制造多层电路板的方法和多层电路板技术领域
此处讨论的实施例涉及一种制造多层电路板的方法和多层电路板。
背景技术
近年来,在安装在诸如半导体测试仪的测试设备的印刷电路板中,随
着要测试的半导体装置的端子的数量增加,要求增加布线密度。另外,在
用于通信装备和服务器的印刷电路板中,随着要安装的电子部件的端子的
数量增加,类似地要求增加布线密度。
作为用于增加印刷电路板的布线密度的技术,提出了一种将彼此分开
制造的多个布线板结合到一个印刷电路板中的堆叠技术。
在通过采用上述堆叠技术来制造印刷布线板的方法中,首先将用作粘
合层的半固化片放置在多个布线板中的相邻两个布线板之间。然后,通过
对半固化片进行加热和按压将布线板结合到彼此。半固化片包括在与布线
板的焊盘对应的位置处的通孔,该通孔填充有导电膏。因此,当填充通孔
的导电(焊接)膏的金属粒子在半固化片被加热和按压时熔化时,导电(焊
接)膏的金属粒子凝固,并且彼此相对的布线板的焊盘电互连。参见日本
公开专利申请2000-252595。
例如,通常将印刷方法用作供应导电膏的方法。在该情况下,大量液
体树脂被添加到导电膏,以达到提供适合于该印刷方法的粘度的程度。因
此,金属粒子在半固化片被加热时熔化并凝固,在彼此相对的布线板的焊
盘之间可能会发生金属的断开(间断),从而引起焊盘之间的连接故障。
金属的断开可以通过如下方式来避免:当布线板结合在一起时,压缩
供应到半固化片的通孔的导电膏,以使得金属粒子之间的距离减小。然而,
根据半固化片的特性,难以通过压缩导电膏来减小金属粒子之间的间距。
原因如下。
图10是描绘当施加预定负荷时剩余的铜的比率与板之间的间隙之间
的关系的图。
在图10中,横轴的剩余的铜的比率表示每单位面积的图案面积。例
如,在彻底覆盖(完全覆盖)图案的情况下,剩余的铜的比率是100%。
在包括具有相等宽度的线条和空白的图案的情况下,剩余的铜的比率是
50%。纵轴的板之间的间隙表示彼此相对的布线板之间的距离。
如图10所示,板之间的间隙(即,布线板之间的距离)取决于剩余
的铜的比率(即,图案密度)。因此,当存在布置有彻底覆盖图案(例如,
电源图案或接地图案)的区域和布置有非彻底覆盖图案(例如,焊盘图案
或布线图案)的区域时,难以使得布线板之间的距离均匀。
例如,布线板之间的距离在布置有彻底覆盖图案的区域中比在布置有
非彻底覆盖图案的区域中大。因此,在一些情况下,在布置有非彻底覆盖
图案的区域中半固化片没有被充分按压。
如上所述,由于利用当前制造印刷布线板的方法没有充分压缩供应到
半固化片的通孔的导电膏,因此没有完全避免焊盘之间的连接故障。
此处公开的技术提供了一种通过在相邻的布线板之间插入半固化片
的情况下结合多个布线板来制造多层电路板的方法,该方法增加了电路板
的焊盘之间的连接可靠性。
发明内容
因此,本实施例的一方面的目的是提供一种通过在相邻的布线板之间
插入半固化片的情况下结合多个布线板来制造多层电路板的方法,该方法
增加了电路板的焊盘之间的连接可靠性。
根据本发明的方面,一种制造多层电路板的方法包括:在第一电路板
的表面上形成半固化片,该第一电路板包括第一区域和第二区域,在该第
一区域中形成有电镀通孔,在该第二区域中形成有彻底覆盖图案,该半固
化片具有到达电镀通孔的第一孔和到达彻底覆盖图案的第二孔;以导电膏
填充第一孔;以及在以导电膏填充第一孔之后,将第二电路板按压在半固
化片上,以将第一电路板和第二电路板层压到彼此。
附图说明
图1是根据一个实施例的多层电路板的截面图;
图2是根据一个实施例的第一电路板的平面图;
图3A和3B是根据一个实施例的焊盘连接部分和玻璃切割部分的截
面图;
图4A和4B是用于说明根据一个实施例的多层电路板的制造步骤的
说明图;
图5A和5B是用于说明根据一个实施例的多层电路板的制造步骤的
说明图;
图6是用于说明根据一个实施例的多层电路板的制造步骤的说明图;
图7是用于说明根据一个实施例的多层电路板的制造步骤的说明图;
图8A和8B是用于说明一个实施例中的玻璃切割部分的变化的说明
图;
图9A、9B和9C是用于说明一个实施例中的焊盘连接部分的变化的
说明图;以及
图10是描绘剩余的铜的比率与板之间的间隙之间的关系的图。
具体实施方式
[多层电路板]
以下将参照图1、图2、图3A和图3B描述多层电路板的构造。
图1是根据一个实施例的多层电路板的截面图。图2是根据一个实施
例的第一电路板10的平面图,其描绘了图1中的第一电路板10的第二表
面10B,其中中间绝缘层30结合到该第二表面10B。要注意的是,图1
描绘了沿图2中的线I-I得到的横截面。
如图1和图2所示,多层电路板包括第一电路板10、第二电路板20、
用于将第一电路板10和第二电路板20彼此接合的中间绝缘层30、用于
将第一电路板10和第二电路板20各自的第二焊盘13b彼此电连接的焊盘
连接部分40、以及玻璃切割部分50(参见图3B)。由于第一电路板10和
第二电路板20基本上具有相同的构造,因此仅关于第一电路板10做出以
下描述。
第一电路板10是通过交替地堆叠布线层11和绝缘层12而形成的所
谓多层布线板。尽管在该实施例中第一电路板10包括三个布线层11和三
个绝缘层12,但是堆叠的层的数量不限于这样的示例。绝缘层12的材料
不限于特定的材料。例如,在该实施例中使用通过以添加有二氧化硅填料
(silica filler)的、基于FR4(阻燃剂类型4)的液体树脂来浸渍玻璃布
而获得的材料。玻璃布例如被提供为根据IPC(互连与封装电子电路协会)
标准#1078的布。
第一电路板10包括多个电镀通孔13。电镀通孔13每个均被形成为
穿透三个绝缘层12并且到达第一电路板10的第一表面10A和第二表面
10B。
电镀通孔13包括形成在第一表面10A上的第一焊盘13a、形成在第
二表面10B上的第二焊盘13b、穿透三个绝缘层12并将第一焊盘13a和
第二焊盘13b彼此电连接的过孔13c、以及填充过孔13c的树脂部分13d。
第一焊盘13a是多层电路板的用于连接到外部的电极,并且例如连接
到半导体装置的电子部件的端子。第二焊盘13b通过焊盘连接部分40(稍
后描述)电连接到第二电路板20的第二焊盘13b。当从上方观看时,第
一焊盘13a和第二焊盘13b中的每个均形成为圆形形状。在该实施例中,
第一焊盘13a和第二焊盘13b中的每个的厚度等于布线层11的厚度并且
被设置为大约40μm至80μm。
例如通过电镀而连续地形成第一焊盘13a、第二焊盘13b以及过孔
13c。第一焊盘13a、第二焊盘13b以及过孔13c的材料不限于特定的材
料。例如,在该实施例中使用诸如Cu的金属材料。
过孔13c由穿透三个绝缘层12的钻孔的内表面形成。树脂部分13d
到达第一焊盘13a和第二焊盘13b。树脂部分13的材料不限于特定的材
料。例如,可使用环氧树脂。
此外,彻底覆盖(完全覆盖)图案14布置在第一电路板10的第二表
面10B上。彻底覆盖图案14是例如电源图案、接地图案、虚图案(dummy
pattern)等的通称。彻底覆盖图案14具有至少比第一焊盘13a和第二焊
盘13b的面积大的面积。在该实施例中,彻底覆盖图案14的厚度等于第
二焊盘13b的厚度并且被设置为大约40μm至80μm。
在以下描述中,第一电路板10中布置有彻底覆盖图案14的区域称为
第一区域R1,并且第一电路板10中布置有第二焊盘13b的区域称为第二
区域R2。
中间绝缘层30包括树脂构件31和嵌入在树脂构件31中的玻璃布32。
树脂构件31的材料不限于特定的材料,只要该材料是具有低流动性的热
固性树脂即可。在该实施例中使用与用于绝缘层12的树脂相同的树脂,
即,通过以添加有二氧化硅填料(未示出)的、基于FR4的液体树脂来
浸渍玻璃布而获得的材料。玻璃布32是通过将多条玻璃纤维织成布来形
成的。尽管玻璃布32的厚度不限于特定的厚度,但是在该实施例中,将
玻璃布32的厚度设置为例如大约45μm。
第一区域R1中的中间绝缘层30的厚度在第一电路板10和第二电路
板20的平面方向上(即,在平行于第二表面10B的方向上)是均匀的。
第二区域R2中的中间绝缘层30的厚度在形成有第二焊盘13b的位置与
没有形成第二焊盘13b的位置之间是不同的。换言之,在形成有第二焊盘
13b的位置处的中间绝缘层30的厚度比在没有形成第二焊盘13b的位置
处的中间绝缘层30的厚度小两倍于第二焊盘13的厚度的值。然而,要注
意,在第一区域R1和第二区域R2中,中间绝缘层30的密度(g/mm3)
在第一电路板10和第二电路板20的平面方向上始终是均匀的。
图3A和3B是根据一个实施例的焊盘连接部分40和玻璃切割部分
50的截面图。
如图3A所示,焊盘连接部分40将第一电路板10的第二焊盘13b和
第二电路板20的第二焊盘13b机械连接且电连接到彼此。焊盘连接部分
40形成为与连接孔H1(稍后描述)的内表面紧密接触的圆柱形状,该连
接孔H1形成在中间绝缘层30中。焊盘连接部分40的直径小于第二焊盘
13b的直径,并且焊盘连接部分40接合到第二焊盘13b的中央表面部分。
焊盘连接部分40的材料不限于特定的材料。例如,在该实施例中使用例
如焊料的低熔点金属。焊料的材料不限于特定的材料。例如,在该实施例
中使用锡、铋以及铜的合金。
如图3B所示,玻璃切割部分50是这样的部分:在该部分处,中间
绝缘层30的树脂构件31填充形成在中间绝缘层30的玻璃布32中的切口
32a。切口32a的内径至少大于玻璃纤维之间的间隙大小(即,玻璃布32
的网眼大小)。要注意,玻璃切割部分50对应于形成有调整孔H2(稍后
描述)的部分。
因此,第一电路板10和第二电路板20构成一个多层电路板,其中第
一电路板10和第二电路板20各自的第二焊盘13b通过焊盘连接部分40
而机械连接且电连接到彼此。
[多层电路板的制造步骤]
以下将参照图4A至图10描述多层电路板的制造步骤。
图4A至图7B是用于说明根据一个实施例的多层电路板的制造步骤
的说明图。
如图4A所示,制备粘合片60。粘合片60包括片的形式的半固化片
61以及分别粘贴到半固化片61的两个表面的第一膜62a和第二膜62b。
然后,粘合片60的第一膜62a如箭头所示那样被剥离,由此暴露半固化
片61。
半固化片61成为多层电路板的中间绝缘层30。半固化片61的材料
不限于特定的材料。在该实施例中使用与用于绝缘层12的树脂相同的树
脂,即,通过以添加有二氧化硅填料的、基于FR4的液体树脂来浸渍根
据IPC标准#1078的玻璃布63而获得的材料。玻璃布63成为多层电路板
的玻璃布32。
半固化片61的厚度不限于特定的厚度,但是在该实施例中,将其设
置为例如大约85μm。玻璃布63的厚度不限于特定的厚度,但是在该实
施例中,将其设置为例如大约45μm。
粘合片60可具有孔,通过该孔来暴露形成在第一电路板10上的定位
标记(未示出)。形成用以暴露定位标记的孔的方法不限于特定的方法。
该孔例如可通过钻孔来形成。
第一膜62a和第二膜62b不仅用作用于保护半固化片61的保护膜,
而且用作用于印刷的蜡纸(稍后描述)。第一膜62a和第二膜62b的材料
不限于特定的材料。例如,在该实施例中使用PET(聚对苯二甲酸乙二
酯)。第一膜62a和第二膜62b中的每个的厚度不限于特定的厚度,但是
在该实施例中将其设置为例如大约38μm。
接下来,如图4B所示,已被剥离了第一膜62a的粘合片60放置在
第一电路板10的第二表面10B上,以使得半固化片61与第二表面10B
接触。
然后,将第一电路板10和粘合片60运到压力结合室(press-bonding
chamber)中,并且使压力结合室减压。当压力结合室的内部达到预定的
真空程度时,粘合片60在加热和按压之下被压力结合到第一电路板10
的第二表面10B。
此时,使得半固化片61的液体树脂流到相邻的第二焊盘13b之间的
间隙15中。因此,第二区域R2中的半固化片61的厚度以与流入了间隙
15中的液体树脂的体积相对应的某种程度来减小。结果,第二区域R2中
的半固化片61的厚度变得小于第一区域R1中的半固化片61的厚度。半
固化片61的表面可变为取决于第二焊盘13b的形状的波浪状。结合条件
不限于特定的条件。例如,0.5MPa的压力、100℃的温度以及180秒的按
压时间被设置为结合条件。
接下来,如图5A所示,在第二区域R2中的粘合片60中形成多个连
接孔H1。连接孔H1被形成为到达相应的第二焊盘13b,以使得第二焊盘
13b分别通过连接孔H1而暴露。连接孔H1的形状不限于特定的形状。
在该实施例中,当从上方观看时,连接孔H1的形状例如是圆形。连接孔
H1的直径不限于特定的直径,只要其小于第二焊盘13b的直径即可。
形成连接孔H1的方法不限于特定的方法。在该实施例中使用利用激
光加工的开孔。例如,二氧化碳气体激光器可用作激光器。作为激光加工
条件,激光束的光斑直径被设置为φ200μm,并且激光输出被设置为4mJ。
在激光加工中,形成在第一电路板10上的定位标记(未示出)可用
于确定激光束的照射位置。此外,当在连接孔H1中出现污点时,可例如
通过使该污点暴露于等离子来去除该污点。
接下来,如图5B所示,焊膏70填充每个连接孔H1。例如,印刷工
艺可用作施加焊膏70的方法。在该实施例中,通过在以粘合片60上的第
二膜62b用作蜡纸的情况下使用刮板S来以焊膏70填充连接孔H1。当
要增加所供应的焊膏70的量时,可额外使用金属掩模。作为另一示例,
可取代印刷工艺而使用调剂工艺。
如图9A所示,焊膏70为通过揉合多个焊料粒子71和液体树脂72
而得到的膏状的状态。焊料粒子71和液体树脂72以大约1:1的体积比而
彼此混合。焊膏70的粘度不限于特定的粘度。在该实施例中,通过优化
液体树脂72将焊膏70的粘度设置为印刷工艺中要求的值,即,大约
200Pa·S。
焊料粒子71的材料不限于特定的材料。例如,在该实施例中使用包
含锡、铋以及铜的低熔点金属。液体树脂72的材料不限于特定的材料。
可使用与半固化片61中所使用的液体树脂相同的液体树脂。
接下来,如图6所示,在第一区域R1中的粘合片60中形成多个调
整孔H2。调整孔H2在整个第一区域R1中以均匀的密度布置。调整孔
H2被形成为到达彻底覆盖图案14,以使得彻底覆盖图案14通过调整孔
H2而暴露。此外,如图8A所示,粘合片60的玻璃布63在每个调整孔
H2的内表面处被暴露。调整孔H2的形状不限于特定的形状。在该实施
例中,当从上方观看时,调整孔H2的形状例如是圆形。调整孔H2的数
量和大小是取决于第一电路板10的第二焊盘13b的面积、数量以及密度
而计算的。在该实施例中,调整孔H2的直径在粘合片60的表面侧被设
置为700μm,并且在更靠近第一电路板10的粘合片60的背侧被设置为
600μm。
形成调整孔H2的方法不限于特定的方法。在该实施例中使用利用激
光加工的开孔。例如,二氧化碳气体激光器可用作激光器。作为激光加工
条件,激光束的光斑直径被设置为φ200μm,并且激光输出被设置为4mJ。
在激光加工中,形成在第一电路板10上的定位标记(未示出)可用
于确定激光束的照射位置。此外,当在调整孔H2中出现污点时,可例如
通过使该污点暴露于等离子来去除该污点。
接下来,如图7所示,粘合片60上的第二膜62b被剥离,以暴露半
固化片61。在剥离了第二膜62b的情况下,在印刷之后填充了连接孔H1
的焊膏70进入以与第二膜62b的厚度相对应的某种程度从半固化片61
的表面突出的状态。
然后,具有与第一电路板10相同的构造的第二电路板20被放置在粘
合片60的半固化片61上,以使得第二表面10B与半固化片61接触。此
后,第一电路板10和第二电路板20以及半固化片61被运到压力结合室
中,并且使压力结合室减压。当压力结合室的内部达到预定的真空程度时,
第二电路板20在加热和按压之下被压力结合到半固化片61。结果,第一
电路板10和第二电路板20接合到彼此。
此时,通过第一电路板10和第二电路板20按压第一区域R1中的半
固化片61,从而使得半固化片61的液体树脂流到调整孔H2中。因此,
如图8B所示,调整孔H2填充有从半固化片61流入的液体树脂,由此第
一区域R1中的半固化片61的厚度以与调整孔H2的体积对应的某种程度
减小。调整孔H2的大小和密度被确定为使得第一区域R1的每单位面积
的调整孔H2的体积等于第二区域R2的每单位面积的间隙15的体积。因
此,第一区域R1中的半固化片61的厚度变得等于第二区域R2中的半固
化片61的厚度。因此,在与按压第一区域R1中的半固化片61的压力相
同的压力之下按压第二区域R2中的半固化片61。
当按压第二区域R2中的半固化片61时,使得焊膏70中的液体树脂
72从连接孔H1的内表面扩散到半固化片61中。然而,焊膏70中的焊料
粒子71的扩散被添加到半固化片61的二氧化硅填料所阻止,并且焊料粒
子71保持在连接孔H1中。
换言之,如图9B所示,每个连接孔H1中的焊料粒子71的密度(数
量/mm3)增加并且焊料粒子71之间的间距减小。因此,当焊料粒子71
在第一电路板10和第二电路板20被加热并按压的情况下熔化时,更大量
的焊料粒子71凝固以形成焊盘连接部分40,该焊盘连接部分40从第一
电路板10的第二焊盘13b连续地延伸到第二电路板20的第二焊盘13b
而不包括断开,如图9C所示。结果,第一电路板10的第二焊盘13b和
第二电路板20的第二焊盘13b通过焊盘连接部分40而机械连接且电连接
到彼此。这样,就完成了多层电路板。
用于压力结合第一电路板10和第二电路板20的条件不限于特定的条
件。在该实施例中,3至5MPa的压力、180℃至200℃的加热温度以及2
至3小时的按压时间被设置为压力结合条件。加热温度可以例如以3℃/
分钟的速度来升高。
[示例]
以下比较当使用包括调整孔的第一半固化片S1和不包括调整孔的第
二半固化片S2时,在将第一电路板和第二电路板彼此接合之前与将第一
电路板和第二电路板彼此接合之后这两者之间的焊盘间间距的变化。在该
示例中,在将第一半固化片S1或第二半固化片S2层压在第一电路板的表
面上之后,将第二电路板接合到第一电路板,其中第一半固化片S1或第
二半固化片S2插入在第一电路板和第二电路板之间。
假设第一固化片S1和第二半固化片S2中的每个的平面尺寸是
510mm×610mm,并且紧挨在层压第一电路板之后的第一固化片S1和第
二半固化片S2中的每个的厚度是110μm。此外,形成在第一半固化片S1
中的调整孔的直径为φ600μm至φ700μm,并且调整孔的数量是100,000。
在将第一电路板和第二电路板彼此接合时所施加的压力是3MPa。
作为在上述条件下进行实验的结果,在使用第一半固化片S1的情况
下的焊盘间间距(或半固化片的厚度)是大约60μm,并且在使用第二半
固化片S2的情况下的焊盘间间距(或半固化片的厚度)是大约70μm。
因此证明通过在半固化片中形成多个调整孔而减小了焊盘间间距。
对于上述实施例,多个调整孔H2形成在布置有彻底覆盖图案14的
第一区域R1中的半固化片61中。因此,当按压第一区域R1中的半固化
片61时,使得半固化片61的液体树脂流到调整孔H2中,而相应地减小
了半固化片61的厚度。
结果,能使第一区域R1中的半固化片61的厚度等于第二区域R2中
的半固化片61的厚度。因此,也可以充分地按压第二区域R2中的半固
化片61,并且可以压缩填充在连接孔H1中的焊膏70。
更具体地,使得填充在连接孔H1中的焊膏70的液体树脂72扩散到
半固化片61中,而增加了连接孔H1中的焊料粒子71的密度(数量/mm3)。
因此,当焊料粒子71熔化时,它们更易于凝固成一个金属块(即,焊盘
连接部分40)。换言之,可以防止当焊料粒子71之间的间距较大时将会
导致的凝固失败。这样,可以提高第一电路板10的第二焊盘13b到第二
电路板20的第二焊盘13b之间的连接的可靠性。此外,由于每个焊盘连
接部分40的横截面被扩大,因此可以增加可允许流过焊盘连接部分40
的电流。
此外,由于彻底覆盖图案14用作加工停止膜,因此即使在把激光加
工用作形成调整孔H2的方法时,也可以防止第一电路板10被损坏。
另外,对于上述实施例,在将粘合片60结合到第一电路板10之后,
在粘合片60中形成连接孔H1和调整孔H2。因此,即使粘合片60的形
状在粘合片60结合到第一电路板10时改变,连接孔H1和调整孔H2的
位置也不偏离。
在上述实施例中,在已被结合到第一电路板10的粘合片60中形成连
接孔H1和调整孔H2。然而,粘合片60可夹在烘烤板之间,并且可以当
在粘合片60以及烘烤板中形成连接孔H1和调整孔H2之后,将粘合片
60(包括烘烤板)结合到第一电路板10。当通过钻孔形成连接孔H1和调
整孔H2时,多个粘合片60可放置在彼此上,并且可同时形成通过多个
粘合片60的连接孔H1和调整孔H2。
此处阐述的所有示例和条件性语言旨在用于教示目的,以帮助读者理
解本发明以及发明人为改进现有技术而贡献的构思,并且应被解释为不限
于这些具体阐述的示例和条件,且说明书中这些示例的组织与示出本发明
的优劣性无关。尽管已经详细描述了本发明的实施例,但是应理解,在不
背离本发明的精神和范围的情况下,可以对此进行各种改变、替代以及变
更。