專利名稱：層狀電路板及其生產(chǎn)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域是電子元件。
背景技術(shù)：
電子元件在消費品與商業(yè)電子產(chǎn)品中的應(yīng)用數(shù)量日益增長。這類消費品與商業(yè)產(chǎn)品的部分實例是電視機、計算機、手機、尋呼機、掌上組織器、手提式收音機、轎車立體聲音響或遙控器。隨著對這些消費品與商業(yè)電子產(chǎn)品不斷增長的需求，也要求這類產(chǎn)品變得更小和對用戶與商用更便攜。
由于這些產(chǎn)品尺寸的減小，組成產(chǎn)品的元件也必須變得更小。需要減小尺寸或按比例縮小的這類元件的部分實例是印刷電路板或印刷線路板、電阻器、布線、鍵盤、觸摸墊圈和芯片封裝。
目前印刷線路板上所用的傳統(tǒng)材料如金屬、金屬合金、復(fù)合材料和聚合物會產(chǎn)生不希望的效應(yīng)，包括電路板或元件中的阻抗和/或熱在內(nèi)，因為由這些化合物制成的元件被設(shè)計成載電子的。隨著將元件設(shè)計與制造得越來越小，阻抗和熱在元件中會起更大的作用。
因此，一直需要a)設(shè)計并生產(chǎn)既滿足用戶規(guī)范又能最小化阻抗與熱的層狀材料，和b)在這些層狀材料內(nèi)結(jié)合進或結(jié)合上傳輸光子而非電子的光學(xué)元件如波導(dǎo)管，同時在用戶的要求與規(guī)范以內(nèi)工作，以及c)在電子元件和成品中結(jié)合進包含光學(xué)波導(dǎo)層的層狀材料。
發(fā)明概述可以生產(chǎn)包含a)一個基體層和b)一個層壓到基體層上的空心鏡面包層光學(xué)波導(dǎo)管的印刷線路板。該印刷線路板還包含一層與波導(dǎo)管偶聯(lián)的覆蓋材料以及至少一層偶聯(lián)到該覆蓋材料上的附加層。
本發(fā)明的各種目的、特點、形狀和優(yōu)點將從以下對本發(fā)明優(yōu)選實施方案的詳述并結(jié)合相同數(shù)字代表相同元件的附圖而變得更加清楚。
附圖簡述

圖1是一個優(yōu)選實施方案的示意圖。
圖2示意優(yōu)選實施方案的幾種生產(chǎn)方法。
表1是一些優(yōu)選材料和它們物理特性的匯總發(fā)明詳述電子元件，如本文所述，一般認(rèn)為包含任意能應(yīng)用于電子-基產(chǎn)品的層狀元件。所述電子元件包含電路板、芯片封裝、隔離層、電路板的介電元件、印刷線路板以及電路板的其它元件，如電容器、感應(yīng)器和電阻器。
電子-基產(chǎn)品能在下述意義上“制成”它們隨時能用在工業(yè)中或被其它用戶使用。消費成品的實例是電視機、計算機、手機、尋呼機、掌上組織器、手提收音機、轎車立體聲音響和遙控器。有可能應(yīng)用于成品的電路板、芯片封裝和鍵盤等也被看成是“中間產(chǎn)品”。
電子產(chǎn)品還可包含一個在從概念模型到最終按比例放大制造樣板的任何發(fā)展階段的原型元件。原型可能或可能不含擬用于成品中的所有實際元件，且原型可具有由復(fù)合材料構(gòu)成的元件，目的是在初始試驗時忽略它們對其它元件的初始影響。
在圖1中，一塊印刷線路板5包含a)一個基體層10，和b)一個層壓到基體層10上、具有一個頂面22和底面24的空心鏡面包層光學(xué)波導(dǎo)管20。該印刷線路板還包含一層與波導(dǎo)管20偶聯(lián)的覆蓋材料30。該覆蓋材料30在與光學(xué)波導(dǎo)管20的頂面22直接偶聯(lián)的部分上還涂有一種金屬或其它鏡面-型化合物。
本文所述的基體和基體層10——兩者可互換使用，可包含任何所需的基本固體材料。特別理想的基體層10要包含薄膜、玻璃、陶瓷、塑料、金屬或帶涂層金屬或復(fù)合材料。在優(yōu)選實施方案中，基體10包含一個砷化硅或鍺芯片或晶片表面、一個可見諸于鍍銅、銀、鎳或金的引線框中的封裝面、一個可見諸于電路板或組件互連徑跡的銅表面、一個通路壁或加強筋界面(“銅”包括裸銅或其氧化物)、一個可見諸于聚酰亞胺-基花線組件的聚合物-基封裝或板界面、鉛或其它金屬合金焊球面、玻璃和聚合物如聚酰亞胺、BT和FR4。在更優(yōu)選的實施方案中，基體10包含一種在封裝和電路板工業(yè)中的普通材料如硅、銅、玻璃和另一種高聚物。
本文所述的基體層10還包含至少兩層材料。包含基體層10的一層材料可包括前述基體材料。包含基體層10的另一層材料可包括聚合物、單體、有機化合物、無機化合物、有機金屬化合物層，不論連續(xù)層還是納米孔層。
如本文所用，術(shù)語“單體”是指能以重復(fù)方式與其自身或與化學(xué)上不同的化合物形成共價鍵的任何化合物。在單體間重復(fù)鍵的形成可導(dǎo)致線形、支化、超支化或三維產(chǎn)品。更進一步，單體可自身包含重復(fù)構(gòu)建起來的嵌段，而且在聚合時，從這樣的單體形成的聚合物稱做“嵌段聚合物”。單體可屬于各種不同化學(xué)類的分子，包括有機、有機金屬或無機分子在內(nèi)。單體的分子量可以在約40道爾頓-20000道爾頓之間大幅變化。但是，尤其當(dāng)單體包含重復(fù)構(gòu)成的嵌段時，單體可具有更高的分子量。單體也可包括其它基團，如用來交聯(lián)的基團。
如本文所用，術(shù)語“交聯(lián)”是指至少兩個分子或一根長鏈分子的兩個部分通過化學(xué)相互作用連結(jié)起來的過程。這類相互作用可以許多不同方式出現(xiàn)，包括形成共價鍵、形成氫鍵、疏水、親水、離子或靜電相互作用。而且分子間的相互作用還可以用一個分子與它自身之間或兩個或多個分子之間的一種至少暫時的物理聯(lián)系來表征。
所述聚合物還可包含一系列官能或結(jié)構(gòu)部分，包括芳族體系和鹵化基團在內(nèi)。而且合適的聚合物可具有許多構(gòu)型，包括均聚物和雜聚物在內(nèi)。而且交替聚合物可具有多種形式，如線形、支化、超支化或三維形式。所述聚合物的分子量跨越一個很寬的范圍，典型值在400道爾頓與400000道爾頓之間。
所述無機化合物的實例是硅酸鹽、鋁酸鹽和含過渡金屬的化合物。有機化合物的實例包括聚芳醚、聚酰亞胺和聚酯。所述有機金屬化合物的實例包括聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基硅氧烷和聚三氟代丙基硅氧烷。
基體層10還可包含許多孔洞，如果希望材料是納米多孔的而非連續(xù)的。孔洞一般為球形，但也可以或還有任何合適的形狀，包括管狀、片層狀、圓盤狀或其它形狀。還認(rèn)為孔洞可具有任何合適的直徑。進一步還認(rèn)為至少部分孔洞可與鄰近孔洞相連而形成具有大量互連孔或“開”孔的結(jié)構(gòu)。優(yōu)選孔洞的平均直徑小于1μm，更優(yōu)選平均直徑小于100nm，又更優(yōu)選平均直徑小于10nm。還認(rèn)為孔洞可以均勻或無序分布在基體層中。在一個優(yōu)選實施方案中，孔洞均勻分散在基體層10中。
因此，認(rèn)為基體層10可包含單層傳統(tǒng)基體材料。也認(rèn)為基體層10可包含數(shù)層，與傳統(tǒng)基體材料一起，構(gòu)成部分層狀電路板5。
附加基體層10的合適材料包含具有適用于電路板或其它電子元件性能的任何材料，包括純金屬、合金、金屬/金屬復(fù)合材料、金屬陶瓷復(fù)合材料、金屬聚合物復(fù)合材料、包層材料、層壓板、導(dǎo)電聚合物和單體，以及其它金屬復(fù)合材料。
如本文所用，術(shù)語“金屬”是指元素周期表d-區(qū)和f-區(qū)的元素，以及那些具有類似于金屬性質(zhì)的元素，如硅和鍺。如本文所用，詞組“d-區(qū)”是指電子充滿元素核周圍3d，4d，5d和6d軌道的元素。如本文所用，詞組“f-區(qū)”是指電子充滿元素核周圍4f和5f軌道的元素，包括鑭系和錒類元素。優(yōu)選的金屬包括鈦、硅、鈷、銅、鎳、鋅、釩、鋁、鉻、鉑、金、銀、鎢、鉬、銫、钷和釷。更優(yōu)選的金屬包括鈦、硅、銅、鎳、鉑、金、銀和鎢。非常優(yōu)選的金屬包括鈦、硅、銅和鎳。術(shù)語“金屬”還包括合金、金屬/金屬復(fù)合材料、金屬陶瓷復(fù)合材料、金屬聚合物復(fù)合材料，以及其它金屬復(fù)合材料。
然后，可將一個空心鏡面包層光學(xué)波導(dǎo)管層壓到基體層10上。在光學(xué)理論上，光學(xué)波導(dǎo)管20與纖維光學(xué)電纜或電線類似，表現(xiàn)在它們都用來傳輸光或光子，而傳統(tǒng)電纜則傳輸電子。與傳統(tǒng)電纜相比，優(yōu)選采用光學(xué)波導(dǎo)管20，因為阻抗很小甚至完全消失，至少對于電路板5中的特定元件及周圍元件是這樣。
光學(xué)波導(dǎo)管20可從數(shù)類不同的化合物與材料生產(chǎn)。波導(dǎo)管20可包含聚合物、單體、有機化合物、無機化合物和，最后，任何能起光學(xué)材料作用的合適化合物。優(yōu)選光學(xué)波導(dǎo)管20包含聚合物、丙烯酸類單體、無機化合物和樹脂。本文所述的光學(xué)波導(dǎo)管20還可以摻雜其它材料，如菲醌。在優(yōu)選的實施方案中，波導(dǎo)管20包含聚碳酸酯、聚苯乙烯、二氧化硅玻璃、PMMA、環(huán)烯烴共聚物、超薄平板玻璃或BT(三嗪/雙馬來酰亞胺)樹脂，如表1所示。
如前所述，空心光學(xué)波導(dǎo)管能用數(shù)種不同方法生產(chǎn)，包括a)模塑210，b)刻蝕220或c)前兩種方法的結(jié)合。這些方法圖示在圖2中。
模塑210光學(xué)波導(dǎo)管20是下述一種方法加熱光學(xué)材料204并強迫預(yù)開模212壓進光學(xué)材料204，以形成波導(dǎo)管20。任何合適的材料都可用來形成模具212，只要所用的材料不干擾波導(dǎo)材料204的化學(xué)整體性即可。例如，如果模具212由一種在一定溫度下會斷裂或裂開的復(fù)合材料制成，則賣主就可能不要將這種模具材料用于一些光學(xué)波導(dǎo)管20的應(yīng)用，因為害怕模具212的復(fù)合材料可能斷在波導(dǎo)材料204中或在最終波導(dǎo)材料204上留下一個表面涂層，這會損害波導(dǎo)管在電子應(yīng)用中的行為。
刻蝕220光學(xué)波導(dǎo)管20是一種從一“塊”光學(xué)波導(dǎo)材料204上刻蝕去材料直到形成一個所需的光學(xué)波導(dǎo)管20為止的方法?？涛g工藝220可以是化學(xué)基的、機械基的或兩者的結(jié)合，取決于用戶的需要和賣主現(xiàn)有的機械。但是，最好刻蝕工藝220能留下一個符合元件規(guī)范的表面——如粗糙化或光滑化表面，取決于規(guī)范。還希望刻蝕工藝220不會在化學(xué)上干擾光學(xué)波導(dǎo)材料204，除非特意或希望干擾。
此外，如前所述，光學(xué)波導(dǎo)管20是按照用戶和元件的需要用一種適當(dāng)?shù)姆瓷洳牧虾?或金屬鏡面包層的。為滿足用戶或元件的規(guī)范或要求，反射元件可以摻雜其它化合物。在有些實施方案中，波導(dǎo)管20的端部將被刻蝕成45°角，且這些端部將隨后涂上成鏡材料或反射材料。在其它實施方案中，空心光學(xué)波導(dǎo)管20最好在波導(dǎo)管20上的特定部位涂布上一種反射材料或鏡面化合物，以將光引導(dǎo)在一定方向上。
此外，優(yōu)選本文所述的空心光學(xué)波導(dǎo)管20包含一種比較或基本上平面的空心材料。如本文所用，術(shù)語“平面的”是指波導(dǎo)管20被設(shè)計成空間上在一個平面內(nèi)或可以看作在一個“x-y”坐標(biāo)體系內(nèi)。顯然，光學(xué)波導(dǎo)管相對于平面將具有一定深度，或在一個坐標(biāo)體系中是一個“z”元件，但這種波導(dǎo)管20仍將基本上是平面的。波導(dǎo)管20也可以有高低不平或粗糙的部分，但再次希望波導(dǎo)管20基本上是平面的。盡管如此，最終，光學(xué)波導(dǎo)管20的尺寸和物理性能將由用戶、電子元件和產(chǎn)品確定。
將一層優(yōu)先是透明或半透明的覆蓋材料30偶合到光學(xué)波導(dǎo)管20上。優(yōu)選覆蓋材料30與用來制造空心光學(xué)波導(dǎo)管20的材料相同。但認(rèn)為覆蓋材料30與空心光學(xué)波導(dǎo)管20在化學(xué)組成上是不同的。覆蓋材料層30可以有任何合適的厚度，取決于用戶或元件的需要。
還認(rèn)為在覆蓋材料層30直接與光學(xué)波導(dǎo)管20頂面22偶聯(lián)的面上要涂布合適的反射材料或鏡面。覆蓋材料層上的反射材料在光學(xué)上“接近”空心波導(dǎo)管，因而能允許光子通過光學(xué)波導(dǎo)管內(nèi)預(yù)定和預(yù)設(shè)計孔35出來。覆蓋材料30可全部涂布反射材料，或可以刻蝕掉或除去某些反射材料，以滿足元件的規(guī)范和要求。
為了連續(xù)構(gòu)建一個層狀元件或印刷電路板5，可以在覆蓋材料30上偶聯(lián)附加材料層。認(rèn)為附加層將包含與本文已述的那些材料類似的材料，包括金屬、金屬合金、復(fù)合材料、聚合物、單體、有機化合物、無機化合物、有機金屬化合物、樹脂、粘合劑和光學(xué)波導(dǎo)材料。
這樣就已描述了包含空心鏡面包層光學(xué)波導(dǎo)管的電子元件的具體實施方案和應(yīng)用。但是，對于本領(lǐng)域的專業(yè)人員來說，顯而易見的是，除已描述的以外，可以作更多的改進而不偏離本發(fā)明的概念。因此本發(fā)明的主題不受限制，只要在權(quán)利要求精神范圍內(nèi)即可。而且，在解釋說明書和權(quán)利要求時，所有的術(shù)語都應(yīng)以最廣義的方式解釋，與內(nèi)容一致。特別是，“包含”一詞，在指元素、組分或步驟時，應(yīng)以非獨一無二的方式解釋，表明所提到的元素、組分或步驟可能與沒有明確提到的其它元素、組分或步驟一起存在、應(yīng)用與組合。
權(quán)利要求
1.一種印刷電路板，它包含一個基體層；和一個層壓在基體層上的空心鏡面包層光學(xué)波導(dǎo)管，其中該光學(xué)波導(dǎo)管有一個頂面和一個底面。
2.權(quán)利要求1的印刷電路板，還包含一層與波導(dǎo)管頂面偶聯(lián)的覆蓋材料。
3.權(quán)利要求2的印刷電路板，其中所述覆蓋材料包含一個反射涂層。
4.權(quán)利要求3的印刷電路板，其中所述反射涂層與光學(xué)波導(dǎo)管的頂面直接偶聯(lián)。
5.權(quán)利要求2的印刷電路板，還包含至少一個與覆蓋材料偶聯(lián)的附加層。
6.權(quán)利要求2的印刷電路板，其中所述覆蓋材料包含與光學(xué)波導(dǎo)管相同的材料。
7.權(quán)利要求6的印刷電路板，其中所述至少一個附加層包含至少一種金屬、金屬合金、復(fù)合材料、聚合物、單體、有機化合物、無機化合物和有機金屬化合物。
8.權(quán)利要求1的印刷電路板，其中所述基體是一個晶片。
9.權(quán)利要求1的印刷電路板，其中所述基體包含至少兩層材料。
10.權(quán)利要求9的印刷電路板，其中所述至少兩層材料包含二氧化硅晶片、介電材料、粘合劑材料、樹脂、金屬、金屬合金和復(fù)合材料。
11.權(quán)利要求1的印刷電路板，其中所述波導(dǎo)管包含一種硅-基材料。
12.一種包含權(quán)利要求1的印刷電路板的電子元件。
13.一種包含權(quán)利要求2的印刷電路板的電子元件。
14.一種包含權(quán)利要求3的印刷電路板的電子元件。
15.一種生產(chǎn)印刷電路板的方法，包含提供一種基體；生產(chǎn)有一個頂面和一個底面的空心鏡面包層光學(xué)波導(dǎo)管；提供一層在一個面上鏡面包層的覆蓋材料；將波導(dǎo)管底面與基體偶聯(lián)；以及將覆蓋材料的鏡面包層面與波導(dǎo)管頂面偶聯(lián)，從而使覆蓋材料與波導(dǎo)管頂面偶聯(lián)。
16.權(quán)利要求15的方法，其中至少附加層之一與覆蓋材料偶聯(lián)。
17.權(quán)利要求15的方法，其中提供光學(xué)波導(dǎo)管包含刻蝕或模塑一種光學(xué)材料，以形成波導(dǎo)管。
18.權(quán)利要求15的方法，其中所述基體包含至少兩層材料。
19.權(quán)利要求18的方法，其中所述至少兩層材料包含二氧化硅晶片、介電材料、粘合劑材料、樹脂、金屬、金屬合金和復(fù)合材料。
20.權(quán)利要求15的方法，其中所述波導(dǎo)管是一種硅-基材料。
全文摘要
提供能生產(chǎn)包含a)一個基體層，和b)一個層壓在基體層上的空心鏡面包層光學(xué)波導(dǎo)管的印刷電路板的組成與方法。該印刷線路板還包含一種與波導(dǎo)管偶聯(lián)的覆蓋材料。
文檔編號H05K1/02GK1493008SQ01822919
公開日2004年4月28日 申請日期2001年12月18日 優(yōu)先權(quán)日2000年12月28日
發(fā)明者Y·多伊, Y 多伊 申請人:霍尼韋爾國際公司