其内嵌有电子组件的印刷电路板 相关申请的交叉引用
本申请要求于 2010 年 10 月 7 日提交的题为 “Printed Circuit Board Having Electronic Components Embedded Therein” 的韩国专利申请 No.10-2010-0097930 的权 益， 该申请的全部内容作为参考而被结合于此。
技术领域
本发明涉及一种其内嵌有电子组件的印刷电路板。背景技术 一般而言， 通过以下步骤来制造印刷电路板 ： 利用位于由各种热固性树脂制成的 板的一侧或两侧的覆铜薄层压板形成电路图案、 在所述板上布置并固定 IC 或电子组件、 在 其间形成电路图案以及用绝缘材料涂覆该电路图案。
为获得其内嵌有电子组件的印刷电路板， 存在大量表面安装技术来将半导体器件 ( 诸如， 集成电路 (IC) 芯片 ) 安装在印刷电路板上。所述表面安装技术可包括引线接合 (wire bonding) 技术以及倒装芯片技术。
在这些技术之中， 使用引线键合技术的表面安装工艺被配置成将电子组件 ( 其上 印刷有设计好的电路 ) 通过使用粘结剂而接合到印刷电路板上， 将电子组件的金属端子 ( 即， 焊接点 ) 经由金属线 ( 用于在其间传输和接收信息 ) 连接至印刷电路板的引线框， 并 通过使用热固性树脂或热塑性树脂的模制工艺来对电子组件和引线进行处理。
同时， 使用倒装芯片技术的表面安装工艺被配置成使用各种材料 ( 诸如， 金、 焊锡 以及其他金属 ) 来将尺寸为数十至数百 μm 的外部连接端子 ( 即， 凸块 (bump)) 形成于电子 组件上， 将该其上形成有凸块的电子组件进行翻转以使得该组件的表面面向印刷电路板， 并将该电子组件安装在印刷电路板的另一侧 ( 即， 翻转， 该翻转不同于使用现有引线接合 技术的工艺 )。
由于这些表面安装工艺均以将电子组件安装到印刷电路板的表面上的普通方式 进行， 所以该安装工艺所产生的最终产品的总厚度不会小于印刷电路板与电子组件的厚度 之和， 从而难以制造高密度产品。另外， 由于通过使用连接端子 ( 焊接点或凸块 ) 来实现电 子组件与印刷电路板之间的电连接， 所以该电连接可因连接端子的破损或腐蚀而受到损坏 或出现故障， 从而恶化了产品的可靠性。
出于该原因， 为克服上述问题， 将电子组件嵌于印刷电路板内而非位于印刷电路 板外， 并针对电连接形成积层 (build-up layer)， 从而可获得紧凑且高密度的产品， 并避免 在使用引线接合技术或倒装芯片技术的表面安装工艺中将组件相互连接的阶段中所出现 的可靠性恶化。
在其内嵌有电子组件的印刷电路板中， 每一电子组件均须被提供电能 (power)， 该 电能一般通过印刷电路板的电路图案来提供。 在此情况下， 将大量电子组件安装在板上， 因 此增加了用于供电的电路图案的数量， 从而增加了电路图案的复杂度并产生了功率损耗。
此外， 在将电子组件安装于印刷电路板中的情况下， 会出现与生热相关的问题， 且 难以消除 RF 元件内的干扰。
现有的其内嵌有电子组件的印刷电路板具有多层结构， 其中在电路图案中， 将用 于完成接地的接地图案与用于将预定电能施加至所述板的电源图案分开形成。
当印刷电路板上形成有接地图案和电源图案时， 此类印刷电路板在电路图案的大 小及设计方面存在限制。因此， 必须对其供电的电子组件的位置也受到了限制。
此外， 还存在一问题， 即当印刷电路板内出现异常电流 / 电压时， 该异常电流 / 电 压会被施加至电子组件， 从而导致电子组件损坏。 发明内容 本发明致力于提供一种其内嵌有电子组件的印刷电路板， 该印刷电路板采用金属 芯层以在电子组件安装于该芯层 ( 该芯层连接至外部电源的接地端子， 并在被供电时接 地 ) 内时改善散热效率， 并且当出现异常电流 / 电压时， 可通过将电子组件的接地端子连接 至金属芯层而使该电子组件迅速接地至金属芯层。
根据本发明优选实施方式的其内嵌有电子组件的印刷电路板包括 ： 金属芯层， 该 金属芯层连接至外部电源的接地端子以接地， 且其上形成有空腔 ； 电子组件， 该电子组件嵌 入所述空腔内且具有多个端子， 包含于该多个端子内的接地端子连接至金属芯层 ； 内部绝 缘层， 该内部绝缘层层叠于所述金属芯层的两侧 ； 以及电路图案， 该电路图案形成于所述内 部绝缘层的外表面上。
所述其内嵌有电子组件的印刷电路板可进一步包括覆盖所述电路图案的保护层。 所述其内嵌有电子组件的印刷电路板可进一步包括层叠于所述电路图案上的积层。 所述电子组件可具有形成于其一侧上的多个端子， 且所述电子组件可通过导电粘 结剂连接至位于其另一侧的金属芯层。
所述电子组件可包括用于将所述接地端子连接至该电子组件另一侧的硅通孔， 其 中所述接地端子通过导电粘结剂连接至金属芯层。
所述电子组件可为电容， 且所述接地端子可为该电容的负端子。
根据本发明另一优选实施方式的其内嵌有电子组件的印刷电路板包括 ： 金属芯 层， 该金属芯层连接至外部电源的接地端子以接地且其上形成有凹槽部分 ； 电子组件， 该电 子组件嵌入所述凹槽部分内且具有多个端子， 包含于该多个端子内的接地端子连接至所述 金属芯层 ； 内部绝缘层， 该内部绝缘层层叠于所述金属芯层的一侧或两侧上 ； 以及电路图 案， 该电路图案形成于所述内部绝缘层的外表面上。
所述其内嵌有电子组件的印刷电路板可进一步包括覆盖所述电路图案的保护层。
所述其内嵌有电子组件的印刷电路板可进一步包括层叠于所述电路图案上的积 层。
所述电子组件可具有形成于其一侧上的多个端子， 且所述电子组件可通过导电粘 结剂连接至位于该电子组件另一侧的金属芯层。
所述电子组件可包括用于将所述接地端子连接至该电子组件另一侧的硅通孔， 其 中所述接地端子通过导电粘结剂连接至金属芯层。
所述电子组件可为电容， 且所述接地端子可为所述电容的负端子。附图说明 图 1- 图 5 为示意性地示出了根据本发明第一实施方式的其内嵌有电子组件的印 刷电路板的截面图 ； 以及
图 6- 图 8 为示意性地示出了根据本发明第二实施方式的其内嵌有电子组件的印 刷电路板的截面图。
具体实施方式
通过参考附图以及以下对实施方式的描述， 本发明的各种目的、 优点以及特征将 显而易见。
本说明书及权利要求书中所使用的术语及词语不应被解释为限于一般含义或字 典定义， 而是应当基于发明人可适当地对术语概念进行定义以更为适当地对他或她所知的 用于执行本发明的最佳方法进行描述这一原则被解释为具有与本发明的技术范围相关的 含义及概念。
通过以下结合附图的详细描述， 可更为清晰地理解本发明的上述及其他目的、 特 征以及优点。在说明书中， 应该注意的是， 在对附图中的组件添加附图标记时， 类似的参考 标记指代类似的组件， 即使该组件出现于不同附图中。 进一步地， 当判断出对与本发明相关 的公知技术的详细描述可能模糊本发明的主旨时， 可省略对其的详细描述。
下文中， 将参考附图， 详细描述根据本发明的优选实施方式。
图 1- 图 5 为示意性地示出了根据本发明第一实施方式的其内嵌有电子组件的印 刷电路板的截面图。现将参考附图， 描述根据本发明的其内嵌有电子组件的印刷电路板 ( 下文中称之为 “印刷电路板” )。
如图 1 所示， 根据本发明的印刷电路板包括其上形成有空腔 150 的金属芯层 100 ； 嵌入所述空腔 150 内的电子组件 200 ； 形成于所述金属芯层 100 的两侧的绝缘层 300 ； 以及 形成于所述绝缘层 300 上的电路图案 400。
所述金属芯层 100 构成了印刷电路板的基部， 确定了印刷电路板的外貌形式， 确 定了印刷电路板的厚度， 且提高了刚度。所述金属芯层 100 可由各种金属制成， 诸如镁 (Mg)、 钛 (Ti)、 铪 (Hf) 或锌 (Zn) 等， 但优选由铝或铝合金制成。 铝为低质量材料， 从而可减 小散热板的总质量。
不同于一般的树脂芯层， 所述金属芯层 100 具有更高的导热效率， 其在容纳电子 组件的情况下， 可具有良好散热效率的优点。
因此， 所述金属芯层 100 连接至外部电源的接地端子并接地。现有印刷电路板通 过电路图案连接至外部电源的电源端子及接地端子， 从而电能被施加至该印刷电路板。形 成于现有印刷电路板上的电路图案具有非常复杂的布局， 因为当将电子组件安装于其上 时， 不仅仅是信号图案而且电源图案和接地图案也形成于多个电子组件之间。
根据本发明， 通过将金属芯层 100 接地而将接地图案形成于整个印刷电路板上， 以使得当形成电路图案时， 可移除某些接地图案或通过通孔 (via) 来连接金属芯层， 从而 可最小化接地图案的数量并增大设计的自由度。因此， 在金属芯层 100 内形成空腔 150， 以容纳将在以下描述的电子组件 200。所 述空腔 150 通过在金属芯层 100 上执行钻孔工艺、 激光束加工或刻蚀工艺而形成。
容纳于空腔 150 内的电子组件 200 可为有源元件 ( 诸如， 半导体元件 ) 或无源元 件 ( 诸如， 电容 )。
在此情况下， 所述电子组件 200 连接至印刷电路板的电路图案， 且形成多个端子， 包括信号端子 210( 通过该信号端子 210 来传送和接收信号 )、 电源端子 220( 给该电源端子 220 供电 ) 以及接地端子 230( 该接地端子 230 接地 )。在本发明中， 电子组件 200 的接地 端子 230 连接至接地的金属芯层 100。
如图 1 所示， 可经由电路图案 400 进行连接。不同于现有技术的印刷电路板， 通过 使用金属芯层 100， 可简化印刷电路板的布局， 而不必单独形成接地层， 且金属芯层 100 靠 近电子组件 200 并环绕该电子组件 200， 从而可最小化将金属芯层 100 与电子组件 200 相连 的电路图案 400 的长度。
在此情况下， 如图 2 所示， 当采用电容 200-1 作为电子组件 200 时， 该电容包括负 端子 210-1 和正端子 220-1， 以使得电容的负端子 210-1 连接至金属芯层 100。
所述内部绝缘层 300 层叠于其内嵌有电子组件 200 的金属芯层 100 的两侧。当印 刷电路板被配置为多层时， 与金属芯层 100 相接触的绝缘层在本说明书中可称为 “内部绝 缘层” ， 以与其他绝缘层相区分。 针对所述内部绝缘层 300， 可采用预浸材料 (prepreg)， 该预浸材料为由酚醛树 脂、 环氧树脂或亚胺树脂等制成的树脂层、 或包括增强功能的树脂层。
如图 1 所示， 当内部绝缘层 300 形成于金属芯层 100 的两侧时， 可以此方式进行制 造： 将其内形成有空腔 150 的金属芯层 100 层叠于下内部绝缘层 310 上、 将电子组件 200 安 装于空腔 150 上以及在电子组件 200 上层叠上内部绝缘层 320。
在此情况下， 为防止电子组件在制造印刷电路板的过程中被移动或损坏， 可通过 使用粘结剂将该电子组件 200 固定至下内部绝缘层 310 上， 并在之后执行后处理。更为具 体地， 将其内形成有空腔 150 的金属芯层 100 层叠于下内部绝缘层 310 上， 之后通过使用合 成树脂胶 A 在空腔 150 的底面上形成粘结层， 并将电子组件 200 安装于空腔 150 上以使得 电子组件 200 的下表面粘至该粘结层上。
所述电路图案 400 形成于所述内部绝缘层 300 的外表面中。如图 1 所示， 所述电 路图案可形成于内部绝缘层 300 的两侧或仅形成于其内形成有电子组件 200 的端子的一侧 ( 在图 1 中， 上内部绝缘层 )。所述电路图案 400 可包括用于传输信号的信号图案 410、 向其 施加电能的电源图案 420 以及连接至金属芯层 100 的接地图案 430。
所述电路图案 400 连接至电子组件 200， 所述信号图案 410 连接至信号端子 210， 且所述电源图案 420 连接至电源端子 220。
在此情况下， 所述接地图案 430 可连接至金属芯层 100 以及电子组件 200 的接地 端子 230。然而， 由于电路图案 400 内包含许多接地图案 430， 并非所有的接地图案 430 均 用于连接电子组件 200 的接地端子 230， 某些接地图案 430 用于连接金属芯层 100 和其他电 路图案。
所述电路图案可通过使用传统的半加成工艺 (semi-additive process)(SAP)、 经 改良的半加成工艺 (MSAP)、 移除法 (subtractive method) 等而形成。
所述电路图案 400 可被定义为包括连接至电子组件 200 的端子或金属芯层 100 的 第一通孔 v1， 且该第一通孔 v1 通过使用 YAG 激光或 CO2 激光形成贯通孔、 并在之后通过使 用上述工艺在该贯通孔的内壁上形成镀层而形成。
此外， 分别形成于下内部绝缘层 310 和上内部绝缘层 320 上的电路图案 400 还可 通过第二通孔 v2 相互耦合。绝缘材料形成于贯通孔的内壁上， 以使得所述第二通孔 v2 不 会被金属芯层 100 短接。
当其内形成有贯通孔以形成空腔 150 和第二通孔 v2 的金属芯层 100 层叠于下内 部绝缘层 310 上、 且之后上内部绝缘层层叠于金属芯层 100 上时， 向用于形成第二通孔 v2 的贯通孔填充绝缘材料。在此情况下， 再次形成贯通孔以使得绝缘材料保持在贯通孔的内 壁内， 并在之后根据形成电路图案 400 的工艺来形成第二通孔 v2。
此外， 根据本发明的印刷电路板进一步包括用于覆盖电路图案 400 的保护层 500。 因暴露至外面的电路图案 400 与其他材料相接触或者会出现物理损坏， 从而使得电路图案 短接或错接。具体而言， 在安装有电子组件 200 的情况下， 焊锡或许会连接至非期望区域。 可形成保护层 500 来覆盖电路图案 400， 从而解决该问题。
可采用阻焊剂作为保护层 500， 该保护层 500 可通过使用丝网印刷方法、 滚筒涂覆 方法、 幕式涂覆方法、 喷雾涂覆方法中的一者而形成。所述保护层 500 由耐热树脂 (heat resistant resin) 制成， 该耐热树脂在所述焊锡可被熔化的温度下可充分耐温。 当电路图案 400 包括焊点部分时， 可形成具有使该焊点部分暴露的开口部分的保 护层 500。
此外， 如图 3 所示， 可进一步包括层叠于电路图案 400 上的积层 600。 包括积层 600 的印刷电路板成为多层印刷电路板。
所述积层 600 通过重复将绝缘层 610 层叠于电路图案 400 上、 并在之后通过使用 电镀或印刷方法等形成另一电路图案 620 的工艺而被制造。更为具体地， 所述积层 600 通 过层叠单独的绝缘层、 通过使用 YAG 激光或 CO2 激光形成通孔、 并在之后通过半加成工艺 (SAP)、 经改良的半加成工艺 (MSAP) 等形成包含通孔的电路图案而得到实施。
同时， 在图 3 中， 在金属芯层 100 的两侧形成积层 600， 但并非必须在两侧上形成积 层， 因此可在任一侧形成积层， 这也包含在本发明的范围内。
此外， 图 3 中示出了位于印刷电路板的两侧的积层 600， 该积层 600 包括一层绝缘 层 610 和一层电路图案 620， 然其仅为一示例， 所实施的层的数量可变。
此外， 在进一步包括积层 600 的情况下， 可形成保护层 500 来覆盖电路图案 620， 该 保护层 500 为最外侧的层。
如图 4 所示， 在根据本实施方式的印刷电路板中， 所述电子组件 200 具有形成于 其一侧上的多个端子， 且该电子组件 200 通过导电粘结剂 700 连接至另一侧上的金属芯层 100。
不同于传统的合成树脂胶， 所述导电粘结剂 700 为具有导电性的金属粘结剂 ( 例 如， 银膏以及包括金属微粒 ( 诸如银 ) 的合成树脂胶 )， 其相比于合成树脂胶， 具有良好的导 热性， 从而改善了散热效率 ( 即使嵌有电子组件 )。
其内形成有空腔 150 的金属芯层 100 层叠于下内部绝缘层 310 上， 之后利用导电 粘结剂 700 在该空腔 150 的底面上形成粘结层， 之后将电子组件 200 嵌于空腔 150 内以通
过使用该粘结层将该电子组件 200 连接至空腔 150。 在此情况下， 当涂覆导电粘结剂 700 以 与空腔 150 的内壁相接触时， 电子组件 200 所产生的热可通过导电粘结剂 700 直接传递至 金属芯层 100， 从而改善散热效率。
在此情况下， 如图 5 所示， 所述电子组件 200 可包括将接地端子 230′连接至另一 表面的硅通孔 (TSV)， 其中接地端子 230′可通过导电粘结剂 700 连接至金属芯层 100。
形成有 TSV 的电子组件的优点在于， 不同于在一侧上形成端子的情形， 在电子组 件的两侧均输入和输出电源和信号。形成有 TSV 的电子组件在本领域是公知的， 从而省略 了其细节。
假设在本发明所采用的电子组件 200 内， 多个端子中的接地端子 230′仅形成于 电子组件 200 的另一表面上。
此外， 如图 5 所示， 通过导电粘结剂 700 连接至金属芯层 100 的优点在于， 电子组 件 200 的接地端子 230′直接连接至金属芯层 100， 而不需要连接接地图案 430。
图 6- 图 8 为示意性地示出了根据本发明第二实施方式的其内嵌有电子组件的印 刷电路板的截面图。现将参考附图， 描述该根据本发明的其内嵌有电子组件的印刷电路板 ( 下文中称之为 “印刷电路板” )。应该注意的是， 省略了与以上参考图 1- 图 5 所述的根据 第一实施方式的其内嵌有电子组件的印刷电路板相同布局的细节。 在根据本实施方式的印刷电路板中， 金属芯层 100 连接至外部电源的接地端子并 接地， 且不同于第一实施方式， 形成了凹槽部分 150′， 以容纳电子组件。
此外， 所述电子组件 200 嵌于所述凹槽部分 150′内， 且所述内部绝缘层 300 层叠 于所述金属芯层 100 的一侧或两侧。
在根据本实施方式的印刷电路板中， 由于电子组件 200 安装于形成在金属芯层 100 上的凹槽部分 150′的底面上， 所以可稳定地安装该电子组件 200， 且增大了电子组件 与金属芯层 100 相接触的面积， 从而改善了散热效率。
此外， 不同于第一实施方式， 由于下内部绝缘层 310 不具有支撑电子组件 200 的结 构， 该内部绝缘层 300 可仅形成在金属芯层 100 的上部上。
当在两侧形成电路图案 400 时， 很自然会在金属芯层 100 的下部上形成内部绝缘 层 300。在此情况下， 可形成第二通孔 v2( 参见图 1)， 以使两侧的电路图案相互连接。
在根据本实施方式的印刷电路板中， 在电子组件 200 嵌于凹槽部分 150′内的情 况下， 合成树脂胶或类似物涂覆于该凹槽部分 150′的底面上， 从而可容纳电子组件 200 的 下表面， 以使该电子组件 200 安装于所述粘结剂上。
在此情况下， 如图 7 所示， 当涂覆导电粘结剂 700 时， 可改善热传递能力， 从而改善 散热效率。 此外， 如图 8 所示， 可采用电子组件 200， 该电子组件 200 的多个端子中的接地端 子 230′形成在另一表面上。
此外， 虽未示出， 但是电容 200-1 可用作电子组件 200， 且可如根据第一实施方式 的印刷电路板那样， 进一步包括积层 600。
本发明采用由金属成分制成的芯层， 从而改善了散热效率， 即使在安装有电子组 件的情况下。
此外， 根据本发明， 所述金属芯层接地， 且电子组件的接地端子连接至金属芯层， 从而简化了接地图案， 并减少了印刷电路板的设计局限性。
此外， 可通过将电子组件的接地端子直接连接至接地的金属芯层， 以在即使出现 异常电流 / 电压的情况下， 亦可保护电子组件。
虽然已出于示例性目的公开了本发明的涉及触摸板的实施方式， 但本领域技术人 员可以理解， 在不脱离所附权利要求中所公开的本发明范围及本质的情况下， 各种不同的 修改、 添加以及替换均是可能的。因此， 此类修改、 添加以及替换也应被理解为落入本发明 的范围内。