專利名稱：有機板和芯片載體上的線路通道及其制備方法
技術領域：
本發明涉及在印刷電路板和芯片載體等電器件上制備同軸導電通道道。
在諸如印刷電路板和芯片載體等電器件的制備過程中，人們期望提高導電通道密度以提高器件的輸入/輸出(I/O)容量。通道的常規制備方法是在印刷板或芯片載體上鉆孔或激光割孔，然后在孔的內壁上敷鍍金屬，形成板和芯片載體上從上到下的導電通道。
有必要在工業上被稱為有機印刷線路板(比如纖維和/或顆粒填充劑合成的聚合物)上形成高密度的同軸連接。
美國專利4,911,796號發明公開并要求保護一種在通道內壁用金屬敷鍍然后覆蓋印劑(ink)以制作通道的方法。在電路板截面形成單一導電通道。
美國專利5,300,911號發明公開并要求保護一種用于單體變壓器上兩個或多個耦合線圈的電流承載的同軸通道結構。首先，在一個燒結的陶瓷鐵氧體上形成通道以制作通孔。專利權人沒有公開如何形成孔。然后，在鐵氧體上和通孔內壁表面鍍上金屬，使其表面具有金屬特性。在金屬上再覆上絕緣體，再在表面和內壁上鍍金屬層。只要需要，就可以再加上導電層形成第三或第四個同軸通道結構。雖然，專利權人公開了在磁性器件(鐵氧體陶瓷上制備同軸通道的一種方法，但是，由此得到的通道是不連續的。平面層的通道常常串聯成出入鐵氧體的回路而充當線圈。層上通道也不是一個一個單獨可連通的，或是只能提供一個連接線路平面上和下的單獨的信號通道。絕緣層只能在襯底上一次形成一個整層而不允許有布線圖案或其他特殊制作。這樣，除了襯底邊緣外，無法形成鍍層的多層相互連通。
美國專利5,374,788號發明公開并要求保護一種用于印刷電路板的上、下連通的單通孔結構。環氧樹脂內的金屬芯和通孔用同軸金屬物或釬料層包裹以提高附著力。同軸包裹層相互間不是電絕緣的。
美國專利5,541567號發明公開了一種把被用作與導電表面導通的中心導體的導線線線連接，然后在置于陶瓷或磁性材料中的伸通孔中插入一根凸出的導線形成的同軸通道。這個結構被設計作為一個類似變壓器或電感線圈的東西，這對引線鍵合的大面積電路板的固體導體的制作是不適用的。常規制作工藝也不適合制作與成千上萬排列的孔對準的成千上萬的針，這樣能得到的最小間距比按本發明用光刻或激光定位的通孔間距要大得多。
美國專利5,653,834號發明公開并要求保護一種通過用玻璃涂敷氧化金屬板上孔的內壁，形成用于陶瓷電路板支撐基體的電饋過篩物的制作方法。然后，用金屬敷鍍孔，成為通過電路板橫截面的單導體。
根據工業實踐，電路板上單通道的制備是在載體板上鉆孔或激光割孔。在大量的絕緣層、鍍層和填充物用于形成電路板兩邊的層。
根據本發明，通常具有平行軸或同軸的多通道是通過如下方法在印刷電路板、芯片載體之類的電器件上制作的先在器件上提供一個一次通孔，該通孔從所述器件的上表面延伸到下表面；用金屬敷鍍該一次通孔以便提供一個從所述電路板或芯片載體上表面到下表面的導電通道；然后，在所述金屬敷鍍的通孔中填充或涂覆絕緣材料，并在所述上、下表面覆蓋一絕緣層，此絕緣材料可以是光敏聚合物；再在所述通孔中和上、下表面的絕緣層處，可能用鉆孔的方法形成一個二次通孔，二次通孔內壁與一次通孔鍍層內壁不接觸；然后，用金屬敷鍍所述二次通孔以便在所述用絕緣層覆蓋的第一和第二表面之間提供一個導電通道；用絕緣材料填充二次通孔，用第二絕緣層覆蓋第一、第二表面；然后除去覆蓋器件上和/或下表面的部分第一和/或第二絕緣層以允許獨立地與第一和第二通孔金屬鍍層表面接觸。二次通孔可以是一次通孔內的多軸平行的孔或一次通孔中的同軸孔。用相同的方法，可在一次通孔中依次形成彼此絕緣的多個通孔。同軸通孔數目受原始通孔的大小、在填充的絕緣層中鉆孔的精確度以及隨后在更小孔中敷鍍金屬時沒有與前次敷鍍金屬的通孔相接觸的因素限制。
理想情況下，可生產具有三重同軸通孔的器件，在器件的每個通孔中形成一套地/信號/電壓組合。此結構在高導線密度和高頻應用中提供優越的信號隔離。
因此，本發明的一方面是一種在印刷電路板或芯片載體上形成通常具有平行軸的多通道的方法，該方法是在所述電路板或芯片載體上提供一個一次通孔，所述通孔從所述電路板或芯片載體的上表面延伸到下表面；用金屬敷鍍該一次通孔以便提供一個從所述電路板或芯片載體上表面到下表面的導電通道；然后，在所述金屬敷鍍的通孔中填充或涂覆絕緣材料，并在所述上、下表面覆蓋一絕緣層；形成穿過所述一次通孔中和上、下表面絕緣層的絕緣材料的至少一個二次通孔，所述二次通孔與所述一次通孔的金屬鍍層分隔開來且不接觸；用金屬敷鍍所述二次通孔以便在所述用絕緣層覆蓋的第一和第二表面之間提供一個導電通道；用絕緣材料填充或涂覆所述金屬鍍敷的二次通孔，并用第二絕緣層覆蓋所述第一和第二表面；然后，除去覆蓋該電路板或芯片載體上或下表面的部分第一和/或第二絕緣層以允許(獨立地)與一次和二次通孔金屬鍍層的第一和/或第二表面接觸。
本發明的另一方面是一種印刷電路板或芯片載體上的通常具有平行軸線的多通道結構，此結構是通過如下方法制作的在所述電路板或芯片載體上提供一個一次通孔，所述通孔從所述電路板或芯片載體的上表面延伸到下表面；用金屬敷鍍該一次通孔以便提供一個從所述電路板或芯片載體上表面到下表面的導電通道；然后，在所述金屬敷鍍的通孔中填充或涂覆絕緣材料，并在所述上、下表面覆蓋一絕緣層；形成穿過所述一次通孔中和上、下表面絕緣層的絕緣材料的至少一個二次通孔，所述二次通孔與所述一次通孔的金屬鍍層分隔開來且不接觸；用金屬敷鍍所述二次通孔以便在所述用絕緣層覆蓋的第一和第二表面之間提供一個導電通道；用絕緣材料填充或涂覆所述金屬鍍敷的二次通孔，并用第二絕緣層覆蓋所述第一和第二表面；然后，除去覆蓋該電路板或芯片載體上或下表面的部分第一和/或第二絕緣層以允許(獨立地)與一次和二次通孔金屬鍍層的第一和/或第二表面接觸。


圖1A至圖1F示意地說明了本發明的工藝。
圖2示意地說明了根據本發明的工藝制備的具有多個二次通孔的器件。
圖3示意地說明了根據本發明的工藝制備的具有同軸通孔的器件。
參考圖1A，標號10為本發明制作方法中的一種合適襯底。襯底10可以是有機印刷電路板或陶瓷襯底等電器件。所述有機印刷電路板通常是一種纖維或顆粒填充劑合成的聚合物。
如圖1A所示，通孔12用本領域中熟知的常規工藝在印刷電路板或電器件上制作。通孔12從器件10的第一或上表面14延伸到其第二或下表面16。該通孔用金屬敷鍍(如鍍層技術)形成一導電鍍層18以提供從器件10上表面14至下表面16的導電通道。如圖1所示，該金屬鍍層延伸到上表面14和下表面16，使通道表面具有例如在本領域熟知的環形特征。
如圖1B所示，第一鍍層通孔12用在本領域中熟知的絕緣材料20填充。該絕緣材料比如可以是一種陶瓷漿或涂料，或是一種聚合物。雖然圖1B顯示了該通孔完全填充的狀態，也可能只填充孔內壁以保證絕緣層必要的厚度。
然后，如圖1C所示，在器件10的上下表面(分別為14、16)分別覆蓋絕緣層22、24。這些絕緣層，比如可用以薄膜或溶液形式沉積的光敏聚合物形成。同樣地，陶瓷漿、涂料或綠色絕緣生膠帶(unfiredgreen tape)均可使用。
如圖1D所示，二次通孔25穿過絕緣層22、24和一次通孔12中的絕緣材料20。圖中所示的二次通孔25與一次通孔12同軸，也可能在一次通孔的絕緣材料內形成多個二次通孔，這些孔的軸與一次通孔長軸平行，并對稱或非對稱地分布在一次通孔軸周圍。
如圖1E所示，在二次通孔25中形成導電涂層或金屬鍍層26，該鍍層從絕緣層22上表面28延伸到絕緣層24下表面30。該金屬鍍層延伸例如到上表面28和下表面30上，使通道表面具有在本領域熟知的環形特征。
圖1F顯示了用絕緣材料27填充的金屬敷鍍的二次通孔25和位于器件絕緣層22、24上的絕緣覆蓋層上下表面32、34。然后，通道36是用光刻或激光割孔法打通覆蓋層32和22以允許其與第一通孔12內的電饋通路18的金屬鍍層進行電接觸。在覆蓋層32內制備第二通道或孔38以允許其與第二通孔25的金屬鍍層26進行電接觸。通道38和36可用本領域熟知的方法敷鍍金屬以實現與軸向通孔的電接觸。
在器件10底部第一和第二通孔金屬敷鍍部分18和16的暴露可用與器件頂部金屬敷鍍部分的暴露相似的方式完成。
參看圖2，圖2示出了一個具有平行軸的多通道結構。圖2中的結構與圖1A-1F中相同的部分在相同的數字標號后加一字母“a”，圖2顯示了在通道12a內部具有平行軸的雙通道20a。通道20a的表面提供金屬鍍層26a和電接觸通道38a。
如圖3所示，示出了在電路板或芯片載體上制備的三重同軸通道結構。圖3中，帶后綴字母“b”的數字標記部分與圖1A-1F中的部分相同。一次通道12b的尺寸要足夠大以容納二次通道20b和三次通道和40及其相應的隔離絕緣層。一次通道12b、二次通道20b和三次40分別具有金屬鍍層18b、26b和42，相應地，分別通過通道36b、38b和44連接到表面線路。
在圖2和3的器件中，可按與上述圖1F的相同方式，實現與所述器件每個通道底面金屬鍍層的電接觸。
實現或利用與單個敷鍍金屬層或多個通道的邊沿或內部連接屬于本發明范圍。
本發明的方法允許通過電子封裝的絕緣層實現電接觸，該電子封裝可極大地提高層間輸入/輸出(I/O)密度。所述方法和所得結構極大地提高了信號通過絕緣層的電隔離。
得到的電饋通器件的上、下層具有類似在其平的表面間有絕緣層的多個環或堆垛環的表面特征。這些平的表面是貫穿絕緣層形成的導電金屬通道的端面。對于X、Y接線，也可與這些端面直接進行連接。雖然，圖1-3示出的通道(36、36a、36b和38、38a、38b)連接到各金屬敷鍍通道上，一些通道可以用來進行X、Y接線，而不必與載體10的外表面直接連接。
表1示出了具有相同間距的單通道和同全軸雙通道的表面I/O密度/平方密耳的對比。1密耳=0.001英寸。
表1
*假定在內部形成同軸通道后，剩余1密耳內壁為絕緣介質(即，不考慮外層金屬敷鍍層厚度)。
表1值得注意的是，比如，通道間距6密耳直徑4密耳的單通道，有約0.04I/O/平方密耳的I/O密度。當通道直徑為更易加工的8密耳時，通道直徑分別為4和6密耳(4密耳通道位于6密耳通道中)的同軸雙通道可獲得與上述相同的I/O密度。如表1所示固定通道間距一定時，同軸雙通道的I/O密度至少是單通道的2倍。
根據本發明，同軸通道組也提供更大的通道間隙用于通道間布線。這是使用本發明生產同軸通道的一個重要優點。
本發明解決了在高密度大有機電路板生產中遇到的另一個問題。通常，這些電路板內，有一個起加強并降低膨脹系數(TCE)作用的金屬芯。為了制作從上表面到下表面的通道，需要制備直徑常為2密耳那么小的許多孔。由于必須用激光工具取代鉆孔設備，這是非常困難和昂貴的。本發明允許在電路板上制備數量小、直徑大的孔，而得到相同的I/O密度。隨后，可在大孔內填充的絕緣介質中制備同軸通道連接。這樣可以提高制造自動化和降低成本。
為了提高信號隔離，信號通道通常被地和電壓通道包圍而形成一個電“籠”。這種屏蔽通道通常大大超過了實際對電和接地的需求，浪費空間。增加成本，又增加制備難度。根據本發明，使用單個大的同軸通道結構可以比接地通道或電壓通道包圍信號通道的典型電籠結構，占用更小的電路板空間并提供更好的信號隔離效果，所述結構的信號通道被一個外部接地地通道或信號通道包圍。同時，還可以使用一個大的同軸三通道結構。生產更合理的同軸三通道結構，包括被電壓通道(18b或26b)或接地通道(18b或26b)交替包圍的信號通道42。此結構如圖3所示。
雖然說明并描述了一些特定實施方案，但本發明并不局限于所述細節。以下權利要求進一步詳細說明仍屬本發明范圍的多種變更。
權利要求
1．一種在印刷電路板或芯片載體上制作通常具有平行軸線的多個通道的方法，包括下列步驟(a)在所述電路板或芯片載體上提供一個一次通孔，所述通孔從所述電路板或芯片載體的上表面延伸到下表面；(b)用金屬敷鍍該一次通孔以便提供一個從所述電路板或芯片載體上表面到下表面的導電通道；(c)在所述金屬敷鍍的通孔中填充或涂覆絕緣材料，并在所述上、下表面覆蓋一絕緣層；(d)形成穿過所述一次通孔中和上、下表面絕緣層的絕緣材料的至少一個二次通孔，所述二次通孔與所述一次通孔的金屬鍍層分隔開來且不接觸；(e)用金屬敷鍍所述二次通孔以便在所述用絕緣層覆蓋的第一和第二表面之間提供一個導電通道；(f)用絕緣材料填充或涂覆所述金屬鍍敷的二次通孔，并用第二絕緣層覆蓋所述第一和第二表面；以及(g)除去覆蓋所述電路板或芯片載體的上、下表面之一的所述第一、第二絕緣層之一的一部分以便允許與一次和二次通孔上的第一、第二金屬鍍層表面進行(獨立地)電接觸。
2．如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括提供與所述一次通孔同軸的二次通孔。
3．如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括除去覆蓋所述電路板或芯片載體上、下表面的第一和/或第二絕緣層的一部分，以便允許它與每個所述通孔的第一和第二金屬鍍層的兩端面進行獨立地電接觸。
4．如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括提供多個長軸互相平行并且與與所述一次通孔長軸也平行的二次通孔，位于所述一次通孔的絕緣層內的所述二次通孔彼此被隔開。
5．如權利要求1所述的方法，其特征在于，包括通過重復步驟d-f提供與所述一次或二次通孔同軸且直徑較小的至少一個附加通孔，然后除去每層的一部分以便允許與每個所述同軸通孔的金屬鍍層進行獨立地電接觸。
6．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所有絕緣層主要由聚合物材料形成。
7．如權利要求1所述的方法，其特征在于，所有絕緣層主要由陶瓷材料形成。
8．如權利要求5所述的方法，其特征在于，所有絕緣層主要由聚合物材料形成。
9．如權利要求5所述的方法，其特征在于，所有絕緣層主要由陶瓷材料形成。
10．一種印刷電路板或芯片載體通常具有平行軸的多通道結構，是通過下列步驟上制作的(a)在所述電路板或芯片載體上提供一個一次通孔，所述通孔從所述電路板或芯片載體的上表面延伸到下表面；(b)用金屬敷鍍該一次通孔以便提供一個從所述電路板或芯片載體上表面到下表面的導電通道；(c)在所述金屬敷鍍的通孔中填充或涂覆絕緣材料，并在所述上、下表面覆蓋一絕緣層；(d)形成穿過所述一次通孔中和上、下表面絕緣層的絕緣材料的至少一個二次通孔，所述二次通孔與所述一次通孔的金屬鍍層分隔開來且不接觸；(e)用金屬敷鍍所述二次通孔以便在所述用絕緣層覆蓋的第一和第二表面之間提供一個導電通道；(f)用絕緣材料填充或涂覆所述金屬鍍敷的二次通孔，并用第二絕緣層覆蓋所述第一和第二表面；以及(g)除去覆蓋所述電路板或芯片載體的上、下表面之一的所述第一、第二絕緣層之一的一部分以便允許與一次和二次通孔上的第一、第二金屬鍍層表面進行(獨立地)電接觸。
11．如權利要求10所述的結構，其特征在于，包括提供與所述一次通孔同軸的二次通孔。
12．如權利要求11所述的結構，其特征在于，包括除去覆蓋所述電路板或芯片載體上、下表面的第一和/或第二絕緣層的一部分，以便允許它與每個所述通孔的第一和第二金屬鍍層的兩端面進行獨立地電接觸。
13．如權利要求10所述的結構，其特征在于，包括提供多個長軸互相平行并且與與所述一次通孔長軸也平行的二次通孔，，位于所述一次通孔的絕緣層內的所述二次通孔彼此被隔開。
14．如權利要求10所述的結構，其特征在于，包括通過重復步驟d-f提供與所述一次或二次通孔同軸且直徑較小的至少一個附加通孔，然后除去每層的一部分以便允許與每個所述同軸通孔的金屬鍍層進行獨立地電接觸。
15．如權利要求10所述的結構，其特征在于，所有絕緣層主要由聚合物材料形成。
16．如權利要求10所述的結構，其特征在于，所有絕緣層主要由陶瓷材料形成。
17．如權利要求14所述的結構，其特征在于，所有絕緣層主要由聚合物材料形成。
18．如權利要求14所述的結構，其特征在于，所有絕緣層主要由陶瓷材料形成。
19．如權利要求10所述的結構，其特征在于，電信號在由用作電源或接地連接之一的至少一個周圍同軸通道所屏蔽的同時被連接到電路板或芯片載體的至少一個通道。
20．如權利要求13所述的結構，其特征在于，電信號在由用作電源或接地連接之一的中心和周圍同軸通道中被屏蔽的同時被連接到電路板或芯片載體的至少一個通道。
全文摘要
在印刷電路板、芯片載體等電器件上制備具有平行軸或同軸的多通道,先在器件上制備一個用金屬敷鍍的一次通孔;再用絕緣材料填充或覆蓋所述通孔和通孔端部的上下表面;形成穿過所述通孔中和其上下表面絕緣層的同軸或平行軸的多通道;用金屬敷鍍該通道以提供器件上、下表面間的導電通道;然后,除去部分表面絕緣層以與金屬敷鍍通道電接觸。根據本發明可制備同軸通道。電信號通道還可在同軸的電源或接地通道中被屏蔽。
文檔編號H05K1/11GK1223543SQ98123999
公開日1999年7月21日 申請日期1998年11月11日 優先權日1997年11月14日
發明者本杰明·V·法薩諾, 凱文·M·普雷蒂曼 申請人:國際商業機器公司