专利名称：热成型三维接线模件的制作方法
技术领域：
本发明涉及容纳高密度导电接线的热成形三维接线模件。
在电子工业里多层接线模件，例如电路板、电路基底或者电路存储器卡，被认为是为计算机系统内存在的各种不同电子元件提供导电路径的基础。常见的模件由多层组成，这些层制造成在各层的一个表面上或者两个表面上含有导电接线图形，通过至少某些所述层包括一些电传导通路，从而当利用热和/或压力在适当的定位下把多个这样的层叠合在一起时，在模件里可形成有用的电传导层间通道。在美国专利5,259,110里公开了一种典型的由多层热塑性聚合材料构成的平面型模件，该专利的全部公开内容包括为本文的参考资料。
在某些应用中需要提供热成形的三维模件，例如在美国专利4,528,748和5,264,061中所公开的热成形三维模件。尤其需要把三维的模件用作为可更换的计算机电路卡。小型计算机例如膝上计算机的模塑料壳也可能存在着电路，从而这种外壳本身可以用作为电路板和互连，以便提供重量更轻和更加有效的计算机组件。
要在三维非平面的基底上通过常规的图形形成方法如薄膜平版印刷术、无电镀技术或者丝网印刷术技术等形成精确的和所需要的密集电路的图形是非常困难的，这是由于在对待非平面的表面时所出现的光和机械的失真问题而造成的。
对于从热塑聚合物制造的模件该问题的一种明显解决办法大概是，首先在平面状态下构造多层内连系统然后把所构造的模件热成形为所需的三维形状。但是，热成形过程对模件里存在的内部接线，尤其是对弯曲内角对面上的模件外层里所存在的接线，施加过度的应力。由于热成形过程中弯曲应力的结果有可能导致电路的断开或短路。
本发明提供一种含有规定电路的多层叠合聚合物层的接线模件，该接线模件可以热成形为所需的三维形状并且不会损害热应力区域处的内部接线。更具体地，本发明提供一种热成形三维接线模件，这种接线模件是通过对由多个分层的可热成形的聚合物绝缘层组成的叠层进行热成形而制造的，这些可热成形的聚合物绝缘层的至少一个表面上带有导电的接线电路，装配这些层以构成该模件内的导电互连路径，该模件的特征进而在于在模件内出现热成形弯曲的区域里导电接线电路只存在于叠层内部的低应力各层上。
图1是本发明的在热成形之前的平面型接线电子模件以及在热成形之后的三维的同一模件的侧剖面图。
本发明的接线模件是通过在由可热变形聚合物构成的薄片材料的一面上或两面上构造导电接线电路而制成的。该电路可能由一系列线密度范围为每层每线性英寸10至100条线的传导线所组成，也可能包括图形通路或者在薄片上穿孔并填上或镀上如银的导电材料，从而在把许多薄片叠加起来之后形成导电的层间互连。
用于制造接线模件的聚合片材料可能包括任何具有适当良好的电绝缘性能的可热变形聚合物材料。适合的聚合物包括热塑塑料诸如聚烯烃(例如聚丙烯和聚乙烯)、聚苯乙和带有烯腈或者带有丁二烯及丙烯腈(ABS树脂)的苯乙烯的共聚物、以及例如可以Hoechst Celanse公司得到的商品名为VECTRAR的聚脂；包括聚氯乙烯或乙烯叉二氯、聚碳酸酯、聚硫化物、聚苯醚、聚丙烯酸诸如聚甲基丙烯酸甲酯和类似的材料。B阶多元酸也是合适的，在热成形过程中当加热时B阶多元酸将硫化。薄片还可能含有不导电的增强填料诸如玻璃纤维或者聚酰胺纤维。薄片层的厚度最好在1至10密耳(mil)的范围内，以约为4至6密耳为更佳。
通过任何已知的适当技术在各薄片的一个平面上或两个平面上形成导电接线图形。这些技术包括金属导电墨水的丝网印刷术，包括用铜、银、铝和铜铬合金等金属薄膜电镀该薄片然后采用计算机控制对金属进行蚀刻或者采用更常规的方法对金属进行光敏抗蚀图形曝光、显影和掩模蚀刻以形成导电接线图形。其它的方法包括移画印花法或者溅射镀镆工艺。如现有技术中所知那样，还可以在模件叠合的制造期间在印刷电路图形(circuit pattern)的选定区域上钻孔并填上或镀上导电金属而形成导电通路。
在各薄片得到电构型后，按适当的电配准把这些薄片堆叠起来以通过分层结构建立所需的导电内连路径。如果需要，为了帮助结合可能在相邻的薄片之间施加适当的粘合剂例如热塑低温熔化聚合物。然后堆叠的薄片将受到中等的热压缩，在该热压缩过程期间各薄片或施加在相邻薄片之间的任何粘合剂的热塑性质使得这些薄片结合在一起从而提供机械上为整体的多层平面模件。
本发明的关键特点和某些区域内对分层结构的各层所应用的导电接线图形的设计有关，当模件热成形为三维形状时在这些区域里将肥到应力或弯曲。如图1中所示，除了要求各层中出现的电路构造成可提供组合叠层内的导电接线互连路径外，还要把它构造为使得横越叠层计划中的应力段的接线只出现在叠层的内部各层或者低应力各层之中。
图1中的上图表示带导线的模件或叠层1的示意侧剖面视图，其中带有用垂直线如2表示的一些导电通路和用水平线3表示的一些导电导线。图1中的下图表示热成形之后具有“L”形90°弯曲的同一个模件。上图中指示出口处的应力段，在此处将形成模件中的热成形弯曲。从而在横截面A区中存在的各层将受到热成形压缩应力而横截面C区中存在的各层将受热成形拉伸应变。中心B区中存在的各层将受到最低的热成形应力和应变。从而D段上存在的任何接线只出现在位于分层结构的横载面的B区之内的内部各层上和内部各层之间上，如图1中4处所示。
低应力和低应变的内部或中心区B最好不超过叠层厚度的35％，不超过25％为更佳并从不超过15％为最佳。
在电子工业中常用的模件可能含有2到约高至20的带导线的分层，更普遍的具有4至12层。这样，在本发明的双层结构中，在计划进行热成形弯曲的区域里即图4中所示的D段里接线电路只存在第一层和第二层的交界面上。对于含有十层的结构，弯曲处的接线应该出现在层4、5、6、和7交界的一个或多个表面，并且为只出现在层5和6的交界面上的更佳。从而，对于含有四层或更多偶数层n的叠层在热成形弯曲处接线电路只出现在第n/2层和/或第(n/2+1)层的一个或多个表面上，而且以只出现在叠层的第n/2层和第(n/2+1)层的交界面上为更佳。
对于含有三层或更多奇数层m的结构，在热成形弯曲段处的接线电路只出现在第(m+1)/2层和一个或两个相邻层的交界面上，而且以只出现在第(m+1)/2层和一个相邻层的交界面上为更佳。
通过把平面叠层加热到组成模件各层的聚合物材料的玻璃跃迁温度或者略高于这个温度并且把模件定形为所需的三维形状可以制定本发明的三维模件。最佳的热成形技术包括热加压模塑法或者真空成形方法。在所造成的三维模件里所形成的横截面热成形弯曲从水平上范围可能为1°至135°，更佳为从水平上5°至90°，以便不会破坏或短路根据本发明构成的中心电路。
根据本发明的模件的预期用途，在把模件作为其中的一部分装配成电子部件期间还可以对模件加上辅助的挠性外部导电接线。
权利要求
1.一种通过对一个叠层进行热成形制定的三线接线模件，该叠层由多个分层的、可热成形的聚合物绝缘层组成，所述多个聚合物绝缘层的至少一个表面上包含着导电接线电路，组装所述各层以构成所述模件内的导电互连路径，所述模件的特征进一步在于在所述模件的热成形弯曲段仅在所述叠层的内部、低应力层上存在着导电接线电路。
2.权利要求1的模件，其特征在于，对由两层构成的叠层在所述区段里接线电路只出现在所述两层的交界面上。
3.权利要求1的模件，其特征在于，由4或更大偶数构成的偶数n层的叠层所述接线电路只出现在第n/2层和/或第(n/2+1)层的一个或多个表面上。
4.权利要求3的模件，其特征在于，在所述区段上所述接线电路只出现在所述第n/2层和所述第(n/2+1)层的交界面上。
5.权利要求3的模件，其特征在于可包括高至12层。
6.权利要求1的模件，其特征在于，对由3或更大奇数构成的奇数m层的叠层在所述区段上所述接线电路只出现在第(m+1)/2层和一个或两个相邻层的交界面上。
7.权利要求6的模件，其特征在于，在所述区段上所述接线电路只出现在所述第(m+1)/2层和一个相邻层的交界面上。
8.权利要求6的模件，其特征在于其可包括高至11层。
9.权利要求1的模件，其特征在于从水平上起所述热成形的弯曲范围为大约1°至大约135°的角度。
10.权利要求9的模件，其特征在于从水平上起所述热成形弯曲范围为大约5°至90°的角度。
11.权利要求10的模件，其特征在于，所述热成形角度从水平上起约为90°的角度。
12.权利要求1的模件，其特征在于，所述内部低应力层出现在所述模件的横截面厚度的内部的35％之内。
13.权利要求12的模件，其特征在于，所述内部低应力层出现在所述模件的横截面厚度上的内部的25％之内。
14.权利要求12的模件，其特征在于，所述内部低应力各层出现在所述模件的横截面厚度上的内部的15％之内。
全文摘要
一种热成型三维接线模件，这种接线模件是通过对由多个分层的可热成型的聚合物绝缘层组成的叠层进行热成型而制造的，这些可热成型的聚合物绝缘层的至少一个表面上带有导电的接线电路，装配这些层以构成该模件内的导电互连路径，该模件的特征进而在于在模件内出现热成型弯曲的区域里导电接线电路只存在于叠层内部的低应力各层上。
文档编号H05K1/00GK1137734SQ9610201
公开日1996年12月11日 申请日期1996年2月14日 优先权日1995年3月3日
发明者钱德雷斯哈·纳兰扬, 简·M·肖 申请人:国际商业机器公司