[发明专利]低热膨胀电路板和多层电路板

说明书

本发明涉及用于裸露芯片安装的一种低热膨胀电路板和一种低热膨胀多层电路板，它们具有小热膨胀系数，因而具有高度的可靠性。

由于最近电子设备的趋势是具有更小的尺寸和更高的性能，这要求构成电子设备的半导体器件和安装这些器件的印刷电路板具有更小的尺寸和厚度、更高的性能和更高的可靠性。为达到这些要求，引线插入安装正在被表面安装代替，在最近几年里，被称为裸露芯片安装的表面安装技术正被研究，其中非封装(裸露)半导体元件被直接安装在印刷电路板上。

然而，在裸露芯片安装时，由于具有3～4ppm/℃热膨胀系数的硅芯片被直接安装到具有10～20ppm/℃热膨胀系数的印刷电路板上，由于热膨胀的不同而产生的应力会损害可靠性。例如，应力会引起倒装焊接中的焊点断裂，这将导致电路连接故障。

为了缓解热应力，实践过用一种被称为底层填料的粘结剂填充到安装的半导体元件和印刷电路板之间的缝隙中，以消除加在焊点上的应力。为了使应力能够被印刷电路板自身吸收，提出了一种在电路层之间具有吸收剪切应力层的多层印刷电路板(见JP-A-7-297560)，它在其厚度方向上具有逐步梯度的热膨胀系数。然而，这些技术仍不能得到足够的可靠性。必须减小印刷电路板自身的热膨胀系数确保可靠性有更进一步的提高。

在这种连接中，JP-A-61-212096给出了关于一种多层电路板的教导，包括在其上有交替生成的绝缘层的铁镍合金基片，和在其顶层上用光刻生成的有焊接垫板的电线导体，如果可取的话。基片、绝缘层和电线导体在热作用下的压力焊接，整个做成一集成薄层。被说明的这种技术具有如下的缺点，在用铜作为电线导体的地方，难以将整个电路板的热膨胀系数减小到硅的水平，因为铜的弹性模量远大于用作绝缘层的聚酰亚胺树脂的弹性模量。金属导体是用薄金属膜生成技术制成的，例如真空蒸发沉积和喷镀，这带来低的生产率并造成增加的成本。采用蒸发沉积并随后使用光刻生成焊接垫板需要复杂的工序。

另一方面，将要被安装的半导体的I/O管脚数量的增加使多个电路板分层的必要性增加了。多层电路板可以用叠加的方法生产，包括在基片的一侧或双侧交替地叠加光敏树脂的绝缘层和用电镀或蒸发沉积生成的导体层。叠加方法的缺点在于生产过程的复杂和涉及多个工序，产量低，并需要大量时间。

JP-A-8-288649提出了一种生产多层电路板的方法，包括在单面包铜的环氧树脂/玻璃薄层的铜侧之上用调配器等方法生成导电胶的突出物，向其上压粘结剂薄层和薄铜片，然后重复这些工序。这种技术在电路连接的可靠性和连接稳定性等方面不能令人满意，并几乎不能用于精细电路。而且，它是一种耗时的方法，压的工序必须有与层的数目一样多的次数。

本发明的发明者发现了上述与传统技术相联系的问题，其主要是由板的过大的热膨胀造成的，更特别的是，构成绝缘层的有机材料，例如环氧树脂和聚酰亚胺树脂和作为电线材料的铜，它们比半导体元件的膨胀要大。铜作为常用的电线导体，不仅有大的热膨胀系数，而且有大的弹性模量，增大了热膨胀应力。尽管如此，铜是一种优良的导电材料，将会成为不可缺少的电线材料。

本发明的目标是提供一种低热膨胀系数电路板和一种低热膨胀多层电路板，其具有较小的热膨胀系数和优良的可靠性。

上面的目标是由一种低热膨胀电路板达到的，其构成为：在其上具有一用于裸露芯片安装的电线导体的用有机聚合物制成的一绝缘层，其中电线导体包括一个在至少一侧具有铜层的铁镍基合金层。

这个目标也可由一种具有多个上述低热膨胀电路板的整体上层合为多层电路板达到。

在本发明的实际使用中，多层电路板具有多个在每个相邻电路板之间插入有粘结剂层的整体上层合的双面电路板，粘结剂层在连接相邻的上、下双面电路板的地方具有通孔，通孔含有用焊料制的导体，通过它相邻双面电路板的电线导体实现电路连接。

作为一项扩展研究的成果，本发明者通过使用一种由具有低热膨胀系数的铁镍基合金层和至少在合金层一侧提供的铜层构成的复合电线材料，开发了一种高度可靠的低热膨胀电路板。由于导致电路板大热膨胀的主要原因的铜电线被直接制作在具有低热膨胀系数的铁镍基合金层上，电线导体热膨胀的应力可以被减小。结果电路板作为一个整体，其热膨胀可以减少，这样裸露芯片安装后焊接的可靠性提高了。