CN101087492A

CN101087492A - 多层板

Info

Publication number: CN101087492A
Application number: CNA2007101088414A
Authority: CN
Inventors: 竹内聪; 神谷博辉; 清水元规
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2006-06-05
Filing date: 2007-06-05
Publication date: 2007-12-12
Also published as: US20080017409A1; DE102007024435A1; JP2007324550A

Abstract

一种包括由绝缘材料制成的基部(39)的多层板(100)。多个导线分布图案(22)以多层方式放置在基部(39)中。多个层间连接器(50，51)放置在基部(39)中，并且通过加热过程电气连接到导线分布图案(22)。电子器件(41)放置在基部(39)中，并且电气连接到层间连接器(50，51)和导线分布图案(22)中至少一个。电子器件(41)包括由熔点高于加热过程温度的金属制成的电极(42)。

Description

多层板

技术领域

本发明涉及一种在其中具有电子器件的多层板。

背景技术

在其中具有电子器件的多层板由多个单面导线分布图案膜(树脂膜)构成。导线分布图案和层间连接器中至少一个是在膜中形成。而且，在有些膜中还具有通孔，具有通孔的多层膜是分层的。当通孔被没有通孔的膜覆盖的时候，在分层的膜中就形成凹槽。具有电极的电子器件放置在凹槽中，并且凹槽用另外的没有通孔的膜覆盖。然后，加热分层的膜并且从两侧施压以制出多层板。

考虑到电子器件的外围形状的偏差，凹槽的大小制成比电子器件的外围形状稍大一点，可以准确穿过通孔以及准确定位电子器件。因此，在电子器件和凹槽之间可能产生间隙。

相反，如果构成电子器件电极的材料的熔点低于加热和加压过程时的温度，因为加热和加压过程中的超高温，电子器件的电极会熔化。

因此，当加热置于凹槽中的电子器件时，电极会熔化并且流入到间隙中。在这种情况下，当多个电子器件放置在多层板中的时候，由于熔化多个电极可能会相互连接，连接的可靠性就会降低。

发明内容

考虑到前述的以及其它问题，本发明的目的就是提供一种多层板。

根据本发明的第一个例子，多层板包括由绝缘材料制成的基部。多个导线分布图案通过多层层叠放置的方式设置在多层板的基部中。多个层间连接器设置在基部中，并且层间连接器通过加热过程和导线分布图案电连接。电子器件设置在基部中，并且与层间连接器和导线分布图案中至少一个电连接。电子器件包括由熔点高于加热过程的温度的材料制成的电极。

根据本发明的第二个例子，多层板包括绝缘的基部，多层导线和电子器件。绝缘的基部由加热过程中加热的树脂膜制成。多层导线放置在绝缘的基部中。电子器件包括与多层导线电连接的电极。电极具有比加热过程的温度高的熔点。

相应地，电子器件的电极连接可靠性能够提升。

附图说明

本发明的以上和其它的目的，特征以及优点通过接下来参考相应附图的详细介绍，可以变得更加清楚。图中：

图1是根据本发明的实施例，显示多层板的原理性剖视图。

图2A到2F是显示多层板的简要生产过程的逐步的剖视图。

图3A是显示将要埋置在多层板中的电子器件的透视图，图3B是显示埋置在多层板中的电子器件的透视图。

图4A是显示将要埋置在多层板中的电子器件的放大的剖视图，图4B是显示埋置在多层板中的电子器件的放大的剖视图。

图5A是沿图4B的V-V线的剖视图，其中该电子器件的电极由锡制成，图5B是沿图4B的V-V线的剖视图，其中该电子器件的电极由金制成。

具体实施方式

如图1所示，多层板100包括导线分布图案22，绝缘部分39(基部)，导电混合物51(层间连接器)及电子器件41。由树脂膜23制成的绝缘部分39如图2C和2D所示，同时树脂膜23在绝缘部分39中安全地相互结合在一起。电子器件41放置在绝缘部分39中，并且与导线分布图案22电连接。电子器件41密封在绝缘部分39中。

多层板100至少在一侧包括散热器46，比如多层板100的下表面。因此，热量能够从多层板100轻易地散射，即使是除了置于多层板100之中的电子器件41，还有另外的电子器件61安装在多层板100的上表面。绝缘部分39的热传导性低于金属，因此绝缘部分39的热量不容易散射。然而，因为由金属制成的散热器具有更好的热传导性，多层板100的热传导性能够有效地提高，因此热量能够从多层板100容易地散射。

电子器件41由例如电阻、电容、滤波器或者是集成电路构成。电子器件41在每一端有电极42，所述电极将与导线分布图案22和如图2C所示的导电浆料50电连接。该导电浆料50在加热后变为导电混合物51。电极42沿着膜23的层方向，在电子器件41的表面形成。

为了形成电极42，在邻近电子器件41的一端形成一个初级的(基础的)电极。比如，通过喷射法，离子电镀法或者蒸镀法将Cu、NiCr或者Ni涂在电子器件41的一预定区域上。然后，将熔点比将要进行的加热过程温度高的材料通过电镀，设置在初级电极表面，作为电极42。该材料由例如金、镍、铜、铜镍合金、银或者导电浆料制成。电极42由在空气中不会氧化的材料制成，比如金。

构成电极42的导电浆料由第一金属和第二金属制成。第一金属能够与导电混合物51和导线分布图案22中至少一个形成合金。第二金属具有比加热过程温度高的熔点。特别是，JP-A-2003-110243公布的导电浆料，在此引入作为参考。将60g有机溶剂(比如松油醇)加入到300g锡微粒和300g银微粒中，通过搅拌器搅拌成浆料。锡微粒平均直径约为5μm，比表面积大约为0.5m²/g，银微粒平均直径约为1μm，比表面积约为1.2m²/g。

这里将会描述一种制作多层板100的方法。如图2A所示，单面导线分布图案膜21包括树脂膜23和在树脂膜23的单面上的导线分布图案22。树脂膜23由绝缘材料制成，导线分布图案22通过蚀刻结合在树脂膜23单面上的导体箔(比如18μm厚的铜箔)形成。树脂膜23是热塑性的，厚度为75μm的树脂膜，由例如按重量为65-35％的聚醚醚酮和按重量为35-65％聚醚酰亚胺的混合物制成。

在导线分布图案22形成后，二氧化碳气体激光照射树脂膜23以形成通路孔24，如图2B所示。通路孔24的底面由导线分布图案22构成。控制二氧化碳气体激光的能量和照射时间，以防止在导线分布图案22上造成穿孔。

受激准分子激光器可以用来形成通路孔24。除了激光，钻孔也可以用来形成通路孔24。然而，当激光束用来形成通路孔24时，通路孔24可以有更好的精度，而且可以减少对导线分布图案22的损伤。

通路孔24形成后，导电浆料50作为电连接材料填入通路孔24，如图2C所示。为了形成导电浆料50，将60g有机溶剂(比如松油醇)，其中溶解了6g乙基纤维素树脂，加入到300g锡微粒和300g银微粒中，通过搅拌器搅拌成浆料。锡微粒平均直径约为5μm，比表面积大约0.5m²/g，银微粒平均直径约为1μm，比表面积约为1.2m²/g。

这里，加入乙基纤维素树脂为导电浆料提供形状保持的特性。可选地，丙烯酸树脂可以用来替换乙基纤维素树脂。

导电浆料50通过使用金属掩模的丝网印刷机印刷以填充到单面导线分布图案膜21的通路孔24中，导电浆料50中的松油醇在大约140-160℃时经过大约30分钟就会干燥。可替换的是，可以使用投放器将导电浆料50填充到通路孔24中。

在此，可以使用具有在150℃到300℃之间的范围内的沸点的有机溶剂以替换松油醇。然而，如果有机溶剂的沸点低于150℃，随着时间过去，导电浆料的粘性可能会有很大的变化。相反，如果有机溶剂的沸点高于300℃，用来干燥的所必须的时间可能会增加。

锡微粒平均直径约为5μm，比表面积大约0.5m²/g，银微粒平均直径约为1μm，比表面积约为1.2m²/g。作为选择，锡微粒或者银微粒的平均直径可以大约为0.5-20μm，比表面积大约为0.1-1.5m²/g。

如果微粒的平均直径小于0.5μm，或者如果微粒的比表面积大于1.5m²/g，制作用来填充通路孔24的具有合适粘性的导电浆料50就需要大量的有机溶剂。如果导电浆料50包含了大量的有机溶剂，就增加了干燥的时间。如果干燥不充分，当加热导电浆料50用来层间连接时，就会产生大量的气体。因此，通路孔24中就容易产生气孔，因此在这种情况下，层间连接的可靠性会降低。

相反，如果微粒的平均直径大于20μm，或者微粒的比表面积小于0.1m²/g，导电浆料50就很难填入通路孔24。而且，微粒会分布不均匀，因此加热导电浆料50的时候不能形成均匀的合金(比如导电混合物51)。在这种情况下，层间连接的可靠性很难保证。

而且，在将导电浆料50填入到通路孔24之前，可以对导线分布图案22上面对通路孔24的部分进行轻微地蚀刻处理或者还原处理。因此，可以准确地实施接下来要介绍的通孔连接(层间连接)。

如图2D所示，单面导线分布图案膜31包括树脂膜23和在树脂膜23的单面上的导线分布图案22，与图2A中所示单面导线分布图案膜21相似。通路孔24在膜31中形成，导电浆料50填入到膜31的通孔24中，与图2B和图2C所示的单面导线分布图案膜21相似。

当通路孔24在单面导线分布图案膜31中形成时，通孔35同时也在单面导线分布图案膜31中形成。由于激光处理，通孔35位于对应电子器件41的位置，同时通孔35具有对应于电子器件41外形的形状。

如图3A所示，单面导线分布图案膜31部分具有突起311，当电子器件41插入到由通孔35构成的空间36时，突起用来将电子器件41定位和固定在正确的位置上。可以用黏合剂代替突起311来定位和固定。如图3B所示，当电子器件41插入到空间36时，电子器件41和膜31之间有一个大于等于20μm的间隙312的尺寸。而且，间隙312的尺寸小于等于树脂膜23的厚度(比如75μm)。间隙312遍布在电子器件41的四周。而且，如图4A所示，当单面导线分布图案膜21，31层叠时，在单面导线分布图案膜21，31之间提供了导线分布图案22的厚度的间隙。

在形成通路孔24的同时，通孔35由激光处理形成。可选地，除了形成通路孔24的时间以外，还可以在其它时间通过冲压或者刳刨来形成通孔35。

这里，单面导线分布图案膜31的树脂膜23是热塑性的树脂膜，厚度为75μm，由例如按重量为65-35％的聚醚醚酮和按重量为35-65％聚醚酰亚胺的混合物制成。与单面导线分布图案膜21的树脂膜23相似。

在单面导线分布图案膜31上的通孔35形成并且导电浆料50填充到单面导线分布图案膜21，31的通路孔24并且干燥之后，层叠多个(比如6个)单面导线分布图案膜21，31，如图2E所示。

这时，层叠单面导线分布图案膜21，31并且导线分布图案22置于单面导线分布图案膜21，31的上表面。也就是说，层叠单面导线分布图案膜21，31，以便在其上形成导线分布图案22的树脂膜23的上表面与其上没有形成导线分布图案22的上层树脂膜23的背面上相背对。

这里，如图2E所示，层叠在相同位置具有通孔35的邻近膜31，因此空间36的深度对应于电子器件41的厚度。因为本实施例中的电子器件41的厚度为160μm，因此层叠了2层厚度为75μm的相邻膜31。因此，空间36的厚度为150μm，这小于等于电子器件41的厚度。当层叠了单面导线分布图案膜21，31后，将电子器件41插入到由通孔35构成的空间36中。通过调整树脂膜23的层数可以很容易地控制空间36的深度。

然后，单面导线分布图案膜21层叠在空间36的上侧。单面导线分布图案膜21具有填充了导电浆料50的通路孔24，以与导线分布图案22和电极42电连接。

而且，由铝制成的散热器46置于膜层21，31背面。在本实施例中散热器46是金属的基部。与散热器46接触的最低层的树脂膜23没有通路孔24。多层板100包括绝缘部分39，它的热传导性低于金属。然而，当散热器46置于膜层21，31的至少一个单面上时，可以有效地改进多层板的热传导性，因此，热量可以很容易地从多层板100上散射。

如图2E所示层叠之后，通过真空加热加压机器从两侧(顶层和低层)加热加压膜21，31和散热器46。例如，在大约250-350℃加热，在大约1-10Mpa压力下加压持续约10-20分钟。

因此，如图2F所示，膜21，31和散热器46能相互连接。因为树脂膜23由相同的热塑性树脂材料制成，树脂膜23能很容易地熔化整体结合到绝缘部分39中。因此，电子器件41可以彻底地封闭到绝缘部分39中而没有任何间隙。

此外，通路孔24中的导电浆料熔结后结合到导电混合物51中。导电混合物51连接相邻的导线分布图案22作为层间连接器。而且，电子器件41的电极42和导线分布图案22可以相互连接。从而，其中带有电子器件的多层板100可以制作出来。

这里，将简要描述导线分布图案22之间的层间连接的机理。当填充到通路孔24中的导电浆料50干燥后，锡微粒和银微粒在导电浆料中混合。因为锡微粒的熔点为232℃而银微粒的熔点为961℃，当导电浆料在约250-350℃加热时，锡微粒熔化了并且粘附到覆盖银微粒的外周。

当在这种状态下持续加热时，熔化的锡开始扩散到银微粒的表面形成锡和银的合金。合金的熔点为480℃。此时，因为对导电浆料施加了1-10Mpa的压力，由合金制成的导电混合物51可以在通路孔24中形成。

当导电混合物51在通路孔24中形成时，导电混合物51被压到导线分布图案22的一个表面，构成通路孔24的底部部分。因此，导电混合物51中的锡成分和铜薄片中的铜成分在固相时互相扩散。因此，在导电混合物51和导线分布图案22的接触面可以形成固相扩散层以实现电连接。

而且，如图4B所示，由于跟上述导电混合物51和导线分布图案22电子器件41之间的固相扩散层大致相同的机理，电子器件41的电极42通过金属扩散层电连接到导线分布图案22。在导电混合物51和导线分布图案22之间的接触面，以及导电混合物51和电极42之间的接触面形成金属扩散层。由于金属扩散层，电极42通过导电混合物51可以更稳固地连接到导线分布图案22。

当树脂膜23通过真空加热加压装置来加热和加压时，树脂膜23的弹性系数降低至约5-40Mpa。因此，邻近通孔35的树脂膜23变形突出到通孔35中。而且，在膜层方向中对着通孔35的树脂膜35也变形突出到通孔35中。也就是说，邻近空间36的树脂膜23被推向空间36。

因此，电子器件41可以被与变形的树脂膜23整体结合的绝缘部分39密封起来。当树脂膜23被加热和加压时，树脂膜23可以具有范围为1-1000Mpa的弹性系数。如果树脂膜23弹性系数大于1000Mpa，树脂膜23会很难相互连接，而且树脂膜23会很难变形。如果树脂膜23弹性系数小于1Mpa，树脂膜23加压时容易液化，因此多层板100会很难形成。

而且，在电子器件41的电极42由例如具有熔点低于加热过程温度的锡的材料制成的情况下，在用真空加热加压装置来加热和加压电极42时，电极42会熔化。如图5A所示的比较示例中，熔化的电极42会形成浇注区域421，因为当树脂膜23被推向空间36(见图3A)时，熔化的电极42被推动并流进到间隙312(见图3B)中。

当电子器件41的熔化的电极42流进间隙312而形成浇注区421时，浇注区421会电连接到导线分布图案22或电子器件41的非期望部分(例如其它电极)。在这种情况下，连接可靠性会降低。

不过，在这个实施例中，使用了具有熔点高于加热过程温度的材料作为电子器件41的电极42。举例来说，由金、镍、铜、铜镍合金、银或导电浆料制成的材料。因此，如图5B所示，当用机器加热和加压时，电极42没有熔化，也没有流入到间隙312中。因此，电子器件41的电极42的连接可靠性能保持更好，因此电极42可以稳固地连接到导电混合物51和导线分布图案22中的至少一个。

为了电连接到导线分布图案22，电子器件41的电极42在膜层方向上形成在电子器件41的表面上。作为选择，电极42可以在除了膜层方向外的方向上形成在电子器件41的表面上。也就是说，电极42在膜层方向上设置在电子器件41的第一表面，以及近似地垂直于电子器件41的第一表面的第二表面。

当多层板100包括在电极42和树脂膜23之间的间隙中的电子配线时，该电子配线与电极42隔离。因此，可以减少电极42和电子配线之间的短路或故障。当至少两层树脂膜23邻近电极42层叠时，间隙可以是电极42和树脂膜23之间产生的多个间隙之一。

树脂膜23由例如按重量为65-35％的聚醚醚酮和按重量为35-65％聚醚酰亚胺的混合物制成。可选地，在聚醚醚酮和聚醚酰亚胺中填充的任何非导电性填充物的膜可以用来作为树脂膜23。聚醚醚酮(PEEK)或聚醚酰亚胺(PEI)可以单独用作树脂膜23

而且，热塑性树脂，例如聚苯硫醚(PPS)、热塑性聚酰亚胺或液晶聚合物，可以用来作为树脂膜23。任何在加热过程中具有弹性系数约为1-1000Mpa的树脂膜，或任何具有在此后要进行的焊接过程中所需要的热阻抗的膜都可以用来作为树脂膜23。

散热器46放置在多层板100的最底面。可选地，散热器46可以部分安放在多层板100的最底面，或在两面(最底面和最上面)。而且，当热散射特性不要求提高时，散热器可以不用安放在多层板100上。

为了将散热器46放置在多层板100上，需要在要连接到绝缘部分39的散热器46的粘附面上放置粘结片。举例来说，为了改善粘结特性和热传导性，聚醚酰亚胺片、具有热传导填充物的热固性树脂或具有热传导填充物的热塑性树脂可以用作粘结片。

而且，上述的多层板100制成6层。然而，层数不限于6层。

这些改变和修正可以理解为在本发明权利要求定义的范围内。

Claims

1.一种多层板(100)，包括：

由绝缘材料制成的基部(39)；

以多层层叠方式设置在基部中的多个导线分布图案(22)；

设置在基部(39)中的多个层间连接器(50，51)，其中层间连接器(50，51)通过加热过程电连接到导线分布图案(22)；以及

设置在基部(39)中的电子器件(41)，其中

电子器件(41)电连接到层间连接器(50，51)和导线分布图案(22)中的至少一个，并且

电子器件(41)包括由熔点比加热过程的温度高的材料制成的电极(42)。

2.如权利要求1所述的多层板(100)，其特征在于，

基部(39)由多个树脂膜(23)制成，所述树脂膜包括层间连接器(50，51)和导线分布图案(22)中的至少一个，

电子器件(41)设置在由树脂膜(23)中设置的通孔(35)构成的空间(36)中。

3.如权利要求2所述的多层板(100)，其特征在于，树脂膜(23)包括热塑性树脂膜。

4.如权利要求1到3中任一所述多层板(100)，其特征在于，电极(42)由金、镍、铜、铜镍合金、银和导电浆料中至少一种制成，并且

导电浆料由能够与层间连接器(50，51)和导线分布图案(22)中至少一个形成合金的第一金属和熔点比加热过程的温度高的第二金属制成。

5.如权利要求1到3中任一所述的多层板(100)，其特征在于，

电极(42)通过金属扩散层电连接到层间连接器(50，51)和导线分布图案(22)中至少一个，并且

金属扩散层设置在层间连接器(50，51)和导线分布图案(22)中至少一个和电极(42)之间的界面上。

6.如权利要求1到3中任一所述的多层板(100)，其特征在于，电极(42)布置在电子器件(41)沿层方向上的第一表面上和大体上垂直于电子器件(41)的第一表面的第二表面上。

7.如权利要求2或权利要求3所述的多层板(100)，其特征在于，还包括：

设置在电极(42)和树脂膜(23)之间的间隙中的电子配线，其中

电子配线与电极(42)隔离。

8.如权利要求7所述的多层板(100)，其特征在于，

至少两层树脂膜(23)邻近电极(42)层叠，并且

间隙是电极(42)和树脂膜(23)之间提供的多个间隙之一。

9.一种多层板(100)，包括：

由在加热过程中加热过的树脂膜(23)制成的绝缘基部(39)；

位于绝缘基部(39)中的多层导线(22)；以及

包括电连接到所述多层导线(22)的电极(42)的电子器件(41)，其中电极(42)的熔点高于加热过程中的温度。

10.如权利要求9所示的多层板(100)，其特征在于，电极(42)在加热过程中不能被熔化。