专利名称：层状电路板及其生产方法
技术领域：
本发明的领域是电子元件。
背景技术：
电子元件在消费品与商业电子产品中的应用数量日益增长。这类消费品与商业产品的部分实例是电视机、计算机、手机、寻呼机、掌上组织器、手提式收音机、轿车立体声音响或遥控器。随着对这些消费品与商业电子产品不断增长的需求，也要求这类产品变得更小和对用户与商用更便携。
由于这些产品尺寸的减小，组成产品的元件也必须变得更小。需要减小尺寸或按比例缩小的这类元件的部分实例是印刷电路板或印刷线路板、电阻器、布线、键盘、触摸垫圈和芯片封装。
目前印刷线路板上所用的传统材料如金属、金属合金、复合材料和聚合物会产生不希望的效应，包括电路板或元件中的阻抗和/或热在内，因为由这些化合物制成的元件被设计成载电子的。随着将元件设计与制造得越来越小，阻抗和热在元件中会起更大的作用。
因此，一直需要a)设计并生产既满足用户规范又能最小化阻抗与热的层状材料，和b)在这些层状材料内结合进或结合上传输光子而非电子的光学元件如波导管，同时在用户的要求与规范以内工作，以及c)在电子元件和成品中结合进包含光学波导层的层状材料。
发明概述可以生产包含a)一个基体层和b)一个层压到基体层上的空心镜面包层光学波导管的印刷线路板。该印刷线路板还包含一层与波导管偶联的覆盖材料以及至少一层偶联到该覆盖材料上的附加层。
本发明的各种目的、特点、形状和优点将从以下对本发明优选实施方案的详述并结合相同数字代表相同元件的附图而变得更加清楚。
附图简述
图1是一个优选实施方案的示意图。
图2示意优选实施方案的几种生产方法。
表1是一些优选材料和它们物理特性的汇总发明详述电子元件，如本文所述，一般认为包含任意能应用于电子-基产品的层状元件。所述电子元件包含电路板、芯片封装、隔离层、电路板的介电元件、印刷线路板以及电路板的其它元件，如电容器、感应器和电阻器。
电子-基产品能在下述意义上“制成”它们随时能用在工业中或被其它用户使用。消费成品的实例是电视机、计算机、手机、寻呼机、掌上组织器、手提收音机、轿车立体声音响和遥控器。有可能应用于成品的电路板、芯片封装和键盘等也被看成是“中间产品”。
电子产品还可包含一个在从概念模型到最终按比例放大制造样板的任何发展阶段的原型元件。原型可能或可能不含拟用于成品中的所有实际元件，且原型可具有由复合材料构成的元件，目的是在初始试验时忽略它们对其它元件的初始影响。
在图1中，一块印刷线路板5包含a)一个基体层10，和b)一个层压到基体层10上、具有一个顶面22和底面24的空心镜面包层光学波导管20。该印刷线路板还包含一层与波导管20偶联的覆盖材料30。该覆盖材料30在与光学波导管20的顶面22直接偶联的部分上还涂有一种金属或其它镜面-型化合物。
本文所述的基体和基体层10——两者可互换使用，可包含任何所需的基本固体材料。特别理想的基体层10要包含薄膜、玻璃、陶瓷、塑料、金属或带涂层金属或复合材料。在优选实施方案中，基体10包含一个砷化硅或锗芯片或晶片表面、一个可见诸于镀铜、银、镍或金的引线框中的封装面、一个可见诸于电路板或组件互连径迹的铜表面、一个通路壁或加强筋界面(“铜”包括裸铜或其氧化物)、一个可见诸于聚酰亚胺-基花线组件的聚合物-基封装或板界面、铅或其它金属合金焊球面、玻璃和聚合物如聚酰亚胺、BT和FR4。在更优选的实施方案中，基体10包含一种在封装和电路板工业中的普通材料如硅、铜、玻璃和另一种高聚物。
本文所述的基体层10还包含至少两层材料。包含基体层10的一层材料可包括前述基体材料。包含基体层10的另一层材料可包括聚合物、单体、有机化合物、无机化合物、有机金属化合物层，不论连续层还是纳米孔层。
如本文所用，术语“单体”是指能以重复方式与其自身或与化学上不同的化合物形成共价键的任何化合物。在单体间重复键的形成可导致线形、支化、超支化或三维产品。更进一步，单体可自身包含重复构建起来的嵌段，而且在聚合时，从这样的单体形成的聚合物称做“嵌段聚合物”。单体可属于各种不同化学类的分子，包括有机、有机金属或无机分子在内。单体的分子量可以在约40道尔顿-20000道尔顿之间大幅变化。但是，尤其当单体包含重复构成的嵌段时，单体可具有更高的分子量。单体也可包括其它基团，如用来交联的基团。
如本文所用，术语“交联”是指至少两个分子或一根长链分子的两个部分通过化学相互作用连结起来的过程。这类相互作用可以许多不同方式出现，包括形成共价键、形成氢键、疏水、亲水、离子或静电相互作用。而且分子间的相互作用还可以用一个分子与它自身之间或两个或多个分子之间的一种至少暂时的物理联系来表征。
所述聚合物还可包含一系列官能或结构部分，包括芳族体系和卤化基团在内。而且合适的聚合物可具有许多构型，包括均聚物和杂聚物在内。而且交替聚合物可具有多种形式，如线形、支化、超支化或三维形式。所述聚合物的分子量跨越一个很宽的范围，典型值在400道尔顿与400000道尔顿之间。
所述无机化合物的实例是硅酸盐、铝酸盐和含过渡金属的化合物。有机化合物的实例包括聚芳醚、聚酰亚胺和聚酯。所述有机金属化合物的实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。
基体层10还可包含许多孔洞，如果希望材料是纳米多孔的而非连续的。孔洞一般为球形，但也可以或还有任何合适的形状，包括管状、片层状、圆盘状或其它形状。还认为孔洞可具有任何合适的直径。进一步还认为至少部分孔洞可与邻近孔洞相连而形成具有大量互连孔或“开”孔的结构。优选孔洞的平均直径小于1μm，更优选平均直径小于100nm，又更优选平均直径小于10nm。还认为孔洞可以均匀或无序分布在基体层中。在一个优选实施方案中，孔洞均匀分散在基体层10中。
因此，认为基体层10可包含单层传统基体材料。也认为基体层10可包含数层，与传统基体材料一起，构成部分层状电路板5。
附加基体层10的合适材料包含具有适用于电路板或其它电子元件性能的任何材料，包括纯金属、合金、金属/金属复合材料、金属陶瓷复合材料、金属聚合物复合材料、包层材料、层压板、导电聚合物和单体，以及其它金属复合材料。
如本文所用，术语“金属”是指元素周期表d-区和f-区的元素，以及那些具有类似于金属性质的元素，如硅和锗。如本文所用，词组“d-区”是指电子充满元素核周围3d，4d，5d和6d轨道的元素。如本文所用，词组“f-区”是指电子充满元素核周围4f和5f轨道的元素，包括镧系和锕类元素。优选的金属包括钛、硅、钴、铜、镍、锌、钒、铝、铬、铂、金、银、钨、钼、铯、钷和钍。更优选的金属包括钛、硅、铜、镍、铂、金、银和钨。非常优选的金属包括钛、硅、铜和镍。术语“金属”还包括合金、金属/金属复合材料、金属陶瓷复合材料、金属聚合物复合材料，以及其它金属复合材料。
然后，可将一个空心镜面包层光学波导管层压到基体层10上。在光学理论上，光学波导管20与纤维光学电缆或电线类似，表现在它们都用来传输光或光子，而传统电缆则传输电子。与传统电缆相比，优选采用光学波导管20，因为阻抗很小甚至完全消失，至少对于电路板5中的特定元件及周围元件是这样。
光学波导管20可从数类不同的化合物与材料生产。波导管20可包含聚合物、单体、有机化合物、无机化合物和，最后，任何能起光学材料作用的合适化合物。优选光学波导管20包含聚合物、丙烯酸类单体、无机化合物和树脂。本文所述的光学波导管20还可以掺杂其它材料，如菲醌。在优选的实施方案中，波导管20包含聚碳酸酯、聚苯乙烯、二氧化硅玻璃、PMMA、环烯烃共聚物、超薄平板玻璃或BT(三嗪/双马来酰亚胺)树脂，如表1所示。
如前所述，空心光学波导管能用数种不同方法生产，包括a)模塑210，b)刻蚀220或c)前两种方法的结合。这些方法图示在图2中。
模塑210光学波导管20是下述一种方法加热光学材料204并强迫预开模212压进光学材料204，以形成波导管20。任何合适的材料都可用来形成模具212，只要所用的材料不干扰波导材料204的化学整体性即可。例如，如果模具212由一种在一定温度下会断裂或裂开的复合材料制成，则卖主就可能不要将这种模具材料用于一些光学波导管20的应用，因为害怕模具212的复合材料可能断在波导材料204中或在最终波导材料204上留下一个表面涂层，这会损害波导管在电子应用中的行为。
刻蚀220光学波导管20是一种从一“块”光学波导材料204上刻蚀去材料直到形成一个所需的光学波导管20为止的方法。刻蚀工艺220可以是化学基的、机械基的或两者的结合，取决于用户的需要和卖主现有的机械。但是，最好刻蚀工艺220能留下一个符合元件规范的表面——如粗糙化或光滑化表面，取决于规范。还希望刻蚀工艺220不会在化学上干扰光学波导材料204，除非特意或希望干扰。
此外，如前所述，光学波导管20是按照用户和元件的需要用一种适当的反射材料和/或金属镜面包层的。为满足用户或元件的规范或要求，反射元件可以掺杂其它化合物。在有些实施方案中，波导管20的端部将被刻蚀成45°角，且这些端部将随后涂上成镜材料或反射材料。在其它实施方案中，空心光学波导管20最好在波导管20上的特定部位涂布上一种反射材料或镜面化合物，以将光引导在一定方向上。
此外，优选本文所述的空心光学波导管20包含一种比较或基本上平面的空心材料。如本文所用，术语“平面的”是指波导管20被设计成空间上在一个平面内或可以看作在一个“x-y”坐标体系内。显然，光学波导管相对于平面将具有一定深度，或在一个坐标体系中是一个“z”元件，但这种波导管20仍将基本上是平面的。波导管20也可以有高低不平或粗糙的部分，但再次希望波导管20基本上是平面的。尽管如此，最终，光学波导管20的尺寸和物理性能将由用户、电子元件和产品确定。
将一层优先是透明或半透明的覆盖材料30偶合到光学波导管20上。优选覆盖材料30与用来制造空心光学波导管20的材料相同。但认为覆盖材料30与空心光学波导管20在化学组成上是不同的。覆盖材料层30可以有任何合适的厚度，取决于用户或元件的需要。
还认为在覆盖材料层30直接与光学波导管20顶面22偶联的面上要涂布合适的反射材料或镜面。覆盖材料层上的反射材料在光学上“接近”空心波导管，因而能允许光子通过光学波导管内预定和预设计孔35出来。覆盖材料30可全部涂布反射材料，或可以刻蚀掉或除去某些反射材料，以满足元件的规范和要求。
为了连续构建一个层状元件或印刷电路板5，可以在覆盖材料30上偶联附加材料层。认为附加层将包含与本文已述的那些材料类似的材料，包括金属、金属合金、复合材料、聚合物、单体、有机化合物、无机化合物、有机金属化合物、树脂、粘合剂和光学波导材料。
这样就已描述了包含空心镜面包层光学波导管的电子元件的具体实施方案和应用。但是，对于本领域的专业人员来说，显而易见的是，除已描述的以外，可以作更多的改进而不偏离本发明的概念。因此本发明的主题不受限制，只要在权利要求精神范围内即可。而且，在解释说明书和权利要求时，所有的术语都应以最广义的方式解释，与内容一致。特别是，“包含”一词，在指元素、组分或步骤时，应以非独一无二的方式解释，表明所提到的元素、组分或步骤可能与没有明确提到的其它元素、组分或步骤一起存在、应用与组合。
权利要求
1.一种印刷电路板，它包含一个基体层；和一个层压在基体层上的空心镜面包层光学波导管，其中该光学波导管有一个顶面和一个底面。
2.权利要求1的印刷电路板，还包含一层与波导管顶面偶联的覆盖材料。
3.权利要求2的印刷电路板，其中所述覆盖材料包含一个反射涂层。
4.权利要求3的印刷电路板，其中所述反射涂层与光学波导管的顶面直接偶联。
5.权利要求2的印刷电路板，还包含至少一个与覆盖材料偶联的附加层。
6.权利要求2的印刷电路板，其中所述覆盖材料包含与光学波导管相同的材料。
7.权利要求6的印刷电路板，其中所述至少一个附加层包含至少一种金属、金属合金、复合材料、聚合物、单体、有机化合物、无机化合物和有机金属化合物。
8.权利要求1的印刷电路板，其中所述基体是一个晶片。
9.权利要求1的印刷电路板，其中所述基体包含至少两层材料。
10.权利要求9的印刷电路板，其中所述至少两层材料包含二氧化硅晶片、介电材料、粘合剂材料、树脂、金属、金属合金和复合材料。
11.权利要求1的印刷电路板，其中所述波导管包含一种硅-基材料。
12.一种包含权利要求1的印刷电路板的电子元件。
13.一种包含权利要求2的印刷电路板的电子元件。
14.一种包含权利要求3的印刷电路板的电子元件。
15.一种生产印刷电路板的方法，包含提供一种基体；生产有一个顶面和一个底面的空心镜面包层光学波导管；提供一层在一个面上镜面包层的覆盖材料；将波导管底面与基体偶联；以及将覆盖材料的镜面包层面与波导管顶面偶联，从而使覆盖材料与波导管顶面偶联。
16.权利要求15的方法，其中至少附加层之一与覆盖材料偶联。
17.权利要求15的方法，其中提供光学波导管包含刻蚀或模塑一种光学材料，以形成波导管。
18.权利要求15的方法，其中所述基体包含至少两层材料。
19.权利要求18的方法，其中所述至少两层材料包含二氧化硅晶片、介电材料、粘合剂材料、树脂、金属、金属合金和复合材料。
20.权利要求15的方法，其中所述波导管是一种硅-基材料。
全文摘要
提供能生产包含a)一个基体层，和b)一个层压在基体层上的空心镜面包层光学波导管的印刷电路板的组成与方法。该印刷线路板还包含一种与波导管偶联的覆盖材料。
文档编号H05K1/02GK1493008SQ01822919
公开日2004年4月28日 申请日期2001年12月18日 优先权日2000年12月28日
发明者Y·多伊, Y 多伊 申请人:霍尼韦尔国际公司