專利名稱：多層板的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種在其中具有電子器件的多層板。
背景技術：
在其中具有電子器件的多層板由多個單面導線分布圖案膜(樹脂膜)構成。導線分布圖案和層間連接器中至少一個是在膜中形成。而且，在有些膜中還具有通孔，具有通孔的多層膜是分層的。當通孔被沒有通孔的膜覆蓋的時候，在分層的膜中就形成凹槽。具有電極的電子器件放置在凹槽中，并且凹槽用另外的沒有通孔的膜覆蓋。然后，加熱分層的膜并且從兩側施壓以制出多層板。
考慮到電子器件的外圍形狀的偏差，凹槽的大小制成比電子器件的外圍形狀稍大一點，可以準確穿過通孔以及準確定位電子器件。因此，在電子器件和凹槽之間可能產生間隙。
相反，如果構成電子器件電極的材料的熔點低于加熱和加壓過程時的溫度，因為加熱和加壓過程中的超高溫，電子器件的電極會熔化。
因此，當加熱置于凹槽中的電子器件時，電極會熔化并且流入到間隙中。在這種情況下，當多個電子器件放置在多層板中的時候，由于熔化多個電極可能會相互連接，連接的可靠性就會降低。
發明內容
考慮到前述的以及其它問題，本發明的目的就是提供一種多層板。
根據本發明的第一個例子，多層板包括由絕緣材料制成的基部。多個導線分布圖案通過多層層疊放置的方式設置在多層板的基部中。多個層間連接器設置在基部中，并且層間連接器通過加熱過程和導線分布圖案電連接。電子器件設置在基部中，并且與層間連接器和導線分布圖案中至少一個電連接。電子器件包括由熔點高于加熱過程的溫度的材料制成的電極。
根據本發明的第二個例子，多層板包括絕緣的基部，多層導線和電子器件。絕緣的基部由加熱過程中加熱的樹脂膜制成。多層導線放置在絕緣的基部中。電子器件包括與多層導線電連接的電極。電極具有比加熱過程的溫度高的熔點。
相應地，電子器件的電極連接可靠性能夠提升。
本發明的以上和其它的目的，特征以及優點通過接下來參考相應附圖的詳細介紹，可以變得更加清楚。圖中圖1是根據本發明的實施例，顯示多層板的原理性剖視圖。
圖2A到2F是顯示多層板的簡要生產過程的逐步的剖視圖。
圖3A是顯示將要埋置在多層板中的電子器件的透視圖，圖3B是顯示埋置在多層板中的電子器件的透視圖。
圖4A是顯示將要埋置在多層板中的電子器件的放大的剖視圖，圖4B是顯示埋置在多層板中的電子器件的放大的剖視圖。
圖5A是沿圖4B的V-V線的剖視圖，其中該電子器件的電極由錫制成，圖5B是沿圖4B的V-V線的剖視圖，其中該電子器件的電極由金制成。
具體實施例方式
如圖1所示，多層板100包括導線分布圖案22，絕緣部分39(基部)，導電混合物51(層間連接器)及電子器件41。由樹脂膜23制成的絕緣部分39如圖2C和2D所示，同時樹脂膜23在絕緣部分39中安全地相互結合在一起。電子器件41放置在絕緣部分39中，并且與導線分布圖案22電連接。電子器件41密封在絕緣部分39中。
多層板100至少在一側包括散熱器46，比如多層板100的下表面。因此，熱量能夠從多層板100輕易地散射，即使是除了置于多層板100之中的電子器件41，還有另外的電子器件61安裝在多層板100的上表面。絕緣部分39的熱傳導性低于金屬，因此絕緣部分39的熱量不容易散射。然而，因為由金屬制成的散熱器具有更好的熱傳導性，多層板100的熱傳導性能夠有效地提高，因此熱量能夠從多層板100容易地散射。
電子器件41由例如電阻、電容、濾波器或者是集成電路構成。電子器件41在每一端有電極42，所述電極將與導線分布圖案22和如圖2C所示的導電漿料50電連接。該導電漿料50在加熱后變為導電混合物51。電極42沿著膜23的層方向，在電子器件41的表面形成。
為了形成電極42，在鄰近電子器件41的一端形成一個初級的(基礎的)電極。比如，通過噴射法，離子電鍍法或者蒸鍍法將Cu、NiCr或者Ni涂在電子器件41的一預定區域上。然后，將熔點比將要進行的加熱過程溫度高的材料通過電鍍，設置在初級電極表面，作為電極42。該材料由例如金、鎳、銅、銅鎳合金、銀或者導電漿料制成。電極42由在空氣中不會氧化的材料制成，比如金。
構成電極42的導電漿料由第一金屬和第二金屬制成。第一金屬能夠與導電混合物51和導線分布圖案22中至少一個形成合金。第二金屬具有比加熱過程溫度高的熔點。特別是，JP-A-2003-110243公布的導電漿料，在此引入作為參考。將60g有機溶劑(比如松油醇)加入到300g錫微粒和300g銀微粒中，通過攪拌器攪拌成漿料。錫微粒平均直徑約為5μm，比表面積大約為0.5m2/g，銀微粒平均直徑約為1μm，比表面積約為1.2m2/g。
這里將會描述一種制作多層板100的方法。如圖2A所示，單面導線分布圖案膜21包括樹脂膜23和在樹脂膜23的單面上的導線分布圖案22。樹脂膜23由絕緣材料制成，導線分布圖案22通過蝕刻結合在樹脂膜23單面上的導體箔(比如18μm厚的銅箔)形成。樹脂膜23是熱塑性的，厚度為75μm的樹脂膜，由例如按重量為65-35％的聚醚醚酮和按重量為35-65％聚醚酰亞胺的混合物制成。
在導線分布圖案22形成后，二氧化碳氣體激光照射樹脂膜23以形成通路孔24，如圖2B所示。通路孔24的底面由導線分布圖案22構成。控制二氧化碳氣體激光的能量和照射時間，以防止在導線分布圖案22上造成穿孔。
受激準分子激光器可以用來形成通路孔24。除了激光，鉆孔也可以用來形成通路孔24。然而，當激光束用來形成通路孔24時，通路孔24可以有更好的精度，而且可以減少對導線分布圖案22的損傷。
通路孔24形成后，導電漿料50作為電連接材料填入通路孔24，如圖2C所示。為了形成導電漿料50，將60g有機溶劑(比如松油醇)，其中溶解了6g乙基纖維素樹脂，加入到300g錫微粒和300g銀微粒中，通過攪拌器攪拌成漿料。錫微粒平均直徑約為5μm，比表面積大約0.5m2/g，銀微粒平均直徑約為1μm，比表面積約為1.2m2/g。
這里，加入乙基纖維素樹脂為導電漿料提供形狀保持的特性。可選地，丙烯酸樹脂可以用來替換乙基纖維素樹脂。
導電漿料50通過使用金屬掩模的絲網印刷機印刷以填充到單面導線分布圖案膜21的通路孔24中，導電漿料50中的松油醇在大約140-160℃時經過大約30分鐘就會干燥。可替換的是，可以使用投放器將導電漿料50填充到通路孔24中。
在此，可以使用具有在150℃到300℃之間的范圍內的沸點的有機溶劑以替換松油醇。然而，如果有機溶劑的沸點低于150℃，隨著時間過去，導電漿料的粘性可能會有很大的變化。相反，如果有機溶劑的沸點高于300℃，用來干燥的所必須的時間可能會增加。
錫微粒平均直徑約為5μm，比表面積大約0.5m2/g，銀微粒平均直徑約為1μm，比表面積約為1.2m2/g。作為選擇，錫微粒或者銀微粒的平均直徑可以大約為0.5-20μm，比表面積大約為0.1-1.5m2/g。
如果微粒的平均直徑小于0.5μm，或者如果微粒的比表面積大于1.5m2/g，制作用來填充通路孔24的具有合適粘性的導電漿料50就需要大量的有機溶劑。如果導電漿料50包含了大量的有機溶劑，就增加了干燥的時間。如果干燥不充分，當加熱導電漿料50用來層間連接時，就會產生大量的氣體。因此，通路孔24中就容易產生氣孔，因此在這種情況下，層間連接的可靠性會降低。
相反，如果微粒的平均直徑大于20μm，或者微粒的比表面積小于0.1m2/g，導電漿料50就很難填入通路孔24。而且，微粒會分布不均勻，因此加熱導電漿料50的時候不能形成均勻的合金(比如導電混合物51)。在這種情況下，層間連接的可靠性很難保證。
而且，在將導電漿料50填入到通路孔24之前，可以對導線分布圖案22上面對通路孔24的部分進行輕微地蝕刻處理或者還原處理。因此，可以準確地實施接下來要介紹的通孔連接(層間連接)。
如圖2D所示，單面導線分布圖案膜31包括樹脂膜23和在樹脂膜23的單面上的導線分布圖案22，與圖2A中所示單面導線分布圖案膜21相似。通路孔24在膜31中形成，導電漿料50填入到膜31的通孔24中，與圖2B和圖2C所示的單面導線分布圖案膜21相似。
當通路孔24在單面導線分布圖案膜31中形成時，通孔35同時也在單面導線分布圖案膜31中形成。由于激光處理，通孔35位于對應電子器件41的位置，同時通孔35具有對應于電子器件41外形的形狀。
如圖3A所示，單面導線分布圖案膜31部分具有突起311，當電子器件41插入到由通孔35構成的空間36時，突起用來將電子器件41定位和固定在正確的位置上。可以用黏合劑代替突起311來定位和固定。如圖3B所示，當電子器件41插入到空間36時，電子器件41和膜31之間有一個大于等于20μm的間隙312的尺寸。而且，間隙312的尺寸小于等于樹脂膜23的厚度(比如75μm)。間隙312遍布在電子器件41的四周。而且，如圖4A所示，當單面導線分布圖案膜21，31層疊時，在單面導線分布圖案膜21，31之間提供了導線分布圖案22的厚度的間隙。
在形成通路孔24的同時，通孔35由激光處理形成。可選地，除了形成通路孔24的時間以外，還可以在其它時間通過沖壓或者刳刨來形成通孔35。
這里，單面導線分布圖案膜31的樹脂膜23是熱塑性的樹脂膜，厚度為75μm，由例如按重量為65-35％的聚醚醚酮和按重量為35-65％聚醚酰亞胺的混合物制成。與單面導線分布圖案膜21的樹脂膜23相似。
在單面導線分布圖案膜31上的通孔35形成并且導電漿料50填充到單面導線分布圖案膜21，31的通路孔24并且干燥之后，層疊多個(比如6個)單面導線分布圖案膜21，31，如圖2E所示。
這時，層疊單面導線分布圖案膜21，31并且導線分布圖案22置于單面導線分布圖案膜21，31的上表面。也就是說，層疊單面導線分布圖案膜21，31，以便在其上形成導線分布圖案22的樹脂膜23的上表面與其上沒有形成導線分布圖案22的上層樹脂膜23的背面上相背對。
這里，如圖2E所示，層疊在相同位置具有通孔35的鄰近膜31，因此空間36的深度對應于電子器件41的厚度。因為本實施例中的電子器件41的厚度為160μm，因此層疊了2層厚度為75μm的相鄰膜31。因此，空間36的厚度為150μm，這小于等于電子器件41的厚度。當層疊了單面導線分布圖案膜21，31后，將電子器件41插入到由通孔35構成的空間36中。通過調整樹脂膜23的層數可以很容易地控制空間36的深度。
然后，單面導線分布圖案膜21層疊在空間36的上側。單面導線分布圖案膜21具有填充了導電漿料50的通路孔24，以與導線分布圖案22和電極42電連接。
而且，由鋁制成的散熱器46置于膜層21，31背面。在本實施例中散熱器46是金屬的基部。與散熱器46接觸的最低層的樹脂膜23沒有通路孔24。多層板100包括絕緣部分39，它的熱傳導性低于金屬。然而，當散熱器46置于膜層21，31的至少一個單面上時，可以有效地改進多層板的熱傳導性，因此，熱量可以很容易地從多層板100上散射。
如圖2E所示層疊之后，通過真空加熱加壓機器從兩側(頂層和低層)加熱加壓膜21，31和散熱器46。例如，在大約250-350℃加熱，在大約1-10Mpa壓力下加壓持續約10-20分鐘。
因此，如圖2F所示，膜21，31和散熱器46能相互連接。因為樹脂膜23由相同的熱塑性樹脂材料制成，樹脂膜23能很容易地熔化整體結合到絕緣部分39中。因此，電子器件41可以徹底地封閉到絕緣部分39中而沒有任何間隙。
此外，通路孔24中的導電漿料熔結后結合到導電混合物51中。導電混合物51連接相鄰的導線分布圖案22作為層間連接器。而且，電子器件41的電極42和導線分布圖案22可以相互連接。從而，其中帶有電子器件的多層板100可以制作出來。
這里，將簡要描述導線分布圖案22之間的層間連接的機理。當填充到通路孔24中的導電漿料50干燥后，錫微粒和銀微粒在導電漿料中混合。因為錫微粒的熔點為232℃而銀微粒的熔點為961℃，當導電漿料在約250-350℃加熱時，錫微粒熔化了并且粘附到覆蓋銀微粒的外周。
當在這種狀態下持續加熱時，熔化的錫開始擴散到銀微粒的表面形成錫和銀的合金。合金的熔點為480℃。此時，因為對導電漿料施加了1-10Mpa的壓力，由合金制成的導電混合物51可以在通路孔24中形成。
當導電混合物51在通路孔24中形成時，導電混合物51被壓到導線分布圖案22的一個表面，構成通路孔24的底部部分。因此，導電混合物51中的錫成分和銅薄片中的銅成分在固相時互相擴散。因此，在導電混合物51和導線分布圖案22的接觸面可以形成固相擴散層以實現電連接。
而且，如圖4B所示，由于跟上述導電混合物51和導線分布圖案22電子器件41之間的固相擴散層大致相同的機理，電子器件41的電極42通過金屬擴散層電連接到導線分布圖案22。在導電混合物51和導線分布圖案22之間的接觸面，以及導電混合物51和電極42之間的接觸面形成金屬擴散層。由于金屬擴散層，電極42通過導電混合物51可以更穩固地連接到導線分布圖案22。
當樹脂膜23通過真空加熱加壓裝置來加熱和加壓時，樹脂膜23的彈性系數降低至約5-40Mpa。因此，鄰近通孔35的樹脂膜23變形突出到通孔35中。而且，在膜層方向中對著通孔35的樹脂膜35也變形突出到通孔35中。也就是說，鄰近空間36的樹脂膜23被推向空間36。
因此，電子器件41可以被與變形的樹脂膜23整體結合的絕緣部分39密封起來。當樹脂膜23被加熱和加壓時，樹脂膜23可以具有范圍為1-1000Mpa的彈性系數。如果樹脂膜23彈性系數大于1000Mpa，樹脂膜23會很難相互連接，而且樹脂膜23會很難變形。如果樹脂膜23彈性系數小于1Mpa，樹脂膜23加壓時容易液化，因此多層板100會很難形成。
而且，在電子器件41的電極42由例如具有熔點低于加熱過程溫度的錫的材料制成的情況下，在用真空加熱加壓裝置來加熱和加壓電極42時，電極42會熔化。如圖5A所示的比較示例中，熔化的電極42會形成澆注區域421，因為當樹脂膜23被推向空間36(見圖3A)時，熔化的電極42被推動并流進到間隙312(見圖3B)中。
當電子器件41的熔化的電極42流進間隙312而形成澆注區421時，澆注區421會電連接到導線分布圖案22或電子器件41的非期望部分(例如其它電極)。在這種情況下，連接可靠性會降低。
不過，在這個實施例中，使用了具有熔點高于加熱過程溫度的材料作為電子器件41的電極42。舉例來說，由金、鎳、銅、銅鎳合金、銀或導電漿料制成的材料。因此，如圖5B所示，當用機器加熱和加壓時，電極42沒有熔化，也沒有流入到間隙312中。因此，電子器件41的電極42的連接可靠性能保持更好，因此電極42可以穩固地連接到導電混合物51和導線分布圖案22中的至少一個。
為了電連接到導線分布圖案22，電子器件41的電極42在膜層方向上形成在電子器件41的表面上。作為選擇，電極42可以在除了膜層方向外的方向上形成在電子器件41的表面上。也就是說，電極42在膜層方向上設置在電子器件41的第一表面，以及近似地垂直于電子器件41的第一表面的第二表面。
當多層板100包括在電極42和樹脂膜23之間的間隙中的電子配線時，該電子配線與電極42隔離。因此，可以減少電極42和電子配線之間的短路或故障。當至少兩層樹脂膜23鄰近電極42層疊時，間隙可以是電極42和樹脂膜23之間產生的多個間隙之一。
樹脂膜23由例如按重量為65-35％的聚醚醚酮和按重量為35-65％聚醚酰亞胺的混合物制成。可選地，在聚醚醚酮和聚醚酰亞胺中填充的任何非導電性填充物的膜可以用來作為樹脂膜23。聚醚醚酮(PEEK)或聚醚酰亞胺(PEI)可以單獨用作樹脂膜23而且，熱塑性樹脂，例如聚苯硫醚(PPS)、熱塑性聚酰亞胺或液晶聚合物，可以用來作為樹脂膜23。任何在加熱過程中具有彈性系數約為1-1000Mpa的樹脂膜，或任何具有在此后要進行的焊接過程中所需要的熱阻抗的膜都可以用來作為樹脂膜23。
散熱器46放置在多層板100的最底面。可選地，散熱器46可以部分安放在多層板100的最底面，或在兩面(最底面和最上面)。而且，當熱散射特性不要求提高時，散熱器可以不用安放在多層板100上。
為了將散熱器46放置在多層板100上，需要在要連接到絕緣部分39的散熱器46的粘附面上放置粘結片。舉例來說，為了改善粘結特性和熱傳導性，聚醚酰亞胺片、具有熱傳導填充物的熱固性樹脂或具有熱傳導填充物的熱塑性樹脂可以用作粘結片。
而且，上述的多層板100制成6層。然而，層數不限于6層。
這些改變和修正可以理解為在本發明權利要求定義的范圍內。
權利要求
1.一種多層板(100)，包括由絕緣材料制成的基部(39)；以多層層疊方式設置在基部中的多個導線分布圖案(22)；設置在基部(39)中的多個層間連接器(50，51)，其中層間連接器(50，51)通過加熱過程電連接到導線分布圖案(22)；以及設置在基部(39)中的電子器件(41)，其中電子器件(41)電連接到層間連接器(50，51)和導線分布圖案(22)中的至少一個，并且電子器件(41)包括由熔點比加熱過程的溫度高的材料制成的電極(42)。
2.如權利要求1所述的多層板(100)，其特征在于，基部(39)由多個樹脂膜(23)制成，所述樹脂膜包括層間連接器(50，51)和導線分布圖案(22)中的至少一個，電子器件(41)設置在由樹脂膜(23)中設置的通孔(35)構成的空間(36)中。
3.如權利要求2所述的多層板(100)，其特征在于，樹脂膜(23)包括熱塑性樹脂膜。
4.如權利要求1到3中任一所述多層板(100)，其特征在于，電極(42)由金、鎳、銅、銅鎳合金、銀和導電漿料中至少一種制成，并且導電漿料由能夠與層間連接器(50，51)和導線分布圖案(22)中至少一個形成合金的第一金屬和熔點比加熱過程的溫度高的第二金屬制成。
5.如權利要求1到3中任一所述的多層板(100)，其特征在于，電極(42)通過金屬擴散層電連接到層間連接器(50，51)和導線分布圖案(22)中至少一個，并且金屬擴散層設置在層間連接器(50，51)和導線分布圖案(22)中至少一個和電極(42)之間的界面上。
6.如權利要求1到3中任一所述的多層板(100)，其特征在于，電極(42)布置在電子器件(41)沿層方向上的第一表面上和大體上垂直于電子器件(41)的第一表面的第二表面上。
7.如權利要求2或權利要求3所述的多層板(100)，其特征在于，還包括設置在電極(42)和樹脂膜(23)之間的間隙中的電子配線，其中電子配線與電極(42)隔離。
8.如權利要求7所述的多層板(100)，其特征在于，至少兩層樹脂膜(23)鄰近電極(42)層疊，并且間隙是電極(42)和樹脂膜(23)之間提供的多個間隙之一。
9.一種多層板(100)，包括由在加熱過程中加熱過的樹脂膜(23)制成的絕緣基部(39)；位于絕緣基部(39)中的多層導線(22)；以及包括電連接到所述多層導線(22)的電極(42)的電子器件(41)，其中電極(42)的熔點高于加熱過程中的溫度。
10.如權利要求9所示的多層板(100)，其特征在于，電極(42)在加熱過程中不能被熔化。
全文摘要
一種包括由絕緣材料制成的基部(39)的多層板(100)。多個導線分布圖案(22)以多層方式放置在基部(39)中。多個層間連接器(50，51)放置在基部(39)中，并且通過加熱過程電氣連接到導線分布圖案(22)。電子器件(41)放置在基部(39)中，并且電氣連接到層間連接器(50，51)和導線分布圖案(22)中至少一個。電子器件(41)包括由熔點高于加熱過程溫度的金屬制成的電極(42)。
文檔編號H05K1/09GK101087492SQ20071010884
公開日2007年12月12日 申請日期2007年6月5日 優先權日2006年6月5日
發明者竹內聰, 神谷博輝, 清水元規 申請人:株式會社電裝