JPH02152245A - 多数の回路要素を取り付けうる両面回路板 - Google Patents

多数の回路要素を取り付けうる両面回路板

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JPH02152245A
JPH02152245A JP1252506A JP25250689A JPH02152245A JP H02152245 A JPH02152245 A JP H02152245A JP 1252506 A JP1252506 A JP 1252506A JP 25250689 A JP25250689 A JP 25250689A JP H02152245 A JPH02152245 A JP H02152245A
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ロバート・アーノルド・クリスチヤンセン
Joel A Digirolamo
ジヨエル・アラン・デイギイロラモ
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 Ａ、産業上の利用分野 本発明は、両面に多数の回路要素を取り付け、それらの
回路要素を回路板を介して電気的に接続した回路板に関
するものである。この種の回路板は、モジュール、半導
体チップ、その他の個別エレメント、ならびに通常回路
板のシートをエツチングしたまたは回路板に直接メツキ
または塗布した薄層の回路リードを、構造的に支持する
薄いパネルである。実際問題として、パネルの両側のエ
レメント間の電気的相互接続は、薄い回路板を貫通する
通路によらなければならない。この方法でなければ、通
路は回路板の周囲にまたは回路板から離して通さなけれ
ばならず、いずれも相互接続の複雑さと通路の長さが増
大するため、回路板の製造費が上昇する。
Ｂ、従来技術及びその問題点 このような相互接続は、通路となる、導電材料でメツキ
または充填した、回路板を貫通する穴（バイアと称する
）によって行なわれる。しかし、回路板が金属中間層を
含む場合、このような金属層は各バイアの部分で絶縁さ
れなければならないので、この方法は適当でないことが
ある。このような絶縁を行なうと経費が増大し、また各
バイアに微小な穴やその他の欠陥が生じる可能性があり
、回路板の欠陥の原因になる。このような絶縁は通常湿
式メツキ浴でのメツキによって行なわれるため、湿式メ
ツキ浴では、浸漬中に薬品を汚染せず、残渣を中和また
は除去するために、浸漬前の洗浄、浸漬、浸漬後の洗浄
、乾燥等の工程が必要なので、高密度の回路板が大部分
乾式１程で製造できる場合は、このようなバイアを絶縁
することは特に望ましくない。
回路板の両端間で電気エレメントを接続する自立導体は
、一般の使用が知られていないが、米国特許第３９７７
０７４号に記載されている。その接続は、接続用金属タ
ブをバイア中に押し込んでバイアの側面に接着し、また
は回路板の反対側で平らになるようワイヤを曲げること
により行なう。
ここで接着は、たとえばはんだ付け、抵抗溶接または超
音波溶接により行なう。
Ｃ０問題点を解決するための手段 本発明は、銅やアルミニウム等の金属基礎層を宵する回
路板に特に有用である。基礎層として金属を使用する目
的は、金属が容易に熱を伝導するため、熱を急速に放散
させることである。したがって、熱は金属によって放散
され、それにより容易に周囲に伝達される。金属を基礎
として使用すると、回路エレメントを塗布するのに使用
する化学薬品の量が最少になる。
特に、ポリイミドの薄い絶縁層は、従来技術により、銅
の回路パターンをそれにメツキまたは塗装することがで
きる。代替方法として、ポリイミド層に金属シートを接
着剤で接着し、従来方法と同様に湿式エツチングで回路
パターンを形成する。
次に標準の湿式メツキにより、接点を形成する個所にニ
ッケル・メツキを行なった後、金メツキを行なう。次に
この積層品を銅の基礎シート上に移動し、回路パターン
を外側にして接着剤で接着する。次に個別回路エレメン
トを、表面装着技術により回路パターンに取り付ける。
通常、基礎層には、接地電位に接続するために１つまた
は複数の接続が行なわれるが、基礎層は電気回路の一部
ではなく、熱交換器と接地面の両方に使用される。回路
密度が増大するにつれて、熱の放散の重要性が増してき
ている。
最終の回路板の両面間で、構成部品を電気的に接続する
ために選択した位置に穴を有する銅または他の金属基板
を形成する。金属基板の穴の位置に対応する穴を有し、
穴の片側を銅で橋かけしたポリイミド等の絶縁材料の積
層品を形成する。この積層品を金属層と共に、得られた
金属・絶縁材料・金属の積層品の外側に金属層がくるよ
うにして金属基板に接着する。ポリイミド上の銅は、穴
を横切ると共に、従来品と全く同様の回路パターンを形
成する。回路銅は、ワイヤ・ボンディング接続を行なう
場所に、好ましくは金の薄い層と共にメタライズする。
銅の回路パターンを有する側に表面装着技術により構成
部品を取り付ける。金属基板の反対側には、金属基板の
穴に隣接する所定の位置に、電気モジュール、具体的に
はシリコン・チップまたはダイを取り付ける。チップか
らの１本または複数の自立するリードまたは線を、これ
らの個別の穴を通し、たとえば超音波溶接で穴を横切る
銅に接続する。バイア・ホールを横切る金属は、平坦な
表面に置くことにより、溶接中支持される。
リードを間に有する回路位置間の接続（一般にクロスオ
ーバ接続またはクロスオーバと称スル）は、上述のよう
な２つの穴からのワイヤ・ボンディングにより行なう。
これにより、回路板の中間リードと反対側にクロスオー
バ接続を行なうことによって、中間リードを避けること
ができる。
ワイヤ・ボンディング位置の金メツキ等のメタライゼー
シヨンを除いて、湿式化学工程は必要なく、得られる回
路板は高集積度で費用効率が高く、しかも金属基板の回
路板の良好な放熱特性が保持される。シリコン・チップ
は、チップからの放熱を最適にするために、熱伝導性接
着剤で金属基板に直接取り付けることができる。さらに
、積層品の形成及びワイヤ・ボンディングに既存の技術
が使用できるため、効率の良い製造が実現される。
Ｄ、実施例 第１図は、１つの標準的シリコン・ダイまたはチップ３
を示すために選択したこれよりはるかに大きい回路板１
、たとえばモータ・ドライバその他の高出力電源回路ま
たは高出力Ｎ気システム全体の切欠き図である。チップ
３は、通常０．２５ないし１．５２ｍ＋＊の厚みの銅シ
ート５に接着剤で接着される。銅シート５は回路板１用
の構造的基板で、さらに回路エレメントが発生する熱の
ヒート・シンクとしても機能する。厚みが約０．０２５
ｍｍないし０．０５０ｍｍのポリイミド皮膜７が基板シ
ート５に接着される。（通常厚みは約。。
０２５ｍｍで十分であるが、物理的及び絶縁性の要件に
よってはそれ以上とする。） 基板シート５には、穴９が設けてあり、これは放電加工
や打抜きなど通常の金属成形法により形成する。この実
施例では、各式９はポリイミド７に接する側よりチップ
３を支持する側のほうが大きくなるように傾斜部１１が
設けである。この形状は、後述の超音波ワイヤ・ボンデ
ィング・ツール用の余地を残すためで、したがって穴９
はポリイミド７の穴１３より大きくする。シート５が物
理的な支持及び放熱という本来の機能を果たすように、
各式９にはできるだけ多くの金属シート５を残すように
する。
ポリイミド７の穴１３は、この穴を横切って延びる銅片
１５を、回路板１の第１図に示した側とは反対側に宵す
る。これを第２図にさらにわかりやすく示す。第２図は
、回路板１を製作するのに使用する中間エレメントであ
るポリイミド層７と銅１５の積層品の断面図である。第
２図のエレメントは、電気絶縁体であるポリイミド層に
、電気回路のリードの形状の銅１５を接着したものであ
る。銅１５中のたて線は、銅１５が各式１３を横切って
延びているが、回路パターンを形成ししたがって不連続
であることを示している。第２図は特に、１つの断面に
断面を銅１５が横切って橋がけをしている穴１３ａの中
心と、銅１５が断面に垂直に橋かけをしている穴１３ｂ
の中心がある場合を示しているが、実際に１つの断面で
このようなことが起こることはまれである。
第２図のポリイミドと銅の積層製品は本発明の一部では
なく、市販されているもので、得られる製品は標準の柔
軟性回路と技術的に類似している。
大まかに言えば、穴１３を打ち抜いたポリイミド７の連
続したシート上にまず銅１５を連続したシートとして接
着剤で接着することによって作られる。
（代替方法として、シート７を連続的にし、穴１３のパ
ターンを通常の光学的技術によりポリイミド７上にレジ
スト・パターンとして画定し、パターンで覆われていな
いポリイミド７を湿式浸漬法によりエツチングして除去
してもよい。）次に銅の回路パターンを標準の光学技術
によりレジスト・パターンとして画定し、パターンで被
覆されてぃない銅は、湿式浸漬法によりエツチングして
除去する。次に加工品を洗浄し、ワイヤ・ボンディング
を行なう場所、すなわち穴１３における銅１５の橋かけ
部分に、標準の浸漬メツキ、たとえばニッケル・メツキ
後外層に金メツキを行なう等の方法でメタライズを行な
う。（通常ワイヤ・ボンディングを行なわない部分はマ
スクをかけ、メツキを行なわない。）この金までのメタ
ライゼーシヨンを、第３図及び第４図では単一の薄層１
６として示す。最後に、加工品を洗浄し乾燥する。得ら
れたエレメントは少なくとも回路板１とほぼ同じ広がり
を有し、第２図と同じ断面を有するシートである。
第２図のポリイミド７と銅１５の積層品は、銅シート５
に接着剤で接着する。ポリイミド７の穴１３は穴９に対
応し、傾斜部１１からは離してあける。次に回路チップ
３及び最終製品である回路板に必要な他のチップを、や
はり標準のダイ・ボンド接着剤４、たとえばエポキシま
たはポリイミドを主体とする接着剤で、基板５に取り付
ける。
ポリイミド系接着剤を使用するのは、熱安定性を改善す
るためである。接着剤は通常金属粉末等の伝導性フィラ
ーを充填し、接着剤に導電性及び伝熱性を付与する。こ
の方法は、基礎シート５が接地電位に接触し、チップ３
の底面が接地電位になるよう設計されている場合に行な
うことができる。
チップ３がこのような接地電位に適合せず、シート５が
接地される場合には、接着剤は、熱伝導性ができるだけ
高く、シかも電気的には絶縫性のものを選択する。
次にチップ３の接続端子１９から、標準のアルミニウム
線１７を接着する。第３図はこの操作を説明するもので
、ワイヤ・ボンディング装置２１（輪郭を点線で示す）
が、線１７の一端を銅１５に接続するため、六〇内に配
置されたところを示している。第３図のボンディング装
置の形状及び相対寸法は、この実施例に使用するために
選択した市販のボンディング装置とほぼ一致する。した
がって、ボンディング装置２１の片側は上向きの傾斜を
有するため、穴９を大きくせずに、傾斜部１１を設ける
ことが可能なことが明らかである。
それにもかかわらず、穴９はボンディング装置２１が入
るように、穴１３に比べて大きくしである。
ボンディング装置２１としては、メク・エル・インダス
トリーズ（Ｍｅｃｈ−ＥＩ　Ｉｎｄｕｓｔｒｉｅｓ　Ｉ
ｎｃ、）の２９０９Ａ自動ウエツジ・ボンダを使用する
ことができる。この装置は、供給源からの線１７をつか
み、垂直及び水平に移動させて線１７と超音波溶接ウェ
ッジ２３を接着位置に合わせた後、ウェッジ２３を下降
させ、超音波により溶接を行なう。
次に装置は垂直及び水平に移動して線を滑らせ、ウェッ
ジ２３と線１７の他の部分を第２の所定の接着位置に合
わせ、再びウェッジ２３を下降させて超音波溶接を行な
う。最後に、ボンディング装置は線１７をつかみ、２点
間に接続された線１７の部分を残して第２の接続位置で
切断する。この最終の接続状態を第３図に示す。上記の
超音波溶接は、操作員の制御の下で行なっても、マイク
ロプロセッサ制御により自動的に行なってもよく、この
実施例では、全く周知の方法で行なう。
このような超音波溶接の間、穴９にある銅１５は、アセ
ンブリを載せたチップ３が重力または真空により載って
いる平坦面２５によって底面で物理的に支持される。表
面２５は、回、銘板１全体と同一の広がりを持つもので
あれば、大きい台でも他の平坦な表面でもよい。
回路板１全体のワイヤ・ボンディングを完了し、ボンデ
ィング装置を除去した後、回路板１のチップ３を装着し
た側を標準の方法で不動態化する。
不動態化は基本的には保護皮膜（たとえばポリバラキシ
リレン）によるカプセル封じで行ない、これは、蒸着、
または充填エポキシ等の材料によるドーム形成（「グロ
ブ・トップ」ともいう）によって行なってもよい。この
実施例では、不動態化は各チップ３を個別に被覆するエ
ポキシ・グロブで行なうのが好ましい。
次に、回路板１を銅１５が上向きになるよう反転し、通
常の表面装着生産ラインで回路板１を加工する。この工
程で、表面装置エレメント２７は、ソルダ・アイランド
上に置き、アタッチメントとともに、はんだのりフロー
のみにより表面に接着する。この実施例の表面装着操作
はすべて従来の方法によって行なわれる。第５図は、表
面装着エレメント２７に向かって見た高集積度カードの
一部分を示す。銅１５で形成したリードは、通常の回路
相互接続を形成するが、銅１５の穴１３を横切る部分は
、穴９中に位置し、線１７でチップ３に接続される。
穴９ａ及び９ｂ（第１図）は、本発明によるクロスオー
バ接続を示す。穴９ａｉ９ｂ間の線１７ａ１及び他の穴
９について説明したように接続した線により、反対側の
銅１５ａ及び１５ｂのリード間の銅１５のリードは全く
不要となる。反対側のこのような接続には、電気絶縁材
料の層を追加することが必要になるため、これが不要に
なると費用効率が極めて高くなる。
したがって、回路板は両側に回路エレメントが高密度に
装着され、しかも熱を放散するのに有効な大型で分布し
た銅の基板５を有する。両側にエレメントを装置した回
路板１は、必然的に同じ部品を片側に装着した回路板よ
り小さくなる。チップ３は直接ｍ５に接続されるため、
銅５が容品にチップ３のヒート・シンクとして機能する
ことができる。チップ３を収容するための余分の材料は
不要である。最後に、この実施例は、周知の実用的で効
率のよい技術を用いるため、特に現行の方法に効率良く
適用できる。
Ｅ１発明の効果 パネルの両側を利用した場合の、エレメント間の電気的
持続が低コスト、かつ欠陥を生じる恐れなく実現される
。
【図面の簡単な説明】
第１図は、本発明による高集積度回路板の一部分を銅基
板側から見た透視図である。 第２図は、金属基板に付着させる前のポリイミド及び銅
の回路パターンの断面図である。 第３図は、製造の中間段階と、電線を接続するために使
用する超音波ワイヤ・ボンディング装置に関する開口部
の説明図であるる 第４図は、高集積度の回路板の断面図である。 第５図は、表面装着エレメントを有する側から見た高集
積度の回路板の一部の平面図である。 １・・・・回路板、３・・・・シリコン・チップ、５・
・・・銅シート、７・・・・ポリイミ　ド層、９．１３
・・・・穴、１１・・・・傾斜部、１５・・・・銅、１
７・・・・導線。 出願人　　インターナシロナル・ビジネス・マシーンズ
・コーポレーション 復代理人　弁理士　　篠　　１）　文　　雄１３ａ、１
３ｂ・−＊ ＦＩＧ、　　２

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）両面間にまたがる複数個の穴を有する支持層と、 上記支持層の一方の面上に、上記穴を横切って設けられ
    た導体回路パターンと、 上記支持層の他方の面上に支持された回路要素と、 上記回路要素に電気的に接続され、かつ上記穴を通して
    上記穴を横切る上記導電性パターンが上記穴と対面する
    側で上記導電性パターンに接続された導線または自立導
    体と、 を備えた多数の回路要素を取り付けうる両面回路板。
  2. （２）両面間にまたがる複数個の穴を有する金属支持層
    と、 上記金属支持層の一方の面上に設けた電気的絶縁層と、 上記金属支持層の他方の面上に支持された回路要素と、 上記絶縁層によって上記金属支持層から離隔されて上記
    絶縁層上に支持された導電性回路パターンと、 一端が上記回路要素に電気的に接続され、かつ他端は上
    記穴を通して上記導電性パターンに接続された導線また
    は自立導体と、 を備えた回路板。
  3. （３）両面間にまたがる複数個の穴を有する支持層と、 上記支持層の一方の面上に、上記穴を横切って設けられ
    た導体回路パターンと、 上記支持層の他方の面上に支持された回路要素と、 上記複数個の穴のうちの２つの穴を横切る回路パターン
    の２つの場所に電気的に接続され、かつ上記穴を通して
    上記穴を横切る上記導電性パターンが上記２つの穴の各
    々と対面する側で上記導電性パターンに接着された単線
    または他の自立導体と、 を含む回路板。
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