涂层106的高导热材料的层在此体现为沉积在基底结构102的主表面上和部件108的主表面上的相对于基底结构102轻微地竖向缩进的弯曲层。因此形成的高导热涂层106覆盖部件108和基底结构102两者的侧壁和顶壁，以实现运行期间的适当的热移除。
参照图11，通过在PCB承载件封装的顶侧上的另外的层压和通过形成到基底结构102和部件108的电连接，完成所示部件承载件100的制造过程。因此，可以在图10中示出的结构的上主表面上层压至少一个另外的电绝缘层结构112和至少一个另外的导电层结构110。随后，可以钻出(例如通过激光处理或机械处理)出入孔，并且可以用导电材料(诸如铜)填充该出入孔，以便形成作为示出的导电层结构110的部分的竖向互连。
在根据图9至图11的实施方案中，提供了嵌入的包装，其中，高导热系数材料部分地或完全直接施加在嵌入的部件108的一侧的表面上，以使得在部件放置到PCB承载件上时，嵌入的部件承载件100已经完全地或部分地处理。
图12至图15示出了在执行根据本发明的再一示例性实施方案的制造具有嵌入部件108的部件承载件100的方法期间所获得的结构的截面视图。尽管图11中没有示出，但是可以可选地用高导热材料(诸如铜)覆盖基底结构102的侧壁118。
为了获得图12中示出的结构，可以执行参照图1描述的过程。
参照图13，然后可以在图12中示出的结构的顶部上层压一个或多个电绝缘层结构112(例如由普通预浸料制成)和一个或多个导电层结构110(例如由铜制成)。例如可以用标准或低导热系数材料层压、印刷、沉积和/或分配封装件顶层。其后，可以移除临时承载件131(例如胶带)。
参照图14，可形成高导热材料层，其可以体现为沉积在彼此齐平的基底结构102的下主表面上和部件108的下主表面上的共形平坦层。根据图14，所形成的高导热系数涂层106可以因此体现为具有基本上均匀厚度的层。高导热系数涂层106的材料可以为具有导热系数增强的填料(例如铝、碳化纤维等)的任何环氧类型的树脂化合物。石墨烯或DLC基材料也可以用于高导热涂层106。因此，在制造时可以完全地或者部分地将高导热涂层层压、印刷、沉积和/或分配到封装件或部件承载件100的底侧上。
参照图15，通过在图14的底侧上执行另外的层压过程以及通过形成到基底结构102和部件108的电连接来完成所示部件承载件100或嵌入的芯体封装件的形成。因此，如从图15中看到的，可以在图14中示出的结构的下主表面上形成一个或多个另外的电绝缘层结构112和/或一个或多个另外的导电层结构110。可以钻出接触孔，并且用导电材料填充该接触孔，以便在示出的实施方案中从两侧接触嵌入部件108。
在根据图12至图15的实施方案中，提供了嵌入的封装件或部件承载件100，其中，高导热系数材料部分地或完全直接地施加于具有嵌入部件108的部件承载件100的底部表面上。
图16至图18示出了在执行根据本发明的再一示例性实施方案的制造具有嵌入部件108的部件承载件100的方法期间所获得的结构的截面视图。
除了图9中直接位于部件108下方的电绝缘层结构112由图16中高导热涂层106形式的高热消散介电片材料代替以外，图16中示出的结构与于图9中示出的结构一样。因此，根据图16，提供了具有高导热系数介电材料的嵌入的芯体，形成了PCB承载件的部分。部件108可以放置在腔或凹部104的表面或内部上的PCB芯体上。因此，用通过层压而施加的高导热涂层106覆盖基底结构102的表面的部分和部件108的表面的部分。
参照图17，用通过沉积而施加的另外的高导热涂层106覆盖基底结构102和部件108两者的仍旧暴露表面的部分。换言之，可以在具有装配的部件108的嵌入芯体上印刷、沉积和/或分配高导热系数介电材料。如从图17中可以看到的，施加另外的高导热涂层106，以覆盖部件108的暴露上表面以及基底结构102的暴露表面。因此，基本上部件108的整个圆周表面都由高导热涂层106(部分层压和部分沉积)直接覆盖，该高导热涂层延伸直至图17中示出的结构的侧向暴露端部。
参照图18，所示部件承载件100的制造过程通过在封装件的顶部上层压高导热材料来继续。更具体地，另外的电绝缘层结构112以及一个或多个导电层结构110可以施加到图17中示出的结构的上主表面上。额外的结构中的一个是另外的高导热层结构120。根据图18的部件承载件100的热性能是极好的，因为基底结构102和部件108两者的大部分直接由导热材料的连续路径覆盖。这允许有效地将热量从部件108引导至部件承载件100的基底结构102的两个相对侧向表面。此外，可以完成到基底结构102和部件108的电连接。
根据图16至图18的实施方案中，提供了嵌入的包装件或部件承载件100，其中在部件108的一侧或两侧上的高导热层压材料与高导热系数的印刷材料、沉积材料和/或分配材料结合。后者可以在部件108表面上的一侧或两侧部分地或完全地直接形成，以使得当部件放置到PCB承载件上时，嵌入的PCB承载件已经完全地或部分地被处理。
用于涂层106的材料可以为具有优选1W/mK以上的热消散性能的任何类型的介电材料。该材料可以为任何环氧类型的具有填料(诸如氧化铝、碳化纤维等)的树脂化合物。石墨烯或DLC基材料也可使用。
图19至图22示出了在执行根据本发明的再一示例性实施方案的制造具有嵌入部件108的部件承载件100的方法期间所获得的结构的截面视图。
参照图19，用高导热涂层106的层覆盖基底结构102的下主表面以及侧壁118，该下主表面以及侧壁界定凹部104。因此，用完全地或部分地印刷、沉积和/或分配高热系数层形成PCB承载件的预成型件。基底结构102的介电材料可为或可不为高导热材料(例如可以基于高导热层结构120制造)。因此，在装配临时承载件131以及随其的部件108之前，在基底结构102上形成高导热涂层106。
为了获得图20中示出的结构，通过将胶带作为临时承载件131附接至图19的结构的下主表面，来封闭延伸穿过整个基底结构102且用于在基底结构102中形成凹部104的开口。此后，部件108安装在如此形成的盲孔中，以使得仅微小的间隙116(例如具有不大于50μm的横向宽度)保留在侧壁118上的高导热涂层106与部件108之间。
在使用临时承载件131的情况下，在制造中，涂覆的基底结构102放置在临时承载件131上，并且部件108放置在临时承载件131上，位于封装件的凹部104中。基底结构102还可以替选地体现为具有盲孔的PCB承载件，以使得临时承载件131是可选的。
为了获得图21中示出的结构，另外的电绝缘层结构112和另外的导电层结构110通过层压连接至图20中示出的结构的上主表面。更具体地可以层压、印刷、沉积和/或分配下一个介电加强层，其可为或者可不为高导热材料。另外的电绝缘层结构112也可以由高导热材料制成，并且然后可以形成涂层106的部分。此后，可以移除临时承载件131。
如图22中示出的，在移除临时承载件131之后，可以将另外的电绝缘层结构112和导电层结构110与图21中示出的结构的下主表面连接。另外地，可以钻出出入孔并且用导电材料填充该出入孔，以完成图22中示出的部件承载件100的形成。因此，可以通过在封装件(可为或者可不为高导热系数材料)的底侧上层压另外的介电层来完成嵌入的芯体封装件或部件承载件100，并且可以形成到基底结构102和部件108的电连接。在图19至图22的实施方案中，提供了嵌入的封装件，其中，在放置部件之前，在PCB承载件上部分地印刷、沉积和/或分配高导热系数材料。在图22的实施方案中，部件承载件100的整个介电层结构可以例如由高导热材料制成，以用于极好的热移除性能。
图23至图26示出了在执行根据本发明的再一示例性实施方案的制造具有嵌入部件108的部件承载件100的方法期间所获得的结构的截面视图。
参照图23，用基底结构102的腔壁(参照竖向侧壁118)形成PCB承载件或部件承载件100的预成型件，所述腔壁用导电和导热的材料(诸如铜或铝)电镀，以改善和增强导热系数。基底结构102的介电材料可具有或者可不具有高导热系数。
参照图24，根据图23处理的基底结构102放置在临时承载件131上。随后，部件108安装在封装件上。还可以将基底结构102制造为不需要临时承载件131，例如如图9至图11中示出的。
参照图25，然后可以层压、印刷、沉积和/或分配下一个增强层，该增强层可由或者可不由高导热系数材料制成。在硬化结构(特别通过是层压)之后，可以移除临时承载件131。
参照图26，可以通过在封装件(可由或者可不由高导热系数材料制成)的底侧上层压另外的介电层来完成嵌入的芯体封装件或部件承载件100。可以形成到基底结构102和部件108的电连接。
图23至图26中示出的实施方案与参照图19至图22描述的实施方案不同之处基本在于：铜材料沉积在基底结构102的侧壁118上，以形成其高导热涂层106。因此相应的实施方案涉及嵌入的封装件或部件承载件100，其中，通过形成腔或凹部104中的金属板壁来增强热消散。
图27至图30示出了根据本发明的示例性实施方案的具有嵌入部件108的部件承载件100的分解视图。
在图27中示出的实施方案对应于一种配置，在该配置中，通过附接至基底结构102和部件108两者的两个相对主表面的两个高导热层结构120形成高导热涂层106。
图28的实施方案涉及一种配置，在该配置中，通过与基底结构102的侧壁118的铜涂层结合的基底结构102的相对主表面上的相应介电层段的结合，形成高导热涂层106。
图29的实施方案与图28的实施方案不同之处在于：高导热涂层106由一种材料组成，然而该材料以如图28中的类似方式沿着顶部壁和底部壁以及侧壁118延伸。
图30示出了不仅施加在基底结构102上也施加在部件108上的高导热涂层106，并且其体现为从部件承载件100的侧向暴露表面延伸直至嵌入部件108的位置的连续的弯曲层。
应当注意，术语“包括”并不排除其他元件或步骤，并且“一个”或“一”并不排除多个。与不同实施方案相关联描述的元件也可以进行组合。
还应当注意，权利要求中的附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。
本发明的实现方式不限于附图中所示的和上面描述的优选实施方案。而是，使用所示出的方案和根据本发明的原理的多种变型都是可能的，即使在根本不同的实施方案的情况下也如此。

Claims (42)

1.一种用于为部件提供机械支撑和/或电气连接的部件承载件（100），其中，所述部件承载件（100）包括：
具有凹部（104）的基底结构（102）；
覆盖所述基底结构（102）的表面的至少部分的高导热涂层（106）；
所述凹部（104）中的部件（108），
其中，所述高导热涂层（106）从所述凹部（104）起连续地延伸直至所述部件承载件（100）的侧向外部表面（114），
其中，所述高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的两个相对主表面中的每一主表面的至少一部分，并且覆盖所述部件（108）的两个相对主表面中的每一主表面的至少一部分，以及
其中，在位于所述部件（108）的两个相对主表面中的一个主表面上的所述高导热涂层上设置有另外的高导热层结构（120）。
2.根据权利要求1所述的部件承载件（100），其中，所述高导热涂层（106）覆盖所述部件（108）的表面的至少部分。
3.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，在垂直于所述部件承载件（100）的主表面的方向上，所述高导热涂层（106）具有至少1W/mK的导热系数值。
4.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，在垂直于所述部件承载件（100）的主表面的方向上，所述高导热涂层（106）具有至少10 W/mK的导热系数值。
5.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，在垂直于所述部件承载件（100）的主表面的方向上，所述高导热涂层（106）具有至少50 W/mK的导热系数值。
6.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述高导热涂层（106）包括由以下组成的组中的至少一种材料：类金刚石碳、石墨烯、高导热预浸料、填充有高导热填料颗粒的树脂、铜和铝。
7.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述高导热涂层（106）从所述凹部（104）中的所述部件（108）连续地延伸直至所述部件承载件（100）的外部表面（114）。
8.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述高导热涂层（106）为三维弯曲的连续层。
9.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述高导热涂层（106）为具有均匀厚度的层。
10.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的表面的至少部分、所述部件（108）的表面的至少部分以及所述凹部（104）中的位于所述基底结构（102）与所述部件（108）之间的间隙（116）的至少部分。
11.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述高导热涂层（106）覆盖以下至少之一：所述基底结构（102）的两个相对主表面的至少部分，和所述部件（108）的两个相对主表面的至少部分。
12.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述高导热涂层（106）的至少部分覆盖所述基底结构（102）的所述凹部（104）的侧壁（118）。
13.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述基底结构（102）的介电材料具有的导热系数值比所述高导热涂层（106）的导热系数值小。
14.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，在垂直于所述部件承载件（100）的主表面的方向上，所述基底结构（102）的介电材料具有小于1W/mK的导热系数值。
15.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，在垂直于所述部件承载件（100）的主表面的方向上，所述基底结构（102）的介电材料具有小于0.5W/mK的导热系数值。
16.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述基底结构（102）包括由以下组成的组中之一：芯体，和包括至少一个导电层结构（110）和/或至少一个电绝缘层结构（112）的堆叠体。
17.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述部件（108）热耦接至所述高导热涂层（106）。
18.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），包括连接在所述基底结构（102）和所述部件（108）中至少一个上的至少一个电绝缘层结构（112）和/或至少一个导电层结构（110）。
19.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），包括层压在所述基底结构（102）和所述部件（108）中至少一个上的至少一个电绝缘层结构（112）和/或至少一个导电层结构（110）。
20.根据权利要求16所述的部件承载件（100），其中，所述基底结构（102）的导电材料和所述至少一个导电层结构（110）中的至少一个包括由铜、铝、镍、银、金、钯和钨组成的组中的至少一种，上述材料中的任何一种均用超导材料涂覆。
21.根据权利要求20所述的部件承载件（100），其中，所述超导材料为石墨烯。
22.根据权利要求16所述的部件承载件（100），其中，所述基底结构（102）的介电材料和所述至少一个电绝缘层结构（112）中的至少一个包括由以下组成的组中的至少一种：树脂；玻璃；液晶聚合物；陶瓷；以及金属氧化物。
23.根据权利要求22所述的部件承载件（100），其中，所述树脂包括增强树脂或非增强树脂。
24.根据权利要求22所述的部件承载件（100），其中，所述树脂包括下述中的一种或多种：FR-4、FR-5、氰酸酯、聚亚苯基衍生物、聚酰亚胺、聚酰胺、预浸材料、以及聚四氟乙烯。
25.根据权利要求22所述的部件承载件（100），其中，所述树脂为环氧基加强膜。
26.根据权利要求22所述的部件承载件（100），其中，所述树脂为环氧树脂或双马来酰亚胺-三嗪树脂。
27.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述部件（108）选自由以下组成的组：不导电嵌体、导电嵌体、热传递单元、导光元件、能量收集单元、有源电子部件以及无源电子部件。
28.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述部件（108）选自由以下组成的组：电子芯片、存储设备、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电接口元件、电压转换器、加密部件、发射器和/或接收器、机电换能器、致动器、微机电***、微处理器、电容器、电阻器、电感、蓄电池、开关、相机、天线、磁性元件、光导、以及另外的部件承载件（100）。
29.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述部件（108）选自由以下组成的组：存储设备、滤波器、集成电路、信号处理部件、功率管理部件、光电接口元件、电压转换器、加密部件、发射器和/或接收器、机电换能器、致动器、微机电***、微处理器、电容器、电阻器、电感、蓄电池、开关、相机、天线、磁性元件、光导、另外的部件承载件（100）以及逻辑芯片。
30.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），成形为板。
31.根据权利要求1或2所述的部件承载件（100），其中，所述部件承载件（100）配置成由印刷电路板和基板组成的组中之一。
32.一种制造用于为部件提供机械支撑和/或电气连接的部件承载件（100）的方法，其中，所述方法包括：
提供具有凹部（104）的基底结构（102）；
用高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的表面的至少部分；
将部件（108）安装在所述凹部（104）中，
其中，所述高导热涂层（106）从所述凹部（104）起连续地延伸直至所述部件承载件（100）的侧向外部表面（114），
其中，所述高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的两个相对主表面中的每一主表面的至少一部分，并且覆盖所述部件（108）的两个相对主表面中的每一主表面的至少一部分，以及
其中，在位于所述部件（108）的两个相对主表面中的一个主表面上的所述高导热涂层上设置有另外的高导热层结构（120）。
33.根据权利要求32所述的方法，其中，通过由层压、印刷、化学气相沉积和物理气相沉积组成的组中的至少一种，用所述高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的所述表面。
34.根据权利要求33所述的方法，其中，所述印刷为喷墨、丝网印刷、或模板印刷。
35.根据权利要求32或33所述的方法，其中，通过将高导热层结构（120）层压在所述基底结构（102）和所述部件（108）上，用所述高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的所述表面。
36.根据权利要求32或33所述的方法，其中，通过将第一高导热层结构（120）层压在所述基底结构（102）的第一主表面上，用所述高导热涂层（106）覆盖所述第一主表面，并且同时地通过将第二高导热层结构（120）层压在所述基底结构（102）的第二主表面上，用所述高导热涂层（106）覆盖所述第二主表面。
37.根据权利要求32或33所述的方法，其中，通过沉积高导热材料的层，用所述高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的所述表面。
38.根据权利要求32或33所述的方法，其中，通过沉积高导热材料的共形层，用所述高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的所述表面。
39.根据权利要求37所述的方法，其中，所述高导热材料的层为沉积在彼此齐平的所述基底结构（102）的主表面和所述部件（108）的主表面上的平坦层。
40.根据权利要求37所述的方法，其中，所述高导热材料的层为沉积在所述基底结构（102）的主表面上和相对于所述基底结构（102）缩进的所述部件（108）的主表面上的弯曲层。
41.根据权利要求32或33所述的方法，其中，用通过层压施加的高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的所述表面的第一部分，并且用通过沉积施加的高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的所述表面的第二部分。
42.根据权利要求32或33所述的方法，其中，用所述高导热涂层（106）覆盖所述基底结构（102）的整个表面和所述部件（108）的整个表面中至少之一。
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