專利名稱：具有阻止變形部件的電路板及電路板的形成方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電路板及形成該電路板的方法，在該電路板中，由外部荷載(例如彎曲或者扭曲)或內(nèi)部荷載(例如由于環(huán)境溫度的變化而引起的熱應(yīng)力)所產(chǎn)生的變形被抑制。
背景技術(shù)：
通常，電子器件包含具有大量安裝在其上的電子元件的印制電路板，由此提供各種電氣電路。例如，圖8是描述設(shè)置有電子元件的多層結(jié)構(gòu)常規(guī)印制電路板的截面視圖，為日本專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)為特開(kāi)2000-216550的文獻(xiàn)所公開(kāi)。
在印制電路板中，由內(nèi)導(dǎo)體層32和33以及層間絕緣體(層間絕緣層)34和35形成的多層結(jié)構(gòu)(被稱作疊合(buildup)層)通常被設(shè)置在平直的芯板31上。內(nèi)導(dǎo)體層32和33具有空白部分38和作為最上層的表面導(dǎo)體層39，表面導(dǎo)體層39被形成作為電極焊盤，用于安裝電子元件40。
表面導(dǎo)體層39通過(guò)導(dǎo)電結(jié)合材料36電氣地連接和機(jī)械地結(jié)合到電子元件40的端部電極41。進(jìn)一步，提供阻焊層37，其電氣地將作為電極焊盤的表面導(dǎo)體層39隔離開(kāi)，并保護(hù)部分最外部層間絕緣層35和表面導(dǎo)體層。
在上述結(jié)構(gòu)中，當(dāng)內(nèi)導(dǎo)體層32和33因?yàn)闇囟茸兓鵁崤蛎洉r(shí)，空白部分38減少了具有高熱膨脹系數(shù)的內(nèi)導(dǎo)體層32和33的體積，由此減少熱膨脹的不利影響。換句話說(shuō)，空白部分38使整個(gè)印制電路板的熱膨脹系數(shù)接近安裝在板上的電子元件的熱膨脹系數(shù)。因此，當(dāng)通過(guò)導(dǎo)電結(jié)合材料(例如焊料)將電子元件安裝在印制電路板上時(shí)，減少了由于印制電路板、電子元件和導(dǎo)電結(jié)合材料的熱膨脹系數(shù)之間的差異而產(chǎn)生的熱應(yīng)力。這樣，空白部分38增加電路板對(duì)環(huán)境溫度變化的抵抗力。
日本專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)為特開(kāi)2000-216550的文獻(xiàn)進(jìn)一步公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)，其中采用由緩沖材料(例如硅樹(shù)脂橡膠)形成的緩沖部件代替空白部分38。此文獻(xiàn)也進(jìn)一步公開(kāi)了一種結(jié)構(gòu)，其中在內(nèi)導(dǎo)體層和電極焊盤之間設(shè)置由緩沖材料形成的緩沖層。
正如以上所述，在日本專利申請(qǐng)公開(kāi)號(hào)為特開(kāi)2000-216550的技術(shù)中，空白部分、緩沖部件或緩沖層減少了由于印制電路、電子元件和導(dǎo)體之間熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的應(yīng)力，由此增強(qiáng)了對(duì)環(huán)境溫度變化的抵抗力。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種電路板，包括芯板；疊合層，其包括相互交替層疊的若干絕緣層和導(dǎo)體層；以及阻止變形部件，其貫穿導(dǎo)體層之間的絕緣層并與導(dǎo)體層接觸，阻止變形部件由具有比絕緣層的熱膨脹系數(shù)低的熱膨脹系數(shù)并且比絕緣層的楊氏模量(Young’s modulus)高的楊氏模量的材料形成。當(dāng)環(huán)境溫度變化或者外力被施加到電路板上時(shí)，阻止變形部件阻止絕緣層的變形。在該電路板中，阻止變形部件由絕緣體或者導(dǎo)體形成。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種形成電路板的方法，包括在芯板上形成層間絕緣層；形成穿過(guò)層間絕緣層的孔；利用絕緣體或者導(dǎo)體填充該孔，由此形成阻止變形部件，該絕緣體或者導(dǎo)體具有比層間絕緣層的熱膨脹系數(shù)低的熱膨脹系數(shù)并且比層間絕緣層的楊氏模量高的楊氏模量；在具有阻止變形部件的層間絕緣層上形成內(nèi)導(dǎo)體層；形成具有相互層疊的層間絕緣層和內(nèi)導(dǎo)體層的疊合層；以及在疊合層上形成布線或者電極。


圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的電路板的截面視圖，描述了其上安裝電子元件的狀態(tài)；圖2A和2B示出了設(shè)置在第一實(shí)施例電路板上的電極的形狀的例子；圖3示出了形成在第一實(shí)施例電路板的端部電極上的焊料凸起；圖4是根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的電路板的截面視圖，描述了其上安裝電子元件的狀態(tài)；圖5A和5B是電路板結(jié)構(gòu)的截面視圖，該電路板被制備用于證明本發(fā)明具有增加板的可靠性的效果；圖6A和6B描述了電路板、電子元件和它們的結(jié)合部分的截面視圖，用于在有限元方法仿真中計(jì)算由于施加到它們之上的彎曲力和熱而引起的變形程度；圖6C是描述使用在有限元方法仿真中的部件特性的列表；圖7A和7B是說(shuō)明用于在有限元方法仿真中仿真由于施加到電路板上的彎曲力和熱而引起的變形的條件的示意圖；圖8是描述設(shè)置有電子元件的常規(guī)多層結(jié)構(gòu)印制電路板的截面視圖。
具體實(shí)施例方式
參考附圖，將詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例。
圖1是描述根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的具有電子元件的電路板(例如印制板)的截面視圖。
在電路板1具有的結(jié)構(gòu)中，內(nèi)導(dǎo)體層2和3以及層間絕緣層4和5交替地層疊，以在芯板1a上形成疊合層1b，以及表面導(dǎo)體層6被設(shè)置在層1b上。表面導(dǎo)體層(端部)6通過(guò)導(dǎo)電結(jié)合材料11電氣地和機(jī)械地連接到電子元件10的端部電極9，例如焊球網(wǎng)格陣列(BGA)或者芯片級(jí)(或尺寸)封裝(CSP)。使用所謂的表面安裝技術(shù)進(jìn)行此連接。當(dāng)然，可以采用另一種使用例如引線端的焊接(soldering)的常規(guī)安裝技術(shù)以及表面安裝技術(shù)。阻焊層7被設(shè)置在表面導(dǎo)體層(端部)6周圍。
例如，芯板1a是由FR-4級(jí)玻璃環(huán)氧多層板體現(xiàn)的有機(jī)材料板(熱膨脹系數(shù)為10ppm/℃；楊氏模量為20GPa)，或者陶瓷板，或者金屬板。優(yōu)選地，芯板1a具有一到八層的多層結(jié)構(gòu)。芯板1a是厚度為0.05到0.5mm的平板。芯板1a的特性在上述材料之間變化。優(yōu)選地，熱膨脹系數(shù)是5到15ppm/℃以及楊氏模量是10到90GPa。
芯板1a位于電路板結(jié)構(gòu)的中心(圖1沒(méi)有示出下半部分)，以及內(nèi)導(dǎo)體層2通過(guò)與插入的粘合層的熱壓結(jié)合或者電鍍導(dǎo)體而設(shè)置在芯板1a上。在板芯1a內(nèi)和板芯1a上的作為電氣布線的導(dǎo)體層給予至該板的電流和電信號(hào)導(dǎo)通功能。
疊合層1b的內(nèi)導(dǎo)體層2和3是具有厚度大約0.005到0.05mm的金屬層，并由例如銅，鎳，鉬，鋁或者金形成。內(nèi)導(dǎo)體層2和3通過(guò)利用插入的粘合層(未示出)的熱壓結(jié)合或者電鍍而設(shè)置在芯板1a或?qū)娱g絕緣層4和5上。內(nèi)導(dǎo)體層2和3的特性在上述材料之間變化。優(yōu)選地，熱膨脹系數(shù)是5到30ppm/℃以及楊氏模量是20到600GPa。內(nèi)導(dǎo)體層2和3的常用材料是具有熱膨脹系數(shù)為17ppm/℃以及楊氏模量為136GPa的非電解銅。進(jìn)一步，通過(guò)蝕刻或者局部淀積形成內(nèi)導(dǎo)體層2和3作為電氣布線，或者作為如圖2A和2B所示的圓形或者矩形電極。內(nèi)導(dǎo)體層2和3具有通過(guò)電路傳送電流或者電信號(hào)的功能。
層間絕緣層4和5由有機(jī)材料形成，以具有0.005mm或者更大的厚度。利用設(shè)置在其間的粘合層(未示出)通過(guò)熱壓結(jié)合、旋涂法或者幕涂，形成層間絕緣層4和5并與內(nèi)導(dǎo)體層2和3以及表面導(dǎo)體層6相接觸。粘合層本身可以用作層間絕緣層。優(yōu)選地，層間絕緣層4和5的熱膨脹系數(shù)為20到50ppm/℃以及楊氏模量為0.5到20GPa。層間絕緣層4和5的材料例如是具有熱膨脹系數(shù)為17ppm/℃以及楊氏模量為500GPa的碳氟樹(shù)脂聚酯膠片(fluorocarbon resinprepreg)。進(jìn)一步，例如環(huán)氧樹(shù)脂聚酯膠片是具有高彎曲強(qiáng)度的材料。此材料的熱膨脹系數(shù)是15ppm/℃以及楊氏模量是16GPa。
層間絕緣層4和5用于將由內(nèi)導(dǎo)體層2和3體現(xiàn)的導(dǎo)體層和表面導(dǎo)體層6電氣地隔離開(kāi)。進(jìn)一步，層間絕緣層4和5是粘合劑，因此用于結(jié)合導(dǎo)體層。
表面導(dǎo)體層6具有大約0.005到0.05mm的厚度，并由金屬(例如銅，鎳，鉬，鋁或者金)形成。利用放置在其間的粘合層(未示出)通過(guò)電鍍或者熱壓結(jié)合將表面導(dǎo)體層6設(shè)置在最外部的層間絕緣層4上。表面導(dǎo)體層6的特性在上述材料之間變化。優(yōu)選地，熱膨脹系數(shù)是5到30ppm/℃以及楊氏模量是20到600GPa。內(nèi)導(dǎo)體層2和3的典型材料是具有熱膨脹系數(shù)為17ppm/℃以及楊氏模量為136GPa的非電解銅。進(jìn)一步，通過(guò)蝕刻或者局部淀積來(lái)形成表面導(dǎo)體層6作為電氣布線，或者作為如圖2A和2B所示的圓形或者矩形電極(端部)。表面導(dǎo)體層6具有通過(guò)電路傳輸電流或者電信號(hào)的功能。表面導(dǎo)體層6結(jié)合到導(dǎo)電結(jié)合材料11的一表面，而導(dǎo)電結(jié)合材料的另一表面結(jié)合到端部電極9。結(jié)果，導(dǎo)體層6通過(guò)導(dǎo)電結(jié)合材料11機(jī)械地并電氣地將電子元件10連接到電路板1上。
通過(guò)旋涂、幕涂或者淀積，使具有均勻厚度(在5到40μm的范圍)的阻焊層7覆蓋在層間絕緣層4和形成電路板1的最外面部分的表面導(dǎo)體層6的一部分上。優(yōu)選地，阻焊層7具有50-70ppm/℃的熱膨脹系數(shù)以及5到10GPa的楊氏模量。
阻焊層7用于在其中形成電氣布線的表面導(dǎo)體層(端部)6之間進(jìn)行隔離，以及用于保護(hù)外部的層間絕緣層4和表面導(dǎo)體層6。覆蓋在板1表面部分(其連接到外部器件(例如電子元件)的連接部分)的阻焊層7部分被除去以在其中形成若干個(gè)孔。根據(jù)用作端部電極的表面導(dǎo)體層6的直徑確定這些孔的直徑，并被設(shè)置為與其相差-0.1到0.1mm的值。
利用設(shè)置在其中的粘合劑(未示出)通過(guò)熱壓結(jié)合或者電鍍將電子元件10的端部電極9設(shè)置在與電路板1相對(duì)的電子元件的表面。電極9由金屬(例如銅，鎳，鉬，鋁或者金)形成，并且具有0.005到0.05mm的厚度。電極9通過(guò)下面將進(jìn)行詳細(xì)描述的導(dǎo)電結(jié)合材料11電氣地和機(jī)械地連接到電路板1上。電極9的特性在上述材料之間變化。優(yōu)選地，熱膨脹系數(shù)是5到30ppm/℃以及楊氏模量是20到600GPa。電極9的典型材料是具有熱膨脹系數(shù)為17ppm/℃以及楊氏模量為136GPa的非電解銅。
進(jìn)一步，通過(guò)蝕刻或者局部淀積形成電子元件10的端部電極9，作為如圖2A和2B所示的圓形或者矩形電極。電極9結(jié)合到導(dǎo)電結(jié)合材料11，導(dǎo)電結(jié)合材料11結(jié)合到印制電路板上的表面導(dǎo)體層6。這樣，電極9通過(guò)導(dǎo)電結(jié)合材料11機(jī)械地并電氣地將電子元件10連接到電路板1上。
端部電極9可以由導(dǎo)體層形成，或者可以具有如圖3所示的在端部電極9上的焊料凸起15。如果多個(gè)電子元件10被安裝在電路板1上時(shí)，電子元件10和電路板相配合，以提供具有各種功能的電氣電路。環(huán)氧樹(shù)脂主要用作電子元件10的封裝材料，但是陶瓷可以用作封裝材料。電子元件10的外部尺寸在若干類型或者制作商之間是不同的。但是，元件10一般是基本上為長(zhǎng)方體的形狀，并具有3-50mm的一邊和0.5-2mm的厚度。
導(dǎo)體結(jié)合材料11被插入在電路板1的表面導(dǎo)體層6和端部電極9之間，由此電氣地或者機(jī)械地將導(dǎo)體層6連接到電極9。導(dǎo)電結(jié)合材料11可以是電氣導(dǎo)電材料，例如焊料，其在導(dǎo)體層6和電極9之間提供一個(gè)擴(kuò)散結(jié)(diffused junction)，以電氣地并機(jī)械地連接它們。另一方面，可以通過(guò)將導(dǎo)電材料混合或者分布進(jìn)非導(dǎo)電結(jié)合材料來(lái)形成材料11，例如各向異性導(dǎo)電樹(shù)脂。在此情況中，通過(guò)混合或者分布在非導(dǎo)電結(jié)合材料中的導(dǎo)電材料電氣地連接導(dǎo)體層6和電極9，同時(shí)通過(guò)固化以及收縮非導(dǎo)電結(jié)合材料機(jī)械地連接它們。
在前一情況中，結(jié)合材料11是焊料或無(wú)鉛焊料，并且它的特性例如取決于它的組分。優(yōu)選地，熔點(diǎn)是130-320℃，熱膨脹系數(shù)是10到30ppm/℃以及楊氏模量是20到50GPa。在后一情況中，特性取決于材料的類型。優(yōu)選地，熱膨脹系數(shù)是50到200ppm/℃以及楊氏模量是3到10GPa。當(dāng)電子元件10被安裝在電路板1上時(shí)，導(dǎo)電結(jié)合材料11通過(guò)分配(dispensing)或者絲網(wǎng)印制而只提供到表面導(dǎo)體層6。
在電子元件1被安裝到電路板1后，導(dǎo)電結(jié)合材料11為若干個(gè)棒狀，每個(gè)棒具有分別提供有電極9和表面導(dǎo)體層6的上表面和下表面。每個(gè)棒具有0.1-1mm的厚度，直徑為導(dǎo)體層6或者電極9的直徑的0.5-2倍。
下面將提供對(duì)具有本發(fā)明特征的絕緣阻止變形部件12的描述。
如圖1所示，絕緣阻止變形部件2垂直地貫穿層間絕緣層4和5，并具有與內(nèi)導(dǎo)體層2和3以及表面導(dǎo)體層6相接觸或者結(jié)合的上表面和下表面。
絕緣的阻止變形部件12由具有比層間絕緣層4和5的材料低的熱膨脹系數(shù)和比層間絕緣層4和5的材料高的剛度的材料形成。部件12的特性在所使用的材料之間稍微變化。優(yōu)選地，熱膨脹系數(shù)是5到30ppm/℃，以及楊氏模量是50到400GPa。絕緣的阻止變形部件12抑制層間絕緣層4和5由于它們的熱膨脹而引起的變形。絕緣阻止變形部件12例如由陶瓷坯泥形成，該陶瓷坯泥優(yōu)選地具有4到15ppm/℃的熱膨脹系數(shù)，以及200-400GPa的楊氏模量(熱膨脹系數(shù)和楊氏模量在若干陶瓷類型之間是不同的)。
下面描述使用例如被設(shè)置與內(nèi)導(dǎo)體層3接觸的層12形成絕緣阻止變形部件12的方法。
在將層間絕緣層形成在內(nèi)導(dǎo)體層3上之后，通過(guò)對(duì)其施加激光束或者通過(guò)蝕刻技術(shù)(濕法蝕刻，RIE等等)，除去部分層間絕緣層5。替換地，使用例如樹(shù)脂掩膜，在內(nèi)導(dǎo)體層3上形成層間絕緣層5，由此在層間絕緣層5中形成若干個(gè)孔或者凹槽。利用絕緣阻止變形材料(在本實(shí)施例中為陶瓷)填充這些孔或者凹槽。絕緣阻止變形材料可以是低熱膨脹系數(shù)的樹(shù)脂，其與用于形成層間絕緣層5的樹(shù)脂是一樣的。絕緣阻止變形部件的厚度最大等于層間絕緣層4的厚度，以及形成棒狀或者碗狀，其具有與內(nèi)導(dǎo)體層2和3以及表面導(dǎo)體層6保持接觸的上表面和下表面。
下面描述第一實(shí)施例的功能。
假設(shè)由于環(huán)境溫度變化或者由安裝的元件所產(chǎn)生的熱，已經(jīng)改變了其中形成絕緣阻止變形部件12的電路板1的溫度。此時(shí)，提供電路板1的內(nèi)導(dǎo)體層2和3以及層間絕緣層4和5、電子元件10和導(dǎo)電結(jié)合材料11根據(jù)它們各自的熱膨脹系數(shù)而膨脹或者收縮。
在一般電路板的情況中，電路板1的層間絕緣層4和5具有比電子元件10和導(dǎo)電結(jié)合材料11高的熱膨脹系數(shù)。因?yàn)闊崤蛎浵禂?shù)的差異，在電路板1、端部電極9和結(jié)合材料11的結(jié)合處、以及表面導(dǎo)體層6和結(jié)合材料11的結(jié)合處發(fā)生熱應(yīng)力。因此，如果溫度有大的變化，在這些結(jié)合處可能會(huì)出現(xiàn)裂縫，并且它會(huì)導(dǎo)致破壞。
另一方面，在本實(shí)施例的電路板1中，如果圖1所示的電路板1的溫度有變化，具有比層間絕緣層4和5低的熱膨脹系數(shù)的絕緣阻止變形部件12阻止層間絕緣層4和5的變形。結(jié)果，減小了整個(gè)電路板1的變形程度。換句話說(shuō)，使整個(gè)電路板1的熱膨脹系數(shù)接近安裝在電路板1上的電子元件10的熱膨脹系數(shù)。
進(jìn)一步，當(dāng)電路板1被扭向電子器件的外殼，以及彎曲荷載應(yīng)用到板1時(shí)，疊合層1b(內(nèi)導(dǎo)體層2和3以及層間絕緣層4和5)以及板1的表面導(dǎo)體層6、以及電子元件10和導(dǎo)電結(jié)合材料11根據(jù)它們各自的彈性模量顯示相應(yīng)的彎曲狀態(tài)。
如果例如一個(gè)外部彎曲力施加到電路板上時(shí)，占有整個(gè)電路板大部分的層間絕緣層和樹(shù)脂層(例如阻焊層)一般具有低的剛度并容易發(fā)生變形。如果過(guò)度的彎曲力被施加到電路板，在內(nèi)導(dǎo)體層中可能出現(xiàn)裂縫，或者通過(guò)導(dǎo)電結(jié)合材料連接到電子元件的表面導(dǎo)體層可能脫落。
另一方面，在本發(fā)明的電路板1中，如果外部彎曲力被施加到其上，具有比層間絕緣層4和5的材料高的楊氏模量的絕緣阻止變形部件12阻止層間絕緣層4和5的變形。結(jié)果，減少了由于外部力量引起的整個(gè)電路板1的變形程度，這意味著增強(qiáng)了整個(gè)電路板的剛度。
在本實(shí)施例的電路板1中，如果具有高的熱膨脹系數(shù)的層間絕緣層由于溫度變化而變形，具有比層間絕緣層低的熱膨脹系數(shù)的絕緣阻止變形部件(例如由陶瓷制成)阻止層間絕緣層的變形。結(jié)果，減少了整個(gè)電路板的變形程度。換句話說(shuō)，使整個(gè)電路板的熱膨脹系數(shù)接近安裝在其上的電子元件的熱膨脹系數(shù)。
另外，如果彎曲應(yīng)力發(fā)生在本實(shí)施例的電路板中，提供在層間絕緣層中并具有比層間絕緣層高的剛度的絕緣阻止變形部件減少由于彎曲應(yīng)力引起的變形的程度。這意味著增強(qiáng)了整個(gè)電路板的剛度。
如上所述，本實(shí)施例提供了一種電路板，其即使在溫度變化下仍具有高的可靠性，并顯示了對(duì)外部變形(彎曲)力的高抗力。
下面將描述根據(jù)第二實(shí)施例的電路板。
圖4是描述根據(jù)第二實(shí)施例的電路板(例如印制電路板)的截面視圖，電路板上安裝有電子元件。在圖4中，與第一實(shí)施例中所采用的元件相似的元件采用相應(yīng)的參考標(biāo)記表示，并不再給出其詳細(xì)描述。
如圖所示，電路板1具有一種結(jié)構(gòu)(疊合層1b)，其中內(nèi)導(dǎo)體層2和3以及層間絕緣層4和5交替層疊在芯板1a上，并且表面導(dǎo)體層6設(shè)置在該結(jié)構(gòu)的頂部。經(jīng)由導(dǎo)電結(jié)合材料11，通過(guò)將表面導(dǎo)體層6連接到元件10的端部電極9上，將電子元件10安裝在電路板1上。在上述第一實(shí)施例中，絕緣阻止變形部件12被設(shè)置在疊合層1b中，而在第二實(shí)施例中，導(dǎo)電阻止變形部件13被設(shè)置在疊合層1b中。
像絕緣阻止變形部件12一樣，導(dǎo)電阻止變形部件13與層間絕緣層4和5、內(nèi)導(dǎo)體層2和3以及表面導(dǎo)體層6保持接觸。進(jìn)一步，絕緣阻止變形部件12抑制層間絕緣層4和5由于它們的熱膨脹而引起的變形，以及電氣地連接內(nèi)導(dǎo)體層2和3以及表面導(dǎo)體層6。
導(dǎo)電阻止變形部件13例如由導(dǎo)電材料(例如錫鉛合金焊料或者無(wú)鉛焊料)形成。部件13的特性取決于所使用合金的組分。優(yōu)選地，熔點(diǎn)是130到320℃，熱膨脹系數(shù)是10到30ppm/℃以及楊氏模量是20到500GPa。Mo(鉬)膏或W(鎢)膏通常用作部件13的材料。Mo膏的熱膨脹系數(shù)為5ppm/℃以及楊氏模量為327GPa，而W膏的熱膨脹系數(shù)為4.5ppm/℃以及楊氏模量為400GPa。
下面描述使用設(shè)置與芯板上面部分的層1a相接觸的導(dǎo)電阻止變形部件13作為例子、用于形成導(dǎo)電阻止變形部件13的方法。
在內(nèi)導(dǎo)體層3上形成層間絕緣層5之后，通過(guò)對(duì)其施加激光束或者蝕刻技術(shù)(濕法蝕刻，RIE等等)，除去部分層間絕緣層5。替換地，使用例如樹(shù)脂掩膜，在內(nèi)導(dǎo)體層3上形成層間絕緣層5，由此形成在層間絕緣層5中的若干個(gè)孔或者凹槽。利用焊膏填充這些孔或者凹槽。加熱所得到的結(jié)構(gòu)，以形成導(dǎo)電阻止變形部件13。
因?yàn)閷?dǎo)電阻止變形部件13由導(dǎo)電材料形成，它們也可以以不同的方式形成。這就是說(shuō)，在層間絕緣層5上形成內(nèi)導(dǎo)體層2之后，通過(guò)激光束或者鉆孔機(jī)，使到達(dá)內(nèi)導(dǎo)體層3的通孔形成在內(nèi)導(dǎo)體層2和層間絕緣層5里面，由此除去對(duì)應(yīng)于阻止變形部件13的部分。利用焊膏填充這些孔并且加熱所得到的結(jié)構(gòu)。因?yàn)榇朔椒ú恍枰糜谛纬蓪娱g絕緣層的阻焊料形成/移去過(guò)程，所以可以減少用于制造電路板的成本和作業(yè)時(shí)間。除上述以外的結(jié)構(gòu)與第一實(shí)施例是相似的，因此沒(méi)有描述。
如以上所述，在第二實(shí)施例中，導(dǎo)電阻止變形部件可以使整個(gè)電路板的熱膨脹系數(shù)接近安裝在其上的電子元件的熱膨脹系數(shù)，并且可以增強(qiáng)整個(gè)電路板的剛度，如第一實(shí)施例中一樣。
這樣，即使在安裝電子元件之后，也可以抑制由于環(huán)境溫度變化或者由電子元件所產(chǎn)生的熱所導(dǎo)致的熱膨脹而引起的電路板的變形。進(jìn)一步，剛度的增加進(jìn)一步減少了外力的影響。結(jié)果，可使整個(gè)裝置具有高的可靠性。而且，使用導(dǎo)電材料形成阻止變形部件使這些部分能夠用作電子布線，用于電氣地連接導(dǎo)體層，同時(shí)保持與第一實(shí)施例中采用的絕緣阻止變形部件相似的功能。這樣，可以很容易設(shè)計(jì)高密度電路，因此，可以實(shí)現(xiàn)小型電路裝置。
下面，描述被執(zhí)行以用來(lái)證明本發(fā)明第一和第二實(shí)施例的電路板的功能和優(yōu)點(diǎn)的測(cè)量和仿真。
圖5A和5B是描述被形成用于測(cè)量的印制電路板樣品A的截面圖，該電路板樣品A具有貫穿絕緣層直到內(nèi)導(dǎo)體層的導(dǎo)電阻止變形部件。圖5B是描述被加入在圖5A中虛線所包圍的部分中的端部電極和導(dǎo)電阻止變形部件(圓柱狀銅層)的尺寸和形狀的視圖。
電路板樣品A包括芯板1a，設(shè)置在芯板1a上并具有層疊在其上的內(nèi)導(dǎo)體層3和層間絕緣層5的疊合層1b，以及設(shè)置在疊合層1b上的表面導(dǎo)體層6。在四層印制電路板中，具有0.1mm直徑Φ并用作導(dǎo)電阻止變形部件的圓柱形銅層14被設(shè)置在層間絕緣層5中。圓柱形銅層14從表面導(dǎo)體層6的下表面貫穿層間絕緣層5到內(nèi)導(dǎo)體層3的上表面。
作為端部電極被結(jié)合到導(dǎo)電結(jié)合材料11的表面導(dǎo)電層6具有直徑Φ為0.35mm的圓形截面，以及具有直徑Φ為0.45mm的圓形孔形成在阻焊層7里。具有間距為0.65mm的CPS作為電子元件被安裝在電路板樣品A上。錫鉛易熔焊料被用作導(dǎo)電結(jié)合材料11。因?yàn)殡娐钒鍢悠稟被制備用于測(cè)量，以證明本發(fā)明優(yōu)點(diǎn)，所以每個(gè)結(jié)構(gòu)元件的圖示尺寸僅僅是例子，并不總是等于實(shí)際印制電路板的尺寸。
與上述樣品A一樣的電路板樣品和與沒(méi)有導(dǎo)電阻止變形部件(圓柱狀銅層14)的比較電路板都接受-40/125℃溫度循環(huán)測(cè)試(該測(cè)試僅僅重復(fù)一千次)。表1顯示了測(cè)試結(jié)果。
表1

正如從表1明顯看出，所有的電路板樣品A(具有導(dǎo)電阻止變形部件)在測(cè)試中是成功的，而一些電路板樣品B(沒(méi)有導(dǎo)電阻止變形部件)被發(fā)現(xiàn)是有缺陷的。由此確認(rèn)設(shè)置在層間絕緣層5中的導(dǎo)電阻止變形部件增強(qiáng)了電路板對(duì)溫度變化的抵抗力。
以下將給出從有限元方法仿真產(chǎn)生的電路板的彎曲程度和熱變形程度。
圖6A示出了沒(méi)有阻止變形部件的電路板21的尺寸，而圖6B示出了具有阻止變形部件的電路板22的尺寸。圖6C示出了電路板的特性值。在電路板21和22每個(gè)中，銅電極23a電氣地和機(jī)械地連接到電子元件10的銅電極23b。換句話說(shuō)，電子元件10被安裝在電路板上。因?yàn)閳D6A和6B所示的電路板樣品被采用來(lái)證明本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)，所以每個(gè)結(jié)構(gòu)元件的圖示尺寸僅僅是例子，并不總是等于實(shí)際印制電路板的尺寸。
1)電路板彎曲仿真假設(shè)電路板21和22(假設(shè)其右邊部分和左邊部分是對(duì)稱的)的中心部分如圖7A所示固定。還假設(shè)100牛頓的向下彎曲力被應(yīng)用到每個(gè)電路板的相對(duì)側(cè)。測(cè)量施加在每個(gè)電路板的一側(cè)上的彎曲力的計(jì)算。
從此仿真中發(fā)現(xiàn)發(fā)生在沒(méi)有阻止變形部件的電路板21中的最大應(yīng)力65.694Pa，而發(fā)生在具有阻止變形部件的電路板22中的最大應(yīng)力為60.657Pa。最大應(yīng)力發(fā)生在圖7A所示的每個(gè)結(jié)合處的點(diǎn)H上。
從這些結(jié)果可知可以很容易評(píng)估出阻止變形部件可以減小發(fā)生在電路板里的彎曲應(yīng)力，因此，該電路板可以具有比常規(guī)電路板更高的彎曲強(qiáng)度的抵抗力。
2)熱應(yīng)力仿真假設(shè)電路板21和22(假設(shè)其右邊部分和左邊部分是對(duì)稱的)的中心部分如圖7B所示固定。也假設(shè)安裝的電子元件、導(dǎo)電結(jié)合材料和電路板周圍的溫度從-40℃變化到125℃。在這些仿真條件下，計(jì)算發(fā)生在每個(gè)電路板的點(diǎn)H的最大應(yīng)力。
從仿真中發(fā)現(xiàn)發(fā)生在沒(méi)有阻止變形部件的電路板21中的最大熱應(yīng)力為968.15Pa，以及發(fā)生在具有阻止變形部件的電路板22中的最大熱應(yīng)力為526.35Pa。從這些結(jié)果可以很容易地評(píng)估出阻止變形部件可以減小發(fā)生在電路板里的熱應(yīng)力，因此，該電路板可以具有比常規(guī)電路板更好的熱應(yīng)力特性。
在仿真中，提取一個(gè)結(jié)的部分(點(diǎn)H)，并且計(jì)算阻止變形部件在提取部分的應(yīng)力減小效果。但是，實(shí)際上，應(yīng)力減小效果隨著阻止變形部件的數(shù)目的增加而增加。如果將幾百到幾千個(gè)阻止變形部件設(shè)置在電路板中，可以很容易地預(yù)期從所有阻止變形部件可以獲得很大的應(yīng)力減小效果。
進(jìn)一步，當(dāng)外部荷載(例如彎曲力或者溫度變化)施加在電路板上時(shí)，如果發(fā)生在板上的應(yīng)力很小，荷載對(duì)電路板本身、安裝在其上的電子元件以及它們的結(jié)合處的影響也很少。荷載的影響越小，裝置的每個(gè)元件的壽命越長(zhǎng)。很容易評(píng)估出在每個(gè)實(shí)施例的電路板中所采用的阻止變形部件防止了結(jié)合處被破壞，即延長(zhǎng)了電路板及安裝在其上的元件的壽命。
正如以上所述，在本發(fā)明的電路板(其中內(nèi)導(dǎo)體層和層間絕緣層交替地層疊在芯板上)中，具有比層間絕緣層低的熱膨脹系數(shù)以及比層間絕緣層高的彈性模量的阻止變形部件被設(shè)置在層間絕緣層中。因此，即使具有高熱膨脹系數(shù)的層間絕緣層由于例如環(huán)境溫度變化而發(fā)生變形，具有低熱膨脹系數(shù)的阻止變形部件阻止層間絕緣層的變形。結(jié)果，可以使整個(gè)電路板的熱膨脹系數(shù)接近安裝在其上的電子元件的熱膨脹系數(shù)，并且可以增強(qiáng)整個(gè)電路板抵抗外力(例如彎曲力)的剛度。
因此，本發(fā)明可以提供具有增強(qiáng)的熱應(yīng)力特性和高彎曲強(qiáng)度的電路板，即，即使彎曲力應(yīng)用到電路板上或者環(huán)境溫度發(fā)生變化，該電路板也不容易出現(xiàn)缺陷。另外，如果阻止變形部件由導(dǎo)電材料形成，它們可以用作電氣布線。這有利于設(shè)計(jì)高密度電路，并且因此提供高密度小型電路板的形成。
本發(fā)明的電路板不僅可以用作單側(cè)多層結(jié)構(gòu)的電路板，而是也可以用為雙側(cè)多層結(jié)構(gòu)的電路板。進(jìn)一步，本發(fā)明的電路板具有多層結(jié)構(gòu)，其中層疊若干個(gè)層間絕緣層和內(nèi)導(dǎo)體層。本發(fā)明的電路板被用作通過(guò)激光束、薄模成形/刻蝕、和/或印制所構(gòu)圖的多層印制電路板。
正如以上詳細(xì)描述的那樣，本發(fā)明提供一種具有阻止變形部件的電路板，阻止變形部件為電路板提供增強(qiáng)的熱應(yīng)力特性和彎曲強(qiáng)度。并且使制作高密度電路成為可能，本發(fā)明還提供一種形成該電路板的方法。
對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，其它的優(yōu)點(diǎn)和修改將很容易實(shí)現(xiàn)。因此，本發(fā)明在其更寬的方面并不局限于在此所圖示和描述的具體細(xì)節(jié)和代表性實(shí)施例。從而，在不偏離由所附權(quán)利要求及其等效范圍所確定的總發(fā)明原理的宗旨或范圍情況下，可以做出各種修改。
權(quán)利要求
1.一種電路板，其特征在于包括芯板(1a)；疊合層(1b)，包括相互交替層疊的若干絕緣層(4，5)和導(dǎo)體層(2，3)；以及阻止變形部件，貫穿導(dǎo)體層(2，3)之間的絕緣層(4，5)并與導(dǎo)體層(2，3)相接觸，阻止變形部件(12)由具有比絕緣層(4，5)低的熱膨脹系數(shù)以及比絕緣層(4，5)高的楊氏模量的材料形成，當(dāng)環(huán)境溫度有變化或者有外力被施加到該電路板時(shí)，阻止變形部件(12)阻止絕緣層(4，5)的變形。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電路板，其特征在于阻止變形部件(12)由絕緣體形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的電路板，其特征在于該絕緣體由陶瓷制成。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電路板，其特征在于阻止變形部件(12)由導(dǎo)體形成。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的電路板，其特征在于該導(dǎo)體由從下列組中選出的一種材料形成錫鉛合金焊料、無(wú)鉛焊料、鉬膏和鎢膏。
6.一種形成電路板的方法，其特征在于包括步驟在芯板上形成內(nèi)導(dǎo)體層(3)；在內(nèi)導(dǎo)體層(3)上形成層間絕緣體(5)；形成穿過(guò)層間絕緣體(5)的孔；利用絕緣體或?qū)w填充所述孔，由此形成阻止變形部件(12)，所述絕緣體或所述導(dǎo)體具有比層間絕緣體(5)低的熱膨脹系數(shù)以及比層間絕緣體(5)高的楊氏模量；在具有阻止變形部件(12)的層間絕緣體上形成內(nèi)導(dǎo)體層(2)；形成具有相互層疊的層間絕緣體(4，5)和內(nèi)導(dǎo)體層(2，3)的疊合層(1b)；以及在疊合層(1b)上形成布線或者電極(6)。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于采用陶瓷坯泥作為阻止變形部件(12)的材料。
8.根據(jù)權(quán)利要求6的方法，其特征在于從下列組中選出的一種材料作為阻止變形部件(12)的材料錫鉛合金焊料、無(wú)鉛焊料、鉬膏和鎢膏。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種電路板，包括平的芯板(1a)；疊合層(1b)，其具有相互交替層疊的絕緣層(4，5)和導(dǎo)體層(2，3)；以及設(shè)置在疊合層(1b)上的表面導(dǎo)體層(6)。該電路板進(jìn)一步包括阻止變形部件(12)，其貫穿作為電氣布線的導(dǎo)體層之間的絕緣層(4，5)。阻止變形部件(12)調(diào)節(jié)整個(gè)電路板的熱膨脹系數(shù)，并且增強(qiáng)電路板的剛度。本發(fā)明還提供一種用于形成該電路板的方法。
文檔編號(hào)H05K3/46GK1558710SQ20041000723
公開(kāi)日2004年12月29日 申請(qǐng)日期2004年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2003年2月28日
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