印刷電路板結(jié)構(gòu)的制作方法
【專利摘要】印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其包含至少一層絕緣層(10)、至少一層導(dǎo)體層(11、12)，以及至少一個內(nèi)嵌的構(gòu)件(1、23?26)，其具有接點焊盤(5)，接點焊盤具有外屏障層(4)，而在該結(jié)構(gòu)中至少兩個導(dǎo)體路徑/導(dǎo)體層(19、20)是以通路(9；9d、9g、9s)連接至至少兩個連接處(8；8d、8g、8s)，而每條通路(9；9d、9g、9s)皆從一導(dǎo)體路徑/導(dǎo)體層(11、12)直接通至該構(gòu)件(1、23–26)的相應(yīng)連接處(8；8d、8g、8s)的屏障接點層(4；4d、4g、4s)。
【專利說明】
印刷電路板結(jié)構(gòu)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種印刷電路板結(jié)構(gòu)，其包含至少一層絕緣層、至少一層導(dǎo)體層，以及至少一個內(nèi)嵌的構(gòu)件，其具有具外屏障層的接點焊盤;在該印刷電路板結(jié)構(gòu)中至少兩個導(dǎo)體路徑/導(dǎo)體層以通路被連接至至少兩個連接處。
[0002]本發(fā)明進(jìn)一步涉及通過產(chǎn)生從導(dǎo)體層至構(gòu)件的連接處的通路，將內(nèi)嵌于印刷電路板結(jié)構(gòu)中的該構(gòu)件與一導(dǎo)體分段電接觸的方法。
【背景技術(shù)】
[0003]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，構(gòu)件是被內(nèi)嵌于導(dǎo)體結(jié)構(gòu)中并通過銅的通路連接至導(dǎo)體的。為了這樣，該些構(gòu)件的接點焊盤具有建于屏障層(特別是鎳制的屏障層)上的銅制連接盤。為了避免銅擴(kuò)散進(jìn)相鄰的層(在本例子中例如擴(kuò)散進(jìn)包含例如鈦、鈦-鎢，或鉻的粘附層)，上述的屏障層是必須的。在構(gòu)件為半導(dǎo)體，例如功率MOSFET的情況下，置于粘附層下的是供MOSFET的漏極或柵極的接點，其例如以鋁制。
[0004]根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)，在構(gòu)件的連接處金屬連接盤(一般為銅制的)是必須的，以允許以銅的通路將該些連接處妥善連接至該些導(dǎo)體?，F(xiàn)已能將電子零件和電子構(gòu)件造得極之薄，具體地薄至如20μπι這幅度的厚度，但由于這些銅制的連接盤，整個印刷電路板的厚度是相對地厚的。
[0005]本發(fā)明的一目的在于創(chuàng)造一種印刷電路板結(jié)構(gòu)或生產(chǎn)這樣的一種印刷電路板結(jié)構(gòu)的方法，其中可減低生產(chǎn)成本、即使極之薄的構(gòu)件也可使用(例如薄至如20μπι這幅度的厚度的構(gòu)件)，而也不必要使用銅以連接要內(nèi)嵌的構(gòu)件。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]這目的以一種屬于前述的那種的印刷電路板達(dá)成了，這是在于根據(jù)本發(fā)明，每條通路皆從一導(dǎo)體路徑/導(dǎo)體層直接延續(xù)至構(gòu)件的相應(yīng)的連接處的屏障接點層。
[0007]本發(fā)明有利的結(jié)果是簡化了印刷電路板結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)，該些印刷電路板結(jié)構(gòu)還可被設(shè)計為極之薄的。
[0008]在有用的實施方案中，該屏障接點層的物料是選自鎳、鎳-釩、鉑、鈀和鈷的群組。
[0009]當(dāng)該屏障接點層的物料是鎳則更有利。
[0010]通路包含銅的實施方案是具成本效益的，且技術(shù)上易于達(dá)成。
[0011]在可靠的變體中，指定將粘附層設(shè)置于該屏障接點層之下，其中該粘附層選自鈦、鈦-鎢、和鉻的群組是有利的。
[0012]當(dāng)該構(gòu)件為功率構(gòu)件時本發(fā)明的優(yōu)點特別明顯，其中該功率構(gòu)件可為IGBT芯片/MOSFET或功率二極管。
[0013]本發(fā)明有利地引伸至該印刷電路板結(jié)構(gòu)至少在某些部分中為柔性的變體。
[0014]該目的亦以一種屬于前述的那種的方法達(dá)成，這是在于根據(jù)本發(fā)明，在該些構(gòu)件的連接處的區(qū)域中，在外導(dǎo)體層中產(chǎn)生至少一個開口，該開口延伸至連接處的屏障層，然后產(chǎn)生從該導(dǎo)體路徑/導(dǎo)體層直接通至該構(gòu)件相應(yīng)的連接處的屏障層的至少一條通路。
[0015]在一有利的變體中，指定為了在表面上和開口中形成銅層，在該印刷電路板結(jié)構(gòu)的至少一側(cè)上執(zhí)行無電流式的鍍銅。
[0016]當(dāng)該至少一個開口是由激光切割產(chǎn)生的則更有用。
[0017]亦推薦在產(chǎn)生該些通路前將至少一個開口化學(xué)清洗。
[0018]在該化學(xué)清洗步驟期間將該屏障層的厚度減小是有用的。
[0019]在該方法的一有利變體中指定，在該無電流式鍍銅后，將遮罩施加至該印刷電路板結(jié)構(gòu)的該至少一側(cè)，然后進(jìn)行電解式鍍銅，以產(chǎn)生至少一層導(dǎo)體層，然后產(chǎn)生該些通路然后將遮罩移除。以下采用于附圖中描示的示例性實施方案說明本發(fā)明和額外的優(yōu)點，在附圖中:
【附圖說明】
[0020]圖1a和Ib是大量放大的截面細(xì)節(jié)示圖，其分別示出根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和本發(fā)明而在印刷電路板中對接點焊盤的電接觸；
[0021]圖2是作為一示例性構(gòu)件的一功率MOSFET在內(nèi)嵌至印刷電路板結(jié)構(gòu)之前和電接觸之前的截面示圖；
[0022]圖3至8各自以印刷電路板結(jié)構(gòu)的截面示圖的形式示出本發(fā)明的將示于圖2中的構(gòu)件內(nèi)嵌的一種方法的各步驟；
[0023]圖9示出本發(fā)明的印刷電路板結(jié)構(gòu)的一變體，其總共具有四個內(nèi)嵌構(gòu)件;而
[0024]圖9a示出圖9的一部分，其對于兩個構(gòu)件具有經(jīng)改動的通路。
【具體實施方式】
[0025]先參照圖1a和Ib;其會解釋根據(jù)現(xiàn)有技術(shù)和根據(jù)本發(fā)明般將一內(nèi)嵌構(gòu)件的接點焊盤電接觸的原則上的區(qū)別。
[0026]圖1a提供構(gòu)件1(其例如為芯片)的細(xì)節(jié)示圖，其于其表面上具有用于電接觸的、例如為鋁制的扁平接點2。放在這上面的是接點粘附層3，其例如為鈦、鈦-鎢或鉻制的，而這通過置于中間的屏障層4連接至一般包含銅的接點焊盤5。此外，將鈍化層6(其一般包含氮化娃)施加至構(gòu)件I的表面上。
[0027]為了連接印刷電路板結(jié)構(gòu)(于本圖未示出，而將于其后示出)內(nèi)的一般包含銅的導(dǎo)體7或?qū)w層，具體地為了從導(dǎo)體7連接至構(gòu)件I的連接處8(其包含接點2、粘附層3、屏障層4和接點焊盤5)，提供了通路9，其是電解式地產(chǎn)生的，如下文亦將更詳細(xì)地解釋。因此，導(dǎo)體7和構(gòu)件I連接處8之間的連接是以“兩階”的銅連接產(chǎn)生的，具體地為通路9和銅接點焊盤5。
[0028]作為對比，圖lb(其中對相同的部分采用和圖1a相同的參照標(biāo)號)示出，根據(jù)本發(fā)明，通路9從導(dǎo)體7直接延續(xù)至連接處8的接點焊盤的屏障層4。
[0029]在圖2中，作為構(gòu)件I的一例子，示出了一功率M0SFET，其根據(jù)本發(fā)明將要被內(nèi)嵌于印刷電路板結(jié)構(gòu)中，并以平面制程生產(chǎn)以致兩邊皆具接點。硅質(zhì)的基質(zhì)Is(其結(jié)構(gòu)不再更詳示)于其底部在漏極連接處Sd方面具有鋁制的扁平漏極接點2d、隨后有鈦制的漏極粘附層3d以及鎳制的漏極屏障層4d。于構(gòu)件I頂側(cè)設(shè)有的是柵極連接處Sg方面的鋁制的扁平柵極接點2g、在其上設(shè)有柵極粘附層3g，最后有柵極屏障層4g;源極連接處8s類似地具有扁平的鋁制的源極接點2s、源極粘附層3s，和源極屏障層4s。如圖1中已示出，在頂側(cè)亦有氮化硅制的鈍化層6。
[0030]這里應(yīng)注意，“頂”、“底”、“上”、“下”之類的詞語主要是相對附圖而言的，并旨在簡化說明，但并不一定涉及說明的該些部分的任何特定取向或其于生產(chǎn)過程中的取向。
[0031]本發(fā)明的一個印刷電路板結(jié)構(gòu)的生產(chǎn)于下文參照圖3至8說明，其中在這例子中根據(jù)圖2的構(gòu)件的內(nèi)嵌及電接觸是以一印刷電路板構(gòu)件的一部分作描示。
[0032]在第一步中，根據(jù)圖3，將構(gòu)件I嵌入印刷電路板中，其于這例子中包含絕緣層10，其具有上導(dǎo)體層11和下導(dǎo)體層12。該絕緣層10可以是傳統(tǒng)的預(yù)浸漬層，其基于環(huán)氧樹脂并具有玻璃纖維作加固，(例=FR 4)或在其它情況中，可為例如具加固或不具加固的聚酰亞胺；導(dǎo)體層則一般是銅膜。一窗口 13設(shè)于下導(dǎo)體層12中，其將構(gòu)件底部和漏極連接處Sd露出。
[0033]在下一步中，如于圖4可見，通過將銅從上導(dǎo)體層蝕掉并以激光切割絕緣層10，在頂部創(chuàng)造了兩個開口，具體為柵極開口 14和源極開口 15，它們延伸至柵極連接處Sg的柵極屏障層4g以及源極連接處8s的源極屏障層4s。
[0034]在另一步驟中，以印刷電路板的技術(shù)領(lǐng)域中已知的孔洞清洗工藝將開口14、15清洗，例如用高錳酸鉀作化學(xué)清洗，而所有的屏障層4d、4g、4s的厚度皆可通過將屏障層化學(xué)溶解而減小。在圖5中可見屏障層4d、4g、4s的厚度減小了。在清洗前，該些屏障層4d、4g、4s的厚度為至少I OOnm (可為更厚)，而在清洗步驟中該厚度被減小例如50nm，而對于較厚的屏障層其厚度則可被例如減小上至500nm。
[0035]隨后一步的結(jié)果示于圖6，在該步驟中在頂部底部皆執(zhí)行無電流式鍍銅。這樣形成了上銅層16和下銅層17，其中該上銅層16不只覆蓋上導(dǎo)體層11，還覆蓋開口 14和15的墻壁，以及柵極屏障層4g和源極屏障層4s。該下銅層17也類似地覆蓋下導(dǎo)體層12和該一個漏極屏障層4d。
[0036]雖然說明提及的是銅層、銅導(dǎo)體之類的，但這完全不否定可用其它合適的導(dǎo)電物料，例如金和銀等。
[0037]參照圖7，在下一步中在底側(cè)和頂側(cè)皆執(zhí)行電解式鍍銅，其中不應(yīng)被鍍銅的那些部分以遮罩18覆蓋(“反式遮罩”)，在鍍銅后將其移除。這“半添加式鍍覆”的結(jié)果是(相對銅層
16、17)厚的外導(dǎo)體層，具體為結(jié)構(gòu)化了的上導(dǎo)體層19和下導(dǎo)體層20，其中這些導(dǎo)體層與通至構(gòu)件I的柵極、漏極和源極接點的通路9d、9g和9s是一體的。該些外導(dǎo)體層的總厚度例如處于5至70μπι的范圍中。在本例子中，由于該漏極接點可觀的長度，所以通至這接點的通路9d幾乎不能稱為“通路”；實制上，該下導(dǎo)體層只是下陷了一點點，例如小于2μπι。
[0038]在移除了遮罩18后，最后結(jié)果是圖8中示的印刷電路板結(jié)構(gòu)21，其包括該內(nèi)嵌的構(gòu)件I，其電連接至導(dǎo)體層19、20，或更精確地說，該MOSFET的柵極G、源極S和漏極D以及其關(guān)聯(lián)的連接處8g、8s和8d是連接至這些相應(yīng)地結(jié)構(gòu)化了的導(dǎo)體層19、20。
[0039]圖9示出印刷電路板結(jié)構(gòu)22的另一實施方案作為例子，其根據(jù)上述方法生產(chǎn)并總共包括四個構(gòu)件，具體地為第一MOSFET 23 (例如是“高源FET” )、第二MOSFET 24(例如是“低源FET”)、控制芯片25，及電容器26，例如是“多層共燒陶瓷”電容器。在圖9中，對和前文的附圖相類似的部分采用相同的參照標(biāo)號，其中亦應(yīng)注意MOSFET 23和MOSFET 24是以如之前圖3至8所示一般同樣的方式內(nèi)嵌于印刷電路板結(jié)構(gòu)22中并連接至上和下的經(jīng)結(jié)構(gòu)化的導(dǎo)體層19和20，但其中該些柵極和源極連接處是在“下”的而漏極連接處是在“上”的。
[0040]在圖9中亦可見上和下導(dǎo)體層19、20之間的兩條通路27、28，其中一條通路28產(chǎn)生第一MOSFET 23的源極S和第二MOSFET 24的漏極D之間的連接。在這實施方案中，該些通路從底部導(dǎo)體層20至該些MOSFET的漏極分為三或五條通路9。為了簡化說明，在圖9中所有從導(dǎo)體層19、20至構(gòu)件連接處的通路皆被提供參照標(biāo)號“9”。
[0041 ] 在圖9中，控制芯片25被設(shè)于MOSFET 24的右方，然后電容器26被設(shè)于更右方。
[0042]MOSFET 23和24以及控制芯片25的電極連接處的結(jié)構(gòu)和圖1b及圖2中所示的一樣；因此，從內(nèi)至外，其包含接點層、接點粘附層，以及屏障層。與之對比，電容器26的兩個連接處各于內(nèi)部設(shè)有接點粘附層26-3，隨后為接點屏障層26-4。該些粘附層26-3優(yōu)選地包含鉻而該些屏障層26-4優(yōu)選地包含鎳。于圖9中示的該印刷電路板結(jié)構(gòu)22可包括額外構(gòu)件(這里未示出)，例如功率二極管、電阻器和電感器。
[0043]在根據(jù)圖9a的部分中描繪的一實施例中，為了增加安培載流容量，不但將MOSFET23和24的漏極連接處的整個表面電接觸，而是同時將其源極連接處的整個表面電接觸，SP是作為MOSFET 23的源極S的三個通路9和MOSFET 24的源極S的五個通路9的替代，設(shè)計只設(shè)有一條大的通路，其以9 ’標(biāo)示。
[0044]本發(fā)明允許了將印刷電路板結(jié)構(gòu)的厚度保持為非常薄，所以也容易將印刷電路板結(jié)構(gòu)設(shè)計為至少在某些部分中是非常柔性的，在這情況下可例如采用聚酰亞胺作為絕緣層的物料。
【主權(quán)項】
1.印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其包含至少一層絕緣層(10)、至少一層導(dǎo)體層(11、12)，以及至少一個內(nèi)嵌的構(gòu)件(1、23-26)，其具有接點焊盤(5)，接點焊盤具有外屏障層(4)，而在該結(jié)構(gòu)中至少兩個導(dǎo)體路徑/導(dǎo)體層(19、20)是以通路(9;9d、9g、9s)連接至至少兩個連接處(8;8d、8g、8s)， 其特征在于 每條通路(9;9d、9g、9s)皆從一導(dǎo)體路徑/導(dǎo)體層(I1、12)直接通至該構(gòu)件(1、23-26)的相應(yīng)連接處(8;8d、8g、8s)的屏障接點層(4;4d、4g、4s)。2.如權(quán)利要求1所述的印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其特征在于該屏障接點層(4;4(1、48、4s)的物料是選自鎳、鎳-釩、鉑、鈀和鈷的群組。3.如權(quán)利要求2所述的印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其特征在于該屏障接點層(4;4(1、48、4s)的物料是鎳。4.如權(quán)利要求1至3之任一所述的印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其特征在于該通路(9)包含銅。5.如權(quán)利要求1至4之任一所述的印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其特征在于粘附層(3)設(shè)置于該屏障接點層(4)之下。6.如權(quán)利要求5所述的印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其特征在于該粘附層(3)是選自鈦、鈦-鎢、和鉻的群組。7.如權(quán)利要求1至6之任一所述的印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其特征在于該構(gòu)件(1、23、24)是功率構(gòu)件。8.如權(quán)利要求7所述的印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其特征在于該功率構(gòu)件是IGBT芯片/MOSFET(K23^24) ο9.如權(quán)利要求7或8所述的印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其特征在于該構(gòu)件是功率二極管。10.如權(quán)利要求1至9之任一所述的印刷電路板結(jié)構(gòu)(21、22)，其特征在于其被體現(xiàn)為至少在某些部分中是柔性的。11.將內(nèi)嵌于印刷電路板結(jié)構(gòu)中的構(gòu)件(1、23- 26)與導(dǎo)體分段電接觸的方法，方法是通過產(chǎn)生從導(dǎo)體層至構(gòu)件的連接處(8;8(1、88、88)的通路(9;9(1、98、98)， 其特征在于， 在構(gòu)件(1、23-26)的該些連接處(8;8(1、88、88)的區(qū)域中，在外導(dǎo)體層(11、12)中產(chǎn)生至少一開口(13、14、15)，該開口延伸至連接處的屏障層(4;4(1、48、48)， 然后產(chǎn)生從該導(dǎo)體路徑/導(dǎo)體層(11、12)直接通至該構(gòu)件(1、23-26)相應(yīng)的連接處(8;8d、8g、8s)的屏障層(4;4d、4g、4s)的至少一條通路(9;9d、9g、9s)。12.如權(quán)利要求11所述的方法，其特征在于，為了在表面上和開口中形成銅層(16、17)，在該印刷電路板結(jié)構(gòu)的至少一側(cè)上執(zhí)行無電流式的鍍銅。13.如權(quán)利要求11或12所述的方法，其特征在于該至少一個開口(13、14、15)是由激光切割產(chǎn)生的。14.如權(quán)利要求11至13之任一所述的方法，其特征在于在產(chǎn)生該些通路前將至少一個開口(13、14、15)化學(xué)清洗。15.如權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于在該化學(xué)清洗步驟期間將該屏障層(4;4d、4g、4s)的厚度減小。16.如權(quán)利要求11至15之任一所述的方法，其特征在于，在該無電流式鍍銅后，將遮罩(18)施加至該印刷電路板結(jié)構(gòu)的該至少一側(cè)，然后進(jìn)行電解式鍍銅，以產(chǎn)生至少一層導(dǎo)體層(19、20)，然后產(chǎn)生該些通路(9;9d、9g、9s)，然后將遮罩移除。
【文檔編號】H05K1/18GK105934823SQ201480074135
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2014年10月9日
【發(fā)明人】瓊妮斯·史塔爾, M·莫里恩茲
【申請人】At&S奧地利科技與系統(tǒng)技術(shù)股份公司