DE102014107909A1

DE102014107909A1 - Leiterplatten und Verfahren zu deren Herstellung

Info

Publication number: DE102014107909A1
Application number: DE102014107909.4A
Authority: DE
Inventors: Joachim Mahler; Ralf Otremba
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2014-06-05
Filing date: 2014-06-05
Publication date: 2015-12-17
Also published as: US9648735B2; CN105246244A; US20170208684A1; US20150359091A1; US9986636B2

Abstract

Eine Leiterplatte enthält eine elektrisch leitende Schicht und eine dielektrische, ein Polymer enthaltende Schicht, wobei das Polymer metallische Partikel enthält.

Description

Die Offenbarung betrifft Leiterplatten (PCBs). Weiterhin betrifft die Offenbarung Verfahren zur Herstellung von PCBs.
Elektronische Anordnungen können PCBs und elektronische Komponenten enthalten, die oberhalb der oder in den PCBs angeordnet sein können. Während des Betriebs können die elektronischen Komponenten thermische Energie erzeugen, die Leistungsfähigkeit und Zuverlässigkeit der elektronischen Anordnungen beeinflussen können. PCBs und Verfahren zur Herstellung von PCBs müssen andauernd verbessert werden. Insbesondere kann es wünschenswert sein, einen effizienten und stabilen Betrieb einer elektronischen Anordnung mit einer PCB bereitzustellen.
Die begleitenden Abbildungen sind beigefügt, um ein weiteres Verständnis der Aspekte zu schaffen, und bilden einen Bestandteil dieser Beschreibung. Die Abbildungen veranschaulichen Aspekte und dienen zusammen mit der Beschreibung zur Erklärung der Prinzipien der Aspekte. Andere Aspekte und viele der beabsichtigten Vorteile der Aspekte werden leicht ersichtlich, wenn diese unter Zuhilfenahme der folgenden detaillierten Beschreibung besser verstanden werden. Die Bestandteile der Abbildungen sind nicht notwendigerweise zueinander maßstabsgetreu. Gleiche Bezugszahlen können entsprechende, ähnliche Teile bezeichnen.
1 veranschaulicht schematisch eine Querschnitts-Ansicht einer beispielhaften PCB gemäß der Offenbarung.
2 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das ein Polymer enthalten kann. Das Polymer kann metallische Partikel enthalten. Das dielektrische Material kann in einer PCB enthalten sein.
3 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das ein Polymer enthalten kann. Das Polymer kann metallische Partikel enthalten, die mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sein können. Das dielektrische Material kann in einer PCB enthalten sein.
4 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines Materials, dass ein Polymer enthalten kann. Das Polymer kann metallische Partikel enthalten, die elektrisch leitende Pfade bilden können. Das dielektrische Material kann in einer PCB enthalten sein.
5 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das ein Polymer enthalten kann. Das Polymer kann metallische Partikel in Form von metallischen Fasern enthalten. Das dielektrische Material kann in einer PCB enthalten sein.
6 veranschaulicht schematisch eine beispielhafte PCB gemäß der Offenbarung.
7 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das ein Polymer enthalten kann. Das Polymer kann eine Schichtstruktur enthalten. Das dielektrische Material kann in einer PCB enthalten sein.
8 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das ein Polymer enthalten kann. Das Polymer kann eine Schichtstruktur enthalten, sowie ein Material, das zwischen den Schichten der Schichtstruktur angeordnet sein kann. Das dielektrische Material kann in einer PCB enthalten sein.
9 veranschaulicht schematisch ein Flussdiagramm, das ein beispielhaftes Verfahren zur Herstellung einer PCB gemäß der Offenbarung veranschaulicht.
10A bis 10F veranschaulichen schematisch eine Querschnitts-Ansicht eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung einer PCB gemäß der Offenbarung.
In der folgenden detaillierten Beschreibung wird auf die begleitenden Abbildungen Bezug genommen, in denen besondere Aspekte, in denen diese Offenbarung umgesetzt wird, veranschaulicht werden. In dieser Hinsicht werden Richtungsangaben wie „oben”, „unten”, „vorne”, „hinten”, usw. mit Bezug auf die Ausrichtung der beschriebenen Gegenstände verwendet. Da Bestandteile beschriebener Vorrichtungen in einer Anzahl verschiedener Ausrichtungen angeordnet werden können, werden die Richtungsangaben zum Zwecke der Veranschaulichung verwendet und sind in keiner Weise einschränkend. Andere Aspekte können verwendet werden und strukturelle oder logische Änderungen können gemacht werden, ohne vom Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen. Folglich ist diese detaillierte Beschreibung nicht auf einschränkende Weise zu verstehen, und der Schutzumfang der vorliegenden Offenbarung wird durch die angehängten Patentansprüche definiert.
Die in dieser Beschreibung angewendeten Begriffe wie „verbunden”, „gekoppelt”, „elektrisch verbunden” und/oder „elektrisch gekoppelt” bedeuten nicht notwendigerweise, dass Elemente direkt miteinander verbunden oder gekoppelt sein müssen. Zwischenelemente können zwischen den „verbundenen”, „gekoppelten”, „elektrisch verbundenen” und/oder „elektrisch gekoppelten” Elementen angeordnet sein.
Ferner kann das Wort „über”, hier zum Beispiel mit Bezug auf eine „über” einer Oberfläche eines Objektes gebildete oder angeordnete Schicht verwendet, bedeuten, dass die Materialschicht „direkt auf” (zum Beispiel gebildet, abgeschieden, usw.) angeordnet ist, zum Beispiel in direktem Kontakt mit der besagten Oberfläche. Allerdings kann das Wort „über”, hier zum Beispiel mit Bezug auf eine „über” einer Oberfläche eines Objektes gebildete oder angeordnete Schicht verwendet, bedeuten, dass die Materialschicht „indirekt auf” (zum Beispiel gebildet, abgeschieden, usw.) besagter Oberfläche angeordnet ist, zum Beispiel können eine oder mehrere zusätzliche Schichten zwischen der besagten Oberfläche und der Materialschicht angeordnet sein.
PCBs und Verfahren zur Herstellung von PCBs werden hierin beschrieben. In Verbindung mit einer beschriebenen PCB gemachte Bemerkungen gelten gleichermaßen für ein entsprechendes Herstellungsverfahren und umgekehrt. Wenn zum Beispiel ein besonderer Bestandteil einer PCB beschrieben wird, so kann ein entsprechendes Herstellungsverfahren der PCB eine Handlung zur Bereitstellung des Bestandteils auf geeignete Weise beinhalten, selbst wenn diese Handlung nicht explizit in den Abbildungen beschrieben oder veranschaulicht ist. Weiterhin können die hier beschriebenen Merkmale der verschiedenen beispielhaften Aspekte miteinander kombiniert werden, sofern dies nicht ausdrücklich anders vermerkt wird.
Eine PCB kann elektronische Komponenten mechanisch stützen und elektrisch verbinden, indem Leiterbahnen, Kontaktflächen und weitere technische Merkmale verwendet werden, die aus den elektrisch leitenden Schichten erstellt werden können, die über einem nichtleitenden Substrat gebildet wurden. In einem Beispiel kann eine PCB einseitig sein (zum Beispiel eine Kupferschicht). In weiteren Beispielen kann eine PCB doppelseitig sein (zum Beispiel zwei Kupferschichten) oder mehrschichtig. Über verschiedenen Schichten angeordnete Leiter können über beschichtete Durchgangslöcher (oder Via-Verbindungen) verbunden werden. Eine PCB kann Komponenten wie zum Beispiel Kondensatoren, Widerstände und aktive Bauelemente enthalten, die auch in das Substrat eingebettet sein können.
Eine PCB kann nur elektrisch leitfähige Verbindungen (zum Beispiel Kupferverbindungen) enthalten, aber keine eingebetteten Komponenten. Eine solche Platte kann als gedruckte Verdrahtungsplatte (PWB) oder geätzte Verdrahtungsplatte bezeichnet werden. Alternativ kann eine PCB elektronische Komponenten enthalten und kann dann als gedruckte Schaltungsbaugruppe (PCA), Leiterplattenbaugruppe oder PCB-Baugruppe (PCBA) bezeichnet werden. Die hier verwendete Bezeichnung PCB kann sowohl für nackte als auch für bestückte Platten benutzt werden. Die vorliegende Beschreibung ist nicht auf eine bestimmte Art von PCB beschränkt.
Halbleiterchips beliebigen Typs können auf und/oder in einer PCB angeordnet werden. Zum Beispiel können die Halbleiterchips integrierte elektrische und/oder elektrooptische und/oder elektromechanische Schaltungen und/oder passive Bauelemente, usw. umfassen. Die integrierten Schaltungen können als logische integrierte Schaltungen und/oder analoge integrierte Schaltungen und/oder integrierte Mischsignalschaltungen und/oder integrierte Leistungsschaltungen und/oder Speicherschaltungen und/oder integrierte passive und/oder mikroelektromechanische Systeme, usw. entworfen sein. In einem Beispiel können die Halbleiterchips einen oder mehrere Leistungshalbleiter umfassen. Solche Leistungshalbleiterchips können als Dioden und/oder Leistungs-MOSFETs (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistors) und/oder IGBTs (Insulated Gate Bipolar Transistors) und/oder JFETs (Junction Gate Field Effect Transistors) und/oder Super-Junction Bauelemente und/oder bipolare Leistungstransistoren, usw. ausgelegt werden. In einem Beispiel kann ein Halbleiterchip in einem SMD (Surface Mounted Device) enthalten sein. Die Halbleiterchips können aus einem elementaren Halbleitermaterial, zum Beispiel Silizium, usw., bestehen oder dieses umfassen. Weiterhin können die Halbleiterchips aus einem Verbundhalbleitermaterial bestehen, zum Beispiel SiC und/oder SiGe und/oder GaAs, usw., oder dieses umfassen. Die Halbleiterchips können verpackt oder unverpackt sein. Eine Halbleiterverpackung kann einem Halbleiterbauelement entsprechen, das ein Kapselungsmaterial umfasst, das mindestens teilweise einen oder mehrere Bestandteile des Halbleiterbauelements einkapselt.
Im Allgemeinen kann eine PCB unter Verwendung von Laminaten und/oder kupferplattierten Laminaten und/oder harzimprägniertem B-stage-Gewebe (Prepreg) und/oder Kupferfolie und/oder leitfähiger Tinte, etc. hergestellt werden. Laminatmaterialien können ET-Epoxy und/oder Verbund-Epoxymaterial und/oder CEM-1,5 und/oder Cyanatester und/oder FR-2 und/oder FR-4 und/oder Polyimid und/oder PTFE (Teflon), usw. umfassen. Eine PCB gemäß der Offenbarung kann eines oder mehrere der im Folgenden spezifizierten Materialien umfassen.
1 veranschaulicht schematisch eine Querschnitts-Ansicht einer PCB 100 gemäß der Offenbarung. Die PCB 100 kann eine elektrisch leitende Schicht 12 enthalten. Zusätzlich kann die PCB 100 eine dielektrische Schicht 14 enthalten, die ein Polymer enthalten kann. Das Polymer kann metallische Partikel enthalten. In dem Beispiel der 1 ist die PCB 100 auf eine allgemeine Weise veranschaulicht, kann aber weitere Komponenten enthalten, die aus Vereinfachungsgründen nicht abgebildet sind. Zum Beispiel kann die PCB 100 eine oder mehrere in Verbindung mit anderen Leiterplatten gemäß dieser Offenbarung spezifizierte Komponenten enthalten.
In dem Beispiel der 1 ist die elektrisch leitende Schicht 12 als eine Schicht gezeigt, die über einer oberen Oberfläche der dielektrischen Schicht 14 angeordnet sein kann. Die gewählte Veranschaulichung ist beispielhaft und in keiner Weise beschränkend. In einem Beispiel kann die elektrisch leitende Schicht 12 zumindest teilweise über der Oberfläche der dielektrischen Schicht 14 angeordnet sein. In einem weiteren Beispiel kann die elektrisch leitende Schicht 12 zumindest teilweise in der dielektrischen Schicht 14 angeordnet sein. Die elektrisch leitende Schicht 12 kann eine oder mehrere elektrisch leitende Leiterbahnen enthalten. Zusätzlich kann die elektrisch leitende Schicht 12 ein oder mehrere Vias enthalten, die sich zumindest teilweise durch die PCB 100 erstrecken und dafür ausgelegt sein können, verschiedene Teile der elektrisch leitenden Schicht 12 elektrisch zu koppeln.
Beispielhafte dielektrische Materialien, die zur Herstellung der dielektrischen Schicht 14 der PCB 100 verwendet werden können, werden in Verbindung mit 2 bis 5 beschrieben.
Während des Betriebs kann eine (nicht gezeigte) über oder in der PCB 100 angeordnete elektronische Komponente thermische Energie erzeugen, die die Anordnung aufheizt. Zum Beispiel können Leistungshalbleiterbauelemente Temperaturen in einem Bereich von 140°C bis ungefähr 200°C, speziell in einem Bereich von etwa 150°C bis 175°C, erzeugen. In einigen Fällen kann die Temperatur auch auf Werte jenseits von 200°C steigen. Hierbei kann erhöhte Wärmedissipation innerhalb der Anordnung wünschenswert sein, um die thermische Energie über die PCB 100 zu verteilen und/oder eine Wärmedissipation in eine von den Wärmequellen und den elektronischen Bauelementen weggerichtete Richtung zu unterstützen. Solche Wärmedissipation kann durch Anwendung eines oder mehrerer der unten beschriebenen dielektrischen Materialien unterstützt werden.
2 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das in einer PCB gemäß der Offenbarung enthalten sein kann. Zum Beispiel kann das dielektrische Material zur Herstellung der dielektrischen Schicht 14 der PCB 100 verwendet werden. Das dielektrische Material kann ein Polymer 16 enthalten, das metallische Partikel 18 enthalten kann. Insbesondere kann das Polymer 16 ein thermoplastisches Polymer und/oder ein duroplastisches Polymer und/oder eine Mischung derselben umfassen. Ganz besonders kann das Polymer 16 ein hochleistungs-thermoplastisches Polymer umfassen, das langfristigen Einsatztemperaturen von mindestens 150°C und kurzfristigen Nutztemperaturen, die höher als etwa 250°C sein können, standhält.
Ein thermoplastisches Material, das vom Polymer 16 umfasst wird, kann amorphe und/oder kristalline Polymere umfassen. Zum Beispiel können thermoplastische Polymere Polyetheretherketon (PEEK) und/oder Polyamid-Imid (PAI) und/oder Polyethersulfon (PES) und/oder Polysulfon (PSU) und/oder Polytretrafluorethylen (PTFE) und/oder Polyphenylensulfid (PPS) und/oder Flüssigkristallpolymer (LCP) umfassen.
Bei Raumtemperatur können thermoplastische Polymere hart sein und nicht notwendigerweise eine Aushärtung erfordern. Thermoplastische Polymere können durch Erhöhen der Temperatur über einen bestimmten Wert, bei dem das Material weich oder flüssig wird, verarbeitet werden. Diese Temperatur wird für ein amorphes thermoplastisches Polymer auch als Glasübergangstemperatur bezeichnet, oder als Schmelztemperatur für ein kristallines oder semikristallines thermoplastisches Material. Eine Glasübergangstemperatur für ein amorphes thermoplastisches Polymer oder eine Schmelztemperatur für ein kristallines oder semikristallines thermoplastische Material, das zur Bildung der dielektrischen Schicht 14 verwendet werden kann, kann größer oder gleich ungefähr 260°C sein. Mit einer Glasübergangstemperatur oder einer Schmelztemperatur über 260°C wird das von der PCB 100 umfasste dielektrische Material 16 während der Verarbeitungsschritte wie zum Beispiel dem Löten elektronischer Komponenten auf die PCB 100 nicht notwendigerweise weich.
Ein thermoplastisches Material kann ein- oder mehrfach erhitzt werden. Jedes Mal, wenn ein thermoplastisches Polymer über dessen Glasübergangs- oder Schmelztemperatur erhitzt wird, kann es weich werden, und es kann aushärten, wenn die Temperatur unter diese Temperatur fällt. Insofern kann der Schritt des Aufweichens oder Aushärtens reversibel sein.
Ein Duroplast oder thermisch aushärtendes Polymer, das von dem Polymer 16 umfasst sein kann, kann ein Epoxy und/oder ein Acrylat und/oder Akrylharz und/oder ein Imid und/oder ein Polyimid und/oder ein Silikonharz und/oder ein Cyanatester und deren Mischungen umfassen. Ein Duroplast muss nicht notwendigerweise einer erhöhten Aushärtetemperatur ausgesetzt werden, um Auszuhärten oder vernetzende chemische Reaktionen zwischen Monomeren auszulösen. Sobald das Duroplast ausgehärtet ist, kann es unmöglich sein, das Material wieder zu erweichen.
Das Polymer 16 kann mit hydrophoben Eigenschaften versehen werden, so dass eine das dielektrische Material umfassende PCB gegen Feuchtigkeit geschützt sein kann. Zum Beispiel können hydrophobe Eigenschaften durch Umfassen von Parylene bereitgestellt werden, das aus der Gasphase abgeschieden werden kann.
Polymere, die unter den dielektrischen Materialien enthalten sein können, können eine reduzierte thermische Leitfähigkeit aufweisen. Insbesondere können die Polymere eine thermische Leitfähigkeit von etwa 0,1 W/(mK) bis etwa 0,5 W/(mK) haben. Um eine erhöhte thermische Leitfähigkeit zu erreichen, kann das Polymer 16 mit elektrisch leitenden Partikeln gefüllt werden, zum Beispiel den metallischen Partikeln 18. Metalle können eine thermische Leitfähigkeit von etwa 10 W/(mK) bis etwa 400 W/(mK) haben. Durch Füllen des Polymers 16 mit den metallischen Partikeln 18 kann die thermische Leitfähigkeit des dielektrischen Materials angepasst werden.
Die thermische Leitfähigkeit kann eine Funktion des volumetrischen Füllfaktors der metallischen Partikel 18 in dem Polymer 16 sein. Der volumetrische Füllfaktor der metallischen Partikel 18 kann so gewählt werden, um eine thermische Leitfähigkeit von mindestens ungefähr 10 W/(mK), insbesondere von mindestens ungefähr 20 W/(mK) zu erreichen. Die metallischen Füllpartikel 18 können aus einem geeigneten Metall oder einer geeigneten Metalllegierung bestehen. Zum Beispiel ist Kupfer ein Metall, das eine hohe thermische Leitfähigkeit aufweist. Insofern kann Kupfer für die Füllpartikel verwendet werden.
Die thermische Leitfähigkeit kann proportional zum Füllfaktor anwachsen.
Polymere können elektrisch isolierend sein, während Metallpartikel elektrisch leitend sein können. Die metallischen Füllpartikel 18 in dem Polymer 16 können das gefüllte dielektrische Material mit elektrischer Leitfähigkeit versehen. Die elektrische Leitfähigkeit des gefüllten Polymers 16 muss nicht notwendigerweise proportional mit dem Füllfaktor anwachsen, sondern kann recht abrupt bei einer sogenannten Perkolationsschwelle ansteigen. Die Perkolationsschwelle kann auftreten, wenn der Füllfaktor groß genug ist, dass sich die metallischen Partikel 18 gegenseitig berühren und damit leitende Pfade schaffen. Eine beispielhafte Bildung von elektrisch leitenden Pfaden ist im Zusammenhang mit 4 beschrieben.
Elektrische Leitfähigkeit des dielektrischen Materials kann erwünscht sein und der volumetrische Füllfaktor kann so gewählt werden, dass ein Wert oberhalb der Perkolationsschwelle erreicht wird. Mit einem hohen volumetrischen Füllfaktor kann die thermische Leitfähigkeit ebenfalls hoch sein. Andererseits kann eine elektrische Leitfähigkeit der dielektrischen Schicht unerwünscht sein und der volumetrische Füllfaktor kann so gewählt werden, dass ein Wert unterhalb der Perkolationsschwelle erreicht wird. Mit einem niedrigen volumetrischen Füllfaktor kann die thermische Leitfähigkeit ebenfalls geringer sein. Insbesondere kann der volumetrische Füllfaktor der metallischen Partikel 18 in dem Polymer 16 einen Wert von etwa 20% bis etwa 90% haben.
In einem Beispiel können die metallischen Partikel 18 unbeschichtet sein. Folglich kann der Füllfaktor so gewählt werden, dass er unter der Perkolationsschwelle bleibt, falls elektrische Leitfähigkeit vermieden werden muss. In einem weiteren Beispiel können die metallischen Partikel 18 mit einem Isolator, zum Beispiel einem Material mit einer sehr geringen elektrischen Leitfähigkeit bis zu einer elektrischen Leitfähigkeit von Null, beschichtet werden.
Unterschiedliche volumetrische Füllfaktoren der metallischen Partikel 18 in dem Polymer 16 können ebenso in unterschiedlichen thermischen Ausdehnungskoeffizienten (CTE) des dielektrischen Materials resultieren. Insbesondere kann der volumetrische Füllfaktor der metallischen Partikel 18 so gewählt werden, dass ein CTE einer mit dem dielektrischen Material gebildeten Schicht einem CTE von mindestens einer weiteren Komponente einer Anordnung ähnlich ist, die das dielektrische Material enthält. Zum Beispiel kann der CTE des dielektrischen Materials dem CTE eines Halbleiterchips oder dem CTE eines Einkapselungsmaterials, usw. ähnlich sein, das in Kontakt mit und/oder nahe an dem dielektrischen Material ist.
3 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das in einer PCB gemäß der Offenbarung enthalten sein kann. Zum Beispiel kann das dielektrische Material zur Herstellung der dielektrischen Schicht 14 der PCB 100 verwendet werden. Das dielektrische Material kann ein Polymer 16 enthalten, das metallische Partikel 18 enthalten kann. Die metallischen Partikel 18 können mit einem elektrisch isolierenden Material 20 beschichtet sein. Zum Beispiel kann das elektrisch isolierende Material 20 aus einem Oxid des Metalls der metallischen Partikel 18 bestehen oder dieses beinhalten. Eine Beschichtung der metallischen Partikel 18 kann den Effekt haben, dass das dielektrische Material selbst bei einem erhöhten volumetrischen Füllfaktor nicht notwendigerweise elektrisch leitend wird. Der volumetrische Füllfaktor der metallischen Partikel 18 in dem Polymer 16 kann einen Wert von etwa 20% bis etwa 90% haben. Selbst bei einem Füllfaktor nahe 90% oder darüber wird das Polymer 16 nicht notwendigerweise elektrisch leitend. Infolgedessen kann die thermische Leitfähigkeit erhöht werden, ohne dass das gefüllte Polymer 16 eine elektrische Leitfähigkeit autweist.
Zum Beispiel kann eine Beschichtung der metallischen Partikel 18 durch Eintauchen der metallischen Partikel 18 in eine Ammoniumsulfat-(NH₄-)Lösung erreicht werden. Danach können die metallischen Partikel 18 auf eine Temperatur von etwa 200°C oder höher erwärmt werden. Das Resultat kann eine Beschichtung sein, die ein Oxid des Metalls enthält, zum Beispiel ein Kupferoxid.
4 zeigt ein Beispiel eines Materials, das in einer PCB gemäß der Offenbarung enthalten sein kann. Das Material kann das Polymer 16 enthalten. Das Polymer 16 kann unbeschichtete metallische Partikel 18 mit einem hohen Füllfaktor oberhalb der Perkolationsschwelle enthalten. Die metallischen Partikel 18 können einander mindestens teilweise berühren, wobei elektrisch leitende Pfade gebildet werden. Im Gegensatz dazu müssen wie in 3 gezeigte beschichtete metallische Partikel 18 nicht notwendigerweise elektrisch leitende Pfade bilden, selbst wenn sich diese gegenseitig berühren, da die isolierende Beschichtungsschicht 20 die metallischen Partikel 18 voneinander isolieren kann. Folglich muss nicht notwendigerweise elektrische Leitfähigkeit auftreten. Durch die Verwendung beschichteter metallischer Partikel 18 kann somit der Füllfaktor erhöht werden, um eine höhere thermische Leitfähigkeit ohne unerwünschte elektrische Leitfähigkeit zu erzielen.
In den Beispielen der 2 bis 4 sind die metallischen Partikel 18 schematisch als kugelförmige Teile veranschaulicht. In weiteren Beispielen können die metallischen Partikel 18 beliebige andere Formen oder Gestalt aufweisen, zum Beispiel eine Blattform oder eine elliptische Form. Zum Beispiel können die metallischen Partikel 18 Abmessungen von etwa 75 μm (Mikrometer) bis etwa 100 μm (Mikrometer) aufweisen.
5 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das in einer PCB gemäß der Offenbarung enthalten sein kann. Zum Beispiel kann das dielektrische Material zur Herstellung der dielektrischen Schicht 14 der PCB 100 verwendet werden. Das dielektrische Material kann ein Polymer 16 enthalten, das metallische Partikel in Form von metallischen Fasern 22 enthalten kann. In einem Beispiel können die metallischen Fasern 22 aus Kupfer und/oder einer Kupferlegierung bestehen oder diese enthalten. Die metallischen Fasern 22 können beschichtet oder unbeschichtet sein. Die metallischen Fasern 22 können eine Dicke von etwa 30 μm (Mikrometer) bis etwa 120 μm (Mikrometer) aufweisen. Bemerkungen, die in Verbindung mit den vorhergehenden Abbildungen gemacht wurden, gelten ebenfalls für das dielektrische Material der 5.
6 veranschaulicht schematisch eine Querschnitts-Ansicht einer PCB 600 gemäß der Offenbarung. Die PCB 600 kann der PCB 100 der 1 ähnlich sein. Bemerkungen, die in Verbindung mit 1 gemacht wurden, können ebenfalls für die PCB 600 der 6 gelten. Die PCB 600 kann eine elektrisch leitende Schicht 24 enthalten. Zusätzlich kann die PCB 600 eine dielektrische Schicht 26 enthalten, die ein Polymer enthalten kann. Das Polymer kann eine Kohlenstoffschichtstruktur und/oder eine kohlenstoffähnliche Schichtstruktur beinhalten. In dem Beispiel der 6 ist die PCB 600 auf eine allgemeine Weise veranschaulicht, kann aber weitere Komponenten enthalten, die aus Vereinfachungsgründen nicht veranschaulicht wurden. Zum Beispiel kann die PCB 600 ein oder mehrere in Verbindung mit anderen Leiterplatten gemäß dieser Offenbarung spezifizierte Komponenten enthalten.
Die elektrisch leitende Schicht 24 kann der elektrisch leitenden Schicht 12 aus 1 ähnlich sein. Beispielhafte dielektrische Materialien, die zur Herstellung der dielektrischen Schicht 26 verwendet werden können, werden in Verbindung mit 7 und 8 beschrieben.
7 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das in einer PCB gemäß der Offenbarung enthalten sein kann. Zum Beispiel kann das dielektrische Material zur Herstellung der dielektrischen Schicht 26 der PCB 600 verwendet werden. Das dielektrische Material kann ein Polymer 16 enthalten. Das Polymer 16 der 7 kann einem der in 2 bis 5 beschriebenen Polymere ähnlich sein. Das Polymer 16 kann eine Schichtstruktur 28 enthalten. Die Schichtstruktur 28 kann eine Kohlenstoffschichtstruktur und/oder eine kohlenstoffähnliche Schichtstruktur oder eine Mischung davon beinhalten.
Die Schichtstruktur 28 kann dafür ausgelegt sein, ähnliche Merkmale wie die metallischen Partikel in 2 bis 5 bereitzustellen. Insofern können die Eigenschaften der Schichtstruktur 28 so gewählt werden, dass physikalische Eigenschaften der in Verbindung mit vorhergehenden Beispielen erklärten dielektrischen Materialien bereitgestellt werden können. Insbesondere sind in Verbindung mit der thermischen Leitfähigkeit und/oder der elektrischen Leitfähigkeit der vorher beschriebenen dielektrischen Materialien gemachte Bemerkungen ebenso für ein dielektrisches Material inklusive der Schichtstruktur 28 gültig.
Eine Schicht oder ein Blatt der Schichtstruktur 28 kann insbesondere eine thermische Leitfähigkeit und/oder elektrische Leitfähigkeit in einer Richtung parallel zu ihrer Blattoberfläche bereitstellen. Im Gegensatz dazu kann eine Schicht oder ein Blatt in einer Richtung senkrecht zu den Blattoberflächen thermisch isolierend und/oder elektrisch isolierend sein. In dem Beispiel der 7 sind die Schichten der Schichtstruktur 28 als auf isotrope Weise verteilt veranschaulicht. Das bedeutet, dass die Oberflächen der Blätter nicht notwendigerweise in einer Vorzugsrichtung ausgerichtet sind. Allerdings kann in Abhängigkeit von einer gewünschten Funktion des dielektrischen Materials eine bevorzugte Ausrichtung der Blätter in weiteren Beispielen gewählt werden.
In einem Beispiel kann die Schichtstruktur 28 aus einer Kohlenstoffschichtstruktur bestehen oder eine solche enthalten. Zum Beispiel kann eine Kohlenstoffschichtstruktur expandierte Graphitblätter enthalten. Expandiertes Graphit kann zum Beispiel durch Eintauchen natürlicher Graphitflocken in ein Bad aus Chromsäure und danach in konzentrierte Schwefelsäure hergestellt werden. Dadurch können die Kristallgitterebenen derart auseinandergetrieben werden, dass der Graphit expandiert werden kann.
In einem weiteren Beispiel kann die Schichtstruktur 28 aus einer kohlenstoffähnlichen Schichtstruktur bestehen oder diese enthalten. Zum Beispiel kann eine kohlenstoffähnliche Schichtstruktur Diamant und/oder diamantähnlichen Kohlenstoff und/oder Bornitrid und/oder Aluminiumoxid und/oder Siliziumnitrid und/oder Siliziumkarbid und/oder deren Kombinationen enthalten.
Das Polymer 16 kann eine verringerte thermische Leitfähigkeit von etwa 0,1 W/(mK) bis etwa 0,5 W/(mK) zeigen. Um eine erhöhte thermische Leitfähigkeit zu erhalten, kann das Polymer 16 mit der Schichtstruktur 28 gefüllt werden. Zum Beispiel können eine Dichte in der Gegend von etwa 0,1 g/cm³ bis etwa 0,6 g/cm³ aufweisende expandierte Graphitblätter eine thermische Leitfähigkeit parallel zur Blattoberfläche der Graphitblätter in der Gegend von 10 W/(mK) bis 100 W/(mK) aufweisen. Durch Füllen des Polymers 16 mit der Schichtstruktur 28 kann die thermische Leitfähigkeit des dielektrischen Materials auf gewünschte Weise angepasst werden.
Ähnlich wie bei den obigen Beispielen kann die thermische Leitfähigkeit eine Funktion eines volumetrischen Füllfaktors der Schichtstruktur 28 in dem Polymer 16 sein. Der volumetrische Füllfaktor der Schichtstruktur 28 kann gewählt werden, um eine thermische Leitfähigkeit von mindestens etwa 10 W/(mK) oder insbesondere von mindestens 20 W/(mK) aufzuweisen. Die thermische Leitfähigkeit kann proportional mit dem Füllfaktor zunehmen.
In einem Beispiel können die Blätter der Schichtstruktur 28 unbeschichtet sein. In einem weiteren Beispiel können die Schichten mit einem Isolator beschichtet sein, zum Beispiel mit einem Material, das eine sehr geringe elektrische Leitfähigkeit bis zu einer elektrischen Leitfähigkeit von Null aufweist. In dieser Hinsicht sind in Verbindung mit den beschichteten Partikeln der 3 gemachte Bemerkungen ebenso für den Fall der beschichteten Blätter der Schichtstruktur 28 gültig.
8 veranschaulicht schematisch ein Beispiel eines dielektrischen Materials, das in einer PCB gemäß der Offenbarung enthalten sein kann. Zum Beispiel kann das dielektrische Material zur Herstellung der dielektrischen Schicht 26 der PCB 600 verwendet werden. Ähnlich wie bei dem dielektrischen Material der 7 kann das dielektrische Material der 8 ein Polymer 16 und eine Schichtstruktur 28 enthalten. Zusätzlich kann das dielektrische Material der 8 ein Füllmaterial 30 enthalten, das zumindest teilweise zwischen den Schichten der Schichtstruktur 28 angeordnet sein kann. Im Beispiel der 8 ist das Füllmaterial 30 durch kleine Kreise veranschaulicht. Da allerdings die Form oder Gestalt des Füllmaterials 30 beliebig sein kann, ist die Veranschaulichung in keiner Weise einschränkend. Insbesondere kann das Füllmaterial 30 dafür ausgelegt sein, die thermische Leitfähigkeit des dielektrischen Materials auf gewünschte Weise zu erhöhen.
In einem Beispiel kann das Füllmaterial 30 ein Phasenwechselmaterial beinhalten, das dafür ausgelegt sein kann, thermische Energie zu absorbieren. Die thermische Energie kann zum Beispiel durch reversibles Wechseln der räumlichen Molekularstruktur der in dem Phasenwechselmaterial enthaltenen Moleküle absorbiert werden. Da die Absorption thermischer Energie reversibel sein kann, kann die Absorption als temporäres Speichern der thermischen Energie während eines begrenzten Zeitraums angesehen werden. Zum Beispiel kann das Wechseln der räumlichen Molekularstruktur einen Übergang von einem ersten Isomer des Moleküls zu einem zweiten Isomer des Moleküls beinhalten. Generell kann das Phasenwechselmaterial eine 1-ethyl-4-[4-methoxystyryl]-quinolin-Verbindung und/oder ein cis-stilbazol-betain und/oder einen N,N-dialkylaminostyrol-Farbstoff und/oder ein Stilben und/oder ein Porphyrin und/oder ein Norbornadien und/oder eine Spiroverbindung und/oder eine Azoverbindung und/oder deren Kombinationen beinhalten. Das Phasenwechselmaterial kann insbesondere dafür ausgelegt sein, Temperaturspitzen zu absorbieren, die während kurzer Zeiträume auftreten.
In einem weiteren Beispiel kann das Füllmaterial 30 ein thermisch leitendes Material enthalten. Zum Beispiel kann das thermisch leitende Material Diamant und/oder diamantähnlichen Kohlenstoff und/oder Bornitrid und/oder Aluminiumoxid und/oder Siliziumnitrid und/oder Siliziumkarbid und/oder deren Kombinationen umfassen. Das thermisch leitfähige Material kann insbesondere die Form von Mikropartikeln und/oder Nanopartikeln aufweisen.
9 veranschaulicht schematisch ein Flussdiagramm, das ein Verfahren zur Herstellung einer PCB gemäß der Offenbarung veranschaulicht. In einem Beispiel kann die PCB 100 der 1 durch dieses Verfahren erhalten werden. In einem weiteren Beispiel kann die PCB 600 durch das Verfahren der 9 erhalten werden. Das Verfahren beinhaltet einen Schritt 32 zur Bildung einer dielektrischen Schicht einer Leiterplatte. Die dielektrische Schicht kann ein Polymer enthalten. Das Polymer kann metallische Partikel und/oder eine Kohlenstoffschichtstruktur und/oder eine kohlenstoffähnliche Schichtstruktur und/oder deren Kombinationen enthalten. Zum Beispiel sind solche beinhalteten Materialien in Verbindung mit vorhergehenden Abbildungen beschrieben worden. Das Verfahren der 9 kann ferner Schritte beinhalten, die aus Vereinfachungsgründen nicht veranschaulicht wurden. Zum Beispiel kann das Verfahren eine oder mehrere der Schritte, die in Verbindung mit dem Verfahren der 10A bis 10F beschrieben werden, enthalten.
In einem Beispiel kann das Verfahren der 9 einen Schritt des Bildens eines Durchgangslochs beinhalten, das sich durch die dielektrische Schicht erstrecken kann. Während dieses Schritts kann mindestens ein Teil des Polymers entfernt werden und mindestens ein Teil der metallischen Partikel, der Kohlenstoffschichtstruktur und/oder der kohlenstoffähnlichen Schichtstruktur kann in der Seitenwand des gebildeten Durchgangslochs freigelegt werden. Zum Beispiel kann das Durchgangsloch unter Anwendung eines Laserstrahls gebildet werden. Dabei kann mindestens ein Teil des Polymers der Seitenwände des gebildeten Durchgangslochs verdampfen, so dass die Seitenwände des gebildeten Durchgangslochs während der Handlung metallisiert werden können.
In einem Beispiel kann das Verfahren der 9 einen Schritt des Bildens einer elektrisch leitenden Schicht auf der dielektrischen Schicht durch zumindest teilweises Entfernen des Polymers und mindestens teilweises Freilegen der metallischen Partikel, der Kohlenstoffschichtstruktur und/oder der kohlenstoffähnlichen Schichtstruktur beinhalten. Zum Beispiel kann die elektrisch leitende Schicht unter Anwendung eines Laserstrahls auf die dielektrische Schicht gebildet werden. Während des Schritts kann mindestens ein Teil des Polymers an den Stellen verdampfen, wo der Laserstrahl angewandt wird, so dass das dielektrische Material während des Schritts metallisiert werden kann.
In einem Beispiel kann das Bilden der dielektrischen Schicht einen Schritt des Spritzgießens des Polymers in eine Form beinhalten. Mehr Details über ein solches Spritzgießen werden unten gegeben.
10A bis 10F veranschaulichen schematisch ein Verfahren zum Herstellen einer PCB gemäß der Offenbarung. Ein Querschnitt einer beispielhaften mit diesem Verfahren erhaltenen PCB 1000 ist in 10F gezeigt. Details der gemäß dem beschriebenen Verfahren hergestellten PCB 1000 können gleichermaßen auf jede andere PCB gemäß dieser Offenbarung angewandt werden. Zusätzlich kann das in 10A bis 10F gezeigte Verfahren als Umsetzung des in 9 veranschaulichten Verfahrens angesehen werden. Details des unten beschriebenen Herstellungsverfahrens können deshalb gleichermaßen auf das Verfahren der 9 angewandt werden.
In 10A kann eine erste dielektrische Schicht gebildet werden. Zum Beispiel kann die erste dielektrische Schicht 34 einer der in Verbindung mit 1 bis 8 beschriebenen dielektrischen Schichten oder dielektrischen Materialien ähnlich sein. Insbesondere kann die erste dielektrische Schicht 34 ein Polymer enthalten, das ein elektrisch leitendes Material beinhaltet, zum Beispiel metallische Partikel und/oder eine Kohlenstoffschichtstruktur und/oder eine kohlenstoffähnliche Schichtstruktur und/oder deren Kombinationen.
Die erste dielektrische Schicht 34 kann mit einer beliebigen geeigneten Technik oder Methode hergestellt werden. In einem Beispiel kann die erste dielektrische Schicht 34 unter Verwendung einer Spritzgießtechnik hergestellt werden. Beim Spritzgießen können zwei Bestandteile eines Polymers (zum Beispiel Polyol und Isocyanat) zusammengemischt werden, zum Beispiel in einem Mischkopf. Falls Verstärkungsmittel (zum Beispiel Glasfasern, Kohlenstofffasern, etc) der Mischung zugefügt werden, kann der Prozess auch als verstärktes Reaktionsspritzgießen bezeichnet werden. Die Mischung kann unter Druck in eine Form (oder eine Gussform oder ein Gusswerkzeug) eingespritzt werden, und die Mischung kann in der Form expandieren. Während einer exothermen Reaktion kann die Mischung aushärten und sich zumindest teilweise vernetzen. Die ausgehärtete erste dielektrische Schicht 34 kann danach aus der Form entfernt werden.
In einem Beispiel kann das Füllen zusätzlicher Partikel wie metallischer Partikel oder Blätter eines Schichtstrukturmaterials in das Polymer über Durchmischung erreicht werden. Durchmischung bezieht sich auf die Handlung des Zusammenmischens aber Zutaten auf eine Weise, sodass die Zutaten zufällig innerhalb der Zusammenmischung verteilt sind. In einem weiteren Beispiel kann das Polymer durch eine erste Düse eingespritzt werden, während die zusätzlichen Partikel durch eine getrennte Düse eingespritzt werden können. Durch Steuerung des Ausgangs der ersten Düse und/oder der zweiten Düse können eine Dichte oder der volumetrische Füllfaktor der zusätzlichen Partikel an spezifischen Stellen der ersten dielektrischen Schichten selektiv erhöht werden. Mit anderen Worten kann eine thermische Leitfähigkeit der ersten dielektrischen Schicht 34 selektiv an gewünschten Stellen erhöht werden. Zum Beispiel kann die Dichte nahe an Stellen erhöht werden, wo später elektronische Komponenten platziert werden. In einem Beispiel können die zusätzlichen Partikel an einer Hauptoberfläche der zu produzierenden PCB platziert werden.
In 10B können elektrisch leitende Strukturen 36 über einer oder mehreren Oberflächen der ersten dielektrischen Schicht 34 gebildet werden. Die elektrisch leitenden Strukturen 36 können in Abhängigkeit vom Design der zu produzierenden PCB beliebige Formen und Gestalten haben. In einem Beispiel kann eine elektrisch leitende Struktur 36 die Form einer elektrisch leitenden Schicht haben, die Teil einer elektrisch leitenden Umverdrahtungsschicht werden kann, die über oder innerhalb der zu produzierenden PCB angeordnet sein kann. In einem weiteren Beispiel kann eine elektrisch leitende Struktur 36 zu einer Kontaktstelle werden, die über einer Oberfläche einer PCB angeordnet sein kann. Solch eine Kontaktstelle kann dazu ausgelegt sein, eine elektrische Kopplung zwischen inneren elektronischen Strukturen der PCB und einer elektronischen Komponente, die später auf der PCB angebracht werden kann, bereitzustellen. In noch einem weiteren Beispiel kann eine elektrisch leitende Struktur 36 Teil einer elektrischen Durchgangsverbindung (oder Via-Verbindung) werden, die sich zumindest teilweise durch die erste dielektrische Schicht 34 oder die zu produzierende PCB erstrecken kann. Zum Beispiel kann die elektrisch leitende Struktur 36 durch Entfernen von Teilen des Polymers an ausgesuchten Stellen gebildet werden, wobei das elektrisch leitende Material, das in dem Polymer enthalten sein kann, freigelegt wird. In einem Beispiel kann das Polymer durch Erhöhen der Temperatur an ausgesuchten Stellen entfernt werden, sodass das Polymer verdampfen kann. Die Temperatur kann zum Beispiel durch Anwendung eines Laserstrahls an den ausgesuchten Stellen erhöht werden.
In 10C kann eine zweite dielektrische Schicht 38 gebildet werden. Die zweite dielektrische Schicht 38 kann elektrisch leitende Strukturen 40 enthalten, die auf Oberflächen der zweiten dielektrischen Schicht 38 angeordnet sein können. Die zweite dielektrische Schicht 38 kann ähnliche Eigenschaften wie die erste dielektrische Schicht 34 haben. In einem Beispiel kann die thermische Leitfähigkeit der zweiten dielektrischen Schicht 38 von der thermischen Leitfähigkeit der ersten dielektrischen Schicht 34 verschieden sein. In einem weiteren Beispiel können die thermischen Leitfähigkeiten der dielektrischen Schichten 34 und 38 ähnlich sein.
In 10D kann eine optionale Prepreg-Schicht 42 zwischen der ersten dielektrischen Schicht 34 und der zweiten dielektrischen Schicht 38 angeordnet sein. Die drei Schichten 34, 38, 42 können miteinander verbunden sein, wobei die Prepreg-Schicht 42 eine mechanische Verbindung zwischen den beiden dielektrischen Schichten 34 und 38 bereitstellen kann.
In 10E kann ein Durchgangsloch 44 in der Anordnung gebildet werden. Das Durchgangsloch 44 kann sich zumindest teilweise durch eine oder beide dielektrische Schichten 34 und 38 erstrecken. In dem Beispiel der 10E kann sich das Durchgangsloch 44 von der oberen Hauptoberfläche der Anordnung bis zur unteren Oberfläche der Anordnung erstrecken. In weiteren Beispielen kann sich das Durchgangsloch 44 nur durch eine der dielektrischen Schichten 34 und 38 erstrecken. Ein elektrisch leitendes Material, das später in dem Durchgangsloch 44 angeordnet werden soll, kann dafür ausgelegt werden, eine elektrische Kopplung zwischen der einen oder den mehreren elektrisch leitenden Strukturen 36 und 40 bereitzustellen.
Jede geeignete Technik kann für die Herstellung des Durchgangslochs 44 verwendet werden. In einem Beispiel kann das Durchgangsloch 44 durch Anwendung einer Laserbohrtechnik gebildet werden. Dabei können Teile des Polymers an den Seitenwänden des Durchgangslochs 44 während der Laserbohrhandlung derart entfernt werden, dass das in dem dielektrischen Material enthaltene elektrisch leitende Material freigelegt werden kann. Die Anwendung eines Laserstrahls kann somit zu einer simultanen Bildung des Durchgangslochs 44 und der Bildung eines oder mehrerer Metallisierungsschichten 46 führen, die über mindestens Teilen der Seitenwände des Durchgangslochs 44 angeordnet sein können.
In 10F kann ein elektrisch leitendes Material in dem Durchgangsloch 44 gebildet werden, wobei eine Via-Verbindung 48 hergestellt wird. In dem Beispiel der 10F kann sich die Via-Verbindung 48 von der oberen Hauptoberfläche der hergestellten PCB 1000 bis zu einer unteren Hauptoberfläche der PCB 1000 erstrecken. In weiteren Beispielen kann die Via-Verbindung 48 Teile der elektrisch leitenden Strukturen 36 und 40 in beliebiger Weise miteinander verbinden. Jede geeignete Technik kann zur Herstellung der Via-Verbindung 48 angewandt werden. In einem Beispiel kann die Via-Verbindung 48 durch Ausführung einer galvanischen Abscheidung gebildet werden, während der die Metallisierungsschicht 46 als Keimschicht dienen kann.
In dem Beispiel der 10F kann die PCB 1000 zwei dielektrische Schichten 34, 38 enthalten. Allerdings kann die Anzahl der in der PCB 1000 enthaltenen dielektrischen Schichten und elektrisch leitenden Strukturen beliebig sein und kann insbesondere von der erwünschten Funktionalität der PCB 1000 abhängen. Zusätzlich kann die PCB 1000 auch eine oder mehrere Schichten enthalten, die aus dielektrischem Material bestehen oder dieses enthalten, wobei dieses frei von den beschriebenen leitenden Füllmaterialien sein kann.
Es ist hervorzuheben, dass das beschriebene Verfahren weitere Schritte enthalten kann, die aus Vereinfachungsgründen nicht explizit veranschaulicht wurden. Zum Beispiel kann das Verfahren weitere Schritte der Herstellung passiver und aktiver elektronischer Bauelemente in oder über der PCB 1000 umfassen. In einer anderen Schritt können elektronische Elemente über oder in der PCB 1000 angeordnet und elektrisch mit den elektrisch leitenden Strukturen 36, 40 verbunden werden.
Die PCBs gemäß der Offenbarung und die Verfahren zu deren Herstellung können die folgenden Auswirkungen haben. Die aufgelisteten Auswirkungen sind weder ausschließlich noch einschränkend.
Verglichen mit anderen PCBs verfügt eine PCB gemäß der Offenbarung über eine verbesserte Kühlung, so dass eine die PCB enthaltene Anordnung bei niedrigeren Temperaturen arbeiten kann. Durch Wärmequellen (zum Beispiel arbeitende Verbundhalbleiterkomponenten) erzeugte thermische Energie kann effektiv dissipiert werden.
Verglichen mit anderen PCBs kann eine PCB gemäß der Offenbarung ein dielektrisches Material enthalten, das hydrophobe Eigenschaften aufweist, das die PCB vor Absorption von Feuchtigkeit schützt.
Verglichen mit anderen PCBs weist eine PCB gemäß der Offenbarung einen CTE auf, der dem von einer oder mehreren Komponenten einer die PCB enthaltenden Anordnung ähnlich ist. Zum Beispiel kann ein CTE der PCB einem CTE eines in der Anordnung enthaltenen Halbleiterchips und/oder eines Kapselungsmaterials, das mindestens teilweise Komponenten der Anordnung einkapselt, usw., ähnlich sein.
Verglichen mit anderen PCBs kann eine PCB gemäß der Offenbarung durch Anwendung einen Schritt des Spritzgießens hergestellt werden. Verglichen mit anderen Herstellungshandlungen kann der Schritt des Spritzgießens einfacher und kosteneffizienter sein.
Verglichen mit anderen PCBs kann eine PCB gemäß der Offenbarung die Möglichkeit einer effektiven Ausbildung von elektrisch leitenden Strukturen auf einer PCB bereitstellen. Da ein dielektrisches Material der PCB (zum Beispiel metallische Partikel) elektrisch leitendes Material enthalten kann, können elektrisch leitende Strukturen auf einfache Weise durch selektives Entfernen des dielektrischen Materials gebildet werden, wobei das elektrisch leitende Material in gewünschter Weise freigelegt wird.
Verglichen mit anderen PCBs kann eine PCB gemäß der Offenbarung die Möglichkeit der Erhöhung der thermischen Leitfähigkeit der PCB an ausgesuchten Stellen bereitstellen. Zum Beispiel kann ein erhöhte thermische Leitfähigkeit aufweisendes dielektrische Material an einer Oberfläche der PCB positioniert werden, insbesondere an einer Stelle einer elektrischen Komponente, die sich während des Betriebs erwärmen kann.
Obwohl ein besonderes Merkmal oder ein Aspekt der Offenbarung mit Bezug auf nur eine oder einige Umsetzungen offenbart worden sein kann, kann ein solches Merkmal oder solch ein Aspekt mit einem oder mehreren anderen Merkmalen oder Aspekten der anderen Umsetzungen kombiniert werden, wenn es für eine gegebene oder besondere Anwendung gewünscht oder vorteilhaft sein kann. Weiterhin sind die Begriffe „beinhalten”, „aufweisen”, „mit” oder andere Varianten davon sowohl in der detaillierten Beschreibung als auch in den Patentansprüchen ausgiebig verwendet worden und sind so zu verstehen, dass sie auf eine Weise einschließend wirken, wie der Begriff „umfasst”. Ebenso ist der Begriff „beispielhaft” einfach als ein Beispiel gemeint, anders als Bestes oder Optimales. Es sei ebenso hervorgehoben, dass hier dargestellte Merkmale und/oder Elemente aus Gründen der Vereinfachung und des leichteren Verständnisses mit besonderen Dimensionen relativ zueinander veranschaulicht sind, und dass tatsächliche Dimensionen erheblich von den Veranschaulichten abweichen können.
Obwohl hier spezifische Aspekte veranschaulicht und beschrieben wurden, wird es für den Fachmann ersichtlich sein, dass diese durch alternative und/oder äquivalente Umsetzungen für spezifische gezeigte und beschriebene Aspekte ersetzt werden können, ohne vom Schutzumfang der Offenbarung abzuweichen. Diese Anmeldung beabsichtigt, jegliche Anpassungen oder Varianten der hier erläuterten spezifischen Aspekte abzudecken. Folglich ist es beabsichtigt, dass diese Offenbarung lediglich durch die Patentansprüche und deren Äquivalente begrenzt wird.

Claims

Leiterplatte, umfassend: eine elektrisch leitende Schicht; und eine dielektrische Schicht, die ein Polymer umfasst, wobei das Polymer metallische Partikel umfasst.
Leiterplatte nach Anspruch 1, wobei das Polymer ein thermoplastisches Polymer und/oder ein duroplastisches Polymer und/oder eine Mischung davon umfasst.
Leiterplatte nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Polymer ein Epoxy und/oder ein Acrylat und/oder ein Imid und/oder ein Silikonharz und/oder eine Mischung davon umfasst.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein volumetrischer Füllfaktor der metallischen Partikel in dem Polymer einen Wert zwischen 20% und 90% aufweist.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei ein volumetrischer Füllfaktor der metallischen Partikel in dem Polymer so gewählt wird, dass eine thermische Leitfähigkeit des Polymers von mindestens 10 W/(mK) bereitgestellt wird.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymer ein amorphes Polymer mit einer Glasübergangstemperatur größer oder gleich 260°C umfasst, oder wobei das Polymer ein kristallines oder semikristallines Polymer mit einer Schmelztemperatur größer oder gleich 260°C umfasst.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymer Polyetheretherketon und/oder Polyamidimid und/oder Polyethersulfon und/oder Polysulfon und/oder Polytetrafluorethylen und/oder Polyphenylensulfid und/oder Flüssigkristallpolymer umfasst.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die metallischen Partikel mit einem elektrisch isolierenden Material beschichtet sind.
Leiterplatte nach Anspruch 8, wobei die metallischen Partikel ein Metall umfassen und das elektrisch isolierende Material ein Oxid des Metalls umfasst.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die elektrisch leitfähige Schicht eine sich durch die dielektrische Schicht erstreckende Via-Verbindung und/oder eine auf der Oberfläche der dielektrischen Schicht angeordnete elektrisch leitfähige Schicht umfasst, und wobei die metallischen Partikel ein Metall umfassen und eine Seitenwand der Via-Verbindung und/oder der elektrisch leitfähigen Verbindung ein Metall umfassen.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die metallischen Partikel an einer Hauptoberfläche der Leiterplatte angeordnet sind.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, ferner umfassend: eine weitere ein Polymer umfassende dielektrische Schicht, wobei das Polymer metallische Partikel umfasst, wobei eine thermische Leitfähigkeit der weiteren dielektrischen Schicht von der thermischen Leitfähigkeit der dielektrischen Schicht abweicht.
Leiterplatte nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei das Polymer ein thermoplastisches Hochleistungspolymer umfasst.
Leiterplatte, umfassend: eine elektrisch leitende Schicht; und eine dielektrische Schicht, die ein Polymer umfasst, wobei das Polymer eine Kohlenstoffschichtstruktur und/oder eine kohlenstoffähnliche Schichtstruktur umfasst.
Leiterplatte nach Anspruch 14, wobei die Kohlenstoffschichtstruktur expandierte Graphitblätter umfasst.
Leiterplatte nach Anspruch 14 oder 15, wobei die kohlenstoffähnliche Schichtstruktur Diamant und/oder diamantähnlichen Kohlenstoff und/oder Bornitrid und/oder Aluminiumoxid und/oder Siliziumnitrid und/oder Siliziumkarbid umfasst.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 14 bis 16, ferner umfassend: ein zwischen Schichten einer Kohlenstoffschichtstruktur und/oder einer kohlenstoffähnlichen Schichtstruktur angeordnetes Phasenwechselmaterial.
Leiterplatte nach Anspruch 17, wobei das Phasenwechselmaterial ein Chalkogen und/oder ein metallbasiertes Phasenwechselmaterial und/oder ein organisches Phasenwechselmaterial umfasst.
Leiterplatte nach einem der Ansprüche 14 bis 18, ferner umfassend: ein thermisch leitfähiges Material, das zwischen Schichten aus einer Kohlenstoffschichtstruktur und/oder einer kohlenstoffähnlichen Schichtstruktur angeordnet ist, wobei das thermisch leitfähige Material Diamant und/oder diamantähnlichen Kohlenstoff und/oder Bornitrid und/oder Aluminiumoxid und/oder Siliziumnitrid und/oder Siliziumkarbid umfasst.
Verfahren, umfassend: Ausbilden einer dielektrischen Schicht einer Leiterplatte, wobei die dielektrische Schicht ein Polymer umfasst, wobei das Polymer metallische Partikel und/oder eine Kohlenstoffschichtstruktur und/oder eine kohlenstoffähnliche Schichtstruktur umfasst.
Verfahren nach Anspruch 20, ferner umfassend: Ausbilden eines sich durch die dielektrische Schicht erstreckenden Durchgangslochs, wobei mindestens ein Teil des Polymers entfernt wird und mindestens ein Teil der metallischen Partikel, der Kohlenstoffschichtstruktur und/oder der kohlenstoffähnlichen Schichtstruktur an einer Seitenwand des Durchgangslochs freigelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 20 oder 21, ferner umfassend: Ausbilden einer elektrisch leitfähigen Schicht auf der dielektrischen Schicht durch mindestens teilweises Entfernen des Polymers und mindestens teilweises Freilegen der metallischen Partikel, der Kohlenstoffschichtstruktur und/oder der kohlenstoffähnlichen Schichtstruktur.
Verfahren nach einem der Ansprüche 20 bis 22, wobei das Ausbilden der dielektrischen Schicht Spritzgießen des Polymers in eine Form umfasst.