專利名稱：低cte的電源和地層的制作方法
該申請(qǐng)涉及Japp等人于1999年4月26日申請(qǐng)、系列號(hào)為09/300762、題為“POROUS POWER AND GROUND PLANES FORREDUCED PCB DELAMINATION AND BETTER RELIABLITY”的共同等審專利申請(qǐng)，這里引入作參考。
本發(fā)明一般涉及計(jì)算機(jī)制造領(lǐng)域，具體涉及減小用于計(jì)算機(jī)的電路板的熱膨脹系數(shù)。
計(jì)算機(jī)和類似的電子設(shè)備已在人們的日常生活中隨處可見。許多商業(yè)機(jī)構(gòu)、銀行、政府機(jī)構(gòu)都依賴于計(jì)算機(jī)從事他們的日?；顒?dòng)。整個(gè)社會(huì)中大部分需要計(jì)算機(jī)能可靠、穩(wěn)定地進(jìn)行它們的經(jīng)濟(jì)、社交和通信活動(dòng)。與以往任何時(shí)候的計(jì)算機(jī)相比，今天需要計(jì)算機(jī)運(yùn)行時(shí)間更長(zhǎng)，停機(jī)時(shí)間更短。
由于如此需要計(jì)算機(jī)，所以計(jì)算機(jī)設(shè)計(jì)者們更著重于其可靠性。今天的許多系統(tǒng)不允許有較長(zhǎng)的停機(jī)時(shí)間更換構(gòu)成計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的失效元件。如果每個(gè)元件都設(shè)計(jì)成壽命更長(zhǎng)且更可靠，那么僅由這些元件構(gòu)成的每臺(tái)計(jì)算機(jī)的壽命將更長(zhǎng)且更可靠。
對(duì)元件可靠性的重現(xiàn)也適用于印刷電路板(PCBs)。通過(guò)在PCB上設(shè)置含半導(dǎo)體芯片的半導(dǎo)體封裝或通過(guò)在層疊芯片載體(LCCs)上直接設(shè)置芯片并連接LCCs與PCB，設(shè)計(jì)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的多數(shù)元件。PCBs稱之為“印刷的”是由于電路走線或銅線利用最初與新聞紙印刷工藝類似的技術(shù)布設(shè)于電路板上。這些電路線將各半導(dǎo)體封裝或各芯片連接在一起。PCBs可以簡(jiǎn)單形成為在其一個(gè)或兩個(gè)面上印刷有線路且一個(gè)或多個(gè)封裝固定于其一個(gè)或兩個(gè)面上的絕緣體。然而，PCBs通常變得越來(lái)越復(fù)雜，一般由導(dǎo)電的金屬電源和地層及幾個(gè)信號(hào)層構(gòu)成，信號(hào)層含有夾在幾個(gè)絕緣層間的電路線，夾層的上下表面上具有金屬線和焊盤。上下導(dǎo)體通過(guò)鍍金屬的通孔(PTHs)彼此連接并與內(nèi)部電路層連接。
以此方式制造的PCBs已成為標(biāo)準(zhǔn)電子產(chǎn)品。制造方法的進(jìn)步已使PCBs相對(duì)便宜。而且它們的簡(jiǎn)單性使它們更可靠。然而，仍存在與PCBs有關(guān)的問(wèn)題。這些問(wèn)題中的一些的原因之一便是整個(gè)PCB和各層的熱膨脹系數(shù)(CTE)。
許多PCBs尤其是LCCs一般由有機(jī)物構(gòu)成，需要具有較好是與硅芯片的CTE匹配的低CTE。在試圖減小PCB的CTE時(shí)，可以使用各種低CTE的介質(zhì)材料。然而，使用這些低CTE介質(zhì)的效果是有限的，是由于構(gòu)成PCB的主要部分的電源和地層仍由銅構(gòu)成。與某些低CTE介質(zhì)材料相比，銅具有較高的CTE。由于銅的較高CTE，銅的較高用量，及銅的高張力模數(shù)，使得電路板或LCC保持高復(fù)合CTE。
高CTE電源和地層導(dǎo)致了PCB的總CTE與這些金屬層的CTE類似。由于總CTE相對(duì)較高，PCB或LCC自身隨著溫度的升高會(huì)尺寸變長(zhǎng)和增大。尺寸的增大意味著PCB或LCC表面上的芯片、封裝、線和其它器件需按相同的比例膨脹，或能夠允許由于尺寸的失配造成的應(yīng)力。有時(shí)，這些器件或它們間的電連接不能承受這些應(yīng)力，尤其是重復(fù)的溫度循環(huán)后。
這些應(yīng)力尤其會(huì)使LCCs變差。芯片通過(guò)稱做可控熔塌芯片連接(C4)的小焊料突點(diǎn)與LCC相連。而LCC一般通過(guò)球柵陣列(BGAs)與PCB相連。在芯片下和其周圍進(jìn)行密封和/或底層涂敷以保護(hù)芯片。
以前的芯片載體幾乎都由具有低CTEs的陶瓷構(gòu)成。低CTE芯片載體不會(huì)在芯片上產(chǎn)生那么大的應(yīng)力，是由于陶瓷層不會(huì)膨脹那么多。然而，目前采用疊層材料作芯片載體。層疊材料具有如上所述的較高CTEs，會(huì)在與LCC相連的芯片上產(chǎn)生更大應(yīng)力。不幸的是，由于芯片最初由易破裂的結(jié)晶硅構(gòu)成，這種應(yīng)力或者使C4連接破裂，或者芯片/LCC的CTE失配將造成已組裝封裝翹曲，將張力作用于芯片上，可能會(huì)使芯片龜裂。
此外，在PCB制造中常用的金屬層具有遠(yuǎn)高于某些低CTE介質(zhì)的較高CTE。由于CTEs的差異，溫度升高會(huì)引起金屬以高于介質(zhì)的速率變長(zhǎng)。這種膨脹差異會(huì)在介質(zhì)上產(chǎn)生高應(yīng)力，而這種應(yīng)力會(huì)導(dǎo)致介質(zhì)材料龜裂。由于電路線會(huì)被拉斷，所以介質(zhì)的龜裂會(huì)造成開路。CTE不同造成的另一效應(yīng)是切力造成的剝離，于是介質(zhì)從電源/地層上剝落。由于剝離的介質(zhì)基本上是“懸浮”的，且與金屬化電源/地層不連接，因而切力造成的剝離加重了CTE導(dǎo)致的龜裂機(jī)制。然而，剝離區(qū)的外圍與金屬化層相連，在金屬化層隨溫度升高而變長(zhǎng)時(shí)，易與金屬層一起移動(dòng)。在外圍區(qū)離開剝離介質(zhì)移動(dòng)時(shí)，龜裂會(huì)在外圍區(qū)周圍發(fā)展。
盡管例如鐵鎳合金、不銹鋼、和鉬等低CTE金屬已用來(lái)構(gòu)成PCBs和LCCs的低CTE電源層，但使用這些替代金屬會(huì)使制造變復(fù)雜。這些復(fù)雜性包括電池作用和侵蝕、多步腐蝕及復(fù)雜的廢物處理。
因此，沒有辦法限制由介質(zhì)和電源/地層間CTE差異造成的失效和破裂，PCBs和LCCs的較高的總CTE將繼續(xù)造成大量失效和可靠性問(wèn)題。
因此，本發(fā)明的實(shí)施例提供具有低熱膨脹系數(shù)(CTEs)可用于電源和地層的導(dǎo)電材料。金屬化纖維材料(例如碳、石墨、玻璃、和液晶聚合物等)，以提供具有低CTE的所得的導(dǎo)電材料。這些纖維可以在它們各自的狀態(tài)下金屬化，然后形成織物，或這些材料形成織物，然后金屬化，或可以采用兩種金屬化方法的組合。此外，石墨層可以一面或兩面金屬化，以提供具有低CTE和高導(dǎo)電性的材料。這些金屬化的低CTE電源和地層然后可層疊成復(fù)合體用于印刷電路板(PCBs)或用于作為層疊芯片載體的PCBs。本發(fā)明可以提供用于PCBs和LCCs且沒有與特殊的低CTE金屬有關(guān)的問(wèn)題的導(dǎo)體。
從以下對(duì)本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的更具體介紹中，可以清楚本發(fā)明的上述和其它優(yōu)點(diǎn)及特點(diǎn)，如各附圖中所介紹的。
下面將結(jié)合附圖介紹本發(fā)明的優(yōu)選例示實(shí)施例，各附圖中類似的標(biāo)記表示類似的元件

圖1是按本發(fā)明幾個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的電源或地層的剖面圖；圖2是按本發(fā)明一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例的六層印刷電路板和構(gòu)成六層印刷電路板的各層的剖面圖；圖3是本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的制造和使用電源或地層的方法的工藝流程圖；圖4是六層印刷電路板和構(gòu)成六層印刷電路板的各層的剖面圖。
本發(fā)明優(yōu)選的實(shí)施例通過(guò)提供具有低熱膨脹系數(shù)(CTEs)的材料用于電源和地層，克服了現(xiàn)有技術(shù)的局限。如果需要，電源和地層可形成芯層，并較好是用于印刷電路板(PCBs)，或用于作為層疊芯片載體(LCCs)的PCBs。本發(fā)明一般涉及PCBs的制造技術(shù)。下面給出PCBs一般制造技術(shù)的簡(jiǎn)短介紹，然后是優(yōu)選實(shí)施例。
為了制造印刷電路板，初始材料一般是由玻璃纖維和環(huán)氧樹脂構(gòu)成的薄片。由于該纖維在初始處理期間用樹脂浸漬，所以這一般稱為“半固化片”。樹脂主要用作粘合劑，將纖維粘合到板上。代替玻璃纖維布，可以使用壓縮紙或其它合適材料。因此，基板是一種將制成最終的印刷電路的扁平剛性或輕度韌柔的介質(zhì)材料。該初始材料可以與銅薄層或其它金屬一起利用合適的粘合劑層疊于板的兩面上。這種組合一般叫作敷銅疊片(CCL)。這些CCLs可以變成簡(jiǎn)單的雙面板(具有兩面銅線)或可以電路化并以附加介質(zhì)層疊構(gòu)成多層復(fù)合體。
多數(shù)情況下，穿過(guò)這些板形成小孔(一般利用鉆孔)，以容納將安裝的各種電子元件的電連接。小孔一般利用高速鉆孔機(jī)鉆出，小孔的位置示于附圖中或根據(jù)板的設(shè)計(jì)而定。
為了形成從銅疊層一面穿過(guò)小孔到另一面的電連接，小孔的塑性壁必須制成導(dǎo)電的。這可以通過(guò)本行業(yè)中公知的例如金屬化等化學(xué)工藝完成，該工藝由相對(duì)復(fù)雜的一系列化學(xué)試劑槽處理、漂洗和活化步驟構(gòu)成，以便在孔壁上敷著薄銅層。
由于利用金屬化工藝形成的銅層對(duì)于在板的兩層間形成合適電橋來(lái)說(shuō)一般太薄，所以要用銅電鍍?cè)谛】字械矸e厚銅層，以形成運(yùn)載電流的合適銅截面。銅鍍敷后可以進(jìn)行錫-鉛或錫鍍敷以改善可焊性。
金屬化后，對(duì)需要電路圖形的那些表面進(jìn)行電路處理。電路圖形是一種將規(guī)格或設(shè)計(jì)需要應(yīng)用到已鉆孔板的金屬表面上的電路設(shè)計(jì)。通過(guò)涂敷有機(jī)光刻膠敷層作干膜可以形成圖像。通過(guò)掩模將紫外(UV)光投射到光刻膠上。該掩模含阻擋UV光的圖形。對(duì)于負(fù)型光刻膠來(lái)說(shuō)，光刻膠的未暴露于UV光的區(qū)域，將在隨后的顯影步驟中被去掉。然后用化學(xué)腐蝕去掉暴露的表面金屬。然后，剝離剩余的光刻膠，只留下金屬圖形。
現(xiàn)參見圖4，該圖示出了六層PCB和構(gòu)成該六層PCB的各層的例子。圖4中，示出了處于不同制造階段的PCB的各部分。該例中，六層PCB 120部分用作連接芯片160和PCB/LCC 120與PCB(未示出)的層疊芯片載體(LCC)。六層PCB 120包括通過(guò)將兩個(gè)信號(hào)芯層101和130、一個(gè)電源芯層111和介質(zhì)層150和152壓在一起(稱作“層壓”)形成的“復(fù)合體”。各芯層各自構(gòu)圖，然后壓在一起形成復(fù)合PCB。這種層壓期間，介質(zhì)將回流到芯層和介質(zhì)層間存在的任何間隙中。層壓后，給復(fù)合體鉆孔，去掉敷在暴露的鉆過(guò)孔的銅層上的環(huán)氧，鍍敷通孔，并進(jìn)行處理。為簡(jiǎn)單起見，圖4示出了代替介質(zhì)含空氣時(shí)的介質(zhì)回流區(qū)。此外，盡管一般是圓柱形金屬孔，但鍍敷的通孔(PTHs)示出為固態(tài)金屬。最后，未示出將用于對(duì)準(zhǔn)工件與疊層和各層的加工孔(tooling hole)。
信號(hào)芯層100包括夾在兩銅層102和105間的介質(zhì)層104。信號(hào)芯層100是沒進(jìn)行過(guò)處理的CCL。銅層102和105為其上將形成銅線的信號(hào)運(yùn)載層。銅層102還可以具有焊盤，各芯片或含有芯片的表面安裝封裝將焊接于其上。信號(hào)芯層101表示信號(hào)芯層100構(gòu)圖后的信號(hào)芯層100。信號(hào)芯層101包括銅層102和105，它們已被構(gòu)圖，帶有電路、用于PTHs的間隙及其它間隙/加工孔和介質(zhì)層104。銅層102有兩條線(未計(jì)數(shù))和兩個(gè)焊盤107和103，而銅層105具有五條線。此外，銅層105有間隙區(qū)域170，在信號(hào)芯層101層疊成復(fù)合體，進(jìn)行了鉆孔和孔鍍敷后，PTH從中穿過(guò)。
圖4中的電源芯層110包括夾在兩銅層112和115間的介質(zhì)層114。銅層112和115可以比銅層102和104厚，以便提供額外的電流運(yùn)載能力。電源芯層110是未進(jìn)行過(guò)處理的CCL。銅層112將變成PCB的電源層，而銅層115將變成PCB的地層(反之亦然)。電源芯層111表示電源芯層110已構(gòu)圖后的電源芯層110。電源芯層111包括已構(gòu)圖的銅層112和115及介質(zhì)層114。銅層112構(gòu)圖為具有兩個(gè)間隙區(qū)182和179，而銅層115構(gòu)圖成具有兩個(gè)間隙區(qū)184和180。這些間隙區(qū)將防止電源和地層與PTHs接觸，這些PTH是在電源芯層111層壓成復(fù)合體，并鉆出了小孔和進(jìn)行了鍍敷后，在這些位置鉆出的。
完成的PCB部分圖示為六層PCB部分120。由于具有六個(gè)導(dǎo)電層，所以一般稱這種PCB作“六層”板。PCB部分120正用作LCC，以連接芯片160和PCB(未示出)下面的金屬層135。層135和PCB120間的固定(未示出)一般通過(guò)柵陣列(BGA)或類似的連接實(shí)現(xiàn)。示出了信號(hào)芯層101和130、電源芯層111和介質(zhì)層150和152已層壓形成復(fù)合體后的六層PCB部分120。該復(fù)合體已被鉆孔，涂敷的環(huán)氧已從孔中去掉。小孔已被鍍敷。此外，各元件安裝于該完成的LCC上。例如，芯片160已通過(guò)可控熔塌芯片連接(C4)球107焊接到信號(hào)芯層101的銅層102的焊盤103上。密封或底層填充物162保護(hù)芯片160。信號(hào)芯層130為與信號(hào)芯層101類似構(gòu)圖的信號(hào)芯層。信號(hào)芯層130包括銅層132和135及介質(zhì)層134。銅層132和135已構(gòu)圖形成線。已在電源芯層111的電源層(銅層)112和信號(hào)芯層101的銅層105之間施加了介質(zhì)層150，同時(shí)已在電源芯層111的地層(銅層)115和信號(hào)芯層130的銅層132之間施加了介質(zhì)層152。每個(gè)介質(zhì)層150、152都可以由一層以上的介質(zhì)層構(gòu)成。
PCB 120中示出了幾種PTHs。PTH 109連接電源層112與C4球107、已構(gòu)圖銅層105上的線及已構(gòu)圖銅層135上的線。間隙區(qū)180可以防止PTH 109與地短路。注意，層疊后，間隙區(qū)180中將填充回流介質(zhì)，但為了簡(jiǎn)便起見，圖4中未示出。PTH 108連接銅層102、105、132和135上的線，銅層102上的信號(hào)線還連接到C4球107。間隙區(qū)184和182可以分別防止PTH 108接觸地層115或電源層112。PTH 106連接地層115與銅層135、132和102上的線或焊盤。
即使層104、150、114、152和134中使用低CTE介質(zhì)，PCB 120的總熱膨脹系數(shù)(CTE)也會(huì)保持較高。保持了會(huì)提高總CTE的高百分比銅。這種較高的總CTE會(huì)使PCBs和用作LCCs的PCBs都產(chǎn)生問(wèn)題。對(duì)于前者來(lái)說(shuō)，PCBs會(huì)隨溫度升高經(jīng)受切力造成的介質(zhì)材料剝離或龜裂，并且高CTE使PCB膨脹。由于設(shè)于PCB上的半導(dǎo)體芯片位于封裝中，封裝和連接管腳或引線會(huì)吸收PCB尺寸增大造成的應(yīng)力。所以半導(dǎo)體芯片自身一般不受PCB尺寸增大的影響。然而，對(duì)于用作LCCs的PCBs來(lái)說(shuō)，半導(dǎo)體芯片直接設(shè)于PCB上，沒有封裝和管腳或引線。芯片自身承受隨溫度升高PCB區(qū)增大產(chǎn)生的應(yīng)力。
這一點(diǎn)可以從圖4中看出，其中芯片160直接與PCB 120的金屬層102連接。如果PCB隨溫度升高而膨脹，而較高CTE引起的膨脹使C4球107與PCB一起移動(dòng)。C4球107與芯片直接相連，芯片必然吸收由于球107間的間距的增大而引起的張力。不幸的是，半導(dǎo)體芯片主要為結(jié)晶硅。由于其結(jié)構(gòu)和球也會(huì)遠(yuǎn)離芯片，所以芯片自身易破裂。
本發(fā)明通過(guò)提供用于印刷電路(PCBs)和作為層疊芯片載體LCCs)的PCBs中的電源和地層的低CTEs導(dǎo)電材料，可以克服現(xiàn)有技術(shù)的局限。通過(guò)提供用于PCBs的電源和地層的低CTE材料，PCB的總CTE降低，進(jìn)而可以減少芯片失效、介質(zhì)龜裂、和切力造成剝離的幾率。此外，可以完全消除或顯著減少與使用特殊低CTE金屬有關(guān)的問(wèn)題(例如電池作用和侵蝕、多步腐蝕和復(fù)雜的廢物處理)。
在討論優(yōu)選實(shí)施例之前，有益的是簡(jiǎn)短地討論一下術(shù)語(yǔ)。如概述部分所述，術(shù)語(yǔ)“半固化片”一般包括玻璃纖維和環(huán)氧樹脂。由于在處理期間要用樹脂浸漬纖維，所以經(jīng)常稱之為“半固化片”。含樹脂的纖維材料片一般稱為“纖維樹脂復(fù)合體”，纖維材料片可以稱作“纖維復(fù)合體”。不幸的是，在一個(gè)或多個(gè)信號(hào)層與一個(gè)或多個(gè)電源/地層層疊時(shí)，或在半固化片間層疊電源/地層時(shí)，稱之為“復(fù)合體”。為避免將這種復(fù)合結(jié)構(gòu)與纖維復(fù)合體或纖維樹脂復(fù)合體混淆，纖維復(fù)合體和纖維樹脂復(fù)合體將稱作“纖維疊片”。術(shù)語(yǔ)‘纖維疊片’意在包括所有類型的半固化片、纖維復(fù)合體、纖維樹脂復(fù)合體、介質(zhì)、絕緣體和在PCB制造中使用的其它材料。此外，本發(fā)明的實(shí)施例可以使用導(dǎo)電纖維疊片(例如用銅浸漬的半固化片)。還應(yīng)注意，盡管這里使用了術(shù)語(yǔ)“纖維疊片”，但該術(shù)語(yǔ)意在表示目前用于構(gòu)成PCBs的所有類型的熱固樹脂和熱塑聚合物，包括但不限于環(huán)氧、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪環(huán)氧、氰化酯、聚酰亞胺、聚三氟乙烯(PTEE)和其它氟聚合物等，無(wú)論它們是否含任何纖維或填料。
本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例包括各種可用于電源和地層的導(dǎo)電低CTE材料。例如，金屬化其一面或兩面的固態(tài)低CTE材料芯層(較好是碳基材料，例如石墨)可形成電源/地層的基礎(chǔ)。此外，金屬化的低CTE纖維(例如玻璃、碳和液晶聚合物纖維)可形成可作為電源/地層的基礎(chǔ)的織物，優(yōu)選導(dǎo)電材料的CTE一般在-5至5PPM/℃之間。優(yōu)選CTEs小于5PPM/℃的材料。利用這些優(yōu)選材料形成的電源/地芯層應(yīng)具有8-12PPM/℃的復(fù)合CTE，取決于所用的纖維疊層。在PCB/LCC中使用這些芯層可以得到復(fù)合CTE為8-12PPM/℃的PCB/LCC。與從用普通層(即，敷銅疊層(CCL))構(gòu)成的PCB相比，CTE明顯減小。即便是利用低CTE纖維疊層，由于銅的CTE較高，且PCB中銅占相當(dāng)高百分比(體積或重量)，普通PCB的CTE一般也接近或高于17PPM/℃。所以，即便用限制為CTE接近17PPM/℃的那些纖維疊層的低CTE纖維疊層制造PCBs，PCB的CTE一般也高于17PPM/℃。盡管本發(fā)明的實(shí)施例可以用CTE高于5PPM/℃的導(dǎo)電材料，但所得PCB的復(fù)合CTE對(duì)于某些應(yīng)用來(lái)說(shuō)仍太高。本發(fā)明的導(dǎo)電材料對(duì)于半導(dǎo)體芯片直接固定于LCC上時(shí)最有益。芯片的CTE和根據(jù)本發(fā)明制造的PCBs/LCCs的復(fù)合CTE間的較小差異抑制了由于CTE失配造成的芯片破裂。利用具有高CTEs的導(dǎo)電材料，將導(dǎo)致PCB/LCC的較高復(fù)合CTE，這將增加芯片缺陷和龜裂的可能性。在介紹了制造和使用低CTE電源/地層的優(yōu)選方法后，將討論特定的優(yōu)選材料。
用于形成本發(fā)明的低CTE電源/地層的一些優(yōu)選材料，在PCB或LCC制造中的鉆孔或運(yùn)輸期間較易碎。例如，纖維材料在鉆孔期間可能比金屬箔更易受損傷。而且，由于光刻和腐蝕技術(shù)不可能構(gòu)圖這些低CTE電源和地層中的某些，所以，較好是對(duì)普通的PCB或LCC制造步驟做一些變化。在介紹可用于低CTE電源和地層的優(yōu)選材料前，先討論一下涉及利用和制造由低CTE材料構(gòu)成的低CTE電源/地層的一般步驟。
現(xiàn)參見圖1，該圖示出了低CTE電源和地層的三個(gè)優(yōu)選結(jié)構(gòu)。每種結(jié)構(gòu)制造和利用PCB/LCC中的低CTE電源或地層的處理步驟稍有不同。低CTE電源和地層的最優(yōu)選結(jié)構(gòu)表示為電源/地芯層300。電源/地芯層300包括夾在兩層纖維疊片302、305間的低CTE層304。示出了兩個(gè)間隙孔310，這些孔已在電源/地芯層300鉆出，以提供電源/地芯層300與另一電源/地芯層及一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)芯層層疊后用于PTHs的間隙。層疊形成了隨后被鉆孔和金屬化以形成PCB或LCC的復(fù)合體。通過(guò)在兩纖維疊層302和305間層疊低CTE層304，纖維疊層為低CTE層提供了鉆孔和運(yùn)輸期間的保護(hù)。纖維疊層302、305可以是不導(dǎo)電的，也可以是導(dǎo)電的。在后一實(shí)施例情況下，電源/地芯層300將是導(dǎo)電復(fù)合體。然后電源/地芯層300疊置在兩不導(dǎo)電的纖維疊層之間，形成較大的“芯層”，或電源/地芯層300與其它信號(hào)層、電源/地芯層、及不導(dǎo)電纖維疊層疊置成PCB復(fù)合體。應(yīng)注意，層304實(shí)際可以在鄰接纖維疊層302、305的兩面上具有一個(gè)或多個(gè)金屬層。這些層圖1中未示出。
圖1還示出了較易受鉆孔和運(yùn)輸損傷的低CTE電源和地層的第二和第三較不優(yōu)選的結(jié)構(gòu)。電源/地芯層320包括夾在兩低CTE層322、325間的纖維疊層324。另外，纖維疊層324可以是導(dǎo)電的，也可以是不導(dǎo)電的。電源/地芯層320已鉆有間隙孔330。電源/地芯層350包括低CTE層352。類似地，電源/地芯層350已鉆有間隙孔360。由于低CTE層易受鉆孔和運(yùn)輸損傷，所以這些都是較不優(yōu)選的電源/地芯層的實(shí)施例。然而，如果運(yùn)輸和鉆孔期間很小心的話，也可以對(duì)制造電源/地層的低CTE材料的損傷最小或沒有損傷。密封纖維疊層中易受運(yùn)輸或鉆孔損傷的低CTE材料，可以減少損傷的可能性，所以較好是這樣做。
這些芯層的每個(gè)都可以按稍有不同的方式處理。一般說(shuō)，電源/地芯層300將在對(duì)低CTE層304進(jìn)行了可選的粘附性增強(qiáng)工藝(利用例如硅烷等化學(xué)試劑)后層疊。然后一般在電源/地芯層上鉆出間隙孔310。該階段代替用光刻膠構(gòu)圖和腐蝕，使用鉆孔，是由于一般情況下纖維疊層和多數(shù)低CTE纖維材料不能腐蝕。此外，該步驟中，間隙孔310中可以填以絕緣體/介質(zhì)。然后，已鉆孔的電源/地芯層300可以與另一電源/地芯層和一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)芯層層疊成復(fù)合體。然后在復(fù)合體上鉆孔，并金屬化(為PTHs)，從而形成PCB或LCC。可以選擇的是，電源/地芯層350可被鉆孔，并用粘附性增強(qiáng)工藝處理，然后與兩個(gè)纖維疊片層疊成電源/地芯層300。盡管可以機(jī)械鉆孔電源/地芯層350，以形成間隙孔和加工孔，但優(yōu)選對(duì)易受鉆孔損傷的電源/地芯層材料進(jìn)行激光或其它不易損傷的鉆孔方法。
一般說(shuō)，電源/地芯層320可通過(guò)用粘附性增強(qiáng)工藝(選的)處理低CTE層322、325形成。然后纖維疊片(導(dǎo)電或不導(dǎo)電)疊置于兩低CTE層之間。然后通常進(jìn)行鉆孔，形成間隙(或加工)孔330。對(duì)易受鉆孔損傷的電源/地層材料，較好是采用激光或其它不易損傷鉆孔技術(shù)。該實(shí)施例中激光鉆孔的附加優(yōu)點(diǎn)是可以用不同間隙孔圖形構(gòu)圖兩個(gè)導(dǎo)電的低CTE層。然后用絕緣/介質(zhì)材料填充間隙或加工孔。然后，電源/地芯層320與另一電源/地芯層和一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)層層疊成復(fù)合體。
一般說(shuō)，可以在電源/地芯層350中鉆孔，并用可選的粘附性增強(qiáng)材料(例如硅烷或氧化銅處理)處理，然后與兩纖維疊層(導(dǎo)電或不導(dǎo)電)層疊形成芯層300?？梢赃x擇的是，可以在電源/地芯層350中鉆孔，并用粘附層加強(qiáng)步驟處理，然后與另一電源/地芯層、幾層纖維疊層及一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)芯層層疊形成復(fù)合體。例如，為形成六層復(fù)合體，從復(fù)合體的“上”層到“底”層的各層如下信號(hào)芯層(例如圖4的信號(hào)芯層101)、一個(gè)或幾個(gè)纖維疊層、電源/地芯層352、一個(gè)或幾個(gè)纖維疊層、電源/地芯層352、一個(gè)或幾個(gè)纖維疊層和第二信號(hào)芯層(例如圖4中的信號(hào)芯層130)。然后鉆孔該復(fù)合體并金屬化形成PCB/LCC。
如上所述，較好是導(dǎo)電材料用于將被形成電源/地芯層的易受鉆孔或運(yùn)輸損傷的低CTE電源或地層，其中低CTE導(dǎo)電材料夾在或密封在兩纖維疊層之間。以此方式形成的電源或地芯層將在鉆孔步驟中支撐和保護(hù)低CTE層導(dǎo)電材料。這種保護(hù)減少了可能因鉆孔工藝破裂的纖維材料量。也可以制造象電源芯層320(類似于圖4的電源芯層110)或電源芯層350那樣的電源芯層，但鉆孔和/或運(yùn)輸會(huì)造成低CTE材料某種程度上破裂和龜裂。此外，疏松的纖維或碳材料會(huì)污染某些處理步驟。通過(guò)密封纖維或碳材料和在鉆出的孔中填入絕緣體/介質(zhì)，纖維材料不易污染隨后的處理步驟。
參見圖2，該圖示出了電源和地芯層的幾個(gè)截面以及由這些芯層構(gòu)成的六層PCB/LCC。圖2是一個(gè)例子，展示了電源芯層1000，鉆孔的電源芯層1001，地芯層1010，鉆孔的地芯層1011，及用作LCC的六層PCB/LCC 1020。通過(guò)對(duì)低CTE電源層1087進(jìn)行粘附性增強(qiáng)工藝，然后將該層層疊在兩纖維疊層1002和1005之間，從而形成電源芯層1000。這種情況下，低CTE電源層1087是具有形成于其表面上的金屬層1097和1098的石墨層1004。然后，鉆孔電源芯層1000，形成間隙孔1082和1079。涂敷了光刻膠掩模后，腐蝕一個(gè)“標(biāo)準(zhǔn)”CCL電源芯層，形成成像的電源芯層(即，圖4的電源芯層111)。由于腐蝕對(duì)用于某些用于電源/地層的低CTE導(dǎo)電材料或纖維疊層是不可能的，所以較好是采用鉆孔法形成間隙孔。該例中的電源芯層1000和1001主要是夾在兩不導(dǎo)電纖維疊層間的低CTE導(dǎo)電層。
通過(guò)對(duì)低CTE地層1012、1015(這種情況下，它們是敷金屬的纖維材料)進(jìn)行粘附性增強(qiáng)工藝，然后在一導(dǎo)電纖維疊層的兩面上層疊這些層，從而形成地芯層1010。然后，鉆孔地芯層1010，形成間隙孔1084和1080。該例中的地芯層1010實(shí)質(zhì)是具有三個(gè)導(dǎo)電層的一個(gè)導(dǎo)電層(一個(gè)導(dǎo)電纖維疊層夾在兩個(gè)低CTE導(dǎo)電材料層之間)。盡管圖2中未示出，但可以在電源芯層1001和地芯層1011中加入介質(zhì)或其它絕緣體，填充這些芯層中的間隙孔。
關(guān)于導(dǎo)電纖維層1014，形成該層的較好方法是在纖維或纖維/樹脂層中加入按體積計(jì)40％的銅粉。層疊期間，銅應(yīng)均勻分布于纖維層中。也可以采用其它導(dǎo)電填料及其它類型的層材料，但該填料和層材料的優(yōu)點(diǎn)是較便宜且為PCB制造中常用的材料。
芯層鉆孔(如果需要加了絕緣體)后，將電源芯層1001和地芯層1011與已構(gòu)圖的信號(hào)芯層101、130及纖維疊層1096、1095和1099壓在一起，形成復(fù)合體。對(duì)該復(fù)合體鉆孔并金屬化形成PTHs。將元件固定于PCB/LCC上后，得到例示的六層PCB/LCC部分1020。纖維疊層1095、1096和1099是不導(dǎo)電介質(zhì)層，用于隔離信號(hào)、電源和地芯層。此外，這些層將電源、地和信號(hào)芯層粘附在一起。電源芯層1001具有將用于粘附電源芯層1001與地芯層1011的纖維疊層1005。類似地，電源芯層1001的纖維疊層1002可以粘附到信號(hào)芯層101。然而，一般情況下，纖維疊層1005(和1002)將充分固化，意味著另一纖維疊層不得不用于將電源、地和信號(hào)芯層粘合在一起。某些纖維一旦固化，將不再回流，足以與另一層充分粘接?？梢圆糠止袒@些層，允許其中一些在層疊各芯層時(shí)回流。此外，某些纖維疊層將多次回流，并提供兩芯層間的足夠的粘附性。在這些情況下，纖維層1095和1096不必用于粘附。盡管這些情況下不需要這些纖維疊層用于粘附的目的，但利用附加纖維疊層(例如層1095)可能有其它原因。例如，如果希望較好的電絕緣，附加纖維疊層可以提供這種絕緣。注意，纖維疊層1099一般來(lái)說(shuō)是提供電絕緣(除粘附性外)及提供已構(gòu)圖信號(hào)層132和金屬化的纖維層1015間的間隙孔1082和1079的填充樹脂所必需的。
PTH1008與圖4的PTH 108類似，它連接信號(hào)芯層101的信號(hào)層102和105的線與信號(hào)芯層130的信號(hào)層132和135的線。間隙區(qū)1082和1084防止地和電源層接觸TPH。盡管間隙區(qū)1082和1084中填有“空氣”，但實(shí)際上，這些區(qū)中一般填以介質(zhì)或者在將電源或地芯層鉆孔后，這些區(qū)中填以介質(zhì)，或者在層疊期間用纖維疊層的介質(zhì)/絕緣體填充這些區(qū)。
PTH 1009與圖4的PTH 109類似，它連接信號(hào)芯層130的層135上的焊盤103(和C4球107)和線與電源層1001。該例中，電源層1001包括實(shí)際有三個(gè)導(dǎo)電層(石墨層1004，兩個(gè)金屬層1097和1098)的導(dǎo)電層1087。該例中，導(dǎo)電層1087的所有三層都與PTH 1099接觸。間隙區(qū)1080防止PTH 1009連接地芯層1011。類似地，PTH1006與圖4的PTH 106類似，它連接信號(hào)芯層101的層102上的線和信號(hào)芯層130的層135、132上的線與地芯層1011。地芯層1011包括三個(gè)導(dǎo)電層(兩個(gè)低CTE層1012和1015，和一個(gè)導(dǎo)電纖維疊層1014)，它們都與PTH 1006連接。間隙區(qū)1079防止PTH 1006連接電源層1087。
在圖2的例子中，示出了各芯層上的多數(shù)纖維疊層較薄。例如，纖維疊層1002和1005很薄。這只是為了表示，如所屬領(lǐng)域技術(shù)人員知道的，如果需要可以加更多層、更薄或更厚的纖維疊層。圖2的六層PCB/LCC 1020與圖4的六層PCB/LCC 120相比，主要的不同在于PCB/LCC 1020有分離的電源和地芯層，以及這些電源/地芯層形成為不同于普通CCL芯層。PCB/LCC 1020還具有包括LCC的大部分的低CTE電源和地層。信號(hào)層102、105、132和135盡管具有一些金屬，但主要含纖維疊層。因此，信號(hào)芯層101和130的總CTE接近纖維疊層104和134的CTE。如果低CTE介質(zhì)用于這些纖維疊層中，則CTE會(huì)很低。這種情況下高PCB的CTE實(shí)質(zhì)是由一般為CCL的電源/地芯層的金屬層產(chǎn)生。這種情況下，由于電源和地層中的銅量的緣故，CCL中的銅決定電源/地芯層的CTE。這種高CTE的電源/地芯層會(huì)使PCB的總CTE升高，導(dǎo)致可能的切力造成的剝離、介質(zhì)或芯片龜裂、張力作用于固定在PCB(用作LCC)上的芯片上、和其它不良效應(yīng)。
然而，圖2中地層1011包括敷金屬的低CTE纖維材料。此外，電源層1087包括敷金屬的石墨片。這些層都含有大量能降低芯層的總CTE的低CTE材料。所以，與同等的CCL芯層相比，兩芯層都有較低的總CTE，這些較低的總CTEs減小了PCB/LCC的總CTE。此外，可以在不用會(huì)造成包括電池作用和侵蝕、多步驟腐蝕和復(fù)雜的廢物處理等制造復(fù)雜化的替代金屬(例如鐵鎳合金、不銹鋼和鉬)的情況下，得到這種低CTE芯層。
圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的形成包含低CTE導(dǎo)電材料的電源或地芯層(例如電源芯層1000)的優(yōu)選方法。圖3中的方法400較好用于形成電源和地芯層，以將電源和地芯層結(jié)合成復(fù)合PCB或LCC。該方法也可用于其中低CTE導(dǎo)電材料夾在兩纖維疊層間作為電源層1000的優(yōu)選實(shí)施例。該實(shí)施例可以更好地保護(hù)內(nèi)部低CTE的導(dǎo)電材料。此外，纖維疊層可幫助“密封”覆蓋以金屬的纖維材料和其它疏松材料，這有助于將內(nèi)部纖維材料保持于疊片上。在可能污染PCB/LCC的各部分和制造工藝的碳材料的情況下這特別有益。方法400開始于在所用低CTE材料上形成可選的薄金屬涂層(步驟410)。本發(fā)明的敷金屬的纖維材料一般為足以運(yùn)載要求電流的金屬；如果要求附加的電流運(yùn)載能力的話，可以在步驟410在纖維上形成更多金屬。
此外，如果本發(fā)明的優(yōu)選低CTE材料沒有金屬化，則這些材料也可以在該步進(jìn)行金屬化。例如，如果采用未金屬化的碳纖維絲束作低CTE材料，則可以在步驟410金屬化絲束，并將之形成為紡織織物。然后，如果需要可以在步驟410在該織物上附著附加的金屬。在電源芯層1000的特定例子中，石墨層1004的兩面都在步驟410涂敷金屬，以形成電源層1087。簡(jiǎn)言之，步驟410可以用于金屬化未涂有金屬的材料和在已涂有金屬的材料上再添加上附加金屬。在方法400后，將更詳細(xì)地討論用于電源和地層的優(yōu)選材料類型。
然后，用粘附性增強(qiáng)化學(xué)工藝或氧化銅處理可選地處理低CTE材料(步驟420)。然后，在兩纖維疊層間層疊夾入導(dǎo)體，以形成密封的低CTE電源或地芯層(步驟430)。一般來(lái)說(shuō)，用標(biāo)準(zhǔn)的層疊工藝層疊低CTE地/電源材料。或者，可利用標(biāo)準(zhǔn)的浸漬工藝用樹脂浸漬纖維低CTE材料(步驟433)。該標(biāo)準(zhǔn)浸漬工藝基本上密封了纖維材料。該樹脂浸漬布然后疊靠于釋放片(release sheet)或粗糙的銅箔上。如果使用粗糙銅箔，則可以將之腐蝕掉(步驟437)或通過(guò)鉆孔(步驟440)剝離。釋放片一般在鉆孔前被去掉(步驟435)。
由于纖維疊層一般不能腐蝕形成必需的電間隙孔(和其它開口)，所以這些開口形成于電源/地芯層中(步驟440)。一般來(lái)說(shuō)，在疊層和低CTE層內(nèi)并通過(guò)其鉆孔間隙孔圖形或加工孔，可以形成這些開口。鉆孔可利用機(jī)械鉆孔或利用激光或其它類似的孔形成設(shè)備進(jìn)行。如果粗糙的銅箔已疊于低CTE材料上(步驟435)，并且未被去掉(在步驟437)，則現(xiàn)在可以通過(guò)腐蝕去除之(步驟445)。此時(shí)，可以用純樹脂再填充開口，樹脂含有不導(dǎo)電填料或其它合適的絕緣體/介質(zhì)(步驟450)。較好是通過(guò)再疊層到或壓到一復(fù)合板結(jié)構(gòu)上，將電源/地芯層引入到復(fù)合體中(步驟460)。如果在步驟450未填充各孔，則在層疊周期中，額外的樹脂從纖維疊層流到并填充到鉆出的電源層孔中。接著可以再鉆孔形成用于PTHs的孔，并金屬化這些孔(步驟470)。步驟470后，將形成與PCB/LCC 1020類似的PCB/LCC。
盡管方法400是用低CTE電源/地層制造PCB/LCC的優(yōu)選方法，但方法400的步驟可根據(jù)所用電源/地芯層的結(jié)構(gòu)稍作變化。例如，兩層低CTE導(dǎo)電材料可以疊于例如在圖1的電源和地芯層320中先前所示的纖維疊層上。該例中，處理步驟與方法400所示的非常類似。例如，可以分別進(jìn)行方法400的步驟410和420，以在導(dǎo)電材料上加上附加金屬，并加強(qiáng)粘附性。然后纖維疊片(導(dǎo)電或不導(dǎo)電)疊于兩低CTE層之間。此外，可以在把纖維疊層層疊于兩低CTE導(dǎo)電材料之間之前，進(jìn)行液態(tài)樹脂浸漬步驟(步驟433)。然后一般進(jìn)行鉆孔，形成間隙孔或加工孔(步驟440)。對(duì)于易受鉆孔損傷的電源/地層材料，較好是可以采用激光或其它不易損傷的鉆孔方法。該例中激光鉆孔的附加優(yōu)點(diǎn)在于，可以用不同的間隙孔圖形構(gòu)圖兩導(dǎo)電低CTE層。在該階段(步驟450)可以用絕緣材料填充間隙或加工孔。然后將電源/地芯層320與另一電源/地芯層、一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)層和不導(dǎo)電的纖維疊層壓成復(fù)合體(步驟460)。然后鉆孔該復(fù)合體并金屬化，形成PCB/LCC(步驟470)。
此外，也可以用與圖1的電源/地芯層350類似的電源/地芯層形成電源或地層。該例中，用于形成電源和地層的處理步驟某種程度上不同于方法400。例如，可以在步驟410(如果進(jìn)行的話)前或后進(jìn)行鉆孔(步驟440)。然后可以用可選地粘附性增強(qiáng)材料處理低CTE導(dǎo)電層(步驟420)，并與兩纖維疊層(導(dǎo)電或不導(dǎo)電)疊置，形成圖1的芯層300。該例中，由于層疊工藝可以用纖維疊層填充各孔，所以步驟450一般是不必要的。可選擇的是，可以鉆孔與電源/地芯層350類似的低CTE導(dǎo)電層，并用粘附性增強(qiáng)步驟處理(步驟420)，然后與另一電源/地芯層、幾個(gè)纖維疊層和一個(gè)或幾個(gè)信號(hào)芯層壓成復(fù)合體(步驟460)。然后鉆孔該復(fù)合體并金屬化，形成PCB/LCC(步驟470)。
最后，方法400可應(yīng)用于除圖2所示六層PCB外的其它結(jié)構(gòu)的PCB。通過(guò)將方法400的工藝應(yīng)用于特定數(shù)量的層，可以形成更多或更少層數(shù)的層。例如，(再參見圖2)，如果希望四層PCB，則電源芯層1000可以疊于帶銅疊層的層1002的外表面上。然后鉆孔形成電源芯層1001。類似地，地芯層1010可以疊于帶有纖維疊層和銅層的層1015的外表面上。然后鉆孔形成地芯層1011。形成于電源和地芯層中的開口中可以填以絕緣體。然后可構(gòu)圖兩銅疊層，兩電源和地芯層形成復(fù)合體。進(jìn)行鉆孔并鍍敷PTHs，形成PCB?；蛘撸@孔的電源芯層1001和鉆孔的地芯層1011可形成各層按以下順序的復(fù)合體銅層、可選的不導(dǎo)電纖維疊層、電源芯層1001、地芯層1011、不導(dǎo)電纖維疊層、和銅層。然后可將兩銅構(gòu)圖成信號(hào)層，并鉆孔和金屬化復(fù)合體，形成四層PCB。
現(xiàn)在已一般意義上討論了用低CTE材料制造低CTE導(dǎo)電電源和地層的方式。這些方式和材料可用于以下將討論的任何特定低CTE導(dǎo)電材料。如果存在較好采用的任何附加處理步驟以便材料可形成為電源或地芯層，那么將結(jié)合電源/地材料討論這些步驟。
含低CTE材料的電源/地層的最優(yōu)選實(shí)施例是其一面或兩面上有銅的石墨或碳片。石墨是一種由碳構(gòu)成的自然形成的導(dǎo)電材料。術(shù)語(yǔ)“石墨”是指碳原子的特有的特殊結(jié)構(gòu)。石墨可以自然形成或人工制造。盡管石墨某種程度上具有結(jié)晶結(jié)構(gòu)，但石墨的導(dǎo)電性主要是各向異性的。很純的結(jié)晶石墨具有優(yōu)異的導(dǎo)電導(dǎo)熱性和負(fù)CTE。體石墨一般具有很低的導(dǎo)電導(dǎo)熱性，并具有低的正到負(fù)CTE。
所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，適于作電源/地層的基礎(chǔ)材料的石墨或碳片可以按多種方式制造。例如，體石墨可以燒結(jié)或壓縮成薄石墨片。石墨片可以通過(guò)化學(xué)汽相淀積制造，這樣能夠形成極有序的熱解石墨。然而，后一種片易碎，并且非常貴。此外，石墨片可通過(guò)以下方式形成，將碳纖維繞到芯柱上從而形成碳纖維線軸，然后去掉芯柱，將線軸壓平，然后在高熱下石墨化線軸。在某些情況下，這會(huì)產(chǎn)生一種碳纖維喪失了其所有取向和形狀的片，該片基本被很好的結(jié)晶化，變?yōu)楦兊氖Ｐ纬墒?碳片的這些方法都是所屬領(lǐng)域公知的。
在石墨或碳片上淀積金屬，這種組合材料具有低CTE。金屬可利用所屬領(lǐng)域技術(shù)人員公知的多種方法淀積于石墨上。例如，可以用濺射、蒸發(fā)或化學(xué)汽相淀積法在石墨上淀積金屬。以下將更具體介紹這些金屬包敷法。盡管由于金屬敷于片兩面上可以提供更多金屬并提高電流運(yùn)載能力，所以優(yōu)選片兩面上敷金屬，但金屬可以敷于石墨片的一面或兩面上。
可以利用該敷金屬的石墨或碳材料，按以上所示和所述方式形成PCBs和用作LCCs的PCBs。例如，可用該導(dǎo)電片制造與電源/地芯層300、320或350類似的電源/地芯層。所得PCBs/LCCs的總CTE降低，可以減少切力造成的剝離及芯片和C4的連接龜裂。
形成低CTE導(dǎo)電電源和地層的附加優(yōu)選材料大概可以稱之為纖維導(dǎo)電材料。這些優(yōu)選附加材料包括金屬化的織物(例如液晶聚合物)、金屬化的碳纖維織物、金屬化的玻璃纖維。織物還可分成紡織織物(具有一些規(guī)則結(jié)構(gòu)的織物)和不規(guī)則紙織物。不規(guī)則紙織物一般由不規(guī)則取向的纖維構(gòu)成。不規(guī)則紙織物沒有相同的纖維結(jié)構(gòu)。
例如，用于形成低CTE電源/地層的優(yōu)選材料是敷金屬的低CTE有機(jī)纖維，例如液晶聚合物(LCPs)。有幾個(gè)公司制造LCPs，這些纖維中的一些的商標(biāo)大家都很熟悉。Aramid是DuPont制造的LCP，有時(shí)稱之為KEVLAR。VECTRAN是Heochst-Celanse制造的LCP。這些纖維的CTEs為約每攝氏度每百萬(wàn)分之(PPM℃)-5到5。此外，這些纖維具有熱穩(wěn)定性。適用于本發(fā)明的具有與LCPs所具有的類似CTEs的其它類型有機(jī)纖維包括SPECTRA(這是由AlliedSignal制造的聚乙烯)。市場(chǎng)上可以買到這些材料的紡織和不規(guī)則紙織物。此外，市場(chǎng)上已經(jīng)可以買到某些LCPs的敷金屬產(chǎn)品。例如，ARACON是DuPont公司的敷金屬芳族聚酰胺纖維的商標(biāo)。
盡管可以購(gòu)得某些有機(jī)纖維材料作為涂敷織物，但適用作電源或地層的敷金屬有機(jī)纖維材料也可以由以下步驟制造。首先，將有機(jī)纖維材料設(shè)于處理室中，并保持在稍微拉伸和/或平坦位置。使材料被拉伸或平坦可以確保金屬均勻地覆蓋暴露表面。然后在有機(jī)纖維材料上淀積金屬。這種淀積可以數(shù)種方式進(jìn)行，包括鍍敷、濺射、蒸發(fā)或化學(xué)汽相淀積。如果工藝需要或必要，有機(jī)纖維材料可以翻轉(zhuǎn)，并淀積更多金屬。例如，如果采用濺射，則金屬一般只淀積有織物的一個(gè)表面上。在可以按此方式使用織物時(shí)，一般要在織物的另一面上施加更多金屬，以增大織物的電流運(yùn)載能力?；蛘?，可以利用滾動(dòng)方式，同時(shí)在兩面上濺射織物。濺射或化學(xué)汽相淀積后，可利用常規(guī)的鍍敷施加更多金屬。該附加金屬將增強(qiáng)金屬纖維織物電源/地層的電流運(yùn)載能力。這些工藝也可用于用金屬涂敷以上討論的碳或石墨片。此外，這些工藝還可用于用金屬涂敷以上討論的其它優(yōu)選低CTE材料。另外，這些技術(shù)還可用于用金屬涂敷以上討論的碳或石墨片。
一旦形成金屬化纖維片，這些低CTE導(dǎo)電片可用于制造與電源/地芯層300、320或350類似的電源/地芯層。此外，可以進(jìn)行制造這些芯層和將它們集成為PCB/LCC的上述任何方法。
適用作PCBs或LCCs的電源或地層的另一最優(yōu)選金屬化纖維材料是敷金屬的碳或石墨纖維。由于碳或石墨纖維可以作為紡織紗線和單股紗線或絲束，可以在這兩種狀態(tài)下金屬化纖維。例如，金屬可以淀積于碳或石墨纖維織物上?；蛘?，可以淀積于碳或石墨纖維上和紡織成布或織物的碳或石墨纖維上。已經(jīng)可以買到碳和石墨纖維的敷金屬產(chǎn)品和已形成絲束或紗線的產(chǎn)品。該絲束或紗線可用于紡織較平紡織織物。此外，可以買到碳纖維的不規(guī)則紙片。具有低CTE(較好小于2PPM/℃)的任何碳纖維都可以用于本發(fā)明的實(shí)施例。
作為例子，可以用50-60wt％的銅鍍敷1K(每根紗線或絲束有1000根6微米的纖維)石墨/碳纖維。該鍍敷的絲束可用于紡織每英寸30×30根線的平紡織織物。如結(jié)合圖3所介紹的，制造電源/地芯層的一種方法是用粘附性增強(qiáng)步驟例如硅烷耦合劑或氧化銅轉(zhuǎn)化工藝處理該織物。處理過(guò)的織物按標(biāo)準(zhǔn)的浸漬工藝用樹脂浸漬。該樹脂浸漬布然后疊于釋放片或粗糙銅箔上。如果使用粗糙銅箔，一般此時(shí)將其腐蝕掉。去掉釋放片，并用間隙孔圖形鉆孔該部分。該例中，已構(gòu)圖電源層然后疊于一復(fù)合體上并用纖維疊片粘附于其上。然后按通常方式鉆孔該復(fù)合體并鍍敷。在鉆透碳/石墨織物的地方，形成PTH連接?？椢锸侵旅芗徔椢?，并提供基本連續(xù)的層，以便在任何鉆出的孔位置形成連接。
該工藝后可以得到敷金屬碳纖維占體積的60％的電源層，并且CTE約為9PPM/℃。該CTE已比CTE約為17PPM/℃的固態(tài)銅層減小了許多。利用CTE約為2PPM/℃的碳纖維，可以產(chǎn)生9PPM/℃。利用更低CTE石墨纖維甚至也可以得到更低CTEs。碳和石墨纖維的CTEs約為-1.4PPM/℃到約2.0PPM/℃。這樣的電源/地層應(yīng)具有約1盎司純銅的電流運(yùn)載能力，但該結(jié)構(gòu)的厚度約為3-4密耳，取代1盎司純銅的1.4密耳厚度。
此外，碳纖維和石墨相對(duì)于最標(biāo)準(zhǔn)的PCB化學(xué)工藝較不活潑。所以腐蝕和其它工藝不易影響碳纖維和石墨。
一旦形成金屬化纖維片，這些低CTE的導(dǎo)電片可用于制造與電源/地芯層300、320或350類似的電源/地芯層。此外，可以進(jìn)行制造這些芯層和將它們集成為PCB/LCC的上述任何方法。
具有低CTE的纖維材料的再一優(yōu)選實(shí)施例是金屬化的玻璃或石英纖維。與碳纖維類似，已可以買到玻璃和石英纖維的紗線或紡織片或不規(guī)則紙纖維?？梢越饘倩喒桑⑿纬煽椢?，或可以金屬化已形成片的纖維?？梢栽诿糠N織物上附加附加金屬，得到附加電流運(yùn)載能力。目前，市場(chǎng)上買不到這些纖維的敷金屬產(chǎn)品。為形成敷金屬纖維或織物，可用先前的方法形成敷金屬纖維，或敷金屬織物。此外，市場(chǎng)上已能買到不規(guī)則紙形式的玻璃纖維片?？梢岳孟惹坝懻摰慕饘俚矸e法金屬化這些片。
玻璃有許多不同形式，其中的許多是在硅石中加入某種“雜質(zhì)”形成的。例如，S-玻璃是一種能繞成或不能繞成纖維的硅-鋁-鎂化合物，E-玻璃是一種主要用于紡織織物中的鈣-鋁-硼硅(Ca-A12O3-SiO2)化合物，D-玻璃是一種具有低介電常數(shù)的玻璃。普通玻璃纖維的CTEs為約1-3PPM/℃。例如，E-玻璃的CTE約為2.8PPM/℃，而S-玻璃的CTE約為1.6-2.2PPM/℃。
利用敷銅玻璃形成并與樹脂層疊的電源/地芯層(如方法400)的CTE在敷金屬玻璃纖維占體積的60％時(shí)約為12PPM/℃。該CTE已比約17PPM/℃的固態(tài)銅層(或固態(tài)銅層制造的PCB)的CTE顯著減小。
一旦形成金屬化纖維片，這些由金屬化玻璃纖維制成的低CTE導(dǎo)電片可用于制造與電源/地芯層300、320或350類似的電源/地芯層。此外，可以進(jìn)行制造這些芯層和將它們集成為PCB/LCC的上述任何方法。
應(yīng)注意，用作本發(fā)明的電源和地層的纖維材料對(duì)于水和其它溶劑來(lái)說(shuō)具有滲透性。對(duì)水或其它溶劑具有滲透性減少了纖維疊層的剝離和PCBs中的陰極/陽(yáng)極絲狀生長(zhǎng)。在共同待審的EN9-98-002“POROUS POWER AND GROUND PLANES FOR REDUCED PCBDELAMINATION AND BETTER RELIABLITY”中討論了這種低CTE電源/地層。
所以，本發(fā)明的各實(shí)施例提供了可用于形成構(gòu)成PCBs或用作LCCs的PCBs的基礎(chǔ)的電源/地芯層的低CTE材料。在形成電源/地層時(shí)，這些低CTE材料減小了PCB/LCC各層及固定于其上的芯片和芯片連接上的應(yīng)力。應(yīng)力的減小對(duì)用作LCCs的PCBs特別有益，是由于芯片直接固定于LCC上，龜裂前不容許很大的張力。本發(fā)明纖維材料的實(shí)施例具有相對(duì)水或其它溶劑具有滲透性的附加優(yōu)點(diǎn)。
盡管主要討論了銅作為金屬化金屬，但所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)認(rèn)識(shí)到，用于淀積銅的技術(shù)也可用于淀積銀、金、鋁、錫等。此外，即使用銅作金屬化的基本金屬，也可以在某些處理步驟中加入附加量的其它金屬。例如，某些制造商將在處理期間加入少量金，以增強(qiáng)基本連接的導(dǎo)電性。
權(quán)利要求
1.一種用于印刷電路板的電源/地芯層，該電源/地芯層包括至少一層纖維疊層；及至少一層導(dǎo)電材料，所說(shuō)導(dǎo)電材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)低于銅層的CTE。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的電源/地芯層，其中至少一層導(dǎo)電材料是兩層導(dǎo)電材料，至少一層纖維疊層夾在這兩層導(dǎo)電材料之間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的電源/地芯層，其中至少一層纖維疊層是兩層纖維疊層，至少一層導(dǎo)電材料夾在這兩層纖維疊層之間。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的電源/地芯層，其中至少一層纖維疊層是不導(dǎo)電的。
5.根據(jù)權(quán)利要求1的電源/地芯層，其中至少一層纖維疊層是導(dǎo)電的。
6.根據(jù)權(quán)利要求1的電源/地芯層，其中導(dǎo)電材料的CTE小于5PPM/℃。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的電源/地芯層，其中導(dǎo)電材料包括敷金屬碳或石墨片。
8.根據(jù)權(quán)利要求1的電源/地芯層，其中導(dǎo)電材料包括紡織成織物或形成為不規(guī)則紙織物的敷金屬纖維材料。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的電源/地芯層，其中纖維材料選自主要由碳纖維、石墨纖維、液晶聚合物纖維、聚乙烯纖維、石英纖維和玻璃纖維構(gòu)成的組中。
10.根據(jù)權(quán)利要求1的電源/地芯層，其中至少一層纖維疊層選自主要由環(huán)氧、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪環(huán)氧、氰化酯、聚酰亞胺、聚三氟乙烯(PTEE)和氟聚合物構(gòu)成的組中。
11.一種印刷電路板(PCB)，該P(yáng)CB包括至少一個(gè)信號(hào)芯層，每個(gè)信號(hào)芯層包括至少一個(gè)信號(hào)層和至少一個(gè)纖維疊層；及至少一個(gè)電源/地芯層，該芯層包括至少一層纖維疊層；及至少一層導(dǎo)電材料，所說(shuō)導(dǎo)電材料的熱膨脹系數(shù)(CTE)低于銅層的CTE。
12.根據(jù)權(quán)利要求11的PCB，其中至少一層導(dǎo)電材料是兩層導(dǎo)電材料，其中至少一個(gè)電源/地芯層的至少一層纖維疊層夾在這兩層導(dǎo)電材料之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求11的PCB，其中至少一個(gè)電源/地芯層的至少一層纖維疊層是兩層纖維疊層，至少一層導(dǎo)電材料夾在這兩層纖維疊層之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求11的PCB，其中至少一個(gè)電源/地芯層的至少一層纖維疊層是不導(dǎo)電的。
15.根據(jù)權(quán)利要求11的PCB，其中至少一個(gè)電源/地芯層的至少一層纖維疊層是導(dǎo)電的。
16.根據(jù)權(quán)利要求11的PCB，其中導(dǎo)電材料的CTE小于5PPM/℃。
17.根據(jù)權(quán)利要求11的PCB，其中導(dǎo)電材料包括敷金屬碳或石墨片。
18.根據(jù)權(quán)利要求11的PCB，其中導(dǎo)電材料包括紡織成織物或形成為不規(guī)則紙織物的敷金屬纖維材料。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的PCB，其中纖維材料選自主要由碳纖維、石墨纖維、液晶聚合物纖維、聚乙烯纖維、石英纖維和玻璃纖維構(gòu)成的組中。
20.根據(jù)權(quán)利要求11的PCB，其中至少一層纖維疊層選自主要由環(huán)氧、雙馬來(lái)酰亞胺三嗪環(huán)氧、氰化酯、聚酰亞胺、聚三氟乙烯(PTEE)和氟聚合物構(gòu)成的組中。
21.一種制造印刷電路板(PCB)的方法，該方法包括以下步驟a)至少提供一個(gè)包括至少一層導(dǎo)電材料的電源/地層，所說(shuō)導(dǎo)電材料的CTE低于銅層的CTE；b)在至少一個(gè)電源/地層中形成多個(gè)開口；c)用至少一個(gè)電源/地層和至少一個(gè)信號(hào)層形成復(fù)合體；d)在復(fù)合體中形成多個(gè)開口；及e)在復(fù)合體中形成多個(gè)鍍敷通孔。
22.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中提供至少一個(gè)電源/地層的步驟還包括形成至少有一個(gè)纖維疊層和至少一層低CTE導(dǎo)電材料的電源/地芯層的步驟。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中電源/地芯層的至少一個(gè)纖維疊層選自主要由環(huán)氧、雙3馬來(lái)酰亞胺三嗪環(huán)氧、氰化酯、聚酰亞胺、聚三氟乙烯(PTEE)和氟聚合物構(gòu)成的組中。
24.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中至少一層導(dǎo)電材料是兩層導(dǎo)電材料，其中形成電源/地芯層的步驟包括在兩層導(dǎo)電材料間夾入至少一個(gè)纖維疊層。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的方法，其中在兩層導(dǎo)電材料間夾入至少一個(gè)纖維疊層的步驟包括利用浸漬工藝至少密封一層導(dǎo)電材料，并層疊該密封導(dǎo)電材料與釋放片或粗糙銅箔的步驟。
26.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中至少一層纖維疊層是兩層纖維疊層，其中形成源/地芯層的步驟包括在兩纖維疊層間夾入至少一層導(dǎo)電材料。
27.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中至少一層纖維疊層是不導(dǎo)電的。
28.根據(jù)權(quán)利要求22的方法，其中至少一層纖維疊層是導(dǎo)電的。
29.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括用附加金屬涂敷導(dǎo)電材料的步驟。
30.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，還包括對(duì)低CTE導(dǎo)電材料進(jìn)行粘附性增強(qiáng)工藝的步驟。
31.根據(jù)權(quán)利要求30的方法，其中粘附加強(qiáng)工藝是氧化銅處理或硅烷處理。
32.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中低CTE導(dǎo)電材料包括敷金屬的碳或石墨片。
33.根據(jù)權(quán)利要求21的方法，其中導(dǎo)電材料包括紡織成織物或形成為不規(guī)則紙織物的敷金屬纖維材料。
34.根據(jù)權(quán)利要求33的方法，其中纖維材料選自主要由碳纖維、石墨纖維、液晶聚合物、聚乙烯纖維、石英纖維和玻璃纖維構(gòu)成的組中。
全文摘要
這里公開了具有低熱膨脹系數(shù)(CTEs)且用于電源和地層的導(dǎo)電材料。金屬化具有低CTE的纖維材料(例如,碳、石墨、玻璃、石英、聚乙烯和液晶聚合物纖維),以提供具有低CTE的導(dǎo)電材料。這些纖維在各自的狀態(tài)下被金屬化,然后形成織物,或這些材料可形成織物,然后金屬化,或兩種金屬化結(jié)合使用。此外,石墨或碳片可以金屬化一面或兩面,以提供具有低CTE和高導(dǎo)電性的材料。
文檔編號(hào)H05K3/46GK1269538SQ0010642
公開日2000年10月11日 申請(qǐng)日期2000年4月6日 優(yōu)先權(quán)日1999年4月7日
發(fā)明者羅伯特·M·加普, 馬克·D·波里克斯 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司