具有集成应变计的部件承载件的制作方法

随着电子工业的发展，电子产品具有小型化和高性能的趋势，并且因此开发了多层板，以便通过层间连接技术增加用于布局的布局面积，并且满足对高密度集成电路的需求并且同时减小封装基板的厚度。在部件承载件技术的现代应用中，可以实现复杂的电子功能。

尽管现有的制造部件承载件的方法是强大的，但在简化制造工艺和提供附加功能方面仍有改进的空间。

本发明的目的是提供具有增强功能的部件承载件。

为了实现上文限定的目的，提供了根据独立权利要求的部件承载件、制造部件承载件的方法和使用方法。

根据本发明的示例性实施方式，提供了一种部件承载件，用于在部件承载件上和/或部件承载件中承载电子部件，其中，部件承载件包括互连的堆叠体，该互连的堆叠体由多个导电层结构和多个电绝缘层结构构成，其中导电层结构中的至少一个导电层结构的至少一部分被配置为集成应变计(straingauge，应变传感器、应变片)的至少一部分，该集成应变计被配置用于检测施加在部件承载件的至少一部分上的应变。

根据本发明的另一示例性实施方式，提供了一种制造部件承载件的方法，其中该方法包括：形成多个导电层结构和多个电绝缘层结构的互连的堆叠体，并且将导电层结构中的至少一个配置为集成应变计，该集成应变计被配置用于检测施加在部件承载件上的应变。

根据本发明的又一示例性实施方式，印刷电路板(pcb)的导电结构用作应变计的至少一部分。

在本申请的上下文中，术语“部件承载件”可以特别地表示物理结构，其被配置用于表面安装和/或嵌入以及用于电接触至少一个电子部件，诸如电子芯片。因此，在表面安装或嵌入程序之后，部件承载件在外部表面上或在其内部承载一个或多个电子部件。

在本申请的上下文中，术语“层结构”可以特别表示完整的层(诸如铜片)、图案化层(诸如图案化的铜箔，树脂片如环氧树脂，和纤维如玻璃纤维，其中具有通孔)或布置在同一平面内的多个单独的结构化元件(诸如多个竖向贯通连接件，特别是可以是铜过孔的过孔，延伸穿过图案化层中的例如预浸料或fr4的图案化层中的中空空间)。

根据本发明的示例性实施方式，部件承载件设置有应变计，该应变计整体地形成为互连的层堆叠体的一部分，而不是将单独的应变计构件附接到部件承载件。由于应变计和部件承载件的整体形成(该部件承载件作为在确定应变方面的调查的对象)，这允许在部件承载件中提供具有低制造成本，以紧凑的方式并且具有高检测精度的应变计功能。可以防止应变计和层堆叠体的不期望的分层，使得部件承载件在运行期间也是坚固的。此外，通过将应变计集成在部件承载件诸如pcb(印刷电路板)中，可以增加使用集成应变计检测作用在部件承载件或其一部分上的特定应变的灵敏度，因为可以在发生应变的感兴趣的位置处特定地测量该应变。此外，与部件承载件整体形成的应变计可以以紧凑并且灵活的方式简单地定位在部件承载件的任何未使用部分中，并且具有单独检测部件承载件特定区段中应变的高灵活性。根据本发明的示例性实施方式的集成应变计的主要优点在于，它可以针对部件承载件上和/或部件承载件中的某一应变检测任务单独地进行调整(特别是在位置、形状和尺寸方面)。此外，在常规方法中在外部将单独的应变计构件附接到pcb上可能涉及可能降低测量精度的附加材料。与此相反，本发明的示例性实施方式可以实现集成应变计，其可以通过不添加与pcb材料不同的其他材料来进行设置。

在下文中，将说明部件承载件和方法的其他示例性实施方式。

在实施方式中，应变计包括迂回曲折的导电路径和环绕感兴趣区域的导电路径中的至少一种，其中导电路径由导电层结构中的至少一个导电层结构形成。

在实施方式中，应变计包括至少一个焊盘，该焊盘由导电层结构中的至少一个形成并且被配置为电耦合到应变确定电路。

在实施方式中，应变计被配置为在应变被施加到部件承载件的情况下改变应变计的电阻。

在实施方式中，应变计部分地或完全地形成在部件承载件的表面上。

在实施方式中，应变计部分地或完全地嵌入部件承载件的内部中。

在实施方式中，部件承载件包括应变确定电路，该应变确定电路电连接到应变计并且被配置用于在应变的情况下基于自应变计供给的信号来确定应变。可替代地，应变确定电路可以与部件承载件分别设置，并且可以经由部件承载件外部上的连接结构与应变计电连接。

在实施方式中，应变确定电路表面安装在互连的堆叠体上和/或嵌入互连的堆叠体内，并且与应变计电连接。

在实施方式中，应变确定电路包括惠斯通电桥或由惠斯通电桥构成。

在实施方式中，应变计位于电绝缘层结构中的一个的顶部上。

在实施方式中，应变计包括至少一个竖向互连件，该至少一个竖向互连件形成导电层结构中的至少一个的一部分，该至少一个竖向互连件被配置用于将应变计电连接到部件承载件的表面和/或应变确定电路。

在实施方式中，导电层结构中的至少一个和/或电绝缘层结构中的至少一个由柔性或弹性材料制成。

在实施方式中，应变计的至少应变灵敏部分具有的竖向厚度在0.5μm至18μm之间的范围内，特别地在1μm至5μm之间的范围内，更特别地在2μm至3μm之间。这种薄结构在应变的影响下显示出欧姆电阻的高变化，并且因此提高了应变检测的高精度。

在实施方式中，应变计的至少应变灵敏部分被配置为海绵状结构。可以通过印刷导电墨或导电膏制造的具有这种一致性的结构在应变的影响下显示出欧姆电阻的高变化，并且因此提高了应变检测的高精度。

在实施方式中，应变计被布置成至少部分地围绕被调查应变行为的结构，特别是焊盘。

在实施方式中，应变计的至少应变灵敏部分被配置为仅位于一个平面内的平坦结构。

在实施方式中，应变计包括多个单独的区段，每个区段均被配置用于局部地检测施加在部件承载件的该相应区段位于其处的对应部分上的应变。这样的实施方式可以允许以空间分辨的方式确定应力格局(landscape，景观、情形)。

在实施方式中，互连的堆叠体是层压堆叠体，即通过机械压力和/或热来互连。

在实施方式中，通过印刷导电墨或导电膏来至少部分地形成集成应变计，该印刷特别地通过丝网印刷或喷墨印刷或者通过基于气溶胶的印刷进行。作为这种制造程序的结果，可以获得非常薄并且海绵状的导电应变计结构，其在存在已经很小的应变的情况下显示出其欧姆电阻的显着改变，并且因此显示出高检测精度。换句话说，通过印刷制造的集成应变计即使存在小应变的情况下也可以生成强信号。利用这种应变计，获得了对于一定量应变的电阻值的大变化。

在实施方式中，通过层压和图案化导电层来至少部分地形成集成应变计。因此，应变计的形成可以在pcb技术的层压程序中完全集成。如果需要，可以在下述部分中选择性地薄化层压堆叠体的图案化导电层的厚度：在该部分中，图案化导电层应该用作集成应变计(例如通过差分蚀刻)。这种图案化导电层的剩余部分可以保持较厚，该剩余部分可以在pcb功能的框架内用于另一目的。

在实施方式中，通过喷镀导电材料至少部分地形成集成应变计。

在实施方式中，电绝缘层结构中的至少一个包括由下述构成的组中的至少一种：树脂(诸如强化树脂或非强化树脂，例如环氧树脂)，特别是双马来酰亚胺-三嗪树脂、氰酸酯、环氧树脂；玻璃(特别是玻璃纤维、多层玻璃或玻璃类材料)；聚酰亚胺；聚酰胺；聚苯醚(ppo)；液晶聚合物；环氧基积层膜；fr4材料；fr5材料；聚四氟乙烯(特氟龙(teflon))；陶瓷和金属氧化物。尽管环氧树脂或fr4通常是优选的，但也可以使用其他材料。

在实施方式中，导电层结构中的至少一个包括由以下构成的组中的至少一种：铜；铝；镍；铂；和合金，特别是铜-镍合金、康铜(即铜-镍-锰合金)、镍铬合金v、铬钼合金c和/或铂-钨。尽管通常铜是优选的，但其他材料也是可能的。

在实施方式中，部件承载件成形为板。因此，部件承载件可以成形为片状，并且可以例如实施为层压型部件承载件。

在实施方式中，部件承载件被配置为由印刷电路板和基板构成的组中的一种。

在本申请的上下文中，术语“印刷电路板”(pcb)可以特别表示板状的部件承载件，其通过将若干导电层结构与若干电绝缘层结构层压形成，例如通过施加压力，如果需要伴随热能的供应。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。各种导电层结构可以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——以期望的方式彼此连接，并且通过用导电材料(特别是铜)填充它们，从而形成过孔作为通孔连接。除可以嵌入印刷电路板中的一个或多个电子部件之外，印刷电路板通常被配置用于在板状印刷电路板的一个表面或两个相反表面上容纳一个或多个电子部件。它们可以通过焊接连接到相应的主表面。

在本申请的上下文中，术语“基板”可以特别地表示具有与待安装在其上的电子部件基本相同尺寸的小部件承载件。

在实施方式中，部件承载件是层压型部件承载件。在这样的实施方式中，部件承载件是多层结构的复合物，其通过施加压紧力而堆叠并且连接在一起，如果需要伴随加热。因此，可以通过堆叠多个层结构并且通过应用机械压力和热能(即热)连接它们来形成部件承载件。

本发明上文限定的方面和本发明的其他方面根据下文描述的实施方式的实施例是明显的，并且参考实施方式的这些实施例进行说明。

下文将参考实施方式的实施例更详细地描述本发明，但本发明不限于所述实施方式的实施例。

图1至图6示出了在执行根据本发明示例性实施方式的制造具有集成应变计的部件承载件的方法期间获得的结构的截面视图。

图7和图8示出了根据本发明示例性实施方式的嵌入部件承载件中的应变计的平面视图。

图9示出了根据本发明示例性实施方式的迂回曲折的应变计的平面视图。

图10示出了根据本发明示例性实施方式的具有集成应变计的部件承载件的截面视图和该应变计的平面视图。

图11示出了根据本发明的又一示例性实施方式的具有集成应变计的部件承载件的截面视图和该应变计的平面视图。

图12示出了表示根据本发明示例性实施方式的集成在部件承载件中的应变计对应变做出响应的行为的图表。

图13和图14示出了根据本发明示例性实施方式的嵌入部件承载件中的花状(rosette，应变花、圆花状、玫瑰花状)形状应变计的平面视图。

附图中的图示是示意性的。在不同的附图中，相似或相同的元件设置有相同的附图标记。

在参考附图，将更详细地描述示例性实施方式之前，将基于已经开发的本发明的示例性实施方式总结一些基本考虑。

本发明的示例性实施方式提供了印刷嵌入式应变计。

应变计广泛地用于测量例如物体的机械性能。标准应变计是在主要采用cvd/pvc等方法制造在箔上的。应变计本身是曲折形状的导体。现在，当将具有曲折结构的箔粘合到物体例如pcb上时，并随后弯曲或拉伸该pcb，曲折结构也被拉伸，并且因此电阻将改变。可以使用桥接检测电路测量电阻的这种改变。可以获得不同尺寸和形式的这种应变计，并且这种应变计满足一定的标准化电阻值。然而，简单地附接到pcb的常规应变计构件易于脱离。即使随后保持着附接，测量的精度也是受限的，因为pcb应变不一定以1比1的方式转换成由附接的应变计构件检测的应变。

根据本发明的示例性实施方式，应变计集成在部件承载件诸如pcb内，特别是可以部分地或完全地由pcb材料或pcb类材料制成。特别地，这种应变计可以形成部件承载件的构成部分。根据实施方式，可以印刷曲折状结构等，这允许在设计几何结构上更高的灵活性。此外，这些结构可以位于部件承载件的内层上，并因此可以基本上以受保护的方式嵌入内层上(其中本发明的实施方式不限于嵌入式应变计)。为了形成这种应变计，可以将导电材料印刷成曲折状结构。这种结构可以连接到焊盘，其稍后可以允许经由例如激光过孔或电镀通孔与结构接触。也可以印刷一个或多个焊盘。为了在设计上完全自由，在曲折结构下可以放置介电层，这因此允许套印铜轨迹。

本发明的示例性实施方式的优点是：

-每张卡都可以个性化

-不需要拾取和放置已经制成的应变计

-复杂和独特形式的应变计都是有可能的(参见附图)

-可以测量界面应力

本发明的以下有利的示例性实施方式是有可能的：

-在部件承载件的内层上印刷的应变计

-在下面印刷的介电层，以使应变计与导电轨迹隔离

-保护电介质

-独特形状是有可能的(参见例如图8)

-在与应变计相同的层(或另一层)上，可以安装一个或多个嵌入式部件用于数据处理(应变计的和/或用于其他目的)

可以执行以下技术中的一种或多种用于制造根据本发明的示例性实施方式的具有集成应变计的部件承载件：

-可以应用的印刷技术是：丝网印刷、喷墨、气溶胶、加湿等。还可以使用阴影掩模并且使用喷镀、cvd等。

-可用的导体是：ag、cu、ni、au、ti、合金(也参见上述列表)和其他可以承受再层压工艺的导体(参见图4)

-可用的电介质是：丙烯酸酯基材料或环氧基材料以及化学和物理性质与fr4相当的材料

-用作应变计的导体的厚度可以在0.5μm至18μm的范围内，特别是1μm至15μm的范围内，优选地2μm至3μm范围内

-电介质(参见附图标记106')的厚度：与导体相同，当在传导边缘上印刷时，应优选地确保良好的边缘覆盖

图1至图6示出了在执行根据本发明示例性实施方式的制造具有集成应变计102(如图6所示)的部件承载件100的方法期间获得的结构的截面视图。

制造具有集成应变计102的部件承载件100的方法的工艺流程可以是例如如下：

图1：在层压体的铜上印刷介电材料。可以将附加的电绝缘层结构106'应用(例如印刷)到所示的导电层结构104和电绝缘层结构106的层压堆叠体102的位置，在该电绝缘层结构处随后将形成集成应变计102(参见图2)。附加的电绝缘层结构106'也可以可替代地是已经存在的电绝缘层结构106中的一个，并且可以允许形成集成应变计108，该集成应变计还处于与导电层结构104直接相邻的关系但是与该导电层结构电隔离，以防止不希望的短路。

图2：印刷导体。所示的实施方式形成两个应变计108，而也可以形成仅一个或至少三个应变计108。根据图2，第一应变计108直接印刷在层压的电绝缘层结构106中的一个的暴露表面上。第二应变计108直接印刷在附加的电绝缘层结构106'的暴露表面上。两个应变计108电耦合到相应的焊盘110，形成为导电层结构104中相应的一个导电层结构的一部分。

图3：印刷电介质(保护层)。如图3中所示，形成应变计108的铜墨可以被可选的附加的电绝缘层结构106'覆盖，以进行钝化。

图4：再层压。一个或多个另外的导电层结构104和/或一个或多个另外的电绝缘层结构106可以层压(优选对称地)在图3中所示的层压层堆叠体102的两个相反的主表面上，该层压层堆叠体上具有钝化的应变计108。

图5：激光钻孔(或机械钻孔)。通过钻孔，可以形成盲孔150，以使与应变计108直接接触的焊盘110暴露。尽管未示出，但是也可以经由电镀通孔。

图6：铜填充。盲孔150可以用铜材料等进行填充，从而通过镀铜工艺形成导电竖向互连件114。此外，应变检测电路112可以表面安装在相应的竖向互连件114上(并且因此可以形成可以安装在部件承载件100上的至少一个电子部件中的一个电子部件)。可替代地，还可以将应变检测电路112(和/或任何其他电子部件)嵌入层压堆叠体102的内部(未示出)。

因此，图1至图6示出了制造用于在部件承载件100上和/或该部件承载件中承载电子部件的部件承载件100的方法，其中，该方法包括：形成多个导电层结构104和多个电绝缘层结构106、106'的互连的堆叠体102；并且将导电层结构104的一部分配置为集成应变计108，用于检测施加在部件承载件100上的应变，其中，集成应变计108通过印刷导电墨或导电膏形成，特别是通过丝网印刷或喷墨印刷形成。

可替代地，集成应变计108可以通过层压和图案化——如果期望也可以通过背蚀刻——导电层104或者通过喷镀导电材料(未示出)形成。

图6示出了根据本发明示例性实施方式的嵌入部件承载件100中的应变计108的截面视图。

根据图6的部件承载件100被配置用于在部件承载件100上和/或部件承载件中承载电子部件，其中，部件承载件100包括由多个导电层结构104和多个电绝缘层结构106、106'构成的互连的堆叠体102，其中导电层结构104的一部分被配置为集成应变计108，该集成应变计被配置用于检测施加在部件承载件100的至少一部分上的应变。

应变计108包括相应的焊盘110，该焊盘由导电层结构104中相应的一个导电层结构形成并且被配置为电耦合到相应的应变确定电路112。应变计108被配置为在应变被施加到部件承载件100的相应区段的情况下改变电阻值。应变计108嵌入部件承载件100的内部中。部件承载件100包括应变确定电路112，每个应变确定电路电连接到应变计108中相应的一个应变计并且被配置用于在应变的情况下基于自相应的应变计108供给的信号来确定应变。应变确定电路112表面安装(或者可以嵌入互连的堆叠体102内)并且与相应的应变计108电连接。应变确定电路112可以包括惠斯通电桥。应变计108包括相应的竖向互连件114，该竖向互连件将相应的应变计108的应变灵敏部分电连接到部件承载件100的表面和应变确定电路112中相应的一个应变确定电路。应变计108具有在2μm至3μm之间的范围内的竖向厚度。

互连的堆叠体102是层压堆叠体102。导电层结构104由铜构成。电绝缘层结构106包括固化的预浸材料，并且因此可以是fr4材料。附加的电绝缘层结构106'可以由预浸材料、聚酰亚胺、树脂等制成。部件承载件100被成形为板并且被配置为印刷电路板(pbc)。

图7和图8示出了根据本发明示例性实施方式的嵌入部件承载件100中的应变计108的平面视图。图7示出了在再层压之前根据图3的结构的顶视图。图8示出了另一实施方式的顶视图，其中，在焊盘110周围，预见有多个连接设置以获得局部应力信息。如从图7和图8中可以看出的，应变计108可以例如包括迂回曲折的导电路径(对照图7)或环绕的导电路径(对照图8)。根据图8，应变计108因此被布置成围绕焊盘110，对该焊盘应变行为进行调查。应变计108可以被配置为仅位于一个平面内的平坦结构。根据图8，应变计108包括多个单独的区段，其中每个区段均被配置用于局部地检测施加在部件承载件100的该相应区段位于其处的对应部分上的应变。

图9示出了根据本发明示例性实施方式的具有迂回曲折形状的应变计108的平面视图。

图10示出了根据本发明的另一示例性实施方式的具有集成应变计108的部件承载件100的截面视图和应变计108的平面视图。可以经由惠斯通电桥进行读取)。作为焊盘110与应变计108之间的导电连接，根据图10使用导电层结构104。

图11示出了根据本发明的又一示例性实施方式的具有集成应变计108的部件承载件100的截面视图和应变计108的平面视图。图11示出了具有预浸料层的图10的结构，该预浸料层层压在顶部作为另外的电绝缘层结构106。

图12示出了表示根据本发明示例性实施方式的与部件承载件100整体形成的应变计108在对应变做出响应的行为的图表180。

已执行以下测试程序以获得图表180：

-加载直到施加(位移控制1mm/min)限定的力(进行了1000n、1500n和2000n的测试)

-保持5s(位移控制)

-卸载至0n(力控制160n/s)

使用校准因子根据输出电压来计算应变计测量中的应变。

对于1500n的测试，执行五次重复。

图13和图14示出了根据本发明示例性实施方式的嵌入部件承载件100中的花状应变计108的平面视图。根据图13和图14，应变计108包括设置为花状的多个(在两种情况下均为三个)单独区段。这允许检测施加在部件承载件100的该相应区段位于其处的对应部分上的二维应力状态和/或主应力和主应变。图13涉及45°应变计花状布局，而图14涉及60°应变计花状布局。

应当注意，术语“包括”不排除其他元件或步骤，并且“一(a)”或“一(an)”不排除多个。还可以组合与不同实施方式联合描述的部件。

还应注意，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。

本发明的实施不限于图中所示和上文描述的优选实施方式。相反，即使在根本上不同的实施方式的情况下，使用了根据本发明的所示的方案和原理的多种变型是可以的。