部件承载件元件和包括该部件承载件元件的部件承载件的制作方法

1.本实用新型涉及一种部件承载件元件和包括该部件承载件元件的部件承载件。


背景技术：

2.在配备有一个或更多个电子部件的部件承载件的产品功能的增长和此类部件的小型化提高以及要安装在部件承载件诸如印刷电路板之类上的部件数量的增加的背景下，使用功能越来越强大的阵列状部件或具有若干部件的封装件，它们具有多个接触部或连接部，这些接触部之间的间距越来越小。在操作过程中，由这些部件和部件承载件本身产生的热的去除成为增长的问题。同时，部件承载件应具有机械鲁棒性和电气可靠性，以便即使在恶劣的条件下也可以操作。
3.特别地，提供具有树脂层表面的层叠置件允许对另外的层，特别是阻焊剂层或铜层的高质量附着仍然是挑战。
4.图2显示了部件承载件制造的示例。由划切工具140将包括多个部件承载件的板150切成多个部件承载件101。用黑条表示的是最外的树脂层和阻焊剂层之间的界面。在树脂层和阻焊剂层之间提供有效的附着通常是一个挑战。划切工具140被推动通过板，并且机械力可能使阻焊剂层与树脂层分层(“剥离”)(由于所述层之间的不良附着和键合(bonding))。
5.图4示出了在图2所示的制造过程之后树脂层206和阻焊剂层208之间的界面的现有技术示例。可以清楚地看到，阻焊剂层208已经从树脂层 206被分层。
6.可能需要有效地将另外的层(例如阻焊剂层或电传导层)附着/键合至部件承载件元件的最外的树脂层，以提供部件承载件。


技术实现要素：

7.根据本实用新型的一个示例性实施例，提供了一种部件承载件元件，该部件承载件元件包括：i)叠置件，该叠置件包括至少一个电绝缘层结构和/或至少一个电传导层结构；以及ii)电绝缘树脂层结构，该电绝缘树脂层结构布置在叠置件(的顶部)上(例如，形成叠置件的最外层)。电绝缘树脂层结构的表面是经等离子体处理的，使得电绝缘树脂层结构的表面具有水确定的接触角度(即表面能测量)为70
°
或更小的高润湿性。
8.根据本实用新型的另一个示例性实施例，提供了一种部件承载件，该部件承载件包括：i)如上所述的部件承载件元件；以及ii)布置在电绝缘树脂层结构上的表面修饰层(特别是阻焊剂)。
9.根据本实用新型的另一个示例性实施例，提供了一种部件承载件，该部件承载件包括：i)如上所述的部件承载件元件；以及ii)布置在电绝缘树脂层结构上的电传导层。
10.根据本实用新型的另一个示例性实施例，提供了一种制造部件承载件元件的方法，该方法包括：i)提供叠置件，该叠置件包括至少一个电绝缘层结构和/或至少一个电传导层结构，其中电绝缘树脂层结构布置在叠置件上；以及ii)对电绝缘树脂层结构的表面进
行等离子体处理(特别是o2或 n2等离子体处理)，使得电绝缘树脂层结构的表面特别地具有水确定的接触角度为70
°
或更小的高润湿性。
11.在本文件的上下文中，术语“部件承载件”可以特别地表示能够在其上和/或其中容纳一个或更多个部件以提供机械支撑和/或电连接性的任何支撑结构。换句话说，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。特别地，部件承载件可以是印刷电路板、有机中介层、金属芯基板、无机基板以及ic(集成电路)基板中的一者。部件承载件还可以是混合板，其混合了上述类型的部件承载件中的不同类型。
12.在本文件的上下文中，术语“部件承载件元件”可以特别地表示如上所述的部件承载件(或半成品)的预制件。例如，部件承载件元件可以是具有最外树脂层的层叠置件。在进一步的步骤中，可以将阻焊剂层或铜层附着至所述树脂层，以提供最终的部件承载件(产品)。
13.在本文的上下文中，术语“等离子体处理”可以特别地指通过施加等离子体(例如，高能等离子体或介质阻挡放电(dbd)等离子体)从表面(例如，树脂层的表面)去除残留物、杂质和/或污染物的表面处理或清洁。等离子体可以从例如氩、氧、氢、氮或其混合物的气体中(例如通过使用高频电压)产生。等离子体处理可能会破坏表面污染物，特别是高分子量污染物的有机键(例如，c
–
h、c
–
c、c＝c、c
–
o和c
–
n)。替代地或另外地，可以在等离子体中产生氧种类(例如，o
2
、o2‑
、o3、o、o

、o
‑
、离子化的臭氧、亚稳态激发的氧和自由电子)。这些种类可能与有机污染物反应形成h2o、co、co2和较低分子量的烃类。
14.根据一个示例性实施例，本实用新型基于这样的思想，即，当对电绝缘树脂层结构的表面进行等离子体处理时，可以设置具有最外树脂层结构的部件承载件元件，该最外树脂层结构可以有效地附着到另外的层，例如表面修饰(例如阻焊剂)层或铜层(从而形成最终的部件承载件)。特别地，所述表面是经等离子体处理的，使得其具有高润湿性(低表面张力)，并且特别地是亲水的。高润湿性可以由是70
°
或更小(特别地是60
°
或更小，更特别地是50
°
或更小，更特别地是40
°
或更小，更特别地是30
°
或更小)的水确定的接触角度来进一步描述。高润湿性可以显著改善树脂层与另外的层之间的附着键合。在另外的层是阻焊剂层(例如环氧树脂)的情况下，经等离子体处理的表面可以改善环氧键合。等离子体处理可以进一步提供材料之间的高相容性。
15.在下文中，将解释该方法和部件承载件的其他示例性实施例。
16.在一个实施例中，水确定的接触角度为20
°
或更小。这可以提供的优点是润湿性以及因此的附着和键合质量非常高。特别地，接触角度是10
°
或更小，更特别地是5
°
或更小，更特别地是3
°
或更小。
17.在一个实施例中，电绝缘树脂层结构的表面是通过非反应性和/或极性的等离子体而处理的。这可以提供以下优点：在表面上基本上不发生不希望的化学反应和/或使表面亲水(由于极性处理)。
18.在一个实施例中，电绝缘树脂层结构的表面是通过o2(或n2)等离子体而处理的。发明人惊奇地发现，o2等离子体处理对于当前用途可能是特别有效的。特别地，o2等离子体处理提供了极性处理(请参见上文)。
19.在一个实施例中，经等离子体处理的电绝缘树脂层结构的表面包括含氧的化学官能团。以这种方式，使表面亲水，从而进一步提高附着质量。附加地或替代地，经等离子体处
理的电绝缘树脂层结构的表面包括含氮的化学官能团。
20.在一个实施例中，电绝缘树脂层结构的表面包括微结构极性。这可以改善与另外的层(例如阻焊剂层)的化学反应。
21.在一个实施例中，表面修饰包括阻焊剂，该阻焊剂包括环氧树脂、丙烯酸树脂、日立(hitachi)树脂中的至少一种。
22.在一个实施例中，电绝缘树脂层结构包括增强或非增强树脂、味之素积层膜(ajinomoto build
‑
up film,abf)(例如gy16b)、环氧树脂、双马来酰亚胺
‑
三嗪树脂、fr
‑
4、fr
‑
5、氰酸酯、聚苯撑(polyphenylene)衍生物、预浸料材料、聚酰亚胺、聚酰胺、液晶聚合物以及环氧基积层膜中的至少一者。在一个示例中，树脂层包括abf，并且提高了表面润湿性以为环氧树脂(阻焊剂)化学反应和物理键合提供更好的表面条件，从而改善了材料的相容性。
23.在一个实施例中，在表面修饰层(例如阻焊剂)与电绝缘树脂层结构之间的界面处的附着满足的ipc(印刷电路学会)横切测试标准为2或更好 (特别地是1或更好，更特别地是0)。所述横切测试标准范围为从0至5，由ipc提供作为油墨附着的测试标准。该测试在标准iso
‑
2409(2013e)“油漆和清漆横切测试”中进行了描述，并限定了横切测试标准。所述文件通过引用包含在本文中。等级0、1和2是可以接受的标准，而等级3、4和5 是不可接受的(被拒绝的)。发明人惊奇地发现，该横切测试可以有效地用于评估在树脂层和另外的层相对于部件承载件的界面处的附着/键合的质量。
24.在一个实施例中，在电传导层和电绝缘树脂层结构之间的界面处的剥离强度为0.45n/mm或更高，特别地是0.5n/mm或更高，更特别地是 0.525n/mm或更高。术语“剥离强度”可以表示材料抵抗通过将柔性表面与刚性表面或另一个柔性表面分开而将其拉开的力的能力。剥离强度可以以 n/mm为单位测量，并且可以用作树脂层和电传导层(例如，铜)之间的附着的质量标准。发明人惊奇地发现，等离子体处理以及因此的高润湿性还增加了树脂与铜之间的附着。
25.在这方面，应当注意，通常需要高的表面粗糙度以使得树脂和铜之间能够实现附着。然而，根据所描述的本实用新型，树脂表面反而可以具有低的表面粗糙度和高润湿性。
26.在一个实施例中，在等离子体处理之前执行电绝缘树脂层结构表面的去污处理。在一个示例中，在去污过程之后的表面粗糙度(ra值)可以在 140nm
‑
240nm的范围内。
27.在一个实施例中，部件承载件被成形为板状件。这有助于紧凑的设计，其中，部件承载件仍然为在其上安装部件提供了很大的基础。此外，特别地，裸的管芯作为嵌入式电子部件的示例，由于其较小的厚度，可以方便地嵌入到诸如印刷电路板的薄的板状件中。
28.在一个实施例中，部件承载件被配置为印刷电路板、基板(特别地是 ic基板)和中介层中的一者。
29.在本技术的上下文中，术语“印刷电路板”(pcb)可以特别地表示板状的部件承载件，其通过(例如通过施加压力和/或通过提供热能)将多个电传导层结构与多个电绝缘层结构层压而形成。作为用于pcb技术的优选材料，电传导层结构由铜制成，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。各种电传导层结构可以通过(例如通过激光钻孔或机械钻孔)形成通过层压件的孔来以期望的方式彼此连接，并且通过用电传导材料(特别地是铜)部分地或完全地填充它们，从而形成过孔或任何其他通孔连接部。
经填充的孔或者连接整个叠置件(延伸通过多层或整个叠置件的通孔连接部)，经填充的孔或者连接至少两个电传导层 (称为过孔)。类似地，可以通过叠置件的各个层形成光学互连部，以便接收电光电路板(eocb)。除了可以嵌入印刷电路板中的一个或更多个部件之外，印刷电路板通常被配置为用于在板状印刷电路板的相对的表面中的一者或两者上容纳一个或更多个部件。它们可以通过焊接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)的树脂组成。
30.在本技术的上下文中，术语“基板”可以特别地表示小的部件承载件。相对于pcb，基板可以是相对小的部件承载件，其上可以安装一个或更多个部件，并且可以充当(一个或更多个)芯片与另外的pcb之间的连接介质。例如，基板可以具有与要安装在其上的部件(特别地是电子部件)基本相同的尺寸(例如，在芯片级封装(csp)的情况下)。更具体地，基板可被理解为用于电连接部或电网络的承载件以及与印刷电路板(pcb)相当的部件承载件，但是其具有相当高的横向上和/或竖向上布置的连接部的密度。横向连接部例如是传导路径，而竖向连接部例如可以是钻孔。这些横向和/或竖向连接部布置在基板内，并且可以用于提供封装的部件或未封装的部件(例如裸管芯)(尤其是ic芯片)与印刷电路板或中间印刷电路板的电、热和/或机械连接部。因此，术语“基板”也包括“ic基板”。基板的介电部分可以由具有增强颗粒(例如增强球，特别地是玻璃球)的树脂组成。
31.基板或中介层可包括以下各者中的至少一层或由以下各者中的至少一层组成：至少一层玻璃、硅(si)和/或可光成像或可干蚀刻的有机材料，例如环氧基的积层材料(例如环氧基的积层膜)或聚合物化合物(可能包含或可能不包含光敏和/或热敏分子)，例如聚酰亚胺或聚苯并恶唑。
32.在一个实施例中，至少一个电绝缘层结构包括树脂或聚合物，例如环氧树脂，氰酸酯树脂，苯并环丁烯树脂，双马来酰亚胺
‑
三嗪树脂，聚苯撑衍生物(例如基于聚苯醚(ppe)，聚酰亚胺(pi)，聚酰胺(pa)，液晶聚合物(lcp)，聚四氟乙烯(ptfe)和/或其组合中的至少一者。也可以使用例如由玻璃(多层玻璃)制成的增强结构，例如网、纤维、球或其他种类的填料颗粒，以形成复合物。半固化树脂与增强剂的组合，例如浸渍有上述树脂的纤维称为预浸料。这些预浸料通常以其特性命名，例如fr4或 fr5，这些命名描述了它们的阻燃特性。尽管通常对于刚性pcb而言预浸料是优选的，尤其是fr4，但也可以使用其他材料，尤其是环氧基的积层材料(例如积层膜)或可光成像的介电材料。对于高频应用，诸如聚四氟乙烯、液晶聚合物和/或氰酸酯树脂之类的高频材料可能是优选的。除这些聚合物外，低温共烧陶瓷(ltcc)或其他低、极低或超低dk材料也可以作为电绝缘结构应用于部件承载件中。
33.在一个实施例中，至少一个电传导层结构(例如，另外的层)包括铜、铝、镍、银、金、钯、钨以及镁中的至少一者。尽管通常优选铜，但是其他材料或其涂覆型式也是可能的，特别地是分别涂覆有超导材料或传导聚合物，例如石墨烯或聚(3,4
‑
乙撑二氧噻吩)(pedot)。
34.至少一个部件可以被嵌入在部件承载件中和/或可以被表面安装在部件承载件上。这样的部件可以选自：非电传导的嵌体、电传导的嵌体(例如金属嵌体，优选地包括铜或铝)、传热单元(例如热管)、光导元件(例如光波导或光导体连接件)、电子部件或它们的组合。嵌体可以是例如带有或不带有绝缘材料涂层(ims嵌体)的金属块，其可以是嵌入式的或被表面安装以便于散热。根据材料的导热率来限定合适的材料，导热率应至少为2w/mk。这样的材料通常基于但不限于金属、金属氧化物和/或陶瓷，例如铜、氧化铝(al2o3)或氮化铝
(aln)。为了增加热交换能力，也经常使用具有增加的表面积的其他几何形状。此外，部件可以是有源电子部件 (实现至少一个pn结)、无源电子部件(例如电阻器、电感或电容器)、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 (例如现场可编程门阵列(fpga)、可编程阵列逻辑(pal)、通用阵列逻辑(gal)和复杂可编程逻辑器件(cpld))、信号处理部件、电源管理部件(例如场效应晶体管(fet)、金属氧化物半导体场效应晶体管(mosfet)、互补金属氧化物半导体(cmos)、结型场效应晶体管(jfet)或绝缘栅型场效应晶体管(igfet)，全部基于半导体材料，例如碳化硅(sic)、砷化镓(gaas)、氮化镓(gan)、氧化镓(ga2o3)、砷化铟镓(ingaas)和/ 或任何其他合适的无机化合物)、光电子接口元件、发光二极管、光电耦合器、电压转换器(例如dc/dc转换器或ac/dc转换器)、密码部件，发送器和/或接收器、机电转换器、传感器、致动器、微机电系统(mems)、微处理器、电容器、电阻器、电感、电池、开关、相机、天线、逻辑芯片和能量收集单元。但是，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。这样的磁性元件可以是永久磁性元件(例如铁磁元件、反铁磁元件、多铁性元件或亚铁磁元件，例如铁氧体芯)或可以是顺磁性元件。但是，该部件也可以是ic基板、中介层或其他部件承载件，例如呈板中板(board
‑
in
‑
board)配置。部件可以表面安装在部件承载件上和/或可以嵌入其内部。此外，也可以使用其他部件作为部件，特别是那些产生和发射电磁辐射和/或对从环境传播的电磁辐射敏感的部件。
35.在一个实施例中，部件承载件是层压型部件承载件。在这样的实施例中，部件承载件是通过施加压力和/或热被叠置并连接在一起的多层结构的化合物。
36.在处理部件承载件的内层结构之后，可以用一个或更多个另外的电绝缘层结构和/或电传导层结构对称地或不对称地覆盖(特别是通过层压)被处理的层结构的相对的主表面中的一者或两者。换句话说，积层可以持续直到获得期望的层数。
37.在完成电绝缘层结构和电传导层结构的叠置件的形成之后，可以对获得的层结构或部件承载件进行表面处理。
38.特别地，就表面处理而言，可以将诸如电绝缘阻焊剂之类的表面修饰施加到层叠置件或部件承载件的相对的主表面中的一者或两者上。例如，可以在整个主表面上形成这种阻焊剂，并随后对阻焊剂层进行图案化，以暴露一个或更多个电传导表面部分，所述部分将用于将部件承载件电耦接到电子外围。可以有效地保护部件承载件的保持被阻焊剂覆盖的表面部分免受氧化或腐蚀，特别是包含铜的表面部分。
39.就表面处理而言，也可以选择性地将表面修饰施加到部件承载件的暴露的电传导表面部分上。这种表面修饰可以是在部件承载件的表面上的暴露的电传导层结构(例如，垫、传导轨等，特别地是包括铜或由铜组成) 上的电传导覆盖材料。如果不保护这种暴露的电传导层结构，则暴露的电传导部件承载件材料(特别地是铜)可能被氧化，从而降低部件承载件的可靠性。然后可以例如将表面修饰形成为表面安装的部件与部件承载件之间的界面。表面修饰具有保护暴露的电传导层结构(特别地是铜电路)并使得能够实现与一个或更多个部件的接合过程(例如通过焊接)的功能。用于表面修饰的合适材料的示例是有机可焊性防腐剂(osp)、化学镍浸金 (enig)、化学镍浸钯浸金(enipig)、金(特别地是硬金)、化学锡、镍
‑ꢀ
金、镍
‑
钯等。
40.从下面将要描述的示例性实施方式，本实用新型的以上限定的方面和其他方面变得明显，并且参照这些示例性实施方式对其进行说明。
附图说明
41.图1示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的具有部件承载件元件的部件承载件。
42.图2示出了部件承载件的制造过程。
43.图3示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的层界面。
44.图4示出了根据现有技术的层界面。
45.图5示出了根据本实用新型的一个示例性实施例的部件承载件元件的表面的表面能测量。
46.图6示出了根据现有技术的树脂层表面的表面能测量。
47.图7示出了包括本实用新型的示例性实施例的接触角度的可变性。
48.图8示出了包括本实用新型的示例性实施例的cc
‑
附着的可变性。
49.图9示出了包括本实用新型的示例性实施例的剥离强度的分析。
具体实施方式
50.附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件具有相同的附图标记。
51.根据一个示例性实施例，期望改善树脂/另外的层(例如阻焊剂(sr) /abf)界面键合和附着，并减少分层产率损失。提议在另外的层(sr)层压之前添加一个新的过程预处理(等离子)，以增加附着和键合以及微结构极性。在sr和abf的示例中，此措施支持环氧树脂和丙烯酸树脂的反应键合。此外，ipc定义的油墨横切胶带测试标准可用于评估最终部件承载件的质量。在一个特定示例中，阻焊剂可以包括日立sr
‑
fa，并且树脂可以包括abf材料(gy16b)。该材料可以包括高填充物含量和低的热膨胀系数(这种材料特别地可以被诸如划切工具(刀片切割)的外力分层。)
52.根据一个示例性实施例，部件承载件的制造包括以下步骤：工艺步骤备注、芯开始、内层积层、abf层压、abf固化、激光过孔钻孔、pet膜剥离器、去污、化学镀铜、光刻和图案镀覆、sr促进、sr附着促进固化、等离子体处理、sr层压、sr曝光、sr显影，sr uv固化、sr后固化、进一步的表面修饰(或者在对等离子体处理进行进一步的表面修饰之前应用)、划切。
53.图1示出了根据本实用新型的示例性实施例的具有部件承载件元件 100的部件承载件101。部件承载件元件100具有包括多个电绝缘层结构102 (例如，芯结构)和多个电传导层结构104的层叠置件110。在叠置件110 的顶部，作为最外层结构，存在布置的电绝缘树脂层结构106。电绝缘树脂层结构106的表面是经等离子体处理的，使得电绝缘树脂层结构106的表面具有高润湿性(水确定的接触角度为70
°
或更小)。在经等离子体处理的电绝缘树脂层结构106(例如，abf)的顶部上，层压了阻焊剂层108(例如，环氧树脂)。在阻焊剂层108和电绝缘树脂层结构106之间的界面109 处的附着是高质量的。例如，根据ipc横切测试，质量标准为0、1或2。
54.图3示出了如图1所述的阻焊剂层108和电绝缘树脂层结构106之间的界面109的显微图像。可以看出，该附着是高质量的，并且没有分层或剥离(比较图4中所示的现有技术示例)。
55.图5示出了用于评估表面润湿性的表面能测量。电绝缘树脂层结构106 的表面是
经等离子体处理的，并且已经用水进行了测试。所得的接触角度为2.63
°
。
56.图6示出了用于评估根据现有技术的树脂层206的表面润湿性的表面能测量。树脂层206的表面是未经等离子体处理的，并且已经用水进行了测试。所得的接触角度为115.73
°
。
57.图7示出了在等离子体处理之前和之后，电绝缘树脂层结构的表面的接触角度的可变性(参见以上图5)。可以看出，在等离子体处理(差的润湿性)之前，接触角度约为115
°
(通常超过100
°
)，而在等离子体处理(高润湿性)之后，接触角度约为2.5
°
(通常至少低于7.5
°
)。结果表明数据分布较小，表明所获得的表面性能变化小于处理之前。因此，获得的表面的可靠性也在增加。通过等离子体处理，可以实现不同生产批次(不同的板) 的更均匀的表面性能。可以将施加表面修饰之前的起始条件调节为在较窄的范围内。因此，工艺稳定性(鲁棒性)也将得到改善。
58.图8示出了在进行和不进行等离子体处理的情况下，电绝缘树脂层结构的横切(cc)测试附着的可变性。可以看出，在等离子体处理的情况下，附着质量(根据cc
‑
附着)非常高，即值为1和2，而附着质量(根据cc
‑ꢀ
附着)非常差，即值3至5，如无等离子体处理。
59.图9示出了在进行和不进行等离子体处理的情况下，电绝缘树脂层结构与电传导层结构(例如铜层)之间的界面处的剥离强度(ps)分析(n/mm)。在等离子体处理后，整体剥离强度提高了0.03n/mm。
60.应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一”或“一种”不排除多个。另外，可以对结合不同实施例所描述的元件进行组合。
61.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。
62.本实用新型的实施方式不限于附图所示和上述优选实施例。相反，即使在根本不同的实施例的情况下，也可以使用根据本实用新型示出的解决方案和原理的多种变型。