專利名稱：多層印刷電路板及其制造方法
技術領域：
本發(fā)明涉及多層印刷電路板以及制造多層印刷電路板的方法。
解決上述問題的方法是把配備有構成導電層的導線分布圖的各核心襯底一次層疊。參照

圖10(A)，在這種用于形成多層印刷電路板50的單級工藝中，在敷銅核心襯底60至62的兩面上形成導線分布圖51至56，并且在敷銅核心襯底60至62中形成用于連接導線分布圖51至56的鍍敷通孔57至59。
參考圖10(B)，通過分別在相應的導線分布圖52和55的預定位置上鍍敷而形成凸塊63和64，以便導線分布圖52和55分別與在核心襯底61上形成的導線分布圖53和54電連接。接著，在核心襯底60到62上設置置半固化片65和66。參考圖10(C)，核心襯底60到62通過熱壓與半固化片65和66相互粘結，從而形成多層印刷電路板50。
在這種生產多層印刷電路板的單級工藝中，導電層通過銅糊、錫鉛焊料、高熔點焊料等相互連接。含有還原劑的銅糊不適合用來制造具有精細圖案的印刷電路板。
錫鉛焊料中的鉛對人體和環(huán)境有負面影響。而且，其低熔點焊料具有183℃的低熔點。在電子部件的表面安裝期間，這種易熔質的體積由于熔化而膨脹。低熔點焊料的熔化和膨脹妨礙了多層印刷電路板的導電層之間的可靠電連接。
另一方面，為了連接導電層，必須在高溫下熔化高熔點焊料。敷銅核心襯底在這樣的高溫下不耐用。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種制造所述多層印刷電路板的方法。
根據(jù)本發(fā)明的第一方面，多層印刷電路板包括多個具有導線分布圖的核心襯底，所述多個核心襯底這樣層疊，使得相鄰的核心襯底的導線分布圖彼此面對；設置在所述多個核心襯底之間的至少一個絕緣層，絕緣層把導線分布圖相互絕緣；以及在所述多個核心襯底之間的至少一種連接，所述連接把導線分布圖相互連接。所述連接包括一種合金，該合金含有熔點低于所述多個核心襯底的耐熱溫度的第一種金屬和熔點高于所述多個核心襯底的耐熱溫度的第二種金屬。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，制造印刷電路板的方法包括以下步驟在多個核心襯底中每個襯底的一面上形成第一導線分布圖，而在另一面上形成第二導線分布圖；在所述多個核心襯底中每個襯底的第一導線分布圖上形成含有第一種金屬的第一金屬層，在第二導線分布圖上形成含有第二種金屬的第二金屬層，所述第一種金屬的熔點低于所述核心襯底的耐熱溫度，而第二種金屬的熔點高于所述核心襯底的耐熱溫度；把多個核心襯底這樣層疊，使得所述多個核心襯底之一的第一導線分布圖上的第一金屬層面對相鄰核心襯底的第二導線分布圖上的第二金屬層；以及通過熱壓把第一金屬層與第二金屬層粘結，從而形成含有第一種金屬和第二種金屬的合金層。
在把各核心襯底上的導線分布圖相互連接的所述連接件中，形成含有熔點低于核心襯底的耐熱溫度的低熔點金屬和熔點高于核心襯底的耐熱溫度的高熔點金屬的合金。更具體地說，在所述連接中，通過把在低于核心襯底的耐熱溫度的溫度熔化的低熔點金屬擴散到高熔點金屬中，形成這種合金。由于所產生的合金的熔點高于核心襯底的耐熱溫度，所以在把電子部件安裝到外導線分布圖上所用的流動焊接溫度或回熔焊接溫度下，所述合金不會熔化，這就得到導線分布圖之間的可靠電連接。具有提高的熔點的連接增強了高溫環(huán)境中導線分布圖的連接可靠性。
具體實施例方式
現(xiàn)在參考附圖來描述根據(jù)本發(fā)明的示例性多層印刷電路板。參考圖1，根據(jù)本發(fā)明的多層印刷電路板1具有六個導電層。多層印刷電路板1包括核心襯底10到12、絕緣層14和15以及在絕緣層14和15中形成的連接件16。核心襯底10到12分別包括基底3a到3c。此外，核心襯底10包括內導線分布圖4和外導線分布圖8，核心襯底11包括內導線分布圖5和6，而核心襯底12包括內導線分布圖7和外導線分布圖9。導線分布圖4面對導線分布圖5，而導線分布圖6面對導線分布圖7。絕緣層14把導線分布圖4與導線分布圖5隔離，而絕緣層15把導線分布圖6與導線分布圖7隔離。連接件16把對置的導線分布圖4和5電連接，并且把對置的導線分布圖6和7電連接。
核心襯底10到12都是在由玻璃-環(huán)氧樹脂等構成的絕緣基底的兩面上層疊銅箔而形成的敷銅疊層結構。電路圖案被曝光在各個銅箔上，經顯影和蝕刻而形成內導線分布圖4到7和外導線分布圖8和9。核心襯底10到12中每一個具有在預定位置上的鍍敷通孔18，用于導線分布圖4到9之間的電連接。鍍敷通孔18是這樣形成的通過鉆孔或激光加工在基底3a到3c的預定位置上形成通孔，然后通過電鍍或無電鍍敷把銅鍍在孔內部。
通過將絕緣熱固性樹脂半固化片、如環(huán)氧樹脂半固化片置于核心襯底10到12之間，并且在加熱的條件下對疊層結構加壓，從而形成絕緣層14和15。因此，絕緣層14和15與這些核心襯底10到12彼此粘結，并且使核心襯底10到12彼此絕緣。
各連接件16都是由合金構成的，所述合金含有熔點低于核心襯底10到12的耐熱溫度的第一種金屬(低熔點金屬)和熔點高于所述多個核心襯底10到12的耐熱溫度的第二種金屬(高熔點金屬)。參考圖2(A)和2(B)，以導線分布圖4和5之間的連接件16作為示例。連接件16是如下形成的將高熔點金屬和低熔點金屬中的一種金屬鍍在導線分布圖4的預定位置上，從而形成凸塊(第一凸塊)，而將其中的另一種金屬鍍在導線分布圖5的預定位置上，從而形成另一凸塊(第二凸塊)。使第一凸塊和第二凸塊彼此接觸并通過加熱而彼此粘結。
低熔點金屬具有低于核心襯底10到12的耐熱溫度的熔點，例如低于260℃。高熔點金屬具有高于所述耐熱溫度的熔點，例如超過260℃，這是在用于把電子部件安在外導線分布圖上的流動焊接或回熔焊接期間的溫度。
接近低共熔點的高熔點金屬和低熔點金屬的合金具有低于低熔點金屬的熔點的熔點。采用在低于核心襯底10到12的耐熱溫度的溫度下熔化的低熔點金屬來形成凸塊之一。在低于耐熱溫度的溫度下對核心襯底10到12加熱，使得低熔點金屬擴散到高熔點金屬中。從而形成合金。以這種方式在低于耐熱溫度的溫度下形成連接件16。
隨著合金中高熔點金屬的比例增加，連接件16中的低熔點金屬和高熔點金屬的合金的熔點向高熔點金屬的熔點移動。本發(fā)明中，在所述另一凸塊上提供的高熔點金屬的比例高于在所述一個凸塊上提供的低熔點金屬的比例。因此，連接件16中的合金在用于把電子部件安裝在導線分布圖8和9上的流動焊接或回熔焊接期間不會熔化，確保了導線分布圖8和9的電連接。此外，熔點提高了的連接件16增強了在高溫環(huán)境下多層印刷電路板1的導線分布圖4到9的連接可靠性。
更明確地說，如圖2(A)中所示，在導線分布圖5上形成鍍錫凸塊20，而在導線分布圖4上形成鍍銀凸塊21。使鍍錫凸塊20和鍍銀凸塊21相互接觸，并且對其加熱而形成連接件16。導線分布圖5上的鍍錫凸塊20的錫具有231.97℃的熔點，該熔點低于鍍銀凸塊21的熔點961.93℃，并且低于核心襯底10到12的耐熱溫度260℃。
鍍錫凸塊20的錫在高于231.97℃的溫度下熔化，并且擴散到與鍍錫凸塊20接觸的鍍銀凸塊21中。因此，在連接件16中，由錫和銀構成的合金層23是在低于核心襯底10到12的260℃耐熱溫度的溫度下、在鍍錫凸塊20與鍍銀凸塊21之間的界面處形成的。通過調節(jié)擴散到鍍銀凸塊21中的錫的量，合金層23可具有高于流動焊接或回熔焊接期間的溫度的熔點。參考圖3，當Sn∶Ag重量之比為93∶7時，合金具有260℃的熔點。而且熔點隨著銀含量的增加而提高。
參考圖1，Ag-Sn合金層23的連接件16是在低于核心襯底10到12的耐熱溫度的溫度下形成的，并且在用于把電子部件安裝在導線分布圖8和9的流動焊接或回熔焊接溫度下不會熔化，確保了導線分布圖4到9的電連接。此外，構成連接件16的合金的熔點的提高增強了在高溫環(huán)境下多層印刷電路板1的導線分布圖4到9的連接可靠性。
在連接件16處，錫銀合金把導線分布圖4與導線分布圖5電連接。連接件16的熔點由于錫銀合金的形成而變得高于核心襯底的耐熱溫度。在多層印刷電路板1中，連接件16不會在用于把電子部件安裝在外導線分布圖8和9上的流動焊接或回熔焊接溫度下熔化，這維持了導線分布圖4到7之間的電連接，其中流動焊接或回熔焊接溫度應當?shù)陀诤诵囊r底的耐熱溫度。此外，連接件16的熔點的提高增強了在高溫環(huán)境下、多層印刷電路板1的導線分布圖4到9的連接可靠性。
在上述實施例中，合金由銀和錫組成。但是，在本發(fā)明中，可以使用任何其他的金屬的組合，只要這些金屬可以在低于流動或回熔焊接溫度的溫度下互相粘結，并且形成熔點高于流動或回熔焊接溫度的合金。
例如，連接件16可以用包含錫和鋅(熔點415℃)的Sn-Zn合金、包含錫和銅(熔點1083℃)的Sn-Cu合金、或者包含錫和金(熔點1063℃)的Sn-Au合金構成。如圖4所示，當鋅含量按重量計高于16％時，Sn-Zn合金的熔點高于260℃；如圖5所示，當銅含量按重量計高于2％時，Sn-Cu合金的熔點高于260℃；以及如圖6所示，當金含量按重量計高于23％時，Sn-Au合金的熔點高于260℃。
在導線分布圖4到7中每一個上形成的鍍金屬的凸塊可以包含單種金屬、或者兩種或兩種以上的金屬。例如，連接件16可以由Sn91Zn9合金和鋅形成。在這種情況下，在按重量計比例Sn91Zn9∶Zn＝92∶8的條件下，錫和鋅形成低共熔晶體，而且當鋅含量高于上述比例時，合金具有高于260℃的熔點。
現(xiàn)在參考圖1描述制造多層印刷電路板的方法。多層印刷電路板1是通過把具有導線分布圖4到9的核心襯底與絕緣樹脂半固化片層疊、并且通過加熱把疊層壓制而生產的。
將銅箔粘結在環(huán)氧樹脂-玻璃纖維襯底的兩面上，從而形成敷銅疊層結構。在敷銅疊層結構中的預定位置上通過鉆孔或激光加工形成通孔，并且從通孔中去除污跡。通過無電鍍敷將銅箔的表面和通孔的內壁鍍上銅，從而形成導電層。從而，敷銅疊層結構具有用于把導線分布圖4到9電連接到核心襯底10到12的鍍敷通孔18。
接著，通過對鍍層和銅箔進行曝光、顯影和蝕刻，在敷銅疊層結構的各個銅箔中形成內導線分布圖4到7和外導線分布圖8和9。導線分布圖8、5和7分別電連接到導線分布圖4、6和9，鍍敷通孔18貫穿核心襯底10到12。
通過鍍敷等方法，在核心襯底10到12的預定位置上形成熔點低于核心襯底10到12的耐熱溫度的低熔點金屬的第一凸塊，并且在核心襯底10到12的預定位置上形成熔點高于核心襯底10到12的耐熱溫度的高熔點金屬的第二凸塊。更具體地說，在導線分布圖5和7上形成具有低熔點的錫凸塊20，而在導線分布圖4和6上形成具有高熔點的銀凸塊21。
將核心襯底10到12與環(huán)氧樹脂半固化片層疊，使得導線分布圖5和7上的鍍錫凸塊20分別與導線分布圖4和6上的鍍銀凸塊21接觸。在大約130℃的條件下，通過半固化片的固化，把核心襯底10到12壓制30分鐘，從而形成把導線分布圖4和6分別與導線分布圖5和7絕緣的絕緣層14和15。在一定壓力下，在高于231.97℃而低于260℃的溫度下加熱核心襯底10到12，使得鍍錫凸塊20中的錫擴散到鍍銀凸塊21中。結果，如圖2(A)所示，在鍍錫凸塊20與鍍銀凸塊21之間的界面處形成錫銀合金層。從而導線分布圖4和6通過連接件16連接到導線分布圖5和7。
合金層23包含錫和銀，并且具有高于260℃的熔點。因此，在把電子部件安裝在導線分布圖8和9上的流動焊接或回熔焊接處理期間，合金層23不會熔化，這確保了導線分布圖之間的電連接。由于合金層23具有提高的熔點，所以可以在高溫環(huán)境下維持導電層之間的電連接。
透過組成圖案的網目(screen)，把焊膏涂敷在外導線分布圖8和9上的焊盤上。在雙面安裝的情況下，如果需要，就采用粘合劑，使得要安裝的元件不會從核心襯底10到12上剝離。各種表面安裝器件被安裝在各個焊盤上，而通孔安裝器件被安裝在通孔中。把核心襯底10到12轉移到熱氣爐和紅外爐中，并在大約260℃下加熱，從而通過焊接把安裝器件固定。從而生產出多層印刷電路板1。
通過目視檢查并借助于外觀測試器來檢查生產出的多層印刷電路板1的安裝情況和焊接情況，并且還利用測試器進行導電層連接測試和電操作測試。
現(xiàn)在描述根據(jù)本發(fā)明的形成多層印刷電路板的方法的實例。參考圖7，在第一實例中，通過鍍敷，在直徑為1.0mm的銅線26的末端上形成起低熔點金屬層作用的10μm長的錫段29，而通過鍍敷在核心襯底27的銅箔28上形成起高熔點金屬層作用的10μm厚的銀層30。使錫段29與銀層30接觸，并且在加熱板31上在260℃下把核心襯底27的相對面加熱2分鐘，同時用倒裝焊接機把500gf的壓力加在銅線26上。從而把錫段29粘結到核心襯底27的鍍銀層30上。
連接到核心襯底27的銅線26的剪應力大約為1700gf。這個樣品受到216次循環(huán)(大約72小時)的熱沖擊測試，每次循環(huán)包括保持在-25℃下9分鐘、室溫下1分鐘以及260℃下9分鐘。測試期間剪應力不會減小。
參考圖8，在第二實例中，在通過涂敷粘結在核心襯底35a上的12μm厚的銅箔上形成10μm厚的錫-鉛(Sn-Pb)焊料層36，而在粘結于核心襯底35b上的12μm厚的銅箔上形成100-120μm厚的金(Ag)針狀凸塊37。把核心襯底35a和35b與其間的50μm的半固化片38層疊在一起，使得錫鉛焊料層36與金凸塊37接觸，并且通過熱壓使它們彼此粘結。核心襯底35a和35b被在180℃下加熱90分鐘。在此過程中，每個錫-鉛焊料層36擴散到相應的金凸塊37中，形成錫、鉛和金的三元合金。
該樣品受到熱沖擊測試。在金凸塊37與錫鉛焊料層36之間的界面處的結合強度是不夠的。因此，不管增加的熔點如何，這種組合呈現(xiàn)出低結合力。
在根據(jù)上述實施例的多層印刷電路板中，通過在具有導線分布圖的核心襯底的預定位置上熱粘結金屬凸塊作為連接件16，形成具有高熔點的合金層?；蛘?，可以僅在一個核心襯底上形成金屬凸塊，使得該金屬凸塊與另一個核心襯底上形成的導電圖案之間形成連接。
下面描述圖1中所示連接件16的形成的實施例。參考圖9，對粘結在核心襯底10上的銅箔進行蝕刻而形成導線分布圖，并且在導線分布圖的預定位置上形成具有10μm厚的鍍錫層28。在核心襯底11上，通過對粘結于導線分布圖5上的銅箔進行蝕刻而形成導線分布圖5。在導線分布圖5的預定位置上，通過電鍍形成具有100μm厚的鍍銅凸塊40。在核心襯底10與核心襯底11之間放置50μm厚的半固化片41，使得核心襯底10上的鍍錫層28與鍍銅凸塊40接觸。通過熱壓使它們彼此粘結。
鍍錫層28在超過231.97℃的溫度下熔化，并且層中的錫被擴散到鍍銅凸塊40中。因此，在低于核心襯底10到12的耐熱溫度、即低于260℃的溫度下，在連接處，在鍍錫層28與鍍銅凸塊40之間的界面處形成由錫和銅構成的合金層42。
控制擴散到鍍銅凸塊40中的鍍錫層28的成分，使得合金層42具有高于流動或回熔焊接溫度的熔點。更具體地說，根據(jù)圖5，調節(jié)構成合金層42的錫與銅的比例，使得熔點變得高于260℃。
結果，Cu-Sn合金層42的連接件16可以在低于核心襯底10到12的耐熱溫度的溫度下形成，并且在用于把電子部件安裝到外導線分布圖8和9中的流動或回熔焊接溫度下不會熔化，確保了導線分布圖4到9的電連接。這種連接件16的熔點的提高還促進了高溫環(huán)境下、導線分布圖4到9的高連接可靠性。
根據(jù)本發(fā)明的多層印刷電路板和用于制造多層印刷電路板的方法，用于連接在核心襯底10到12上形成的導線分布圖4到9的連接件16是由合金形成的，該合金含有熔點低于核心襯底10到12的耐熱溫度的低熔點金屬和熔點高于核心襯底10到12的耐熱溫度的高熔點金屬。
在低于核心襯底10到12的耐熱溫度的溫度下，連接件16處的低熔點金屬熔化并且擴散到高熔點金屬中，從而形成具有較高熔點的合金。在用于把電子部件安裝在導線分布圖8和9上的流動或回熔焊接溫度下，連接件16處的合金不熔化，這確保了導線分布圖之間的電連接。此外，具有較高熔點的連接件16確保了高溫環(huán)境下多層印刷電路板1的導線分布圖之間的連接可靠性。
在上述實施例中，多層印刷電路板是剛性的。本發(fā)明也可應用于柔性多層印刷電路板及其制造方法。
權利要求
1.一種多層印刷電路板，它包括多個具有導線分布圖的核心襯底，所述多個核心襯底這樣層疊，使得相鄰的核心襯底的所述導線分布圖彼此面對；設置在所述多個核心襯底之間的至少一個絕緣層，所述絕緣層使所述導線分布圖相互絕緣；以及在所述多個核心襯底之間的至少一個連接件，所述連接件把所述導線分布圖相互連接，所述連接件包括合金，該合金含有熔點低于所述多個核心襯底的耐熱溫度的第一種金屬和熔點高于所述多個核心襯底的所述耐熱溫度的第二種金屬。
2.如權利要求1所述的多層印刷電路板，其特征在于所述連接是通過把所述相鄰核心襯底之一的所述導線分布圖上形成的所述第一種金屬的凸塊熱壓粘結到所述另一核心襯底的所述導線分布圖上形成的所述第二種金屬的凸塊而形成的。
3.如權利要求1所述的多層印刷電路板，其特征在于所述連接件是通過把在所述相鄰核心襯底之一的所述導線分布圖上形成的、所述第一種金屬和所述第二種金屬之一的凸塊熱壓粘結到在所述另一核心襯底的所述導線分布圖上形成的、所述第一種金屬和所述第二種金屬中另一個的金屬層而形成的。
4.如權利要求1所述的多層印刷電路板，其特征在于所述第一種金屬是錫，而所述第二種金屬是從包括銀、鋅、銅和金的組中選擇的。
5.一種制造印刷電路板的方法，它包括以下步驟在多個核心襯底中每一個襯底的一面上形成第一導線分布圖，而在另一面上形成第二導線分布圖；在所述多個核心襯底中每一個襯底的所述第一導線分布圖上形成含有第一種金屬的第一金屬層，在所述第二導線分布圖上形成含有第二種金屬的第二金屬層，所述第一種金屬的熔點低于所述核心襯底的耐熱溫度，而所述第二種金屬的熔點高于所述核心襯底的所述耐熱溫度；把所述多個核心襯底這樣層疊，使得所述多個核心襯底之一的所述第一導線分布圖上的所述第一金屬層面對所述相鄰核心襯底的所述第二導線分布圖上的所述第二金屬層；以及把所述第一金屬層與所述第二金屬層通過熱壓粘合，從而形成含有所述第一種金屬和所述第二種金屬的合金層。
6.如權利要求5所述的用于制造多層印刷電路板的方法，其特征在于所述第一金屬層和所述第二金屬層包括金屬凸塊。
7.如權利要求5所述的用于制造多層印刷電路板的方法，其特征在于所述第一金屬層和所述第二金屬層中的一個包括金屬凸塊，而另一個包括金屬薄膜。
8.如權利要求5所述的用于制造多層印刷電路板的方法，其特征在于所述第一種金屬是錫，而所述第二種金屬是從包括銀、鋅、銅和金的組中選擇的。
全文摘要
一種多層印刷電路板包括各自具有導線分布圖的各核心襯底。核心襯底這樣層疊,使得相鄰核心襯底的導線分布圖彼此面對。在核心襯底之間設置至少一個絕緣層,以便使各導線分布圖彼此絕緣。在核心襯底之間有至少一個連接件,該連接件把導線分布圖相互連接。該連接件包括含有熔點低于核心襯底的耐熱溫度的第一種金屬和熔點高于所述耐熱溫度的第二種金屬的合金。所述連接件是通過把在相鄰核心襯底之一的導線分布圖上形成的第一種金屬的凸塊熱壓粘結到在另一核心襯底的導線分布圖上形成的第二種金屬的凸塊上而形成的。
文檔編號H05K3/46GK1384701SQ02119000
公開日2002年12月11日 申請日期2002年5月8日 優(yōu)先權日2001年5月7日
發(fā)明者宮崎廣仁, 渡邊喜夫, 安田誠之 申請人:索尼公司