专利名称：在印刷电路板上提供电隔离的紧密间隔特征的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及在印刷电路板上的金属电路中的细微特征，并且更具体地，涉
及用于使用热和机械应力生成细微特征的方法。
背景技术：
印刷电路板的常规制备方法总是利用一种或多种在电介质基板上生成传导金属图案的方法。各种方法中的一些方法包括印刷和蚀刻、化学镀铜、真空沉积以及密贴式丝网印刷、接触印刷或者将金属浆液喷墨到基板上。这些方法中的一些方法是删减性的，诸如，"印刷和蚀刻"技术，其中从层压的铜箔蚀刻出图案；其他方法纯粹是添加性的，诸如丝网或厚膜印刷，其中将导体图案直接形成在基板上；并且另外其他方法是添加性和删减性的组合。 一种普及的技术是使用图形工艺技术的印刷电子电路的制备，因为它具有以很高容量生成很廉价电路的潜力。然而，当前的图形工艺技术在能够实现的特征大小方面是有局限性的，在两个金属导体之间的分辨率的当前限度约为10-50微米。研究人员正在研究新功能性墨的开发以及图形工艺特征成像的新颖方法，诸如凹印滚筒、柔性版、丝网模版等，以实现更细微的印刷特征分辨率。所有这些印刷技术依赖于墨和基板表面之间的润湿特性，以生成高分辨率的图像。 一般而言，这要求基板润湿特性的某种改变，通常通过电晕放电、化学涂层或等离子处理，改变基板表面。虽然这些技术能够改变基板表面，足以提供良好的粘结性和润湿性，但是它们增加了表面的粗糙度，从而限制了非常细微特征的形成，诸如在小于IO微米的印刷结构，即导体之间的空间。 一种使用图形工艺技术在印刷电路上形成细微特征的改进的方法对于本技术领域将是一个重要贡献。
在附图中，贯穿各个独立视图的附图标记指的是相同或功能类似的元件，并且这些附图与下文的具体实施方式
一起被包含在本说明书中并形成其一部分，用于进一步说明各种实施例，以及解释所有根据本发明的各种原理和优点。
图1是根据本发明一些实施例的具有形成于其上的特征的基板的局部等量视图。
图2是根据本发明一些实施例的被暴露于闪光的图1的基板的局部等量视图。
图3是根据本发明一些实施例的穿过截面2-2的图2的局部剖视图。
图4是根据本发明一些实施例的曝光之后的图3的局部剖视图。
图5是根据本发明一些实施例的图4的局部等量视图。
图6是根据本发明的晶体管的一个实施例的局部剖视图。 本领域的技术人员将理解的是，在附图中图示的元件是出于简单和清楚目的，并且不一定按比例绘制。例如，在附图中的一些元件的尺寸可以相对于其他元件被放大，以帮助改善对于本发明的实施例的理解。
具体实施例方式
在具体描述根据本发明的实施例之前，应当观察到，这些实施例主要在于与用于在印刷电路板上提供电隔离紧密间隔的特征的方法和装置相关的方法和装置组件的组合。因此，在附图中适当之处已经通过常规符号表示了装置组件和方法，仅示出了与理解本发明实施例相关的那些具体细节，以便避免因对从此处描述受益的本领域的普通技术人员很容易显而易见的细节而模糊了本公开。 在本文献中，诸如第一和第二、顶和底等的关系型术语可能仅被用于将一个实体或动作与另一实体或动作区别开，而并不一定要求或暗示在这样的实体和动作之间存在任何实际的这样的关系或顺序。术语"包括"或其任何其他变形，意在涵盖非排他性包含，使得包括一系列元件的处理、方法、制品或装置不仅包含那些元素，而且可以包含未明确列出的或者这样的处理、方法、制品或装置所固有的其他元素。在元素之前的"包括一"在没有更多约束条件的情况下不排除在包括该元素的处理、方法、制品或装置中存在附加相同的元素。
将理解的是，此处所描述的本发明的实施例可以由如此所描述的非常规方式布置的常规元件所构成。这些实施例可以被用在各种电路中，诸如但不限于，无线电接收器、无线电发射器、信号驱动器、时钟电路、电源电路和用户输入设备。因此，用于实现这些功能的方法和装置也在此处作了描述。进一步地，预期的是，本领域的普通技术人员虽然可能由例如可用时间、当前技术和经济考虑的驱动而作出了相当的努力和很多设计选择，但是当在此处所公开的概念和原理的指引下时，将很容易能够以最少的实验产生这样的实施例。
此处描述了一种在金属中形成受控的应力裂缝的方法，该方法产生用于印刷线路板上的电隔离的、紧密间隔的电路子实体。聚合物基板具有被粘结至表面的金属层，并且该金属层被形成为实体。每个实体具有发起形成在其中的特征的裂缝，它用于发起和/或定向在该金属中引致的应力裂纹。通过使基板和实体受到由快速热漂移导致的机械应力，可以以受控的方式使实体破裂，在该实体中生成从裂缝发起特征延伸的应力裂缝。该应力裂缝将每个实体分成两个或多个子实体，所述两个或多个子实体被该应力裂缝彼此电隔离。产生的结构可以被用于在例如高密度印刷电路板上形成要求在导体之间的非常细微的间隔的电路。在一个实施例中，形成了晶体管结构。通过诸如在氙频闪照明中发现的高强度弧光灯的方式，可以引致快速热应力。 现在参考图1，电绝缘材料用为基板IO，以在其上形成印刷电路。基板10通常是聚合体或者聚合体的混合，诸如聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氯乙烯、以及聚硅氧烷、聚碳酸酯、聚烯烃、聚甲基丙烯酸甲酯、纤维或纸。聚合体还可以包含本领域已知的用于增强物理和/或电性能的各种数量的常规填充物，诸如玻璃纤维、碳纤维、碳纳米管、聚酰亚胺纤维等。位于并且牢固地粘附在基板10的主表面上的是金属层ll，通常为铜，但是也可以审慎地采用
其他金属，诸如铝、铬、金、铁、镍、钯、钼、银、钛、锡、钨、锌及其合金。金属层ll由一个或多
个实体12组成，它们通常是用于承载电信号的线路或流道，或者它们是用于连接表面安装的组件的垫或端子。某些实体12包含在实体周界部分上和/或在实体的内部部分中的一个或多个裂缝发起特征14、54。虽然在附图中被图示为三角形的一部分，但是特征14可以包含多种形状，但一般而言，优选具有尖点或部分的形状。由于基板10的热膨胀(CTE)系数远大于金属实体12的CTE，所以基板和实体的温度的升高将机械地压迫金属实体。提高温
5度通常将增大金属层的张力并且降低下层基板的压縮力，因为基板通常远厚于金属层。当引致的机械应力达到某种水平时，与裂缝发起特征相结合的张应力将在金属实体中发起并传播应力裂纹。发起裂缝所需要的应力的量将随着每个金属和金属/聚合物组合而变化。裂缝发起特征14本质上是在实体中有目的地形成的"缺陷"，并且用作在每个实体中的应力集中点，以通过发起裂缝来解除应力。现在参考图5，应力裂缝45从裂缝发起特征14延伸至受影响的实体的内部部分，以便形成来自该实体的两个或三个子实体42。每个子实体42现在通过应力裂缝与相邻子实体电隔离开。因此，印刷电路板5现在包含紧密间隔、但彼此电隔离的多个子实体。 现在已经简要地描述了我们发明的装置，现在我们将通过返回参考图1来描述一种或多种形成该装置的方法。位于并且牢固粘附在基板10的主要表面上的是金属或传导墨层11，诸如铜、铝、铬、金、铁、镍、钯、钼、银、钛、锡、钨、锌、或者含有它们合金的这些金属的其他传导基质。金属层ll由一个或多个实体12构成，所述一个或多个实体12通常是用于承载电信号的线路或流道，或者它们是用于连接表面安装的组件的垫或端子。它们可以通过添加性或删减性镀层方法以常规方式来形成，或者它们可以使用高速图形工艺方法来印刷，诸如凹版印刷、平版印刷或其他接触和非接触印刷技术。在形成图案工艺期间，裂缝发起特征14形成在一个或多个实体的周界部分上和/或在实体的内部部分中。虽然在附图中被图示为三角形的一部分，但是特征14可以包括多种形状，但一般而言，优选具有尖点或部分的形状。当装配经受足够大且快速的热应力时，由于基板10的热膨胀系数(CTE)远大于金属实体的CTE，所以温度的快速增加将机械地压迫金属实体(张应力)，并且受控的裂缝将形成在该实体中，从裂缝发起特征14向实体的内部部分传播。在图2中图示了一种引致快速热应力的方法，其中，电磁辐射29的高强度源撞击在基板10和实体12上。适当的源29的一个示例是由NovaCentrix公司销售的光子加工系统，该系统使用由3000瓦的高压电源驱动的频闪氙弧灯(140-500纳米波长)。触发电路在大约10和大约1000焦耳之间调整频闪能量，脉冲持续时间的范围是从20微秒到500微秒，并且可以从高达2千赫的单一脉冲至脉冲速率来调整频闪速率。现在参考图3，穿过图2的截面2-2的剖视图，撞击在装配上的来自源29的热能量导致金属实体12如箭头38所示地横向膨胀，并且导致基板10也横向膨胀，但是以如大箭头37所示的大得多的速率。这种膨胀的失配在金属实体中生成了大量的机械应力(张应力)，并且导致其破裂。发起裂缝所需要的应力的量将随着每个金属以及金属/聚合物组合而改变。由于裂缝发起特征14本质上是在该实体中有目的地形成的"缺陷"，所以它用于将应力集中在该点处。当装配回到周围温度时，在图4中可以看出，应力裂缝45现在已经导致实体12被分离成两个子实体42，这两个子实体42被裂缝45所形成的窄沟道电隔离。现在参考图5，可以看出，应力裂缝源自裂缝发起特征14的顶点，并且延伸到实体12的内部中。如果我们要将裂缝发起特征54定位在实体的内部部分中，而非周界周围，那么我们可以引致多个裂缝，每个裂缝从裂缝发起特征54的顶点放射状地延伸。 在我们发明的另一实施例中，在实体经受快速热应力之前，聚合物基板被机械地弯曲成背离主要表面的凸形状，使得该弯曲的顶点被优选地直接部署在裂缝发起特征下方。这种类型的弯曲将在金属的表面上形成接近单方向的张应力，这进而为平行于弯曲轴线的应力裂缝传播生成了优选的方向。裂缝生成特征15还可以形成在实体的主要表面上或实体的主要表面中，而非在外部部分的垂直壁上。该特征不完全通过金属延伸，并且可以通过刮擦或铣削金属表面而形成。 已经描述了我们发明的装置和方法，现在我们给出实施构造删减的一个示例。通过溅射法将非常薄的铝层沉积在聚对苯二甲酸乙二醇酯基板上。然后，将该铝层形成包含裂缝发起特征的一系列实体的图案。该图案化的装配随后经受来自1800伏NovaCentrix氙频闪灯的单一 300毫秒脉冲。在回到周围温度之后，检查表明在该铝层中形成了 3微米的沟道。 在我们发明的又一实施例中，裂缝的实体被用作晶体管结构的元件。现在参考图6，使用上述方法来形成紧密间隔的实体62A和62B。将半导体元件67沉积在相邻实体62A、62B之间由应力裂缝所形成的间隙中，并且将电介质材料68沉积在该半导体元件的上面。然后，在该电介质材料68上形成栅电极69，以生成晶体管，其中实体62A、62B形成源和漏电极。晶体管的替代实施例发现了一种底栅极结构，其中，金属层的一部分充当栅电极，将电介质材料部署在栅电极上，将源和漏电极部署在电介质材料上，并且将半导体元件部署在源和漏电极之间的电介质上，或者在源和漏电极上。 总之，公开了一种方法，该方法通过热、化学或机械工艺及其组合引致裂纹传播来在电路电极之间生成微米大小的沟道。我们已经阐述了使用但不限于光子加工技术形成微米大小沟道，以及控制用于简单图案生成的裂纹传播的能力。因此，使用低至中等分辨率的图案化或沉积技术，印刷电路板现在可以包含彼此紧密间隔但电隔离的多个子实体。在先前的说明中，已经描述了本发明的具体实施例。然而，本领域的技术人员理解到，在不脱离权利要求所阐明的本发明的范围的情况下，可以做出各种修改和改变。因此，本说明书和附图应当被视为说明性而非限制性含义，并且所有这样的修改意在被包含在本发明的范围内。益处、优点、问题的解决方案以及可能导致任何益处、优点或解决方案发生或变得更显著的任何元素不应被解释为任何或全部权利要求的关键、必需或必要特征或元素。本发明仅由权利要求来限定，权利要求包含在本申请未决期间所做的任何修改以及如所授权的权利要求的所有等同物。
权利要求
一种在印刷线路板上使用的电隔离的、紧密间隔的电路子实体，包括聚合物基板，所述聚合物基板选自由以下组成的组聚酯、聚酰亚胺、聚酰胺、聚酰胺-酰亚胺、聚醚酰亚胺、聚丙烯酸酯、聚乙烯、聚丙烯、环氧树脂、聚偏二氯乙烯、聚硅氧烷、聚碳酸酯、纤维和纸，所述聚合物基板具有粘结至其主表面的金属层；所述金属层形成至少一个实体的图案；所述实体具有形成在其中的一个或多个裂缝发起特征；以及在所述实体中的一个或多个应力裂缝，所述应力裂缝从所述裂缝发起特征延伸至所述实体的内部部分中，以便从所述实体形成一个或多个子实体，通过所述应力裂缝，每个子实体与相邻子实体电隔离。
2. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述金属层包括一种或多种金属，所述一种或多种金属选自由以下组成的组铝、铬、铜、金、铁、镍、钯、钼、银、钛、锡、钨、锌及其合金。
3. 根据权利要求1所述的装置，其中，彼此相邻的两个子实体包括源电极和漏电极，并且进一步包括部署在所述应力裂缝中的半导体元件。
4. 根据权利要求3所述的装置，进一步包括部署在所述半导体元件上的电介质以及部署在所述电介质上的栅电极。
5. 根据权利要求1所述的装置，其中，子实体包括栅电极，并且进一步包括部署在所述栅电极上的电介质、部署在所述电介质上的半导体元件以及部署在所述半导体元件上的源和漏电极。
6. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括位于所述至少一个实体上的电介质层以及位于所述电介质层上的第二金属层，所述第二金属层形成具有形成于其中的一个或多个裂缝发起特征的至少一个实体，以及从所述裂缝发起特征延伸至所述实体内部部分中的一个或多个应力裂缝，以便从所述实体形成两个或多个子实体。
7. 根据权利要求1所述的装置，进一步包括在所述实体的主要表面中形成的裂缝引导特征，用于以预定方向引导所述应力裂缝。
8. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述裂缝发起特征处于所述实体的周界部分上。
9. 根据权利要求1所述的装置，其中，所述裂缝发起特征处于所述实体的内部部分上。
10. —种形成紧密间隔的电隔离电路子实体的受控方法，包括提供具有粘结至主表面的金属层的聚合物基板，所述金属层形成一个或多个实体，每个实体具有形成于其中的裂缝发起特征；以足以导致在所述实体中形成受控的应力裂缝的方式，使所述实体经受快速热应力，所述应力裂缝从所述裂缝发起特征向所述实体的内部部分传播；并且其中，所述应力裂缝将每个实体分成两个或多个子实体，所述两个或多个子实体通过所述应力裂缝彼此电隔离。
11. 根据权利要求io所述的方法，其中，使所述实体经受快速热应力导致在所述实体和所述聚合物基板之间的差异线性膨胀。
12. 根据权利要求IO所述的方法，其中，使所述实体经受快速热应力包括暴露于电磁辐射。
13. 根据权利要求12所述的方法，其中，暴露于电磁辐射包括暴露于来自氙光源的光。
14. 根据权利要求IO所述的方法，进一步包括提供在两个相邻子实体之间应力裂缝中的半导体元件、部署在所述半导体元件上的电介质以及部署在所述电介质上的栅电极。
15. 根据权利要求IO所述的方法，进一步包括在使所述实体经受快速热应力之前，将所述聚合物基板弯曲成背离所述主表的凸形状，所述弯曲的顶点直接部署在所述裂缝发起特征的下方。
16. —种形成紧密间隔的电隔离电路子实体的受控方法，包括提供具有被粘结至主表面的金属层的聚合物基板，所述金属层形成为一个或多个实体，每个实体具有形成于其中的裂缝发起特征；通过使所述基板和所述实体经受足以在所述实体中生成从所述裂缝发起特征发起的应力裂缝的快速热漂移，以受控的方式使每个实体破裂；并且其中，所述应力裂缝将每个实体分成两个或多个子实体，所述两个或多个子实体通过所述应力裂缝彼此电隔离。
17. 根据权利要求16所述的方法，其中，使所述基板和所述实体经受快速热漂移导致在所述实体和所述聚合物基板之间产生差异线性膨胀。
18. 根据权利要求16所述的方法，其中，使所述实体经受快速热漂移包括暴露于电磁辐射。
19. 根据权利要求18所述的方法，其中，暴露于电磁辐射包括暴露于来自氙光源的光。
20. 根据权利要求16所述的方法，进一步包括提供在两个相邻子实体之间应力裂缝中的半导体元件、部署在所述半导体元件上的电介质以及部署在所述电介质上的栅电极。
21. 根据权利要求16所述的方法，进一步包括在使每个实体以受控的方式破裂之前，将所述聚合物基板弯曲成背离所述主表面的凸形状，所述弯曲的顶点直接部署在所述裂缝发起特征的下方。
全文摘要
一种用于在金属中形成受控的应力裂缝的方法和装置产生用于在金属化的印刷线路板上使用的电隔离的紧密间隔的电路子实体。聚合物基板(10)具有粘结至表面的金属层(11)，并且该金属层形成实体(12)。每个实体(12)具有形成于其中的裂缝发起特征(14，54)，该裂缝发起特征用于发起和/或定向在金属中引致的应力裂纹。通过使基板(10)和实体经受由快速热漂移导致的机械应力，以受控的方式使实体(12)破裂，在该实体中生成从裂缝发起特征延伸的应力裂缝。该应力裂缝将每个实体(12)分成两个或多个子实体(42)，该两个或多个子实体被该应力裂缝彼此电隔离。
文档编号H05K3/04GK101772993SQ200880101209
公开日2010年7月7日 申请日期2008年7月2日 优先权日2007年7月30日
发明者丹尼尔·R·加莫塔, 托马斯·L·科罗索维亚克, 约翰·B·什切西, 耶日·维尔古斯, 金·P·崔 申请人:摩托罗拉公司