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
技術領域：
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)或內部荷載(例如由于環(huán)境溫度的變化而引起的熱應力)所產(chǎn)生的變形被抑制。
背景技術：
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是描述設置有電子元件的多層結構常規(guī)印制電路板的截面視圖，為日本專利申請公開號為特開2000-216550的文獻所公開。
在印制電路板中，由內導體層32和33以及層間絕緣體(層間絕緣層)34和35形成的多層結構(被稱作疊合(buildup)層)通常被設置在平直的芯板31上。內導體層32和33具有空白部分38和作為最上層的表面導體層39，表面導體層39被形成作為電極焊盤，用于安裝電子元件40。
表面導體層39通過導電結合材料36電氣地連接和機械地結合到電子元件40的端部電極41。進一步，提供阻焊層37，其電氣地將作為電極焊盤的表面導體層39隔離開，并保護部分最外部層間絕緣層35和表面導體層。
在上述結構中，當內導體層32和33因為溫度變化而熱膨脹時，空白部分38減少了具有高熱膨脹系數(shù)的內導體層32和33的體積，由此減少熱膨脹的不利影響。換句話說，空白部分38使整個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，當通過導電結合材料(例如焊料)將電子元件安裝在印制電路板上時，減少了由于印制電路板、電子元件和導電結合材料的熱膨脹系數(shù)之間的差異而產(chǎn)生的熱應力。這樣，空白部分38增加電路板對環(huán)境溫度變化的抵抗力。
日本專利申請公開號為特開2000-216550的文獻進一步公開了一種結構，其中采用由緩沖材料(例如硅樹脂橡膠)形成的緩沖部件代替空白部分38。此文獻也進一步公開了一種結構，其中在內導體層和電極焊盤之間設置由緩沖材料形成的緩沖層。
正如以上所述，在日本專利申請公開號為特開2000-216550的技術中，空白部分、緩沖部件或緩沖層減少了由于印制電路、電子元件和導體之間熱膨脹系數(shù)的差異而產(chǎn)生的應力，由此增強了對環(huán)境溫度變化的抵抗力。

發(fā)明內容
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體層；以及阻止變形部件，其貫穿導體層之間的絕緣層并與導體層接觸，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。當環(huán)境溫度變化或者外力被施加到電路板上時，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；形成穿過層間絕緣層的孔；利用絕緣體或者導體填充該孔，由此形成阻止變形部件，該絕緣體或者導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導體層；形成具有相互層疊的層間絕緣層和內導體層的疊合層；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示出了設置在第一實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是電路板結構的截面視圖，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合部分的截面視圖，用于在有限元方法仿真中計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是描述設置有電子元件的常規(guī)多層結構印制電路板的截面視圖。
具體實施例方式
參考附圖，將詳細描述本發(fā)明的實施例。
圖1是描述根據(jù)本發(fā)明第一實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具有的結構中，內導體層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，以及表面導體層6被設置在層1b上。表面導體層(端部)6通過導電結合材料11電氣地和機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(或尺寸)封裝(CSP)。使用所謂的表面安裝技術進行此連接。當然，可以采用另一種使用例如引線端的焊接(soldering)的常規(guī)安裝技術以及表面安裝技術。阻焊層7被設置在表面導體層(端部)6周圍。
例如，芯板1a是由FR-4級玻璃環(huán)氧多層板體現(xiàn)的有機材料板(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構。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位于電路板結構的中心(圖1沒有示出下半部分)，以及內導體層2通過與插入的粘合層的熱壓結合或者電鍍導體而設置在芯板1a上。在板芯1a內和板芯1a上的作為電氣布線的導體層給予至該板的電流和電信號導通功能。
疊合層1b的內導體層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。內導體層2和3通過利用插入的粘合層(未示出)的熱壓結合或者電鍍而設置在芯板1a或層間絕緣層4和5上。內導體層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。內導體層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。進一步，通過蝕刻或者局部淀積形成內導體層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。內導體層2和3具有通過電路傳送電流或者電信號的功能。
層間絕緣層4和5由有機材料形成，以具有0.005mm或者更大的厚度。利用設置在其間的粘合層(未示出)通過熱壓結合、旋涂法或者幕涂，形成層間絕緣層4和5并與內導體層2和3以及表面導體層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的碳氟樹脂聚酯膠片(fluorocarbon resinprepreg)。進一步，例如環(huán)氧樹脂聚酯膠片是具有高彎曲強度的材料。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用于將由內導體層2和3體現(xiàn)的導體層和表面導體層6電氣地隔離開。進一步，層間絕緣層4和5是粘合劑，因此用于結合導體層。
表面導體層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)通過電鍍或者熱壓結合將表面導體層6設置在最外部的層間絕緣層4上。表面導體層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。內導體層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。進一步，通過蝕刻或者局部淀積來形成表面導體層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)。表面導體層6具有通過電路傳輸電流或者電信號的功能。表面導體層6結合到導電結合材料11的一表面，而導電結合材料的另一表面結合到端部電極9。結果，導體層6通過導電結合材料11機械地并電氣地將電子元件10連接到電路板1上。
通過旋涂、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體層(端部)6之間進行隔離，以及用于保護外部的層間絕緣層4和表面導體層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孔。根據(jù)用作端部電極的表面導體層6的直徑確定這些孔的直徑，并被設置為與其相差-0.1到0.1mm的值。
利用設置在其中的粘合劑(未示出)通過熱壓結合或者電鍍將電子元件10的端部電極9設置在與電路板1相對的電子元件的表面。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通過下面將進行詳細描述的導電結合材料11電氣地和機械地連接到電路板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。
進一步，通過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結合到導電結合材料11，導電結合材料11結合到印制電路板上的表面導體層6。這樣，電極9通過導電結合材料11機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。如果多個電子元件10被安裝在電路板1上時，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方體的形狀，并具有3-50mm的一邊和0.5-2mm的厚度。
導體結合材料11被插入在電路板1的表面導體層6和端部電極9之間，由此電氣地或者機械地將導體層6連接到電極9。導電結合材料11可以是電氣導電材料，例如焊料，其在導體層6和電極9之間提供一個擴散結(diffused junction)，以電氣地并機械地連接它們。另一方面，可以通過將導電材料混合或者分布進非導電結合材料來形成材料11，例如各向異性導電樹脂。在此情況中，通過混合或者分布在非導電結合材料中的導電材料電氣地連接導體層6和電極9，同時通過固化以及收縮非導電結合材料機械地連接它們。
在前一情況中，結合材料11是焊料或無鉛焊料，并且它的特性例如取決于它的組分。優(yōu)選地，熔點是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。當電子元件10被安裝在電路板1上時，導電結合材料11通過分配(dispensing)或者絲網(wǎng)印制而只提供到表面導體層6。
在電子元件1被安裝到電路板1后，導電結合材料11為若干個棒狀，每個棒具有分別提供有電極9和表面導體層6的上表面和下表面。每個棒具有0.1-1mm的厚度，直徑為導體層6或者電極9的直徑的0.5-2倍。
下面將提供對具有本發(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，并具有與內導體層2和3以及表面導體層6相接觸或者結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置與內導體層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導體層3上之后，通過對其施加激光束或者通過蝕刻技術(濕法蝕刻，RIE等等)，除去部分層間絕緣層5。替換地，使用例如樹脂掩膜，在內導體層3上形成層間絕緣層5，由此在層間絕緣層5中形成若干個孔或者凹槽。利用絕緣阻止變形材料(在本實施例中為陶瓷)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)的樹脂，其與用于形成層間絕緣層5的樹脂是一樣的。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，其具有與內導體層2和3以及表面導體層6保持接觸的上表面和下表面。
下面描述第一實施例的功能。
假設由于環(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，提供電路板1的內導體層2和3以及層間絕緣層4和5、電子元件10和導電結合材料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和導電結合材料11高的熱膨脹系數(shù)。因為熱膨脹系數(shù)的差異，在電路板1、端部電極9和結合材料11的結合處、以及表面導體層6和結合材料11的結合處發(fā)生熱應力。因此，如果溫度有大的變化，在這些結合處可能會出現(xiàn)裂縫，并且它會導致破壞。
另一方面，在本實施例的電路板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。結果，減小了整個電路板1的變形程度。換句話說，使整個電路板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)。
進一步，當電路板1被扭向電子器件的外殼，以及彎曲荷載應用到板1時，疊合層1b(內導體層2和3以及層間絕緣層4和5)以及板1的表面導體層6、以及電子元件10和導電結合材料11根據(jù)它們各自的彈性模量顯示相應的彎曲狀態(tài)。
如果例如一個外部彎曲力施加到電路板上時，占有整個電路板大部分的層間絕緣層和樹脂層(例如阻焊層)一般具有低的剛度并容易發(fā)生變形。如果過度的彎曲力被施加到電路板，在內導體層中可能出現(xiàn)裂縫，或者通過導電結合材料連接到電子元件的表面導體層可能脫落。
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。結果，減少了由于外部力量引起的整個電路板1的變形程度，這意味著增強了整個電路板的剛度。
在本實施例的電路板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。結果，減少了整個電路板的變形程度。換句話說，使整個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，如果彎曲應力發(fā)生在本實施例的電路板中，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力引起的變形的程度。這意味著增強了整個電路板的剛度。
如上所述，本實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，并顯示了對外部變形(彎曲)力的高抗力。
下面將描述根據(jù)第二實施例的電路板。
圖4是描述根據(jù)第二實施例的電路板(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，與第一實施例中所采用的元件相似的元件采用相應的參考標記表示，并不再給出其詳細描述。
如圖所示，電路板1具有一種結構(疊合層1b)，其中內導體層2和3以及層間絕緣層4和5交替層疊在芯板1a上，并且表面導體層6設置在該結構的頂部。經(jīng)由導電結合材料11，通過將表面導體層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。在上述第一實施例中，絕緣阻止變形部件12被設置在疊合層1b中，而在第二實施例中，導電阻止變形部件13被設置在疊合層1b中。
像絕緣阻止變形部件12一樣，導電阻止變形部件13與層間絕緣層4和5、內導體層2和3以及表面導體層6保持接觸。進一步，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，以及電氣地連接內導體層2和3以及表面導體層6。
導電阻止變形部件13例如由導電材料(例如錫鉛合金焊料或者無鉛焊料)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。
下面描述使用設置與芯板上面部分的層1a相接觸的導電阻止變形部件13作為例子、用于形成導電阻止變形部件13的方法。
在內導體層3上形成層間絕緣層5之后，通過對其施加激光束或者蝕刻技術(濕法蝕刻，RIE等等)，除去部分層間絕緣層5。替換地，使用例如樹脂掩膜，在內導體層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。加熱所得到的結構，以形成導電阻止變形部件13。
因為導電阻止變形部件13由導電材料形成，它們也可以以不同的方式形成。這就是說，在層間絕緣層5上形成內導體層2之后，通過激光束或者鉆孔機，使到達內導體層3的通孔形成在內導體層2和層間絕緣層5里面，由此除去對應于阻止變形部件13的部分。利用焊膏填充這些孔并且加熱所得到的結構。因為此方法不需要用于形成層間絕緣層的阻焊料形成/移去過程，所以可以減少用于制造電路板的成本和作業(yè)時間。除上述以外的結構與第一實施例是相似的，因此沒有描述。
如以上所述，在第二實施例中，導電阻止變形部件可以使整個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)，并且可以增強整個電路板的剛度，如第一實施例中一樣。
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)生的熱所導致的熱膨脹而引起的電路板的變形。進一步，剛度的增加進一步減少了外力的影響。結果，可使整個裝置具有高的可靠性。而且，使用導電材料形成阻止變形部件使這些部分能夠用作電子布線，用于電氣地連接導體層，同時保持與第一實施例中采用的絕緣阻止變形部件相似的功能。這樣，可以很容易設計高密度電路，因此，可以實現(xiàn)小型電路裝置。
下面，描述被執(zhí)行以用來證明本發(fā)明第一和第二實施例的電路板的功能和優(yōu)點的測量和仿真。
圖5A和5B是描述被形成用于測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導體層的導電阻止變形部件。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，設置在芯板1a上并具有層疊在其上的內導體層3和層間絕緣層5的疊合層1b，以及設置在疊合層1b上的表面導體層6。在四層印制電路板中，具有0.1mm直徑Φ并用作導電阻止變形部件的圓柱形銅層14被設置在層間絕緣層5中。圓柱形銅層14從表面導體層6的下表面貫穿層間絕緣層5到內導體層3的上表面。
作為端部電極被結合到導電結合材料11的表面導電層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電結合材料11。因為電路板樣品A被制備用于測量，以證明本發(fā)明優(yōu)點，所以每個結構元件的圖示尺寸僅僅是例子，并不總是等于實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有導電阻止變形部件(圓柱狀銅層14)的比較電路板都接受-40/125℃溫度循環(huán)測試(該測試僅僅重復一千次)。表1顯示了測試結果。
表1

正如從表1明顯看出，所有的電路板樣品A(具有導電阻止變形部件)在測試中是成功的，而一些電路板樣品B(沒有導電阻止變形部件)被發(fā)現(xiàn)是有缺陷的。由此確認設置在層間絕緣層5中的導電阻止變形部件增強了電路板對溫度變化的抵抗力。
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每個中，銅電極23a電氣地和機械地連接到電子元件10的銅電極23b。換句話說，電子元件10被安裝在電路板上。因為圖6A和6B所示的電路板樣品被采用來證明本發(fā)明的優(yōu)點，所以每個結構元件的圖示尺寸僅僅是例子，并不總是等于實際印制電路板的尺寸。
1)電路板彎曲仿真假設電路板21和22(假設其右邊部分和左邊部分是對稱的)的中心部分如圖7A所示固定。還假設100牛頓的向下彎曲力被應用到每個電路板的相對側。測量施加在每個電路板的一側上的彎曲力的計算。
從此仿真中發(fā)現(xiàn)發(fā)生在沒有阻止變形部件的電路板21中的最大應力65.694Pa，而發(fā)生在具有阻止變形部件的電路板22中的最大應力為60.657Pa。最大應力發(fā)生在圖7A所示的每個結合處的點H上。
從這些結果可知可以很容易評估出阻止變形部件可以減小發(fā)生在電路板里的彎曲應力，因此，該電路板可以具有比常規(guī)電路板更高的彎曲強度的抵抗力。
2)熱應力仿真假設電路板21和22(假設其右邊部分和左邊部分是對稱的)的中心部分如圖7B所示固定。也假設安裝的電子元件、導電結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，計算發(fā)生在每個電路板的點H的最大應力。
從仿真中發(fā)現(xiàn)發(fā)生在沒有阻止變形部件的電路板21中的最大熱應力為968.15Pa，以及發(fā)生在具有阻止變形部件的電路板22中的最大熱應力為526.35Pa。從這些結果可以很容易地評估出阻止變形部件可以減小發(fā)生在電路板里的熱應力，因此，該電路板可以具有比常規(guī)電路板更好的熱應力特性。
在仿真中，提取一個結的部分(點H)，并且計算阻止變形部件在提取部分的應力減小效果。但是，實際上，應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阻止變形部件設置在電路板中，可以很容易地預期從所有阻止變形部件可以獲得很大的應力減小效果。
進一步，當外部荷載(例如彎曲力或者溫度變化)施加在電路板上時，如果發(fā)生在板上的應力很小，荷載對電路板本身、安裝在其上的電子元件以及它們的結合處的影響也很少。荷載的影響越小，裝置的每個元件的壽命越長。很容易評估出在每個實施例的電路板中所采用的阻止變形部件防止了結合處被破壞，即延長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(其中內導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。結果，可以使整個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)，并且可以增強整個電路板抵抗外力(例如彎曲力)的剛度。
因此，本發(fā)明可以提供具有增強的熱應力特性和高彎曲強度的電路板，即，即使彎曲力應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電材料形成，它們可以用作電氣布線。這有利于設計高密度電路，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多層結構的電路板，而是也可以用為雙側多層結構的電路板。進一步，本發(fā)明的電路板具有多層結構，其中層疊若干個層間絕緣層和內導體層。本發(fā)明的電路板被用作通過激光束、薄模成形/刻蝕、和/或印制所構圖的多層印制電路板。
正如以上詳細描述的那樣，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的熱應力特性和彎曲強度。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。
對于本領域技術人員來說，其它的優(yōu)點和修改將很容易實現(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節(jié)和代表性實施例。從而，在不偏離由所附權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)和導體層(2，3)；以及阻止變形部件，貫穿導體層(2，3)之間的絕緣層(4，5)并與導體層(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，當環(huán)境溫度有變化或者有外力被施加到該電路板時，阻止變形部件(12)阻止絕緣層(4，5)的變形。
2.根據(jù)權利要求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)權利要求1的電路板，其特征在于阻止變形部件(12)由導體形成。
5.根據(jù)權利要求4的電路板，其特征在于該導體由從下列組中選出的一種材料形成錫鉛合金焊料、無鉛焊料、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導體層(3)；在內導體層(3)上形成層間絕緣體(5)；形成穿過層間絕緣體(5)的孔；利用絕緣體或導體填充所述孔，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導體層(2)；形成具有相互層疊的層間絕緣體(4，5)和內導體層(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)和導體層(2，3)；以及設置在疊合層(1b)上的表面導體層(6)。該電路板進一步包括阻止變形部件(12)，其貫穿作為電氣布線的導體層之間的絕緣層(4，5)。阻止變形部件(12)調節(jié)整個電路板的熱膨脹系數(shù)，并且增強電路板的剛度。本發(fā)明還提供一種用于形成該電路板的方法。
文檔編號H05K3/46GK1558710SQ20041000723
公開日2004年12月29日 申請日期2004年2月27日 優(yōu)先權日2003年2月28日
發(fā)明者關戶孝典 申請人:奧林巴斯株式會社