专利名称：非环状焊接区的制作方法
早期的电路板制造技术将电路板面上的线直接连至通孔。镀以导电材料的通孔用于连接电路板的前、后面。不幸的是将线直接连至通孔所得连结点具有高故障率。金属线与衬底间热膨胀的差别导致裂缝，尤其是在线与通孔的连接处。其结果是线与通孔的电连接断裂。
为克服此种连接的故障率，产生了用于将线连至通孔的焊接区(land)。由导电材料通常是铜所制成的焊接区是圆状、更具体说是环状结构，它完全包住通孔。使用焊接区后通孔与线间的连接面积显著增大，因而得到故障率小的连接。
历来的焊接区是环状的，以最大限度地增加所镀通孔边缘与焊接区的接触面。此外，焊接区的圆形外形可补偿在印制板制造过程中由于钻孔或光刻误差而造成的焊接区与通孔位置的偏移。
为探索将电路板和集成电路装置微型化，设计者试图在电路板和装置上放置更多电子结构。为达到此目标，设计者需要在电路板面上有愈来愈多的空间，即“有效区域”。在试图增加可用“有效区域”时，相对于通孔直径而言将常用焊接区的直径加以减小。然而，当钻通孔时，钻头经常将焊接区从衬底剥离开，从而造成不规则形状的通孔，产生个一可靠的电镀通孔。
的确，随着电路板技术的发展，焊接区尺寸不但没有减小，反而增加了。称为“扩边”(flare)的凸出部分沿线轴方向加到焊接区上，以进一步改善线与焊接区间的连接可靠性。将扩边加到圆形焊接区后比常用焊接区占用了更多有效区域。
希望在保持由焊接区提供的线与通孔间可靠连接的同时增加衬底上可用的有效区域。
本发明通过提供不完全包住通孔的非环状焊接区以增加有效区域，也即这些焊接区并不遍布通孔360°。这些非环状焊接区接触通孔的面最好不要超过一边，从而提供使用常规焊接区时所无法利用的有效区域。本方法也涉及制造这类非环状焊接区的方法。
图1是显示现有技术典型配置中焊接区外形和孔间连线的电路板一部分的示意图；图2是类似图1的示意图，显示本发明的非环状焊接区和孔间连线；图3是显示非环状焊接区与电镀通孔关系的图；图4是用于显示制造非环状焊接区时图形位置的电镀通孔；图5、6和7显示使用本发明的非环状焊接区的不同布线图。
本发明在保持通孔与线间可靠连接的同时提供一种新焊接区形状，从而增加有效区域。本发明的非环状焊接区只接触通孔的一部分，即小于360°，而不是如360°环状焊接区那样接触电镀通孔的全部周边。非环状焊接区和接触通孔的线置放于通孔同一侧其形状最好为椭圆形。
采用非环状焊接区可增加有效区域。例如，参照图1，常规360°环状焊接区10和带扩边的常规360°环状焊接区12连至通孔20和22。当通孔中心位置相距0.05英寸时，只有两根0.004英寸线16和18能放置于通孔20和22之间区域内。
参照图2，可看出非环状焊接区40部分地包住通孔42。在通孔42中心间的0.05英寸区域内可放置三根0.004英寸线46、48和50。当环氧树脂玻璃用作电路板的绝缘材料时，需要阻止线间短路的最小线距是2密耳。因此与使用常规焊接区时可用的有效区域比较，非环状焊接区使有效区域显著地增大。
现参照图3，非环状焊接区的最佳长度最好通过计算偏移距离d0来确定。偏移距离d0代表光刻过程中最佳图形的标线片从通孔中心偏离开的距离。
最佳偏移距离d0由下式确定d0＝2＋(rH－rI)＋t0－s其中t0是导体生产过程也即蚀刻过程的公差(当公差为未知数时t0等于0)；s是导体线，这里也称线，之间的最小间距，它随着不同电路板设计而变化；Z是最近邻线与通孔60边缘间最小所希望距离；rH是所钻出的通孔60半径；rI是用于形成非环状焊接区62的标线片的半径，rI最好与rH相同。
例如，在系统中Z是6.5密耳、rH是6密耳、S希望至少2密耳、t0是1.0密耳、rI是6密耳，则d0＝6.5＋(6－6)＋1.0－2.0d0＝5.5因此末次曝光时标线片中心应从通孔中心偏离5.5密耳。最好曝光三次第一次曝光时标线片位于所需通孔位置之上方，最后曝光时标线片位于偏离通孔中心5.5密耳处，而中间曝光时标线片位于半中间即偏离通孔中心2.75密耳处。
如此处所用，认为“长度”是沿连至非环状焊接区的线的轴方向的非环状焊接区的尺寸，系从通孔边缘量至线边缘。非环状焊接区长度最好是Z减去(s＋t0)的数值的0.1至2倍，更好是0.5至0.75倍。当然非环状焊接区长度也可超过Z减去(s＋t0)的数值的2倍，但这样就达不到增加有效区域的目的。而更小长度，即小于Z减去(s＋t0)的数值的0.1倍，将会增加连结的故障率，因此不拟予以推荐。一般情况下，当采用这样的小于Z减去(s＋t0)的数值的0.1倍的长度时，在非环状焊接区和邻线之间没有足够的绝缘材料，因此在非环状焊接区和邻线间会发生短路。
非环状焊接区的宽度是沿垂直于焊接区长度方向的焊接区尺寸。非环状焊接区宽度大干线宽，而非环状焊接区的宽度可能超过所钻通孔的宽度。非环状焊接区的宽度最好小于或等于所钻通孔宽度。
焊接区系由与线相同材料所制成，一般是铜。
首先使用常规光刻技术形成图形。在玻璃或其它透明衬底上的光敏乳胶载体上曝光而得到所需非环状焊接区图形。用于形成非环状焊接区的最佳方法示于图4。常规圆形标线片定中心于对应于(X，Y)之处，这是通孔将要钻通之处。乳胶最好用紫外线曝光。接着标线片从通孔中心偏移，其偏移距离为用上述公式计算所得d0的一半。因此标线片置于对应于(X＋d0/2，Y)之外并进行曝光。为获得更长非环状焊接区，最好将标线片置于对应于(X＋d0，Y)之外并再进行第二次曝光。此时即将乳胶载体显影。一般情况下非环状焊接区只需足够大以将真正通孔定位于最小邻近导体间距处即可。
另一方案是，所加工图形也即曝光掩模可做成非环状焊接区所需形状，而不是使用常规圆形标线片来形成图形。
接着将图形用于传统印制板光学成象过程，即将光学成象光刻胶涂于衬底上，并用穿过图形的光化射线曝光。使用常规过程将光刻胶常规地进行显影以形成所需图案。最好使用减色法，以便在将光刻胶显影后即获得最终非环状焊接区图形。未曝光的光刻胶用常规溶剂清除掉，留下的已曝光的光刻胶具有所需图形。接着用腐蚀剂将不受已曝光的光刻胶所遮盖的金属清除掉。已曝光的光刻胶即被剥离，留下包括所需非环状焊接区在内的最后导电图形。
作为另一方案，或作为附加方案，可使用常规附加过程。在这类附加过程中，光刻胶显影后，其间之区域决定电路图形。使用诸如附加电镀这样的常规方法即可在此区域内形成电路。电镀后，将光刻胶剥离，留下包括所需非环状焊接区在内的最后导电图形。
在将“芯”衬底组装成组合结构时，将芯定位，也即将它们对齐，以便对所需叠层做适当连接。然后将组装件钻孔以形成所需通孔，并使用电解式或无电镀铜方法将通孔常规地进行镀铜。另一方案是将通孔充以导电胶。其结果是镀铜的通孔如图3所示与非环状焊接区接触。
例1具有2密耳的最小线间距离和包括本发明的非环状焊接区的薄光卡制备如下。将一片直径为0.011英寸的圆形不透明标线片置于光敏乳胶层上，后者涂在透明衬底上，以备制作图形。将标线片置于所需通孔中心处并用紫外线曝光。将标线片从通孔中心偏移3密耳，进行曝光，第二次再偏移3密耳和再曝光。取走标线片并将乳胶显影以产生图形。在具有0.050×0.025英寸网格尺寸的板上放置的0.0014英寸铜膜上使用由DuPont Chemical Company生产名为“Resiston”的现成的常规负光刻胶。该光刻胶用穿过图形的光化射线曝光并用常规方法显影。将卡蚀刻以确定焊接区，然后剥离光刻胶。在完成包括叠片、引线和定位等几道常规制造步骤后，使用0.010英寸钻头钻出通孔。使用电解式镀铜方法将通孔常规地进行电镀，从而形成直径为0.008英寸的通孔和宽度为0.010英寸、长度为0.006英寸的凸区。该卡一部分的接线图形示于图5。
例2其S值为2密耳并包括本发明的非环状焊接区的卡制备如下。将一片直径为0.009英寸的圆形不透明标线片置于光敏乳胶层上，后者涂在透明衬底上，以备制作图形。将标线片置于所需通孔中心处并用紫外线曝光。将标线片从通孔中心偏移3密耳，进行曝光，第二次再偏移3密耳和再曝光。取走标线片并将乳胶显影以产生图形。在具有0.050×0.025英寸网格尺寸的板上放置的0.0014英寸铜膜上使用由Dupont生产名为Resiston的现成的常规负光刻胶。该光刻胶用穿过图形的光化射线曝光并用常规方法显影。将卡蚀刻以确定焊接区，然后剥离光刻胶。其次，使用0.008英寸钻头钻出通孔。使用电解式镀铜方法将通孔常规地电镀，从而形成直径为0.006英寸的通孔和宽度为0.008英寸和长度为0.006英寸的焊接区。其接线图形示于图6。
例3
包括本发明的非环状焊接区的卡制备如下。将一片直径为0.011英寸的圆形不透明标线片置于光敏乳胶层上，后者涂于透明衬底上，以备制作图形。将标线片置于所需通孔中心处并用紫外线曝光。将标线片从通孔中心偏移3密耳，进行曝光，第二次再偏移3密耳和再曝光。取走标线片并将乳胶显影以形成图形。在具有0.050×0.025英寸网格尺寸的板上放置的0.0014英寸铜膜上使用由Dupont Chemical Company生产名为“Resiston”的现成的常规负光刻胶。该光刻胶用穿过图形的光化射线曝光并用常规方法显影。将卡蚀刻以确定焊接区，然后剥离光刻胶。其次，使用0.010英寸钻头钻出能通孔。使用电解式镀铜方法将通孔常规地电镀，从而形成直径为0.008英寸的通孔和宽度为0.010英寸和长度为0.006英寸的焊接区。其接线图示于图7。
如图1所示，使用非环状焊接区可以增大相距50密耳远的通孔间的有效区域。其结果是腾出地方，可在两条线之外再附加一条宽度为0.004英寸的第三条线，从而提高布线率50％，接下去，在一个面上提高布线能力后，可在一定应用场合下减少所需接线平面的数量。
将卡置于仿真的卡组装过程中，即可确定线连结的可靠性。这些卡要经受加速的热循环和绝缘电阻测试，以便仿真数小时的通电和与通数电循环相关连的热周期。仿真过程中并未发生非环状焊接区的故障。
虽然只显示和描述了本发明的一些实施例，但在不背离由所附权利要求书所定义的本发明范围的情况下可做不同修正和改变。
权利要求
1.一块具有在其上放置的一条线和至少一个通孔以及包括一个焊接区的电路板，该通孔在它中间具有一种导电材料，该焊接区部分地包住该通孔并与该导电材料和该线相连。
2.权利要求1的电路板，其特征在于该焊接区宽度的范围为自大于线宽至小于或等于通孔宽度。
3.权利要求1的电路板，其特征在于包括一条邻近于该通孔的第二条线，其长度等于0.1至2乘上Z－(t0＋S)，其中Z是通孔边缘与邻线间的所希望最小距离，S是导线间所希望最小距离，而t0是蚀刻过程的公差或0。
4.权利要求2的电路板，其特征在于其长度为0.1至2乘上Z－(t0＋S)，其中Z是通孔边缘与邻线间的所希望最小距离，S是导线间所希望最小距离，而t0是蚀刻过程的公差或0。
5.权利要求1的电路板，其特征在于该导电材料包括所镀金属。
6.权利要求1电路板，其特征在于该导电材料包括导电胶。
7.一种用于在电路板上形成焊接区的方法a.提供在其上放置线的衬底；b.在衬底上提供通孔位置；c.在衬底上通孔位置上形成金属膜；d.在所需通孔位置上钻透金属膜以形成通孔；以及e.在所述通孔内放置导电材料以提供焊接区，所述焊接区部分地包住所述通孔并将线连至通孔内导电材料。
8.权利要求7的方法，其特征在于该导电材料包括所镀金属。
9.权利要求7的方法，其特征在于该导电材料包括导电胶。
10.权利要求7的方法，其特征在于该焊接区长度由下式决定d0＝z＋(rH－rI)＋t0－s，其中Z是通孔边缘与最近的邻线间所希望最小距离，t0是蚀刻过程公差或0，rH是通孔半径，rI是用以形成非环状焊接区的标线片半径，及d0是标线片的偏移距离。
11.权利要求7的方法，其特征在于该焊接区长度为自0.1至2乘上Z＋t0－s，其中Z是通孔边缘与最近的邻线间所希望最小距离，S是导线间所希望最小间距及t0是蚀刻过程的公差或0。
12.权利要求7的方法，其特征在于该焊接区宽度范围为自大于线宽至小于或等于通孔宽度。
13.权利要求11的方法，其特征在于该焊接区宽度范围为自大于线宽至小于或等于通孔宽度。
全文摘要
本发明提供不完全包住通孔的非环状焊接区，从而增大有效区域。非环状焊接区不是球状的，即它们并不遍布通孔360°。这些非环状焊接区与通孔的接触最好不超过一边，从而提供使用常规焊接区所无法利用的有效区域。本发明还涉及用于生产这类非环状焊接区的方法。
文档编号H05K1/11GK1128487SQ9511555
公开日1996年8月7日 申请日期1995年8月21日 优先权日1994年11月16日
发明者伊万·伊沃尔·乔伯特, 罗伯特·安东尼·马东, 小瑟斯顿·布里斯·杨 申请人:国际商业机器公司