专利名称：分层电路板及其制造方法
技术领域：
本发明的领域是电子元件。
背景技术：
在日益增长的消费品和商业电子产品中使用电子元件。这些消费品和商业产品例如是电视机、计算机、蜂窝电话、传呼机(pager)、掌上管理器、便携式收音机、车载音响或遥控器。随着这些消费品和商业电子产品的需求增加，也要求同类产品更小和更便于消费者和商务人员携带。
由于这些产品的尺寸减小，所以构成这些产品的元件也必须变小。一些需要减少尺寸或按比例减小的元件是例如印刷电路板或者线路板、电阻器、线路、键盘、触垫和芯片封装。
在印刷线路板中使用的常规材料例如金属、金属合金、复合材料和聚合物会产生不希望的效果，包括电路板或元件中的阻抗和/或热量，这是由于由这些化合物制成的元件被设计成运输电子。由于元件设计和制成更小尺寸，阻抗和热量在元件中起到更大的作用。
所以，仍然需要a)设计和生产能在减少阻抗和热量的同时满足消费品规格的分层材料，和b)将传输光子而非电子的光学元件(例如导波器)引入和引到这些分层材料上，同时在消费品要求和规格的内工作，和c)将含有光学导波器层的分层材料引入电子元件和最终的产品中。
发明内容
可以生产这样的印刷线路板，其含有a)基板层，和b)一种层压到基板层上的固态的、基本平面的光学导波器。该印刷线路板进一步包括至少一种与导波器连接(couple)的层压材料或包层材料，和与层压材料或包层材料连接的至少一层附加层。
本发明的各种目的、特征、方面和优点将从以下本发明的优选实施方案的详细描述以及附图更明显地表现出来，在附图中的相同数字代表相同元件。
图1是一个优选实施方案的示意图。
图2显示优选实施方案的几种制造方法。
表1总结了一些优选材料及其物理特征。
具体实施例方式
在这里，通常认为电子元件包含在电子类产品中使用的任何分层元件。考虑的电子元件包括电路板、芯片封装、分隔片、电路板的介电元件、印刷线路板以及电路板的其它元件，例如电容器、电感器和电阻器。
“成品”的电子类产品在某种意义上指准备在工业上使用或被其它消费者使用。成品的消费者产品的例子是电视机、计算机、蜂窝电话、传呼机、掌上管理器、便携式收音机、车载音响以及遥控器。也考虑“中间”产品，例如潜在用于最终产品的电路板、芯片封装和键盘。
电子产品还可以在从概念模型到最终按比例放大的模型的任何发展阶段包含原型元件。原型可以含有或者不含所有要在成品中使用的实际元件，原型可以具有一些从复合材料形成的元件以便在开始检测的同时使对其它元件的初始作用无效。
在图1中，印刷线路板5包含a)基板层10和b)一种层压到基板层10上的固态的、基本平面的光学导波器20。该印刷线路板进一步包含至少一种与导波器20连接的层压材料或包层材料30，和与所述层压材料或包层材料30连接的至少一层附加层40。
基板和基板层10在这里可互换使用，可以包括任何希望的基本固态的材料。特别理想的基板层10包括薄膜、玻璃、陶瓷、塑料、金属或者被涂覆的金属，或者复合材料。在优选的实施方案中，基板10包含硅或锗的砷化物芯片或晶片表面，封装表面，例如在铜、银、镍或金镀敷的铅架上的那些，铜表面，例如在电路板或封装互连线迹的那些，通孔壁或加强件界面(“铜”包括仅仅铜和它的氧化物)，基于聚合物的封装或板界面例如在聚酰亚胺类柔性封装中的那些，铅或其它金属合金焊球表面，玻璃和聚合物例如聚酰亚胺、BT和FR4。在更优选的实施方案中，基板10包括在封装和电路板工业中常用的材料，例如硅、铜、玻璃和其它聚合物。
在这里，基板层10还可以包含至少两层材料。构成基板层10的一层材料可以包括先前描述的基板材料。构成基板层10的另一层材料可以包括聚合物、单体、有机化合物、无机化合物、有机金属化合物的层、连续层以及纳米多孔层。
本文中术语“单体”指任何能以重复方式与其自身或与化学结构不同的化合物形成共价键的化学化合物。单体之间的重复成键可能得到线型、支化、超支化或三维的产物。此外，单体本身可以包含重复的结构嵌段，和当进行聚合时，从这样的单体形成的聚合物称为“嵌段聚合物”。单体可以属于各种分子级别的化学物质，包括有机、有机金属或无机分子。单体的分子量可以在约40-20000道尔顿之间很大地变化。但是，特别是当单体包含重复性嵌段时，单体可以具有甚至更高的分子量。单体还可以包含额外的基团，例如用于交联的基团。
在本文使用的术语“交联”指这样的过程，其中至少两个分子或一个长分子的两个部分通过化学相互作用连接在一起。这种相互作用可以以许多不同的方式出现，包括形成共价键、形成氢键、疏水性相互作用、亲水性相互作用、离子性相互作用或静电相互作用。此外，分子的相互作用的特征还在于在一个分子和其自身或在两个或更多个分子之间至少暂时存在物理连接。
考虑的聚合物还可以包括宽范围的功能或结构部分，包括芳族体系以及卤化基团。此外，适宜的聚合物可以具有许多构型，包括均聚物和杂聚物。此外，可选择的聚合物可以具有许多形式，例如线型、支化、超支化或三维的。考虑的聚合物的分子量是宽范围的，通常在400道尔顿与400000道尔顿以上之间。
考虑的无机化合物是例如硅酸盐、铝酸盐以及含有过渡金属的化合物。有机化合物包括例如聚芳基醚、聚酰亚胺和聚酯。考虑的有机金属化合物包括例如聚二甲基硅氧烷、聚乙烯基硅氧烷和聚三氟丙基硅氧烷。
如果希望用纳米多孔材料代替连续材料，则基板层10还可以包含许多空隙。空隙通常是球形的，但可以作为选择或另外具有任何适宜的形状，包括管状、层状、圆盘状或其它形状。也考虑空隙可以具有任何适宜的直径。进一步考虑至少一部分空隙可以与邻近的空隙连接而形成具有大量连接的或“开放”的空隙度的结构。这些空隙优选具有小于1微米的平均直径，更优选小于100纳米的平均直径，进一步更优选小于10纳米的平均直径。进一步考虑这些空隙可以是均匀地或无规则地分散在基板层内。在优选的实施方案中，空隙均匀地分散在基板层10内。
所以，考虑基板层10可以包括单层的常规基板材料。或者考虑基板层10可以包括与常规基板材料一起的数个层用于构成部分分层电路板5。
可以在附加基板层10中使用的适宜材料包括具有适用于印刷电路板或其它电子元件的性能的任何材料，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、层压材料、导电聚合物和单体以及其它金属复合材料。
本文所用，术语“金属”指元素周期表的d段和f段的那些元素以及具有类似金属的性质的那些元素，例如硅和锗。本文所用“d段”指具有填充原子核周围的3d、4d、5d和6d轨道的电子的那些元素。本文所用“f段”指具有填充原子核周围的4f和5f轨道的电子的那些元素，包括镧系和锕系元素。优选的金属包括钛、硅、钴、铜、镍、锌、钒、铝、铬、铂、金、银、钨、钼、铈、钷和钍。更优选的金属包括钛、硅、铜、镍、铂、金、银和钨。最优选的金属包括钛、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，固态的平面光学导波器20可以层压到基板层10上。光学导波器20在光学理论中类似于纤维光缆或线路，因为它们都用于传输光或光子，与传输电子的常规电缆相对。使用光学导波器20是比常规电缆更优选的，因为这可以减少或消除阻抗，至少对于电路板5中的特定元件和周边元件而言是这样的。
光学导波器20可以由许多不同种类的化合物和材料产生。导波器20可以含有聚合物、单体、有机化合物、无机化合物以及甚至任何能用作光学材料的适宜化合物。优选光学导波器20含有聚合物、丙烯酸类单体、无机化合物和树脂。在这里，光学导波器20还可以用其它材料掺杂，例如菲醌。在优选的实施方案中，导波器20含有聚碳酸酯、聚苯乙烯、石英玻璃、PMMA、环烯烃共聚物、超细平面玻璃或BT(三嗪或双马来酰亚胺)树脂，如表1所示。
如前所述，光学导波器可以通过几种不同的方法来产生，包括a)光漂白法200，b)模塑法210，c)蚀刻法220，d)掺杂法230，或e)上述四种方法的组合。前四种方法描述在图2中。
光漂白法200是这样的技术，其中将光致抗蚀剂摸膜202施加在光学材料204上，从而掩蔽部分光学材料204，进而使光206通过该层指向该材料的特定位置上。掩蔽材料202可以包括任何适用于消费者、元件和产品的设计要求的适宜材料。考虑的光学材料是这里已描述的那些材料。
模塑210光学导波器20是这样的方法，其中加热光学材料204，然后倒入或否则迫使它进入预定的和预制的模具212中，形成导波器20。任何适宜的材料可以用于形成模具212，只要所用的材料不干扰光学导波器材料204的化学整体性即可。例如，如果模具212由在特定温度下会断裂或断开的复合材料制成，则卖主将不会希望将这种模具材料用于一些光学导波器20，因为害怕模具212的复合材料会断裂而进入到光学导波器材料204中或者在最终的光学导波器材料204上形成表面涂层，这将损害在电子应用中的性能。
蚀刻220光学导波器20是这样的方法，其中从“一段”光学导波器材料204蚀刻掉材料，直到得到所需的光学导波器20。根据消费者的需要和卖主可应用的机器，蚀刻法220可以是基于化学的、基于机械的或者是这两种的组合。但是，希望蚀刻法220得到对于元件规格可接受的表面，例如根据要求被糙化或者使其平滑。进一步希望蚀刻法220不会对光学导波器材料204有化学干扰，除非希望和预期这种干扰。
就确定消费者和元件的要求和然后选择适宜的化学品和材料的混合物而言，生产光学导波器20的掺杂法230是较复杂的方法之一。掺杂法230意味着卖主用另一种化学化合物232、珠粒、碎片、孔或其它希望的化学或结构来掺杂光学导波器材料204，以便生产具有特定光学性能的光学导波器20，当引入和引到其它一种或多种分层材料上时这些特定光学性能可能是所希望的。
在光学导波器20的生产中，应该不仅考虑到它们的化学组成，而且应该考虑到它们的尺寸、形状和横截面。在由源数据集提供的信息和在结果数据集中得到的信息中，应该强调光学导波器20的物理尺寸。在优选的实施方案中，在考察结果数据集后决定光学导波器20的尺寸、形状和横截面。在一些实施方案中，导波器20的横截面是矩形的。同样，导波器20的结构将根据消费者、电子和元件的需要来最终确定。
同样如上所述，光学导波器20可以根据消费者和电子元件的需要来用适宜的反射材料反光。在一些实施方案中，导波器20的端部将以45度角蚀刻，这些端部然后用反光材料或反射材料涂覆。在其它实施方案中，光学导波器20可以有利地被导波器20上的特定位置上的反射材料或反光化合物涂覆，以便将光指向特定方向。
此外，优选的是，在这里考虑的光学导波器20含有相对基本平面的固体材料。在这里，术语“平面”指导波器20设计成一个平面空间，或可以认为是“x-y”坐标体系。显然，光学导波器20具有深度，或者在坐标体系中有“z”成分，但是导波器20仍然是基本上平面的。导波器20中也可能存在不平或粗糙的部分，但是同样，理想的是导波器20是基本上平面的。但是，最终，光学导波器20的尺寸和物理性质将由消费者、电子元件和产品来决定。
根据元件需要的规格，一层层压材料或包层材料30可以与光学导波器20连接。通常认为层压材料是纤维增强的树脂介电材料。包层材料是层压材料的一个子集，当将金属和其它材料例如铜引入层压材料中时得到这种材料。(Harper，Charles A，Electronic Packaging andInterconnection Handbook，第2版，McGraw-Hill(纽约)，1997)。
如果包层材料或层压材料30与导波器材料连接，则优选导波器材料的折射指数大于包层材料30的折射指数。绝对折射指数可以定义为电磁波在真空中的速度与其在实际中的速度之比。但是，实际上，介质的折射指数随着入射辐射的波长会有些变化，这也可以称为分散。包层材料/层压材料30的折射指数与导波器材料的折射指数之间的关系是重要的，因为需要对光的方向进行精确的控制。
附加材料层40可以与层压材料或包层材料30连接，以便继续形成分层元件或印刷电路板5。考虑附加层40将包含与这里已经描述的那些相似的材料，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、粘合剂和光学导波器材料。
所以，已经公开了含有光学导波器的电子元件的具体实施方案和应用。但是，本领域技术人员应该理解的是可以在不偏离本发明精神的范围内对这些方案进行许多改进。所以，除了所附的权利要求，本发明的主旨不受限制。此外，在解释说明书和权利要求书中，所有术语应该以与全文一致的尽可能宽的方式来解释。特别是，术语“包含”和“构成”应该解释为指非排他方式的元素、组分或步骤，表示可以存在指出的元素、组分或步骤，或者使用它们，或者与其它未明确指出的元素、组分或步骤组合。
权利要求
1.一种印刷电路板，其包括基板层；和一种层压到基板层上的固态、平面的光学导波器。
2.权利要求1的印刷电路板，进一步含有至少一种与导波器连接的层压材料或包层材料。
3.权利要求2的印刷电路板，进一步含有与层压材料或包层材料连接的至少一层附加层。
4.权利要求3的印刷电路板，其中所述至少一层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。
5.权利要求1的印刷电路板，其中所述基板是晶片。
6.权利要求1的印刷电路板，其中所述基板包含至少两层材料。
7.权利要求6的印刷电路板，其中所述至少两层材料包括石英晶片、介电材料、粘合材料、树脂、金属、金属合金和复合材料。
8.权利要求1的印刷电路板，其中导波器包含基于硅的材料。
9.权利要求1的印刷电路板，其中导波器在45度蚀刻角上被部分蚀刻。
10.权利要求9的印刷电路板，其中导波器的45度蚀刻角被反光化合物或反射化合物涂覆。
11.电子元件，其含有权利要求1的印刷电路板。
12.电子元件，其含有权利要求2的印刷电路板。
13.电子元件，其含有权利要求3的印刷电路板。
14.制造电子元件的方法，包括提供基板层；提供固态的、基本平面的光学导波器；和将固态的、基本平面的光学导波器层压到基板层上。
15.权利要求14的方法，其中至少一种层压材料或包层材料与导波器连接。
16.权利要求15的方法，其中至少一层附加层与层压材料或包层材料连接。
17.权利要求14的方法，其中提供光学导波器包括对基于硅的材料进行蚀刻或模塑来生产导波器。
18.权利要求14的方法，其中基板包含至少两层材料。
19.权利要求18的方法，其中所述至少两层材料包括石英晶片、介电材料、粘合材料、树脂、金属、金属合金和复合材料。
20.权利要求14的方法，其中导波器是基于硅的材料。
全文摘要
本发明提供了用于生产印刷线路板的组合物和方法，包含a)基板层，和b)一种层压到基板层上的、固态的基本平面的光学导波器。该印刷线路板进一步含有至少一种与导波器连接的层压材料或包层材料，和与层压材料或包层材料连接的至少一层附加层。
文档编号G02B6/122GK1484773SQ01821574
公开日2004年3月24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