層狀電路板及其生產方法
2023-06-01 18:37:16
專利名稱：層狀電路板及其生產方法
技術領域：
本發明的領域是電子元件。
背景技術：
電子元件在消費品與商業電子產品中的應用數量日益增長。這類消費品與商業產品的部分實例是電視機、計算機、手機、尋呼機、掌上組織器、手提式收音機、轎車立體聲音響或遙控器。隨著對這些消費品與商業電子產品不斷增長的需求，也要求這類產品變得更小和對用戶與商用更便攜。
由於這些產品尺寸的減小，組成產品的元件也必須變得更小。需要減小尺寸或按比例縮小的這類元件的部分實例是印刷電路板或印刷線路板、電阻器、布線、鍵盤、觸摸墊圈和晶片封裝。
目前印刷線路板上所用的傳統材料如金屬、金屬合金、複合材料和聚合物會產生不希望的效應，包括電路板或元件中的阻抗和/或熱在內，因為由這些化合物製成的元件被設計成載電子的。隨著將元件設計與製造得越來越小，阻抗和熱在元件中會起更大的作用。
因此，一直需要a)設計並生產既滿足用戶規範又能最小化阻抗與熱的層狀材料，和b)在這些層狀材料內結合進或結合上傳輸光子而非電子的光學元件如波導管，同時在用戶的要求與規範以內工作，以及c)在電子元件和成品中結合進包含光學波導層的層狀材料。
發明概述可以生產包含a)一個基體層和b)一個層壓到基體層上的空心鏡麵包層光學波導管的印刷線路板。該印刷線路板還包含一層與波導管偶聯的覆蓋材料以及至少一層偶聯到該覆蓋材料上的附加層。
本發明的各種目的、特點、形狀和優點將從以下對本發明優選實施方案的詳述並結合相同數字代表相同元件的附圖而變得更加清楚。
附圖簡述
圖1是一個優選實施方案的示意圖。
圖2示意優選實施方案的幾種生產方法。
表1是一些優選材料和它們物理特性的匯總發明詳述電子元件，如本文所述，一般認為包含任意能應用於電子-基產品的層狀元件。所述電子元件包含電路板、晶片封裝、隔離層、電路板的介電元件、印刷線路板以及電路板的其它元件，如電容器、感應器和電阻器。
電子-基產品能在下述意義上「製成」它們隨時能用在工業中或被其它用戶使用。消費成品的實例是電視機、計算機、手機、尋呼機、掌上組織器、手提收音機、轎車立體聲音響和遙控器。有可能應用於成品的電路板、晶片封裝和鍵盤等也被看成是「中間產品」。
電子產品還可包含一個在從概念模型到最終按比例放大製造樣板的任何發展階段的原型元件。原型可能或可能不含擬用於成品中的所有實際元件，且原型可具有由複合材料構成的元件，目的是在初始試驗時忽略它們對其它元件的初始影響。
在圖1中，一塊印刷線路板5包含a)一個基體層10，和b)一個層壓到基體層10上、具有一個頂面22和底面24的空心鏡麵包層光學波導管20。該印刷線路板還包含一層與波導管20偶聯的覆蓋材料30。該覆蓋材料30在與光學波導管20的頂面22直接偶聯的部分上還塗有一種金屬或其它鏡面-型化合物。
本文所述的基體和基體層10——兩者可互換使用，可包含任何所需的基本固體材料。特別理想的基體層10要包含薄膜、玻璃、陶瓷、塑料、金屬或帶塗層金屬或複合材料。在優選實施方案中，基體10包含一個砷化矽或鍺晶片或晶片表面、一個可見諸於鍍銅、銀、鎳或金的引線框中的封裝面、一個可見諸於電路板或組件互連徑跡的銅表面、一個通路壁或加強筋界面(「銅」包括裸銅或其氧化物)、一個可見諸於聚醯亞胺-基花線組件的聚合物-基封裝或板界面、鉛或其它金屬合金焊球面、玻璃和聚合物如聚醯亞胺、BT和FR4。在更優選的實施方案中，基體10包含一種在封裝和電路板工業中的普通材料如矽、銅、玻璃和另一種高聚物。
本文所述的基體層10還包含至少兩層材料。包含基體層10的一層材料可包括前述基體材料。包含基體層10的另一層材料可包括聚合物、單體、有機化合物、無機化合物、有機金屬化合物層，不論連續層還是納米孔層。
如本文所用，術語「單體」是指能以重複方式與其自身或與化學上不同的化合物形成共價鍵的任何化合物。在單體間重複鍵的形成可導致線形、支化、超支化或三維產品。更進一步，單體可自身包含重複構建起來的嵌段，而且在聚合時，從這樣的單體形成的聚合物稱做「嵌段聚合物」。單體可屬於各種不同化學類的分子，包括有機、有機金屬或無機分子在內。單體的分子量可以在約40道爾頓-20000道爾頓之間大幅變化。但是，尤其當單體包含重複構成的嵌段時，單體可具有更高的分子量。單體也可包括其它基團，如用來交聯的基團。
如本文所用，術語「交聯」是指至少兩個分子或一根長鏈分子的兩個部分通過化學相互作用連結起來的過程。這類相互作用可以許多不同方式出現，包括形成共價鍵、形成氫鍵、疏水、親水、離子或靜電相互作用。而且分子間的相互作用還可以用一個分子與它自身之間或兩個或多個分子之間的一種至少暫時的物理聯繫來表徵。
所述聚合物還可包含一系列官能或結構部分，包括芳族體系和滷化基團在內。而且合適的聚合物可具有許多構型，包括均聚物和雜聚物在內。而且交替聚合物可具有多種形式，如線形、支化、超支化或三維形式。所述聚合物的分子量跨越一個很寬的範圍，典型值在400道爾頓與400000道爾頓之間。
所述無機化合物的實例是矽酸鹽、鋁酸鹽和含過渡金屬的化合物。有機化合物的實例包括聚芳醚、聚醯亞胺和聚酯。所述有機金屬化合物的實例包括聚二甲基矽氧烷、聚乙烯基矽氧烷和聚三氟代丙基矽氧烷。
基體層10還可包含許多孔洞，如果希望材料是納米多孔的而非連續的。孔洞一般為球形，但也可以或還有任何合適的形狀，包括管狀、片層狀、圓盤狀或其它形狀。還認為孔洞可具有任何合適的直徑。進一步還認為至少部分孔洞可與鄰近孔洞相連而形成具有大量互連孔或「開」孔的結構。優選孔洞的平均直徑小於1μm，更優選平均直徑小於100nm，又更優選平均直徑小於10nm。還認為孔洞可以均勻或無序分布在基體層中。在一個優選實施方案中，孔洞均勻分散在基體層10中。
因此，認為基體層10可包含單層傳統基體材料。也認為基體層10可包含數層，與傳統基體材料一起，構成部分層狀電路板5。
附加基體層10的合適材料包含具有適用於電路板或其它電子元件性能的任何材料，包括純金屬、合金、金屬/金屬複合材料、金屬陶瓷複合材料、金屬聚合物複合材料、包層材料、層壓板、導電聚合物和單體，以及其它金屬複合材料。
如本文所用，術語「金屬」是指元素周期表d-區和f-區的元素，以及那些具有類似於金屬性質的元素，如矽和鍺。如本文所用，詞組「d-區」是指電子充滿元素核周圍3d，4d，5d和6d軌道的元素。如本文所用，詞組「f-區」是指電子充滿元素核周圍4f和5f軌道的元素，包括鑭系和錒類元素。優選的金屬包括鈦、矽、鈷、銅、鎳、鋅、釩、鋁、鉻、鉑、金、銀、鎢、鉬、銫、鉕和釷。更優選的金屬包括鈦、矽、銅、鎳、鉑、金、銀和鎢。非常優選的金屬包括鈦、矽、銅和鎳。術語「金屬」還包括合金、金屬/金屬複合材料、金屬陶瓷複合材料、金屬聚合物複合材料，以及其它金屬複合材料。
然後，可將一個空心鏡麵包層光學波導管層壓到基體層10上。在光學理論上，光學波導管20與纖維光學電纜或電線類似，表現在它們都用來傳輸光或光子，而傳統電纜則傳輸電子。與傳統電纜相比，優選採用光學波導管20，因為阻抗很小甚至完全消失，至少對於電路板5中的特定元件及周圍元件是這樣。
光學波導管20可從數類不同的化合物與材料生產。波導管20可包含聚合物、單體、有機化合物、無機化合物和，最後，任何能起光學材料作用的合適化合物。優選光學波導管20包含聚合物、丙烯酸類單體、無機化合物和樹脂。本文所述的光學波導管20還可以摻雜其它材料，如菲醌。在優選的實施方案中，波導管20包含聚碳酸酯、聚苯乙烯、二氧化矽玻璃、PMMA、環烯烴共聚物、超薄平板玻璃或BT(三嗪/雙馬來醯亞胺)樹脂，如表1所示。
如前所述，空心光學波導管能用數種不同方法生產，包括a)模塑210，b)刻蝕220或c)前兩種方法的結合。這些方法圖示在圖2中。
模塑210光學波導管20是下述一種方法加熱光學材料204並強迫預開模212壓進光學材料204，以形成波導管20。任何合適的材料都可用來形成模具212，只要所用的材料不幹擾波導材料204的化學整體性即可。例如，如果模具212由一種在一定溫度下會斷裂或裂開的複合材料製成，則賣主就可能不要將這種模具材料用於一些光學波導管20的應用，因為害怕模具212的複合材料可能斷在波導材料204中或在最終波導材料204上留下一個表面塗層，這會損害波導管在電子應用中的行為。
刻蝕220光學波導管20是一種從一「塊」光學波導材料204上刻蝕去材料直到形成一個所需的光學波導管20為止的方法。刻蝕工藝220可以是化學基的、機械基的或兩者的結合，取決於用戶的需要和賣主現有的機械。但是，最好刻蝕工藝220能留下一個符合元件規範的表面——如粗糙化或光滑化表面，取決於規範。還希望刻蝕工藝220不會在化學上幹擾光學波導材料204，除非特意或希望幹擾。
此外，如前所述，光學波導管20是按照用戶和元件的需要用一種適當的反射材料和/或金屬鏡麵包層的。為滿足用戶或元件的規範或要求，反射元件可以摻雜其它化合物。在有些實施方案中，波導管20的端部將被刻蝕成45°角，且這些端部將隨後塗上成鏡材料或反射材料。在其它實施方案中，空心光學波導管20最好在波導管20上的特定部位塗布上一種反射材料或鏡面化合物，以將光引導在一定方向上。
此外，優選本文所述的空心光學波導管20包含一種比較或基本上平面的空心材料。如本文所用，術語「平面的」是指波導管20被設計成空間上在一個平面內或可以看作在一個「x-y」坐標體系內。顯然，光學波導管相對於平面將具有一定深度，或在一個坐標體系中是一個「z」元件，但這種波導管20仍將基本上是平面的。波導管20也可以有高低不平或粗糙的部分，但再次希望波導管20基本上是平面的。儘管如此，最終，光學波導管20的尺寸和物理性能將由用戶、電子元件和產品確定。
將一層優先是透明或半透明的覆蓋材料30偶合到光學波導管20上。優選覆蓋材料30與用來製造空心光學波導管20的材料相同。但認為覆蓋材料30與空心光學波導管20在化學組成上是不同的。覆蓋材料層30可以有任何合適的厚度，取決於用戶或元件的需要。
還認為在覆蓋材料層30直接與光學波導管20頂面22偶聯的面上要塗布合適的反射材料或鏡面。覆蓋材料層上的反射材料在光學上「接近」空心波導管，因而能允許光子通過光學波導管內預定和預設計孔35出來。覆蓋材料30可全部塗布反射材料，或可以刻蝕掉或除去某些反射材料，以滿足元件的規範和要求。
為了連續構建一個層狀元件或印刷電路板5，可以在覆蓋材料30上偶聯附加材料層。認為附加層將包含與本文已述的那些材料類似的材料，包括金屬、金屬合金、複合材料、聚合物、單體、有機化合物、無機化合物、有機金屬化合物、樹脂、粘合劑和光學波導材料。
這樣就已描述了包含空心鏡麵包層光學波導管的電子元件的具體實施方案和應用。但是，對於本領域的專業人員來說，顯而易見的是，除已描述的以外，可以作更多的改進而不偏離本發明的概念。因此本發明的主題不受限制，只要在權利要求精神範圍內即可。而且，在解釋說明書和權利要求時，所有的術語都應以最廣義的方式解釋，與內容一致。特別是，「包含」一詞，在指元素、組分或步驟時，應以非獨一無二的方式解釋，表明所提到的元素、組分或步驟可能與沒有明確提到的其它元素、組分或步驟一起存在、應用與組合。
權利要求
1.一種印刷電路板，它包含一個基體層；和一個層壓在基體層上的空心鏡麵包層光學波導管，其中該光學波導管有一個頂面和一個底面。
2.權利要求1的印刷電路板，還包含一層與波導管頂面偶聯的覆蓋材料。
3.權利要求2的印刷電路板，其中所述覆蓋材料包含一個反射塗層。
4.權利要求3的印刷電路板，其中所述反射塗層與光學波導管的頂面直接偶聯。
5.權利要求2的印刷電路板，還包含至少一個與覆蓋材料偶聯的附加層。
6.權利要求2的印刷電路板，其中所述覆蓋材料包含與光學波導管相同的材料。
7.權利要求6的印刷電路板，其中所述至少一個附加層包含至少一種金屬、金屬合金、複合材料、聚合物、單體、有機化合物、無機化合物和有機金屬化合物。
8.權利要求1的印刷電路板，其中所述基體是一個晶片。
9.權利要求1的印刷電路板，其中所述基體包含至少兩層材料。
10.權利要求9的印刷電路板，其中所述至少兩層材料包含二氧化矽晶片、介電材料、粘合劑材料、樹脂、金屬、金屬合金和複合材料。
11.權利要求1的印刷電路板，其中所述波導管包含一種矽-基材料。
12.一種包含權利要求1的印刷電路板的電子元件。
13.一種包含權利要求2的印刷電路板的電子元件。
14.一種包含權利要求3的印刷電路板的電子元件。
15.一種生產印刷電路板的方法，包含提供一種基體；生產有一個頂面和一個底面的空心鏡麵包層光學波導管；提供一層在一個面上鏡麵包層的覆蓋材料；將波導管底面與基體偶聯；以及將覆蓋材料的鏡麵包層面與波導管頂面偶聯，從而使覆蓋材料與波導管頂面偶聯。
16.權利要求15的方法，其中至少附加層之一與覆蓋材料偶聯。
17.權利要求15的方法，其中提供光學波導管包含刻蝕或模塑一種光學材料，以形成波導管。
18.權利要求15的方法，其中所述基體包含至少兩層材料。
19.權利要求18的方法，其中所述至少兩層材料包含二氧化矽晶片、介電材料、粘合劑材料、樹脂、金屬、金屬合金和複合材料。
20.權利要求15的方法，其中所述波導管是一種矽-基材料。
全文摘要
提供能生產包含a)一個基體層，和b)一個層壓在基體層上的空心鏡麵包層光學波導管的印刷電路板的組成與方法。該印刷線路板還包含一種與波導管偶聯的覆蓋材料。
文檔編號H05K1/02GK1493008SQ01822919
公開日2004年4月28日 申請日期2001年12月18日 優先權日2000年12月28日
發明者Y·多伊, Y 多伊 申請人:霍尼韋爾國際公司