電路基片裝配及其制作方法

專利名稱：電路基片裝配及其制作方法
技術領域：
本發明涉及一種電路基片，尤其涉及一種如印刷電路板(PCB)的復合電路結構。本發明也涉及一種用于制作此結構的方法。
背景技術：
一種形成一層狀電路板結構的方法包括形成電介質材料層以及導電材料層，以提供多層電路與電壓平面。電路可以被稱為信號平面的離散布線模式。電壓平面可以是接地平面或者功率平面，并且有時候共同地被指代為功率平面。在形成如此結構的一技術中，電介質材料層與導電材料層被連續地貼在一起，也就是，該電介質材料被貼上然后在其上提供電路或者電壓平面，并且如必要的話可通過鉆孔或者蝕刻以形成通孔。這種方法依賴于添加附加結構的每個連續步驟，并且這些電路層是單獨形成的，例如在形成具有電路跟蹤的該平面或者形成功率平面的每個步驟中。這要求精確鉆孔以形成平板式通孔(PTHS)，所有這些將耗費大量時間，特別是在需要有大量鉆孔來形成PTHS的地方。
近來，有一些方法描述了提供從單個離散層狀結構(基片)來形成一復合層狀結構(基片裝配)的一種相對廉價的照相平版印刷技術。例如，參考美國專利申請案序列號09/812,261，其標題為“Printed WiringBoard Structure With Z-Axis Interconnections”(存檔于2001年3月19日)。也參考美國專利申請案序列號6,388,204(Lauffer等人)以及6,479,093(Lauffer等人)，如上美國專利申請案的教導以引用的方式并入本文中。雖然這些發明的結構以及方法提供了比當前印刷電路板(PCB)制作方法要更為顯著的進步與優點，但是其仍然存在需要進一步改進的地方。因此，需要繼續努力以提供甚至更多的優點。本發明正是朝著此方向努力的一結果。
應當相信這樣一個發明將成為所屬技術領域的一個重大進步。

發明內容
本發明的一個主要目標就是要提高電路基片裝配技術。
本發明的另一個目標就是要提供一電路基片裝配，其可提供高密度的布線模式并且可以一種有效便捷的方式來制作。
本發明的另一個目標還有就是要提供一種前面所述的電路基片裝配的制作方法。
根據本發明的一方面，所提供的一電路基片裝配包括其中包含一口子的一第一電路基片，一第二電路基片，其被鍵合到該第一電路基片上并且包含大體上與該第一電路基片上的該口子對準的一口子，以及幾乎完全填充到鍵合的該第二電路基片中的該口子中并且只有部分填充到該第一電路基片中的該口子的一些導電膠。
根據本發明的另一方面，所提供的一電路基片裝配包括其中包含一口子的一第一電路基片，一第二電路基片，其被鍵合到該第一電路基片上并且包含與該第一電路基片上的該口子對準的一口子，幾乎完全覆蓋在面向該第一電路基片的該第二電路基片的表面上的該第二電路基片上該口子的一導電覆蓋層(cover member)，以及位于該覆蓋層上并且只有部分填充到該第一電路基片中的該口子的一些導電膠。
根據本發明的另一方面還有，所提供的一電路基片裝配的一種制作方法包括提供其中包含一口子的一第一電路基片，提供其中包含一口子的一第二電路基片，將一些導電膠幾乎完全地填充到該第二電路基片上的該口子中，將該第一與第二電路基片進行對準以使得其中具有該導電膠的該第二電路基片上的該口子與該第一電路基片上的該口子對準，以及將該第一與第二電路基片鍵合到一起以使得該導電膠只有部分填充到該第一電路基片中的該口子中而又幾乎完全填充到該第二電路基片中的該口子中。
根據本發明的另一方面還有，所提供的一電路基片裝配的一種制作方法包括提供其中包含一口子的一第一電路基片，提供其中包含一口子的一第二電路基片，將一導電覆蓋層安置在面向該第一電路基片的該第二電路基片的一表面上以使得其幾乎完全覆蓋在該第二電路基片上的該口子上，將一些導電膠安置到該覆蓋層上，將該第一與第二電路基片進行對準以使得這些電路基片上的這些口子大體上對準，以及將該第一與第二電路基片鍵合到一起以使得一些導電膠只有部分填充到該第一電路基片中的該口子中。
附圖簡要說明附圖中

圖1為根據本發明的一實施例在鍵合之前的一電路基片裝配的一側視圖；圖2為圖1中該裝配在鍵合之后的一側視圖；圖3為根據本發明的另一實施例在鍵合之前的一電路基片裝配的一側視圖；以及圖4為圖3中該裝配在鍵合之后的一側視圖。
具體實施例方式
為對本發明有一更好的理解，以及其它并且進一步的目的、優點及其性能，請參考如下公開以及與上述附圖相聯系的附加權利要求書。當然相似的數字將被用來指代從圖1到圖4的相似的元件。
如下術語將在此使用并且被理解為與其相關的意思。該術語“電路基片”的意思為包括其中或者其上至少包括一電介質層以及一導電層的基片。實例包括印刷電路板或者類似結構，其由電介質材料例如玻璃纖維增強環氧樹脂、聚四氟乙烯(特氟綸)、聚酰亞胺、聚酰胺、氰酸鹽樹脂、可感光材料、陶瓷及其他材料等所組成，其中該導電層為一金屬層(例如，功率或者信號平面)，其一般由銅組成但可能包括或者包含附加金屬(例如，鎳、鋁等)或者其合金。如果該電介質為一感光材料，那么它就具有感光性質或者光模式，并且被開發以展現所需求的電路模式，如果需要的話其包括此處所定義的所需要的口子。該電介質材料可被簾式淋涂或者屏蔽淋涂，或者作為干膜而被提供。
該感光材料的最終處理提供了一硬質電介質基，其中可形成所要求的電路。在一個實例中一具體感光電介質組合物包括含量為大約86.5％到大約89％的一固體物質，此固體物質包含大約27.44％的PKHC，一苯氧基樹脂；41.16％艾皮瑞斯(Epirez)5183，一四溴雙酚A；22.88％的艾皮瑞斯(Epirez)SU-8，一八功能環氧雙酚A甲醛酚醛清漆樹脂；4.85％的UVE 1014光引發劑；0.07％的乙基紫染料；0.03％的FC 430，來自3M公司的一氟化聚醚類非離子表面活性劑；3.85％的硅膠380，來自Degussa公司的一非晶硅二氧化物，以上成分組成了該固體內容。一溶劑占可感光電介質組合物總量的大約11％到大約13.5％。此處所述的電介質層一般有大約2密耳到大約4密耳厚。此處所使用的該術語“電路基片裝配”的意思包括在一鍵合的結構中包括至少兩個這樣的電路基片，鍵合的一個實例有所屬技術領域中熟知的傳統疊片方法。此處所使用的該術語“導電膠”的意思包括一可鍵合的(例如，能夠疊片)導電材料能夠被配發到此處所述該類型的口子中。可鍵合的導電材料的典型實例為導電膠例如來自E.I.duPontdeNemours公司正銷售的標號為CB-100的填充了銀的環氧膠、來自Ablestick公司的Ablebond 8175以及聚合物填充系統，熱固或者熱塑性類型，其包含瞬時液體導電顆粒或者其他金屬顆粒例如金、錫、鈀、銅、合金以及其組合物。一個特殊實例為涂銅膠。聚合物基質中的金屬覆蓋層聚合物顆粒也可被使用。此處所使用的該術語“粘著劑薄片”的意思包括電介質材料例如在傳統的通常由疊片所構造的多層PCB中使用的傳統pre-preg材料。其它實例包括產品Pyrolux以及液晶聚合物(LCP)或者其它獨立式膜層等。這些電介質粘著劑薄片可被粘附到兩個電路基片中的一個或者兩個上以幫助鍵合這兩個組件。如需要，這些薄片也可采用激光或者感光模式。值得注意的是，這些薄片也能夠包括其中的一導電平面(包括信號、接地以及/或者功率)以進一步增加此處所述最后鍵合的產品的該電路密度。這些粘著劑薄片通常可以達到5到8密耳(千分之一英寸)厚。
在圖1中，顯示了根據本發明的一方面的一電路基片裝配10。裝配10包括第一電路基片11以及第二電路基片13，并且可進一步包括附加電路基片例如基片15。在一實例中，根據本發明的一些教導總共有兩個到二十個電路基片可被用來形成一最終電路基片裝配。第一電路基片11包括如上所述的大量電介質材料層17以及其中的導電材料的交替層19。按照規定的，這些導電層可包括通常在許多PCB結構中所發現的該類型的信號、接地或者功率平面。這些導電層19根據對最終完成的該裝配的操作需求也可被模式化。在這些圖中所描述的剖面結構僅僅是作為代表，并不意味著限制本發明的范圍。在本發明的一個實例中，總共有八層電介質以及七層導體可被用來形成每個基片11。此實例中的七層導體可包括四層信號以及三層功率平面。
第一基片11中包括一口子21。口子21延伸到通過該第一基片11的整個厚度。在圖1中，口子21進一步包括一導電體(例如，銅)被覆金屬23，其延伸通過口子21的該內壁并一直向外延伸到基片11的該外部對立面。層23的這些外部部分可指代連接盤、墊片或者類似的用來與另一導體(在基片13情況下，是指連接盤)進行最終連接的結構。口子21優選地包括一從大約1密耳到大約15密耳長的直徑。此處所描述的剩余的口子中每個也優選地包括一類似的直徑。
第二基片13類似于第一基片11，其中包括電介質層17以及導電層19作為它的部分。第二基片13也包括與基片11中的相類似的一口子21。另外，基片13也包括與圖1中層23相類似的一導電層23。層23也包括基片11所顯示的該類型的外部連接盤(或者墊片)。在一實例中，導電層23以及該外部連接盤都具有大約0.5密耳到大約3.0密耳的厚度。
值得注意的是，第二基片13中的口子21進一步在其中包括一些導電膠25。如圖1所示，如上面詳細定義的該類型的膠25完全填充到該第二基片中的口子21中。此外，該導電膠25也向外延伸到如圖1所示的層23的連接盤的外表面上。在一實例中，總共400立方密耳的膠可被涂到該基片的兩個表面的每個外部連接盤上。涂膠可由傳統技術如絲網印刷術或者注射來執行。因而沒必要進一步描述。
在本發明的最主要的實施例中，僅有兩個電路基片可被用于執行一最終鍵合的裝配10。然而如圖1所示，也描述了一第三電路基片15的使用，但是其意思并不在于限制本發明的該范圍。基片15在組件上大體上與基片11以及基片13類似。也請注意盡管不同基片中的電介質與導體層所顯示的模式相似，但是本發明并不僅限于這些結構。幾種不同的層模式可被用于不同的基片。
這些基片以如圖1所示的方向對準，下一步就是要鍵合這些基片以形成裝配10。這樣一個鍵合后的裝配10如圖2所示。實現這種鍵合的優選的方法是使用一傳統的層壓方法，在一實例中，實現該方法的溫度為大約70攝氏度到大約200攝氏度，時間為大約30分鐘到大約180分鐘，并且層壓壓力為大約50磅/平方英寸到大約500磅/平方英寸(p.s.i.)。
在一較佳實施例中，一粘著劑薄片31位于疊片之前的各自基片之間，其目的是增強這些基片之間的鍵合。在此處上面的所述中定義了優選的粘著劑薄片材料。當然，根據本發明的該主要方面，使用這樣一個粘著劑薄片對于在此處所述的這些基片之間實現-良好的鍵合并非是必需的。
在圖2中，作為前述疊片方法的結果，該已鍵合的電路基片裝配10被充分壓縮了。值得注意的是，該導電膠25已經從其最初的位置分別向上以及向下延伸以部分填充基片11與基片15中的各自相對的口子21中。進一步值得注意的是，膠25也在由各自基片的外表面上形成的層23的各自連接盤的相對面之間延伸。如此，僅僅使用了一些導電膠25就在所有三個基片的導電層23之間獲得了一有效的導電連接。在這些連接盤之間的導電膠25的臨時放置進一步增強了此處所述的該方式中的各自基片之間的該導電連接。
現在可在已鍵合的裝配10上執行附加操作，其中包括增加另一電介質層33以及一導電連接盤35或者類似可向下延伸以接觸層23的一對應連接盤部分的該外露連接盤部分。層33可作為一安裝層或者類似用于可在其上安置附加電子元件(未顯示)的層。
在圖3中，顯示了根據本發明另一實施例的一已鍵合的電路基片裝配10’。除了導電膠沒有填充到基片13的該口子21中以外，裝配10’包括與圖1中實施例所顯示的相同的組件。作為替代，一覆蓋層41被提供在基片13的層23的外部連接盤部分。一優選的覆蓋層為一金屬層例如銅。在安置覆蓋層41之前，基片13中該口子優選地被填充一電介質或者其它材料(包括導電性的)43。在一優選實施例中，材料43為如上所述該類型的一電介質材料。如此電介質材料位于此處，覆蓋層41可覆蓋在該安置的電介質43的外部暴露表面上。在一實例中，覆蓋層41的厚度可達到大約0.1密耳到大約2.0密耳。
如圖3中進一步所示，一些導電膠25被安置于該覆蓋層41上并且由在圖1的實施例中使用的一類似膠所組成。在一實例中，一數量為大約400立方密耳的膠25被涂到覆蓋層41上并且將只有大約2密耳的厚度。在圖3中，使用了兩份膠，但是應當再次了解到根據本發明的最主要的方面，僅有兩個基片(11與13)便可被用來形成一成功鍵合的最終結構10’。
在圖4中，圖3中被分開的結構10’顯示為已被鍵合，其優選地使用了如上所述的一種疊片方法。值得注意的是，相應數量的膠25已經從該覆蓋層41向外延伸以部分填充各自相對的基片的該口子中，進一步值得注意的是，該導電膠25的一部分保留在各自層23的向外注射連接盤部分的外表面之間以進一步增強各自基片之間的導電連接。如圖1中該實施例一樣，除一外部導體35’之外也可增加一電介質33’，其位于所形成的裝配10’的相對側。
從而顯示并定義了包括至少兩個電路基片的一電路基片裝配，其中每個電路基片包括其中對準的一口子以使得這些口子在隨后的鍵合過程中可實現導電連接。
本發明的一裝配提供了比傳統的印刷電路板結構要大的多的布線密度。這主要是因為布線PTH不再需要通過整個裝配，而且也不能在任何給定層上停止。因此，在稍低層上的布線可不受任何平板式通孔(PTH)阻塞而被暢通無阻地實現。本發明也消除了傳統電路板上普遍存在的涉及高縱橫比通孔的平板以及鉆孔問題。
本發明提供了一穩健的方法及結構，而不需要在最終連接之前對所有口子進行預先完全的填充膠，這又將需要更嚴格的制作公差以實現高強度的連接以及可靠的結構。例如，這樣的填充要求兩個導體墊片的厚度加上導電粘合劑的厚度應當約等于該粘著劑薄片的厚度。如果該粘著劑薄片更厚一些，那么導電連接的接觸性就要差一些。如果墊片加上膠的厚度比該粘著劑薄片的厚度要厚一些，那么在該粘著劑薄片中就有空隙，或者該導電膠從側面被擠壓達到有可能短路相鄰墊片的程度。對于這些要求，公差要求少于1密耳，而總公差量要大大高于1密耳。本發明實際上解決了這些問題。
雖然顯示及描述了本發明的多個優選實施例，但是很顯然對于所屬技術領域的技術人員而言，在不脫離附加權利要求書所定義的本發明范圍下可對以上所述進行不同變更與修改。
權利要求
1.一電路基片裝配包括其中包含一口子的一第一電路基片；一第二電路基片，其被鍵合到該第一電路基片上并且包含與該第一電路基片上的該口子大體上對準的一口子；以及幾乎完全填充到鍵合的該第二電路基片中的該口子中并且只有部分填充到該第一電路基片中的該口子的一些導電膠。
2.根據權利要求1所述的該裝配，其中該第一與該第二電路基片均包括至少一個導電平面以及至少一個電介質層。
3.根據權利要求1所述的該裝配，其中在該第一以及第二電路基片上的每個口子上均包括一導電材料，該導電膠與這些口子上的該導電材料實現導電連接。
4.根據權利要求3所述的該裝配，其中該導電材料包括一金屬鍍層。
5.根據權利要求1所述的該裝配，其進一步包括位于該第一與第二電路基片之間的一臨時電介質層。
6.根據權利要求1所述的該裝配，其進一步包括安置于該第一電路基片的一外表面上的一電介質材料層并且延伸到該第一電路基片的該口子中。
7.根據權利要求1所述的該裝配，其進一步包括其中也具有一口子的一第三電路基片，并且被鍵合到該第二電路基片上以使得該第三基片上的該口子大體上與該第二電路基片上的該口子對準，一些導電膠也只有部分填充到該第三電路基片中的該口子中。
8.一電路基片裝配包括其中包含一口子的一第一電路基片；一第二電路基片，其被鍵合到該第一電路基片上并且包含與該第一電路基片上的該口子對準的一口子；以及大體上覆蓋在面向該第一電路基片的該第二電路基片的該表面上的該第二電路基片上的該口子的一導電覆蓋層；以及位于該覆蓋層上并且只有部分填充到該第一電路基片中的該口子的一些導電膠。
9.根據權利要求8所述的該裝配，其中該第一與該第二電路基片均包括至少一個導電平面以及至少一個電介質層。
10.根據權利要求8所述的該裝配，其中在該第一以及第二電路基片上的每個口子上均包括一導電材料，該導電膠與該第一電路基片上該口子上的該導電材料實現導電連接。
11.根據權利要求10所述的該裝配，其中該導電材料包括一金屬鍍層。
12.根據權利要求8所述的該裝配，其進一步包括位于該第一與第二電路基片之間的一臨時電介質層。
13.根據權利要求8所述的該裝配，其進一步包括安置于該第一電路基片的一外表面上的一電介質材料層并且延伸到該第一電路基片的該口子中。
14.根據權利要求8所述的該裝配，其中該覆蓋層包括一金屬層。
15.根據權利要求14所述的該裝配，其中該金屬層為銅。
16.根據權利要求8所述的該裝配，其中該第二電路基片中的該口子填充了一電介質材料，該覆蓋層位于該電介質材料之上。
17.根據權利要求8所述的該裝配，其進一步包括其中也具有一口子的一第三電路基片，并且被鍵合到該第二電路基片上以使得該第三基片上的該口子大體上與該第二電路基片上的該口子對準，該裝配進一步包括大體上覆蓋該第二電路基片上的該口子的一第二覆蓋層并且一些導電膠位于該第二覆蓋層上且只有部分填充到該第三電路基片中的該口子中。
18.一種制作一電路基片裝配的方法，該方法包括提供其中包含一口子的一第一電路基片；提供其中包含一口子的一第二電路基片；將一些導電膠幾乎完全地填充到該第二電路基片上的該口子中；將該第一與第二電路基片進行對準以使得其中具有該導電膠的該第二電路基片上的該口子與該第一電路基片上的該口子對準；以及將該第一與第二電路基片鍵合到一起以使得該導電膠只有部分填充到該第一電路基片中的該口子中而又幾乎完全地填充到該第二電路基片中的該口子中。
19.根據權利要求18所述的該方法，其中該第一與第二電路基片的該鍵合是通過層壓的方式來實現的。
20.一種制作一電路基片裝配的方法，該方法包括提供其中包含一口子的一第一電路基片；提供其中包含一口子的一第二電路基片；將一導電覆蓋層安置在面向該第一電路基片的該第二電路基片的一表面上，以使得其幾乎完全覆蓋在該第二電路基片上的該口子；將一些導電膠安置到該覆蓋層上；將該第一與第二電路基片進行對準以使得這些電路基片上的這些口子對準；以及將該第一與第二電路基片鍵合到一起，以使得這些導電膠只有部分填充到該第一電路基片中的該口子中。
21.根據權利要求20所述的該方法，其中該第一與第二電路基片的該鍵合是通過層壓的方式來實現的。
全文摘要
一電路基片裝配及其制作方法，其中該裝配包括鍵合在一起的單個電路基片。每個基片包括至少一個口子，在鍵合之前其中只有一個口子幾乎完全填充了一導電膠。一旦被鍵合了，于是該膠也有一部分位于其它口子中以提供它們之間的一有效的導電連接。
文檔編號H05K3/32GK1553763SQ20031012325
公開日2004年12月8日 申請日期2003年12月19日 優先權日2002年12月19日
發明者詹姆斯·富勒, 約翰·勞費爾, 沃亞·馬爾科維奇, 勞費爾, 詹姆斯 富勒, 馬爾科維奇 申請人:安迪克連接科技公司