HK1028701B - 印刷電路板的電源和地芯層 - Google Patents

Description

印刷电路板的电源和地芯层

该申请涉及Japp等人于1999年4月7日申请、系列号为09/288051、题为“LOW CTE POWER AND GROUND PLANES”共同等审专利申请，这里引入作参考。

技术领域

本发明一般涉及计算机制造领域，具体涉及减少用于计算机的电路板的剥离和阴极/阳极丝状生长。

背景技术

计算机和类似的电子设备已在人们的日常生活中随处可见。许多商业机构、银行、政府机构都依赖于计算机从事他们的日常活动。整个社会中大部分需要计算机能可靠、稳定地进行它们的经济、社交和通信活动。与以往任何时候的计算机相比，今天需要计算机运行时间更长，停机时间更短。

由于如此需要计算机，所以计算机设计者们更着重于其可靠性。今天的许多系统不允许有较长的停机时间更换构成计算机系统的失效元件。如果每个元件都设计成寿命更长且更可靠，那么仅由这些元件构成的每台计算机的寿命将更长且更可靠。

对元件可靠性的重现也适用于印刷电路板(PCBs)。通过在PCB上设置半导体封装或芯片设计计算机系统中的多数元件。PCBs称之为“印刷的”是由于电路走线或铜线利用最初与新闻纸印刷工艺类似的技术布设于电路板上。这些电路线将各半导体封装或芯片连接在一起。PCBs可以简单形成为在其一个或两个面上印刷有线路且一个或多个元件固定于其一个或两个面上的绝缘体。然而，PCBs通常变得越来越复杂，一般由导电的金属电源和地层及几个信号层构成，信号层含有夹在几个绝缘层间的电路线，夹层的上下表面上具有金属线和焊盘。上下导体通过镀金属的通孔(PTHs)彼此连接并与内部电路层连接。

以此方式制造的PCBs已成为标准电子产品。制造方法的进步已使PCBs相对便宜。而且它们的简单性使它们更可靠。然而，仍存在与PCBs有关的问题。这些问题中的一些的原因之一便是水。PCBs中的绝缘体易于透水，自然会吸收较高浓度的水。即使在完成元件组装工艺时干燥了PCB，不久后它仍会从潮湿的空气中或通过其它处理步骤吸收水。所以，PCBs含水，这种水自由透过绝缘层。不幸的是，一般由铜金属构成的电源和地层不透水。

不具有透水性影响了PCBs，可能会引起失效。水聚集于电源/地层和夹在电源/地层间的绝缘层之间的界面处。芯片、芯片载体封装或其它元件焊接于PCB上(一般利用波峰焊或红外加热)。这些温度的升高会引起已聚集于电源/地层和绝缘层之间的界面处的水蒸发成蒸汽。随着水变成蒸汽，水的体积显著增大，这种膨胀的水/蒸汽混合体会引起绝缘体剥离。实际上，绝缘体表面上还会出现“气泡”，导致绝缘体龟裂、线路断裂、封装破裂、PTH孔体龟裂和其它类似的有害影响。

由于水“逸出”绝缘体的范围，所以水必然通过绝缘体扩散到低水浓度区。这种低水浓度区一般只存在于包括上下表面的PCB的外围处，在那里各叠层遇到空气。假设实际上空气中水浓度较低，水将花很长的时间内通过介质扩散到大气。直到从PCB中去除了水，然而这种水会导致气泡损伤。

另一种PCBs中水失效的机理是阴极-阳极丝状生长(CAF)，在电路板短路时沿玻璃纤维发生该生长。这种短路发生在水从相邻导体中滤取金属离子到玻璃纤维和介质间的界面时。在加电偏置时，铜离子沉积，这种沉积易于形成导电枝晶。在材料为溶液时，一般会离子化，因而向带相反电荷的金属性转变。阴极是带正电荷区，而阳极是带负电荷区。所以金属枝晶一般生长在两相反带电的局部阴极/阳极区之间。这些导电金属枝晶则会引起电短路。

用PCBs作芯片载体某种程度上加重了由水引起的失效机制。芯片载体是芯片连接于电路板上前设置于其上并与之连接的装置。过去，这些芯片载体几乎只由陶瓷构成。由于用陶瓷作芯片载体，联合电子器件工程委员会(JEDEC)，一个负责颁布电子制造标准的实体，提出了芯片载体的测试标准，主要是假设基底的基片材料根本不吸水。现在PCBs已开始用作芯片载体，由于这些有机材料中容易存在更多水，所以水迁移及与之有关的问题更普遍。由有机叠层材料构成的芯片载体称为层叠芯片载体(LCCs)。

因此，没有办法限制由阴极/阳极枝晶生长和有机LCCs中绝缘体剥离造成的失效，PCBs和LCCs将持续不断地存在大量失效和可靠性问题。

发明内容

根据本发明的一个方面，提供了一种用于印刷电路板的电源/地芯层，该电源/地芯层包括：第一纤维叠层的第一透水非导电层；及第一金属片，包含透过第一金属片而形成的通孔的二维分布，其中，第一非导电层与第一金属片表面接触，第一金属片仅通过其通孔透水，第一金属片中的通孔不延伸入第一非导电层，第一金属片中的通孔在其间具有间隔，第一金属片中通孔的间隔和直径足够允许第一非导电层中的水充分快速地穿过第一金属片中的通孔，以防止第一非导电层中的水聚集在第一非导电层和第一金属片之间的界面处。

根据本发明的另一方面，提供了一种用于印刷电路板的生产后使用的电源/地芯层，该电源/地芯层包括：第一纤维叠层的第一透水非导电层；及第一导电层，其不包含具有穿过其自身而形成的通孔的金属片，其中，第一非导电层与第一导电层表面接触，第一导电层包括第一导电材料，其具有足够的多孔性，以允许第一非导电层中的水经由第一导电材料充分快速地穿过第一导电层，以防止第一非导电层中的水聚集在第一非导电层和第一导电层之间的界面处。

因此，本发明的各实施例提供用于印刷电路板(PCBs)且包括多孔导电材料的电源和地层。多孔电源和地层材料允许水和/其它溶剂穿过电源和地层，这样便可以减少由于阴极/阳极丝状生长造成的PCBs(或PCBs用作层叠芯片载体)失效和绝缘体剥离。可利用涂有金属的布(例如聚酯)或织物(例如由碳/石墨或玻璃纤维构成那些)，利用金属丝网代替金属片，利用烧结金属，或通过在金属片上形成小孔阵列使金属片多孔，从而形成多孔导电材料。金属网或织物可以制成纺织或无规则的纸结构。如果小孔阵列形成于金属片上，则与利用常规方法相比，可以在不用任何附加的处理步骤的情况下形成这种阵列。

从以下对本发明优选实施例的更具体介绍中，可以清楚本发明的上述和其它优点及特点，如各附图中所介绍的。

附图说明

下面将结合附图介绍本发明的优选例示实施例，各附图中类似的标记表示类似的元件：

图1是按本发明优选实施例构图的电源芯层的剖面透视图；

图2是按本发明另一优选实施例构图的电源芯层的俯视图；

图3是用于本发明几个实施例的优选电源或地层的剖面图；

图4是本发明优选实施例的六层印刷电路板和构成六层印刷电路板的各层的剖面图；

图5是本发明优选实施例的制造和使用电源或地层的方法的工艺流程图；

图6是六层印刷电路板和构成六层印刷电路板的各层的剖面图。

具体实施方式

本发明优选的实施例通过提供具有采用导电多孔材料的电源和地层的印刷电路板(PCBs)，克服了现有技术的局限。这些材料较好是对水和其它溶剂具有渗透性。本发明涉及PCBs的制造。下面给出PCBs一般制造技术的简短介绍，然后是优选实施例。

为了制造印刷电路板，初始材料一般是由玻璃纤维和环氧树脂构成的薄片。由于该纤维在初始处理期间用树脂浸渍，所以这一般称为“半固化片”。树脂主要用作粘合剂，将纤维粘合到板上。代替玻璃纤维布，可以使用压缩纸或其它合适材料。因此，基板是一种将制成最终的印刷电路的扁平刚性或轻度韧柔的介质材料。该初始材料可以与铜薄层一起利用合适的粘合剂层叠于板的两面上。这种组合一般叫作敷铜叠片(CCL)。这些CCLs可以变成简单的双面板(具有两面铜线)或可以电路化并以附加介质层叠构成多层复合体。

多数情况下，穿过这些板形成小孔(一般利用钻孔)，以容纳将安装的各种电子元件的电连接。小孔一般利用高速钻孔机钻出，小孔的位置示于附图中或根据板的设计而定。

为了形成从铜叠层一面穿过小孔到另一面的电连接，小孔的塑性壁必须制成导电的。这可以通过本行业中公知的例如金属化等化学工艺完成，该工艺由相对复杂的一系列化学试剂槽处理、漂洗和活化步骤构成，以便在孔壁上敷着薄铜层。

由于利用金属化工艺形成的铜层对于在板的两层间形成合适电桥来说一般太薄，所以要用铜电镀在小孔中淀积厚铜层，以形成运载电流的合适铜截面。铜镀敷后可以进行锡-铅或锡镀敷以改善可焊性。

金属化后，对需要电路图形的那些表面进行电路处理。电路图形是一种将规格或设计需要应用到已钻孔板的金属表面上的电路设计。通过涂敷有机光刻胶敷层作干膜可以形成图像。通过掩模将紫外(UV)光投射到光刻胶上。该掩模含阻挡UV光的图形。对于负型光刻胶来说，光刻胶的未暴露于UV光的区域，将在随后的显影步骤中被去掉。然后用化学腐蚀去掉暴露的表面金属。然后，剥离剩余的光刻胶，只留下金属图形。

现参见图6，该图示出了六层PCB和构成该六层PCB的各层的例子。图6中，示出了处于不同制造阶段的PCB的各部分。六层PCB120包括通过将两个信号芯层101和130、一个电源芯层111和介质层150和152压在一起(称作“层压”)形成的“复合体”。各芯层各自构图，然后压在一起形成复合PCB。这种层压期间，介质将回流到芯层和介质层间存在的任何间隙中。层压后，给复合体钻孔，去掉敷在暴露的钻过孔的铜层上的环氧，镀敷通孔，并进行处理。为简单起见，图6示出了代替介质时含空气的介质回流区。此外，尽管一般是圆柱形金属孔，但镀敷的通孔(PTHs)示出为固态金属。最后，未示出将用于对准工件与叠层和各层的加工孔(toolinghole)。

信号芯层100包括夹在两铜层102和105间的介质层104。信号芯层100是没进行过处理的CCL。铜层102和105为其上将形成铜线的信号运载层。铜层102还可以具有焊盘，各芯片或含有芯片的表面安装封装将焊接于其上。信号芯层101表示信号芯层100构图后的信号芯层100。信号芯层1 01包括铜层102和105，它们已被构图，带有电路、用于PTHs的间隙及其它间隙/加工孔和介质层104。铜层102有两条线(未计数)和两个焊盘107和103，而铜层105具有五条线。此外，铜层105有间隙区域170，在信号芯层101层叠成复合体，进行了钻孔和孔镀敷后，PTH从中穿过。

图6中的电源芯层110包括夹在两铜层112和115间的介质层114。铜层112和115可以比铜层102和104厚，以便提供额外的电流运载能力。电源芯层110是未进行过处理的CCL铜层112将变成PCB的电源层，而铜层115将变成PCB的地层(反之亦然)。电源芯层111表示电源芯层110已构图后的电源芯层110。电源芯层111包括已构图的铜层112和115及介质层114。铜层112构图为具有两个间隙区182和179，而铜层115构图成具有两个间隙区184和180。这些间隙区将防止电源和地层与PTHs接触，这些PTH是在电源芯层111层压成复合体，并钻出了小孔和进行了镀敷后，在这些位置钻出的。

完成的PCB部分图示为六层PCB部分120。由于具有六个导电层，所以一般称这种PCB作“六层”板。示出了信号芯层101和130、电源芯层111和介质层150和152层压形成复合体后的六层PCB部分120。该复合体已被钻孔，涂敷的环氧已从孔中去掉。小孔已被镀敷。此外，各元件安装于该完成的PCB上。例如，J引线封装160可焊接于信号芯层101的铜层102的焊盘170和103上。信号芯层130为与信号芯层101类似构图的信号芯层。信号芯层130包括铜层132和135及介质层134。铜层132和135已构图形成线。已在电源芯层111的电源层(铜层)112和信号芯层101的铜层105之间施加了介质层150，同时已在电源芯层111的地层(铜层)115和信号芯层130的铜层132之间施加了介质层152。每个介质层150、152都可以由一层以上的介质层构成。

PCB 120中示出了几种PTHs。PTH 109连接电源层112和J引线161、已构图铜层105上的线及已构图铜层135上的线。间隙区180可以防止PTH 109与地短路。注意，层叠后，间隙区180中将填充回流介质，但为了简便起见，图6中未示出。PTH 108连接铜层102、105、132和135上的信号线。间隙区184和182可以分别防止PTH 108接触地层115或电源层112。PTH 106连接地层115与铜层135、132和102上的线或焊盘。

应注意，尽管电间隙孔允许一定量的局部水通过，但不为湿汽提供防止或消除阴极/阳极丝状生长效应或剥离所必需的充分的渗透性。例如，图6中，间隙区180允许该区附近的某些水通过，但为了清楚起见该区的尺寸已被放大，实际LCCs中其尺寸很小。为清楚也放大了PTHs间的距离和尺寸，实际上多数区域的距离更大，尺寸更小。所以，一般地或电源层与PTH间有些少量湿汽可以通过其扩散位置，但靠近PTHs的这些少量点不足以提供防止或减少阴极/阳极丝状生长效应或剥离所必需的渗透性。

用于PCBs的绝缘或介质材料能够保持相对高的水量。这些材料在处理期间会吸收水。它们也具有允许水通过的适度扩散常数。相反，电源和地层一般为铜，不允许水通过。在水通过绝缘体扩散时，金属化的电源和地层是阻止扩散的基本阻挡层。于是，水聚集在电源/地层和介质层界面处。

通过提供用于印刷电路板(PCBs)(或用作层叠芯片载体(LCCs)PCBs)、且含有导电多孔材料的电源和地层，发明的优选实施例克服了现有技术的局限。通过提供高渗透性，这些电源和地层材料允许水或其它溶剂通过电源/地层，从而减少或消除因膨胀的溶剂引起的阴极/阳极丝状(CAF)生长和气泡。水是CAF的主要原因，但已知其它溶剂会引起剥离。具体说，会引起剥离或气泡效应的溶剂有三氯乙烯、二氯甲烷、苄醇和碳酸丙烯。

所说优选实施例包括可用于PCBs的电源和地层的各种导电多孔材料。满足多孔电源和地层要求的材料有许多。例如，本发明的实施例可以被整体金属化(带小孔阵列的金属箔，烧结的/粉状的金属，金属丝网等)，或可以具有通过金属化提供增强的导电性的纤维基底材料(涂有金属的碳纤维，涂有金属的玻璃纤维，涂有金属的聚酯等)。根据所用基底导电材料的类型，可以用不同工艺形成湿汽扩散性小的孔和功能上的电间隙孔。

在讨论优选实施例之前，有益的是简短地讨论一下术语。如概述部分所述，术语“半固化片”一般包括玻璃纤维和环氧树脂。由于在处理期间要用树脂浸渍纤维，所以经常称之为“半固化片”。含树脂的纤维材料片一般称为“纤维树脂复合体”，纤维材料片可以称作“纤维复合体”。不幸的是，在一个或多个信号层与一个或多个电源/地层层叠时，或在半固化片间层叠电源/地层时，称之为“复合体”。为避免将这种复合结构与纤维复合体或纤维树脂复合体混淆，纤维复合体和纤维树脂复合体将称作“纤维叠片”。术语‘纤维叠片’意在包括所有类型的半固化片、纤维复合体、纤维树脂复合体、介质、绝缘体和在PCB制造中常用的其它材料。此外，本发明的实施例可以使用导电纤维叠片(例如用铜浸渍的半固化片)。还应注意，尽管这里使用了术语“纤维叠片”，但该术语意在表示目前用于构成PCBs的所有类型的热固树脂和热塑聚合物，包括但不限于环氧、双马来酰亚胺三嗪环氧、氰化酯、聚酰亚胺、聚三氟乙烯(PTEE)和其它氟聚合物等，无论它们是否含任何纤维或填料。

可以按许多方式制造多孔金属化电源和地层。制造多孔金属电源层的最优选的方法是在一般用于PCBs制造工艺的金属箔上形成大量小孔。通过在金属箔上形成孔阵列，金属箔将相对透水。这些小孔的尺寸较好是直径介于0.001和0.010英寸，并且彼此间间隔最大0.050英寸，以便为水或其它溶剂提供合适的渗透性。最优选的直径是0.002英寸，这样大的直径可以利用普通的平版印刷术形成，并允许甚至间隔小于0.050英寸时具有合适的功率分布。可以通过非标准工艺例如激光钻孔形成较小的孔。一般说，孔间的最小间距取决于电流运载能力的电设计要求。在其它尺寸和间距会增加水/溶剂通过电源/地层的传递时，给定的间隔和尺寸允许足量的水传递，同时不会对金属层的电流分布能力造成太大损害。所以优选这些间距和尺寸。

小孔的尺寸和间距某种程度上也会受在金属箔上形成小孔的时间和方式的影响。在金属叠片上形成小孔的优选时间是在成像/腐蚀步骤。已进行电源和地层的成像处理，以去除PTH不会与之连接的间隙孔的金属。此外，相同PCB上既具有数字也具有模拟元件的设计一般有分离的电源和地层。数字电路有一组电源和地层，而模拟元件有另外一组电源和地层。这些分离的层需要电源/地层的某些区在成像步骤期间被去除。由于这些步骤期间已进行了成像，简单改变成像工艺能将小孔形成为增大电源/地层的渗透性。

例如，如果采用光刻工艺去除层的各部分，可以在层表面上涂敷光刻胶。如上所述，光刻胶通过掩模暴露于紫外(UV)光，形成抗蚀剂显影后保留下的未曝光(聚合化的)光刻胶区。在去除了未曝光的光刻胶后，底层的铜露出。然后在腐蚀期间去掉露出的铜区，同时被抗蚀剂覆盖的铜区受到保护不受腐蚀剂的作用。为了在铜层上形成小孔阵列或多个小孔，可以改变掩模，使之包括将在叠片上形成小孔阵列的多个不透明区。如何改变形成阵列的掩模取决于所用处理的种类。例如，如果用正型光刻胶，则掩模上的图像将与用于负型光刻胶的掩模相反。制造利用特定光刻胶形成图形的掩模是所属领域众所周知的。可以使用光刻工艺，这种工艺可以形成相当小的孔。

利用丝网印刷的墨在层表面上形成图形也是所属领域众所周知的。从丝网阻挡通过丝网推进并推到层上的墨的意义上讲，丝网类似于掩模。所以丝网上的图像与将形成于层上图像是相反的(负型)。墨在随后的腐蚀步骤中保护层不受腐蚀剂作用；层的没有墨的区域将被腐蚀，这些区域中的金属将被去掉。如果要求在金属箔中有小孔阵列，则一般在丝网上形成“岛”阵列。丝网上的岛将阻挡墨，在淀积于层表面上墨中形成小孔。在进行了腐蚀后，墨中的这些孔将随之变成金属叠片中的小孔。腐蚀后，另一工艺步骤去掉墨。由于如果可能的话利用该方法形成很小的孔很困难，所以在叠片中掩蔽形成多个小孔必然形成较大孔。

图1示出了已根据本发明的优选实施例制造的电源芯层的一部分200。电源芯层200包括电源层202(铜层)、介质层204和地层205(第二铜层)。电源芯层200(在钻孔等之前)是与图6先前所示电源芯层110类似的CCL进行光刻和腐蚀，形成渗透孔220阵列和间隙孔210、250。间隙孔210、250用于隔离电源层202或地层205与PTHs(或加工孔)。渗透孔220形成相对平行的行和列阵列。位置260表示阵列中的渗透孔220所在位置，但渗透孔220太靠近间隙孔210，被省略掉。尽管该例子示出了位置260处的渗透孔220被省略掉，但省略的理由是已由间隙孔210提供了一定程度的渗透性。如果需要的话，可以制造处于位置260的渗透孔。间隙孔210、250可以在处理期间通过光刻工艺制造(尽管在加工孔步骤中制造加工孔)。于是，可以在与制造间隙孔210、250相同的光刻步骤中制造渗透孔220。

尽管孔220的阵列表示为平行的行和列，但也可以是其它阵列。例如，列或行可以交错，如图2所示。图2示出了电源芯层280的一部分的上表面(铜层202)。孔220的列沿平行线，孔220的行也沿平行线，然而，沿这些线的孔的位置交错或交替。

此外，尽管这些例子讨论了铜箔，但应注意，该技术也可以应用于由其它金属和例如铜/镍铁合金/铜和铜/不锈钢/铜等金属的组合等构成的电源层导体。

可以使用如图6所示具有孔220阵列的电源芯层例如电源芯层200，但除对光刻或丝网印刷墨步骤的所述小改变外，处理步骤几乎没有改变。

如上所述，除铜箔以外的其它材料可用于提供用于PCBs或LCCs的多孔电源或地层。其中的某些材料在PCB或LCC制造的钻孔阶段会较脆。例如，在钻孔期间纤维材料会比金属箔更容易损坏。此外，由于光刻和腐蚀技术不能构图这些多孔电源和地层中的某些，所以较好是对标准PCB或LCC制造步骤进行一些特殊的改变。在转而讨论可用于多孔电源和地层的其它材料前，将讨论涉及利用和制造由多孔材料构成的多孔电源/地层的一般步骤。

现参见图3，该图示出了多孔电源和地层的三个优选结构。每种结构制造和利用PCB/LCC的多孔电源或地层的处理步骤稍有不同。多孔电源和地层的最优选结构表示为电源/地芯层300。电源/地芯层300包括夹在两层纤维叠片302、305间的多孔层304。示出了两个间隙孔310，这些孔已在电源/地芯层300钻出，以提供电源/地芯层300与另一电源/地芯层及一个或几个信号芯层层叠后用于PTHs的间隙。层叠形成了随后被钻孔和金属化以形成PCB或LCC的复合体。通过在两纤维叠层302和305间层叠多孔层304，纤维叠层为多孔层提供了钻孔和运输期间的保护。纤维叠层302、305可以是不导电的，也可以是导电的。在后一实施例情况下，电源/地芯层300将是导电复合体。然后电源/地芯层300叠置在两不导电的纤维叠层之间，形成较大的“芯层”，或电源/地芯层300与其它信号层、电源/地芯层、及不导电纤维叠层叠置成PCB复合体。

图3还示出了更易受钻孔和运输损伤的多孔电源和地层的第二和第三较不优选的结构。电源/地芯层320包括夹在两多孔层322、325间的纤维叠层324。另外，纤维叠层324可以是导电的，也可以是不导电的。电源/地芯层320已钻有间隙孔330。电源/地芯层350包括多孔层352。类似地，电源/地芯层350已钻有间隙孔360。由于多孔层易受钻孔和运输损伤，所以这些都是较不优选的电源/地芯层的实施例。然而，如果运输和钻孔期间很小心的话，也可以对制造电源/地层的多孔材料的损伤最小或没有损伤。密封纤维叠层中易受运输或钻孔损伤的多孔材料，可以减少损伤的可能性，所以较好是这样做。

这些芯层的每个都可以按稍有不同的方式处理。一般说，电源/地芯层300将在对多孔层304进行了可选的粘附性增强工艺(利用例如硅烷等化学试剂)后层叠。然后一般在电源/地芯层上钻出间隙孔310。该阶段代替用光刻胶构图和腐蚀，使用钻孔，是由于一般情况下纤维叠层(它的介质或导材料)不能腐蚀。此外，该步骤中，间隙孔310中可以填以绝缘体/介质。然后，已钻孔的电源/地芯层300可以与另一电源/地芯层和一个或几个信号芯层层叠成复合体。然后在复合体上钻孔，并金属化(为PTHs)，从而形成PCB或LCC。可以选择的是，电源/地芯层350可被钻孔，并用粘附性增强工艺处理，然后与两个纤维叠片层叠成电源/地芯层300。尽管可以机械钻孔电源/地芯层350，以形成间隙孔和加工孔，但优选对易受钻孔损伤的电源/地芯层材料进行激光或其它不易损伤的钻孔方法。

一般说，电源/地芯层320可通过用粘附性增强工艺(选的)处理多孔层322、325形成。然后纤维叠片(导电或不导电)叠置于两多孔层之间。然后通常进行钻孔，形成间隙(或加工)孔330。对易受钻孔损伤的电源/地层材料，较好是采用激光或其它不易损伤钻孔技术。该实施例中激光钻孔的附加优点是可以用不同间隙孔图形构图两个导电的多孔层。然后用绝缘/介质材料填充间隙或加工孔。然后，电源/地芯层320与另一电源/地芯层和一个或几个信号层层叠成复合体。

一般说，可以在电源/地芯层350中钻孔，并用可选的粘附性增强材料(例如硅烷或氧化铜处理)处理，然后与两纤维叠层(导电或不导电)层叠形成芯层300。可以选择的是，可以在电源/地芯层350中钻孔，并用粘附性增强步骤处理，然后与另一电源/地芯层、几层纤维叠层及一个或几个信号芯层层叠形成复合体。例如，为形成六层复合体，从复合体的“上”层到“底”层的各层如下：信号芯层(例如图6的信号芯层101)、一个或几个纤维叠层、电源/地芯层352、一个或几个纤维叠层、电源/地芯层352、一个或几个纤维叠层和第二信号芯层(例如图6中的信号芯层130)。然后钻孔该复合体并金属化形成PCB/LCC。

如上所述，较好是导电材料用于将被形成电源/地芯层的易受钻孔或运输损伤的多孔电源或地层，其中多孔导电材料夹在或密封在两纤维叠层之间。以此方式形成的电源或地芯层将在钻孔步骤中支撑和保护多孔导电材料。这种保护减少了可能因钻孔工艺破裂的纤维材料量。也可以制造象电源芯层320(类似于图6的电源芯层110)或电源芯层350那样的电源芯层，但钻孔和/或运输会造成多孔材料某种程度上破裂和龟裂。此外，疏松的纤维材料会污染某些处理步骤。通过密封纤维材料和在钻出的孔中填入绝缘体/介质，纤维材料不易污染随后的处理步骤。

参见图4，该图示出了电源和地芯层的几个截面以及由这些芯层构成的六层PCB/LCC。图4是一个例子，展示了电源芯层1000，钻孔的电源芯层1001，地芯层1010，钻孔的地芯层1011，及六层PCB/LCC 1020。通过对多孔电源层1004进行粘附性增强工艺，然后将该层与两介质层1002和1005层叠，从而形成电源芯层1000。然后，钻孔电源芯层1000，形成间隙孔1082和1079。涂敷了光刻胶掩模后，腐蚀一个“标准”CCL电源芯层，形成成像的电源芯层(即，图6的电源芯层111)。由于腐蚀对用于电源/地层或纤维叠层上的一些多孔导电材料是不可能的，所以较好是采用钻孔法形成间隙孔。该例中的电源芯层1000和1001实质是夹在两不导电纤维叠层间的多孔导电层。通过对多孔地层1012、1015进行粘附性增强工艺，然后在一导电纤维叠层的两面上层叠这些层，从而形成地芯层1010。然后，钻孔地芯层1010，形成间隙孔1084和1080。该例中的地芯层1010实质是具有三个导电层的一个导电层(一个导电纤维叠层夹在两个多孔导电材料层之间)。尽管图4中未示出，但可以在电源芯层1001和地芯层1011中加入介质或其它绝缘体，填充这些芯层中的间隙孔。

关于导电纤维层1014，形成该层的较好方法是在纤维或纤维/树脂层中加入按体积计40％的铜粉。层叠期间，铜应均匀分布于纤维层。也可以采用其它导电填料及其它类型的层材料，但该填料和层材料的优点是较便宜且为PCB制造中常用的材料。

芯层钻孔(如果需要加了绝缘体)后，将电源芯层1001和地芯层1011与已构图的信号芯层101、130及纤维叠层1099压在一起，形成复合体。对该复合体钻孔并金属化形成PTHs。将元件固定于PCB/LCC上后，得到例示的六层PCB/LCC部分1020。纤维叠层1099是不导电介质层，用于隔离信号层132与地芯层1011特别是地芯层1011的多孔层1015。在电源芯层1001和地芯层1011间有一等同的纤维叠层，以将两层粘附在一起。

PTH 1008与图6的PTH 108类似，连接信号芯层101的信号层102和105的线与信号芯层130的信号层132和135的线。间隙区1082和1084防止各地和电源层接触PTH。尽管示出了间隙区1082和1084中填有“空气”，但实际上，这些区中一般填以介质，或者在将电源或地芯层钻孔后，这些区中填以介质(其它绝缘体)，或者在层叠期间用介质/绝缘体填充这些区。

PTH 1009与图6的PTH 109类似，它连接信号芯层130的层135上的焊盘103和线与电源层1001。间隙区1080防止PTH 1009连接地芯层1011。类似地，PTH 1006与图6的PTH 106类似，它连接信号芯层101的层102上的线和信号芯层130的层135、132上的线与地芯层1011。该例中，地芯层1011包括三个导电层(两个多孔层1012和1015及一个导电纤维叠层1014)，它们都与PTH 1006连接。间隙区1079防止PTH 1006连接电源层1004。

在图4的例子中，示出了隔开各芯层的多数纤维叠层较薄。例如，纤维叠层1002和1005很薄。这只是为了表示，如所属领域技术人员知道的，如果需要可以加更多层、更薄或更厚的纤维叠层。图4的六层PCB/LCC 1020与图6的六层PCB/LCC 120相比，除PCB/LCC 1020有分离的电源和地芯层外，没有什么不同。PCB/LCC1020也具有允许水或其它溶剂自由分散于包括PCB/LCC 1020的各层的多孔电源和地层。多孔电源和地层限制了阴极/阳极丝状(CAF)生长和绝缘体剥离造成的失效。

图5示出了根据本发明的形成包含多孔导电材料的电源或地芯层(例如电源芯层1000)的优选方法。图5中的方法400较好用于形成电源和地芯层，以将电源和地芯层结合成复合PCB或LCC。该方法也可用于其中多孔导电材料夹在两纤维叠层间作为电源层1000的优选实施例。该实施例可以更好地保护内部多孔导电材料。此外，纤维叠层可帮助“密封”覆盖以金属的纤维材料和其它疏松材料，这有助于将内部纤维材料保持于叠片上。在可能污染PCB/LCC的各部分和制造工艺的碳材料的情况下这特别有益。方法400开始于在所用多孔材料上形成可选的薄金属涂层(步骤410)。本发明的敷金属的纤维材料一般为足以运载要求电流的金属；如果要求附加的电流运载能力的话，可以在步骤410在纤维上形成更多金属。

此外，如果本发明的优选多孔材料没有金属化，则这些材料也可以在该步进行金属化。例如，如果采用未金属化的碳纤维丝束作多孔材料，则可以在步骤410金属化丝束，并将之形成为纺织织物。然后，如果需要，在步骤410在该织物上附着附加的金属。简言之，步骤410可以用于金属化未涂有金属的材料和在已涂有金属的材料上再添加上附加金属。在方法400后，将更详细地讨论用于电源和地层的优选材料类型。

然后，用粘附性增强化学工艺或氧化铜处理可选地处理多孔材料(步骤420)。然后，在两纤维叠层间层叠夹入导体，以形成密封的多孔电源或地芯层(步骤430)。一般来说，用标准的层叠工艺层叠多孔地/电源材料。或者，可利用标准的浸渍工艺用树脂浸渍纤维多孔材料(步骤433)。该标准浸渍工艺基本上密封了纤维材料。该树脂浸渍布然后叠靠于释放片(release sheet)或粗糙的铜箔上。如果使用粗糙铜箔，则可以将之腐蚀掉(步骤437)或通过钻孔(步骤440)剥离。释放片一般在钻孔前被去掉(步骤435)。

由于纤维叠层一般不能腐蚀形成必需的电间隙孔(和其它开口)，所以这些开口形成于电电源/地芯层中(步骤440)。一般来说，在叠层和多孔层内并通过其钻孔间隙孔图形或加工孔，可以形成这些开口。钻孔可利用机械钻孔或利用激光或其它类似的孔形成设备进行。如果粗糙的铜箔已叠于多孔材料上(步骤435)，并且未被去掉(在步骤437)，则现在可以通过腐蚀去除之(步骤445)。此时，可以用纯树脂再填充开口，树脂含有不导电填料或其它合适的绝缘体/介质(步骤450)。较好是通过再叠层到或压到一复合板结构上，将电源/地芯层引入到复合体中(步骤460)。如果在步骤450未填充各孔，则在层叠周期中，额外的树脂从纤维叠层流到并填充到钻孔的电源层孔中。接着可以再钻孔形成用于PTHs的孔，并金属化这些孔(步骤470)。步骤470后，将形成与PCB/LCC 1020类似的PCB/LCC。

尽管方法400是用多孔电源/地层制造PCB/LCC的优选方法，但方法400的步骤可根据所用电源/地芯层的结构稍作变化。例如，两层多孔导电材料可以叠于例如在图3的电源和地芯层320中先前所示的纤维叠层上。该例中，处理步骤保持与方法400所示的非常类似。例如，可以分别进行方法400的步骤410和420，以在导电材料上加上附加金属，并加强粘附性。然后纤维叠片(导电或不导电)叠于两多孔层之间。然后一般进行钻孔，形成间隙孔或加工孔(步骤440)。对于易受钻孔损伤的电源/地层材料，较好是可以采用激光或其它不易损伤的钻孔方法。该例中激光钻孔的附加优点在于，可以用不同的间隙孔图形构图两导电多孔层。在该阶段(步骤450)可以用绝缘材料填充间隙或加工孔。然后将电源/地芯层320与另一电源/地芯层、一个或几个信号层和不导电的纤维叠层压成复合体(步骤460)。然后钻孔该复合体并金属化，形成PCB/LCC(步骤470)。

此外，也可以用与图3的电源/地芯层350类似的电源/地芯层形成电源或地层。该例中，用于形成电源和地层的处理步骤某种程度上不同于方法400。例如，可以在步骤410(如果进行的话)前或后进行钻孔(步骤440)。然后可以用可选地粘附性增强材料处理多孔导电层(步骤420)，并与两纤维叠层(导电或不导电)叠置，形成图3的芯层300。该例中，由于层叠工艺可以用纤维叠层填充各孔，所以步骤450一般是不必要的。可选择的是，可以钻孔与电源/地芯层350类似的多孔导电层，并用粘附性增强步骤处理(步骤420)，然后与另一电源/地芯层、几个纤维叠层和一个或几个信号芯层压成复合体(步骤460)。然后钻孔该复合体并金属化，形成PCB/LCC(步骤470)。

最后，方法400可应用于除图4所示六层PCB外的其它结构的PCB。通过将方法400的工艺应用于特定数量的层，可以形成更多或更少层数的层。例如，(再参见图4)，如果希望四层PCB，则电源芯层1000可以叠于带铜叠层的层1002的外表面上。然后钻孔形成电源芯层1001。类似地，地芯层1010可以叠于带有纤维叠层和铜叠层的层1015的外表面上。然后钻孔形成地芯层1011。形成于电源和地芯层中的开口中可以填以绝缘体。然后可构图两铜叠层，两电源和地芯层形成复合体。进行钻孔并镀敷PTHs，形成PCB。或者，钻孔的电源芯层1001和钻孔的地芯层1011可形成各层按以下顺序的复合体：铜层、可选的不导电纤维叠层、电源芯层1001、地芯层1011、不导电纤维叠层、和铜层。然后可将两铜构图成信号层，并钻孔和金属化复合体，形成四层PCB。

现在已一般意义上讨论了用多孔材料制造多孔导电电源和地层的方式。这些方式和材料可用于以下将讨论的任何特定多孔导电材料。如果存在较好采用的任何附加处理步骤以便材料可形成为电源或地芯层，那么将结合电源/地材料讨论这些步骤。

适用于金属化电源和地层的优选材料是烧结金属。烧结金属由在压力和加热条件下结合在一起的金属颗粒构成。通过在加热和压力条件下，将涂有低熔点金属(例如锡)的高熔化温度、高导电性金属颗粒(例如铜)压在一起，可以形成烧结金属电源层。该涂锡铜颗粒熔结在一起形成导电但多孔的片。

这种导电片可用于制造与电源/地芯层300、320或350类似的电源/地芯层。此外，可以进行制造这些芯层和将它们集成为PCB/LCC的上述任何方法。

形成多孔导电电源和地层的附加优选材料可以大概称之为纤维导电材料。这些优选附加材料包括形成为片的细金属丝(或“纤维”)、金属化的织物(例如聚酯)、金属化的碳纤维织物、金属化的玻璃纤维。织物还可分成纺织织物(具有某些规则结构的织物)和不规则纸织物。不规则纸织物一般由不规则取向的纤维构成。

例如，用于形成多孔电源/地层的优选“织物”材料是形成为纺织织物片或不规则纸织物片的金属丝。构成片的丝较好是形成为有小直径，以便形成薄片。另外，金属丝直径较好是大到足以运载应用时所希望的电流。无纺细丝的金属层也可用作多孔电源和地层的材料。此外，纺织织物片或不规则纸织物片还应进行过镀敷工艺，以在各交点更好地电连接丝。这将确保各“纤维”间的更好导电性。

这些金属丝构成的导电片可用于制造与电源/地芯层300、320或350类似的电源/地芯层。此外，可进行制造这些芯层和将它们集成为PCB/LCC的前述任何方法。

适用于PCBs中的电源或地层的附加金属化纤维材料为例如液晶聚合物(LCPs)等敷金属有机纤维(例如由DuPont制造的芳族聚酰胺，由Hoechst-Celanse制造的VECTTAN)和其它象聚酯一样的织物、SPECTRA(由Allied Signal制造的聚乙烯)和尼龙。优选芳族聚酰胺和其它LCP纤维，是因为具有低热膨胀系数(以后将讨论)和热稳定性。聚酯也是优选的纤维，是由于它是单丝(在其纺织态)，不易受运输损伤。这些材料可以购得其纺织和不规则纸织物。

尽管可以购得某些有机纤维材料作为涂敷织物，但适用作电源或地层的敷金属有机纤维材料也可以由以下步骤制造。首先，将有机纤维材料设于处理室中，并保持在稍微拉伸和/或平坦位置。使材料被拉伸或平坦可以确保金属均匀地覆盖暴露表面。然后在有机纤维材料上淀积金属。这种淀积可以数种方式进行，包括镀敷、溅射、蒸发或化学汽相淀积。如果工艺需要或必要，有机纤维材料可以翻转，并淀积更多金属。例如，如果采用溅射，则金属一般只淀积有织物的一个表面上。在可以按此方式使用织物时，一般要在织物的另一面上施加更多金属，以增大织物的电流运载能力。或者，可以利用滚动方式，同时在两面上溅射织物。溅射或化学汽相淀积后，可利用常规的镀敷施加更多金属。该附加金属将增强金属纤维织物电源/地层的电流运载能力。

一旦形成金属化纤维片，这些多孔导电片可用于制造与电源/地芯层300、320或350类似的电源/地芯层。此外，可以进行制造这些芯层和将它们集成为PCB/LCC的上述任何方法。

适用于PCBs或LCCs中的电源或地层的另一优选金属化材料是敷金属的碳纤维。由于碳纤维可作为纺织织物和纱股线，该纤维的金属化可以在这两种状态下进行。例如，金属可以淀积于碳纤维织物上。或者，金属可以淀积于碳纤维纱线上，并将碳纤维纱线纺织成布或织物。碳纤维可以已涂有金属，和已形成丝束。这种丝束可用于纺织相对平坦的织物。此外碳纤维可引入不规则纸片。

一旦形成金属化纤维片，这些多孔导电片可用于制造与电源/地芯层300、320或350类似的电源/地芯层。此外，可以进行制造这些芯层和将它们集成为PCB/LCC的上述任何方法。

作为纤维的另一优选实施例是金属化玻璃纤维。象碳纤维一样，玻璃可作为单独的纤维纱线或作用纺织纤维片。可以金属化单独的纱股，并纺织成织物，或可以金属化纤维的纺织片。目前买不到这些纤维的涂敷金属品。为形成敷金属的纤维或织物，可用先前的方法形成敷金属纤维或敷金属纺织织物。此外，可以买到不规则纸形式的玻璃纤维片。可以利用先前讨论过的金属淀积法金属化这些片。

一旦形成金属化纤维片，这些多孔导电片可用于制造与电源/地芯层300、320或350类似的电源/地芯层。此外，可以进行制造这些芯层和将它们集成为PCB/LCC的上述任何方法。

应注意，用作本发明的电源和地层的某些纤维材料也具有低热膨胀系数(CTEs)。电源/地层的低热膨胀系数会降低PCBs或层叠芯片载体(LCC)的“总”CTE。尤其是对于LCCs，这有益于防止固定的芯片龟裂。此外，低CTE电源/地层还有一些其它优点，如在共同待审的申请EN9-98-010“LOW CTE POWER AND GROUNDLPANES”中所概括的。

尽管主要讨论了铜作为金属化金属，但所属领域的技术人员应认识到，用于淀积铜的技术也可用于淀积银、金、铝、锡等。此外，即使用铜作金属化的基底金属，也可以在某些处理步骤中加入附加量的其它金属。例如，某些制造商将在处理期间加入少量金，以增强基本连接的导电性。

所以，这些优选实施例可形成可用作PCBs的地和电源层的多孔导电材料。这些材料应能减少例如由水和/或其它溶剂造成的剥离和阴极/阳极丝状生长等常见的PCB的问题。这些问题的减少应能减少PCB缺陷，增强PCB可靠性。对于必须具有更严格的耐湿性的芯片载体来说更是如此。

尽管结合PCBs的多孔电源和地层的例示实施例展示和介绍了本发明。但所属领域的技术人员应认识到，这些优选实施例可应用于要求多孔导电平面材料的其它应用，并且在不脱离本发明精神和范围的情况下可以在形式上和细节上做出各种变化。

Claims (28)

1.一种用于印刷电路板的电源/地芯层，该电源/地芯层包括：第一纤维叠层的第一透水非导电层；及第一金属片，包含透过第一金属片而形成的通孔的二维分布，

其中，第一非导电层与第一金属片表面接触，第一金属片仅通过其通孔透水，第一金属片中的通孔不延伸入第一非导电层，第一金属片中的通孔在其间具有间隔，第一金属片中通孔的间隔和直径足够允许第一非导电层中的水充分快速地穿过第一金属片中的通孔，以防止第一非导电层中的水聚集在第一非导电层和第一金属片之间的界面处。

2.根据权利要求1的电源/地芯层，其特征在于还包括第二金属片，其包含透过第二金属片而形成的通孔的二维分布，

其中，第一非导电层与第二金属片表面接触，使得第一非导电层布置在第一和第二金属片之间，第二金属片仅通过其通孔透水，第二金属片中的通孔不延伸入第一非导电层，第二金属片中的通孔在其间具有间隔，第二金属片中通孔的间隔和直径足够允许第一非导电层中的水充分快速地穿过第二金属片中的通孔，以防止第一非导电层中的水聚集在第一非导电层和第二金属片之间的界面处。

3.根据权利要求1的电源/地芯层，其特征在于还包括：第二纤维叠层的第二透水非导电层，

其中，第二非导电层与第一金属片表面接触，使得第一金属片布置在第一和第二非导电层之间，第一金属片中通孔的间隔和直径足够允许第二非导电层中的水充分快速地穿过第一金属片中的通孔，以防止第二非导电层中的水聚集在第二非导电层和第一金属片之间的界面处。

4.根据权利要求1的电源/地芯层，其特征在于，第一金属片中通孔的二维分布按照平行的行和列排列。

5.根据权利要求4的电源/地芯层，其特征在于，所述行中的行和所述列中的列相互形成一个角度，并且该角度不是90度。

6.根据权利要求4的电源/地芯层，其特征在于，第一金属片中的通孔在每行和每列中均匀间隔。

7.根据权利要求4的电源/地芯层，其特征在于，所述行中第一行的通孔或所述列中第一列的通孔分别相对所述行中第二行的通孔或所述列中第二列的通孔而交错。

8.根据权利要求1的电源/地芯层，其特征在于，第一金属片中通孔的间隔不大于0.05英寸。

9.根据权利要求1的电源/地芯层，其特征在于，第一金属片中通孔的直径至少为0.001英寸，但小于0.010英寸。

10.根据权利要求3的电源/地芯层，其特征在于，间隙孔延伸通过第一非导电层，第一金属片和第二非导电层，并且间隙孔的直径超过第一金属片的通孔的直径。

11.根据权利要求3的电源/地芯层，其特征在于，填充有绝缘材料的路孔延伸通过第一非导电层，第一金属片和第二非导电层，并且路孔的直径超过第一金属片的通过的直径。

12.根据权利要求1的电源/地芯层，其中第一纤维叠层包括选自基本上由环氧、双马来酰亚胺三嗪环氧、氰化酯、聚酰亚胺、聚三氟乙烯(PTEE)和氟聚合物构成的组的材料。

13.一种用于印刷电路板的后期生产的电源/地芯层，该电源/地芯层包括：第一纤维叠层的第一透水非导电层；及第一导电层，其不包含具有穿过其自身而形成的通孔的金属片，

其中，第一非导电层与第一导电层表面接触，第一导电层包括第一导电材料，其具有足够的多孔性，以允许第一非导电层中的水经由第一导电材料充分快速地穿过第一导电层，以防止第一非导电层中的水聚集在第一非导电层和第一导电层之间的界面处。

14.根据权利要求13的电源/地芯层，其特征在于还包括第二导电层，其不包含具有穿过其自身而形成的通孔的金属片，

其中，第一非导电层与第二导电层表面接触，使得第一非导电层布置在第一和第二导电层之间，第二导电层包括第二导电材料，其具有足够的多孔性，以允许第一非导电层中的水经由第二导电材料充分快速地穿过第二导电层，以防止第一非导电层中的水聚集在第一非导电层和第二导电层之间的界面处。

15.根据权利要求13的电源/地芯层，其特征在于还包括第二纤维叠层的第二透水非导电层，

其中，第二非导电层与第一导电层表面接触，使得第一非导电层布置在第一和第二导电层之间，第一导电材料具有足够的多孔性，以允许第二非导电层中的水经由第一导电材料充分快速地穿过第一导电层，以防止第二非导电层中的水聚集在第二非导电层和第一导电层之间的界面处。

16.根据权利要求13的电源/地芯层，其特征在于，间隙孔延伸通过第一非导电层和第一导电层。

17.根据权利要求13的电源/地芯层，其特征在于，填充有绝缘材料的路孔延伸通过第一非导电层和第一导电层。

18.根据权利要求14的电源/地芯层，其特征在于，间隙孔延伸通过第一导电层，第一非导电层和第二导电层。

19.根据权利要求14的电源/地芯层，其特征在于，填充有绝缘材料的路孔延伸通过第一导电层，第一非导电层和第二导电层。

20.根据权利要求15的电源/地芯层，其特征在于，间隙孔延伸通过第一非导电层，第一导电层和第二非导电层。

21.根据权利要求15的电源/地芯层，其特征在于，填充有绝缘材料的路孔延伸通过第一非导电层，第一导电层和第二非导电层。

22.根据权利要求15的电源/地芯层，其特征在于，第一纤维叠层包括选自基本上由环氧、双马来酰亚胺三嗪环氧、氰化酯、聚酰亚胺、聚三氟乙烯和氟聚合物构成的组的第一材料，第二纤维叠层包括选自基本上由环氧、双马来酰亚胺三嗪环氧、氰化酯、聚酰亚胺、聚三氟乙烯和氟聚合物构成的组的第二材料。

23.根据权利要求13的电源/地芯层，其特征在于，第一导电材料包括烧结金属。

24.根据权利要求13的电源/地芯层，其特征在于，第一导电材料包括纺织成织物或形成为不规则纸织物的第一纤维材料。

25.根据权利要求24的电源/地芯层，其特征在于，第一纤维材料选自基本上由敷金属碳纤维、敷金属聚酯、敷金属液晶聚合物、敷金属聚乙烯、敷金属玻璃纤维和金属丝构成的组。

26.根据权利要求13的电源/地芯层，其特征在于，第一纤维叠层包括选自基本上由环氧、双马来酰亚胺三嗪环氧、氰化酯、聚酰亚胺、聚三氟乙烯(PTEE)和氟聚合物构成的组的材料。

27.根据权利要求14的电源/地芯层，其特征在于，第一导电材料包括纺织成织物或形成为不规则纸织物的第一纤维材料，第二导电材料包括纺织成织物或形成为不规则纸织物的第二纤维材料。

28.根据权利要求27的电源/地芯层，其特征在于，第一纤维材料选自基本上由环氧、双马来酰亚胺三嗪环氧、氰化酯、聚酰亚胺、聚三氟乙烯和氟聚合物构成的组，第一纤维材料选自基本上由环氧、双马来酰亚胺三嗪环氧、氰化酯、聚酰亚胺、聚三氟乙烯和氟聚合物构成发的组。