专利名称：印刷电路板组件及其制造方法
技术领域：
本发明涉及可用于例如便携式电话的硬件的印刷电路板组件及其制造方法。
背景技术：
随着例如便携式电话的硬件的功能的提高和尺寸的减小，在可用于硬件的印刷电路板中已经发展了多层电路布线。印刷电路板中的多层电路布线可以提高电路布线中的自由度，因而可以实现高密度的布线线路。通常通过使用叠加技术(build-up technology)等使得在中心印刷电路板上交替地形成绝缘层和布线层而形成多层印刷电路板。
可选择地，日本专利申请公开JP平11-168279已经公开了一种多层印刷电路板组件及其制造方法，其中空气层位于层叠的塑料片之间。制造在日本专利申请公开JP平11-168279中公开的多层印刷电路板，使得具有电路图案的塑料片每个都和电极端子层叠，并通过溶剂可溶性填料彼此电连接，该填料具有预定的厚度，然后溶剂可溶性填料可以被溶解，从而在层叠的塑料片之间提供空气层。
而且，日本专利申请公开JP平08-8539已经公开了一种多层印刷电路板组件及其制造方法，其中印刷电路板的金属层被镀覆并彼此连接。制造在日本专利申请公开JP平08-8539中公开的多层印刷电路板组件，使得其中形成有金属层的电路图案的印刷电路板每个彼此面对，并且保持在预定的位置，并且利用对金属层加压的电解电镀，使彼此面对的电路图案中的金属层彼此连接。
发明内容
但是，在上述利用叠加技术制造多层印刷电路板组件的方法中，随着待制造的印刷电路板的层数增加，在层中积累失调比例，因而最终完成的印刷电路板组件的产率下降，因而导致多层印刷电路板组件的制造成本增加。
根据在日本专利申请公开文本JP平11-168279中公开的多层印刷电路板组件及其制造方法，必须在通过溶剂可溶性填料使塑料片彼此连接之后，将在塑料片之间的溶剂可溶性填料溶解。这使得制造步骤复杂，因而提高了其制造成本。
而且，根据在日本专利申请公开文本JP平08-8539中公开的多层印刷电路板组件及其制造方法，必须在连接印刷电路板时，借助于在印刷电路板组件中彼此面对的金属层，利用对金属层加压的电解电镀，使印刷电路板彼此连接。这也使得制造步骤复杂，因而提高了其制造成本。
因而希望提供可以以低成本制造多层结构的一种印刷电路板组件和这种印刷电路板组件的制造方法。
根据本发明的实施例，提供包含多个印刷电路板和连接层的一种印刷电路板组件。该多个印刷电路板层叠从而彼此机械连接和电连接。该连接层使相邻的两个印刷电路板彼此连接。连接层包括绝缘部分和导电部分。绝缘部分包含绝缘元件，并且粘附到相邻的两个印刷电路板中的每一个上。导电部分穿过绝缘部分，并且连接相邻的两个印刷电路板的电极端子。
例如，根据本发明实施例的印刷电路板组件如下制造首先，将待连接的印刷电路板通过连接层在预定的位置层叠；然后用两个板状弹性元件夹持这样层叠的印刷电路板和连接层；和在预定的温度下，这两个板状弹性元件向这样层叠的印刷电路板和连接层施加任何设置的压力。这使得待粘附到连接层绝缘部分的印刷电路板和印刷电路板的电极端子通过连接层的导电部分彼此连接，因而使印刷电路板彼此机械连接和电连接。
应当注意，每个待连接的印刷电路板都具有多层并且根据任何现有的技术例如叠加技术来制造。
在根据这个实施例的印刷电路板组件中，根据任何现有的技术制成的每个都具有多层的印刷电路板，通过具有使印刷电路板彼此电连接的导电部分的连接层而彼此机械连接和电连接。这使得可以以低成本来制造其中多个印刷电路板彼此连接的多层印刷电路板组件。
根据本发明的另一个实施例，提供一种包含多个印刷电路板和连接层的印刷电路板组件的制造方法。该印刷电路板彼此层叠并且通过连接层彼此机械连接和电连接。该连接层包括绝缘部分和导电部分。绝缘部分粘附到相邻的两个印刷电路板中的每一个上，并且导电部分连接相邻的两个印刷电路板的电极端子。导电部分包括导电胶，该导电胶包含低熔化金属颗粒和高熔化金属颗粒。通过在预定的温度下施加预定的压力使金属彼此连接的金属化技术，除了金属颗粒之外，该导电胶还连接到金属。该方法包括以下步骤在预定位置通过连接层将待连接的印刷电路板层叠，通过两个板状弹性元件夹持这样层叠的印刷电路板和连接层，和在预定的温度下通过这两个弹性元件对这样层叠的印刷电路板和连接层施加预定的压力，从而使印刷电路板和连接层彼此连接。
在根据本发明这个实施例的印刷电路板组件制造方法中，待连接的印刷电路板首先通过连接层在预定的位置层叠。应当注意，待连接的每个印刷电路板都具有多层，并且根据任何现有的技术例如叠加技术来制造。
然后用两个板状弹性元件将这样层叠的印刷电路板和连接层夹持。这两个板状弹性元件在预定的连接温度下对这样层叠的印刷电路板和连接层施加任何设置的压力。
这使得印刷电路板可以粘附到连接层的绝缘部分。在导电部分的导电胶中的低熔点金属颗粒也变为液态。这有助于印刷电路板的电极端子对导电胶中的低熔点金属颗粒和高熔点金属颗粒的金属化，因而将印刷电路板的电极端子连接到连接层的导电部分，这使得印刷电路板可以彼此机械连接和电连接。
根据本发明这个实施例的印刷电路板组件制造方法，根据任何现有的技术制成的每个都具有多层的印刷电路板通过连接层来层叠，该连接层具有使印刷电路板彼此电连接的导电部分，并且通过对其施加温度和压力的方法使该印刷电路板彼此机械连接和电连接。这使得可以以低成本来制造其中多个印刷电路板彼此连接的多层印刷电路板组件。
本说明书对本发明的主题进行了说明。但是，通过参考附图阅读本说明书的其余部分，本领域技术人员可以理解本发明的组织状态和操作方法以及其优点和目的，在附图中，相同的附图标记表示相同的元件。
图1是根据本发明第一实施例的印刷电路板组件的横截面图；图2是示出图1所示连接层的结构的连接层平面图；图3是示出图1所示连接层具体结构的连接层横截面图；
图4是根据本发明第二实施例的印刷电路板组件的横截面图；图5是根据本发明第三实施例的印刷电路板组件的横截面图；图6是示出图5所示连接层结构的连接层平面图；图7是根据本发明第四实施例的印刷电路板组件的横截面图；图8是根据本发明第四实施例的印刷电路板组件的横截面图；图9是根据本发明第五实施例的印刷电路板组件的横截面图；图10A和10B都是示出连接层结构的视图；图11是根据本发明第六实施例的印刷电路板组件的横截面图；图12是根据本发明第七实施例的印刷电路板组件的横截面图；图13是根据本发明第七实施例的印刷电路板组件的横截面图；图14是根据本发明第七实施例的印刷电路板组件的横截面图；图15是根据本发明第八实施例的印刷电路板组件的横截面图；图16是根据本发明第九实施例的印刷电路板组件的横截面图；图17是根据本发明第九实施例的印刷电路板组件的横截面图；图18是根据本发明第九实施例的印刷电路板组件的透视图；图19是根据本发明第九实施例的印刷电路板组件的透视图；图20是连接引脚的透视图；图21是根据本发明第十实施例的印刷电路板组件的横截面图；图22是根据本发明第十实施例的印刷电路板组件的横截面图；图23是根据本发明第十实施例的印刷电路板组件的透视图；图24是根据本发明第十实施例的印刷电路板组件的透视图；图25A到25F都是示出如何制造连接层的视图；图26A到26E都是示出如何制造印刷电路板组件的视图；图27是示出如何制造印刷电路板组件的视图；图28A和28B都是示出衬垫元件(cushion member)的视图；图29是示出空间的视图；和图30A和30B都是示出如何根据本发明第三实施例制造印刷电路板组件的视图。
具体实施例方式
下面将参考
根据本发明的印刷电路板组件和制造该印刷电路板组件的方法的优选实施例。首先，将说明本发明印刷电路板组件的实施例。
(根据本发明印刷电路板组件的实施例的结构)图1示出根据本发明第一实施例的印刷电路板组件1。如图1所示，本发明第一实施例的印刷电路板组件1具有以下结构，即印刷电路板12a、12b通过连接层13a而彼此机械连接和电连接。
每个印刷电路板12a、12b包括由绝缘层14和布线层15构成的多个层以及通孔16，信号线通过该通孔16分别布线到布线层15。每个印刷电路板12a、12b还包括在其表面上的电极端子17，该电极端子17连接到连接层13a。电极端子17分别连接到信号线、电源层、接地层等。根据制造多层印刷电路板的现有方法制造印刷电路板12a、12b，例如叠加技术。UV可固化的环氧树脂涂敷到印刷电路板12a、12b的表面。
图2是下面将说明的连接层13a的平面图，该平面图仅示出绝缘部分18和空间19a。图3是用于示出其详细结构的连接层13a的横截面图。连接层13a具有以下结构，即它可以包含绝缘部分18和导电部分20，当绝缘部分18和印刷电路板12a、12b彼此连接时该绝缘部分18可以粘附到印刷电路板12a、12b，该导电部分20将印刷电路板12a、12b的电极端子17彼此连接。连接层13a还具有空间19a，在该空间19a中不形成绝缘部分18和导电部分20。在图1和2所示印刷电路板组件1的连接层13a中，空间19a形成为穿透连接层13a。当如图1所示，组装印刷电路板12a、12b使得它们通过连接层13a彼此连接时，空间19a向上与每个印刷电路板12a、12b的表面相通。
如图3所示，绝缘部分18具有中心元件18a和粘结剂层18b，中心元件18a通过该粘结剂层18b粘附到印刷电路板12a、12b。请注意，如果绝缘部分18对每个印刷电路板12a、12b的表面具有任何足够的化学亲和力，就不需要任何粘结剂。例如，中心元件18a由热塑性树脂制成，该热塑性树脂是绝缘树脂，并且具有更大的耐热性和优秀的介电性能。在这种情况下，作为热塑性树脂，可以使用对涂敷到每个印刷电路板12a、12b表面的UV可固化的环氧树脂具有任何足够的化学亲和力的热塑性树脂。例如，作为热塑性树脂，可使用由聚醚醚酮(polyetheretherketone)或者聚芳酮(polyarylketone)树脂和非晶聚醚酰亚胺(polyetherimide)的混合物的主要原材料制成的热塑性树脂膜。
对于构成粘结剂层18b的粘结剂，可以使用对涂敷到每个印刷电路板12a、12b的表面的UV可固化环氧树脂和构成中心元件的热塑性树脂具有足够化学亲和力的粘结剂。例如，作为粘结剂，可以使用烷基(苯)酚(alkylphenol)化合物和马来酰亚胺(maleimide)的混合物。这时，中心元件18a和粘结剂层18b的总厚度大于或等于50μm，并且只有粘结剂层18b的厚度小于或等于10μm。
每个导电部分20都包括导电胶，该导电胶包含低熔点金属颗粒和高熔点金属颗粒，并且使用通过在预定的温度下施加预定的压力使金属彼此连接的金属化技术，而耦接到每个印刷电路板12a、12b的电极端子17。因此，构成导电胶的金属颗粒包括低熔点金属颗粒和高熔点金属颗粒，该低熔点金属颗粒仅含有锡单质或者锡和其它金属，其与每个印刷电路板12a、12b的导体图案一起形成合金，该高熔点金属颗粒至少含有与低熔点金属颗粒一起形成合金的铜或银。
通过向在低熔点金属颗粒的熔化温度变为塑料的热塑性树脂的树脂中添加任何溶剂，并且搅拌它们，然后，通过向搅拌物中添加高熔点金属颗粒和低熔点金属颗粒并搅拌它们，来形成导电胶。例如，如下形成导电胶首先添加平均颗粒直径为8μm的作为高熔点金属颗粒的铜颗粒和作为低熔点金属颗粒的无铅焊料合金颗粒，并且搅拌，该无铅焊料合金颗粒由96.5％的锡、3％的银和0.5％的铜构成，因而铜/(锡和铜)的重量百分含量变为24％。然后向其中添加并混合聚酯树脂作为热塑性树脂，使得其相对于导电胶总体积的体积比为2％。用产品名为丁基卡必醇(butyl carbitol)(二甘醇一丁醚(diethylene glycol monobutyl ether))作为溶剂以控制其粘度。
尽管在根据本发明第一实施例的图1到3所示印刷电路板组件1中，连接层13a已经具有空间19a，但是连接层13a也可以没有空间。
图4示出根据本发明第二实施例的印刷电路板组件2。与印刷电路板组件1类似，印刷电路板组件2也具有使得印刷电路板12a、12b通过连接层13b而彼此机械连接和电连接的结构。
印刷电路板组件2具有和印刷电路板组件1相同的结构，只是除了连接层13b的结构不同。如图4所示，印刷电路板组件2中的连接层13b具有通过使其一部分表面敞开但却不穿透连接层13b所形成的空间19b。当印刷电路板12a、12b这样通过连接层13b而彼此连接时，只有印刷电路板12a面对空间19b。在印刷电路板组件2中其余部分的结构和印刷电路板组件1的结构相同。
图5示出根据本发明第三实施例的印刷电路板组件3。图6是图5所示连接层13c的平面图，并且仅示出绝缘部分18和空间19c。和印刷电路板组件1、2类似，印刷电路板组件3也具有使得印刷电路板12a、12b通过连接层13c而彼此机械连接和电连接的结构。
印刷电路板组件3具有与印刷电路板组件1和2相同的结构，只是连接层13c的结构不同。如图5、6所示，印刷电路板组件3中的连接层13c具有通过使连接层13c的侧面端部敞开而形成的空间19c。当印刷电路板12a、12b这样通过连接层13c而彼此连接时，印刷电路板12a、12b面对与印刷电路板组件3的外部连通的空间19b。在印刷电路板组件3中的其余部分的结构和印刷电路板组件1、2的结构类似。
图7和8示出根据本发明第四实施例的印刷电路板组件4A、4B。图7示出LSI 21安装在印刷电路板12b上使得LSI 21可以位于空间19a内部的示例；图8示出LSI 21和芯片元件22安装在印刷电路板12b上使得它们可以位于空间19a内部的示例。在这些示例中，印刷电路板组件4A、4B装有电子元件，每个电子元件都在空间19a的内部，并连接到印刷电路板12b。作为所安装的电子元件，如图7、8所示，可以示出LSI 21或共用的芯片部件22，例如芯片电容器。在每个印刷电路板组件4A、4B中的其余部分的结构和印刷电路板组件1的结构类似。根据印刷电路板组件4A、4B，电子元件位于在印刷电路板12a、12b之间形成的空间19a内部，因而可以增加电子元件的可安装面积。这可以使印刷电路板组件本身的尺寸减小。
图9示出根据本发明第五实施例的印刷电路板组件5。和印刷电路板组件4A、4B类似，印刷电路板组件5也装有位于空间19a内部的任何发热电子元件，例如LSI 21。根据印刷电路板组件5，印刷电路板12c包含空气入口23，该空气入口23使空间19a与印刷电路板组件5的外部连通，以使其空气进入。这可以使安装在空间19a内部的发热电子元件的冷却效率提高。
图10A和10B是示出在印刷电路板组件5中的连接层13e或13f的结构的另一个示例的平面图。如图10A、10B所示，连接层13e或13f包含使空间19a与印刷电路板组件5的外部连通的空气入口24，因而可以提高装在空间19a内部的发热电子元件的冷却效率。
在印刷电路板组件5中，和印刷电路板组件4A、4B类似，电子元件位于在印刷电路板12a和12b之间形成的空间19a内部，因而可以增加电子元件的可安装面积。这可以使印刷电路板组件本身的尺寸减小。在印刷电路板组件5中的其余部分的结构和印刷电路板组件4A、4B的结构类似。
图11示出根据本发明第六实施例的印刷电路板组件6。印刷电路板组件6在连接层13d的空间19a上部的印刷电路板12d中具有开口25。这种结构可以形成所谓的空腔结构，因而可以在印刷电路板12b上安装高元件26，例如连接印刷电路板12b的高电子元件，使得高元件26可以位于开口15和空间19a的内部。这可以使印刷电路板组件本身的整体轮廓减小。作为高元件26，可以设置安装有散热器的LSI。
图12到14示出每个根据本发明第七实施例构成的印刷电路板组件7A到7C。在印刷电路板组件7A到7C中，印刷电路板12a装有低频LSI 27，该低频LSI 27在低频下进行信号输入/输出操作，印刷电路板12b装有高频LSI 28，该高频LSI 28在高频下进行信号输入/输出操作。在印刷电路板组件7A到7C中，低频LSI 27和高频LSI 28设置来使得在空间19a内的空气部分(此后称为“空气层”)可以在它们之间。
在图12所示印刷电路板组件7A中，低频LSI 27安装在印刷电路板12a的最外层，该最外层形成印刷电路板组件7A的表面，高频LSI 28安装在印刷电路板12b上，因而高频LSI 28可以位于空间19a内部。
在图13所示的印刷电路板组件7B中，低频LSI 27在印刷电路板12a下面实现，并且高频LSI 28安装在印刷电路板12b上，使得低频LSI 27和高频LSI 28可以位于空间19a内部。
在图14所示的印刷电路板组件7C中，低频LSI 27安装在印刷电路板12a的最外层，该最外层形成印刷电路板组件7C的表面，并且高频LSI 28在印刷电路板12b的最外层下面实现，该最外层形成印刷电路板组件7C的表面。在印刷电路板组件7A到7C中，低频LSI 27和高频LSI 28设置来使得空间19a中的空气层可以在它们之间。
易于产生电磁波噪音的高频LSI 28和易于接收电磁波噪音的低频LSI27通过具有低介电常数的空气层设置，则这种结构可以抑制电磁波噪音的任何影响。在除了低频LSI 27和高频LSI 28之外的任何电子元件的情况下，例如，如果易于产生电磁波噪音的电子元件例如高功率电路元件和数字电路元件和易于接收电磁波噪音的电子元件例如低功率电路元件和模拟电路元件通过空气层设置，那么上面类似，也可以抑制电磁波噪音的任何影响。请注意，低频LSI 27是低频电路元件的一个示例，高频LSI 28是高频电路元件的一个示例。
尽管在图14所示印刷电路板组件7C中，连接层13d已经具有空间19a，但是连接层13d也可以没有空间，并且绝缘部分18的中心元件18a可以由介电常数比印刷电路板12a、12b更低的热塑性树脂制成，因而可以和上面类似地抑制电磁波噪音的任何影响。在印刷电路板组件7A到7C中的其余部分的结构和印刷电路板组件1的结构类似。
图15示出根据本发明第八实施例的印刷电路板组件8。由树脂制成的光波导29形成在印刷电路板组件8内的空间19d内部。光连接器30、30安装在印刷电路板12e的最外层，该最外层形成印刷电路板组件8的表面。将光连接器30、30和光波导29光结合的结合(joint)部分31、31形成在印刷电路板12e内。这种结构使光信号可以如图15中的箭头所示传播，因而，不需要用于光波导的任何附加模块就可以构成光电路。这使得印刷电路板组件的整体尺寸可以减小并减轻。请注意，光连接器30是光学元件的一个示例。作为光学元件，可以使用具有发光元件、光接收元件等的光学元件。在印刷电路板组件8中的其余部分的结构和印刷电路板组件1的结构类似。
图16到19示出根据本发明第九实施例的印刷电路板组件9的结构。图16是其中还没有插入之后将说明的柔性印刷电路板32的印刷电路板组件9的横截面图。图17是已经在其中插入柔性印刷电路板32的印刷电路板组件9的横截面图。图18示出其中还没有插入柔性印刷电路板32的印刷电路板组件9。图19示出其中已经插入印刷电路板32的印刷电路板组件9。图20示出后面将说明的连接引脚33的结构。
除了图5所示的印刷电路板组件3之外，印刷电路板组件9还包含安装并连接到印刷电路板12b的连接引脚33，因而它们可以位于空间19a内部。
如图20所示，每个连接引脚33包含梯状连接部分33a和板状基部33b，该梯状连接部分33a与柔性印刷电路板32的连接端子32a连接，该板状基部33b用焊料固定在印刷电路板12b上。连接部分33a具有通过向下施加力而弹性可变形的这种结构。在印刷电路板组件9中，连接引脚33在空间19a内部以预定的间隔固定在印刷电路板12b上。在印刷电路板组件9中的其余部分的结构和印刷电路板组件3的结构类似。
如图16到19所示，这种结构使得具有预定厚度的柔性印刷电路板32可以从柔性印刷电路板组件9的空间19c插入或者取出。当柔性印刷电路板32插入空间19c时，柔性印刷电路板32的连接端子32a与每个连接引脚33的连接部分33a连接，从而建立它们的电连接。这时，连接部分33a将柔性印刷电路板32向印刷电路板12a推动。这使得柔性印刷电路板32可以固定到印刷电路板组件9。通过由每个连接引脚33的连接部分33a推动的方式将印刷电路板32固定到印刷电路板组件9的这种固定方式是在印刷电路板组件9上固定柔性印刷电路板32的固定方式的一个示例。可以单独设置另外的固定方式使柔性印刷电路板32固定到印刷电路板组件9。
因此，在印刷电路板组件9中，可以将柔性印刷电路板32电连接到印刷电路板组件9，并且通过将柔性印刷电路板32插入印刷电路板组件9而固定它们。这使得可以不必形成任何用于设置在印刷电路板等的表面上的连接器，因而使得印刷电路板组件的整体尺寸减小并变轻。
图21到24示出根据本发明第十实施例的印刷电路板组件10的结构。图21图是其中还没有插入柔性印刷电路板32的印刷电路板组件10的横截面图。图22是已经在其中插入柔性印刷电路板32的印刷电路板组件10的横截面图。图23示出其中还没有插入柔性印刷电路板32的印刷电路板组件10。图24示出其中已经插入印刷电路板32的印刷电路板组件10。
除了图1所示印刷电路板组件1之外，印刷电路板组件10还包含图20所示安装在印刷电路板12b上从而可以位于空间19a内部的连接引脚33。连接引脚33以预定的间隔固定在印刷电路板12b上。在印刷电路板组件10中，印刷电路板12f具有形成为预定形式的开口34，空间19a通过该开口34与印刷电路板组件10的外部连通。印刷电路板组件10的其余部分的结构和印刷电路板组件1的结构类似。
如图21到24所示，这种结构使得具有预定厚度的柔性印刷电路板32可以通过开口34从印刷电路板组件10的空间19a插入或者取出。与印刷电路板组件9类似，当柔性印刷电路板32插入空间19a时，柔性印刷电路板32的连接端子32a与每个连接引脚33的连接部分33a连接，从而建立它们的电连接。这时，与上面的实施例类似，连接部分33a将柔性印刷电路板32向印刷电路板12a推动。这使得柔性印刷电路板32可以固定到印刷电路板组件10。通过由每个连接引脚33的连接部分33a推动的方式将印刷电路板32固定到印刷电路板组件10的这种固定方式是在印刷电路板组件10上固定柔性印刷电路板32的固定方式的一个示例。可以单独设置另外的固定方式使柔性印刷电路板32固定到印刷电路板组件10。
因此，在印刷电路板组件10中，可以将柔性印刷电路板32电连接到印刷电路板组件10，并且通过将柔性印刷电路板32插入印刷电路板组件10而固定它们。这使得可以不必形成任何用于设置在印刷电路板等的表面上的连接器，因而使得印刷电路板组件的整体尺寸减小并变轻。
可以根据印刷电路板组件与柔性印刷电路板的任何连接结构而分别改变和使用印刷电路板组件9和10。可以组合印刷电路板组件9和10。柔性印刷电路板32可以连接到印刷电路板组件的上表面、底表面和任何侧表面。
尽管在上面的印刷电路板组件1到10中通过连接层使两个印刷电路板互相连接，但是本发明不局限于此。可以通过连接层来相互层叠和连接三个或者更多的印刷电路板。
(根据本实施例的实施例制造印刷电路板组件的方法的示例)下面将参考
根据本发明实施例的印刷电路板组件的制造方法。图25A到25F示出如何形成连接层13(13a到13g)，其中示出了连接层13的横截面图。如图25A所示，制备构成中心元件18a的热塑性膜18c。例如，该热塑性膜18c是绝缘树脂，并且如上所述具有更大的耐热性和优秀的介电性能。
如图25B所示，然后构成粘结剂层18b的粘结剂涂敷到热塑性膜18c的两个表面。如上所述使用例如由烷基(苯)酚化合物和马来酰亚胺的混合物制成的粘结剂。然后，具有任何低粘性的释放层(release film)18d粘在粘结剂层18b的表面。作为释放层18d，例如，使用厚度为从20μm到50μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯膜。该释放层18d是保护膜的一个示例。
如图25C所示，然后通过使用钻孔机械或者激光加工，在具有粘结剂层18b和释放膜18d的热塑性膜18c中的预定的位置钻取或者穿刺通孔13h，以建立电连接部分20。
如图25D所示，在形成通孔13h之后，用辊压印刷(squeegee printing)在通孔13h中填入导电胶。然后用炉子干燥已填入导电胶的热塑性膜18c，从而固化导电胶。作为导电胶，使用上述导电胶。
如图25E所示，然后通过模具等在热塑性模18c中将形成空间的位置挖出开口25。如图25F所示，然后从那里将释放膜18d释放。该释放膜18d的释放使得电连接部分20中的导电胶可以从粘结剂层的表面突起。这使得在印刷电路板12a和12b彼此连接时，填料在通孔13h中的填充效率提高，这有益于稳定的合金连接。从关于导电胶突起量的实验结果可以确定最适合的是每个释放膜18d的厚度为25μm到50μm。
下面将说明如何使印刷电路板12a、12b和连接层13a彼此连接。图26A到26E和27示出如何使印刷电路板12a、12b和连接层13a彼此连接。这些图每幅都示出它们的横截面。
印刷电路板12a、12b和连接层13a根据如下的操作进行连接衬垫元件35b(见图26E)、印刷电路板12b(见图26D)、连接层13a(见图26C)、印刷电路板12a(见图26B)和衬垫元件35a(见图26A)按该顺序层叠；在层叠完这些项之后，在大于或等于导电胶中低熔点金属颗粒的熔点的温度下，衬垫元件35a、35b使这样层叠的印刷电路板12b、连接层13a、印刷电路板12a承受预定的压力，如图27中的箭头所示。
这使得连接层13a的绝缘部分18可以通过粘结剂层18b的粘结剂连接到印刷电路板12a、12b，以及连接层13a的导电部分20连接到印刷电路板12a、12b的电极端子17。
下面将说明连接层13a的导电部分20连接到印刷电路板12a、12b的电极端子的这种机制。导电部分20的导电胶和电极端子17通常根据所谓的金属化技术连接。如上所述，导电胶包含低熔点金属颗粒、高熔点金属颗粒和粘合剂树脂。
这种粘合剂树脂防止低熔点金属颗粒和高熔点金属颗粒金属化，因为即使其温度大于或等于低熔点金属颗粒的熔点，在不施加压力时，这些金属颗粒也不会彼此直接接触。在大于或等于低熔点金属颗粒的熔点的温度下(在基础元件熔化并结合的温度下)施加预定的压力时，粘合剂树脂粘性液化，并被从金属颗粒之间的空间推出，因而低熔点金属颗粒和高熔点金属颗粒彼此直接接触。这时，液化的低熔点金属颗粒与电极端子中的金属接触，因而它们可以金属化，因而使得可以在导电部分20中发生金属化的同时，导电部分20和电极端子17彼此连接。这使得可以在短时间内实现金属化。
即使金属颗粒是研磨成粉末的金属颗粒，粘合剂树脂也用作金属颗粒之间的润滑剂，因而导电胶变为其塑性状态，例如呈泥块状。这使得每个通孔13h的整体承受均匀的压力。在每个通孔13h中的低熔点金属颗粒和高熔点金属颗粒可以相等地连接，使得在每个通孔13h中发生均匀的金属化。因而可以实现稳定的金属化连接。为了容易地实现这种金属化连接，优选的粘合剂树脂是热塑性树脂。
为了容易地实现稳定的金属化连接，具有高流动性的物质不适合作为用作中心元件18a的热塑性树脂与在热塑性树脂上面和下面的粘结剂18b。例如，如果将在B阶段下(半软化状态)放置的具有高流动性的环氧树脂用作粘结剂层，那么在将连接层连接到印刷电路板时，通过对其加热而使环氧树脂变为液体。如果还向其施加压力，那么液化的环氧树脂会进入导电胶并被替换，因而阻碍导电胶中的金属颗粒彼此接触。这使得不能实现有效的金属化，因而会增加导电部分20和电极端子之间的连接部分的电阻。如果这是事实，那么粘结剂层必须在它不失去粘结强度的范围内被硬化，从而减小其流动性。
热塑性树脂具有流动性，因而在对其加热时会液化，还不能实现充分的金属化。如果热塑性树脂的弹性模量不是适量地低，那么这不能使导电胶承受均匀的压力，因而不能实现充分的金属化。
如上所述，作为中心元件18a，使用施加了氨基硅烷(aminosilane)系耦联剂的高耐热性热塑性树脂是适当的。为了保持对处于C阶段(硬化)下的上部和下部印刷电路板12a、12b的粘结强度，具有氨基框架(aminoframework)的任何材料都适用于中心元件。将非常薄的热固性粘结剂涂敷于粘结剂层的最外层也是有效的。在薄膜为几μm的情况下，可以保持适当的连接稳定性，而不会阻碍导电胶的金属化。
下面将说明每个衬垫元件35a、35b的结构。图28A和28B示出每个衬垫元件35a、35b的详细结构。图28A示出每个衬垫元件35a、35b的第一个示例。图28B示出每个衬垫元件35a、35b的第二个示例。在通过连接层13a使印刷电路板12a和12b彼此机械连接和电连接时，面朝形成在连接层13a中空间19a的印刷电路板12a和12b的表面会弯曲。如果在印刷电路板12a和12b的表面发生任何弯曲，则可能由于弯曲而阻碍元件的表面安装。为了防止这种弯曲，在本发明的这个实施例中设计出每个衬垫元件35a、35b的结构。
在通过连接层13a使印刷电路板12a和12b彼此机械连接和电连接时，最好通过具有高弹性的元件(低弹性模量的元件)向其施加压力。但是，在根据本发明实施例的印刷电路板组件1中，其中连接层13a具有空间19a，印刷电路板12a和12b的表面可能在向其加热和/或施加压力时发生弯曲，使得每个表面的一部分进入空间19a。为了防止每个印刷电路板12a、12b的这种弯曲，可以使用具有低弹性的元件(高弹性模量的元件)。但是，如果用具有低弹性的元件(高弹性模量的元件)向其施加压力，则难以将印刷电路板12a和12b的表面的不规则修匀。这有碍于在每个印刷电路板12a、12b的整个表面上施加均匀的压力，因而不能实现任何可靠的连接。因此，作为每个衬垫元件35a、35b的第一个示例，如图28A所示，使用具有由高弹性模量材料制成的基底层35c和由低弹性模量材料制成的不规则修匀层35d的两层的衬垫元件。通过使用这种衬垫元件35a、35b作为其第一个示例，可以防止在向其施加压力时每个印刷电路板12a、12b的表面弯曲使得每个表面的一部分表面进入空间19a，并且可以在每个印刷电路板12a、12b的整个表面上施加均匀的压力。
可选择地，在衬垫元件35a、35b加热和/或冷却时发生的膨胀和/或收缩使印刷电路板12a、12b伸长，因而可能在印刷电路板12a和12b中发生一定弯曲。因此，作为每个衬垫元件35a、35b的第二个示例，如图28B所示，使用具有由高弹性模量材料形成的基底层35c、由低弹性模量材料形成的不规则修匀层35d和防止基底层收缩的热收缩防止层35e的三层的衬垫元件。通过使用这种衬垫元件35a、35b作为其第二个示例，可以防止在向其施加压力时每个印刷电路板12a、12b的表面弯曲使得每个表面的一部分表面进入空间19a，并且可以在每个印刷电路板12a、12b的整个表面上施加均匀的压力，还防止衬垫元件35a、35b在加热和/或冷却时膨胀和/或收缩。
关于第一和第二个示例的衬垫元件35a、35b，实验结果证明适当的不规则修匀层35d的厚度为5μm到20μm，并且由在向其加热和/或施加压力时的弹性模量小于或等于100MPa且具有高耐热性和释放性能的硅树脂化合物或氟化合物形成。还证明适当的基底层35c的厚度为50μm到300μm，并且由在向其加热和/或施加压力时的弹性模量大于或等于至少1GPa的材料制成。还证明作为适当的热收缩防止层35e，使用热膨胀系数小于或等于20ppm并且中心线平均粗糙度Ra大于或等于1.5的电解铜箔。
根据利用图26A-26E和27说明的方法，在250摄氏度的温度下，在4MPa的压力下通过利用上述衬垫元件35a、35b使印刷电路板12a、12b和连接层13a彼此连接。结果证明，如图29中字母“A”所示的在每个印刷电路板12a和12b表面于空间19a中出现的弯曲在小于或等于30μm的范围内。
根据利用图26和27说明的方法，在250摄氏度的温度下，在2MPa的压力下使印刷电路板12a、12b和连接层13a彼此连接。结果证明，在每个印刷电路板12a和12b的表面发生的弯曲在表面安装时在可忽略的范围内。因此，可以想象，在以下的温度和压力下获得如图26和27所示的印刷电路板12a、12b和连接层13a的有效连接在小于或等于230摄氏度的温度下，压力保持在2到8MPa的范围内；或者在从大于230摄氏度到小于或等于250摄氏度的范围内的温度下，压力保持在从2到4MPa的范围内。
衬垫元件35a、35b是弹性元件的一个示例。基底层35c是高弹性模量元件的一个示例，不规则修匀层35d是低弹性模量元件的一个示例。热收缩防止层35e是热收缩防止元件的一个示例。
尽管在图26和27所示的上述实施例中，两个印刷电路板12a、12b和连接层13a彼此机械连接和电连接，但是，本发明不局限于此。根据该实施例，将印刷电路板组件制造来使得三个或者三个以上印刷电路板层叠并通过连接层彼此连接。
下面将说明图4所示本发明第二实施例的印刷电路板组件2的制造方法。如上所述，印刷电路板组件2与印刷电路板组件1的不同之处仅在于连接层13a中的空间19a的形式。在制造印刷电路板组件2时，在如图25E所示的步骤中，在热塑性膜18c中将开口25向上挖到预定的水平，不穿透它。印刷电路板组件2的制造方法的其余步骤与印刷电路板组件1的制造方法类似。
下面将说明图5和6所示本发明第三实施例的印刷电路板组件3的制造方法。印刷电路板组件3与印刷电路板组件1的不同之处仅在于连接层13c具有空间19c，该空间19c通过敞开连接层13c的侧面端部而形成，并且该空间19c与印刷电路板组件3的外部连通。因此，在根据图30A所示的上述方法制造印刷电路板组件1之后，沿着线C-C切割这样制造的印刷电路板组件1，就可以制造印刷电路板组件3。这使得在形成如图6所示在其侧面端部形成空间19c的连接层13c之后，与如图26和27所示印刷电路板12a、12b通过连接层13c而彼此连接的情况相比，可以减少每个印刷电路板12a、12b的表面进入空间19c的弯曲。
下面将说明图7和8所示本发明第四实施例的印刷电路板组件4A、4B的制造方法。印刷电路板组件4A、4B与印刷电路板组件1的不同之处仅在于将电子元件例如LSI 21安装在印刷电路板12b上，使得电子元件可以位于空间19a的内部。因此，在电子元件例如LSI 21预先安装在印刷电路板12b的预定位置上之后，根据利用图26和27所示的方法使印刷电路板12a、12b通过连接层13c而彼此连接，从而可以制造印刷电路板组件4A、4B。
关于图9所示的印刷电路板组件5、图11所示的印刷电路板组件6、图12等所示的印刷电路板组件7、图16等所示的印刷电路板组件9以及图21等所示的印刷电路板组件10，与上述印刷电路板组件4A、4B的制造方法类似，在电子元件等预先安装在印刷电路板12b的预定位置之后，根据利用图26和27所述的方法，使印刷电路板12a(12c、12d或12f)、12b通过连接层13d(13c或13a)而彼此连接，因而可以制造印刷电路板组件5、6、7、9或10。在印刷电路板12a(12c、12d或12f)、12b通过连接层13d(13c或13a)而彼此连接之后，将设置在印刷电路板组件的上表面上或者设置在其下表面下的电子元件就安装到其上或者粘附到其上。
在根据利用图26和27所述的方法使印刷电路板12c(12d)、12b通过连接层13d而彼此连接之前，通过钻孔等方式预先形成印刷电路板组件5的空气入口23和印刷电路板组件6的开口25。
下面将说明图15所示印刷电路板组件8的制造方法。通过与印刷电路板组件1的连接层13a相同的方式形成连接层13g。然后通过利用任何光刻技术在连接层13g上形成掩模，并通过利用喷沙形成图案，从而产生具有预定形状的通道。在通道中填充任何液化的树脂，以形成这种树脂的光波导29，并且在通过对其加热而固化该树脂之后，将该连接层13g的表面抛光。然后根据利用图26和27所述的方法，使印刷电路板12e、12b通过连接层13g而彼此连接。
根据本发明印刷电路板组件的实施例，根据利用图26和27所述的方法，通过利用已知的技术例如叠加技术制造的印刷电路板通过连接层而彼此机械连接和电连接。这使得与利用叠加技术等制造最终的印刷电路板组件的情况相比，可以以低成本制造多层印刷电路板组件。
根据本发明印刷电路板组件的制造方法的实施例，利用已知技术例如叠加技术制造的印刷电路板根据利用图26和27所述的方法通过连接层而彼此机械连接和电连接，从而制造每个印刷电路板组件。这使得与利用叠加技术等制造最终的印刷电路板组件的方法相比，可以以低成本制造多层印刷电路板组件。
本发明可应用于其中使用多层电路板的印刷电路板组件和该印刷电路板组件的制造方法。本领域技术人员应当理解，根据设计要求和其它的因素，可以进行各种调整、组合、次组合以及变化，但是它们在权利要求或者其等同特征的范围内。
权利要求
1.一种印刷电路板组件，包括互相层叠并且彼此机械连接和电连接的多个印刷电路板；和使相邻的两个所述印刷电路板彼此连接的连接层，其中所述连接层包括绝缘部分和导电部分，所述绝缘部分包含绝缘元件并且被粘附到所述相邻的两个印刷电路板中的每一个上，所述导电部分穿过所述绝缘部分，并且连接所述相邻的两个印刷电路板的电极端子。
2.根据权利要求1的印刷电路板组件，其中所述连接层包含通过敞开所述连接层的一部分表面而形成的空间，所述表面连接至少一个所述印刷电路板。
3.根据权利要求2的印刷电路板组件，其中所述连接层包含通过穿透所述连接层以到达所述两个印刷电路板的表面而形成的空间。
4.根据权利要求3的印刷电路板组件，其中所述连接层包含所述连接层通过在其侧面端部敞开而形成的空间。
5.根据权利要求1的印刷电路板组件，其中所述绝缘部分包括连接每个所述印刷电路板的绝缘塑性材料；并且其中所述导电部分包括导电胶，所述导电胶包含低熔点金属颗粒和高熔点金属颗粒，并且利用通过在预定的温度下施加预定的压力使金属彼此连接的金属化技术，而连接到每个所述印刷电路板的电极端子。
6.根据权利要求5的印刷电路板组件，其中所述绝缘部分包括作为绝缘塑性材料的热塑性树脂；并且其中所述导电胶包含作为所述低熔点金属颗粒的锡以及作为所述高熔点金属颗粒的铜和银中任何一种。
7.根据权利要求6的印刷电路板组件，其中将可固化的环氧树脂涂敷到每个所述印刷电路板的表面，所述表面粘附到所述连接层的粘结剂层；并且其中所述热塑性树脂对所述环氧树脂具有化学亲和力。
8.根据权利要求6的印刷电路板组件，其中将可固化的环氧树脂涂敷到每个所述印刷电路板的表面，所述表面粘附到所述连接层的粘结剂层；其中所述热塑性树脂通过对所述环氧树脂具有化学亲和力的粘结剂和所述热塑性树脂而粘附到每个所述印刷电路板；并且其中所述热塑性树脂和所述粘结剂的总厚度为至少50μm，并且所述粘结剂的厚度为小于或等于10μm。
9.根据权利要求2的印刷电路板组件，其中电子元件安装在将被设置在所述空间内的多个所述印刷电路板中的一个上，所述电子元件被连接到所述印刷电路板中的一个的线路。
10.根据权利要求9的印刷电路板组件，还包括作为所述电子元件的连接引脚，其中所述印刷电路板中的任何一个具有开口，柔性印刷电路板从所述开口插入或拔出，所述开口与所述空间和所述印刷电路板组件的外部连通；并且其中提供有固定装置，所述固定装置固定从所述开口插入的柔性印刷电路板，并且所述柔性印刷电路板的连接端子连接到所述连接引脚。
11.根据权利要求10的印刷电路板组件，其中所述连接层在其侧面端包含开口，所述开口连通到所述空间和所述印刷电路板组件的外部。
12.根据权利要求10的印刷电路板组件，其中最外面的印刷电路板在其表面包含开口，所述开口连通到连接层内的空间。
13.根据权利要求9的印刷电路板组件，其中所述电子元件是发热电子元件；并且其中所述印刷电路板中的任何一个和所述连接层包含空气入口，所述空气入口将所述空间与印刷电路板组件的外部连通。
14.根据权利要求2的印刷电路板组件，其中高频元件固定到通过所述空间面对的两个印刷电路板中的一个上，并且低频元件固定到另一个上。
15.根据权利要求6的印刷电路板组件，其中所述绝缘部分包括具有比每个所述印刷电路板更低的介电常数的热塑性树脂；并且其中高频元件固定到通过所述热塑性树脂面对的两个印刷电路板中的一个上，而低频元件固定到另一个上。
16.根据权利要求2的印刷电路板组件，还包括安装到所述印刷电路板组件表面上的光学元件、设置在所述空间内部的光波导以及将所述光学元件与所述光波导光结合的结合部分。
17.一种包含多个印刷电路板和连接层的印刷电路板组件的制造方法，其中所述印刷电路板互相层叠并且通过所述连接层而彼此机械连接和电连接；其中所述连接层包括绝缘部分和导电部分，所述绝缘部分被粘附到所述相邻的两个印刷电路板中的每一个上，所述导电部分连接所述相邻的两个印刷电路板的电极端子；并且其中所述导电部分包括导电胶，所述导电胶包含低熔点金属颗粒和高熔点金属颗粒，通过在预定的温度下施加预定的压力使金属彼此连接的金属化技术，除了所述金属颗粒之外，所述导电胶还耦接到金属，所述方法包括以下步骤在预定位置通过所述连接层将待连接的印刷电路板层叠；通过两个板状弹性元件夹持这样层叠的印刷电路板和连接层；和在预定的连接温度下通过所述两个弹性元件对这样层叠的印刷电路板和连接层施加预定的压力，从而使所述印刷电路板和所述连接层彼此连接。
18.根据权利要求17的印刷电路板组件的制造方法，其中根据以下子步骤制造连接层向板状绝缘元件的两个表面上涂敷预定厚度的粘结剂；在已经涂敷所述粘结剂层的绝缘元件的两个表面上粘附具有预定粘性的保护膜；在所述绝缘元件的预定位置形成具有预定形式的通孔；用导电胶填充所述通孔；和从所述绝缘元件除去所述保护膜。
19.根据权利要求17的印刷电路板组件的制造方法，其中每个所述弹性元件通过层叠具有预定厚度的低弹性模量元件和具有预定厚度的高弹性模量元件而形成，所述低弹性模量元件具有比预定弹性模量更低的弹性模量，所述高弹性模量元件具有比所述预定弹性模量更高的弹性模量；并且其中通过所述两个弹性元件向这样层叠的印刷电路板和连接层施加预定的压力，并且所述低弹性模量元件被粘附到每个层叠的印刷电路板上。
20.根据权利要求19的印刷电路板组件的制造方法，其中所述弹性元件还包含热收缩防止元件，所述热收缩防止元件具有预定的厚度和比预定的热膨胀系数更低的热膨胀系数，所述热收缩防止元件在所述低弹性模量元件相对侧上层叠在所述高弹性模量元件上。
21.根据权利要求20的印刷电路板组件的制造方法，其中所述低弹性模量元件的厚度为5μm到20μm并且在所述连接温度下的弹性模量小于100MPa；其中所述高弹性模量元件的厚度在50μm和300μm之间，和在所述连接温度下的弹性模量大于或等于1GPa；并且其中所述热收缩防止元件的热膨胀系数小于或等于20ppm。
22.根据权利要求17的印刷电路板组件的制造方法，其中所述连接温度是在不低于所述低熔点金属颗粒的熔点并小于或等于250摄氏度的范围内的温度。
23.根据权利要求22的印刷电路板组件的制造方法，其中当所述连接压力设置在2MPa和8MPa之间的范围内时，所述连接温度是小于或等于230摄氏度的温度。
24.根据权利要求22的印刷电路板组件的制造方法，其中当所述连接压力设置在2MPa和4MPa之间的范围内时，所述连接温度是在大于230摄氏度并小于或等于250摄氏度的范围内的温度。
25.根据权利要求18的印刷电路板组件的制造方法，其中在用所述导电胶填充所述绝缘元件的通孔之后，在所述绝缘元件中形成所述空间，设置具有预定形状的开口，并且从所述绝缘元件除去所述保护膜以形成连接层；并且其中在所述连接温度下通过所述两个弹性元件对这样层叠的印刷电路板和连接层施加预定的压力之后，沿着与所述开口相应的预定线切割所述印刷电路板。
全文摘要
本发明公开了一种印刷电路板组件及其制作方法，该印刷电路板组件具有彼此层叠并彼此机械连接和电连接的多个印刷电路板以及连接层，该连接层使相邻的两个印刷电路板彼此连接。连接层包括绝缘部分和导电部分。绝缘部分包含绝缘元件，并且被粘附到相邻的两个印刷电路板中的每一个上。导电部分穿过绝缘部分，并且连接相邻的两个印刷电路板的电极端子。
文档编号H01R12/00GK101022698SQ20071008798
公开日2007年8月22日 申请日期2007年1月31日 优先权日2006年1月31日
发明者小川稔, 西本和人 申请人:索尼株式会社