CN102150481A

CN102150481A - 多层柔性印刷电路布线基板及电子装置

Info

Publication number: CN102150481A
Application number: CN2008801310652A
Authority: CN
Inventors: 菅根光彦
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 2008-09-09
Filing date: 2008-09-09
Publication date: 2011-08-10
Also published as: EP2326156A4; WO2010029611A1; US20110139492A1; JPWO2010029611A1; EP2326156A1

Abstract

本发明涉及利用于高速传输的多层柔性印刷电路布线基板及电子装置，将芯材、连续层及布线层作为一组层叠体，并隔着绝缘层层叠多组该层叠体；其中，所述芯材由绝缘材料构成，而且具有可弯曲性，所述连续层配设在该芯材的一个面上，而且由用于形成接地层的导电性材料构成，所述布线层配设在所述芯材的另一个面上，而且由实施了阻抗控制的导电性材料构成。

Description

多层柔性印刷电路布线基板及电子装置

技术领域

本发明涉及多层柔性印刷电路布线基板及电子装置，特别涉及用于高速传输的多层柔性印刷电路布线基板及电子装置。

背景技术

通常，在网络系统或服务器系统设备等电子装置中，搭载有印刷电路布线基板，其中，该印刷电路布线基板上搭载有电子零件和电子电路。此种电子装置具有功能多样化的倾向，并且伴随功能多样化，还具有搭载在印刷电路布线基板上的零件件数增大的倾向。另一方面，此种电子装置谋求标准化，而且印刷电路布线基板的尺寸也要标准化的情况较多。

因此，在具有标准化的规定尺寸的印刷电路布线基板中，若零件件数增大，则会发生难以将要搭载的电子零件全部搭载在印刷电路布线基板上的情况。因此，近年来，提出了以下结构：对于具有标准化的规定尺寸的印刷电路布线基板(以下称为主基板)，准备形状比该主基板的形状小的印刷电路布线基板(以下称为子基板)，将该子基板层叠在主基板上，并且用连接器将各基板连接起来。由此，能够实质上增大电子零件等的搭载面积，能够在标准化的规定尺寸的基板内搭载多个零件(参照专利文献1)。

图1、图2A和图2B示出了具有此种印刷电路布线基板的电子装置的一个例子。在各图中，举出了插件(plug in unit)1作为电子装置的例子。该插件1具有由印刷电路布线基板构成的主要基板2(以下称为主基板2)。在该主基板2上高密度地安装有多个电子零件4。

但是，主基板2的尺寸按标准而定，不能将主基板2变更为标准以上的尺寸。但是，随着插件1的多功能化，零件件数增大，在标准尺寸的主基板2上无法安装全部零件。

因此，以前进行以下处理：与主基板2分立地设置辅助基板3(以下称为子基板3)，将不能安装在主基板2上的电子零件6安装在该子基板3上，将该子基板3层叠在主基板2上并且使该主基板2和该子基板3电连接。图2A示出了将子基板3搭载在主基板2上之前的状态，图2B示出了已将子基板3搭载在主基板2上的状态。

以前，该主基板2与子基板3之间的电连接采用以下结构：在主基板2上设置基板连接用连接器7A，并且在子基板3上也设置基板连接用连接器7B，通过使该各基板连接用连接器7A、7B相嵌合，由此各基板2、3进行电连接(例如下述专利文献1)。

但是，在利用基板连接用连接器7A、7B连接主基板2与子基板3的方法中，由连接器的销数量来决定主基板2与子基板3之间的布线连接数量，因此配置在主基板2与子基板3之间的布线数量是有界限的。

另外，基板连接用连接器7A、7B分别配置在主基板2和子基板3上。另一方面，若基板连接用连接器7A、7B的销数量增加，则基板连接用连接器7A、7B的形状必然变大。因此，若要增加布线数量，则产生能够安装各基板2、3上的电子零件的件数量受限制的问题点。

进而，在利用了基板连接用连接器7A、7B时，是插销与触点的接触而产生的电连接，所以难以控制阻抗。

为了解决上述问题，考虑利用微波传输带，其中该微波传输带利用了柔性电缆。此时，用绝缘层夹着中央导体，并且在该绝缘层的与中央导体相对的一侧即在柔性外表面上形成导体箔(以接地层(ground plane)为目的的连续层(solid layer))(例如专利文献2)。

专利文献1：日本特开平11-220237号公报

专利文献2：日本特开2008-117846号公报

发明内容

发明所要解决的问题

但是，由于导体是金属，因此与绝缘体所用的树脂等相比，柔性较低，所以简单地在外侧形成接地层的微波传输带的柔性将降低。

用于解决问题的手段

本发明的总的目的在于，提供解决上述现有技术问题且改良过的有用的多层柔性布线基板及电子装置。

为了实现该目的，在本发明中，形成多层柔性印刷电路布线基板，该多层柔性印刷电路布线基板是将芯材、连续层及布线层作为一组层叠体，并隔着绝缘层来层叠多组所述层叠体而成的；其中，所述芯材由绝缘材料构成，而且具有可弯曲性，所述连续层配设在所述芯材的一个面上，而且由用于形成接地层的导电性材料构成，所述布线层配设在所述芯材的另一个面上，而且由实施了阻抗控制的导电性材料构成。

另外，能够形成一种电子装置，该电子装置具有第一刚性基板、第二刚性基板及多层柔性印刷电路布线基板，该多层柔性印刷电路布线基板具有可弯曲性，而且用于连接所述第一刚性基板和第二刚性基板，所述多层柔性印刷电路布线基板是将芯材、连续层及布线层作为一组层叠体，并隔着绝缘层来层叠多组所述层叠体而成；其中，所述芯材由绝缘材料构成，而且具有可弯曲性，所述连续层配设在所述芯材的一个面上，而且由用于形成接地层的导电性材料构成，所述布线层配设在所述芯材的另一个面上，而且由实施了阻抗控制的导电性材料构成。

发明的效果

通过实施多层化，与用单层导体箔形成接地层(连续层)时相比，本发明能够够使每个接地层的厚度变薄，所以与现有技术的结构相比，能够确保柔性。

附图说明

图1是作为现有技术的一个例子的电子装置的立体图。

图2A是作为现有技术的一个例子的电子装置的分解侧视图。

图2B是作为现有技术的一个例子的电子装置的侧视图。

图3A是作为本发明的一个实施例的电子装置的侧视图。

图3B是作为本发明的一个实施例的电子装置的俯视图。

图4是表示通过作为本发明的一个实施例的多层柔性布线基板来连接主基板和子基板的状态的俯视图。

图5是表示用来安装作为本发明的一个实施例的电子装置的搁板的立体图。

图6是将作为本发明的一个实施例的多层柔性布线基板与主基板和子基板之间的连接位置放大显示的剖视图。

图7是作为本发明的一个实施例的多层柔性布线基板的剖视图。

图8是作为本发明的一个实施例的多层柔性布线基板的分解图。

图9是微带线的模型图。

附图标记说明：

10：多层柔性布线基板；

11：插件；

12：主基板；

13：子基板；

15：外部连接用连接器；

20：机架；

21：搁板；

23：第一通孔；

24：第二通孔；

25：第三通孔；

26：第四通孔；

28、29：连接销；

34a、34b：通孔布线层；

35a、35b、35c：半固化片(prepreg)；

36a、36b、36c：芯材；

37a、37b、37c：连续层；

38a、38b：布线层；

40：第一层叠体；

41：第二层叠体；

42：接地层用层叠体。

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。

图3A和图3B是表示作为本发明的一个实施例的电子装置。在本实施例中，举出插件11作为电子装置的例子。该插件11安装在网络系统或服务器系统设备中。

图5示出了在服务器系统设备上安装有插件11的状态。服务器系统设备上设置有机架(rack)20，该机架20上配设有多个(在图5中，为了便于图示，仅示出了一个)搁板(shelf)21。插件11相对于该搁板21而装拆。

插件11如图3A和图3B所示，大致具有由印刷电路布线基板构成的主基板12(以下称为主基板12)。在该主基板12上高密度地安装有多个电子零件(省略图示)。

如图5所示，插件11用于相对于搁板21进行装拆，其尺寸按标准来决定。另外，在插件11的构成物中，形状最大的是主基板12，因此插件11的形状由主基板12来决定。因此，主基板12不能为标准尺寸以上。

但是，随着插件11的多功能化，零件件数增大，在标准尺寸的主基板12无法安装全部的零件。因此，本实施例的插件11还与主基板12分立地设置有辅助基板13(以下称为子基板13)。并且，采用将主基板12上安装不下的电子零件安装在该子基板13上，并且将该子基板13层叠在主基板12上的结构。

该主基板12和子基板13是如上述的印刷电路布线基板。具体而言，各基板12、13具有以下结构：在环氧玻璃制的绝缘层上层叠有多层印刷布线有铜布线图案的构造。因此，各基板12、13成为较硬而且弯曲性和挠性较小的刚性基板。

在本实施例中，主基板12和子基板13利用多层柔性布线基板10而电连接。图4是表示将多层柔性印刷电路布线基板10、主基板12及子基板13展开后的状态的俯视图。如图4所示，多层柔性印刷电路布线基板10的一个侧面(图中为右侧面)与主基板12相连接，另一个侧面(图中为左侧面)与子基板13相连接。该多层柔性印刷电路布线基板10与主基板12之间的连接结构及多层柔性印刷电路布线基板10与子基板13之间的电连接结构是如后述的利用通孔23至26和连接销28、29的连接结构。

另外，在以层叠状态将子基板13配设在主基板12上时，使多层柔性印刷电路布线基板10弯曲成大致U字状。由于多层柔性布线基板10具有可弯曲性，因此能够容易地弯曲成U字状。

这样，通过使多层柔性布线基板10弯曲成U字状，如图3A所示，达到子基板13相对于主基板12而层叠(重叠)的状态。在该状态下，在主基板12与子基板13之间配设有管状的支柱部件18，并利用螺栓19将基板12和基板13固定。

这里，主要利用图6至图8，详述多层柔性印刷电路布线基板10的结构及多层柔性印刷电路布线基板10与各基板12、13之间的连接结构。另外，为了便于说明和图示，图6至图8是放大地描画出主要部分的图。

图6是将多层柔性印刷电路布线基板10和主基板12及多层柔性印刷电路布线基板10与子基板13之间的连接位置放大表示的图。如图6所示，在主基板12的边缘附近部形成有多个第一通孔23，而且在子基板13的边缘附近也形成有多个第二通孔24。

该第一通孔23为如下结构：在主基板12的边缘附近的规定位置形成贯通孔，并在该贯通孔内镀铜，由此该第一通孔23与主基板12内的规定内层布线电连接。另外，在主基板12的上表面上形成有焊盘部23a，该焊盘部23a与第一通孔23的上端连接成一体。并且，在主基板12的下表面上形成有焊盘部23b，该焊盘部23b与第一通孔23的下端连接成一体。

同样地，第二通孔24结构如下：在子基板13的边缘附近的规定位置形成贯通孔，并且在该贯通孔内镀铜，由此该第二通孔24与子基板13内的规定内层布线电连接。另外，在子基板13的上表面上形成有焊盘部24a，该焊盘部24a与第二通孔24的上端连接成一体。并且，在子基板13的下表面上形成有焊盘部24b，该焊盘部24b与第二通孔24的下端连接成一体。

多层柔性印刷电路布线基板10具有层叠有多个层叠体40、41等的多层结构(具体的结构在后详述)。在该多层柔性印刷电路布线基板10的两个边缘附近部形成有第三通孔25和第四通孔26。此时，设定成第三通孔25的形成位置与所述第一通孔23的形成位置相对应，第四通孔26的形成位置与形成于子基板13上的第二通孔24的形成位置相对应。

所述各通孔25、26也用与所述通孔23、24大致同一制造方法制造出来。即，第三通孔25和第四通孔26结构如下：在多层柔性印刷电路布线基板10的两个缘附近的规定位置形成贯通孔，并且在该贯通孔内镀铜，由此该第三通孔25和该第四通孔26分别与多层柔性印刷电路布线基板10内的规定内层布线电连接。此时，能够利用钻孔加工来形成贯通孔，能够容易地形成贯通孔。

为了将多层柔性印刷电路布线基板10和主基板12连接起来，首先进行第一通孔23与第三通孔25的定位。由此，第一通孔23的中心轴与第三通孔25的中心轴一致，因此，成为第一通孔23与第三通孔25同轴相对的状态。

在该状态下，连接销28插入到第一通孔23和第三通孔25中。作为连接销28，选定具有导电性并且具有规定的弹性的金属材料(例如铜合金)。在连接销28插入到第一通孔23和第三通孔25的状态下，连接销28的一端部(图6的上端部)从焊盘部23a突出，连接销28的另一端部(图6的上端部)从焊盘部25b突出。

该焊盘部23a与连接销28之间、焊盘部23b与焊盘部25a之间及焊盘部25b与连接销28之间，通过焊接而固定。由此，多层柔性布线基板10和主基板12实现电连接。另外，由于在多层柔性印刷电路布线基板10与主基板12之间插通有连接销28，因此与仅仅焊接的接合方法相比，多层柔性印刷电路布线基板10与主基板12之间机械强度能够提高。

同样地，为了使多层柔性印刷电路布线基板10与子基板13相连接，首先进行第二通孔24与第四通孔26的定位。由此，第二通孔24的中心轴与第四通孔26的中心轴一致，因此，达到第二通孔24与第四通孔26同轴相对的状态。

在该状态下，连接销29插入到第二通孔24和第四通孔26中。作为连接销28，与上述同样地，希望利用具有导电性并且具有规定的弹性的金属材料(例如铜合金)。在连接销29插入到第二通孔24和第四通孔26中的状态下，连接销29的一端部(图6的上端部)从焊盘部24a突出，连接销29的另一端部(图6的上端部)从焊盘部26b突出。

该焊盘部24a与连接销29之间、焊盘部24b与焊盘部26a之间以及焊盘部26b与连接销29之间，通过焊接而固定。由此，多层柔性印刷电路布线基板10与子基板13之间也实现电连接。另外，由于在多层柔性印刷电路布线基板10与子基板13之间插通有连接销29，因此与仅仅焊接的接合方法相比，多层柔性布线基板10与子基板13的机械强度能够提高。

这样，在本实施例中，作为将多层柔性印刷电路布线基板10与主基板12接合起来的结构及将多层柔性印刷电路布线基板10与子基板13接合起来的结构，不仅仅是焊接，还利用连接销28及连接销29，因此能够实现电连接性的提高和机械强度的提高。因此，即使多层柔性布线基板10相对于作为刚性基板的主基板12和子基板13弯曲，在第一通孔23与第三通孔25之间的接合位置及第二通孔24与第四通孔26之间的接合位置不会产生连接不良、龟裂等损伤。因此，即使在主基板12与子基板13的连接中利用多层柔性布线基板10，也不会降低插件11的可靠性。

图7和图8示出了多层柔性布线基板10的具体结构。图7是多层柔性印刷电路布线基板10的剖视图，图8是多层柔性印刷电路布线基板10的分解图。

多层柔性布线基板10从上层起依次层叠有通孔用布线层34a、半固化片35a、第一层叠体40、半固化片35b、第二层叠体41、半固化片35c、连续层37c、芯材36c及通孔用布线层34b。

配设在最上层和最下层的通孔用布线层34a和通孔用布线层34b例如是厚度为12μm的铜膜。通过对该通孔用布线层34a、34b进行蚀刻法等印刻图案处理来形成焊盘部25a、25b、26a及25b。

另外，半固化片35a至35c是在未固化的热固树脂(例如环氧树脂)中浸渍使玻璃纤维布等加固材料后构成的。在本实施例中，使该半固化片35a至35c的厚度为45μm以上55μm以下。一般的半固化片的厚度为65μm以上是普遍的，但在本实施例中，通过利用半固化片35a至35c的厚度为45μm以上55μm以下的较薄部件，能够使半固化片35a至35c具有可弯曲性。

这里，使半固化片35a至35c的厚度的下限为45μm以上，是因为若半固化片35a至35c比45μm还薄则不能够发挥作为加固材料的作用。另外，使半固化片35a至35c的厚度的上限为55μm以下，是因为若半固化片35a至35c比55μm还厚则不能实现所希望的可弯曲性。另外，半固化片35a至35c相当于技术方案中记载的绝缘层。

第一层叠体40和第二层叠体41具有大致相同的结构。第一层叠体40由芯材36a、连续层37a及布线层38a构成。另外，第二层叠体41由芯材36b、连续层37b及布线层38b构成。并且，位于图中最下部的接地层用层叠体42由芯材36c、连续层37c及通孔用布线层34b构成。

各层叠体40至42是所谓的覆铜层压板，在作为加固材料发挥作用的芯材36a至36c的两个表面上设置有作为导电材料的铜箔，并对铜箔进行印刻图形处理，依次形成连续层37a至37c、布线层38a和38b及通孔用布线层34b。芯材36a至36c是在环氧树脂浸渍玻璃纤维布而成的。

该芯材36a至36c为绝缘材料，发挥保持连续层37a至37c、通孔用布线层34b及布线层38a、38b的作用。另外，芯材36a、36b还位于作为导体的连续层37a与布线层38之间以及连续层37b与布线层38b之间来发挥作为绝缘体的作用。

另外，在本实施例中，将芯材36a至36c的厚度设定为45μm以上55μm以下。一般的覆铜层压板的芯材与所述半固化片同样地厚度为65μm以上是普遍的。但是，在本实施例中，通过利用厚度为45μm以上55μm以下的较薄部件作为芯材36a至36c，能够具有弯曲性。

这里，使芯材36a至36c的厚度的下限为45μm以上，是因为若芯材36a至36c比45μm薄则不能发挥保持连续层37a至37c、通孔用布线层34b及布线层38a、38b的作用。另外，使芯材36a至36c的厚度的上限为55μm以下，是因为若芯材36a至36c比55μm厚则不能够实现所希望的可弯曲性。

连续层37a至37c及布线层38a、38b是如上述地将铜膜印刻成规定的形状，其厚度为12μm左右。

在各图中，连续层37a至37c形成于芯材36a至36c的上表面。该连续层37a至37c通过通孔25、26分别与主基板12的接地布线、子基板13的接地布线相连接。因此，连续层37a至37c作为接地层而发挥作用。

另一方面，在各图中，布线层38a、38b形成于芯材36a、36b的下表面。该布线层38a、38b通过通孔25、26分别与主基板12的信号布线、子基板13的信号布线相连接。因此，布线层38a、38b作为信号布线而发挥作用。另外，如上所述，通孔用布线层34b通过印刻图形而成为焊盘部25b、26b。

可是，在本实施例中，将多层柔性布线基板10应用在插件11中。因此，由于布线层38a、28b中流动高速信号，因此为了进行良好的信号传输，需要进行高精度的阻抗控制。在本实施例中，通过将各层叠体40至42层叠起来，用布线层38a、28b及连续层37a至37c来构成微带线。

即，布线层38a隔着绝缘层(芯材36a和半固化片35b)夹持于发挥接地层功能的一对连续层37a、37b之间。同样地，布线层38b隔着绝缘层(芯材36b和半固化片35c)夹持于发挥接地层功能的一对连续层37b、37c之间。

另外，在本实施例中，将布线层38a、28b的特性阻抗控制为50Ω。这里，利用图9说明将布线层38a、28b的特性阻抗控制为50Ω的具体方法。图9是微带线的示意图。这里以布线层38a为例进行说明。

这里，使位于连续层37a与布线层38a之间的芯材36a(绝缘材料)的厚度及位于布线层38a与连续层37b之间的半固化片35b(绝缘材料)的厚度h均为50μm(h＝50μm)。另外，使布线层38a的图案宽度W为50μm(W＝50μm)。另外，使芯材36a和半固化片35b的介电常数(εr)为3.4(εr＝3.4)。并且，将布线层38a的厚度t控制为通过后述的计算式(1)的运算而得到的12μm(t＝12μm)。

将布线层38a的厚度(t＝12μm)代入求阻抗Z₀的下式中，求出图9所示的模型的阻抗。

Z_{0} = \frac{60}{\sqrt{ϵr}} \times \ln (\frac{1.9 \times (2 \times h + t)}{0.8 \times W + t}) - - - (1)

通过将所述的各值代入到(1)式中，阻抗Z₀的值为50.67Ω。对于布线层38b也进行同样的设定，由此能够将多层柔性印刷电路布线基板10的布线层38a、38b的特性阻抗控制为大致50Ω。因此，即使将多层柔性印刷电路布线基板10应用于进行高速传输的插件11，也能够降低传输损耗地进行可靠性高的信号传输。

以上，详述了本发明的优选实施例，但本发明并不限定于上述的特定实施方式，在权利要求书所记载的本发明宗旨的范围内，能够进行各种变形或变更。

例如，在上述的实施例中，说明了将布线层38a、38b的阻抗控制为50Ω的例子，但阻抗值并不限定于此，能够控制为任意的。另外，对于构成多层柔性印刷电路布线基板10的布线层38a、38b、连续层37a至37c的厚度或宽度，能够根据所希望的阻抗值而适当变更。

另外，在本实施例中，举出了插件11作为应用多层柔性布线基板10的电子设备，但对于进行高速传输的其他电子设备而言，当然也能够适用。

Claims

1.一种多层柔性印刷电路布线基板，具有可弯曲性，其特征在于，

将芯材、连续层及布线层作为一组层叠体，并隔着绝缘层来层叠多组所述层叠体；

其中，

所述芯材由绝缘材料构成，而且具有可弯曲性，

所述连续层配设在所述芯材的一个面上，而且由用于形成接地层的导电性材料构成，

所述布线层配设在所述芯材的另一个面上，而且由实施了阻抗控制的导电性材料构成。

2.根据权利要求1所述的多层柔性印刷电路布线基板，其特征在于，所述层叠体构成微带线。

3.根据权利要求1所述的多层柔性印刷电路布线基板，其特征在于，所述芯材采用在环氧树脂中浸渍玻璃纤维布得到的结构。

4.根据权利要求3所述的多层柔性印刷电路布线基板，其特征在于，所述芯材的厚度为45μm以上55μm以下。

5.根据权利要求1所述的多层柔性印刷电路布线基板，其特征在于，所述布线层的特性阻抗被控制为50Ω。

6.根据权利要求1所述的多层柔性印刷电路布线基板，其特征在于，形成有用于连接所述布线层和所述连续层的通孔。

7.根据权利要求1所述的多层柔性印刷电路布线基板，其特征在于，所述绝缘层为半固化片。

8.一种电子装置，具有第一刚性基板、第二刚性基板及多层柔性印刷电路布线基板，该多层柔性印刷电路布线基板具有可弯曲性，而且用于连接所述第一刚性基板和第二刚性基板，其特征在于，

所述多层柔性印刷电路布线基板的结构为：将芯材、连续层及布线层作为一组层叠体，并隔着绝缘层来层叠多组所述层叠体；

其中，

所述芯材由绝缘材料构成，而且具有可弯曲性，

9.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，

所述第一刚性基板具有第一通孔，

所述第二刚性基板具有第二通孔，

所述多层柔性印刷电路布线基板具有第三通孔和第四通孔，

所述第一通孔与所述第三通孔相连接，且所述第二通孔与所述第四通孔相连接，由此使所述第一刚性基板和所述第二刚性基板经由所述多层柔性印刷电路布线基板来相连接。

10.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，所述层叠体构成微带线。

11.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，所述芯材采用在环氧树脂中浸渍玻璃纤维布得到的结构。

12.根据权利要求11所述的电子装置，其特征在于，所述芯材的厚度为45μm以上55μm以下。

13.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，所述布线层的特性阻抗被控制为50Ω。

14.根据权利要求8所述的电子装置，其特征在于，所述绝缘层为半固化片。