專利名稱：帶埋置式去耦電容的印刷電路板及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種帶埋置式去耦電容的印刷電路板及其制造方法。更具體地說，本發明涉及一種將被覆有介電材料、預選鉆好孔或預先蝕刻好的導電薄片成多層堆置制成的因而集成去耦電容極高的印刷電路板。預鉆好孔或預蝕刻好的導電薄片呈電壓層或接地層的形式。被覆上介電材料之后，各薄片堆置起來，使電壓層和接地層交替堆置。接著將交替堆置體與其它信號層層壓在一起，形成所要求的多層電路板。
電子電路通常都含有許多(有時是數百個)元件，例如電阻器、電容器、電感器、二極管、機電開關和晶體管等。電子元件的高密度封裝對大量數據能否在計算機中快速存取是非常重要的。高密度電子電路組件在高頻設備和通信設備中也很重要。各元件連接成電路，各電路連接成功能器件。這些接線起分配電能和分配信號的作用。在多層電子電路組件中，組件中有些層用作電源層，其它組件層用作信號層，這視乎器件的工作要求而定。這些器件既要有一定的機械強度，在結構上又要有一定的保護措施。各電路本身需要有電源才能工作。但無論怎么說，功能器件會產生熱量或熱能，這些熱量或熱能都必須散除，器件才不致停止工作。此外，雖然大量元件的高密度封裝能提高器件的性能，但耗電元件所產生的熱量對器件的性能和可靠性有有害的影響。這種有害影響起因于由象電阻率增高之類的電氣問題和象熱量增加引起的熱應力之類的機械問題。
高密度封裝必然提高多層電子電路組件中布線的密度，減小各層之間介電被覆層的厚度。多層組件中的各層是用通路孔和通孔電連接的。這里“通路孔”一詞是指多層電子電路組件中毗鄰的各層之間的導電通路。“通孔”一詞是指延伸到非毗鄰層的導電通路。高密度組件的通孔，直徑越來越小，且各層的各通孔必須精確對齊。
因此，象芯片、模件、電路卡、電路板以及這些元件的組合件之類的電子電路組件，要達到最佳的工作性能就必須滿足一系列要求。組件的結構必須牢固，足以支撐和保護各元件和布線。此外，組件一定要能夠散熱，其熱膨系數一定要和元件的相稱。最后，要能在市面上有市場，組件就應該生產成本低，易于制造。
電子電路組件通常既可用在數字電路又可用在模擬電路，但用得最多的還是數字電路。在數字電路中，一個電壓離散值附近的小范圍對應于邏輯“0”，另一電壓離散值附近的另一小范圍對應于邏輯“1”。具有這些性能的信號為“數字信號”。數字信息處理與這些數字信號的傳輸、存儲和應用有關。
在數字信息處理過程中，信號從一種二進制值變為另一種二進制值。這個轉變在理想情況下是以“階躍函數”的形式傳輸的。但這個理想的階躍函數因傳輸線路和組件中其它傳輸線路上電阻、電容、電感和傳輸線路的作用而畸變。此外，這個階躍函數，無論是理想的抑或畸變的，還會引起其它畸變和寄生信號(即噪聲)和在電路組件中的其它線路上的感應信號。因此需要將噪聲從數字電路中濾除。
可以通過設置RC時間常數和帶通特性適當的內部RC濾波電路在數字電路組件中進行噪聲的濾除，從而將信號線路與例如電源線路、接地線路或其它信號線路電容性耦合或去耦合。
大家知道，現有技術中嘗試過提供埋置的去耦電容。舉例說，頒發給Lauffer等人的美國專利No.5,027,523中提出的集成埋置電容器，其第一電極通過一根導線與第一信號芯層相連接，其第二電極通過一根導線與第二信號芯層相連接。第二電極至少一部分與第一電極重疊，但由一介電材料薄膜將兩電極分隔開。這兩個電極和介電材料薄膜形成整體的埋置式電容器。
頒發給Lucas(“lucas”)的美國專利5,261,153提供了一種在印刷電路板內形成電容元件的方法。Lucas公開了在未經處理的介電片材兩側層壓上導電薄片，再裝入印刷電路板中作為電路板中的一個板層的作法。
Lucas的方法是通過逐一蝕刻各薄片上繪有線路圖形的光刻膠材料而形成間隙孔的。本發明可以將多個薄片堆置在一起，同時鉆孔或沖孔，因而降低了組件的造價。此外，Lucas的方法由于沿薄介電材料的玻璃纖維鍍上了樹枝狀銅，因而各層之間容易短路，很不可靠。本發明非玻璃的介電材料則不含任何規定的樹枝狀銅的通路。
本發明的一個目的是提供一種帶去耦接地和電源母線因而可以妥善起開關控制作用(stimulus)的印刷電路板。
本發明的另一個目的是提供一種去耦電容值極高的印刷電路板。
本發明的第三個目的提供一種制造帶集成去耦電容的印刷電路板的方法。
因此，本發明提供的制造待埋置在電子電路組件中的電容器的方法包括下列步驟選擇第一導電薄片；選擇介電材料；將介電材料被覆到第一導電薄片的至少一面上；再將經被覆的薄片連同第二導電薄片分層層疊在介電材料的被覆層上。此外，本發明還涉及裝有至少一個按本發明制造的埋置式電容器的電子電路組件。
本發明的好處在于，提供的電容器是埋置在電子電路組件中的，因而可以少裝或無需表面安裝式電容。
本發明的另一個好處是，提供的埋置式電容器對接地母線和電源母線起去耦合作用，從而使開關控制作用得以正確發揮。
本發明的再一個好處是，埋置式電容器的采用使印刷電路板的去耦電容值非常高。
從下面結合附圖和實例對本發明的最佳實施例進行的詳細說明可以清楚了解本發明的其它特點和優點。
圖1是本發明多層印刷電路板的一個單層的示意圖。
圖2是本發明多層印刷電路板一個單層的另一個實施例的示意圖。
本發明涉及一種帶埋置式去耦電容的印刷電路板及其制造方法。本發明制造集成去耦電容值極高的印刷電路板的方法是將多個預先鉆好孔或預先蝕刻好被覆有介電電材料的導電薄片多層疊置在印刷電路內的。預先鉆好孔或預先蝕刻好的導電薄片形成電壓層或接地層。被覆上介電材料之后，這些導電薄片交替埋置起來(即電壓層/接地層/電壓層)，再與其它信號層層壓在一起，制成多層印刷電路板成品。
在本發明的最佳實施例中，導電薄片是銅質的。其它適用的導電薄片還有銅-因瓦鐵鎳合金-銅，因瓦鐵鎳合金，鋁和銅，但并不局限于這些。這些都預先層壓到介電材料上。
介電被覆層可以是由以下物質組成的任何類型的介電材料，例如標準的液體環氧樹脂，聚酰亞胺，聚四氟乙烯，氰酸酯樹脂、樹脂粉料或介電常數大的填料樹脂系統。介電材料被覆到導電薄片上可采用工業上周知的許多方法進行，例如，滾筒、拉延、粉料或料簾被覆法，靜電或電泳淀積法，絲網印刷法，噴涂法，浸漬法或干膜轉移法等。這些被覆方法形成均勻的薄膜(0.0001英寸～0.003英寸厚)。一經多層層壓，這些被覆膜的厚度就不受玻璃布料的限制了。
下面就兩個實例進一步說明本發明的內容。第一實例采用高級焊接式掩模(ASM)干膜形成本發明帶集成堆置式電容的復合多層印刷電路板。一般的信號-信號芯層和信號-電壓芯層通過層壓和電路化而制成。這些經電路化的芯層要經過氧化銅處理以提高復合層壓層的粘合性。此外，本發明的薄銅片/介質構件按下列步驟進行預加工1.在三片1盎司雙處理過的薄銅片上沖壓出工藝孔對正槽口。
2.在三銅片上鉆孔。將上下兩個堆置片堆置在鉆床上，鉆成接地層間隙孔的圖形。第三銅片鉆成電壓層間隙圖形，供在多層印刷電路板的中心使用。
3.介電材料選用0.002英寸厚帶聚酯薄膜載片的ASM干膜。將介電材料熱軋層壓到上接地層銅薄片的頂面、下接地層銅薄片的底面和中間電壓層薄銅片的兩面上。
4.剝除所有ASM被覆層上的聚酯薄膜載片，再將薄銅片/ASM構件放入150℃的烘爐中歷時30分鐘。以除去ASM中的溶劑。
5.接著將這些薄銅片/ASM構件連同預制的芯件、玻璃布和外銅薄片埋置在對正銷子上，再在190℃和500磅/平方英寸的壓力下對堆置體進行真空層壓處理，獲得復合多層板成品。接著對復合板進行一般的鉆孔、鍍敷和外電路化加工，于是得出有四層彼此平行的電容層的電路板成品。
經干燥和層壓之后電路板成品每層總的ASM厚度為0.001英寸。板的介電常數為3.5。得出的板電容值為每平方英寸板面積3.2納法。
圖1示出了按實例1所述制作的印刷電路板。圖1中，鉆了孔的三個銅片的編號分別為10、12和14。銅片10和14鉆成接地層間隙孔圖形。銅片12鉆成電壓層間隙孔圖形。接著將一片ASM干膜16層壓到銅片10的頂部表面。ASM干膜18和20分別層壓在銅片12部和底部表面。ASM干膜片22層壓到銅片14的底部表面。接著按上述方式處理這些銅片/ASM干膜構件，然后如圖1所示那樣堆置。從圖1還可以看到兩個電路處理過的芯層24和26。電路化處理過的芯層24的頂部表面為信號層28，底部表面為經蝕刻的薄銅片30。薄銅片30蝕刻成電壓圖形。兩個環氧樹脂玻璃層36和38和薄銅片40和42將整個印刷電路板的頂部和底部外表面封閉住。
圖1中，四層彼此平行的電容層的編號分別為44、46、48和50。各電容層的兩導電金屬(銅)片之間為介電材料。
在第二實例中，采用重量為85％的BaTiO3粒狀/多功能環氧樹脂系統制作帶整體埋置式電容的復合電路板構件。印刷電路板的制造過程如下1.按一般層壓和減(subtractive)蝕刻法制取信號-電壓和信號-信號芯層。
2.將粒度小于5微米的BaTiO3粉料按重量85％的混合比與多功能環氧樹脂混合。往混合料中加入甲基乙基酮(“MEK”)溶劑以促進混合作用并使被覆料達到合適的粘度。
3.將樹脂填料系統在第一芯層的底部(電壓)表面和第二芯層的頂部(電壓)表面軋壓被覆成大約0.0015英寸的厚度。被覆之后，將芯層在140℃的烘爐中干燥五分鐘，以除去任何殘留的甲基乙基酮。
4.在1盎司雙處理過的薄銅片上鉆孔，鉆成接地層間隙孔圖形。
5.接著將兩個被覆過的芯層和鉆好孔的薄銅片與其它預制的芯層堆置起來，然后在188℃溫度500磅/平方英寸的壓力下層壓90分鐘，于是形成帶整體埋置式電容層的多層層壓件。
所獲得的構件有兩個平行的電容層。構件厚0.001英寸，介電常數40，每平方英寸板面積的電容值為18納法。
圖2示出了按實例2制作的印刷電路板。圖2中，兩芯層的編號為52和54。芯層52的頂部表面上有信號層56，底部表面上有經蝕刻的電壓層58。芯層54的頂部有經蝕刻的銅電壓層60，底部有信號層62。兩個經蝕刻的銅電壓層58和60被覆有介電材料，分別形成被覆層64和66。介電材料和上面所述的一樣為BaTiO3粉料、多功能環氧樹脂和MEK溶劑組成的樹脂填料系統。介電材料用軋制被覆法敷上。介電材料層64和66之間為鉆成接地層間隙孔圖形的雙處理過的薄銅片68。印刷電路板的外表面由兩個環氧樹脂玻璃層70、72和薄銅片74和76構成。
圖2的印刷電路板有兩層彼此平行的電容層78，80。
上述實例僅僅是舉例說明本發明用途的兩個制造過程和得出的集成電容構件。顯然，本發明技術領域的技術人員都知道，實施本發明的方法和改型可能很多，其中包括下面所述但不局限于下列方案1.處理大量的印刷電路板時，薄銅片可以用卷裝進出方法(roll toroll process)被覆上介電材料。同樣，薄銅片上的間隙孔也可以在被覆介電材料之前或之后通過順次分批沖出對正孔和間隙孔成卷制取。薄銅片的鋪設是在完成被覆和穿孔工序之后進行的。
2.介電被覆層不是只被覆在薄銅片的一面而是被覆在薄銅片的兩面，這項技術可以最大限度地減少介電層穿孔的可能性，同時不致使介電層的總厚度大幅度增加。
3.有被覆層的薄銅片可按任意數目堆置以達到所要求的電容值。
4.有被覆層的薄片可以順次堆置或在整個橫截面上交錯堆置以形成通常叫做三板結構的構件。無論是順次堆置抑或交錯堆置，所有各層都與成品構件中的鍍敷的通孔并聯容性耦合。
5.在未改型或介電常數提高的系統中，介電被覆層可包括環氧樹脂、聚酰亞胺、聚四氟乙烯、氰酸酯、環氧樹脂-丙烯酸酯焊接掩模等。
6.雖然銅是較理想的印刷電路板導電材料，但也可以采用諸如鋁、因瓦鐵鎳合金等和它們的組合之類的任何導電材料。
上面為舉例說明起見對本發明的一些具體實施例和實例進行了說明，但在不脫離本發明精神實質或范圍的前提下是可以對上述實施例進行種種修改的。
權利要求
1.一種制造埋置在電子電路組件中的電容器的方法，其特征在于，它包括下列步驟選擇第一導電薄片；在第一導電薄片上限定間隙孔；選擇介電材料；將介電材料被覆到第一導電薄片的至少一面上；和將被覆過的薄片與第二導電薄片分層堆置，介電材料的被覆層上面開有間隙孔。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第一導電薄片和第二導電薄片是銅材。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于，介電材料被覆到第一導電薄片上的步驟還包括下列步驟介電材料的敷設是通過滾筒、拉延、粉料或料簾被覆法，靜電或電泳淀積法，絲網印刷法，噴涂法，浸漬法或干膜轉移法等進行的。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于，被覆在第一導電薄片上的介電材料層厚0.0001英寸～0.003英寸。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第一導電薄片的兩面都被覆上介電材料。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第二導電薄片的至少一面被覆有介電材料。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二導電薄片上的間隙孔是鉆出來的。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二導電薄片上的間隙孔是蝕刻出來的。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于，第一和第二導電薄片上的間隙孔是沖出來的。
10.一種電子電路組件，其特征在于，它包括第一芯層和第二芯層，各自通過層壓和電路化而制作；和一個或多個埋置式電容器，分插在第一芯層與第二芯層之間；各埋置式電容器包括第一導電薄片，至少其一面被覆有介電材料；和第二導電薄片，在第一導電薄片上的介電材料被覆層頂面。
11.如權利要求10所述的電子電路組件，其特征在于，第二導電薄片的至少一面被覆有介電材料。
12.如權利要求10所述的電子電路組件，其特征在于，第一導電薄片的兩面都被覆有介電材料。
13.一種制造埋置在電子電路組件中的電容器的方法，其特征在于，它包括下列步驟選擇第一導電薄片；在第一導電薄片上限定間隙孔；選擇由粒狀及多功能環氧樹脂母料組件的介電材料；將介電材料被覆到第一導電薄片的第一電壓側上和第二導電材料的第二電壓側上；在接地層經處理的第三導電薄層上鉆間隙孔圖形；將被覆過的第一導電薄層和被覆過的第二導電薄層連同鉆好孔的第三導電薄片與其它預制的芯層堆置在一起；將堆置體層壓起來。
14.如權利要求13所述的方法，其特征在于，第一導電薄片和第二導電薄片是銅制成的。
15.如權利要求13所述的方法，其特征在于，介電材料的鋪設厚度約為0.0015英寸。
16.如權利要求13所述的方法，其特征在于，被覆過的第一導電薄片和被覆過的第二導電薄片在被覆之后和堆置層壓之前在烘爐中在大約140℃下干燥5分鐘左右。
17.如權利要求13所述的方法，其特征在于，鉆孔的第三導電薄片由銅制成。
18.如權利要求13所述的方法，其特征在于，介電材料選自由聚四氟乙烯、氰酸酯、BT環氧樹脂和聚酰亞胺組成的材料組。
19.一種印刷電路板，其特征在于，它包括第一芯層和第二芯層，各自通過層壓和電路化而制成；第一導電薄片；第二導電薄片；介電材料，被覆在各第一導電薄片和第二導電薄片的至少一面；和第三導電薄片，鉆成接地層間隙孔的形式。
20.如權利要求19所述的印刷電路板，其特征在于，第一層電薄片和第二導電薄片都由銅制成。
21.如權利要求19所述的印刷電路板，其特征在于，介電材料的鋪設厚度約為0.0015英寸。
22.如權利要求19所述的印刷電路板，其特征在于，鉆孔的第三導電薄片由銅制成。
23.如權利要求19所述的印刷電路板，其特征在于，介電材料選自由聚四氟乙烯、氰酸酯、BT環氧樹脂和聚酰亞胺組成的材料組。
全文摘要
一種制造埋置在電子電路組件中的電容器的方法,包括下列步驟:選擇第一導電薄片;選擇介電材料;將介電材料被覆到第一導電薄片的至少一面上;再將被覆過的薄片連同第二導電薄片分別堆制在介電材料的被覆層上面。本發明還涉及裝有至少一個按本發明制取的埋置式電容器的電子電路組件。
文檔編號H05K1/16GK1173803SQ97113438
公開日1998年2月18日 申請日期1997年5月22日 優先權日1996年6月12日
發明者J·M·勞弗, K·帕帕托馬斯 申請人:國際商業機器公司