JPH02206196A

JPH02206196A - 多層プリント回路板

Info

Publication number: JPH02206196A
Application number: JP1004555A
Authority: JP
Inventors: D Leibowitz Joseph; ジョセフ　ディー　レイボーヴィッツ
Original assignee: TRW Inc
Current assignee: Northrop Grumman Space and Mission Systems Corp
Priority date: 1989-01-11
Filing date: 1989-01-11
Publication date: 1990-08-15
Anticipated expiration: 2009-05-02
Also published as: JPH0634449B2

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】産業上の利用分野本発明は、一般に、多層のプリント回路板に係り、より
詳細には、取り付けられる電子部品にはゾ等しい熱膨張
係数を有する多層のプリント回路板に係る。

従来の技術多層のプリント回路板は、多数の集積回路（ＩＣ）チッ
プを相互接続するために広く利用されている。ＩＣチッ
プは、通常、酸化アルミニウムのようなセラミック材料
で形成された個々のチップキャリアにハーメチックシー
ルされる。各ＩＣチップからチップキャリアのエッジヘ
ボンディングリードが引き出され、次いで、チップキャ
リアが回路板に直接半田付けされる。この構造の主たる
利点は、回路の密度が著しく高く、速度及びインピーダ
ンス特性が改善され、そして実装コストが実質的に減少
されることである。

セラミックチップキャリアを用いる場合の主たる欠点は
、酸化アルミニウムの熱膨張係数が多層プリント回路板
の製造に一般に用いられるガラス／エポキシ積層体の熱
膨張係数の約半分に過ぎないことである（酸化アルミニ
ウムは５．５〜６×１０″’　ｉｎ／ｉｎ／　’Ｃであ
るのに対し、ガラス／エポキシは１２〜１５×１０″ｉ
ｎ／ｉｎ／’Ｃである）。これにより得られた構造体が
著しい範囲の温度に曝されたときには、構造体の熱サイ
クルによって半田接合部にクラックが生じ、回路が不作
動になる。

この問題に対する１つの解決策は、チ・ンプキャリアと
回路板との間に中間部材を使用することである。この中
間部材はベビーボードと称され、一方、回路板はマザー
ボードと称されることがある。又、中間部材は、ハイブ
リッドパッケージの形態をとることもあり、その上にチ
ップキャリアが取り付けられる。

セラミックチップキャリアと多層プリント回路板との間
の熱的な不一致に対する別の解決策は、回路板の熱膨張
係数をチップキャリアの熱膨張係数に対して調整するこ
とである。２つの熱膨張係数を一致させる１つの技術は
、ジャンセン氏の米国特許第４，３１８，９５４号及び
ジャンセン氏等の米国特許第４，６０９，５８６号に開
示されたように、回路板をグラファイト支持部材の表面
に接合することである。このグラファイト支持部材の熱
膨張係数ははゾゼロであり、通常の回路板がこの支持部
材に接合されたときには、回路板の熱膨張係数がはＳ′
セラミックチップキャリアの熱膨張係数まで減少される
。

セラミックチップキャリアの熱膨張係数を多層プリント
回路板の熱膨張係数に一致させる更に別の技術は、本発
明者の米国特許第４，５９１゜６５９号に開示されたよ
うに、誘電体材料の多数の層の間にゲラファイトの多数
の層を各々さし挟んだものから多層回路板を製造するこ
とである。

誘電体材料の幾つかの層は銅が被覆された層であってＩ
Ｃチップを電気的に相互接続するためのエツチングされ
た電気パターンを有している。グラファイトの層は、銅
のパターン及び誘電体材料の熱膨張係数を減少させ、そ
してグラファイトの層は、温度変化の間の回路板の曲が
りを最小にするように回路板にわたって対称的に分布さ
れる。グラファイト層の幾つかは、ＩＣチップから伝導
によって熱を除去するために銅被覆の誘電体材料の層に
接近して配置される。

熱膨張係数を一致させる同様の技術は、本発明者の米国
特許第４，５１３，０５５号に開示されたように、多数
の銅層の間に複合材料の多数の層がさし挟まれたものか
ら多層回路板を製造することである。複合材料は、樹脂
マトリクスで埋設された編まれた織物から作られる。こ
の織物は、２つの別々の材料のヤーンから編まれる。そ
の−方の材料は負の熱膨張係数を有しそしてその他方は
正の熱膨張係数を有する。これら２つの材料の割合は、
所望の熱膨張係数を有する回路板を形成するように選択
される。オルセン氏の米国特許第４．４１４，２６４号
には、編まれた織物の複合材料より成る多数の層を用い
た別の多層回路板が開示されている。

発明が解決しようとする課題多層プリント回路板の熱膨張係数をセラミックチップキ
ャリアの熱膨張係数にｍ整するこれらの全ての技術は、
グラファイトのような導電性金属によるか又は編まれた
織物の複合材料によって回路板の熱膨張係数を減少する
ものである。然し乍ら、これらの技術は、いずれも、幾
つかの欠点を有している。そこで、セラミックチップキ
ャリアのための改良された多層プリント回路板が依然と
して要望されている。本発明は、このような要望を明ら
かに満たすものである。

課題を解決するための手段本発明は、アラミドファイバテープの積層によって形成
された複合材料の多数の層を用いて、所望の熱膨張係数
を有する回路板が形成されるようにした多層プリント回
路板にある。より詳細には、複合層が銅被覆の層であり
、銅は、回路板に取り付けられる電気部品によって決ま
るように適当にパターン化される。複合層は適当な絶縁
接着層と共に互いに接合され、種々の銅トレース間の電
気的接続は回路板のスルーホールによってなされる。

１ｌ− ＝１２各々の複合層は、アラミドファイバテープの２つの外部
層と２つの内部層を含んでいる。アラミドファイバテー
プは外部層においてはＸ方向に配向されそして内部層に
おいてはＹ方向に配向されて、Ｘ及びＹの両方向に低い
熱膨張係数を有した複合層を形成する。内部層及び外部
層は、温度変化の間に複合層が曲がらないようにするた
めに複合層の中心線に対して対称的に配置される。

アラミドファイバテープは、アラミドファイバの単一層
を平行に配列してファイバストリップを形成することに
より製造される。これらのストリップはいかなる巾のも
のでもよいが、製造を容易にするためにはできるだけ巾
の広いものにしなければならない。次いで、ストリップ
には樹脂が被覆され、半硬化即ちｒＢＪ段階まで加熱さ
れ、アラミドファイバテープが形成される。次いで、ア
ラミドファイバテープは一度に１層づつ所望のファイバ
配向に敷設され、複合層が形成される。

この複合層には、銅のホイルによるか又は銅バス及び通
常の無電解工程を用いることにより銅が被覆され、次い
で、この銅が被覆された複合層をエツチングして所望の
電気パターンが形成される。

複合層は、その後、積層されそして硬化される。

アラミドファイバのテープ積層により、編まれたアラミ
ドファイバから作られた複合層よりも熱膨張係数の低い
複合層が形成される。例えば、エポキシ樹脂が含浸され
たアラミドファイバに関する１つのテストにおいては、
テープ積層体についての熱膨張係数が１．４〜２．３Ｘ
　Ｉ　Ｏ”ｉｎ／ｉｎ／℃であるのに対して、編まれた
形態の同じ材料に対する熱膨張係数が４〜７　Ｘ　Ｉ　
Ｏ−’ｉｎ／ｉｎ／’Ｃであるという結果が示されてい
る。編まれたファイバの過大及び過少特性によって生じ
る引っ張り弾性係数の低下もこのテープ積層体によって
排除され、これにより、優れた機械的強度を有する回路
板が形成される。更に、テープ積層体により、回路板を
形成するに必要な樹脂の量が回路板の約６０％から約４
０％の範囲で減少され、回路板の厚みが減少される。更
に、テープ積層体により、アラミドファイバをねじって
ヤーンを形成しそしてヤーンを編むという必要性が排除
され、回路板のコストが低減される。

以上の説明から、本発明が多層プリント回路板の分野に
著しい進歩をもたらすことが明らかであろう。特に、本
発明は、セラミックキャリアチップに正確に一致するこ
とのできる熱膨張係数を有した回路板を提供する。更に
、この回路板は、優れた機械的強度と、低い誘電率と、
良好な熱伝導率とを有している。本発明の他の特徴及び
効果は、添付図面を参照した以下の詳細な説明より明ら
かとなろう。

実施例説明のための添付図面に示されたように、本発明は、主
として、多層プリント回路板に関する。

特に、セラミックチップキャリアを支持するのに用いら
れるような回路板には４つの望ましい特性がある。先ず
第１に、回路板は、比較的長い距離にわたって信号を容
易に伝達できるようにするために誘電率が比較的低くな
ければならない。第２に、回路板の熱伝達係数をセラミ
ックチップキャリアの熱膨張係数に合致させるべく広範
囲に制御できねばならない。第３に、セラミックチップ
キャリアによって発生した熱を消散するために回路板が
良好な熱伝導体でなければならない。最後に、良好な機
械的強度を得るために回路板が高い引っ張り弾性係数を
有していなければならない。不都合なことに、単一の材
料ではこれら全ての所望の特性を得ることができない。

第１図は、リードなしの４個のセラミックチップキャリ
ア１２を支持するのに用いる多層回路板１０を示してい
る。各チップキャリア１２は、ＩＣチップを収容しそし
てその底面の周囲に接点パッドを有しており、ＩＣチッ
プ内の種々の回路の入力／出力リードがこれらの接点パ
ッドに接続される。これら接点パッドは、回路板１０の
上面に設けられた各接点パッド１４へ再流半田工程によ
って取り付けられる。チップキャリア１２の熱膨張係数
と回路板１０の熱膨張係数とが一致しないと、これらの
電気的接続に損傷が及ぶことになる。

＝１６− 第２図に示す本発明の好ましい実施例によれば、回路板
１０は、アラミドファイバテープの積層によって形成さ
れた複合材料の複数の層１６を備えている。これらの複
合層１６は、参照番号１８で示すように銅被覆層であり
、銅は、回路板１０に取り付けられるＩＣチップ１２の
設計によって決まるように適当にパターン化される。複
合層１６は適当な絶縁接着層２０と共に接合され、種々
の銅トレース間の電気的接続は回路板１０のスルーホー
ルによってなされる。

第３図に示すように、各々の複合層１６は、アラミドフ
ァイバテープ３０の２つの外部層２２．２４と、２つの
内部層２６．２８とを含んでいる。

アラミドファイバテープ３０は、外部層２２．２４にお
いてはＸ方向に配向されそして内部層２６．２８におい
てはＹ方向に配向され、Ｘ及びＹの両方向に低い熱膨張
係数を有する複合層１６が形成される。上記層２２．２
４．２６．２８は、温度変化の間に複合層が曲がらない
ようにするために複合層１６の中心線に対して対称的に
配置される。

アラミドファイバテープ３ｏは、アラミドファイバ３２
の単一層を平行に配列してファイバストリップを形成す
ることによって製造される。これらストリップはいがな
る巾のものでもよいが、製造を容易にするためにはでき
るだけ巾が広くなければならない。これらのストリップ
には次いで樹脂が被覆されそして半硬化即ち「Ｂ」段階
へと加熱されてアラミドファイバテープ３ｏが形成され
る。アラミドファイバテープ３ｏは、次いで、−度に１
層づつ第３図に示すファイバ配向で敷設され、複合層１
６が形成される。この複合層は、銅のホイルによるが又
は銅バス及び通常の無電解工程を用いることによって銅
が被覆され、銅の被覆された複合層は、次いで、所望の
電気パターンを形成するようにエツチングされる。その
後、複合層１６は、第２図に示すように積層されそして
硬化される。

本発明のここに示す好ましい実施例では、アラミドファ
イバ３２は、Ｅ、Ｉ、デュポン社によって製造されてｒ
Ｋｅｖｌａｒ　１０８Ｊという商標で販売されているア
ラミドファイバであるのが好ましい。

樹脂は、エポキシ樹脂又はポリイミド樹脂である。

絶縁接着層２０は、樹脂が含浸されたアラミドファイバ
の単一層で、例えば、上記層２２．２４．２６．２８の
１つであってもよいし、或いは接着層２０は、樹脂が含
浸された編まれたアラミドファイバの単一層であっても
よい。

アラミドファイバ３２のテープ積層により、編まれたア
ラミドファイバから形成された複合層よりも熱膨張係数
の低い複合層１６が形成される。

例えば、エポキシ樹脂が含浸されたｒＫｅｖｌａｒ　１
０８Ｊヤーンに関する１つのテストにおいては、テープ
積層の場合に熱膨張係数が１．４〜２．３Ｘ１０”ｉｎ
／ｉｎ／℃であるのに対して、編まれた形態の同じ材料
の場合には熱膨張率が４〜７　Ｘ　１０−”ｉｎ／ｉｎ
／℃であるという結果が示されている。編まれた織物の
過大及び過少特性によって生じる引っ張り弾性係数の低
下もこのテープ積層によって排除され、従って、良好な
機械的強度を有する回路板が形成される。更に、テープ
積層により、回路板を製造するのに必要な樹脂の量が回
路板の約６０％ないし約４０％の範囲で減少され、基板
の厚みが減少される。最後に、テープ積層により、アラ
ミドファイバをねじってヤーンに形成しそしてヤーンを
編む必要性が排除され、回路板のコストが低減される。

以上の説明から、本発明が多層プリント回路板の分野に
著しい進歩をもたらすことが明らかであろう。特に、本
発明は、熱膨張係数をセラミックチップキャリアの熱膨
張係数に正確に合致させることのできる回路板を提供す
る。更に、この回路板は、優れた機械的強度と、低い誘
電率と、良好な熱伝導率とを有している。本発明の好ま
しい実施例を詳細に説明したが、本発明の精神及び範囲
から逸脱することなく種々の変更がなされ得る。

例えば、本発明の複合層は、アラミドファイバから製造
されるものとして説明したが、低い又は負の熱膨張係数
を有する非導電性材料のファイバを用いることもできる
。この非導電性材料は、複合材料が銅のパターン（回路
に取り付けられる電気部品よりも熱膨張係数が大きい）
と合成されたときに回路板の熱膨張係数を電気部品に一
致できるように、電気部品より小さな熱膨張係数を有し
ていなければならない。更に、銅に代わっていがなる導
電性金属を用いることもできる。従って、本発明は、特
許請求の範囲のみによって限定されるものとする。

【図面の簡単な説明】

第１図は、多層のプリント回路板に取り付けられた４つ
のチップキャリアを示す簡単な斜視図、第２図は、本発
明による多層回路板を形成する複合層の部分断面図、そ
して第３図は、複合層の１つを示す部分断面図である。ＩＯ・・・多層回路板１２・・・チップキャリア］４・・・接点パッド１６・・・複合材料の複数の層１８・・・銅被覆層２０・・・絶縁接着層２２．２６．３０　・３２　・２４・・・外部層２８・・・内部層アラミドファイバテープ・・アラミドファイバ

Claims

【特許請求の範囲】

（１）アラミドファイバテープの積層によって形成され
た複合材料の複数の層と、回路板に取り付けられる電気
部品間に接続を確立するのに用いられる複数の銅層とを
具備し、これらの層は所望の熱膨張係数を有する多層プ
リント回路板を形成するように互いに接合されることを
特徴とする多層プリント回路板。
（２）各々の複合層は、アラミドファイバテープの２つ
の外部層と２つの内部層とを含み、アラミドファイバテ
ープは外部層についてはＸ方向に配向されそして内部層
についてはＹ方向に配向されて、Ｘ及びＹの両方向に低
い熱膨張係数を有する複合層を形成するようにした請求
項１に記載の多層プリント回路板。
（３）上記アラミドファイバテープは、樹脂が被覆され
て半硬化段階へと加熱されたアラミドファイバの単一層
である請求項１に記載の多層プリント回路板。
（４）上記層は、絶縁接着層と共に接合される請求項１
に記載の多層プリント回路板。
（５）上記絶縁接着層の各々は、アラミドファイバテー
プの単一層である請求項４に記載の多層プリント回路板
。
（６）上記絶縁接着層の各々は、樹脂が含浸された編ま
れたアラミドファイバの単一層である請求項４に記載の
多層プリント回路板。
（７）上記樹脂はエポキシ樹脂である請求項３に記載の
多層プリント回路板。
（８）上記樹脂はポリイミド樹脂である請求項３に記載
の多層プリント回路板。
（９）ファイバテープの積層によって形成された複合材
料の複数の層と、回路板に取り付けられる電気部品間に
接続を確立するのに用いられる導電性材料の複数の層と
を具備し、これらの層は、所望の熱膨張係数を有する多
層プリント回路板を形成するように互いに接合されるこ
とを特徴とする多層プリント回路板。
（１０）各々の複合層はファイバテープの２つの外部層
と２つの内部層とを含み、ファイバテープは外部層につ
いてはＸ方向に配向されそして内部層についてはＹ方向
に配向される請求項９に記載の多層プリント回路板。
（１１）上記ファイバテープは、樹脂が被覆されて半硬
化段階へと加熱されたファイバの単一層である請求項９
に記載の多層プリント回路板。
（１２）上記層は、絶縁接着層と共に接合される請求項
９に記載の多層プリント回路板。
（１３）上記絶縁接着層の各々はファイバテープの単一
層である請求項１２に記載の多層プリント回路。
（１４）上記絶縁接着層の各々は樹脂が含浸された編ま
れたファイバの単一層である請求項１２に記載の多層プ
リント回路。
（１５）上記ファイバはアラミドファイバである請求項
１１に記載の多層プリント回路板。
（１６）上記樹脂はエポキシ樹脂である請求項１１に記
載の多層プリント回路板。
（１７）上記樹脂はポリイミド樹脂である請求項１１に
記載の多層プリント回路板。
（１８）上記導電性金属は銅である請求項９に記載の多
層プリント回路板。
（１９）多層プリント回路板の製造方法において、アラミドファイバテープの積層により複合材料の複数の
層を形成し、幾つかの複合層の少なくとも片面に銅の層をメッキし、上記銅の層に所定の回路パターンをエッチングし、そし
て上記複合層に絶縁接着層を積層して、所望の熱膨張係数
を有するプリント回路板を形成することを特徴とする方
法。
（２０）各々の複合層は、アラミドファイバテープの２
つの外部層と２つの内部層とを含み、アラミドファイバ
テープは外部層についてはＸ方向に配向されそして内部
層についてはＹ方向に配向されて、Ｘ及びＹの両方向に
低い熱膨張係数を有する複合層を形成するようにした請
求項１９に記載の多層プリント回路板の製造方法。
（２１）上記アラミドファイバテープは、樹脂が被覆さ
れて半硬化段階へと加熱されたアラミドファイバの単一
層である請求項１９に記載の多層プリント回路板の製造
方法。
（２２）上記絶縁接着層の各々はアラミドファイバテー
プの単一層である請求項１９に記載の多層プリント回路
板の製造方法。
（２３）上記絶縁接着層の各々は樹脂が含浸された編ま
れたアラミドファイバテープの単一層である請求項１９
に記載の多層プリント回路板の製造方法。
（２４）上記樹脂はエポキシ樹脂である請求項２１に記
載の多層プリント回路板の製造方法。
（２５）上記樹脂はポリイミド樹脂である請求項２１に
記載の多層プリント回路板の製造方法。
（２６）多層プリント回路板の製造方法において、ファイバテープの積層により複合材料の複数の層を形成
し、幾つかの複合層の少なくとも片面に導電性金属の層をメ
ッキし、上記金属層に所定の回路パターンをエッチングし、そし
て上記複合層に絶縁接着層を積層して、所望の熱膨張係数
を有するプリント回路板を形成することを特徴とする方
法。
（２７）各々の複合層はファイバテープの２つの外部層
と２つの内部層とを含み、ファイバテープは外部層につ
いてはＸ方向に配向されそして内部層についてはＹ方向
に配向される請求項２６に記載の多層プリント回路板の
製造方法。
（２８）上記ファイバテープは、樹脂が被覆されて半硬
化段階まで加熱されたファイバの単一層である請求項２
６に記載の多層プリント回路板の製造方法。
（２９）上記絶縁接着層の各々はファイバテープの単一
層である請求項２６に記載の多層プリント回路板の製造
方法。
（３０）上記絶縁接着層の各々は樹脂が含浸された編ま
れたファイバの単一層である請求項２６に記載の多層プ
リント回路板の製造方法。
（３１）上記ファイバはアラミドファイバである請求項
２８に記載の多層プリント回路板の製造方法。
（３２）上記樹脂はエポキシ樹脂である請求項２８に記
載の多層プリント回路板の製造方法。
（３３）上記樹脂はポリイミド樹脂である請求項２８に
記載の多層プリント回路板の製造方法。
（３４）上記導電性金属は銅である請求項２６に記載の
多層プリント回路板の製造方法。