CN101543150B - 多层布线基板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种多层布线基板,其中,该多层布线基板非常坚固,包括比传统结构更大的弹性可形变区域和更高的弹性,并可以弯曲。这种多层布线基板是包括一个或多个绝缘层的多层布线基板。基板的至少一个绝缘层由这样的材料制成:该材料中面内方向分量的机械特性表现出各向异性。

Description

多层布线基板
技术领域
本发明涉及由预浸料(prepreg)和铜包层层叠体制成的多层布线基板(多层印刷板)。
背景技术
对于电子设备(例如膝上型号计算机、视频和音乐的再现设备、游戏机以及移动电话和手持信息终端),要携带的画面在增加。这些电子设备需要在各种使用环境中确保可靠性,并需要对于携带时的振动、掉落冲击时的载荷等具有高强度的组件封装技术。另一方面,非常需要开发高密度封装技术和薄封装技术,因为设备中封装的部件数目在增加以增强功能。为了解决密集化以及薄厚度的问题,并解决相反的提高强度问题,已经对于密集化和薄厚度提出了各种各样的建议。
其中,日本专利申请公开No.2003-62945(专利文献1)公开了一种多层布线板,其中,用织物和非纺织物作为绝缘层的基体以确保印刷板的强度,电子部件安装在基板的绝缘层中。此外,日本专利申请公开No.2004-263112(专利文献2)公开了一种技术,用于减小构成多层布线基板的层间绝缘层的厚度。
由于电子设备是移动设备,所以还非常需要与人相配。因此,发明了设备壳体的形状设计。在这样的设备中,可以使用具有柔性结构的基板(称为柔性布线板),其中,主要用聚酰亚胺作为绝缘层,如日本专利申请公开No.2000-151047(专利文献3)中公开的那样。
在设计电子设备以实现与人相配的时候,假定设备壳体是圆角的,或者被形成为圆柱形以放在手腕上。在根据专利文献1和2的发明中,没有想到在将基板应用于上述设备壳体的弯曲表面时,能够在不造成破坏的情况下使多层布线基板弯折。
专利文献1和2公开了把给玻璃纤维织物或非纺织物灌注用于凝固的树脂而获得的材料用于多层基板的各个绝缘层。在给玻璃纤维织物或非纺织物灌注用于凝固的树脂而获得的材料中,面内方向分量(in-planedirection component)的机械特性表现出各向同性。由于这种各向同性材料被用于所有的层间绝缘层,所以多层基板难以被弯折,并且具有非常高的刚性。另外,如果在基板在被配装时变成被弯曲的形状,那么绝缘层可能破裂,这会造成层间失去其绝缘特性。因此,根据专利文献1和2的多层布线基板是被认为以平面形式使用的。没有想到多层布线基板能够在其基板表面受到弯折(使基板弯曲)时被使用。
为了将基板形成为上述经弯曲的形状,薄的基板由于经弯曲的基板的凹面侧与凸面侧之间的周向差异而具有优势。但是,基板本身必须是刚性的,以确保其能够用于移动电子设备。与多层刚性基板相比,如专利文献3所示那样通过柔性布线板的多层而获得的基板(即,多层柔性基板)使用聚酰亚胺树脂材料用于绝缘层,因此基板本身存在低刚度的问题。另外,对于聚酰亚胺,还存在材料成本高的问题。
发明内容
本发明的一个目的是提供一种能够解决上述问题中任一者的多层布线基板。在一个方面,该目的是提供一种用于移动电子设备的多层布线基板,其中,该多层布线基板非常坚固,包括比专利文献1至3中公开的结构更大的弹性可形变区域和更高的弹性,并能够被弯曲。在另一个方面,该目的是能够减小基板的厚度并维持层间的绝缘特性。
本发明的多层布线基板是一种包括一个或多个绝缘层的多层布线基板。基板的至少一个绝缘层由面内方向分量的机械特性表现出各向异性的材料制成。
附图说明
图1是根据一种示例性实施例的多层布线基板的分解立体图;
图2是根据该示例性实施例的多层布线基板的剖视图;
图3是对未应用该示例性实施例的多层布线基板进行弯折的情况下的示意图;
图4是对应用了该示例性实施例的多层布线基板进行弯折的情况下的示意图;
图5是根据另一种示例性实施例的多层布线基板的剖视图;
图6是根据另一种示例性实施例的多层布线基板的剖视图;
图7是根据另一种示例性实施例的多层布线基板的剖视图;
图8是根据另一种示例性实施例的多层布线基板的剖视图;
图9是根据另一种示例性实施例的多层布线基板的剖视图;
图10是根据另一种示例性实施例的多层布线基板的剖视图;
图11是根据另一种示例性实施例的多层布线基板的分解立体图;
图12的示意图示出图11中的多层布线基板的各个绝缘层的纤维增强方向相对于其芯层对称地布置的示例。
具体实施方式
下面将参照附图对示例性实施例进行详细说明。
图1是根据一种示例性实施例的多层布线基板的分解立体图。图2是根据该示例性实施例的多层布线基板的剖视图。
该示例性实施例采用具有六个布线层的多层布线基板。因此,基板包括第一导电层1、第二导电层2、第三导电层3、第四导电层4、第五导电层5和第六导电层6,这些层中形成有配线,绝缘层夹在彼此相邻的布线层之间。所夹的绝缘层的数目总共是五个。基板中第三导电层3与第四导电层4之间的绝缘层(下文中称为3-4绝缘层9)是基板中心的芯层。
双面铜包层树脂板被用于包括3-4绝缘层9、第三导电层3和第四导电层4的层叠体,所述双面铜包层树脂板具有层叠在预浸料两侧的铜箔,所述预浸料是通过给玻璃纤维灌注树脂而获得的。铜包层树脂板两侧的铜箔成为第三导电层3和第四导电层4。
由在单向上纤维增强(unidirectionally fiber-reinforced)的树脂材料制成的预浸料被用于第一导电层1与第二导电层2之间的绝缘层(下文中称为1-2绝缘层7),用于第二导电层2与第三导电层3之间的绝缘层(下文中称为2-3绝缘层8),用于第四导电层4与第五导电层5之间的绝缘层(下文中称为4-5绝缘层10),并用于第五导电层5与第六导电层6之间的绝缘层(下文中称为5-6绝缘层11)。在单向上纤维增强的树脂材料是通过给沿一个方向定向的玻璃纤维灌注树脂而获得的材料。
1-2绝缘层7和5-6绝缘层11的纤维方向相同,2-3绝缘层8和4-5绝缘层10的纤维方向也相同。处于作为芯层的3-4绝缘层9两侧的2-3绝缘层8和4-5绝缘层10的纤维方向与其处于其外侧的1-2绝缘层7和5-6绝缘层11的纤维方向垂直。在图2中,1-2绝缘层7和5-6绝缘层11的纤维方向是与图面垂直的方向,而2-3绝缘层8和4-5绝缘层10的纤维方向是与图面平行的方向。
沿纤维方向与沿垂直于纤维的方向相比,在单向上纤维增强的树脂材料的弹性模量、热膨胀系数等显著不同。即,在单向上纤维增强的树脂材料是这样的材料:在该材料中,面内方向分量的机械特性表现出各向异性。因此,如果把在单向上纤维增强的树脂材料仅用于各个层间绝缘层中的一者,则多层基板变得难以处理。另一方面,如果在单向上纤维增强的树脂材料的预浸料被层叠成多层以获得各向异性特性的优点,则可以制造这样的多层基板:在该多层基板中,基板面内方向的机械特性表现出所需的机械特性。
在这种示例性实施例中,在单向上纤维增强的树脂材料的预浸料被布置在作为芯层的3-4绝缘层9的上侧和下侧,使得面内方向的机械特性相对于芯层对称。另外,布置在每一侧的两个预浸料的纤维方向彼此垂直。因此,考虑整个基板,则在这种示例性实施例的多层布线基板中,面内方向分量的机械特性表现出各向同性。当然也可以将在单向上纤维增强的树脂材料的预浸料布置在芯层的上侧和下侧,使得面内方向的机械特性相对于芯层是非对称的(例如,不使芯层的上侧和下侧以相同方式层叠的绝缘层的纤维方向相同),以细微地改变基板面内方向中彼此垂直的X方向和Y方向上的材料常数(弹性模量、线膨胀系数等)。
在生产这种示例性实施例的多层布线基板时,可以直接使用公知的堆积(build-up)法。
具体而言,制备双面铜包层树脂板,其在基板两侧层叠有铜箔,所述基板是通过给玻璃纤维灌注树脂而获得的。两侧的铜箔被刻蚀以形成由过孔(via)连接的配线。由此,形成两层布线板,其包括第三导电层3、3-4绝缘层9以及第四导电层4。
接着,已形成的、在单向上纤维增强的树脂材料(具有过孔)的预浸料以及铜箔被堆叠在上述两层布线板的正面和背面,并通过热压而粘附在一起。随后,各个铜箔被刻蚀以形成配线。此时,两个预浸料被布置成使它们的纤维方向相同。由此,形成了四层布线板,其包括第二导电层2、2-3绝缘层8、第三导电层3、3-4绝缘层9、第四导电层4、4-5绝缘层10、以及第五导电层5。
然后,已形成的、在单向上纤维增强的树脂材料(具有过孔)的预浸料以及铜箔被堆叠在上述四层布线板的正面和背面,并通过热压而粘附在一起。随后,各个铜箔被刻蚀以形成配线。此时,各个预浸料被布置成使其纤维与绝缘层8和10的纤维垂直。由此完成了这种示例性实施例的六层布线板(图2)。与此相似的生产能够进行高密度布线,因为可以由具有很小直径的过孔对各个布线层进行连接。
热固性树脂或热塑性树脂都可以用于上述绝缘层7至11的树脂材料。可用于绝缘层的热固性树脂是聚酰亚胺、环氧树脂等,而对于制造较低成本的多层基板优选环氧树脂。另外,可用于绝缘层的热塑性树脂是聚苯醚醚酮(PEEK)类树脂、液晶聚合物等。
此外,多层布线基板还可以被弯曲。具体而言,所生产的多层基板可以在经弯曲的状态下使用,并可以通过对多层基板加热而再形成为经弯曲的形状。在将多层基板再形成为经弯曲的形状的上述后一种情况下,优选地将热塑性树脂用于绝缘层。
在传统结构中,通过给玻璃纤维基体灌注树脂而获得的面内各向同性材料被用于所生产的多层基板的层间绝缘层,多层基板的正面以及芯层处的弹性模量或线膨胀系数之间没有差异。因此,当平面形状的多层布线基板被弯曲时,尤其是在通过对基板进行热成形而被弯曲时,如图3所示,在凸面侧容易由于施加张应力而在绝缘层13上出现破裂12。在凹面侧也容易由于施加压应力而在绝缘层14上出现破裂12。
另一方面,在这种示例性实施例中,当平面形状的多层布线基板被弯曲时,如图4所示,基板表面在芯层附近的绝缘层8和10中沿着纤维方向弯折。因此,布置在凹面侧的绝缘层7以及布置在凸面侧的绝缘层11中的纤维方向与绝缘层8和10中的纤维方向垂直,因此将基板表面弯折时的形变不会受到阻碍。此外,绝缘层7和11中的玻璃纤维不断裂。与用玻璃纤维彼此垂直的绝缘树脂层作为基体相比,在单向上纤维增强的树脂材料中熔融时树脂的流动性较高,因此,在绝缘层中,热成形以及形变时的树脂流动不出现。另外,在靠近芯层的绝缘层8和10中沿着纤维方向的弯折使得能够在弯曲之后保持基板的刚性。还可以通过对绝缘层8和10中对于弯折方向X的纤维数目来调节基板的弯折刚性。
在层间绝缘层形变时,导电层的配线同时发生形变。因此,希望与绝缘层的外侧相邻的导电层的布线延伸(drawn-out)方向优选地与绝缘层中的纤维方向是相同的方向。
在这种示例性实施例中,如图1所示,顶表面上的第一层配线15是沿与基板的弯折方向X垂直的方向的延伸线。内部层的第二层布线16是沿着基板的弯折方向X的延伸线。第一层布线15和第二层布线16彼此垂直。因此,在基板被形成为经弯曲的形状之后,基板的刚性可以维持,顶表面上导电层的布线因而会难以断裂。由于同样的原因,优选地,另一顶表面的第六导电层6的布线也是沿着与基板的弯折方向X垂直的方向的延伸线,并且内部层的第五导电层5的布线是沿着基板的弯折方向X的延伸线,这在图1中未示出。
尽管在上述说明中将玻璃纤维描述为层间绝缘层的基体,但纤维不限于玻璃。通常,玻璃纤维经常用于电子基板,而除了玻璃纤维也可以使用芳族纤维。此外,诸如Kevlar纤维的绝缘材料也可以适用。使用这些纤维的预浸料容易确保层间绝缘特性,并能够应付绝缘层的厚度降低。通过纤维的直径或纤维的数目,容易控制整个基板的刚性。
(第一示例性实施例)
图5是根据本发明另一种示例性实施例(第一示例性实施例)的多层布线基板的剖视图。
该示例性实施例采用具有六个布线层的多层布线基板,其中,夹在导电层之间的绝缘层7至11由纤维彼此垂直的玻璃纤维制成。即使如上所述将玻璃纤维用于全部绝缘层,也可以通过改变各个绝缘层中玻璃纤维的垂直纤维对水平纤维的比率来获得与前一示例性实施例类似的效果。与前一示例性实施例不同的地方在于用玻璃纤维作为各个绝缘层中的基体,所述玻璃纤维中面内方向分量的机械特性表现出各向异性。图5被绘制成使得纤维的数目在玻璃纤维的垂直和水平方向改变,而强度也可以在玻璃纤维的垂直和水平方向改变。因此,实现各向异性的另一种有效途径是通过改变玻璃纤维的垂直和水平方向的纤维刚性而不是纤维数目。可以想到,也可以在垂直和水平方向改变纤维的横截面积(即纤维直径)、弹性模量等,以在垂直和水平方向改变纤维刚度。
面内方向分量中的机械特性表现出各向异性的玻璃纤维被用于图5所示基板的作为芯层的3-4绝缘层9中的基体。
对于与图5的纸面相同的表面而言,1-2绝缘层7和5-6绝缘层11在垂直方向包括的纤维比布置在水平方向的玻璃纤维数目更多,在所述表面中,这些玻璃纤维布置在相对于所述表面的垂直方向。即,在与弯折方向X垂直的方向的纤维数目比在基板的弯折方向X的纤维数目更多。
与1-2绝缘层7和5-6绝缘层11中垂直纤维对水平纤维的比率相反,2-3绝缘层8和4-5绝缘层10在对于与图5的纸面相同的表面而言的水平方向包括更多纤维。即,在基板的弯折方向X的纤维数目比在与弯折方向X垂直的方向的纤维数目更多。
利用用于绝缘层的各向异性玻璃纤维提供了这样的优点:制造方法与用普通玻璃纤维基体制造预浸料基本相同。与前一示例性实施例相比,这种示例性实施例采用了在靠近顶表面的绝缘层7和11中一些纤维被沿着弯折方向布置的结构。因此可以说,在弯折半径R较和缓的情况下,或者在基板不被大大弯折的情况下,这种示例性实施例更有效。
(第二示例性实施例)
图6至图8是根据另一种实施例(第二示例性实施例)的多层布线基板的剖视图。
在这种示例性实施例中,与图1和图2所示的第一实施例相比,3-4绝缘层9(芯层)的材料改变。即,可以如图6所示将给非纺织物灌注树脂所获得的绝缘材料用于3-4绝缘层9,或者可以如图7所示只使用树脂材料。
另外,通过将包括作为芯层的3-4绝缘层9以及其两侧的第三导电层3和第四导电层4的部分替换成双面柔性布线板,这种基板可以是刚性柔性基板,如图8所示。根据这种刚性柔性基板,在柔性布线板的侧向延伸的部分容易弯折。此外,这种多层基板除了该延伸部分之外都可以在不破坏的情况下被弯折,或者可以与前一示例性实施例类似地被再成形为经弯曲的形状。
刚性柔性基板指的是通过把可安装部件的刚性印刷基板与能够弯折的柔性印刷基板层叠所获得的复合基板。
考虑到基板的刚性,优选地与图1中的示例性实施例一样将玻璃纤维基体用于芯层。但是,芯层的材料可以与第二示例性实施例中一样根据使用情况来选择,因为除芯层外的绝缘层的强度也被纤维充分地增强。
(第三示例性实施例)
图9是示出根据另一种示例性实施例(第三示例性实施例)的多层布线基板的剖视图。
如图9所示,在这种示例性实施例中,作为芯层的3-4绝缘层9采用了在单向上纤维增强的树脂材料,该材料具有与2-3绝缘层8和4-5绝缘层10布置在相同方向的纤维。根据这种多层布线基板,与图1和图2所示的示例性实施例相比,可以进一步增强弯折方向X的弯折刚性。另一方面,在多层布线基板被沿弯折方向X弯折时,正面和背面的绝缘层7和11中的纤维方向与绝缘层8、9、10中的纤维方向垂直,从而防止了对基板表面进行弯折时的形变。因此,弹性形变较大,并且与使用所有绝缘层都用玻璃纤维基体的预浸料的传统结构相比,弹性增大了。
(第四示例性实施例)
图10是示出根据另一种示例性实施例(第四示例性实施例)的多层布线基板的剖视图。
这种示例性实施例的多层布线基板是如图10所示具有三个布线层的多层布线基板。因此,该基板包括第一导电层1、第二导电层2以及第三导电层3,布线已被形成于这些层中,并且绝缘层被夹在彼此相邻的布线层之间。绝缘层的数目总共为两个。
对于一个绝缘层7使用在单向上纤维增强的树脂材料。对于另一个绝缘层8使用给玻璃纤维灌注了树脂而获得的预浸料。
具有这种结构的基板比前一示例性实施例的基板更薄,但是,通过将沿着在单向上纤维增强的树脂材料的绝缘层7中的纤维方向的方向设定到基板的弯折方向X,可以在弯折时维持基板的刚度。
另外,这种示例性实施例的多层布线基板中,两个绝缘层的弹性模量或线膨胀系数之间存在差异,因此在要将基板再成形为经弯曲的形状的情况下,可以只使用热处理来将基板形成为经弯曲的形状,而不使用弯折处理。还可以通过控制形成基板时的温度水平来控制基板中的翘曲量。
(第五示例性实施例)
图11是根据另一种示例性实施例(第五示例性实施例)的多层布线基板的分解立体图。
在这种示例性实施例的多层布线基板中,对除了芯层外的四个绝缘层中的每个层使用在单向上纤维增强的树脂材料的预浸料。在单向上纤维增强的树脂材料的预浸料被布置在芯层的上侧和下侧,使得面内方向的机械特性相对于芯层是对称的。具体而言,如图11所示,在布置在作为芯层的3-4绝缘层9的上侧和下侧的绝缘层中,1-2绝缘层7和5-6绝缘层11的纤维方向相同,2-3绝缘层8和4-5绝缘层10的纤维方向相同。上述方面与图1所示的形式相同,但是在这种示例性实施例中,布置在芯层各侧的两个绝缘层的纤维方向不是彼此垂直。
这种构造使得不仅能够在基板的面内方向简单正交方向上强度变化,而且能够有更复杂的强度设计。
例如,如图12所示,在把用于安装的螺钉孔布置在基板的四个角部的情况下,可以使纤维增强方向Y与用于安装的孔18之间的两个对角线方向相同,并且只对这些对角线方向维持强度。
这些示例性实施例中分别图示的本发明的多层布线基板可以适用于各种电子设备。尤其是,根据本发明的多层布线基板,可以改善对电子设备的轮廓外观的设计,所述电子设备例如移动电话、数码静态照相机、PDA(个人数字助理)和膝上型计算机,它们需要薄的厚度并与人相配。
如上所述示出这些示例性实施例的本发明的多层布线基板是多层布线基板,其包括一个或多个绝缘层,其中,基板的至少一个绝缘层由这样的材料制成:在面内方向分量中,所述材料的机械特性表现出各向异性。
下面对这种多层布线基板的其他示例性构造进行说明。
表现出上述各向异性的材料可以是在单向上纤维增强的树脂材料,也可以是以具有垂直和水平定向的纤维的织物为基体的树脂材料,其中,通过改变织物中垂直纤维对水平纤维的比率来获得各向异性,还可以是通过将织物的垂直和水平方向的纤维刚度改变而获得各向异性的材料。
优选地,表现出这种各向异性的材料可以布置在基板中作为芯层的绝缘层的上侧和下侧,使得面内方向分量中的机械特性相对于芯层对称或非对称。因此,面内方向的机械特性在整个基板上表现出各向同性,并且可以进行调节以改变面内方向中彼此垂直的两个方向上的材料常数。
如果各向异性材料被相对于芯层对称地布置,则优选地将在单向上纤维增强的树脂材料布置成芯层上侧和下侧各自的各向异性材料,并且使布置在芯层各侧的在单向上纤维增强的树脂材料的纤维方向彼此交叉。
基板中的芯层两侧附近的绝缘层由在单向上纤维增强的树脂材料制成,所述材料的纤维布置成沿着基板的弯折方向。另外,顶层的导电层紧挨着的下方绝缘层由在单向上纤维增强的树脂材料制成,所述材料的纤维布置在与基板的弯折方向垂直的方向上。本发明还提供了具有这样构造的多层基板。
用于上述绝缘层的在单向上纤维增强的树脂材料具有的特性包括对于纤维方向显著高的强度和刚度。因此,包括层在内的三个绝缘层可以预料是刚性的。在对平面形状的多层基板进行弯折的情况下,顶表面侧的绝缘层中的纤维方向与芯层附近的绝缘层中的纤维方向垂直,因此不会阻止对基板表面进行弯折时的形变。因此,即使在基板被弯折时,玻璃纤维也不会断裂。因为处于经弯折的形状,所以也可以使用这样的多层基板。
为了使这种弯折形变更加容易,优选地采用下面的构造。具体而言,优选地使各顶层的导电层的布线方向与这些导电层紧挨着的下方的绝缘层的在单向上纤维增强的树脂材料的纤维方向相同,更优选地使这些绝缘层下方的导电层的布线方向与顶层的导电层的布线方向垂直。
优选地,在上述多层布线基板中,绝缘层中的纤维是玻璃纤维。因此,可以通过调节纤维方向或纤维的数目来自由地调节基板刚性。另外,由于玻璃纤维被夹在这些导电层之间,所以容易确保层间绝缘特性并可以减小绝缘层的厚度。
本发明的上述方面可以提供多层布线基板,所述基板是高刚性基板,与具有传统结构的基板相比包括更大的弹性可形变区域并具有更高的弹性,还可以被弯曲。
尽管已经参照示例性实施例对本发明进行了说明,但是本发明不限于这些示例性实施例。在本发明的技术思想的范围内,可以对本发明的形状和细节进行本领域技术人员可以理解的各种修改和变更。
本申请要求2006年11月10日提交的日本专利申请No.2006-305803的优先权,该申请的全部内容通过引用方式结合于此。

Claims (5)

1.一种多层布线基板,包括多个绝缘层,
其中,所述基板中的绝缘芯层由单向纤维增强的树脂材料制成,该材料的纤维沿着所述基板的弯折方向布置,靠近所述基板中的绝缘芯层的上侧和下侧的绝缘层由单向纤维增强的树脂材料制成,该材料的纤维沿着所述基板的弯折方向布置,并且,作为顶层的导电层正下方的绝缘层由单向纤维增强的树脂材料制成,该材料的纤维布置在与所述基板的弯折方向垂直的方向上。
2.根据权利要求1所述的多层布线基板,其中,作为顶层的导电层的布线方向与构成所述导电层正下方的绝缘层的单向纤维增强的树脂材料的纤维方向相同。
3.根据权利要求1所述的多层布线基板,其中,单向纤维增强的树脂材料是玻璃纤维。
4.根据权利要求2所述的多层布线基板,其中,所述绝缘层下方的导电层的布线方向与作为所述顶层的导电层的布线方向垂直。
5.根据权利要求1所述的多层布线基板,其中,单向纤维增强的树脂材料是在平面内两个垂直的方向上具有各向异性的材料,所述绝缘芯层由各向异性材料制成,该材料在所述基板的弯折方向上的强度比在垂直方向上的强度高,并且,靠近所述基板中的绝缘芯层的上侧和下侧的绝缘层具有与所述绝缘芯层的各向异性材料类似的特性,该材料在所述基板的弯折方向上的强度比在垂直方向上的强度高,并且,作为所述顶层的导电层正下方的绝缘层由各向异性材料制成,该材料在与弯折方向垂直的方向上的强度高于在弯折方向上的强度。
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