專利名稱：非環(huán)狀焊接區(qū)的制作方法
早期的電路板制造技術(shù)將電路板面上的線直接連至通孔。鍍以導(dǎo)電材料的通孔用于連接電路板的前、后面。不幸的是將線直接連至通孔所得連結(jié)點(diǎn)具有高故障率。金屬線與襯底間熱膨脹的差別導(dǎo)致裂縫，尤其是在線與通孔的連接處。其結(jié)果是線與通孔的電連接斷裂。
為克服此種連接的故障率，產(chǎn)生了用于將線連至通孔的焊接區(qū)(land)。由導(dǎo)電材料通常是銅所制成的焊接區(qū)是圓狀、更具體說是環(huán)狀結(jié)構(gòu)，它完全包住通孔。使用焊接區(qū)后通孔與線間的連接面積顯著增大，因而得到故障率小的連接。
歷來的焊接區(qū)是環(huán)狀的，以最大限度地增加所鍍通孔邊緣與焊接區(qū)的接觸面。此外，焊接區(qū)的圓形外形可補(bǔ)償在印制板制造過程中由于鉆孔或光刻誤差而造成的焊接區(qū)與通孔位置的偏移。
為探索將電路板和集成電路裝置微型化，設(shè)計(jì)者試圖在電路板和裝置上放置更多電子結(jié)構(gòu)。為達(dá)到此目標(biāo)，設(shè)計(jì)者需要在電路板面上有愈來愈多的空間，即“有效區(qū)域”。在試圖增加可用“有效區(qū)域”時(shí)，相對于通孔直徑而言將常用焊接區(qū)的直徑加以減小。然而，當(dāng)鉆通孔時(shí)，鉆頭經(jīng)常將焊接區(qū)從襯底剝離開，從而造成不規(guī)則形狀的通孔，產(chǎn)生個(gè)一可靠的電鍍通孔。
的確，隨著電路板技術(shù)的發(fā)展，焊接區(qū)尺寸不但沒有減小，反而增加了。稱為“擴(kuò)邊”(flare)的凸出部分沿線軸方向加到焊接區(qū)上，以進(jìn)一步改善線與焊接區(qū)間的連接可靠性。將擴(kuò)邊加到圓形焊接區(qū)后比常用焊接區(qū)占用了更多有效區(qū)域。
希望在保持由焊接區(qū)提供的線與通孔間可靠連接的同時(shí)增加襯底上可用的有效區(qū)域。
本發(fā)明通過提供不完全包住通孔的非環(huán)狀焊接區(qū)以增加有效區(qū)域，也即這些焊接區(qū)并不遍布通孔360°。這些非環(huán)狀焊接區(qū)接觸通孔的面最好不要超過一邊，從而提供使用常規(guī)焊接區(qū)時(shí)所無法利用的有效區(qū)域。本方法也涉及制造這類非環(huán)狀焊接區(qū)的方法。


圖1是顯示現(xiàn)有技術(shù)典型配置中焊接區(qū)外形和孔間連線的電路板一部分的示意圖；圖2是類似圖1的示意圖，顯示本發(fā)明的非環(huán)狀焊接區(qū)和孔間連線；圖3是顯示非環(huán)狀焊接區(qū)與電鍍通孔關(guān)系的圖；圖4是用于顯示制造非環(huán)狀焊接區(qū)時(shí)圖形位置的電鍍通孔；圖5、6和7顯示使用本發(fā)明的非環(huán)狀焊接區(qū)的不同布線圖。
本發(fā)明在保持通孔與線間可靠連接的同時(shí)提供一種新焊接區(qū)形狀，從而增加有效區(qū)域。本發(fā)明的非環(huán)狀焊接區(qū)只接觸通孔的一部分，即小于360°，而不是如360°環(huán)狀焊接區(qū)那樣接觸電鍍通孔的全部周邊。非環(huán)狀焊接區(qū)和接觸通孔的線置放于通孔同一側(cè)其形狀最好為橢圓形。
采用非環(huán)狀焊接區(qū)可增加有效區(qū)域。例如，參照圖1，常規(guī)360°環(huán)狀焊接區(qū)10和帶擴(kuò)邊的常規(guī)360°環(huán)狀焊接區(qū)12連至通孔20和22。當(dāng)通孔中心位置相距0.05英寸時(shí)，只有兩根0.004英寸線16和18能放置于通孔20和22之間區(qū)域內(nèi)。
參照圖2，可看出非環(huán)狀焊接區(qū)40部分地包住通孔42。在通孔42中心間的0.05英寸區(qū)域內(nèi)可放置三根0.004英寸線46、48和50。當(dāng)環(huán)氧樹脂玻璃用作電路板的絕緣材料時(shí)，需要阻止線間短路的最小線距是2密耳。因此與使用常規(guī)焊接區(qū)時(shí)可用的有效區(qū)域比較，非環(huán)狀焊接區(qū)使有效區(qū)域顯著地增大。
現(xiàn)參照圖3，非環(huán)狀焊接區(qū)的最佳長度最好通過計(jì)算偏移距離d0來確定。偏移距離d0代表光刻過程中最佳圖形的標(biāo)線片從通孔中心偏離開的距離。
最佳偏移距離d0由下式確定d0＝2＋(rH－rI)＋t0－s其中t0是導(dǎo)體生產(chǎn)過程也即蝕刻過程的公差(當(dāng)公差為未知數(shù)時(shí)t0等于0)；s是導(dǎo)體線，這里也稱線，之間的最小間距，它隨著不同電路板設(shè)計(jì)而變化；Z是最近鄰線與通孔60邊緣間最小所希望距離；rH是所鉆出的通孔60半徑；rI是用于形成非環(huán)狀焊接區(qū)62的標(biāo)線片的半徑，rI最好與rH相同。
例如，在系統(tǒng)中Z是6.5密耳、rH是6密耳、S希望至少2密耳、t0是1.0密耳、rI是6密耳，則d0＝6.5＋(6－6)＋1.0－2.0d0＝5.5因此末次曝光時(shí)標(biāo)線片中心應(yīng)從通孔中心偏離5.5密耳。最好曝光三次第一次曝光時(shí)標(biāo)線片位于所需通孔位置之上方，最后曝光時(shí)標(biāo)線片位于偏離通孔中心5.5密耳處，而中間曝光時(shí)標(biāo)線片位于半中間即偏離通孔中心2.75密耳處。
如此處所用，認(rèn)為“長度”是沿連至非環(huán)狀焊接區(qū)的線的軸方向的非環(huán)狀焊接區(qū)的尺寸，系從通孔邊緣量至線邊緣。非環(huán)狀焊接區(qū)長度最好是Z減去(s＋t0)的數(shù)值的0.1至2倍，更好是0.5至0.75倍。當(dāng)然非環(huán)狀焊接區(qū)長度也可超過Z減去(s＋t0)的數(shù)值的2倍，但這樣就達(dá)不到增加有效區(qū)域的目的。而更小長度，即小于Z減去(s＋t0)的數(shù)值的0.1倍，將會增加連結(jié)的故障率，因此不擬予以推薦。一般情況下，當(dāng)采用這樣的小于Z減去(s＋t0)的數(shù)值的0.1倍的長度時(shí)，在非環(huán)狀焊接區(qū)和鄰線之間沒有足夠的絕緣材料，因此在非環(huán)狀焊接區(qū)和鄰線間會發(fā)生短路。
非環(huán)狀焊接區(qū)的寬度是沿垂直于焊接區(qū)長度方向的焊接區(qū)尺寸。非環(huán)狀焊接區(qū)寬度大干線寬，而非環(huán)狀焊接區(qū)的寬度可能超過所鉆通孔的寬度。非環(huán)狀焊接區(qū)的寬度最好小于或等于所鉆通孔寬度。
焊接區(qū)系由與線相同材料所制成，一般是銅。
首先使用常規(guī)光刻技術(shù)形成圖形。在玻璃或其它透明襯底上的光敏乳膠載體上曝光而得到所需非環(huán)狀焊接區(qū)圖形。用于形成非環(huán)狀焊接區(qū)的最佳方法示于圖4。常規(guī)圓形標(biāo)線片定中心于對應(yīng)于(X，Y)之處，這是通孔將要鉆通之處。乳膠最好用紫外線曝光。接著標(biāo)線片從通孔中心偏移，其偏移距離為用上述公式計(jì)算所得d0的一半。因此標(biāo)線片置于對應(yīng)于(X＋d0/2，Y)之外并進(jìn)行曝光。為獲得更長非環(huán)狀焊接區(qū)，最好將標(biāo)線片置于對應(yīng)于(X＋d0，Y)之外并再進(jìn)行第二次曝光。此時(shí)即將乳膠載體顯影。一般情況下非環(huán)狀焊接區(qū)只需足夠大以將真正通孔定位于最小鄰近導(dǎo)體間距處即可。
另一方案是，所加工圖形也即曝光掩模可做成非環(huán)狀焊接區(qū)所需形狀，而不是使用常規(guī)圓形標(biāo)線片來形成圖形。
接著將圖形用于傳統(tǒng)印制板光學(xué)成象過程，即將光學(xué)成象光刻膠涂于襯底上，并用穿過圖形的光化射線曝光。使用常規(guī)過程將光刻膠常規(guī)地進(jìn)行顯影以形成所需圖案。最好使用減色法，以便在將光刻膠顯影后即獲得最終非環(huán)狀焊接區(qū)圖形。未曝光的光刻膠用常規(guī)溶劑清除掉，留下的已曝光的光刻膠具有所需圖形。接著用腐蝕劑將不受已曝光的光刻膠所遮蓋的金屬清除掉。已曝光的光刻膠即被剝離，留下包括所需非環(huán)狀焊接區(qū)在內(nèi)的最后導(dǎo)電圖形。
作為另一方案，或作為附加方案，可使用常規(guī)附加過程。在這類附加過程中，光刻膠顯影后，其間之區(qū)域決定電路圖形。使用諸如附加電鍍這樣的常規(guī)方法即可在此區(qū)域內(nèi)形成電路。電鍍后，將光刻膠剝離，留下包括所需非環(huán)狀焊接區(qū)在內(nèi)的最后導(dǎo)電圖形。
在將“芯”襯底組裝成組合結(jié)構(gòu)時(shí)，將芯定位，也即將它們對齊，以便對所需疊層做適當(dāng)連接。然后將組裝件鉆孔以形成所需通孔，并使用電解式或無電鍍銅方法將通孔常規(guī)地進(jìn)行鍍銅。另一方案是將通孔充以導(dǎo)電膠。其結(jié)果是鍍銅的通孔如圖3所示與非環(huán)狀焊接區(qū)接觸。
例1具有2密耳的最小線間距離和包括本發(fā)明的非環(huán)狀焊接區(qū)的薄光卡制備如下。將一片直徑為0.011英寸的圓形不透明標(biāo)線片置于光敏乳膠層上，后者涂在透明襯底上，以備制作圖形。將標(biāo)線片置于所需通孔中心處并用紫外線曝光。將標(biāo)線片從通孔中心偏移3密耳，進(jìn)行曝光，第二次再偏移3密耳和再曝光。取走標(biāo)線片并將乳膠顯影以產(chǎn)生圖形。在具有0.050×0.025英寸網(wǎng)格尺寸的板上放置的0.0014英寸銅膜上使用由DuPont Chemical Company生產(chǎn)名為“Resiston”的現(xiàn)成的常規(guī)負(fù)光刻膠。該光刻膠用穿過圖形的光化射線曝光并用常規(guī)方法顯影。將卡蝕刻以確定焊接區(qū)，然后剝離光刻膠。在完成包括疊片、引線和定位等幾道常規(guī)制造步驟后，使用0.010英寸鉆頭鉆出通孔。使用電解式鍍銅方法將通孔常規(guī)地進(jìn)行電鍍，從而形成直徑為0.008英寸的通孔和寬度為0.010英寸、長度為0.006英寸的凸區(qū)。該卡一部分的接線圖形示于圖5。
例2其S值為2密耳并包括本發(fā)明的非環(huán)狀焊接區(qū)的卡制備如下。將一片直徑為0.009英寸的圓形不透明標(biāo)線片置于光敏乳膠層上，后者涂在透明襯底上，以備制作圖形。將標(biāo)線片置于所需通孔中心處并用紫外線曝光。將標(biāo)線片從通孔中心偏移3密耳，進(jìn)行曝光，第二次再偏移3密耳和再曝光。取走標(biāo)線片并將乳膠顯影以產(chǎn)生圖形。在具有0.050×0.025英寸網(wǎng)格尺寸的板上放置的0.0014英寸銅膜上使用由Dupont生產(chǎn)名為Resiston的現(xiàn)成的常規(guī)負(fù)光刻膠。該光刻膠用穿過圖形的光化射線曝光并用常規(guī)方法顯影。將卡蝕刻以確定焊接區(qū)，然后剝離光刻膠。其次，使用0.008英寸鉆頭鉆出通孔。使用電解式鍍銅方法將通孔常規(guī)地電鍍，從而形成直徑為0.006英寸的通孔和寬度為0.008英寸和長度為0.006英寸的焊接區(qū)。其接線圖形示于圖6。
例3
包括本發(fā)明的非環(huán)狀焊接區(qū)的卡制備如下。將一片直徑為0.011英寸的圓形不透明標(biāo)線片置于光敏乳膠層上，后者涂于透明襯底上，以備制作圖形。將標(biāo)線片置于所需通孔中心處并用紫外線曝光。將標(biāo)線片從通孔中心偏移3密耳，進(jìn)行曝光，第二次再偏移3密耳和再曝光。取走標(biāo)線片并將乳膠顯影以形成圖形。在具有0.050×0.025英寸網(wǎng)格尺寸的板上放置的0.0014英寸銅膜上使用由Dupont Chemical Company生產(chǎn)名為“Resiston”的現(xiàn)成的常規(guī)負(fù)光刻膠。該光刻膠用穿過圖形的光化射線曝光并用常規(guī)方法顯影。將卡蝕刻以確定焊接區(qū)，然后剝離光刻膠。其次，使用0.010英寸鉆頭鉆出能通孔。使用電解式鍍銅方法將通孔常規(guī)地電鍍，從而形成直徑為0.008英寸的通孔和寬度為0.010英寸和長度為0.006英寸的焊接區(qū)。其接線圖示于圖7。
如圖1所示，使用非環(huán)狀焊接區(qū)可以增大相距50密耳遠(yuǎn)的通孔間的有效區(qū)域。其結(jié)果是騰出地方，可在兩條線之外再附加一條寬度為0.004英寸的第三條線，從而提高布線率50％，接下去，在一個(gè)面上提高布線能力后，可在一定應(yīng)用場合下減少所需接線平面的數(shù)量。
將卡置于仿真的卡組裝過程中，即可確定線連結(jié)的可靠性。這些卡要經(jīng)受加速的熱循環(huán)和絕緣電阻測試，以便仿真數(shù)小時(shí)的通電和與通數(shù)電循環(huán)相關(guān)連的熱周期。仿真過程中并未發(fā)生非環(huán)狀焊接區(qū)的故障。
雖然只顯示和描述了本發(fā)明的一些實(shí)施例，但在不背離由所附權(quán)利要求書所定義的本發(fā)明范圍的情況下可做不同修正和改變。
權(quán)利要求
1.一塊具有在其上放置的一條線和至少一個(gè)通孔以及包括一個(gè)焊接區(qū)的電路板，該通孔在它中間具有一種導(dǎo)電材料，該焊接區(qū)部分地包住該通孔并與該導(dǎo)電材料和該線相連。
2.權(quán)利要求1的電路板，其特征在于該焊接區(qū)寬度的范圍為自大于線寬至小于或等于通孔寬度。
3.權(quán)利要求1的電路板，其特征在于包括一條鄰近于該通孔的第二條線，其長度等于0.1至2乘上Z－(t0＋S)，其中Z是通孔邊緣與鄰線間的所希望最小距離，S是導(dǎo)線間所希望最小距離，而t0是蝕刻過程的公差或0。
4.權(quán)利要求2的電路板，其特征在于其長度為0.1至2乘上Z－(t0＋S)，其中Z是通孔邊緣與鄰線間的所希望最小距離，S是導(dǎo)線間所希望最小距離，而t0是蝕刻過程的公差或0。
5.權(quán)利要求1的電路板，其特征在于該導(dǎo)電材料包括所鍍金屬。
6.權(quán)利要求1電路板，其特征在于該導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電膠。
7.一種用于在電路板上形成焊接區(qū)的方法a.提供在其上放置線的襯底；b.在襯底上提供通孔位置；c.在襯底上通孔位置上形成金屬膜；d.在所需通孔位置上鉆透金屬膜以形成通孔；以及e.在所述通孔內(nèi)放置導(dǎo)電材料以提供焊接區(qū)，所述焊接區(qū)部分地包住所述通孔并將線連至通孔內(nèi)導(dǎo)電材料。
8.權(quán)利要求7的方法，其特征在于該導(dǎo)電材料包括所鍍金屬。
9.權(quán)利要求7的方法，其特征在于該導(dǎo)電材料包括導(dǎo)電膠。
10.權(quán)利要求7的方法，其特征在于該焊接區(qū)長度由下式?jīng)Q定d0＝z＋(rH－rI)＋t0－s，其中Z是通孔邊緣與最近的鄰線間所希望最小距離，t0是蝕刻過程公差或0，rH是通孔半徑，rI是用以形成非環(huán)狀焊接區(qū)的標(biāo)線片半徑，及d0是標(biāo)線片的偏移距離。
11.權(quán)利要求7的方法，其特征在于該焊接區(qū)長度為自0.1至2乘上Z＋t0－s，其中Z是通孔邊緣與最近的鄰線間所希望最小距離，S是導(dǎo)線間所希望最小間距及t0是蝕刻過程的公差或0。
12.權(quán)利要求7的方法，其特征在于該焊接區(qū)寬度范圍為自大于線寬至小于或等于通孔寬度。
13.權(quán)利要求11的方法，其特征在于該焊接區(qū)寬度范圍為自大于線寬至小于或等于通孔寬度。
全文摘要
本發(fā)明提供不完全包住通孔的非環(huán)狀焊接區(qū)，從而增大有效區(qū)域。非環(huán)狀焊接區(qū)不是球狀的，即它們并不遍布通孔360°。這些非環(huán)狀焊接區(qū)與通孔的接觸最好不超過一邊，從而提供使用常規(guī)焊接區(qū)所無法利用的有效區(qū)域。本發(fā)明還涉及用于生產(chǎn)這類非環(huán)狀焊接區(qū)的方法。
文檔編號H05K1/11GK1128487SQ9511555
公開日1996年8月7日 申請日期1995年8月21日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月16日
發(fā)明者伊萬·伊沃爾·喬伯特, 羅伯特·安東尼·馬東, 小瑟斯頓·布里斯·楊 申請人:國際商業(yè)機(jī)器公司