专利名称：具有受控膨胀特性的电路卡装置的制作方法
技术领域：
总的来说，本发明涉及印制电路卡，具体而言，本发明涉及具有受控膨胀特性的印制电路卡。
发明
背景技术：
的快速发展和消费者不断增长的需求正在驱使电子系统的制造商和供应商提高电路卡上的器件密度，在电路卡上安装功能更加强大的电路元件。典型的现代电路卡密集地分布着大型的复杂印刷电路，比如微处理器及其支持芯片。
随着微处理器这样的电路器件体积越来越大，焊接点发生故障的可能性因为器件和电路卡之间热膨胀系数的不同而越来越大。例如，如果用表面安装工艺将一个很大的微处理器安装在电路卡上，在微处理器的宽度和长度方向上存在焊点。如果微处理器的热膨胀系数不同于安装它的电路卡的热膨胀系数，微处理器的封装和电路卡按照温度的不同函数膨胀和收缩。结果，在焊接点会发生互连故障。
由于以上原因以及下面提到的原因，本领域需要一种方法和装置用来控制电路卡装置的热膨胀特性。通过阅读本说明就会了解这些原因。
附图简述利用本发明的具体实施方案。在这些附图中，相似的数字描述基本相似的元件。对这些实施方案进行了足够详细的描述，以便让本领域中的技术人员能够实践本发明。还可以采用其它实施方案，可以进行结构、逻辑和电方面的改变而不会偏离本发明的范围。此外很显然，本发明的各种实施方案虽然不同，但是不一定是互相排斥的。例如，一个实施方案中描述的特定特征、结构或者特性可以包括在其它实施方案中。因此，下面的详细描述不是要进行限制，本发明的范围只是由下面的权利要求给出。
本发明的方法和装置提供一种机制用来改变电路卡和电路卡装置的机械特性。在一些实施方案中，在电路卡中安装压电块来按照温度的变化控制膨胀和收缩。压电块上可以施加电压来控制膨胀。在一些实施方案中，用温度传感器和恒温器来控制电压。通过控制电路卡的热膨胀，可以使电路卡的有效热膨胀系数更加接近焊接在它上面的器件的热膨胀系数。结果，焊接更加可靠。
图1画出了电路卡装置的一个剖面图。电路卡装置100包括电路卡102和基底104。基底104上面有集成电路106，在焊接处108与电路卡102连接。基底104可以是能够利用焊接108与电路卡102进行连接的任意类型的器件。例如，基底104可以是一块子板，一个连接格阵，一个很大的倒接焊接式半导体器件等等。
基底104有一个热膨胀系数。热膨胀系数描述基底104随着温度改变的时候的热膨胀行为。电路卡102也有一个热膨胀系数，它描述电路卡102的热膨胀行为。当基底104和电路卡102的热膨胀系数基本相等的时候，基底104和电路卡102随温度变化而发生的热膨胀和收缩程度基本相同。但是当它们的热膨胀系数不相同的时候，当温度变化的时候，基底104和电路卡102的膨胀和收缩程度不是基本相同。当基底104和电路卡102的膨胀和收缩程度基本不同的时候，在焊接点108产生应力。当基底104的大小增大的时候，或者热膨胀系数的差别增大的时候，焊接点108上的应力也增大，就会发生焊接点故障。
电路卡102包括其中的压电块120。压电现象是特定晶体材料的特性。将电压施加在极化压电材料上的时候，晶体结构改变形状，导致某个平面内材料的尺寸发生变化。相反，给这些材料施加机械压力的时候，晶体结构产生正比于压力的电压。本发明的方法和装置能够通过在电路卡102中嵌入压电材料将电能量转变成机械能。在嵌入电路卡102的压电块的两个电极之间施加一个电压的时候，电路卡102的有效热膨胀系数发生改变。在图2中更加详细地画出了剖面200中电路卡102的一部分。
图2画出了电路卡的一个剖面。剖面图200画出了一部分电路卡102(图1)，它包括有孔204的核心材料202，以及在核心材料202两面上的环氧树脂层220。环氧树脂层220中嵌入了压电块120。在制作电路卡的时候将压电块120嵌入电路卡102。压电块120可以是具有压电特性的任意类型的材料。一种这样的材料是能够从Morgan Mitro公司获得的PZT-5H双压电晶体。PZT-5H具有很高的介电常数和耦合系数，并且具有很大的压电常数。压电块120是按照受控方式发生形变的可变形块的实例，它导致电路卡按照受控方式发生形变。可以采用任意类型的可变形块而不会偏离本发明的范围。
剖面图200还画出了在环氧树脂层220上面层叠的环氧树脂层222。金属线208和210在两层环氧树脂之间，与一块压电块120连接。金属线208和210为压电块120的电极提供电压。提供电压给压电块的金属线可以夹在两层之间，比如金属线208和210，也可以安装在最外层上面，比如金属线224。另外，压电块可以在任意数量的环氧树脂层中。例如，压电块120可以在环氧树脂层222中，也可以在环氧树脂层220中，也可以只在环氧树脂层222中。
在一些实施方案中，金属线208和210上的电压由恒温器214控制。图中的恒温器214与热传感器212和电压源218连接。温度传感器212可以是任意类型的温度传感器，一个实例是热电偶。热传感器212检测电路卡的温度，提供一个信号给恒温器214。恒温器214提供一个电压给电路卡102的节点216。将这个电压提供给金属线208和210，它们将这个电压提供给压电块，产生受控张力或者导致块发生压缩形变。
恒温器214和温度传感器212通过自动地控制施加给压电材料的电压的幅度而成为一个“智能”电路卡装置。当温度上升的时候，电路卡开始膨胀(正的或者负的)，超过一个极限，预先校准的恒温器打开，提供一个受控电压给压电块120，导致电路卡102发生受控形变。恒温器214是控制提供给压电块120的电压的一个压控器件。可以采用任意类型的压控器件而不会偏离本发明的范围。
为了简单起见，图2画出了与金属线208和210连接的单独一个压电块120。在一些实施方案中，每一个压电块120都与同样的金属线连接，比如金属线208和210，从而使所有压电块120都获得同样的电压。在其它实施方案中，压电块120的一个子集与任意给定组金属线连接。例如，在具有散发大量热的很大的器件的电路卡上，可以专门给这个大器件提供单独的温度传感器212和恒温器214，可以用专门的温度传感器和恒温器控制这个大器件附近的压电块。可以为一个电路卡规定任意数量的局部区域，可以采用任意数量的专用温度传感器和恒温器，而不会偏离本发明的范围。
图2中的温度传感器212与电路卡相连。在一些实施方案中，温度传感器212与电路卡以外的物体相连，比方说基底104或者集成电路106(图1)。
可以有任意层环氧树脂和金属，可以有任意层环氧树脂包括压电块120。剖面图200中在核心202的两面有环氧树脂层220，每一层中都嵌入了压电块120，在环氧树脂层220的外侧还有环氧树脂层222。在一些实施方案中，在核心202的两侧多层环氧树脂都嵌入了压电块。例如，一些实施方案中的压电块120嵌入与核心的中心距离相等的成对层内。其它的实施方案中只在电路卡一个表面附近的单独一层中嵌入压电块120。当电路卡一侧的一个区域能够从热膨胀系数的改变获得好处的时候，这些实施方案就很有用处。
将电路卡102压在一起之前，将压电块嵌入环氧树脂层来制作电路卡102(图1)。例如，具有图2所示结构的电路卡可以通过在环氧树脂上制作金属层之前将压电块120嵌入环氧树脂层220制作出来。在另一个实施方案中，在金属层上进行了腐蚀以后将压电块120嵌入环氧树脂层。在这些实施方案中，压电块120和金属线208和210可以共享同一层。
图3是具有规则布局的压电块的电路卡层的一个顶视图。顶视图300说明电路卡302具有一个“x”方向和一个“y”方向。压电块310是方形的，按照规则方式布局，从而使块之间x方向上的距离基本上等于y方向上的距离。给压电块310施加一个电压的时候，在x和y方向上发生基本上同样的膨胀。在一些实施方案中，膨胀程度受到压电块310之间距离的控制。在其它实施方案中，膨胀的程度受到压电块310的大小的控制。
压电块310的规则布局可以出现在电路卡302的整个表面上，或者可以出现在一些区域内，而不出现在其它区域内。例如，电路卡302上热膨胀系数很不匹配的局部区域就能够从图3所示的布局获得好处。
图4是压电块按照非规则方式布局的电路卡层的一个顶视图。顶视图400中压电块410按照随机或者伪随机方式布局，在x方向和y方向上都具有基本相同的膨胀特性。
显然，以上说明仅仅是用于进行说明，而不是进行限制。通过阅读以上说明，本领域中的技术人员会想出许多其它的实施方案。因此，本发明的范围将由后面的权利要求限定。
权利要求
1.一种电路卡，包括多层；和多层中至少一层中嵌入的至少一个可变形块，其中的至少一个可变形块按照施加在它上面的电压呈现受控变形特性。
2.权利要求1的电路卡，其中的至少一个可变形块包括具有压电特性的一种压电材料。
3.权利要求2的电路卡，其中电路卡有一个顶部、一个底部以及与顶部和底部距离相等的一个中心；和上述至少一个可变形块包括多层中两层上的多个可变形块，这两层与中心基本等距。
4.权利要求1的电路卡，其中的至少一个可变形块包括多层中的一层里按照规则方式布局的多个可变形块。
5.权利要求1的电路卡，其中的至少一个可变形块包括多层中的一层里按照非规则方式布局的多个可变形块。
6.权利要求1的电路卡，其中的多层包括多个环氧树脂层和多层金属，其中的至少一个可变形块嵌在多层环氧树脂的至少一层内。
7.权利要求6的电路卡，还包括多层金属的至少一层上的金属线，这些金属线与至少一个可变形块连接，从而能够给它们提供电压。
8.权利要求1的电路卡，还包括与电路卡连接的一个温度传感器。
9.权利要求8的电路卡，还包括能够对温度传感器做出反应的一个恒温器，这个恒温器用来控制施加给至少一个可变形块的电压。
10.一种电路卡装置，包括有多个压电块嵌入其内的一个电路卡；和在多个点上与这个电路卡连接的至少一个集成电路。
11.权利要求10的电路卡，其中那至少一个集成电路用于根据温度发生变形；和压电块用于响应一个电压，从而使电路卡发生变形，基本上匹配集成电路的变形。
12.权利要求11的电路卡装置，还包括一个温度传感器；和与电压传感器连接的一个电压控制装置，这个电压控制装置用于控制压电块用以做出响应的电压。
13.权利要求12的电路卡装置，其中的温度传感器与电路卡连接，从而使温度传感器用于检测电路卡的温度。
14.权利要求12的电路卡装置，其中的温度传感器与那至少一个集成电路连接，从而使温度传感器能够检测集成电路的温度。
15.制造电路卡的一种方法，包括将多个压电块放在电路卡层中；将电路卡层与一个基底连接；和形成金属线，将一个电压提供给多个压电块。
16.权利要求15的方法，还包括将温度传感器与电路卡连接。
17.权利要求15的方法，其中连接多个压电块的步骤包括将矩形压电块按照规则方式布局。
18.权利要求15的方法，其中连接多个压电块的步骤包括将压电块按照非规则方式布局。
全文摘要
将压电材料(120)嵌入电路卡的环氧树脂层(220)，按照温度变化来控制热膨胀和收缩特性。温度传感器(212)和恒温器(214)根据温度大小产生一个受控电压，将这个电压提供给电路卡中的压电块(120)。电路卡的局部区域可以具有不同数量的压电材料(120)或者不同的恒温器(214)。压电块(120)可以按照规则方式布局，也可以按照随机或者伪随机方式布局。
文档编号G01K1/14GK1428067SQ01808999
公开日2003年7月2日 申请日期2001年4月3日 优先权日2000年5月3日
发明者T·J·迪肖恩, D·T·西尔斯, B·联, P·杜亚里 申请人:英特尔公司