專利名稱：印刷電路多層組件及其制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及印刷電路組件及其制作方法。具體地講，本發(fā)明涉及印刷電路組件以及在導電層之間形成可控間距的制作方法，還涉及印刷電路組件以及使多個重疊導電層電氣互連的制作方法。
隨著電子產品的復雜性和數(shù)據(jù)處理速度的持續(xù)增加，連接復雜高速集成電路器件的互連電路特性變得越來越重要，必須仔細地加以分析以確?？煽康碾娐沸阅?。通常，集成電路的復雜性和數(shù)據(jù)處理速度的增加標志著在其上安裝器件的互連電路性能的提高。
例如，集成電路器件的復雜性，特別是隨著表面貼裝技術的出現(xiàn)，標志著更高密度的信號線被封裝到更小的外殼內以降低成本，提高可靠性。減小信號線的寬度和間距可以容納更高的布線密度。此外，利用具有通常由導電通孔電連接的多個導電層的雙層和多層印刷線路板可以獲得更高的布線密度。
信號線的寬度和間距，以及通孔的寬度和間距，對于利用互連電路實現(xiàn)的封裝密度有顯著的影響，因此，許多發(fā)展計劃是針對互連技術的，互連技術降低最小尺寸以便在不影響可靠性和性能的前提下容納更大的封裝密度。
其中的一些發(fā)展計劃涉及到越過介電層的重疊導電層的層間互連，降低了制造成本和復雜性。例如，透過多個層鉆出導電通孔并進行電鍍可以形成層間連接。然而，鉆出的通孔在印刷電路板上占據(jù)了相當大的空間，這是因為不管層間互連是否需要，通孔是透過整個電路板形成的，還因為絕大多數(shù)機械鉆孔工藝通常將通孔的最小直徑限制在100微米。各向異性粘合劑是構成層間連接的另一種方法；然而，一些各向異性粘合劑不能形成純粹的金屬化結點，因此存在著可靠性的問題。此外，這些方法通常需要覆蓋層使非連接但重疊的導電區(qū)域絕緣，因此，增加了組件的總體厚度。
因此，對與增加互連電路封裝密度的趨勢相一致的可靠的層間互連技術存在著巨大的需求。
如上所述，先進的高速集成電路器件實現(xiàn)的數(shù)據(jù)處理速度還標志著連接這些器件的互連電路所需的性能?，F(xiàn)在，集成電路器件可以以千兆比特每秒的吞吐量工作，使得脈沖周期小于1納秒，上升時間處于皮秒量級。在這些條件下，考慮到對傳播延時和阻抗匹配的影響，電路中連接器件的導體應當是有源器件。
傳播延時受互連電路的影響，例如印刷電路板和組件，這主要是由電路中使用的材料的介電常數(shù)造成的。具體地講，低介電常數(shù)材料可以用來減小任何傳播延時，因此增加了電路中可實現(xiàn)的信號速度范圍。
阻抗主要包括在電路中產生電場和磁場的電阻，電容和電感。電路的阻抗還可稱為特征阻抗，因為它完全決定于所用材料的特性以及空間位置關系。一些因子，例如電路材料的介電常數(shù)，導電信號線的長度和寬度，將對電路的特征阻抗產生主要影響。
在電路中為確保信號的完整性，使互連電路的阻抗與其它電子器件和連接器相匹配是很重要的。這是因為，在高頻時，如果電路阻抗不匹配，信號會受到反射。這種失配使信號變形，增大上升時間，并在數(shù)據(jù)傳輸中產生錯誤。因此，為了在連接的電子元件和系統(tǒng)之間形成最大的功率傳輸，并防止沿信號路徑發(fā)生信號反射，實現(xiàn)阻抗匹配是必須的。
如上所述，印刷電路板的阻抗與由絕緣層間隔開的信號線間距以及絕緣層材料的介電常數(shù)有直接關系。一種可控阻抗設計是表面微帶結構，其中信號線與地平面相對，沒有其它的疊蓋導電層。另一種設計是條狀線結構，其中信號線夾在一對地平面之間。
可控阻抗要求精確地控制絕緣層的介電常數(shù)和信號線間距。對于許多傳統(tǒng)的雙面印刷電路組件，這并不是關鍵問題，因為絕緣襯底例如聚合物薄膜和硬質纖維板的厚度和介電常數(shù)通?？梢缘玫骄_的控制。
然而，對于許多多層印刷電路組件(即，具有三層或更多導電層的組件)，阻抗控制是十分困難的，這通常是由在制作組件時將單面或雙面電路板粘合在一起的層間互連技術中所使用的粘合劑造成的。對于一些雙層電路板也存在類似的問題，例如，利用粘合劑將相對的單面電路板連接起來的雙層電路板。
這種粘合劑造成的問題主要來源于在加壓和層壓合組件的過程中以及之后對相對導電層間距控制的不穩(wěn)定性，因為大多數(shù)粘合劑在層壓合過程中會發(fā)生流動，填充電路板之間的縫隙。結果，很難在整個印刷電路組件中獲得可控間距。其它問題可能由導電層和任何中間覆蓋層中的雜質或不可控制的沉淀物產生，使這些層的厚度發(fā)生變化。
對于多層印刷電路板組件的另一個重要考慮是平面性問題。具體地講，即使在對阻抗無嚴格要求的應用中，獲得可控制的層厚也是很重要的，這樣組件的外表面將基本上呈平面。例如，當利用集成電路和其它電子器件填充組件時，因為組件上安裝這些器件的連接焊盤應當具有相同的高度以確保其間的可靠連接，所以這是很重要的。然而，與導電材料相比，由于絕緣襯底和粘合劑的壓縮特性，層合這種組件可能導致非平面性。此外，這種效應是隨著層數(shù)的增加而積累的，結果，這種效應在較厚的多層組件中會更加顯著。
一種用于連接相對導電層的層間互連技術是上述的各向異性粘合劑，它通常包含散布在非導電粘合劑中的導電微粒。當鋪放在相對導電層之間時，各向異性粘合劑只沿厚度方向導電，而在層內的不同點之間是絕緣的。粘合劑的各向異性特性允許將它鋪放在導電層的疊蓋部分，將兩層連接起來同時電連接在導電層上形成的接觸焊盤。
一些各向異性粘合劑利用導電微粒，例如電鍍金屬的聚合物球或玻璃球，還可以包括其它非導電微粒，用于在層壓合過程中防止導電微粒過度畸變。這些微粒中的一部分散布在單層內，這樣由微粒連接的相對接觸焊盤的間距等于微粒的直徑。
盡管這種微?？梢栽谝恍弥锌刂齐姎庀噙B的接觸焊盤的間距，但是它們并不適于控制整個導電組件的導電層間距，特別是在層中的疊蓋導電部分并沒有越過粘合劑層產生電連接的區(qū)域。而在疊蓋焊盤或導電材料線路沒有電連接的區(qū)域，使用覆蓋層(其缺點是增加了組件的總體厚度)，或者使疊蓋區(qū)域中的一個或兩個導電層內凹，這樣導電微粒不能直接連接兩個導電層。此外，在那些疊蓋區(qū)域將形成不需要的電連接。
同樣，因為相對導電層之間的層間電連接所占用的印刷電路板組件面積通常較小，各向異性粘合劑中的導電微粒在組件的大多數(shù)位置不適于控制導電層間距。此外，對于與一層或多層地平面相對的單層，如在許多可控阻抗應用中所見到的，單層和地平面之間的電連接可能非常稀少且間隔很大，這進一步降低了這種粘合劑在印刷電路組件的相對較大區(qū)域有效地控制層間距的能力。
因此，對于將印刷電路層在其整個相對部分上以精確控制的間距連接到另一電路層的方法存在著巨大的需求。此外，對于以可控間距連接印刷電路層的方法產生了巨大的需求，該方法不完全依靠相對層間的層間電連接點控制層間距。
本發(fā)明提供了一種印刷電路組件及其制作方法以解決現(xiàn)有技術相關的這些和其它問題，一方面本發(fā)明利用了包含散布在非導電粘合劑中的大量非導電“定距(gauge)”微粒的粘合劑層。當粘合劑層放置在相對的印刷電路層之間時，各個定距微粒安置或夾在印刷電路層之間的各個位置上，這樣，微粒的直徑可以控制整個組件的電路層間距。
“印刷電路層”，其含義是印刷電路組件中的任意一個層，不管是否導電，也不管淀積或直接安置在組件上的方式。這樣，“印刷電路層”可以包括金屬或導電聚合物構成的導電層、韌性或剛性襯底、覆蓋層、薄膜等等。優(yōu)選的是，“印刷電路層”是基本上不可變形的，因此，連接層的任何定距微粒基本上不會使層變形，但可以在組件內部控制它的相對位置。
此外，應當理解的是，利用定距微?？刂齐娐穼又g的間距事實上還控制了組件中未與定距微粒相接觸但以其它方式與接觸微粒的電路層相連的其它電路層間的間距。因此，應當理解，根據(jù)本發(fā)明，不僅可以通過在導電層之間，而且還可以在一個導電層和另一個與其它導電層相連的層(例如，絕緣襯底)之間，以及兩個與導電層相連的這種層(例如，在兩個絕緣襯底之間)之間安置定距微粒來實現(xiàn)間距的控制。根據(jù)本發(fā)明還可以使用其它的組合。
粘合劑層中的微粒稱為“定距”微粒，這是因為它們確定或控制著組件中的相對印刷電路層之間的間距。此外，微粒是非導電的，這樣微粒實際上可以定位在相對印刷電路層之間的任意位置，不管相對層的材料是什么，也不管在該位置是否具有或形成了電連接。
本發(fā)明提出一種印刷電路組件及其制作方法以解決現(xiàn)有技術相關的其它問題，另一方面，本發(fā)明利用制作在一個層的接觸焊盤上、并與另一層上的接觸焊盤相連接的導電柱使一對疊蓋導電層上的接觸焊盤互連。導電柱中含有易熔材料以便和相對的接觸焊盤形成熔合連接。導電柱可以穿過使導電層隔離的介電層上的孔，或者，導電柱在層壓合過程中刺穿介電層，由此省去了單獨形成孔的步驟。
因此，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種印刷電路組件，它包括第一和第二印刷電路板，每個印刷電路板包括在其上配置了導電層的絕緣襯底，第一印刷電路板上的導電層包括與第二印刷電路板的導電層上的第二接觸焊盤相對的第一接觸焊盤，它還包括在絕緣襯底的相對表面上形成有第二導電層的第一和第二印刷電路板中的至少一個；配置在第一和第二印刷電路板之間的介電層；和在第一接觸焊盤上形成的導電柱，導電柱延伸過介電層與第二接觸焊盤相連，由此使第一和第二接觸焊盤電氣相連。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了制作印刷電路組件的方法。該方法包括在第一印刷電路板上形成導電柱的步驟，印刷電路板包括在其上配置了導電層的絕緣襯底，其中導電柱安置在第一印刷電路板的導電層上形成的第一接觸焊盤上；將第二印刷電路板疊蓋在第一印刷電路板上，第二接觸焊盤與導電柱對準，并在其間安置介電層，第二印刷電路板包括在其上安置導電層的絕緣襯底，其中第二接觸焊盤安置在第二印刷電路板的導電層上，第一和第二印刷電路板中的至少一個包括在絕緣襯底的相對表面上形成的第二導電層；將第一和第二印刷電路板壓合在一起直到導電柱延伸過介電層并與第二接觸焊盤接合，由此使第一和第二接觸焊盤電連接。
這些和其它優(yōu)點和特性，作為本發(fā)明的特征，將在構成本發(fā)明一部分的權利要求中陳述。然而，為了更好地理解本發(fā)明以及利用本發(fā)明獲得的優(yōu)點和目的，將參照附圖和后面的描述性內容進行說明，其中包括本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。


圖1是根據(jù)本發(fā)明原理的優(yōu)選印刷電路組件的透視圖。
圖2是圖1中的優(yōu)選印刷電路組件的分解剖面圖。
圖3是沿圖1中的線3-3得到的優(yōu)選印刷電路組件的剖面圖。
圖4是圖1-3中的另一種優(yōu)選印刷電路組件的剖面圖，其中定距微粒分布在絕緣襯底和導電層之間。
圖5是圖1-3中的另一種優(yōu)選印刷電路組件的剖面圖，其中定距微粒分布在一對導電層之間。
圖6是圖1-3中的另一種印刷電路組件的剖面圖，其中導電插塞制作在粘合劑層中，電連接相對的接觸焊盤。
圖7是圖6中的另一種印刷電路組件的剖面圖。
圖8是圖1-3中的另一種印刷電路組件的分解剖面圖，其中導電柱穿透粘合劑層，電連接相對的接觸焊盤。
圖9是圖8中的另一種印刷電路組件的剖面圖。
圖10是圖8-9中的另一種印刷電路組件的剖面圖，其中另一個介電層分布在相對的印刷電路板之間。
本發(fā)明包括兩個主要部分。第一部分主要是控制印刷電路組件中的相對印刷電路層之間的間距。第二部分是在印刷電路組件中的相對導電層之間形成層間互連。當結合在一起使用時，本發(fā)明的兩個方面均是有用的，應當理解，任何一部分都不僅限于必須與另外一部分結合使用。
可控間距見附圖，其中在幾幅附圖中相同的標號表示相同的部分，圖1表示了根據(jù)本發(fā)明原理的優(yōu)選印刷電路組件10。組件10一般包括一對由粘合劑層40粘合的雙面印刷電路板20、30。
本發(fā)明的一個主要優(yōu)點是可以使用在其間散布著定距微粒的粘合劑層可靠地控制電路層的間距?？煽貙娱g距對于控制阻抗以及確保整個組件的平面性是十分有利的。
通常，本發(fā)明的優(yōu)選實施方案是將直徑可控的定距微粒置于印刷電路層的相對或重疊部分之間并擠壓電路層，這樣微粒與相對的兩個層接觸，由此確定了其間的間距。此外，考慮到許多印刷電路材料的穩(wěn)定性和非畸變性，控制印刷電路層之間的間距也就控制了與之相連的其它層之間的間距。這還可以減少多層印刷電路組件中的任何加性平面扭曲。
定距微?？梢园仓迷谌魏蝺蓚€相對的印刷電路層之間，如上所述層可以包含各種材料，包括金屬或導電聚合物制作的導電層、韌性或剛性襯底、覆蓋層和薄膜等。這些層優(yōu)選地基本上是非畸變的，這樣它們與微粒接觸但在與微粒的接觸點上基本上不會發(fā)生畸變或壓縮，因此在組件中固定了它們之間的相對間距。
例如，本發(fā)明的一個優(yōu)選實施方案，圖1-3所示的印刷電路組件10，利用了其尺寸使相對的絕緣襯底接合的定距微粒。利用安裝在襯底上的導電層，還可以控制導電層之間的間距，這對阻抗控制以及維持整個組件的平面性是十分重要的。組件10通常包括一對由粘合劑層40粘合的印刷電路板20、30。還顯示出數(shù)個連接每個電路板上的相對導電層以及集成電路芯片14的通孔12，芯片是可以安裝在組件10上的各種類型的電子器件中的一種。
如圖2所示，印刷電路板20包括具有相對導電層24和26的絕緣襯底22。類似地，印刷電路板30包括具有相對導電層34和36的絕緣襯底32。絕緣襯底22、32可以是適于制作襯底的任何類型的韌性或剛性介電材料，包括聚酰亞胺、聚酯、PEN、聚酰胺酯、環(huán)氧樹脂、陶瓷、浸漬織網(wǎng)或非織網(wǎng)玻璃、及其它材料。導電層24、26、34、36優(yōu)選地利用眾知的現(xiàn)有技術，包括各種加性、半加性或減性技術，淀積在襯底22和32上并制成圖案。導電層的淀積可以通過無粘合劑的工藝完成，例如真空金屬噴鍍、濺射、離子鍍、化學汽相淀積、電鍍、化學鍍等，以及粘合劑的使用。導電層可以是單金屬層或通過各種工藝制成的復合層，可以包括金屬，例如銅、金、鉻、鋁、鈀、錫等等，以及導電聚合物和類似材料。
在優(yōu)選實施方案中，襯底22、32由聚酰亞胺制成，導電層24、26、34、36通過NOVACLAD工藝制成，該工藝是授予Sheldahl公司的Swisher的美國專利第5,112,462；第5,137,791和第5,364,707號的主要內容。該工藝通常包括以下步驟1利用由金屬電極產生的離子氧組成的等離子體處理襯底形成金屬/氧化薄膜；2優(yōu)選地采用金屬真空噴鍍法，或者是金屬真空噴鍍法與在真空淀積金屬的表面上電鍍金屬的額外步驟相結合的復合方法，在處理后的薄膜上形成金屬化互連層。工藝中的第一步在薄膜表面產生能夠固定金屬互連層的粘接表面，金屬互連層與黏性襯底不同，具有極佳的抗脫落能力，特別是當受到加熱、化學處理、機械應力或環(huán)境壓力時。噴鍍之后的電路板可以利用傳統(tǒng)的方法進行刻蝕并在導電層上制成所需的圖案。
通孔可以制作在印刷電路板20、30上，例如噴鍍之前在襯底上鉆出通孔，這樣在通孔上可以淀積金屬。在一些應用中，淀積在通孔壁上的導電材料可以完全添滿通孔，這樣在通孔中不存在孔隙。在一些應用中，覆蓋層也可以淀積在圖形化的導電層上。其它變化，例如在電鍍之后進行鉆孔，對于本領域的普通技術人員是顯然的。
如圖2所示，粘合劑層40優(yōu)選地安置在電路板20、30之間，層40優(yōu)選地是由多個散布在非導電粘合劑42中的非導電定距微粒44構成的干燥并固化的B-狀態(tài)層。另外，層還可以通過絲網(wǎng)印刷、輥壓鍍膜或其它適宜的工藝淀積在印刷電路板上。
層40中使用的粘合劑42優(yōu)選地是非導電熱固粘合劑，例如聚酰亞胺、環(huán)氧樹脂、丁基酚醛等，及其組合物。其它粘合劑，例如壓感和熱塑粘合劑也可以使用。使用的粘合劑應當具有適當?shù)酿ば院土鲃有裕€應考慮到例如介電常數(shù)和溫度穩(wěn)定性。優(yōu)選實施方案中使用的粘合劑是聚酰亞胺熱固粘合劑，其介電常數(shù)約為4.4(在頻率為1Mhz，按照Mil-P-13949標準的4.8.3.1.4進行測量)，且熱阻較高。
定距微粒優(yōu)選地是由實心或空心的非導電材料例如玻璃、聚合物、硅、陶瓷等制成的不可壓縮的球形微粒。微粒中使用的材料還可以根據(jù)具體的介電強度進行選擇，以便將粘合劑層調節(jié)到受控的介電常數(shù)。另外，使用低介電常數(shù)微粒能夠使粘合劑層的總介電常數(shù)低于粘合劑本身的介電常數(shù)。微粒還可以呈除球形之外的各種幾何形狀。在優(yōu)選實施方案中，微粒是空心玻璃球。利用微粒的優(yōu)選尺寸和分布范圍，可以使粘合劑層的總介電常數(shù)大約處于1.5和3之間(在頻率為1Mhz，按照Mil-P-13949標準的4.8.3.1.4進行測量)。
微粒的尺寸優(yōu)選地在整個粘合劑層中是基本相同的，優(yōu)選的是至少有30％的微粒處于平均直徑+/-10％之間。此外，微粒在粘合劑中的裝填或分布優(yōu)選地占體積的30-70％，盡管在不同的應用中需要不同的微粒密度，特別是在利用微粒確定其它類型的印刷電路層間距的應用中。另外，最后的間距、電路板的布局和其它考慮還可能影響粘合劑中微粒的尺寸和分布。
在使用中，微粒優(yōu)選地均勻散布在粘合劑中，然后使粘合劑層化、干燥和固化，最后形成B-狀態(tài)粘合劑層。然后，將層安置在印刷電路板之間，使整個組件重疊在一起，并在熱和壓力的作用下將層壓合在一起，如圖3所示。在層壓合過程中，定距微粒陷在電路板之間使相對的絕緣層在沒有導電層的區(qū)域相接合。在有一個或多個導電層的區(qū)域，微粒通常移動到無導電層的區(qū)域(即，絕緣襯底的“暴露區(qū)域”)。另外，粘合劑流入電路板之間的凹槽，任何多余的粘合劑被擠壓出組件的側邊緣。在層壓合過程中電路板壓合在一起的程度由定距微粒的直徑控制，當這些微粒與相對的印刷電路層相接合之后，就確定了組件最終的層間距。
如上所述，微粒直徑的平均值優(yōu)選地用來控制印刷電路層之間的間距。例如，對于圖1-3所示的實施方案，微粒的直徑d優(yōu)選地用來控制絕緣襯底22和32之間的連接距離x(最好參看圖3)。利用襯底22、32的基本不畸變特性，控制這些層之間的距離還間接地控制了導電層26、36之間的距離y。
在許多受控阻抗應用中，期望在多層組件的每一層中具有相對恒定的導電層之間的間距。例如，對于印刷電路組件10，期望將越過粘合劑層的導電層之間的距離y設置得與越過絕緣襯底的導電層之間的距離z相等。對于通常的組件，例如包括飾以15微米銅層的50微米聚酰亞胺襯底，定距微粒的直徑平均值應當為80微米以便越過粘合劑層在導電層之間提供50微米的間距。還期望粘合劑層的介電常數(shù)與絕緣襯底的介電常數(shù)相匹配。
如上所述，然而，定距微粒并不僅限于接合相對的絕緣襯底。例如，圖4示例了具有用于將一對印刷電路板60、70粘合在一起的粘合劑層80(在粘合劑82中散布著定距微粒84)的組件50，以及絕緣襯底62、72和導電層64、66、74。在該實施方案中，多個定距微粒84，在印刷電路板60上與襯底62接合；在印刷電路板70上與導電層74接合。此外，微粒的直徑d間接地控制了導電層66、74之間的距離y，以及絕緣襯底62、72之間的距離x。在層壓合過程中，微粒從具有兩個疊蓋導電材料層的區(qū)域移出。圖4所示的結構適用于具有地平面、電源平面或屏蔽平面的應用，其中導電材料完全覆蓋至少一個印刷電路板的表面。
如另一個例子圖5所示，組件100具有用于粘接一對印刷電路板110、120的的粘合劑層130(粘合劑132中散布著定距微粒134)，以及絕緣襯底112、122和導電層114、116、124。在該結構中，微粒的直徑d直接控制導電層114、124之間距離y，間接地設置了絕緣襯底112、122之間的距離x。散布在沒有任何疊蓋導電材料區(qū)域的任何微粒傾向于“飄浮”在粘合劑中，不能控制層間距。此外，由于微粒的非導電特性，它們并不會通過粘合劑層導電，因而不能在組件中產生任何潛在的不期望的短路現(xiàn)象。因此，可以獲得顯著的優(yōu)點，因為在導電層之間獲得了可控的機械間距，而沒有引入不期望的通過粘合劑層的導電通路。此外，覆蓋層一般是不需要的，因此降低了制造成本和復雜性以及組件的總體厚度。
其它印刷電路層可以和定距微粒相接觸，包括制作在電路板的導電層上的覆蓋層。附加的印刷電路板還可以利用附加的粘合劑層粘接在一起，例如，產生具有五層或更多導電層的多層組件。另外，介電材料可以填充在電路導線之間，以便為印刷電路板提供更平的表面，由此定距微粒將在相同的印刷電路板上接合兩種類型的層。
此外，期望利用絕緣襯底上的開闊區(qū)域(“無信號傳輸區(qū)域”-即，導電材料沒有得到使用的那些區(qū)域)加以用于控制該區(qū)域間距的導電材料圖樣。這些非信號傳輸區(qū)域中的導電材料只用于控制間距，或者可以用來屏蔽或其它目的。
此外，不同的微粒尺寸可以在組件的不同區(qū)域使用，例如，如果在組件的某一區(qū)域只有地或屏蔽平面，微粒和/或粘合劑可以只在電路板的某些疊蓋部分使用。此外，還可以使用其它淀積粘合劑層和壓縮組件的方法。其它修正對于本領域的技術人員是顯然的。
優(yōu)選的粘合劑層還可以包括焊盤互連裝置，用于在越過粘合劑層的離散位置上電連接印刷電路板上的任何接觸焊盤。一些方法可以用來制作通過粘合劑層的導電區(qū)域。
一種優(yōu)選的方法是在層壓合之前的粘合劑層上制作易變形或易熔的導電“插塞”。例如，圖6和7的印刷電路組件示例一種形成焊盤連接的方法，由此，孔175制作在粘合劑層170上(在粘合劑172中具有定距微粒174)，并用導電材料176填充。最后的層插入一對印刷電路板150、160之間(具有襯底152、162，導電層154、156、164、166)，層170中的導電材料176與相對的焊盤157(例如制作在通孔158上)和167對準。當組件層壓合之后(圖7)，導電材料176優(yōu)選地與焊盤157、167熔合，在其間形成可靠的互連，同時微粒安置在襯底152和162之間。
層170中的孔175可以用鉆孔、鑿孔、沖壓、激光切削等方法制成。導電材料176可以利用一些工藝淀積在孔內，包括電鍍、絲網(wǎng)印刷、噴墨印刷等。導電材料可以是金屬，例如銅，或者是導電墨水(固化或未固化)或者是易熔材料，例如焊料微粒。兩種優(yōu)選的方法是絲網(wǎng)印刷易熔導電墨水，和噴墨印刷焊料微粒。
形成層間互連的其它方法，例如，在層壓合之后鉆孔并對通孔進行電鍍，也可以在不偏離本發(fā)明宗旨和范圍的前提下使用。
因此，可以看到本發(fā)明的優(yōu)選實施方案實現(xiàn)了印刷電路層之間的可控間距，不管它們是絕緣襯底、導電層、其它層，還是各種組合。可控間距對于可控阻抗應用中的電路設計是十分有利的，因為能夠可靠地確定越過粘合劑層的阻抗。此外，最終組件的平面性也得到改進，這隨著組件層數(shù)的增加而變得特別重要，因為平面性誤差是隨著層數(shù)的增加而增加的。其它優(yōu)點是在安裝了電子器件例如集成電路的組件外表面上保證安裝焊盤具有相對恒定的高度。在不偏離本發(fā)明宗旨和范圍的條件下，可以對這些優(yōu)選實施方案進行其它修正。
另一層間互連方法如上所述，本發(fā)明的第二部分針對在印刷電路組件中的相對導電層之間形成層間互連，特別是在一個印刷電路板上制作與另一印刷電路板上的焊盤相接合的導電“柱”或類似結構。本發(fā)明的第二部分特別適用于以這里公開的方式利用粘合劑層控制間距。然而，應當理解，這種層間互連工藝還可以用于越過其它介電層，如下所述。
例如，圖8和9的印刷電路組件180示例了形成層間焊盤連接的方法，由此，第一印刷電路板200，具有制作在絕緣襯底202上的一對導電層204、206，具有制作在接觸焊盤207上的導電柱。導電柱由涂以易熔材料例如錫的銅層208組成。銅和錫優(yōu)選地用半加性(semi-additive)工藝電鍍進行淀積，盡管還可以使用其它工藝，包括減性和加性金屬淀積工藝，絲網(wǎng)印刷工藝、模板印刷工藝(例如模板印刷導電墨水和后續(xù)的墨水固化/燒結)等。其它導電材料例如一些二價和三價金屬、易熔材料，及其組合可以用于制作層208。
利用優(yōu)選工藝，先將無水薄膜光刻膠層涂在銅箔印刷電路板上，然后利用所需的電路圖案對光刻膠進行曝光和沖洗，并利用最后得到的掩膜電鍍銅從而形成所需的電路圖案。第二步，將第二光刻膠層涂在第一層上，并利用準備在印刷電路上制作的導電柱圖案進行曝光和沖洗。導電柱電鍍到與銅箔一樣厚，然后利用錫的電子淀積層覆蓋頂端。剝離光刻膠，并將多余的銅刻蝕掉。
各個導電柱上電鍍的銅層208的厚度主要決定于所需的相對接觸焊盤之間的連接距離，并且當與含有定距微粒的粘合劑一起使用時，該厚度還決定于微粒的直徑。例如，期望在焊盤之間提供的連接距離處在1至4mil(50至100微米)之間，優(yōu)選地，銅層208的厚度也處于相同的范圍內。錫層209優(yōu)選地是浸入式化學鍍或電鍍到能夠為在銅層208和相對的接觸焊盤之間形成熔化連接提供足夠材料的厚度。
導電柱也可以具有不同的外形，例如，圓形、矩形等。此外，導電柱的最大寬度或直徑可以根據(jù)阻抗要求、電路控制能力和接觸焊盤的尺寸確定，通常在50至100微米之間。然而，導電柱除了安裝所需的接觸焊盤之外通常不需要任何電路板上的附加表面，考慮到對準誤差，它們的直徑優(yōu)選地是接觸焊盤的1/2。因此，在優(yōu)選實施方案中，導電柱通常不會對電路板的總間距(即，最小復合信號線間隔和寬度)產生顯著的影響。
印刷電路板200優(yōu)選地通過層壓合過程越過粘合劑層210(具有分布在粘合劑212中的定距微粒214)與第二電路板190互連(具有形成在襯底192上的導電層194、196)。在層壓合之前，期望先將黏性增強層199淀積，例如采用浸入式化學鍍或電鍍，在接觸焊盤上，例如焊盤197。例如，層199的厚度大約為8至50微米，由金或類似的可以增強與易熔金屬例如錫層209的黏性的材料制成。黏性增強層在某些應用中不必使用。
在層壓合過程中(圖9)，層208、209構成的導電柱可以“刺穿”層210和制作在電路板190上的接觸焊盤197(由通孔198示出)。易熔層209優(yōu)選地再次流動并與焊盤197上的金層199熔合，從而與焊盤207形成了可靠的電氣互連。由于導電柱要承受較高的單位載荷，通常它們將取代粘合劑使易熔層完全接觸相對的焊盤并在其間形成熔合連接。還是由于較高的單位載荷，導電柱還在圖9所示的層壓合工藝中取代了定距微粒。通過進一步的壓縮，粘合劑層中的定距微粒開始共享外加的部分，在制成的組件中形成可控的間距和可靠的互連。
另外，利用上述的層間互連，可以在粘合劑層210上鉆出或形成一個孔，孔與導電柱對準，并與形成它們自己的孔的導電柱相對。
如上所述，在此公開的導電柱層間互連技術還可以用于越過其它介電層形成互連。例如，如圖10中的組件220所示，一對印刷電路板230和240可以越過介電層250互相連接，導電柱具有銅層244和易熔材料246，形成在電路板240上并與電路板230熔合。介電層250優(yōu)選地包括對準孔256，導電柱通過它伸出來。
可以使用各種介電層結構粘接電路板230和240。例如，如圖10所示，介電層250可以是兩面均涂以粘合劑254的基底介電薄膜252。另外，介電薄膜還可以是充滿了粘合劑的半固化織網(wǎng)玻璃復合物。還可以使用其它介電層，例如非織網(wǎng)玻璃和薄膜膠帶等，或適于粘接相對電路板的介電層的任何其它形式。
還可能利用具有基底薄膜或薄片并在已知位置上具有預定孔徑網(wǎng)格或圖案的介電層。通過適當?shù)碾娐吩O計，導電柱能夠與孔對準，因此不必專門在介電層上鉆孔。
應相信按照在此公開的方式使用互連導電柱能夠以簡單、可靠和成本低廉的方式實現(xiàn)可靠的層間互連。此外，可以以更小的尺寸和間隔構造導電柱，由此增加了印刷電路組件可實現(xiàn)的封裝密度。此外，導電柱能夠形成金屬結點，因為這種結點的金屬化作用，所以這種結點通常比粘合劑結點更可靠。還可以利用標準的光刻技術以與整個電路圖案相同的分辨率淀積導電柱，這樣做降低了材料損耗，這是因為只需在電路板的所需位置上制作分立的導電互連。此外，導電柱可以比與之相連的接觸焊盤更小，因此允許在層壓合過程中產生一定的焊盤對準誤差。本領域的技術人員可以理解其它益處。
在不偏離本發(fā)明宗旨和范圍的條件下可以對優(yōu)選實施方案進行其它改變和修正。因此，本發(fā)明在附屬權利要求中說明。
權利要求
1一種印刷電路組件，包括(a)第一和第二印刷電路板，每個印刷電路板包括在其上安置了導電層的絕緣襯底，第一印刷電路板上的導電層包括與第二印刷電路板的導電層上的第二接觸焊盤相對的第一接觸焊盤，第一和第二印刷電路板中的至少一個包括形成在絕緣襯底相對表面上第二導電層；(b)安置在第一和第二印刷電路板之間的介電層；和(c)導電柱，制作在第一接觸焊盤上，導電柱越過介電層與第二接觸焊盤相連，由此使第一和第二接觸焊盤電連接。
2根據(jù)權利要求1的印刷電路組件，其中介電層包括將第一和第二印刷電路板相連的粘合劑。
3根據(jù)權利要求2的印刷電路組件，其中介電層還包括利用粘合劑貼在其兩側的介電薄膜和一個孔，導電柱穿過孔延伸出來。
4根據(jù)權利要求2的印刷電路組件，其中介電層還包括充滿粘合劑的半固化薄片和一個孔，導電柱穿過孔延伸出來。
5根據(jù)權利要求2的印刷電路組件，其中介電層包括孔的網(wǎng)格，導電柱與孔的網(wǎng)格中的一個孔對準。
6根據(jù)權利要求1的印刷電路組件，其中導電柱的寬度小于第一和第二接觸焊盤的寬度。
7根據(jù)權利要求1的印刷電路組件，其中導電柱包括制作在第一接觸焊盤上的第一金屬層和制作在第一金屬層上的第二金屬層，第二金屬層包括與第二接觸焊盤熔合的易熔金屬。
8根據(jù)權利要求7的印刷電路組件，其中第一金屬層包括銅，第二金屬層包括錫。
9根據(jù)權利要求7的印刷電路組件，其中第二接觸焊盤包括淀積于其上并與導電柱上的第二金屬層熔合的粘性增強層。
10根據(jù)權利要求9的印刷電路組件，其中粘性增強層包括厚度大約為8至50微英寸(microinch)的金。
11一種制作印刷電路組件的方法，包括步驟(a)在第一印刷電路板上制作導電柱，印刷電路板包括在其上安置了導電層的絕緣襯底，其中導電柱安置在第一印刷電路板的導電層上的第一接觸焊盤上；(b)將第二印刷電路板放置在第一印刷電路板上，且第二接觸焊盤與導電柱對準，介電層安置在它們之間，第二印刷電路板包括在其上安置了導電層的絕緣襯底，其中第二接觸焊盤安置在第二印刷電路板的導電層中，第一和第二印刷電路板中的至少一個包括制作在絕緣襯底相對表面上的第二導電層；和(c)壓合第一和第二印刷電路板，直到導電柱透過介電層與第二接觸焊盤相連，由此使第一和第二接觸焊盤電連接。
12根據(jù)權利要求11的方法，其中介電層包括粘合劑，壓合步驟包括利用粘合劑機械壓合第一和第二印刷電路板的步驟。
13根據(jù)權利要求12的方法，其中介電層還包括利用粘合劑貼在其兩側的介電薄膜和一個孔，導電柱穿過孔延伸出來。
14根據(jù)權利要求12的方法，其中介電層還包括充滿粘合劑的半固化薄片和一個孔，導電柱穿過孔延伸出來。
15根據(jù)權利要求12的方法，其中介電層包括孔的網(wǎng)格，導電柱與孔的網(wǎng)格中的一個孔對準。
16根據(jù)權利要求11的方法，其中導電柱的寬度小于第一和第二接觸焊盤的寬度。
17根據(jù)權利要求11的方法，其中制作步驟包括在第一接觸焊盤上淀積第一金屬層，在第一金屬層上淀積第二易熔金屬層，壓合步驟包括通過加熱將第二金屬層與第二接觸焊盤熔合。
18根據(jù)權利要求17的方法，其中制作步驟包括掩膜曝光，利用掩膜通過電鍍工藝淀積第一和第二金屬層。
19根據(jù)權利要求17的方法，還包括在第二接觸焊盤上淀積粘性增強層，壓合步驟包括在導電柱上將第二金屬層與粘性增強層熔合。
全文摘要
印刷電路組件及其制作方法在一個實施方案中利用包含多個分布在非導電粘合劑中的非導電“定距微?！钡恼澈蟿?。當粘合劑層安置在相對印刷電路層之間時(不管是絕緣襯底、導電層,還是其它層),各個定距微粒(44,174)安插或夾在層間的不同位置,這樣微粒的直徑控制著整個疊蓋區(qū)域的層間距,因此允許精確地控制層間距。印刷電路組件及其制作方法在另一個實施方案中利用包含導電柱的層間互連技術,導電柱淀積在相對印刷電路板上形成的一對接觸焊盤中的一個上面,此后在層壓合過程中與一對接觸焊盤中的另一個相連。易熔材料可以用在導電柱(208,209)中,以便于連接接觸焊盤,導電柱透過安置在印刷電路板之間的介電層,因此在電路板之間的不同位置上形成電連接。
文檔編號H05K1/14GK1212115SQ97192524
公開日1999年3月24日 申請日期1997年1月3日 優(yōu)先權日1996年1月5日
發(fā)明者R·J·波梅爾 申請人:聯(lián)合訊號公司