具有构成电路一部分的核心层的增层印刷线路板衬底的制作方法

专利名称：具有构成电路一部分的核心层的增层印刷线路板衬底的制作方法
技术领域：
0001本发明一般涉及多层印刷线路板，并且更具体地涉及包括至少 一个轻量约束核心(constraining core)的多层增层(build-up)衬底，该
核心是印刷线路板的电路的一部分。
背景技术：
0002半导体器件制造通常涉及利用化学过程紧接着对管芯进行包装 来制作半导体管芯。将管芯安装在包装件中包括将管芯焊盘引脚连接到 包装件上的引脚。在很多应用中，通过将半导体管芯直接安装到印刷线 路板(PWB)衬底来实现管芯焊盘引脚和包装件上的引脚之间的互连。 之后，半导体管芯和衬底被封装到包装件中，并且衬底提供管芯焊盘引 脚和包装件引脚之间的连接。
0003公知的各种直接安装技术包括倒装芯片安装(FC)、直接芯片附 着(DCA)、直接管芯附着(DDA)和板上倒装芯片(FCOB)。这些技 术通常需要将半导体管芯固定到增层PWB衬底。增层PWB衬底通常包 括中央约束层或"核心(core)",相对薄的介电层附着到所述中央约束层 或"核心"。薄的介电层具有良好的电路特征和直径狭窄的电镀通孔(via)。 核心可利用基于玻璃纤维的介电材料构成，该介电材料具有的物理特性 类似于集成电路(即，包装的半导体器件)将表面安装到其上的PWB类 型的结构中使用的基于玻璃纤维的介电材料的特性。为了区分IC (集成 电路)安装到其上的PWB和PWB衬底，前者被称为传统PWB。增层 PWB衬底中的薄的介电层由传统PWB的构成中通常不使用的一类材料 构成。专用处理技术用于粘合核心和薄的介电层以及用于形成良好的电 路轨迹和直径狭窄的电镀通孔。
0004使用直接管芯安装PWB衬底时可能遇到的问题是热循环可能导
致器件故障。明显的热膨胀系数(CTE)差异通常存在于半导体管芯材料和PWB衬底之间，结果热循环可能破坏管芯和PWB衬底之间的连接。
半导体管芯材料的CTE通常在2.5ppmTC到4.0ppm〃C之间。包括基于玻 璃纤维环氧树脂的约束层的衬底的CTE通常在14ppm/'C到20ppm/'C之 间，与表面平面平行。半导体管芯和衬底材料之间的CTE不匹配在热循 环期间可能对半导体管芯和PWB衬底之间的连接点施压(stress)。连接 点上施加的压力可与连接点与中点(DNP)之间的距离有关。中点是热 循环期间经历零位移的位置。半导体越大，最大DNP就越大。因此，增 加半导体管芯尺寸会造成半导体管芯和衬底之间连接点上压力的增加， 并且最终降低电连接的可靠性。
0005底部填充胶水(adhesive underfill)可用来弥补或减少半导体管 芯和PWB衬底之间的CTE不匹配引起的一些压力。但是，^较人的T 导体芯片安装在衬底上时，要确保管芯引脚和PWB衬底之间的可靠性接 触，由底部填充减少的压力是不足的。
0006在很多应用中，包括降低PWB衬底的CTE的核心的增层PWB 衬底用于构成IC。 Lu等人的美国第6,711,812号专利和Lu等人的美国专 利公开号2004/0163248的专利描述了 PWB衬底中厚铜核心的使用，其 降低了 PWB衬底的CTE。用来降低PWB衬底的CTE的其它金属合金包 括镍-铁合金，铜-镍夹心板(CIC)和铜钼夹心板(CMC)。与使用基于 玻璃纤维的核心材料相比，使用金属构成PWB衬底核心趋于增加PWB 衬底的重量。此外，厚的金属核心层(core layer)处理起来非常困难。
0007Tani等人的美国第6,869,665号专禾U、Tani等人的美国第7,002,080 号专利和Tani等人的日本专利公开号60-140898的专利(Tani等人的文 献)公开了由微线路结构形成的PWB衬底，它是利用增层方法在核心匕 制造的，该核心使用树脂复合材料围绕(enclose)多片碳纤维布构成。 Tani等人的文献还公开了延伸通过核心的电镀通孔通过在通孔的壁表面 上形成的圆柱形绝缘树脂部分实现与碳纤维布的电绝缘。
0008所使用的PWB衬底包括利用碳纤维材料以类似于Tani等人的 文献中公开的方式构造的核心，该PWB衬底比具有利用基于玻璃纤维的 材料构造的核心的等价PWB衬底具有更低的CTE，并且该PWB衬底明 显比利用金属或金属合金材料构造的核心的等价PWB衬底轻。但是，当存在延伸通过核心的高密度电镀通孔时，对于具有利用碳纤维材料以
Tani等人的文献概述的方式构造的核心的PWB衬底来说，存在失败的可 能。制造Tani等人的文献中描述的圆柱形绝缘树脂部分涉及从核心中去 除一些碳纤维材料。当延伸通过核心的通孔的密度增长时，去除的碳纤 维材料的数量也会增长。当超过某一点时，去除的材料的数量会损害核 心的物理特性。
0009Tani等人的美国第6,869,665号专禾U、Tani等人的美国第7,002,080 号专利、Tani等人的日本专利公开号为60-140898的专利和Lu等人的美 国第6,711,812号专利和Lu等人的美国专利公开号2004/0163248的专利 的内容通过弓I用整体并入本文。

发明内容
0010本文公开了根据本发明的各实施例的PWB衬底和构造印刷线路 板(PWB)衬底的方法。在很多实施例中，PWB衬底包括一核心层，该 核心层是PWB衬底的电路的一部分。本文还公开了根据本发明的各实施 例的集成电路(IC)和构造IC的方法，该集成电路包括安装在PWB衬 底上的半导体管芯，PWB衬底使用PWB衬底的电路的一部分的核心层。
0011在很多实施例中，PWB衬底利用增层微线路结构形成，以在包 括核心层的PWB衬底内制造电路。在多个实施例中，核心层形成电源平 面、接地平面或分离的电源和接地平面。在众多实施例中，电镀通孔用 于在核心层和位于PWB衬底的其它层上的电路之间建立电连接。在许多 实施例中，与包括不作为PWB衬底的电路的一部分的核心层的等价PWB 衬底相比，作为电路的一部分的核心层的使用减低了构造PWB衬底需要 的层的数量。消除一层可以降低PWB衬底的厚度。在众多实施例'l'， 'J 包括并不构成PWB衬底电路的一部分的核心层的类似PWB衬底设计相 比，核心层作为接地平面、电源平面或分离平面的使用降低了需要树脂 填充的间隙孔的数量。
0012在多个实施例中，核心层包括碳材料。在很多实施例中，碳材 料是浸渍树脂的至少一层碳纤维，其使用金属层包在至少一侧上。在众 多实施例中，金属层直接接触碳纤维。在许多实施例中，直接接触是由于金属层的表面包括突出部分(枝状晶体)来实现的，突出部分向外延 伸并接触碳纤维。在其它实施例中，多种碳纤维材料中的至少一者用丁-核心层的构造。
0013本发明的一个实施例包括核心层，该核心层包括导电材料和形 成在核心层的外表面上的至少一个增层线路部分。此外，增层部分包括 至少一个微线路层，该微线路层包括通过电镀通孔电连接到核心层中的 导电材料的电路。
0014在本发明的又一实施例中，核心层的热膨胀系数比至少一个增
层部分的热膨胀系数低。
0015在本发明的另一实施例中，核心层被配置成作为接地平面。0016在本发明的又一实施例中，核心层被配置成作为电源平面。0017在本发明的另一实施例中，核心层被配置成作为分离的电源和 接地平面。
0018在本发明的又一实施例中，核心层包括碳材料。0019在本发明的另一实施例中，碳材料是碳纤维。0020在又一实施例中，核心层包括至少一层纺织碳纤维。0021在另一实施例中，核心层使用金属层包在至少一侧上，该金属 层通过树脂与碳纤维粘合。
0022在又一实施例中，金属层包括一内表面，突出部分(枝状晶体) 从该内表面延伸，多个突出部分接触碳纤维，且金属层包括一个平的外 表面。
0023在另一实施例中，核心层包括第一导电层，该第一导电层通过 介电层与第二导电层粘合，该介电层将第一层与第二层电隔离。
0024在又一实施例中，第一增层线路部分形成于核心层的上表面h， 第二增层线路部分形成于核心层的下表面上，电镀通孔连接第一增层线 路部分中的微线路层上的电路和第二增层线路部分中的微线路层L:的电 路，并且电镀通孔通过树脂填充的间隙孔与核心层中的导电材料电隔离。
0025在又一实施例中，核心层在表面扩展方向上的热膨胀系数在0 ppm,C和12 ppm/。C之间。
0026在又一实施例中，核心层在表面扩展方向上的热膨胀系数在0
8ppm/。C和9 ppm/。C之间。0027在又一实施例中，核心层在表面扩展方向上的导热率在2W/m.K 和500W/m.K之间。
0028在又一实施例中，核心层在表面扩展方向上的导热率在50W/m.K 和1000W/m.K之间。
0029在另一实施例中，核心层在表面扩展方向上的拉伸强度在5msi 和35msi之间。
0030在又一实施例中，核心层在表面扩展方向上的拉伸强度在10msi 和40msi之间。
0031在另一实施例中，核心层在lMHz的介电常数大于6.0。0032在很多实施例中，核心层的厚度至少是印刷线路板衬底的厚度 的30%。在多个实施例中，核心层介于成品印刷线路板衬底厚度的30% 和80%之间。在众多实施例中，核心层介于成品印刷线路板衬底厚度的 40%和60%之间。在许多实施例中，核心层的厚度在0.002英寸和0.100 英寸之间。在多个实施例中，核心层的厚度在0.010英寸和0.050英寸之 间。
0033另一实施例包括安装到印刷线路板衬底的半导体管芯，其中印
刷线路板衬底包括形成电路的一部分的核心层，该电路电连接核心层和 半导体管芯。
0034本发明的方法的一个实施例包括在核心材料层中钻取间隙孔， 使用树脂填充间隙孔，使树脂固化，使核心材料层表面平面化，对粘合 到核心材料层的金属层进行粘合的催化剂表面处理，将介电材料层应用 到核心金属层的两侧，使介电材料层和核心金属层固化，在固化的层中 钻取通孔，形成线路图案并电镀通孔，积累介电材料的附加层和微线路 层以及应用外涂层。


0035图1是根据本发明的一个实施例的包括核心层的增层多层PWB 衬底的横截面示图，该核心层是PWB衬底电路的一部分。0036图2A是根据本发明的一个实施例的包括浸渍树脂的单层碳纤维
9布的材料的实施例的横截面示图，碳纤维布使用金属层包在两侧，且可 用作PWB衬底内的核心层。
0037图2B是根据本发明的另一实施例的包括浸渍树脂的多层碳纤维 布的材料的横截面示图，碳纤维布使用金属层包在两侧，且可用作PWB 衬底内的核心层。
0038图2C是根据本发明的又一实施例的包括浸渍树脂的多层碳纤维 布的材料的横截面示图，碳纤维布不被包盖且可用作PWB衬底内的核心 层。
0039图2D是根据本发明的另一实施例的包括第一部分和第二部分的 材料的横截面示图，其中第一部分通过介电层与第二部分电隔离，并且 第一部分可用作PWB衬底内的核心层。
0040图2E是利用电子显微镜抓取的图形，其示出了浸渍树脂的一层 纺织碳纤维布，其使用金属层包在两侧，该金属层包括从金属层的内表 面延伸的突出部分(枝状晶体)并且直接接触多个碳纤维。
0041图3是图解说明根据本发明的一实施例的制造增层多层PWB衬 底的过程的流程图，该多层PWB衬底包括构成PWB衬底电路的一部分 的核心层。
0042图4A-4M是根据本发明的实施例的各种增层PWB衬底部件的 横截面示图，所述各种增层PWB衬底部件被构造为图3图解说明的制造 过程的一部分。
0043图5是根据本发明的另一实施例构造的增层PWB衬底的横截面 示图，所述增层PWB衬底包括利用与图2D图解说明的材料类似的材料 构造的核心层。
0044图6是构造与图5中所示的PWB衬底类似的PWB衬底的过程 的流程图。
0045图7A是用于接地平面的Gerber (格柏)数据的布线图(artwork) 的图形表示。
0046图7B是为了实现图7A所示的接地平面而钻取电镀通孔的位置 的图形表示。
0047图8A是透过意在用作PWB衬底的核心层的材料层钻取的密集的电镀通孔图案的示意性俯视图。
0048图8B是透过意在用作PWB衬底的核心层的导电材料层钻取的 传统间隙孔图案的示意性俯视图，且其中将钻取图8A中所示的电镀通 孔。
0049图8C是透过意在用作PWB衬底的核心层的导电材料层钻取的 间隙孔图案的示意性俯视图，其中核心层构成根据本发明的一实施例的 PWB衬底的电路的一部分，并且其中将钻取图8A中所示的电镀通孔图 案。
0050图8D是透过意在用作根据本发明的一实施例的PWB衬底的核 心层的导电材料层钻取的间隙孔和电镀通孔图案的示意性俯视图。
0051图8E是透过意在用作PWB衬底的核心层的导电材料层钻取的 间隙孔图案的改进形式的示意性俯视图，其中核心层构成根据本发明的 一实施例的PWB衬底的电路的一部分，并且其中将钻取图8A中所示的 电镀通孔的改进形式。
0052图8F是透过意在用作根据本发明的一实施例的PWB衬底的核 心层的导电材料层钻取的改进间隙孔和改进电镀通孔图案的示意性俯视 图。
0053图9是包括安装在PWB衬底上的半导体管芯的IC的横截面示 图，所述PWB衬底包括的核心层是PWB的电路的一部分。
具体实施例方式
0054参看附图，示出了根据本发明的各实施例的增层印刷线路板 (PWB)衬底，其包括用作带电层的至少一个核心层。此外，示出了包 括根据本发明的各实施例附着到PWB衬底的半导体管芯的集成电路 (IC)，所述PWB衬底包括用作带电层至少一个核心层。在众多实施例 中，核心层由包含碳的材料构造。在很多实施例中，碳材料包括浸渍树 脂的碳纤维，碳纤维使用金属层包覆。在很多实施例中，金属层包括平 滑的外表面和粗糙的内表面，内表面具有接触一些碳纤维的突出部分。 在众多实施例中，对PWB衬底的设计进行了改良以便与未改进的PWB 衬底设计相比改善核心层的结构特性。PWB衬底
0055图1示出了根据本发明的一实施例的增层PWB衬底。增层PWB 衬底200包括构成增层线路部分的上表面和下表面上的核心层10。增层 线路部分包括通过介电层24分离的多个微线路层36。介电层24和微线 路层36在衬底的厚度方向交替地堆叠。在图解说明的实施例中，核心层 10构成PWB衬底200的电路的一部分。
0056可采用多种技术在衬底PWB 200上的各种功能层(即，核心层 10和微线路层36)之间建立电连接。孔55在上、下增层线路部分中的 各微线路层36上的电路之间形成电连接。电镀通孔35、 45用于在上增 层线路部分中的微线路层36和下增层线路部分中的微线路层36之间建 立连接。电镀通孔45也用来在微线路层36和核心层10之间建立连接。 电镀通孔35、45是否与核心层10建立电连接取决于通孔的镀层(plating) 与核心层IO中的导电材料是否电隔离。在图解说明的实施例中，树脂填 充的间隙孔25从核心层10的上表面延伸到核心层10的下表面，用于将 电镀通孔35和核心层10电隔离。包围电镀通孔35的镀层34的树脂32 有效地防止在正常工作期间电镀通孔35和核心层10之间的电流传导。 当不存在用树脂填充的间隙孔时，电流可以在核心层10与电镀通孔45 的镀层34之间传导，在核心层10与电镀通孔45之间建立电连接42。电 镀通孔45在上增层线路部分中的微线路层36上的电路与核心层10之间 建立电连接，并且电镀通孔通常也建立与下增层线路部分中的微线路层 36上的电路之间的连接。但是，电铍通孔不需要在增层线路部分中建立 与核心层10以及微线路层36的连接。
0057当核心层用作根据本发明的各实施例的功能层时，与等价PWB 衬底的核心层中需要的树脂填充的间隙孔的数量相比，透过核心层钻取 的树脂填充的间隙孔的数量会降低，等价PWB衬底不使用核心层作为 PWB衬底的电路的一部分。这种降低归因于以下事实当核心层是功能 层时， 一定比例(可高达20%)的贯穿核心层的电镀通孔不需要与核心 层电隔离，而当核心层不是功能层时，所有电镀通孔需要与核心层电隔 离。在产生树脂填充的间隙孔期间，根据本发明的一实施例的PWB衬底的平面内(in-plane) CTE直接受到从核心层10去除的材料的数量的影 响。增长核心层10的厚度可以弥补与在产生树脂填充的间隙孔期间从核 心层中去除的材料有关的CTE的增长。将核心层用作功能层可以减少需 要从核心层去除的材料的数量，也使根据本发明的各实施例的PWB衬底 的构造成为可能，所述PWB衬底比并不将核心层用作功能层的PWB衬 底薄。
0058图1所示的PWB衬底200的上表面上的最外面的电路图案可以 包括突起焊盘(bump pad) 40从而形成第一级互连线(interconnect),半 导体管芯(未示出)可以直接安装到该第一级互连线。PWB衬底200的 下表面上最外面的电路图案可以包括球形焊盘(ball pad) 41以形成第二 级互连线，该第二级互连线可用于将PWB衬底200的电路与第二级包装 件(诸如传统PWB)互连。PWB衬底的最外面的电路图案可以使用外涂 层64覆盖，露出突起焊盘40和球形焊盘41。
0059根据本发明的各实施例，PWB衬底200的核心层10可以执行 PWB衬底内的多种电功能。在多个实施例中，核心层10作为接地平面。 在很多实施例中，核心层10作为电源平面。在众多实施例中，核心层IO 作为分离的接地平面、电源平面。Vasoya等人的美国专利第6,869,664号、 Vasoya的申请号为11/131,130的美国专利申请和Vasoya的申请号为 11/376,806的美国专利申请描述了在印刷线路板中使用约束核心作为电 源、接地和/或分离的电源/接地平面。Vasoya等人的美国第6,869,664号 专利、Vasoya等人的申请号为11/131,130的美国专利申请和Vasoya的申 请号为11/376,806的美国专利申请的内容通过引用整体并入本文。
0060尽管图1中所示的实施例包括单个核心层，但是本发明的各实 施例可以包括多个核心层，如图5所示，可以包括一核心层，该核心层 包括PWB衬底的多个功能层。在另一实施例中，核心层事实上是一多层 的PWB，增层线路部分形成于其上。根据本发明的各实施例的适当PWB 结构的示例在以上通过引用并入的Vasoya等人的专利和专利申请中描 述。
构造PWB衬底的材料
10061在很多实施例中，导电材料包含在核心层10中以使核心层用作
电路的一部分。在很多实施例中，核心层10包括使用树脂14强化的碳 纤维束16，并且核心层使用金属层12包在至少一侧上。金属层也可以作 为低CTE核心层和增层部分中使用的很高的CTE非强化介电材料之间的 缓冲层。如下文所描述的，金属层可以包括延伸到核心层的树脂纤维基 体(resin fiber matrix)中的突出部分或枝状晶体。突出部分(枝状晶体) 产生了三维结合，与平面结合相比，三维结合可以承受更多的平面剪应 力(shear stress)。在众多实施例中，金属层12增加了核心层可以承载的 电流负载。在其它实施例中，核心层IO可以利用各种材料中的任一材料 形成。可以用来构造根据本发明的各实施例的核心层IO的材料将在以下 有关图2A-2E的描述中讨论。
0062在增层PWB衬底的增层线路部分的构造中使用的材料和过程通 常专门用于增层PWB衬底的构造。微线路层通常利用金属或金属合金
(例如铜)构造，而介电层通常是非强化的树脂层(诸如ABF膜)。在 传统增层PWB衬底的增层线路部分的构造中使用的同样的材料和构造 过程可用于构造根据本发明的各实施例的PWB衬底(包括图1所示的 PWB衬底200)的增层线路部分的微线路层36和介电层24。
核心层
0063如以上所述，作为根据本发明的各实施例的PWB衬底的电路的 一部分的核心层可以以各种方式构造。可用来构造根据本发明的各实施 例的PWB衬底中的核心层的众多材料在图2A-2E中图解说明。此外，以 下讨论的材料和/或可用于构造导电层或PWB中的层压板的材料的任意 组合可用于构造以下讲述的约束核心(constraining core)，可用于根据本 发明的各实施例构造核心层的核心(包括以上通过引用并入的专利和专 利申请中描述的那些材料以及下文列出的材料)。
0064图2A示出了可用来构造根据本发明的一实施例的PWB衬底的 核心层的材料层的横截面示图。材料层10a包括浸渍树脂材料14的多层 碳纤维束16，该树脂材料14夹在两层金属或其它导电材料12之间。树 脂基体14可以由树脂化学物质和分散在树脂化学物质中的无机填充剂构成。下文将进一步讨论根据本发明的各实施例可使用的树脂和无机材料
的类型。图2B所示的材料层10b类似于图2A所示的材料层10a，不同 的是图2B所示的材料层10b包括浸渍树脂材料14的多层碳纤维束16以 增加约束核心结构的厚度。在其它实施例中，两层以上的碳纤维束16被 使用。图2C中所示的材料层10c类似于图2B中所示材料层10b，不同 的是图2C中所示的材料层10c未使用金属层包覆。
0065图2D所示的材料层10d包括第一导电层19，该第一导电层19 通过介电层22与第二导电层20电隔离。第一和第二导电层构造所采用 的多层材料类似于图2A所示的材料层10a。介电层22既用于将第一和 第二导电层电隔离，也用于将这两层结合到一起。介电层22可利用任何 介电材料来构造，前提是其机械特性对打算使用材料层10d的特定应用 是必需的。在很多实施例中，第一导电层19在PWB衬底的核心层内用 作第一功能层，而第二导电层20用作PWB衬底内的第二功能层。在其 它实施例中，第一和第二导电层通过电镀通孔彼此电连接。
0066在很多实施例中，在开始制造PWB衬底之前，第一导电层19 和第二导电层20使用介电材料层22被层压在一起。在其它实施例中， 第一导电层19和第二导电层20被单独处理(包括执行钻取间隙孔)，之 后在PWB衬底的制造过程中使用介电材料被层压在一起。
用于构造核心层的材料
0067各种材料都可用来构造根据本发明的各实施例的PWB衬底的核 心层。在很多实施例中，通过使用浸渍树脂且使用金属包在一侧或多侧 上的纺织碳纤维(通常具有平衡纺织)。在其它实施例中，包括被包覆或 未包覆的导电层压板的一个或多个材料层可用于构造核心层。该层压板 可由浸渍树脂的基材(base material)制成。
0068通常基材是含纤维的材料，诸如碳纤维、石墨纤维(诸如日本 的日本石墨纤维(Nippon Graphite Fiber)制造的CN-80、 CN-60、 CN-50、 YS-90,日本的三菱化学(Mitsubishi Chemical)公司制造的K13B12、 K13C1U、 K63D2U，位于卡罗莱纳州南部(South Carolina)格林维尔
(Greenville)的苏泰克碳纤维(Cytec Carbon Fibers)有限责任公司制造维的材料通常在浸渍树脂前被金属敷涂。被 敷涂金属的纤维的示例包括碳、石墨、E-玻璃、S-玻璃、芳族聚酸胺、凯 夫拉尔、石英纤维或这些纤维的组合。通常，含纤维的材料可以是连续 碳纤维。可替代地，含纤维的材料可以是不连续碳纤维。不连续碳纤维， 诸如美国田纳西州的洛克伍德市(Rockwood)的东邦碳纤维(Toho Carbon Fibers)公司制造的纺纱断裂纤维(X0219)，美国犹他州Hexcel公司制 造的拉伸断裂碳纤维(SBCF)。含纤维的材料可以是纺织的或非纺织的。 非纺织的材料可以是单面胶带(Uni-tape)或毡子(mat)的形式。碳毡 可以是等级号8000040和8000047，其分别是2盎司和3盎司，由马萨诸 塞州东部沃尔波尔的先进纤维无纺布(Advanced Fiber NonWovens)制造。 此外，碳纤维可以是PAN (聚丙烯腈)基碳纤维、沥青基碳纤维或两种 纤维的组合。
0069不含纤维的材料层也可以用在构造根据本发明的各实施例的 PWB衬底的核心层。例如，核心层可以利用固体碳板构造。固体碳板可 以利用压縮的碳或石墨粉末制成。另一种方法是利用碳薄片或碎的碳纤 维采用热塑胶或热固粘结剂制作固体碳板。
0070根据本发明的各实施例的核心层也可以利用浸渍聚合物的碳纳 米管构造。碳纳米管可以是单壁碳纳米管，诸如加拿大雷默工业(Raymor Industries)公司制造的碳单壁纳米管(C-SWNT)或日本筑波(Tsukuba) 的ASIT (日本产业技术综合研究所)开发的碳纳米管。单壁碳纳米管是 纯碳的形式，其强度是1/6th重量的钢铁的强度的100倍。C-SWNT导电 的速度比铜快1000倍。碳纳米管的电流密度可以达到109A/cm2 (即，比 铜大1000x)。 C-SWNT还可以以比铜大10倍的速度传递热量。碳纳米管 可以使用等离子工艺、化学气相沉积(CVD)化学工艺、气相CVD工艺、 电弧放电方法或激光溅射工艺制造。碳纳米管直径可以小于l-100nm，并 且长度小于2000nm。所有这些很独特的物理、电以及热特性会使核心层 很适合于根据本发明的各实施例的PWB衬底中的夹杂物(inclusion)。
0071可用来构造根据本发明的各实施例的核心层的另一种有用的材 料是由纽约马耳他镇(Malta)的星火系统(Starfire Systems)公司制造 的C-SiC (碳-碳化硅)。
10072可用来构造根据本发明的各实施例的核心层的各种树脂包括环
氧、双马来酰亚胺三嗪(BT)、双马来酰亚胺(BMI)、氰酸酯、聚酰亚 胺、酚醛树脂、聚酰胺酰亚胺、聚丙烯、聚苯硫醚、四氟乙烯、聚砜、 聚苯砜、聚醚砜、聚邻苯二甲酰胺、聚缩醛、聚酮、聚碳酸酯、聚苯醚、 聚醚醚酮或以上一些树脂的组合。在很多示例中，树脂可以包括无机填 充剂，诸如热解碳粉末、碳纳米颗粒、碳纳米管(直径范围介于l-100腿)、 碳单壁碳纳米管(C-SWNT)、碳粉、碳粒子、钻石粉、氮化硼、氧化铝、 氧化铝、氮化铝、氢氧化铝、氢氧化镁、硅粉和陶瓷颗粒以改善物理、 机电和热特性。树脂复合物可以包含重量在2%到80%之间的无机填充 物。填充颗粒大小通常小于25pm0073在另一实施例中，约束核心材料并不局限于碳复合材料。在lMHz 时产生大于6.0的约束核心的介电常数的任何材料都可以用在构造根据 本发明的各实施例的核心层中。
核心层的导电性
0074核心层的导电性根据其构造而变化。碳材料(诸如上述碳纤维 和碳板)是导电的，但其传导性通常不足以携带核心层用作PWB衬底的 功能层所需的电流负载。因此，金属和/或导电填充剂可用于增加可由核 心层承载的电流负载。例如，核心层可以由敷涂金属的石墨纤维中采用 增韧环氧树脂和/或浸渍增韧环氧树脂的石墨纤维构造，增韧环氧树脂使 用碳纳米管或热解碳粉末作为填充剂材料。在很多实施例中，金属层(诸 如铜层)包在核心层的任一侧上以增强约束核心的导电性。
0075在金属覆盖层是通过树脂粘合到导电含纤维材料(诸如碳纤维， 或敷涂金属的纤维)的实施例中，可以在金属覆盖层和导电含纤维材料 之间建立电连接。在众多实施例中，电连接借助在最接近导电纤维的金 属层的表面具有突出部分(枝状晶体)的金属层而变得容易。图2E示出 了利用电子显微镜获得的图片，其示出的根据本发明的各实施例的材料 层包括浸渍树脂并且使用金属层覆盖在两侧上的纺织碳纤维，该金属层 其上的突出部分(枝状晶体)具有粗糙的表面，并且向纺织碳纤维延伸。 材料层10a，包括纺织碳纤维150。纺织碳纤维被树脂(图片中不可见)浸
17渍，其将纺织碳纤维150与金属层152粘合。金属层包括具有金属突出 部分或枝状晶体154的粗糙表面和平滑表面156。粗糙的表面布置在内部 使得金属突出物154向纺织碳纤维150延伸。大量纺织碳纤维接触金属 突出物，从而在纺织碳纤维和导电金属层之间建立电连接。纺织碳纤维 和导电金属层之间的电连接可增加可由材料10a'构造的核心层承载的电 流负载。金属层的第二表面或外表面是平滑的，因为这些表面是增层线 路部分的基础。在增层线路部分的构造中使用的介电层通常是薄的，以 致在增层过程中金属外表面的不平坦会阻碍微线路层的可靠构造。
核心层的机械特性
0076在根据本发明的一个实施例的核心层的构造中使用的材料的选 择通常还取决于PWB衬底在最终产品级别所期望的机械特性。这些特性 可能包括热传递速度、热膨胀系数和硬度。在众多实施例中，材料层用 于构造表面扩展方向的CTE在O ppm/。C到12 ppm/。C之间的核心层。在 很多实施例中，材料层用于构造表面扩展方向的CTE在0 ppm/'C至lJ 9 ppm〃C之间的核心层。在众多实施例中，材料层用于构造在与扩展方向 正交的表面内的CTE在30 ppm〃C到100 ppm/"C之间的核心层。在很多 实施例中，材料层用于构造在与扩展方向正交的表面内的CTE在35ppm/ 。C到75 ppm/。C之间的核心层。
0077在很多实施例中，材料层用于构造在表面扩展方向的热传导率 在2 W/m.K到500 W/m.K之间的核心层。在很多实施例中，材料层用于 构造在表面扩展方向的热传导率在50 W/m.K到1000 W/m.K之间的核心 层的中使用。
0078在众多实施例中，材料层用于构造在表面扩展方向的拉伸系数 在5msi (百万镑每平方英寸)到35msi之间的核心层。在很多实施例中， 材料层用于构造在表面扩展方向的拉伸系数在10msi到40msi之间的核 心层。
0079广义上，上述材料的任意组合可以在约束核心的构造中使用， 从而产生在lMHz时介电常数大于6.0的层压层，并产生具有期望的物理 特性的PWB衬底。
18制造PWB衬底
0080根据本发明的一实施例构造增层PWB衬底的工艺在图3中图解 说明。过程100包括准备核心材料层(102)，其将形成PWB衬底的核心。 之后，该核心材料层根据PWB衬底设计被钻取任意需要的间隙孔(104)。 之后，该间隙孔被填充树脂。在众多实施例中，间隙孔通过将介电材料 丝网印刷(screen printing)到钻孔的核心材料层内而被填充(106)。在 很多实施例中，粉末状介电材料用于填充间隙孔(106a)。介电材料被固 化，平面化(108)，并对金属层应用结合增强表面处理，所述金属层被 结合到核心材料层(109)。结合增强表面处理(诸如微蚀刻工艺)将金 属层的表面粗糙化以产生三维结合，从而相对于平面结合承受的剪应力 而言，承受由于核心层和增层线路部分之间的CTE差别引起的更高的剪 应力，而这是使用较平滑的表面才能产生的。平面化表示去除由于固化 从间隙孔突出的树脂而造成的核心层表面的不平坦的过程。核心层表面 上的突起会导致整个增层线路部分的不规则，这可能损害增层线路部分 中微线路层的布局。因此，将核心材料层平面化会增加制造产量。之后， 将被钻孔的核心材料层和一对第一材料层进行排列(110)。通常，第一 介电层被放置在被钻孔的核心材料层的一侧上。之后，在压力、温度下 固化和/或层压该夹层，持续的时间由第一介电层的制造者指定，从而形 成层压部件。之后，透过层压部件钻取通孔(111)，并利用镀铜工艺在 第一介电层的上表面和下表面上形成微线路图案(112)。镀铜工艺也对 通孔进行电镀。之后，相对于图案化的层压部件的上表面和下表面对第 二对介电层进行排列(114)并使其贯穿第二固化和/或层压周期。--旦第 二层压/或固化周期结束，将透过第二对介电层钻取微通孔(116)。通孔 可以通过干式蚀刻工艺来形成，干式蚀刻工艺使用C02激光、UV (紫外) 激光、准分子激光和/或等离子体。之后，通过镀铜工艺在第二对介电层 的上和下表面上形成微线路图案(118)。镀铜工艺也电镀通孔的内层。 可对成对介电层重复执行(120)层压和/或固化周期(114)、钻取(116) 和电镀(118)，以构建所需数量的微线路层。之后，施加一外涂层(122)， 完成增层PWB衬底。在制造增层PWB衬底过程中产生的部件
0081图4A-4M图解说明在根据本发明的一实施例的图3所示的制造 工艺中使用的材料和衬底部件。首先，如图4A所示，准备好核心材料层。 在图示的实施例中，准备好核心材料层10b，其包括使用夹在两个金属层 12之间的树脂强化的碳纤维。核心材料层10b利用多层碳纤维布构造。 在很多实施例中，金属层可以是薄的铜片，其厚度在5pm-140)im之间。
0082图4B示出了其中已钻间隙孔和/或缝隙的核心材料层。间隙孔 25和/或缝隙在指定位置形成。根据本发明的各实施例的间隙孔25可以 通过机械钻孔、激光钻孔、激光切割、冲孔或高压水切割或等价的方法 形成。
0083每个间隙孔25具有第一直径，且通过间隙孔的每个电镀通孔具 有第二较小直径。当透过由树脂填充的间隙孔的中心钻取直径比由树脂 填充的间隙孔的直径小的电镀通孔时，围绕电镀通孔的树脂将通孔的内 部与导电约束核心电隔离。在制造过程中，由树脂填充的间隙孔和电镀 通孔的中心之间可容忍的不对准范围主要由树脂填充的间隙孔的直径和 电镀通孔的直径之间的差异来确定。在不对准导致一部分电镀通孔接触 导电约束核心的情况下，将造成通孔内部和导电约束核心之间无意的电 连接。在很多实施例中，第一直径比第二直径大0.004英寸到0.020英寸。 在很多实施例中，透过在核心材料层中形成的缝隙钻取多个通孔。在制 造过程中应当有类似的考虑，以确保在位于缝隙中的电镀通孔与核心材 料层中的导电材料之间存在足够的空隙。
0084当约束核心层用作功能层时，诸如电路的接地、电源和/或分离 平面层，不需要在所有通孔位置钻间隙孔。通过设计， 一些电镀通孔需 要与约束核心直接电接触。当核心材料层作为PWB衬底的核心层被包含 进来时，减少核心材料层中钻的间隙孔的数量可以对核心材料层的机械 特性产生积极影响。
0085图4C，、 4C"和图4D示出了根据本发明的一实施例的层压部件 的构成，其包括结合到核心材料层的上、下表面的一对介电层。图4C' 示出了电介质料层。利用真空筛选工艺或无真空(vacmimless)筛选工艺，树脂26可 以被筛选到间隙孔25和/或缝隙中。在很多实施例中，筛选到间隙孔和/ 或缝隙中的树脂是高粘性液体，诸如日本山荣化学(San-EI Kagaku)株 式会社制造的Part PHP-900-IR-10F号或Part PHP-900-IR-10FE号树脂。 在其它实施例中，满足电介质特性的任何适当高粘性液体或糊状物或可 用于填充尺寸合理的空腔的任意介电树脂粉末可用于填充间隙孔和/或缝 隙。图4C"示出了根据本发明的一实施例的平面化的核心材料层。如上所 述，平面化涉及去除从间隙孔突出的树脂以产生平坦的表面。在很多实 施例中，树脂被切除。B阶热固性树脂材料24或玻璃强化预浸料被施加 给处理过的核心材料层10b的上表面和下表面，并且在温度、压力和时 间下被固化和/或层压以提供包括C阶上和下介质层24的层压部件(参 见图4D)。在层压过程中，间隙孔25和/或缝隙使用来自B阶介电层24 的回流树脂填充。施加的树脂材料可以是上文关于约束核心io描述的树 脂中的一种。
0086图4E示出了根据本发明的一实施例的其中已经钻取电镀通孔的 层压部件。通孔35、 45形成于指定的位置。第一电镀通孔35形成的位 置经过在核心材料层中形成的由树脂填充的间隙孔25。第一电镀通孔35 被钻取，使得通孔35的圆柱轴线与由树脂填充的间隙孔的圆柱轴线是同 中心的。通孔35的直径比由树脂填充的间隙孔25的直径小。由于通孔 35的直径小于由树脂填充的间隙孔25的直径，所以圆柱形绝缘外壳32 在通孔35的壁表面的周围形成，从而防止通孔35的镀层内层34和核心 材料层中的导电材料之间的电连接。通孔也形成于间隙孔不与由树脂填 充的间隙孔或由树脂填充的缝隙交叉的位置处。因此，第二电镀通孔45 的内层上的镀层与核心材料层中的导电材料直接电接触。如上所述，通 孔35、 45的形成可以通过机械钻孔、激光钻孔、激光切割、冲孔或高压 水切割或等价的方法、干式蚀刻工艺来完成，干式蚀刻工艺包括使用C02 激光、UV激光、准分子激光或等离子体的工艺。
0087图4F示出了根据本发明的一实施例形成于钻孔部件的外表而上. 的微线路层。微线路层36可以借助半加成工艺在介电层24的上表面和 下表面中的每个表面上形成。半加成工艺也可以电镀透过层压部件钻取
21的通孔35、 45的内表面。在众多实施例中，镀层在电镀通孔45和核心 材料层10b中的导电材料之间产生电连接。在图示的实施例中，电连接 在核心材料层10b中的导电材料与通孔45的镀层34之间建立。在图示 的实施例中，电镀通孔45的镀层与碳纤维和核心层的覆盖层电连接。
0088在众多实施例中，图4F所示的部件经过许多处理步骤。具体地， 第一对介电层24的表面和通孔35、 45被如下处理。应用去钻污工艺以 去除任何树脂残骸，并且采用无电镀过程对介电层电镀一很薄的铜基层。 之后，在铜基层上形成抗蚀图案。抗蚀图案具有掩蔽和非掩蔽部分。通 孔35、 45在非掩蔽部分处暴露。执行电镀过程以获得电路期望的铜厚度， 电路形成微线路层和通孔壁34的镀层。可以通过化学发展过程去除抗蚀 图案以进一步暴露铜基层，之后，铜基层通过化学蚀刻过程被去除。当 完成这些处理时，微线路层36在第一对介电层24的每个外表面上形成， 并且通孔35、 45的内表面被镀上导电材料。在其它实施例中，可以使用 能够形成微线路层的和电镀通孔的其它过程。而且，通孔35和45可以 使用导电材料或不导电材料来填充，并被平面化以进一步处理。
0089参见图4G，第二对介电层24被布置在覆盖部件两侧上的微线 路图案36的位置处。图4G中所示排列的固化和/或层压以及对根据本发 明的各实施例的固化的/层压的排列进行的接下来的过程类似于对传统 PWB衬底上的增层执行的过程。
0090图4H图示了在温度、压力、时间和真空下执行的固化和/或层 压周期后图4G所示的排列。微线路层36上的电路之间的缝隙被填充树 脂，其在层压周期期间从介电层24回流。
0091图4H中所示的层压部件中形成的通孔在图4I中示出。通孔55 在第二对介电层24中形成。不同的通孔图案可以在第二对介电层24中 的每个介电层中钻取。通孔55可以利用干式蚀刻工艺形成，包括C02激 光、UV激光、准分子激光或等离子体。也可以使用其它工艺，诸如利用 感光性的第二介电层，接下来进行照相平版印刷工艺。
0092图4J示出了一部件，其包括根据本发明的一实施例的电镀通孔 和第二对微线路层。应用的工艺类似于为获得图4F所示的部件采用的I: 艺，其产生了图4H所示的通孔55的镀层以及第二对介电层24的外表面上的一对微线路层36的形成。
0093根据本发明的各实施例的多层增层PWB的制造可包括将关于图 4G-4J描述的工艺重复预定次数。以这种方式构造的部件的示例在图4K 中示出。部件的最外层包括可用于在PWB衬底和半导体管芯之间以及 PWB衬底和第二级包装件(诸如传统PWB)之间建立连接的多个电连接 焊盘40、 41。突起焊盘40在PWB衬底的外表面上形成，半导体管芯被 附着到突起焊盘40。球形焊盘41在PWB衬底的外表面上形成，并将被 连接到第二级包装件，诸如传统PWB。在很多实施例中，突起焊盘40 和球形焊盘41使用附加的金属敷涂，诸如镍、金、银和/或锡以改善通过 半导体管芯的管脚焊盘(pinpad)或传统PWB上的触头(contact)实现 的与电有关的特性。
0094图4L示出了根据本发明的成品PWB衬底，其中外涂层64被施 加到PWB衬底的上表面和下表面。外涂层64被形成为具有开口 66，该 开口 66暴露了电连接焊盘40、 41。外涂层的形成可以继续如下。通过印 刷或筛选方法将适当的高度绝缘和耐热材料施加到衬底的两个表面上。 之后，照相平版印刷工艺可用于将开口66图案化。在其它实施例中，用 于向传统PWB衬底施加外涂层的多种工艺的任一工艺可用于形成外涂 层64。
0095通过以上描述的工艺，可以制造包括核心层、多层微线路图案、 电镀通孔、通孔和起保护作用的外涂层的多层增层PWB衬底，核心层是 PWB衬底的电路的一部分。在很多实施例中，核心层的厚度介于0.002 英寸和0.100英寸之间。在很多实施例中，核心层的厚度介于0.010英寸 和0.050英寸之间。
0096在众多实施例中，核心层的厚度介于成品PWB衬底厚度的30% 和90%之间。在很多实施例中，核心层的厚度介于成品PWB衬底厚度的 40%和60%之间。
0097在很多实施例中，核心层相对构造包括核心层的PWB衬底的其 它材料的比率是60/40。在众多实施例中，该比率是70/30。
包括具有多层含纤维材料的核心层的PWB衬底
20098多种材料层可用于构造根据本发明的各实施例的PWB衬底的核 心。可构造与图4M所示的PWB衬底类似的PWB衬底，其包含的核心 材料层类似于图2C所示的材料层10c。如上所述，核心层10c包括多层 含纤维材料，并且不包括金属层。在描述的实施例中，假设电流负载满 足打算使用所述PWB衬底的应用的需求，则核心层10c的导电性足以使 核心层10c作为功能层。
包括具有多个功能层的核心层的PWB衬底
0099图5示出了与图4M所示的PWB衬底类似的PWB衬底，该PWB 衬底包括的核心材料层类似于图2D所示的材料层10d。如上所述，核心 层10d包括薄的介屯材料层，其将每个可用作PWB衬底的功能层的两个 导电层分离。因此，核心层10d除了提供机械优势外，诸如降低PWB衬 底的CTE，还可以用作两个功能层。电镀通孔65、 75和85经过核心层 10d。电镀通孔65通过由树脂填充的间隙孔形成的圆柱形电介质外壳32 与核心层10d中的导电层60和70隔离。电镀通孔75通过由树脂填充的 间隙孔形成的圆柱形电介质外壳32与核心层10d中的第一导电层60隔 离。但是，电连接42存在于通孔75的电镀壁34与核心层10d中的第二 导电层70之间。电镀通孔85电连接到第一导电层60，并且与第二导电 层70电隔离。如上所述，两个导电层都用作衬底内的功能层。在图示的 实施例中，第一导电材料层可以用作电源平面，第二导电材料层可以用 作接地平面或者反之亦然。可替代地，两层均可用作电源平面、接地平 面或分离的平面。
00100在很多实施例中，包含在核心层10d中的介电层22的厚度在 0.001英寸和0.030英寸之间。除了介电层22之外，介电材料也可用于电 隔离导电层60、 70的边缘以阻止PWB的边缘的层短路。在众多实施例 中，边缘可以通过布线(routing)或沿着边缘钻取树脂填充的沟道进行 电隔离以在至少一个导电层中的电材料与核心层10的边缘之间产生树脂 障碍。
00101图6示出了根据本发明的一实施例的制造PWB衬底的工艺， PWB衬底包括与图2D所示的材料层10d类似的核心层，该核心层包括第一导电层和第二导电层。工艺600包括透过第一导电层利用钻孔工艺 钻取间隙孔图案(602)，钻孔工艺诸如深度控制钻孔工艺，包括C02激
光钻孔、UV激光钻孔、UV与C02激光钻孔的组合、准分子激光或等离
子体钻孔。之后，透过第二导电层利用类似的钻孔工艺钻取间隙孔图案
(604)。如以上所述，间隙孔钻取图案可以包括沿线路布线或钻取的沟 道，最终形成PWB衬底的核心层的边缘。由树脂填充的沟道可以防止导 电层边缘的电路短路。在众多实施例中，在每个导电层中形成一对平行 沟道。在很多实施例中，每个导电层中形成一对正交沟道。当钻孔时， 孔和沟道通常不会延伸到粘合第一和第二导电层的介电材料中。在众多 实施例中，高粘性树脂材料被筛选到间隙孔和沟道中，并且该层是平面 化的核心材料(606)。与上述类似的粘性树脂材料和筛选工艺可用于填 充间隙孔。在其它实施例中，树脂回流取决于填充间隙孔。第一对介电 层24被排列在核心材料层10d的两侧上，并且执行层压(608)。之后， 可以利用与关于图3所示工艺类似的工艺完成增层工艺(610)。
00102在其它实施例中，每个导电层60、 70在与介电层22组合之前 被处理，以形成核心材料层10d。该工艺通常包括在每个导电层60、 70 中钻取间隙孔图案以及在正交于表面扩展方向的方向上排列叠层，叠层 包括第一下介电层24、第二导电层70、介电层22、第一导电层60和第 一上介电层24。之后，在温度、压力、时间和真空下执行固化和/或层压 周期。上介电层24、介电层22和下介电层24的电介质树脂在固化/层压 期间回流到间隙孔(间隙孔也可以在固化/层压之前使用树脂填充)。之后， 可以利用与以上关于图3描述的工艺类似的工艺完成成品PWB衬底。
降低CTE的设计
00103根据本发明的一个实施例的PWB衬底的核心层10在表面扩展 方向的CTE通常很小。在很多实施例中，沿平行于表面扩展方向延伸的 核心层10中碳纤维束的使用将对核心层10的较小CTE有帮助。
00104根据本发明的各实施例的PWB的衬底的CTE明显取决于约束 核心层10的CTE。因此，通过调整核心层10中使用的碳纤维材料的量、 碳纤维类型以及碳纤维束大小可以在表面扩展方向增加或降低PWB衬底的热膨胀系数。例如，可以通过调整PWB衬底的核心层的这些特征实 现PWB衬底的CTE范围在3ppm〃C到12ppm/。C之间。表面扩展方向的 CTE在此范围内的PWB衬底可能与在其平行的表面扩展方向与安装到 PWB衬底的半导体芯片的CTE匹配或基本匹配。在钻取间隙孔期间被去 除的核心层中的材料会影响核心层的CTE。去除的材料越多，核心层的 CTE越高。当间隙孔被严密地隔开时，材料的去除可能明显影响核心层 的机械特性。材料的去除可以通过增加核心层的厚度得到补偿。在很多 实施例中，PWB衬底设计可以被修改成降低核心层中间隙孔的密度。下 文进一步讨论PWB衬底的修改设计以降低钻取的间隙孔对核心层的机 械特性的影响。00105而且，本发明的增层衬底200在增层部分上具有由增层方法产 生的高精密度线路结构。因此，可以在最外面线路图案上的小节距(pitch) 上布置电连接焊盘40用于进一步的连接。这对于在小节距上具有多个连 接引脚焊盘的半导体芯片的直接连接或安装是有利的。准备来自工艺数据的间隙孔数据00106传统PWB衬底设计通常假设核心层是电介质并且利用玻璃纤 维强化材料来构造。可将工艺施加到传统PWB衬底设计的Gerber数据 以便能够制造根据本发明的各实施例的PWB衬底。图7A是传统PWB 衬底设计中接地平面的Gerber数据的工艺图的图形表示，其假设接地平 面是PWB衬底内的铜层，并且核心层是电介质。在传统PWB中，隔离 孔(anti-pad) 114蚀刻到电镀通孔与接地平面区域110相交的位置中的 接地平面上，并且不期望电镀通孔和接地平面之间存在电连接。隔离孔 的大小总是大于电镀通孔经过隔离孔区域的大小。焊盘112被称为热焊 盘，其也通常在接地平面区域110上被图案化。热焊盘112使得电镀通 孔能够与平面区域110电接触。图7A中表示的Gerber数据可用于利用 标准化学印刷和蚀刻技术在传统PWB衬底上产生接地平面。00107如上所述，图7A描述的接地平面可利用根据本发明的各实施 例的PWB衬底的核心层实现。为了利用图7A的Gerber数据实现接地平 面，Gerber数据必须被修改成包含核心层的物理特性。代替标准的化学印刷和蚀刻技术，根据本发明的一实施例的PWB衬底的核心层需要钻取 间隙孔。00108图7B中示出了根据本发明的一实施例修改的Gerber数据的图 形表示。修改的Gerber数据示出了将钻取电镀通孔的位置以实现图7A 描述的接地平面。间隙孔位置104表示电镀通孔延伸通过核心层并且不 与核心层电连接的位置，间隙孔位置102表示电镀通孔延伸通过核心层 并且与核心层接地面电连接的位置。线100表示衬底的构成的轮廓线。为改善机械特性改进PWB衬底设计00109如上所述，在钻取间隙孔期间从PWB衬底的核心层去除材料 会负面影响核心层的机械特性。下文将关于图8A-8F描述降低钻取间隙 孔的机械影响的技术。00110图8A示出了 Gerber数据的图形表示，其包括用于对介电核心 层钻孔的电镀通孔钻取图案。描述的Gerber数据800示出了一组电镀通 孔802的位置。该组电镀通孔中的每个交替行连接到接地平面或电源平 面。图8B示出了改进的Gerber数据的图形表示，其示出了用于对PWB 衬底的导电核心层钻孔的间隙孔钻取图案，该导电核心层不用作PWB衬 底的功能层。描述的Gerber数据810包括一组间隙孔812。间隙孔的密 度使得在临近的间隙孔之间存在很小数量的核心层材料。在很多实施例 中，核心层在间隙孔钻取区域内的机械特性将由于钻取间隙孔的密度而 受到损害。00111当需要很密集的间隙孔钻取图案时， 一种确保核心层完整性的 方法是增加核心层的厚度。另一种方法是将核心层用作根据本发明的一 实施例的PWB衬底的功能层。图8C示出了改进的Gerber数据的图形表 示，其示出了钻取PWB衬底的导电核心层的钻孔图案，其中该导电核心 层用作PWB衬底的接地平面。描述的Gerber数据820包括一组间隙孔 822。核心层是接地平面意味着间隙孔不再需要将连接到接地平面的电镀 通孔与导电核心层电隔离。与图8B中描述的间隙孔钻取图案812相比， 图8C中描述的间隙孔钻取图案822需要去除接近一半的核心层材料。00112图8D示出了改进的Gerber数据的图形表示，其示出了图8C27描述的间隙孔钻取图案和图8A描述的电镀通孔钻取图案。描述的Gerber 数据830包括与间隙孔822和电镀通孔相交的电镀通孔位置，所述电镀 通孔与核心材料层832相交。00113参见图8C中描述的Gerber数据，去除一半间隙孔增加了相邻 行的间隙孔之间的间隔，但是，高密度的间隙孔仍旧在每行内。每行中 间隙孔的接近程度可能足以损害核心层的机械完整性。如上所述，机械 完整性可以通过增加核心层的厚度得到支撑。另一种方式是改进PWB衬 底的设计以增加根据本发明的各实施例的间隙孔之间的间隔。00114图8E示出了 Gerber数据的图形表示，其示出了 PWB衬底的 核心层的间隙孔图案，核心层作为衬底的接地平面起作用。描述的Gerber 数据840包括一组间隙孔842。在图解说明的实施例中，该组间隙孔通过 改进图8A所述的该组电镀通孔802中每个第二电镀通孔的目标来形成。 通过交换每个第二电镀通孔连接的层，所需的间隙孔图案得以改进。不 采用图8C的间隙孔图案822中描述的若干行距离靠近的间隙孔，图8E 中的间隙孔图案842被交错，以便相邻间隙孔之间的距离增加。00115图8F图示的Gerber数据的图形表示显示了图8E中所示的间 隙孔图案和图8A中示出的电镀通孔钻取图案的叠加(overlay)。描述的 Gerber数据850示出了改进电镀通孔的用途不需要改变电镀通孔的位置。 但是，改进电镀通孔的用途可能需要改进PWB衬底的微线路层上的电 路。00116尽管图8A示出了若干组规则的电镀通孔，但是相似的设计原 理可用于增加设计中包括比较不规则、间隔开的电镀通孔的间隙孔之间 的间隔。在众多实施例中，为减少间隔孔的数量而将核心层用作PWB衬 底的功能层，为增加间隔孔的距离而改进PWB衬底的设计以及增加核心 层的厚度可以结合使用以确保核心层的机械完整性。尽管图8D和8F所 示的示例包括核心层用作接地平面，但是类似的技术可以应用到核心层 用作电源平面或分离平面的情形。事实上，可以设想利用分离的平面来 改进图8A所示的电镀通孔的设计，其中所有电镀通孔需要通过分离的平 面的接地平面区域连接到接地平面，所有电镀通孔需要通过分离的平面 的电源平面区域与电源平面连接。通过这种方式使用分离的平面消除了关于图8A所示的电镀通孔对间隔孔的需求。在其它实施例中，其它改进 可以结合用作接地、电源或分离的接地和电源平面的核心层使用以减少 核心层高密度区域中由树脂填充的间隙孔的密度。成品IC00117根据本发明一实施例的成品IC可以通过将半导体管芯安装在 具有核心层的PWB衬底来构成，其中核心层构成PWB衬底的电路的一 部分。在很多实施例中，IC的完成还要求将半导体管芯包装在保护材料 中。00118图9示出了根据本发明的一实施例的IC。 IC 900包括安装在 PWB衬底904上的半导体管芯902。在图示的实施例中，半导体管芯902 直接安装到PWB衬底904。 PWB衬底包括构成PWB衬底的电路的一部 分的核心层10。电镀通孔905将核心层10连接到PWB衬底内微线路层 上的电路。焊料突起906提供半导体管芯的引脚焊盘和半导体管芯被安 装在其上的PWB衬底904的表面上的突起焊盘908的电连接。 一组焊料 突起912会在位于PWB衬底904的其它表面上的球形焊盘910和第二级 封装件(诸如传统PWB)之间产生电接触。在其它实施例中，可利用连 接半导体管芯和PWB衬底以及用于连接PWB衬底和第二级包装件的其 它标准技术形成电连接。在众多实施例中，介电树脂材料用于保护半导 体管芯902和/或半导体管芯902和PWB衬底904之间未填充的空隙。00119尽管前述实施例作为典型的实施例公开，但是应当理解正如所 公开的可以对该系统做附加的变化、替换以及更改，而不偏离本发明的 范围。因此，本发明的范围不应到由图示实施例确定，而应当由所附权 利要求及其等效物确定。
权利要求
1. 一种印刷线路板衬底，其包括核心层，其包括导电材料；和至少一个增层线路部分，其形成于所述核心层的外表面上；其中所述增层部分包括至少一个具有电路的微线路层，所述电路通过电镀通孔电连接到所述核心层中的所述导电材料。
2. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层的热膨 胀系数低于所述至少一个增层部分的热膨胀系数。
3. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层被配置 成用作接地平面。
4. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层被配胃: 成用作电源平面。
5. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层被配置 成用作分离的电源和接地平面。
6. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层包括碳 材料。
7. 根据权利要求6所述的印刷线路板衬底，其中所述碳材料是碳纤维。
8. 根据权利要求7所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层包括，: 少一层纺织碳纤维。
9. 根据权利要求8所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层通过金 属层被包在至少一侧上，该金属层通过树脂被粘合到所述碳纤维。
10. 根据权利要求9所述的印刷线路板衬底，其中 该金属层包括一内表面，突出部分从该内表面延伸； 多个突出部分接触碳纤维；并且 该金属层包括平的外表面。
11. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层包括第 一导电层，所述第一导电层通过介电层粘合到第二导电层，所述介电层 将所述第一层和所述第二层电隔离。
12. 根据权利要求l所述的印刷线路板衬底，其中 第一增层线路部分在所述核心层的上表面上形成， 第二增层线路部分在所述核心层的下表面上形成；电镀通孔将所述第一增层线路部分中的微线路层上的电路和所述第二增层线路部分中的微线路层上的电路连接在一起；并且所述电镀通孔通过由树脂填充的间隙孔与所述核心层中的所述导电 材料电隔离。
13. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层在表面 扩展方向的热膨胀系数在0ppm/。C和12ppm/。C之间。
14. 根据权利要求13所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层在所 述表面扩展方向的热膨胀系数在0ppm〃C和9ppm厂C之间。
15. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层在表面 扩展方向的导热率在2W/m.K和500W/m.K之间。
16. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层在表面 扩展方向的导热率在50 W/m.K和1000 W/m.K之间。
17. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层在表面扩展方向的拉伸强度在5 msi和35 msi之间。
18. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层在表面 扩展方向的拉伸强度在10 msi和40 msi之间。
19. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层的介电 常数在lMHz时大于6.0。
20. 根据权利要求1所述的印刷线路板衬底，其中所述核心层的厚度 至少是所述印刷线路板衬底的厚度的30%。
21. —种集成电路，包括安装到印刷线路板衬底的半导体管芯，其中 所述印刷线路板衬底包括构成电路的一部分的核心层，该电路电连接所 述核心层和所述半导体管芯。
22. —种构造印刷线路板衬底的方法，包括 在核心材料层中钻取间隙孔； 使用树脂填充所述间隙孔； 固化所述树脂；平面化所述核心材料层的表面；将若千介电材料层施加到所述核心材料层的两侧；固化所述若干介电材料层和核心材料层；在所固化的层中钻取通孔；形成线路图案并电镀所述通孔；积累附加的介电材料层和微线路层；以及施加外涂层。
全文摘要
本文描述了集成电路和制造集成电路的过程，其使用的印刷线路板衬底(200)具有核心层(10)，该核心层是印刷线路板的电路的一部分。在众多实施例中，核心层由碳复合材料构成。在几个实施例中，描述的技术用于增加设计中核心层的完整性，这要求钻取高密度的间隙孔(25)。本发明的一个实施例包括具有导电材料的核心层和在核心层的外表面上形成的至少一个增层线路部分。此外，增层部分包括至少一个微线路层(36)，该微线路层包含的电路通过电镀通孔(45)电连接到核心层中的导电材料。
文档编号H05K1/11GK101507058SQ200780031170
公开日2009年8月12日 申请日期2007年7月16日 优先权日2006年7月14日
发明者K·K·瓦色亚 申请人:斯塔布科尔公司