CN101583237A - 多层印刷线路板、电子设备及电子设备的制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种能够执行阻抗控制的多层印刷线路板、电子设备及电子设备的制造方法，同时维持具有一个或者多个信号线的柔性部分的柔韧性。这种多层印刷线路板包括多个刚性板单元(12a、12b)；以及柔性板单元(13)，其连接多个刚性板单元(12a、12b)的外层或内层，并在多个刚性板单元(12a、12b)的外层或内层上方延伸。柔性板单元(13)包括信号层(l6，l12)，在多个刚性板单元(12a、12b)之间发送信号；多个接地层(l3、l9、l15)，将信号层(l6，l12)夹在中间；以及中间层(l4、l5、l7、l8、l10、l11、l13、l14)，各中间层插入到信号层和一层接地层(l3、l9、l15)之间。

Description

多层印刷线路板、电子设备及电子设备的制造方法

技术领域

此处讨论的实施例涉及一种多层印刷线路板及其制造方法，该多层印刷线路板包括多个多层刚性线路板，并且这些多层刚性线路板彼此相连。

背景技术

传统的网络系统和服务器系统包括多个为了高集成度和高速传输的彼此相连的印刷线路板(印刷板)。

例如，一种用于连接多个印刷线路板的方法通常使用如图9A至图9C所描述的连接器。

具体地说，如图9A所示，在传统的电子设备100中，上面安装有部件的的印刷线路板(主板)101与印刷有线路板(子板)102分别包括堆叠连接器103和104。

如图9B所示，彼此耦接的堆叠连接器103和104可通信的连接印刷线路板101和102，从而形成图9C所示的电子设备100。

然而，经由连接器连接的印刷线路板，例如堆叠连接器103和104，具有如下(1)至(4)的问题：

(1)在连接器的安装过程中，各连接器的引脚数量限制了主板101和子板102之间的线连接，从而降低了设计的自由度；

(2)经由连接器的连接增大了印刷线路板101和102之间的信号的传输损耗；

(3)由于连接器103和104的高度增加了电子设备100的高度，从而限制了电子设备100的部分安装结构，因此很难提高设计的自由度并节约空间；以及

(4)因为需要空间安装堆叠连接器103和104，所以难以制造集成度更高和尺寸更小的电子设备100与印刷线路板101和102。

作为上述(1)至(4)的问题的解决方法，本发明提供了一种由多个多层刚性印刷线路板组成的多层刚性/柔性印刷板(在下文中有时称为多层印刷线路板)，所述多个多层刚性印刷线路板通过上面形成有电路的柔性板彼此相连，该柔性板由具有高柔韧性的聚酰亚胺(polyimide)树脂膜材料组成(例如，参见下述专利参考文献1和2)。

(专利参考文献1)日本专利申请特开(KOKAI)No.2005-353827

(专利参考文献2)日本专利申请特开(KOKAI)No.HEI 6-320671

然而，随着为了增加信号线的数量的目的而增加层叠的层的数量，这种包括有聚酰亚胺(polyimide)树脂膜的传统的多层印刷线路板的柔韧性减小。

此外，如果信号线形成在最外层上或者位于最外层上的信号线被上述专利参考文献1和2中所公开的技术涂覆，则不能完成通过这些信号线来维持恒定的(例如50Ω)信号阻抗的阻抗控制，从而不能高速传输信号。

发明内容

本发明实施例的一个目的在于维持具有信号线的多层柔韧部分的柔韧性，同时控制信号的阻抗。

当结合附图阅读时，从下面的详细描述中，本发明实施例的其它目的和传统技术不能达到的优点将会是显而易见的。

根据实施例的一个方案，多层印刷线路板包括：多个刚性板单元；以及柔性板单元，连接所述多个刚性板单元的外层或内层，并在所述多个刚性板单元的外层或内层上方延伸，所述柔性板单元包括：信号层，在所述多个刚性板单元之间发送信号；多层接地层，将所述信号层夹在中间；以及多层中间层，各所述中间层插入到所述信号层与一层所述接地层之间。

根据实施例的另一个方案，一种电子设备，包括如本发明所限定的多层印刷线路板。

根据实施例的再一个方案，提供一种电子设备的制造方法，所述电子设备包括多层印刷线路板，其中所述多层印刷线路板包括多个刚性板单元、柔性板单元以及刚性虚设单元，所述柔性板单元连接所述多个刚性板单元的外层或内层并且在所述多个刚性板单元的内层或外层上方延伸，所述刚性虚设单元布置在所述柔性板单元的外层上并且位于所述多个刚性板单元中的两个之间，并且至少一部分连接到所述柔性板单元和所述两个刚性板的至少其中之一，所述方法包括以下步骤：在焊接工艺中的热处理之后，在所述多层印刷线路板的所述多个刚性板单元上安装一个或者多个部件，从所述多层印刷线路板去除所述刚性虚设板单元。

采用如上所述的多层印刷线路板和电子设备，就可以对通过信号线传输的信号执行阻抗控制，并维持包括信号线的多层柔性部分的柔韧性。因此，可以通过信号线以高速稳定地传输信号。

上述电子设备的制造方法可以可靠地制造上述多层印刷线路板和电子设备。

在以下的说明书中，将部分阐述本发明实施例的其它目的和优点，并且部分其它目的和优点在说明书中将是显而易见的，或者可以通过实施例的实践而获得。通过尤其是在所附的权利要求中指出的元件和组合的方法，将实现和获得本发明实施例的目的和优点。

应当理解，本发明的前述概括描述和下述具体描述这两者都仅是示例性的和说明性的，而不是用于限制本发明，本发明的范围由所附的权利要求来定义。

附图说明

现将基于下面的附图详细地描述本发明的示例性实施例，其中：

图1是示出根据第一实施例的电子设备的透视图；

图2是示出第一实施例的电子设备放在架子中的状态的透视图；

图3A和图3B是分别示出作为第一实施例的电子设备的插入单元(plug-in unit)的侧面图和平面图；

图4是描绘根据第一实施例的多层印刷线路板的示意图；

图5是图4沿A-A’的剖面图；

图6和图7是示出根据第二实施例的多层印刷线路板的剖面图；

图8A和图8B是分别示出多层印刷线路板的修改例的侧面图和平面图，图8C是示出图8A和图8B中描绘的多层印刷线路板的装配实例的侧面图；以及

图9A、图9B和图9C是示出传统的多层印刷线路板的示意图，图9A是作为多层印刷线路板的各个部分的多个印刷线路板没有彼此相连的侧面图，图9B是相同的印刷线路板彼此相连的侧面图，图9C是图9B中所示的多层印刷线路板的透视图。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述实施例。

(a)第一实施例：

首先，根据第一实施例，参照图1对电子设备1进行描述。如图1所示，电子设备1包括壳体(主单元)2和多个(此处为24个)插入单元10。可将每个插入单元10看作本发明的电子设备。

例如，如图2所示，电子设备1被放在架子3中。

为简化起见，采用附图标记“10”表示图1和图2中的单个插入单元。

如图3A和图3B所示，插入单元10包括多层刚性/柔性印刷线路板(下文中称为多层印刷线路板)11、盖子(cover)14a与盖子14b。

盖子14a与盖子14b通过螺丝钉14c耦接到多层印刷线路板11。

图3B中的附图标记15a和15b表示安装在多层印刷线路板11上的连接端(接口)。

多层印刷线路板11包括两个刚性板单元12a与12b和柔性板单元13。

如图3A所示，多层印刷线路板11的刚性板单元12a与12b通过螺丝钉17经由间隔部件16a与16b彼此耦接。

此外，柔性板单元13具有柔韧性，并且其当存放于盖子14a内时为弯曲状态。

图4是示出多层印刷线路板11的展开状态的平面图。如图4所示，多层印刷线路板11通过经由柔性板单元13连接刚性板单元12a与12b而形成。为简化起见，图4省略了下面在图5中详细示出的通孔。

图5是图4沿A-A’的剖面图。为简化起见，图5描绘了具有相同宽度的刚性板单元12a与12b。在图5中，具有相同图案的层表示由相同或基本相同的材料所制成的层。

如图5所示，刚性板单元12a与12b和柔性板单元13均具有多层结构。

每个刚性板单元12a与12b均具有层L7至L20，柔性板单元13具有层L1至L6。

柔性板单元13被布置在刚性板单元12a与12b的外层上，从而连接刚性板单元12a与12b，并且在刚性板单元12a与12b的外表面上方延伸。

此处，将详细描述柔性板单元13的结构。

柔性板单元13的层L1是表面层。柔性板单元13的层L2、层L4和层L6是分别包括层l1-l5、层l7-l11和层l13-l17的五层结构。

柔性板单元13的层L3与L5是信号层，其在刚性板单元12a与12b之间发送信号，并且每个信号层都以单层结构的形式分别包括层16和层112。在图5中，附图标记14表示位于对应的层L3与L5中的信号线。

分别位于柔性板单元13的层L2、L4和L6中的层13、19和115是由铜箔制成的作为接地层的非图案化的层。

在柔性板单元13中，接地层13和19将信号层L3夹入中间，接地层19和115将信号层L5夹入中间。

此外，在柔性板单元13中，在夹入有信号层L3的层13和19之间以及在夹入有信号层L5的层19和115之间，分别形成中间层l4-l5与l7-l8以及中间层l10-l11与l13-l14。

具体地说，中间层l4和l5形成在信号层L3和接地层l3之间；中间层17和18形成在信号层L3和接地层l9之间；中间层110和111形成在信号层L5和接地层l9之间；以及中间层113和114形成在信号层L5和接地层l15之间。

在作为柔性板单元13的外表面的接地层l3和l15的外表面上，分别形成保护层l1-l2和保护层l16-l17。

接着，将对柔性板单元13的层l1-l17的材料进行描述。

柔性板单元13的层l1、l2、l4、l5、l7、l8、l10、l11、l16和l17由将环氧树脂注入到玻璃纤维织物(glass cloth)中形成的材料(环氧树脂预浸料(prepreg))制成。优选地，这些层的每一层的厚度约为50μm。

因此，每层由层l1-l2、l4-l5、l7-l8、l10-l11和l16-l17组成的中间层的优选厚度约为100μm。

这样，由于环氧树脂预浸料的存在，在每两个邻近的信号层l1与l12和接地层l3、l9和l15之间形成了约为100μm的间隙。

图5描绘了阴影线斜向右上方的层l1、l2、l7与18和阴影线斜向右下方的层l4、l5、l11、l16和l17。这是因为：层13由铜箔形成，层l4-l5有时采用单一种类材料的形式；层19由铜箔形成，层l10-l11有时采用单一种类材料的形式；以及层115由铜箔形成，层l16-l17有时采用单一种类材料的形式。

例如，作为信号层L3和L5的层l6和l12由铜制成。与其余中间层(即层l1-l2、l4-l5、l7-l8、l10-l11和l16-l17)类似，作为中间层的层l13-14由环氧树脂预浸料制成，但是层l13-14的树脂预浸料材料为比其余中间层的热膨胀系数小的无流(no-flow)型或低流型。

在通过焊接将电子部件安装到刚性板单元12a和12b的表面层L20上的过程中，通过回流工艺或者类似的工艺加热多层印刷线路板11。结果是，刚性板单元12a和12b之间存在的间隙使得柔性板单元13的层116被直接加热，从而热量集中于层l13和l14上。因此，如果层113和114由常规的预浸料形成，则层113和114就会膨胀，以致脱落、出现裂缝或使配线破裂。

作为解决方法，多层印刷线路板11使用一种材料，该材料比其它材料对于层l13和l14集中的热量少，其中由于热量集中而使热量趋向于扩展。因此，可以防止由于在回流工艺中过度加热而引起的柔性板单元13脱落、出现裂缝或防止配线破裂。

另外，下面将描述的粘附层125由与层l13和l14相同的材料所制成。

接着，将对刚性板单元12a与12b的结构及其层的材料进行描述。第一实施例假定刚性板单元12a与12b具有相同的结构。

在下文中，如果没有必要相互区分刚性板单元12a与12b，就将刚性板单元12a与12b称为刚性板单元12。

刚性板单元12包括层L7至L20。粘附层125也作为刚性板单元12。

刚性板单元12的层L7(层l18)、L9(层l22)、L12(层l28)、L14(层l32)、L16(层l36)和L18(层l40)充当信号层。

通过将环氧树脂注入到玻璃纤维织物中，形成刚性板单元12的层l19、l21、l23、l27、l29、l31、l33、l35、l37、l39、l41和l43。

另外，刚性板单元12的层l20、l24、l26、l30、l34、l38和l42为非图案化的层的形式，该非图案化的层由铜箔形成。

图5中的附图标记19a-19d表示通孔焊盘(land)，附图标记18a和18b表示信号线。

如上所述，层125充当粘附层，并且使用无流型预浸料作为粘附剂。

换句话说，通过接合包括层L1至L10的第一多层印刷线路板11a和包括层L11至L20的第二多层印刷线路板11b，形成多层印刷线路板11。

图5中描述的多层印刷线路板11经历了电镀、阻焊剂(solder resist)以及防锈工艺和其它工艺，类似于传统技术。

如上所述，在第一实施例的电子设备1的多层印刷线路板11中，柔性板单元13具有分别夹入接地层l3与l9之间和接地层l9与l15之间的信号层16和112。此外，中间层l4-l5和中间层l7-l8分别插入到接地层13与信号层16之间以及信号层16与接地层19之间；并且中间层l10-l11和中间层l13-l14分别插入到接地层19与信号层112之间以及信号层112与接地层115之间。采用这种配置，形成了大约为100μm的间隙，该间隙由位于信号层16和每一个接地层13与19之间以及位于信号层112和每一个接地层19与115之间的环氧树脂预浸料产生。

因此，在保持柔性板单元13柔韧性的同时，对于多层印刷线路板11的柔性板单元13，能够将通过信号层16和112的信号线14传输的信号的阻抗控制为特征阻抗，例如50Ω。因此，可以通过信号层16和112的信号线14，在刚性板单元12之间以高速传输信号。具体地说，速度可大于1GHz。

另外，多层印刷线路板11具有多个信号层16和112(信号线14)，其采用阻抗控制保持柔韧性的兼容性。

具体地说，由于中间层l4-l5、l7-l8、l10-l11和l13-l14是由将环氧树脂注入到超薄的玻璃纤维织物中形成的材料而组成的，所以即使柔性板单元13形成为多层结构以形成多个信号线14，也可以保持柔性板单元13的柔韧性。

柔性板单元13还包括分别位于接地层13和15外表面上的保护层l1-l2和l16-l17。这种保护层的存在使得能够对于信号更可靠地执行上述阻抗控制。

此外，邻近接地层115的中间层l13-l14由热膨胀系数小于其余中间层的热膨胀系数的材料形成，其中该接地层115为柔性板单元13的层中最接近刚性板单元12的。因此，当在回流工艺中加热位于刚性板单元12一侧的柔性板单元13时，可以避免倾向于膨胀最多的部分的热膨胀。因此，能够抑制因柔性板单元13的材料膨胀而引起的配线破裂。

(b)第二实施例：

接着，根据第二实施例，将参照图6和图7对多层印刷线路板11’进行描述。

与参照上述图1-4描述的第一实施例相似，多层印刷线路板11’也形成电子设备1或者插入单元10。

如图6所示，除了包含虚设板单元(刚性虚设板单元)20这一点之外，多层印刷线路板11’与第一实施例中的多层印刷线路板11结构相同。

换句话说，多层印刷线路板11’包括虚设板单元20，该虚设板单元20被布置在柔性板单元13的外表面上，位于两个刚性板单元12之间，并且在一个部分或者多个(在本实例中为2个)部分处耦接到柔性板单元13和刚性板单元12的至少其中之一。

形成虚设板单元20的材料和层l18-l43的材料相同，层l18-l43布置为与虚设板单元20的层平行。

如图7所示，虚设板单元20的第一虚设板单元21由一个主体的形式制造，以在第一多层印刷线路板11a的制造中通过层压与其它单元共享，然后通过在狭缝工艺或者类似的工艺中将层l24-l18切开狭缝(slitting)而完成。从层124到层118的狭缝不是在第一多层印刷线路板11a的整个表面上形成的，而是形成为使得层l24-l18的其余部分耦接到其它单元(即刚性板单元12)。然而，在图6和图7中没有出现所述其余部分。

另一方面，第二虚设板单元22由一个主体的形式制造，以在第二多层印刷线路板11b的制造中通过层压与其它单元共享，然后(在此实例中，在与第一多层印刷线路板11a组合之后)通过在狭缝工艺或者类似的工艺中将层l43-l26切开狭缝而与其它单元分离。

虚设粘合部分23是接合(bind)狭缝工艺之后的第一多层印刷线路板11a与狭缝工艺之前的第二多层印刷线路板11b(即采用单一形式(singleform)的刚性板单元12a、12b和第二虚设板单元22)的预浸料(pregreg)，并且虚设粘合部分23作为粘合层l25。如图7所示，在狭缝工艺之后具有第一多层印刷线路板11a和在狭缝工艺之前具有第二多层印刷线路板11b的多层印刷线路板11’中，其中第一多层印刷线路板11a和第二多层印刷线路板11b通过粘合层l25彼此接合，将层143至126切开狭缝形成了与刚性板单元12a和12b的粘合层l25耦接的虚设板单元20。

此外，在热处理例如焊接工艺中的回流步骤之后，从多层印刷线路板11’去除图6所示的多层印刷线路板11’的虚设板单元20，其中该焊接工艺在刚性板单元12的部件安装表面(层L20)上安装一个或者多个电子部件。

换句话说，如图6所示，根据第二实施例的制造电子设备1(10)的方法包括一个步骤：在焊接工艺中的热处理之后，从多层印刷线路板11’去除虚设板单元20，其中焊接工艺在包括有虚设板单元20的多层印刷线路板11’中的刚性板单元12上安装一个或者多个部件。

如上所述，根据第二实施例制造多层印刷线路板11’(电子设备1(10))的方法，能够防止柔性板单元13直接暴露于由于对安装部件的回流焊接而产生的热，从而能够消除柔性板单元13的热膨胀的可能性。因此，必定可以防止柔性板单元13中的层脱落或出现裂缝，并且可以防止配线破裂。这样可以可靠地制造多层印刷线路板11’。

(c)其它：

本发明不应被理解为限制于前述的实施例，并且在不脱离本发明精神的范围内，可以做出多种变化和修改。

例如，上述实施例的电子设备1通过容纳多个插入单元10的装置示例，但是不限于此。令人满意的电子设备1包括多层印刷线路板11或者11’。

上述实施例的多层印刷线路板11和11’各包括两个刚性板单元12a和12b，但是本发明不限于此。例如，如图8A-8C所示，多层印刷线路板11”可以包括三个或者多个(在本实例中为三个)刚性板单元12a-12c。在这种情况下，刚性板单元12a和12b由第一柔性板单元13a连接，而刚性板单元12b和12c由第二柔性板单元13b连接。

制造及层压刚性板单元12a-12c和第一与第二柔性板单元13a和13b的方法与前述的实施例相同。

如图8C所示，多层印刷线路板11”的刚性板单元12a-12c通过间隔件相连，从而形成三层结构。这使得多层印刷线路板11”比前述实施例的多层印刷线路板的集成度高并且尺寸小。

上述第一和第二实施例假设柔性板单元13连接多个刚性板单元12的外表面并且在刚性板单元12a的外表面上方延伸。然而，本发明不限于这种结构。作为一种选择，柔性板单元13可以在一个或者多个刚性板单元的一部分的上方延伸并且连接所有的刚性板单元12。这样可以确保与前述实施例相同的优点。

如果柔性板单元13在一个或者两个刚性板单元12的内层之间形成，则优选在柔性板单元13的两侧形成两个虚设板单元20。这样可以进一步确保第二实施例的优点。

在上述两个实施例中，刚性板单元12a和12b的层数相同，但是本发明的实施例不限于此。刚性板单元12的层数可以不同。

此外，假设刚性板单元12a和12b的中间层l1-l2、l4-l5、l7-l8、l10-l11、l13-l14与l16-l17和层l19、l21、l23、l27、l29、l31、l33、l35、l37、l39、l41与l43为一种材料，其通过将环氧树脂注入到超薄的玻璃纤维织物中，而不使用玻璃纤维织物而形成。然而，中间层和其它层的材料不限于此。作为一种选择，可以使用通过层压铜箔到环氧树脂上形成的材料或者非纺织的玻璃布材料(如复合的覆铜层压板(composite copper-clad laminate board))。另外，作为一种选择，通过组合这些材料，可以形成这些层。这些选择可以和上述的实施例取得相同的效果。

此处叙述的全部实例和条件的语言都是作为教导目的，用于帮助读者理解由发明人所贡献的本发明的原理和概念，从而深化本领域，并且是用于解释而不是用于限制这些明确叙述的实例和条件，说明书中的这些实例的组织也不涉及对本发明的优势和劣势的展示。尽管已经详细地描述了本发明的实施例，但是应当理解，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可对本发明进行各种变化、替换和更改。

Claims (14)

1.一种多层印刷线路板，包括：

多个刚性板单元；以及

柔性板单元，连接所述多个刚性板单元的外层或内层，并在所述多个刚性板单元的外层或内层上方延伸，所述柔性板单元包括：

信号层，在所述多个刚性板单元之间发送信号；

多层接地层，将所述信号层夹在中间；以及

多层中间层，各所述中间层插入到所述信号层与一层所述接地层之间。

2.根据权利要求1所述的多层印刷线路板，其中所述柔性板单元还包括多层所述信号层，多层所述信号层的每一层被成组的所述中间层和接地层夹在中间。

3.根据权利要求1所述的多层印刷线路板，其中还包括三个或更多个连接到所述柔性板单元的所述刚性板单元。

4.根据权利要求1所述的多层印刷线路板，其中所述柔性板还包括层叠在每层所述接地层的外表面上的保护层。

5.根据权利要求1所述的多层印刷线路板，其中每层所述中间层包括一种材料，所述材料通过将环氧树脂注入到玻璃纤维织物中而形成。

6.根据权利要求1所述的多层印刷线路板，其中每层所述中间层和所述接地层包括一种材料，所述材料通过在环氧树脂上层叠铜箔而形成。

7.根据权利要求1所述的多层印刷线路板，其中每层所述中间层包括非纺织的玻璃布材料。

8.根据权利要求5所述的多层印刷线路板，其中每层所述中间层通过多次层叠所述材料而形成。

9.根据权利要求6所述的多层印刷线路板，其中每层所述中间层通过多次层叠所述材料而形成。

10.根据权利要求7所述的多层印刷线路板，其中每层所述中间层通过多次层叠所述材料而形成。

11.根据权利要求1所述的多层印刷线路板，其中如果所述柔性板单元形成在所述多个刚性板单元的外层上，则与布置在最接近所述多个刚性板单元的一层所述接地层相邻的一层所述中间层由一种材料制成，所述材料的热膨胀系数小于其余中间层的热膨胀系数。

12.根据权利要求1所述的多层印刷线路板，其中还包括刚性虚设刚性板单元，所述刚性虚设刚性板单元被布置在所述柔性板单元的外层上并且位于所述多个刚性板单元中的两个之间，并且至少一部分耦接到所述柔性板单元和所述两个刚性板的至少其中之一。

13.一种电子设备，包括如权利要求1至12中的任意一项所限定的多层印刷线路板。

14.一种电子设备的制造方法，所述电子设备包括多层印刷线路板，其中所述多层印刷线路板包括多个刚性板单元、柔性板单元以及刚性虚设单元，所述柔性板单元连接所述多个刚性板单元的外层或内层并且在所述多个刚性板单元的内层或外层上方延伸，所述刚性虚设单元布置在所述柔性板单元的外层上并且位于所述多个刚性板单元中的两个之间，并且至少一部分连接到所述柔性板单元和所述两个刚性板的至少其中之一，所述方法包括以下步骤：

在焊接工艺中的热处理之后，在所述多层印刷线路板的所述多个刚性板单元上安装一个或者多个部件，

从所述多层印刷线路板去除所述刚性虚设板单元。

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