JPH0634449B2 - 多層プリント回路板 - Google Patents

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ほゞ等しい熱膨張
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へ
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^-6in/in/℃であるのに対し、
ガラス／エポキシは１２〜１５×１０^-6in/in/℃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、チッ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
熱膨張係数はほゞゼロであり、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ほゞ
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グラファイトの多数
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ＩＣチップを電気的に相互接続するためのエッ
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
の一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調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。

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「Ｂ」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ッ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１．４〜２．３×１
０^-6in/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４〜７×１０^-6in/in/℃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４０％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。

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、２４、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３０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３０が形成され
る。アラミドファイバテープ３０は、次いで、一度に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、銅のホイルによるか又
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ッチングされる。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
「Kevlar 108」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２
２、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「Kevlar 108」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
〜２．３×１０^-6in/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４〜７×１０^-6in
/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
プ積層体により、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を形成しそしてヤー
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、銅に代わっていかなる導電性
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。 １０……多層回路板 １２……チップキャリア １４……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、２４……外部層 ２６、２８……内部層 ３０……アラミドファイバテープ ３２……アラミドファイバ

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】Ｘ方向に配向されたアラミドファイバテー
   プの内部層とＹ方向に配向されたアラミドファイバテー
   プからなる外部層とから構成されるサンドウィッチ構造
   を形成するアラミドファィバからなる複合材料の複数の
   層、および 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、前記複合材料の層
   は、前記回路板に取り付けられる前記電気部品の熱膨張
   係数と適合する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. 【請求項２】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。
3. 【請求項３】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。
4. 【請求項４】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３に記載の多層プリント
   回路板。
5. 【請求項５】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３に
   記載の多層プリント回路板。
6. 【請求項６】上記樹脂はエポキシ樹脂である請求項２に
   記載の多層プリント回路板。
7. 【請求項７】上記樹脂はポリイミド樹脂である請求項２
   に記載の多層プリント回路板。
8. 【請求項８】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。