CN101409977B - 芯部件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种芯部件及其制造方法，该芯部件构成电路板的芯基板。该芯部件包括：碳纤维增强型芯部，其中多个包含碳纤维的预浸料为热压结合的；及多个铜箔，其分别与多个包含玻璃纤维的预浸料热压结合至该碳纤维增强型芯部的两侧面。所述包含玻璃纤维的预浸料由树脂组成，组成所述包含玻璃纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围大于组成所述包含碳纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围。

Description

芯部件及其制造方法
技术领域
本发明涉及一种组成电路板的芯基板的芯部件，以及制造该芯部件的方法。
背景技术
一些其上安装有半导体元件的多层电路板具有包括碳纤维增强型芯部的芯基板(参见日本特许公报No.2004/064467)。包括碳纤维增强型芯部的芯基板的热膨胀系数小于传统的塑料芯基板的热膨胀系数。因此，具有这种芯基板的电路板的热膨胀系数能够有效地与待安装于这些电路板上的半导体元件的热膨胀系数相对应。
也就是说，塑料芯基板的热膨胀系数为13-14ppm/℃，碳纤维增强型芯部的热膨胀系数非常小，例如为1-2ppm/℃，半导体元件的热膨胀系数约为3.5ppm/℃。因此，通过调节线缆层与绝缘层的热膨胀系数，电路板的热膨胀系数能够与半导体元件的热膨胀系数相对应。
例如，在通过倒装晶片结合法将半导体元件安装于电路板上的情况下，半导体元件的热膨胀系数与电路板的热膨胀系数不同，因此，电路板具有以下缺陷。即，极大的热应力施加在半导体元件上，从而使半导体元件受到损坏，且半导体元件与电路板之间的连接可靠性下降。在包括碳纤维增强型芯部的芯基板中，通过使半导体元件的热膨胀系数与电路板的热膨胀系数相对应，施加于半导体元件上的热应力受到抑制，因此电子装置的可靠性能够得以改进。
芯基板的碳纤维增强型芯部通过以下步骤形成：层叠多个用树脂如环氧树脂浸渍碳纤维而形成的预浸料(prepreg)；及对所述多个层叠的预浸料进行加热并加压，以使它们形成一体。在加热与加压步骤中，通过将铜箔结合于形成一体的预浸料的两侧面而形成芯部件。线缆层层叠于芯部件的两侧面上，以便形成芯基板。此外，线缆层层叠于芯基板的两侧面上，以便形成电路板。因此，芯部件起到支撑体的作用，且必须具有预定的强度。
发明内容
本发明构思为用以解决上述问题。
本发明的一个目的在于提供一种芯部件，其构成电路板的芯基板，且该芯部件的芯部包括碳纤维。
本发明的另一目的在于提供一种制造所述芯部的方法。
为实现上述目的，本发明具有以下构造。
即，本发明的芯部件包括：碳纤维增强型芯部，在所述碳纤维增强型芯部中，多个包含碳纤维的预浸料为热压结合的；及多个铜箔，其分别与多个包含玻璃纤维的预浸料热压结合至该碳纤维增强型芯部的两侧面，所述包含玻璃纤维的预浸料由树脂组成，组成所述包含玻璃纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围大于组成所述包含碳纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围。
在该芯部件中，例如，所述包含碳纤维的预浸料通过用树脂浸渍的由碳纤维组成的织布而形成；所述包含玻璃纤维的预浸料通过用树脂浸渍的由玻璃纤维组成的织布而形成。利用这种结构，该芯部的强度得以提高，并且该芯部件的热膨胀系数可被限制为较小的值。
此外，一种制造芯部件的方法包括以下步骤：制备多个由包含碳纤维的树脂组成的预浸料、多个由包含玻璃纤维的树脂组成的预浸料及多个铜箔；在所述包含碳纤维的预浸料与所述铜箔之间设置所述包含玻璃纤维的预浸料；及对所述包含碳纤维的预浸料、包含玻璃纤维的预浸料及铜箔进行加热与加压，以使所述预浸料热固化。
在该方法中，所述包含玻璃纤维的预浸料由树脂组成，组成所述包含玻璃纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围大于组成所述包含碳纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围。利用这种方法，能够在通过进行加热与加压步骤形成芯部件时，防止树脂从所述包含玻璃纤维的预浸料侵入到所述包含碳纤维的预浸料中，从而能够使铜箔牢固地结合于碳纤维增强型芯部上。
在本发明的芯部件中，多个铜箔分别与多个包含玻璃纤维的预浸料热压结合于该碳纤维增强型芯部的两侧面，所述包含玻璃纤维的预浸料由树脂组成，组成所述包含玻璃纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围大于组成所述包含碳纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围，从而能够将铜箔牢固地结合于碳纤维增强型芯部上。
附图说明
现在，将通过示例并参考附图来说明本发明的实施例，其中：
图1A和图1B为示出了制造芯部件的步骤的局部剖视图；
图2A-图2C为示出了制造芯基板的步骤的局部剖视图；
图3A-图3C为示出了芯基板的进一步制造步骤的局部剖视图；以及
图4为电路板的局部剖视图。
具体实施方式
现在，将参考附图详细说明本发明的优选实施例。
(制造芯部件的方法)
首先，将说明制造芯部件的方法。
图1A中，将构成芯部件的预浸料10a、10b、10c及10d、预浸料12、以及铜箔14进行层叠。预浸料10a、10b、10c及10d通过用树脂(聚合物)浸渍碳纤维而形成；预浸料12通过用树脂浸渍玻璃纤维而形成。铜箔14分别覆盖芯部件的两侧面。
预浸料10a、10b、10c及10d构成碳纤维增强型芯部。在附图中，例如，将4个预浸料10a、10b、10c及10d进行层叠。形成碳纤维增强型芯部的预浸料的层叠的数量可根据芯部件的厚度及其强度等进行限定。
在本实施例中，预浸料10a、10b、10c及10d通过以下方式形成：用环氧树脂浸渍由形成为长丝的碳纤维组成的织布(woven cloths)；及对织布进行干燥以使环氧树脂处于B级状态。预浸料10a、10b、10c及10d的厚度取决于碳纤维的直径。在本实施例中，预浸料10a、10b、10c及10d的厚度约为20μm。
预浸料12分别设置于预浸料10a-10d与铜箔14之间。在本实施例中，这些预浸料12通过以下方式形成：用环氧树脂浸渍由玻璃纤维组成的织布；及对织布进行干燥以使环氧树脂处于B级状态。在本实施例中，预浸料12的厚度约为60-100μm。
使用包含玻璃纤维的预浸料12不会降低芯部件的强度，并将芯部件的热膨胀系数限制于较小的值。碳纤维的热膨胀系数约为0ppm/℃；包含碳纤维的固化的预浸料10a-10d的热膨胀系数为1-2ppm/℃。通过用树脂浸渍玻璃纤维，这些固化的预浸料12的热膨胀系数为12-16ppm/℃。
覆盖芯部件的外侧面的铜箔14形成为用于保护芯部件的表面，用作电力供应层以对芯部件进行电镀，以及提高芯部件与线缆层之间的结合强度，其中，在形成芯基板时，这些线缆层层叠于芯部件的两侧面。铜箔14的厚度为20-35μm。
图1B中，对已经在如图1A所示的步骤中层叠的预浸料10a-10d、预浸料12及铜箔14进行加热与加压，以使预浸料10a-10d和12中所包含的树脂固化，并形成平板状的芯部件16。在芯部件16中，铜箔14与预浸料12一体地结合于碳纤维增强型芯部10的两侧面，在该碳纤维增强型芯部10中，预浸料10a-10d为一体的。
本实施例的芯部件16的特征在于：铜箔14与包含玻璃纤维的预浸料12一体地结合于碳纤维增强型芯部10的两侧面。
由于构成碳纤维增强型芯部10的预浸料10a-10d通过用树脂浸渍碳纤维而形成，所以预浸料10a-10d具有预定的结合强度。因此，在将铜箔14结合于碳纤维增强型芯部10的表面上的情况下，铜箔14可通过以下方式而结合：将铜箔14层叠于预浸料10a-10d的外表面上并对其进行加热与加压。
然而，在对预浸料10a-10d与铜箔14进行加热与加压的一些情况下，预浸料10a-10d中的树脂侵入到碳纤维增强型芯部10中，涂敷于碳纤维增强型芯部10和铜箔14的树脂量减少，铜箔14不能充分地结合于碳纤维增强型芯部10上。在本实施例中，包含玻璃纤维的预浸料12设置于碳纤维增强型芯部10与铜箔14之间，以便在这两者之间牢固地涂敷足够的树脂量，并将铜箔14牢固地结合至碳纤维增强型芯部10。
为了将铜箔14更牢固地结合于碳纤维增强型芯部10，在本实施例中，包含碳纤维的预浸料10a-10d中的树脂和包含玻璃纤维的预浸料12中的树脂具有如表1所示的、不同的最小粘度的温度范围(或熔融温度范围)。
表1
 
预浸料 熔融温度(℃) 熔融粘度(Pa·s)
碳纤维中的树脂 120-140 100-150
玻璃纤维中的树脂 140-160 100-200
通常，树脂的熔融温度(温度范围)能够通过改变树脂成分、添加的溶剂等的量而改变。提供各种具有不同熔融温度的环氧树脂。因此，通过选择树脂，能够形成适当的包含碳纤维的预浸料和包含玻璃纤维的预浸料。
如表1所示，预浸料12的树脂的熔融温度(温度范围)高于包含碳纤维的预浸料10a-10d的树脂的熔融温度(温度范围)。在预浸料12的树脂的熔融温度高于包含碳纤维的预浸料10a-10d的树脂的熔融温度的情况下，通过对预浸料进行加热与加压，包含碳纤维的预浸料10a-10d先熔融，随后包含玻璃纤维的预浸料12熔融。
当包含玻璃纤维的预浸料12的熔融粘度为最小值时，包含碳纤维的预浸料10a-10d开始固化且其熔融粘度高于包含玻璃纤维的预浸料12的熔融粘度。因此，能够防止树脂从预浸料12侵入芯部10。
在表1所示的条件下，加压夹具被加热至约为150-160℃，且热压可利用该夹具来进行。通过进行热压，工件被逐渐加热至约为150-160℃，而包含碳纤维的预浸料10a-10d的粘度首先达到最小值，接着包含玻璃纤维的预浸料12的粘度达到最小值。因此，能够抑制树脂从玻璃纤维转移到碳纤维，并能够确保有足够的树脂量用以将铜箔14结合至芯部10，从而使铜箔14可牢固地结合于芯部10上。
软化包含碳纤维的预浸料10a-10d的树脂的时间安排(timing)与软化包含玻璃纤维的预浸料12的树脂的时间安排是重叠的，因而能确保它们之间的界面中的结合强度。
包含碳纤维的预浸料10a-10d先开始固化，接着包含玻璃纤维的预浸料12从最小的粘度逐渐固化。最终，包含碳纤维的预浸料10a-10d和包含玻璃纤维的预浸料12被完全地固化，并能够得到如图1B所示的平板状的芯部件16。
在芯部件16中，铜箔14与包含玻璃纤维的预浸料12结合于碳纤维增强型芯部10上。铜箔14能够以足够的结合强度结合于碳纤维增强型芯部10上。
在上述实施例中，这些包含碳纤维的预浸料10a-10d中的每一个均由碳纤维长丝组成的织布构成。此外，根据用途，碳纤维无纺布、碳纤维网等可用作预浸料10a-10d。
此外，预浸料12可包括填料，如氧化铝填料，而非玻璃纤维。
应当指出，上述实施例中，预浸料10a-10d的熔融温度范围和预浸料12的熔融温度范围并不是重叠的。在这两个熔融温度范围略微重叠的情况下，能够得到上述效果。此外，如果在预浸料10a-10d与预浸料12的熔融粘度之间不存在显著的差别，则能够得到上述效果。
(芯基板)
图2A-2C和图3A-3C示出了制造具有芯部件16的芯基板的步骤。
图2A示出了芯部件16。
在图2B中，利用钻头在芯部件16中钻出定位孔(pilot hole)18。
在钻定位孔18时，在这些定位孔18的内表面上由于例如钻头的磨损而形成毛刺(burr)，钻尘(drill dust)11粘在定位孔18的内表面上。因此，在芯部件16中形成定位孔18后，芯部件16以化学镀铜及电解镀铜，从而使定位孔18的内表面覆盖着镀层19。
在图2C中，在使定位孔18的内表面覆盖着镀层19后，定位孔18填充有绝缘树脂20。通过使定位孔18的内表面覆盖着镀层19，能够防止钻尘11与树脂20混合，并能够确保树脂20的绝缘性能。
在图3A中，在芯部件16的两侧面依次层叠预浸料40、线缆片(cablesheet)42、预浸料44及铜箔46。接着，对其进行加热与加压，以使线缆层48一体地层积于芯部件16上。
在图3B中，利用钻头钻出与定位孔18同轴的多个通孔50，以形成多个导电通孔。进而，进行化学镀铜及电解镀铜，从而形成导电通孔52。通孔50的直径小于定位孔18的直径。覆盖通孔50的内表面的镀层52a为导电的通孔52的导电部分。
在图3C中，通孔50填充有树脂54，对形成于两侧的铜箔46、镀层52a及盖状镀层(cap-plated layer)55进行图案蚀刻，以形成芯基板58，其中，在芯基板58的两侧面形成线缆图案56。
在芯基板58的两侧面上形成的线缆图案56通过导电通孔52而相互电连接。在线缆层48中形成的线缆图案42a在适当的位置处连接于导电通孔52。
(电路板)
通过在图3C所示的芯基板的两侧面上形成线缆图案层，能够制造出多层电路板。图4为电路板的局部剖视图，其中线缆图案为多层的。
通过例如内建的方法，在芯基板58的两侧面上，线缆图案层可为多层的。在图4中，形成两层的内建层60。第一内建层60a中的每一个均包括：绝缘层61a；线缆图案62a，其形成在绝缘层61a的表面上；通路63a，其与在不同的层中形成的线缆图案56和62a相互连接。第二内建层60b中的每一个均包括：绝缘层61b、线缆图案62b及通路63b。
线缆图案62a、62b通过导电的通孔52及通路63a和63b相互电连接，其中线缆图案62a、62b包含在形成于芯基板58的两侧面上的内建层60中。
导电通孔52形成于定位孔18中，且导电的碳纤维增强型芯部10和导电通孔52并不电短路。铜箔14利用上述预浸料12结合于碳纤维增强型芯部10的表面上。碳纤维增强型芯部10、预浸料12及铜箔14构成芯部件16。
在不脱离本发明的实质特征的精神的情况下，本发明可以按照其它特定形式来具体实施。因此，从各个方面来说，这些实施例均应被视为示例说明性的，而非限制性的，本发明的范围由所附的权利要求书来表示，而不是由前述说明来表示，因而在权利要求书的等同的含义及范围内的所有变化均应包含在本发明的范围内。

Claims (2)

1.一种芯部件，包括：
碳纤维增强型芯部，在所述碳纤维增强型芯部中，多个包含碳纤维的预浸料为热压结合的；及
多个铜箔，其分别与多个包含玻璃纤维的预浸料热压结合至所述碳纤维增强型芯部的两侧面，其中，
所述包含玻璃纤维的预浸料由树脂组成，组成所述包含玻璃纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围大于组成所述包含碳纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围，所述包含碳纤维的预浸料通过用树脂浸渍由碳纤维组成的织布而形成，所述包含玻璃纤维的预浸料通过用树脂浸渍由玻璃纤维组成的织布而形成。
2.一种制造芯部件的方法，包括以下步骤：
制备多个由树脂组成的、包含碳纤维的预浸料，多个由树脂组成的、包含玻璃纤维的预浸料及多个铜箔；
在所述包含碳纤维的预浸料与所述铜箔之间设置所述包含玻璃纤维的预浸料；及
对所述包含碳纤维的预浸料、所述包含玻璃纤维的预浸料及所述铜箔进行加热与加压，以使所述预浸料热固化，
其中，所述包含玻璃纤维的预浸料由树脂组成，组成所述包含玻璃纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围大于组成所述包含碳纤维的预浸料的树脂的熔融温度范围，所述包含碳纤维的预浸料通过用树脂浸渍由碳纤维组成的织布而形成，所述包含玻璃纤维的预浸料通过用树脂浸渍由玻璃纤维组成的织布而形成。
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