制造增强层压芯及其装置的方法和设计结构的制作方法

制造增强层压芯及其装置的方法和设计结构的制作方法
【专利摘要】本申请涉及制造增强层压芯及其装置的方法和设计结构。一种装置，具有插入到基底与第一导电迹线之间的电容率衰减层，其中电容率衰减层包括包含功能化的碳纳米材料(诸如功能化的单壁碳纳米管(f?SWNT))的树脂基体。在一些实施例中，用于设计、制造或测试该装置的设计结构被有形地体现在机器可读介质中。在一些实施例中，该装置包括用在印刷线路板(PWB)中的增强层压芯，该层压芯包含具有内腿导电迹线和外腿导电迹线的差分对。电容率衰减层被插入到内腿导电迹线与层压芯之间，其中电容率衰减层中的f?SWNT的装载量被选择为将内腿导电迹线的电容率衰减到与外腿导电迹线的电容率相匹配。
【专利说明】
制造増强层压芯及其装置的方法和设计结构
技术领域
[0001] 本发明一般涉及印刷线路板(PWB)和其它基底，并且涉及用于其的设计结构。更具 体地，本发明涉及通过在PWB或其它基底的导电迹线与基底之间插入包含功能化的碳纳米 材料(诸如功能化的单壁碳纳米管(f-SWNT))的电容率衰减层来调整信号通过导电迹线的 传播速度，并且涉及用于其的设计结构。

【发明内容】

[0002] 根据本发明的一些实施例，装置具有插入到基底与第一导电迹线之间的电容率衰 减层，其中电容率衰减层包括包含功能化的碳纳米材料(诸如功能化的单壁碳纳米管(f_ SWNT))的树脂基体。在本发明的一些实施例中，用于设计、制造或测试该装置的设计结构被 有形地体现在机器可读介质中。在本发明的一些实施例中，该装置包括用在印刷线路板 (PWB)中的增强层压芯，该增强层压芯包含具有内腿（inner-leg)导电迹线和外腿(outer-leg)导电迹线的差分对。电容率衰减层被插入到内腿导电迹线与层压芯之间，其中电容率 衰减层中的f-SWNT的装载量(loading level)被选择为将内腿导电迹线的电容率衰减到与 外腿导电迹线的电容率相匹配。因此，根据本发明的一些实施例，有可能消除或至少显著地 减少对内歪斜(in-pair skew)。
【附图说明】
[0003] 将在下文中结合附图来描述本发明的实施例，其中相同的标号表示相同的元件。
[0004] 图1是根据本发明的一些实施例的通过阶段l(a)-l(f)的序列示出构造具有电容 率衰减层的增强层压芯的方法的流程图，其中电容率衰减层包含功能化的碳纳米材料，诸 如功能化的单壁碳纳米管(f-SWNT)，其中电容率衰减层被插入到层压芯与差分对的内腿导 电迹线之间。
[0005] 图2是根据本发明的一些实施例的示出功能化的单壁碳纳米管(f-SWNT)的示例性 合成的化学反应图。
[0006] 图3是根据本发明的一些实施例的示出功能化的单壁碳纳米管(f-SWNT)的另一种 示例性合成的化学反应图。
[0007] 图4是根据本发明的一些实施例的示出用在印刷线路板(PWB)，层压子复合物，互 连基底，柔性线缆，或半导体1C逻辑设计、制造和/或测试中的设计过程的流程图。
【具体实施方式】
[0008] 当在电路板级的印刷线路板(PWB)上（或者在芯片级的芯片上）走线(rout e)的导 电迹线的差分对上传播信号时，每个迹线传播镜像图像波形。即，差分对是沿其长度传送相 等且相反的信号的两个互补的导电迹线。差分对也被称为"差分迹线对"。
[0009] 当差分对走线通过转弯（turn)时，产生长度失配（即，差分对的外腿比差分对的内 腿长），从而导致劣化的信号完整性和增加的辐射电磁干扰(EMI)。对于本文档，包括权利要 求在内，术语"外腿导电迹线"是指差分对中位于由该差分对形成的转弯的外部的导电迹线 (即，这是通过该转弯的"较长的"导电迹线），而术语"内腿导电迹线"是指同一差分对中位 于由该差分对形成的转弯的内部的导电迹线（即，这是通过该转弯的"较短"导电迹线）。 [0010]通常，电气设计人员试图通过利用相等数量的右转弯补偿左转弯，或者经由在较 短的腿（即，内腿导电迹线)上包含一个或多个"环绕折叠线（trombone)"，来缓解在差分对 的走线中转弯产生的影响。环绕折叠线增加导电迹线的长度，其中环绕折叠线是从最直接 的路径的偏离。包含环绕折叠线的导电迹线偏离到周围的可用空间中，然后环回到其自身。 使用这样的环回（loopback)的做法被称为"环绕折叠(tromboning)"。关于环绕折叠线的附 加细节在美国专利No. 6，349，402B1中公开。
[0011] 这些用于缓解差分对的走线中转弯产生的影响的常规技术当中的每一种（即，利 用相等数量的右转弯补偿左转弯和"环绕折叠"）可能导致更复杂的布局和/或阻抗不连续。 一般而言并且在差分对的上下文中，由环绕折叠线引入的这些和其它有害影响在Brooks, "Adjusting Signal Timing(Part l)，"UltraCAD Design，Inc.，2003，ppl_9中公开。因此， 存在对用于消除或至少显著地减少对内歪斜的机制的需求，该机制不依赖于以上讨论的常 规缓解技术(即，利用相等数量的右转弯补偿左转弯和"环绕折叠"）中的任何一种。
[0012] 根据本发明的一些实施例，装置具有插入到基底与第一导电迹线之间的电容率衰 减层，其中电容率衰减层包括包含功能化的碳纳米材料(诸如功能化的单壁碳纳米管(f_ SWNT))的树脂基体。例如，该装置可以采用印刷线路板(PWB)、芯片或其它基底的形式，诸如 层压子复合物、互连基底(例如，内插器（interposer)或模炔基底）、或柔性线缆。印刷线路 板(PWB)也被称为印刷电路板(PCB)。
[0013] 在本发明的一些实施例中，用于设计、制造或测试这种装置的设计结构被有形地 体现在机器可读介质中。这些实施例涵盖该装置，因为它驻留在设计文件或设计结构（例 如，GDSII、GL1或OASIS数据文件）中。
[0014] 在本发明的一些实施例中，该装置包括用在印刷线路板(PWB)中的增强层压芯，该 增强层压芯包含具有内腿导电迹线和外腿导电迹线的差分对。电容率衰减层被插入到内腿 导电迹线与层压芯之间，其中电容率衰减层中的f-SWNT的装载量被选择为将内腿导电迹线 的电容率衰减到与外腿导电迹线的电容率相匹配。因此，根据本发明的一些实施例，有可能 消除或至少显著地减少对内歪斜，而不依赖于以上讨论的常规缓解技术(即，利用相等数量 的右转弯补偿左转弯和"环绕折叠"）中的任何一种。
[0015] 介电常数(Dk)是与PWB中的介电损耗相关的重要参数。Dk也被称为相对电容率。在 PWB层压板中，Dk是由介电材料(例如，环氧基树脂)隔开的导体之间的一对电容相对于在真 空中该对导体之间的电容的比率。PWB层压板的Dk会依赖于用来制造PWB层压板的PWB基底 材料以及信号频率而变化。具有较低的Dk值的PWB基底材料有助于较低的介电损耗。此外， 在由具有较高的Dk值的PWB基底材料制成的PWB层压板中，信号会更缓慢地传播通过导体。 事实上，传播延迟时间是PWB基底材料的Dk值的平方根的函数。
[0016] 随着信号速度增加（即，随着信号频率增加），对具有低Dk(例如，在l-3GHz，Dk< 4.0，优选地Dk〈3.7，更优选地Dk〈3.5)的PWB基底材料的需求变得关键。作为参考点，在1GHz 处FR4的Dk是近似4.3 AR4在许多PCB中被使用，它是由用环氧树脂清漆浸渍的编织玻璃织 物(woven glass fabric)构成的复合材料。
[0017]在这种具有低Dk的PWB基底材料的通用环境内，根据本发明的一些实施例，较高Dk 的局部区域（即，这些局部区域的Dk相对于周围PWB基底材料的Dk"较高"）被引入，以便在走 线通过这些区域的导电迹线的部分中产生预定量的信号传播延迟。这些较高Dk的局部区域 用于使走线通过这些区域的导电迹线的部分的电容率衰减。因此，这些较高Dk的局部区域 在本文中被称为"电容率衰减层"。本发明利用由插入到导电迹线与基底材料之间的电容率 衰减层引入的信号传播延迟效应，其中电容率衰减层包括包含功能化的碳纳米材料(诸如 功能化的单壁碳纳米管(F-SWNT))的树脂基体。可选地，除了功能化的碳纳米材料以外，电 容率衰减层可以在树脂基体中包含非功能化的（g卩，原始的）碳纳米材料，诸如非功能化的 单壁碳纳米管(SWNT)。
[0018] -般地，聚合物复合材料的电容率可以通过添加碳纳米材料来调整。在聚合物复 合材料中增加碳纳米材料的装载量通常增大电容率。例如，在500MHZ-5.5GHz处，SWNT聚合 物复合材料的真实电容率(Er)可以通过从Owt %至23wt %改变非功能化的单壁碳纳米管的 装载量按近似35X的因子来调节(增大）。
[0019]通常，在聚合物复合材料中增加非功能化的碳纳米材料的装载量与在该相同的聚 合物复合材料中增加功能化的碳纳米材料的装载量相比以快得多的速率增大电容率。SWNT 的功能化，例如，破坏碳纳米管中的导电网络并且由此极大地改变电容率及其它电特性。甚 至低程度的功能化(例如，SWNT被功能化为每100个碳原子包含单个官能团）除去SWNT中的 类金属Van Hove变换。因此，在给定的装载量，包含功能化的纳米材料的聚合物复合材料的 电容率会比包含非功能化的碳纳米材料的相同聚合物复合材料的电容率低得多。其全部内 容通过引用的方式被并入本文的Higginbotham et al·，"Tunable Permittivity of Polymer Composites through Incremental Blending of Raw and Functionalized Single-Wall Carbon Nanotubes''，J.Phys.Chem.C，2007，Vol.lll，pp 17751-17754公开了 通过简单地将两种类型的单壁碳纳米管(f-SWNT和原始SWNT)以变化的比率一起混合到相 同的有机硅弹性体基体中，同时将作为结果的复合物所包括的SWNT的总重量百分比保持恒 定为0.5wt%，作为结果的复合物的真实电容率(Er)可以被调整为20和3之间的任何期望的 值。
[0020] 如上所示，本发明利用由插入到导电迹线与基底材料之间的电容率衰减层引入的 信号传播延迟效应，其中电容率衰减层包括包含功能化的碳纳米材料(诸如f-SWNT)的树脂 基体。可选地，除了功能化的碳纳米材料以外，电容率衰减层可以包含非功能化的（即，原始 的)碳纳米材料，诸如非功能化的SWNT。电容率可以依赖于电容率衰减层的树脂基体中的功 能化的碳纳米材料和非功能化的碳纳米材料(如果有的话）的功能化的程度和/或(一个或 多个)装载量而变化。
[0021] 电容率衰减层可以例如被插入到差分对的内腿导电迹线与基底之间以减缓信号 传播通过内腿导电迹线。优选地，电容率衰减层只在差分对穿过的转弯所限定的长度失配 区域（即，这个长度失配区域从外腿和内腿导电迹线之间的长度失配开始附近的位置延伸 到该长度失配结束附近的位置）中被插入到差分对的内腿导电迹线与基底之间。差分对穿 过的转弯通常用角度来表示(例如，45°、90°等等）。
[0022] 因此，根据本发明的一些实施例，有可能改变复合层压材料的电容率来考虑这种 差分对穿过的角度。因此，有可能改变复合层压材料的电容率以消除或至少显著地减少对 内歪斜。此外，根据本发明的一些实施例，树脂基体中的碳纳米材料的功能性可以匹配到复 合层压材料，并且因此功能化的碳纳米材料变成基体的一部分(共价键合到该基体）。
[0023] 根据本发明的一些实施例可以使用的碳纳米材料（以非功能化和/或功能化的形 式)可以是或者中空的(例如，碳纳米管(CNT))
[0024] 或者实心的（例如，碳纳米纤维(CNF))。碳纳米管包括单壁碳纳米管(SWNT)和多壁 碳纳米管(MWNT)。
[0025] 根据本发明的一些实施例可以使用的市售SWNT(以非功能化和/或功能化的形式） 包括但不限于可以从美国加州31111115^316的1]11丨(15〇]1公司获得的把？〇〇3￥1'11'。
[0026] 根据本发明的一些实施例可以使用的市售MWNT(以非功能化和/或功能化的形式） 包括但不限于可以从日本东京的Showa Denko K.K获得的VGCF和VGCF-H以及可以从美国加 州San Francisco的CNano Technology获得的FloTube 9000。
[0027] 根据本发明的一些实施例可以使用的市售CNF(以非功能化和/或功能化的形式） 包括但不限于可以从美国Cedarvi 1 le，0H的Pyrograf Products公司获得的Pyrograf-111 (PR-19-XT-LHT)〇
[0028] 根据本发明的一些实施例，电容率衰减层的树脂基体中的功能化的碳纳米材料的 装载量（以及可选地，非功能化的碳纳米材料的装载量)可以基于期望的电容率衰减/信号 传播延迟的量根据经验来确定。通常，功能化和非功能化的碳纳米材料两者的总装载量会 在从0. lwt%至25wt%的范围内。功能化的碳纳米材料的装载量可以表示总装载量的任何 部分或整体。
[0029] 根据本发明的一些实施例，线路图（例如，示出PWB、层压子复合物或其它基底的差 分对的各个导电迹线的走线)可以被用来确定功能化的SWNT(和/或其它功能化的碳纳米材 料以及，可选地，非功能化的碳纳米材料)需要被包含的位置。功能化的SWNT(和/或其它功 能化的碳纳米材料以及，可选地，非功能化的碳纳米材料)可以经由常规的光刻技术被包含 在需要的地方(例如，在差分对穿过的转弯限定的长度失配区域中的差分对的内腿导电迹 线的下面）。图1示出了一种这样的实施例。
[0030] 图1是根据本发明的一些实施例、通过阶段l(a)-l(f)的序列示出构造具有电容率 衰减层的增强层压芯的方法1〇〇的流程图，其中电容率衰减层包含功能化的碳纳米材料，诸 如功能化的单壁碳纳米管(f-SWNT)，其中电容率衰减层被插入到层压芯与差分对的内腿导 电迹线之间。在图1中，阶段l(a)-l(f)当中的每一个是相同部分在增强层压芯的构造的相 继阶段的部分截面视图，其中增强层压芯被进一步处理以产生PWB。
[0031] 在方法100中，下面讨论的步骤(步骤105、110、115、120和125)被执行。按这些步骤 的优先次序对它们进行阐述。但是，必须理解的是，各个步骤可以同时发生或者相对于彼此 在其它时间发生。此外，本领域技术人员将认识到，一个或多个步骤可以被省略。
[0032] 图1的阶段1(a)示出了层压芯102的部分截面图。层压芯102可以例如由清漆涂层 浸渍的玻璃布或其它玻璃纤维基底构成。玻璃布通常由按正交方式编织在一起的玻璃纤维 束构成，这些束通常彼此垂直。清漆涂层可以是任何合适的树脂，包括但不限于，环氧基树 月旨、双马来酰亚胺三嗪（BT)树脂、聚苯醚（ΡΡ0) (polyphenylene oxide)/异氰尿酸三稀 (TAIC) (triallylisocyanurate)复合物以及它们的组合。合适的环氧基树脂包括但不限 于，双酸A型环氧树脂(bisphenol-A type epoxy resin)、聚乙二醇二环氧化物液态树脂 (polyglycol di-epoxide liquid resin)等等。由双酸A和环氧氯丙烷产生的双酸A型环氧 树脂是市售的。依赖于应用，诸如聚乙二醇双环氧化物液态树脂之类的柔性树脂可以是优 选的，以便赋予柔性。由聚丙二醇和表氯醇产生的聚乙二醇双环氧化物液态树脂是市售的。 [00 33] 方法100以将光致抗蚀剂(photoresist)(在下面描述的阶段1(b)中示为104)层压 到层压芯102开始，随后是常规的曝光和显影工艺，以打开层压芯102上的各个区域(例如， 在下面描述的阶段1(b)中示出的区域108)，包括层压芯102上将需要电容率修改的那些区 域(步骤105)。
[0034] 图1的阶段1(b)示出了具有层压在其上的光致抗蚀剂104并且具有通过常规的曝 光和显影工艺在光致抗蚀剂104中被打开的区域108的层压芯102的部分截面图。开口区域 108对应于将形成差分对(在下面描述的阶段1(f)中示为122)的内腿导电迹线(在下面描述 的阶段1(f)中示为120)并且需要经由电容率衰减层(在下面描述的阶段1(c)中示为114)的 形成对电容率进行修改的区域。因此，开口区域108在本文中也被称为"电容率衰减层形成 区域"。
[0035] 开口区域108需要电容率修改，但将形成差分对122的外腿导电迹线(在下面描述 的阶段1(f)中示为118)的相邻区域不需要电容率修改。因此，包含功能化的纳米材料，诸如 f-SWNT(以及，可选地，非功能化的碳纳米材料，诸如非功能化的SWNT)的电容率衰减层114 被施加到开口区域108。此后在方法100的描述中，f-SWNT和非功能化的SWNT将被用作示例 性功能化和非功能化的碳纳米材料。但是，本领域技术人员将认识到，代替f-SWNT和非功能 化的SWNT或者除了f-SWNT和非功能化的SWNT以外，任何合适的功能化和非功能化的碳纳米 材料都可以被使用。
[0036] 优选地，电容率衰减层114只在由差分对穿过的转弯限定的长度失配区域中被插 入到差分对的内腿导电迹线与基底之间，即，这个长度失配区域从外腿和内腿导电迹线之 间的长度失配开始附近的位置延伸到该长度失配结束附近的位置。因此，对于走线通过多 个转弯（即，导电迹线是差分对的内腿的转弯）的导电迹线，有可能由单独的电容率衰减层 使其电容率在每个这样的转弯处衰减。此外，在差分对走线通过多个转弯的情况下，差分对 的两个导电迹线均有可能使其电容率被衰减(例如，导电迹线中的一个是第一转弯中的内 腿并且导电迹线中的另一个是第二转弯中的内腿）。
[0037] 在图1所示的实施例中，通过激光烧蚀层压芯102以及向在开口区域108中暴露的 层压芯102的激光烧蚀表面施加电容率衰减层114 (步骤110 )，方法100继续，其中电容率衰 减层114包含f-SWNT以及可选地包含非功能化的SWNT。
[0038] 在步骤110中，层压芯102在区域108中被激光烧蚀到合适的深度。本领域技术人员 将认识到，激光烧蚀的深度会依赖于应用而变化。通常，在不会不利地影响基底的情况下， 期望激光尽可能深地烧蚀到基底中。
[0039] 而且在步骤110中，f-SWNT以及，可选地，非功能化的SWNT可以按足以实现合适的 装载量的量混入到合适的树脂载体(例如，未固化的环氧基树脂）中，然后经由本领域中众 所周知的任何数量的常规技术沉积在开口区域108上以形成树脂涂层（即，电容率衰减层 114，处于至少部分未固化的状态）。用于施加具有混合在其中的f-SWNT和非功能化的SWNT (如果有的话）的树脂载体的合适技术包括但不限于网涂（screen coating)、喷涂和浸涂/ 化学涂。优选地，当被固化时，树脂载体键合到层压芯102的清漆涂层。
[0040] 合适的树脂载体包括但不限于，环氧基树脂、双马来酰亚胺三嗪(BT)树脂、聚苯醚 (ΡΡ0)/异氰尿酸三烯(TAIC)复合物以及它们的组合。
[0041] 树脂载体中f-SWNT和非功能化的SWNT(如果有的话）的装载量可以基于期望的电 容率衰减/信号传播延迟的量根据经验来确定。
[0042] 具有混合在其中的f-SWNT和非功能化的SWNT(如果有的话)的树脂载体被施加，以 形成具有合适厚度的树脂涂层电容率衰减层114。本领域的技术人员将认识到，电容率衰减 层114的厚度会依赖于应用而变化。通常，期望形成与基底的表面齐平的电容率衰减层114， 在这种情况下，电容率衰减层114的厚度是由激光烧蚀的深度限定的。优选地，（由在光致抗 蚀剂104中开口的区域108限定的）电容率衰减层114的宽度被选择为对应于内腿导电迹线 120的宽度。
[0043]图1的阶段1(c)示出了层压芯102的部分截面图，在光致抗蚀剂104中开口的区域 108中具有应用到其中的电容率衰减层114。
[0044] 方法100通过固化树脂涂层（即，电容率衰减层114,处于至少部分未固化的状态） 然后剥离光致抗蚀剂1〇4(步骤115)继续。固化和剥离可以通过利用本领域中众所周知的各 种常规技术中的任何一种来完成。在步骤115中，固化电容率衰减层114中的树脂既用于将 电容率衰减层114键合到层压芯102又将功能化的SWNT和非功能化的SWNT(如果有的话)键 合到芯材料。
[0045] 图1的阶段1(d)示出了在光致抗蚀剂被剥离之后层压芯102和电容率衰减层114的 部分截面图。
[0046] 方法100通过将铜箱(在下面描述的阶段1(e)中是116)层压到层压芯102和电容率 衰减层114上(步骤120)继续。铜层压可以通过利用本领域中众所周知的各种常规的铜箱层 压技术中的任何一种来完成。
[0047] 图1的阶段1(e)示出了在铜箱116被层压到层压芯102和电容率衰减层114之后层 压芯102和电容率衰减层114的部分截面图。
[0048] 方法100通过蚀刻铜箱（步骤125)继续。这形成铜迹线，即，层压芯102上的外腿导 电迹线120和电容率衰减层114上的内腿导电迹线118。铜蚀刻可以通过利用本领域中众所 周知的各种常规铜蚀刻技术中的任何一种来完成。
[0049] 图1的阶段1(f)示出了增强层压芯117的部分截面图，增强层压芯117包括层压芯 102、在层压芯102上形成的外腿导电迹线118、以及与电容率衰减层114物理且电气接触而 形成的内腿导电迹线120。外腿导电迹线118的走线的一部分和内腿导电迹线120的走线的 一部分在阶段1(f)中以虚线示出。外腿导电迹线118和内腿导电迹线120-起定义差分对 122的一部分。
[0050] 因为内腿导电迹线120在包含f-SWNT以及可选地包含非功能化的SWNT的电容率衰 减层114上形成并与其电接触，因此内腿导电迹线120的电容率可以被衰减到与外腿导电迹 线118的电容率相匹配。这种电容率修改可以例如通过更改用于产生电容率衰减层114的树 脂载体中的f-SWNT的装载量和非功能化的SWNT(如果有的话)的装载量来容易地实现。以这 种方式，电容率可以被修改以适应迹线的几何结构，以确保对内歪斜被消除或至少显著地 减少。
[0051 ]用来产生电容率衰减层的树脂载体中f-SWNT的装载量和非功能化的SWNT(如果有 的话)的装载量可以基于期望的电容率衰减/信号传播延迟的量根据经验来确定。
[0052] 在步骤125之后，增强层压芯117可以经受本领域中众所周知的常规的内芯处理步 骤以完成PWB的构造。例如，可以通过利用温度和压力使用部分固化的清漆/玻璃层(通常处 于一种或多种"预浸料"的形式)将多个芯(其中的一个或多个对应于增强层压芯117)层压 到一起，从而使清漆涂层在层之间流动，以形成稳健的复合层压结构。被称为"预浸料"的片 材是利用或者干燥或者至少部分固化的树脂溶液浸渍的玻璃布。
[0053] 图2是根据本发明的一些实施例、示出功能化的单壁碳纳米管(f-SWNT)的示例性 合成的化学反应图。使用图2中所示的示例性合成、图3中所示的示例性合成、或者本领域技 术人员已知的各种其它合成流程中的任何一种，SWNT可以被容易地功能化。图2中所示的反 应方案有三个步骤。
[0054] 在图2中所示的反应方案中的第一步中，通过将SWNT在硝酸(HN〇3)和硫酸(H2S〇4) 的混合物(1:3- 3:1)中在140 °C下反应近似5个小时，SWNT被功能化为包括羧酸官能团。 [0055]在图2中所示的反应方案的第二步中，通过将在第一步中制备的功能化的SWNT与 亚硫酰氯(S0C12)在80°C反应近似24小时，在第一步中制备的功能化的SWNT被进一步功能 化为包括氯官能团。
[0056]在图2中所示的反应方案的第三步中，通过与最后的试剂(例如，或者胺(R-NH2)或 者醇(R-OH))反应，在第二步中制备的功能化的SWNT被进一步功能化为包括或者胺官能团 或烷氧基官能团。R可以是任何合适的有机官能团。R优选地是包括至少一个能够与树脂基 体反应并结合到树脂基体的部分(例如，乙烯基-、烯丙基-、胺-、酰胺-、或含环氧基的部分） 的基体反应团。通过对最终试剂的明智选择，SWNT可以被功能化以结合到树脂基体。
[0057] 图3是根据本发明的一些实施例、示出功能化的单壁碳纳米管(f-SWNT)的另一种 示例性合成的化学反应图。如上所示，通过使用图2中所示的示例性合成、图3中所示的示例 性合成、或者本领域技术人员已知的各种其它合成流程中的任何一种，SWNT可以被容易地 功能化。图3中所示的反应方案有利地通过使用单个步骤在无溶剂条件下制备f-SWNT。
[0058] 在图3中所示的反应方案中，通过在过量的亚硝酸异戊酯中使用4-叔-R-苯胺， SWNT被功能化。这些反应组分被加热到在80 °C回流2小时。R可以是Cl、Br、N02或任何合适的 有机官能团。合适的有机官能团包括但不限于，叔丁基和C0 2CH3。图3中所示的反应方案基于 全部内容通过引用的方式并入本文的Dyke et al·，"Solvent-Free Functionalization of Carbon Nanotubes，"J.Am.Chem.Soc.，2003，Vol.l25，No.5，pp 1156-1157所公开的流 程。根据本发明的一些实施例，R优选地是包括至少一个能够与树脂基体反应并结合到树脂 基体的部分(例如，乙烯基-、烯丙基-、胺-、酰胺-或包含环氧基的部分)的基体反应团。通过 对最终试剂的明智选择，SWNT可以被功能化以结合到树脂基体。
[0059] 预言性示例
[0060] 功能化。在这个预言性示例中，f-SWNT在无溶剂状况下制备。通过在过量的亚硝酸 异戊酯中使用4-叔丁基苯胺（2.5相当于SWNT碳），Hipco SWNT(美国加州Sunnyvale的 Unidym公司）被功能化。这些反应组分被加热到在80 °C回流2小时。在反应后，将反应产物冷 却至室温(r.t.)，之后通过使用本领域中众所周知的技术进行提纯。
[0061] 混合。在这个预言性示例中，使用环氧树脂制剂。但是，本领域技术人员将认识到， 代替这个预言性示例中使用的特定环氧树脂制剂或除了这个预言性示例中使用的特定环 氧树脂制剂以外，任何合适的树脂都可以被使用。在该预言性示例中使用的环氧树脂制剂 包括:EPIKOTE树脂828LVEL(可以从俄亥俄州Columbus的Momentive Specialty Chemicals 公司获得）（100份）；双氰胺(5份）；和2-乙基-4-甲基咪唑（1份hEPIKOTE树脂828LVEL是从 双酸A和表氯醇产生的双酸A型环氧树脂。双氰胺和2-乙基-4-甲基咪唑是常用的固化剂。
[0062]而且，在这个预言性示例中，作为结果的复合物中所包括的SWNT(f_SWNT单独、非 功能化的SWNT单独、或两者兼有)的总重量百分比保持恒定为近似lwt%。但是，本领域技术 人员将认识到，SWNT的总重量百分比可以是任何合适的值(例如，O.lwt%至25wt%)。优选 地，SWNT的总重量百分比被选择以适应不同的电容率衰减层所需要的电容率衰减/信号传 播延迟的预期范围（即，从最小预期电容率衰减/信号传播延迟到最大预期电容率衰减/信 号传播延迟KSWNT的总重量百分比可以例如基于这样的电容率衰减/信号传播延迟的预期 范围根据经验来确定。在这个预言性示例的SWNT的lwt %总重量百分比内工作，电容率衰减 层的树脂基体中f_SWNT(0wt%至lwt% )和非功能化的SWNT(lwt%至Owt% )的各装载量可 以基于特定电容率衰减层所需要的电容率衰减/信号传播延迟的特定量根据经验来确定。 [0063]而且，在这个预言性示例中，氯仿被用作在其中要分散SWNT的溶剂。氯仿仅仅是适 合与环氧树脂共同使用的示例性溶剂。本领域技术人员将认识到，代替氯仿或除了氯仿以 外，任何适合的溶剂都可以被使用。适于与环氧树脂共同使用的溶剂包括但不限于氯仿、二 甲苯、正丁醇、甲苯、THF、以及它们的组合。
[0064]在这个预言性示例中，对于若干样本当中的每一个，由浴超声处理（bath sonication)将25mg总碳重量的SWNT(f-SWNT单独、非功能化的SWNT、或两者兼有)分散到最 小量的氯仿中。在每个样本中，f-SWNT的装载量相对于非功能化的SWNT的装载量被表示为 一个比率。例如，在这个预言性示例的1:0样本中，在功能化步骤中制备的一些f-SWNT (25mg)被分散到氯仿中。在这个预言性示例的1:1样本中，在功能化步骤中制备的一些f-SWNT( 12 · 5mg)和Hipco SWNT(美国加州Sunnyvale的Unidym公司）（12 · 5mg)被分散到氯仿 中。在这个预言性示例的0:1样本中，Hipco SWNT(美国加州Sunnyvale的Unidym公司）（25毫 克)被分散到氯仿中。然后，这种氯仿混合物与ΕΡΙΚ0ΤΕ树脂828LVEL(2.50g)组合。然后，利 用连续搅拌将氯仿溶剂从该混合物中蒸发。这种蒸发通过在连续搅拌的混合物之上引导气 流很容易完成（在具有尚效通风的通风樹中）。然后在真空炉中将混合物加热至60°C持续2 小时，以除去任何残留的氯仿溶剂。然后，双氰胺（125mg)和2-乙基-4-甲基咪唑(25mg)作为 固化剂被添加，并且在其中混合了 SWNT的作为结果的环氧树脂制剂被充分搅拌。
[0065]施加、固化等。在其中混合了 SWNT的环氧树脂制剂经由网涂被施加到层压芯，以形 成树脂涂层（即，上述图1中所示的方法100的步骤110)。树脂涂层最初在100°c被固化1小 时，随后在150°c被固化1小时，以形成电容率衰减层（即，上述图1中所示的方法100的步骤 115)。随后利用本领域中众所周知的常规铜箱层压和蚀刻技术在电容率衰减层上形成铜迹 线（即，上述图1中所示的方法100的步骤120和125)。1:0样本产生最小量的电容率衰减/信 号传播延迟。1:1样本产生中间量的电容率衰减/信号传播延迟。0:1样本产生最大量的电容 率衰减/信号传播延迟。
[0066]预言性示例结束。
[0067]图4是在例如印刷线路板(PWB)、层压子复合物、互连基底或半导体设计、制造和/ 或测试中使用的设计过程的流程图。设计流程400包括用于处理设计结构或器件以产生上 述以及图1中示出的设计结构和/或器件的逻辑上或其他功能上等效表示的过程、机器和/ 或机制。由设计流程400处理和/或产生的设计结构可以在机器可读传输或存储介质上被编 码以包括数据和/或指令，所述数据和/或指令在数据处理系统上执行或以其他方式处理 时，产生硬件组件、电路、器件或系统的逻辑上、结构上、机械上或其他功能上的等效表示。 机器包括但不限于用于印刷线路板、层压子复合物、互连基底或1C设计过程(例如设计、制 造或仿真电路、组件、器件或系统）的任何机器。例如，机器可以包括：用于产生掩模的光刻 机、机器和/或设备(例如电子束直写仪）、用于仿真设计结构的计算机或设备、用于制造或 测试过程的任何装置，或用于将所述设计结构的功能上的等效表示编程到任何介质中的任 何机器(例如，用于对可编程门阵列进行编程的机器）。
[0068] 设计流程400可随被设计的表示类型而不同。例如，用于构建专用IC(ASIC)的设计 流程400可能不同于用于设计标准组件的设计流程400,或不同于用于将设计实例化到可编 程阵列(例如，由Altera?In C.或Xilinx?InC.提供的可编程门阵列(PGA)或现场可编程 门阵列(FPGA))中的设计流程400。
[0069] 图4示出了多个此类设计结构，其中包括优选地由设计过程410处理的输入设计结 构420。设计结构420可以是由设计过程410生成和处理以产生硬件器件的逻辑上等效的功 能表示的逻辑仿真设计结构。设计结构420还可以或备选地包括数据和/或程序指令，所述 数据和/或程序指令由设计过程410处理时，生成硬件器件的物理结构的功能表示。无论表 示功能和/或结构设计特性，均可以使用例如由芯开发人员/设计人员实施的电子计算机辅 助设计(ECAD)生成设计结构420。当编码在机器可读数据传输、门阵列或存储介质上时，设 计结构420可以由设计过程410内的一个或多个硬件和/或软件模块访问和处理以仿真或以 其他方式在功能上表示例如图1中示出的那些电子组件、电路、电子或逻辑模块、装置、器件 或系统。因此，设计结构420可以包括文件或其他数据结构，其中包括人类和/或机器可读源 代码、编译结构和计算机可执行代码结构，当所述文件或其他数据结构由设计或仿真数据 处理系统处理时，在功能上仿真或以其他方式表示电路或其他级别的硬件逻辑设计。此类 数据结构可以包括硬件描述语言(HDL)设计实体或遵循和/或兼容低级HDL设计语言（例如 Verilog和VHDL)和/或高级设计语言(例如C或C++)的其他数据结构。
[0070] 设计过程410优选地采用和结合硬件和/或软件模块，所述模块用于合成、转换或 以其他方式处理图1中示出的组件、电路、器件或逻辑结构的设计/仿真功能等价物以生成 可以包含设计结构（例如设计结构420)的网表480。网表480例如可以包括编译或以其他方 式处理的数据结构，所述数据结构表示描述与印刷线路板、层压子复合物、互连基底或集成 电路设计中的其他元件和电路的连接的线缆、分离组件、逻辑门、控制电路、I/O设备、模型 等的列表。网表480可以使用迭代过程合成，其中网表480被重新合成一次或多次，具体取决 于器件的设计规范和参数。对于在此所述的其他设计结构类型，网表480可以记录在机器可 读数据存储介质上或编程到可编程门阵列中。所述介质可以是非易失性存储介质，例如磁 或光盘驱动器、可编程门阵列、压缩闪存或其他闪存。此外或备选地，所述介质可以是可在 其上经由因特网或其他适合联网手段传输和中间存储数据分组的系统或高速缓冲存储器、 缓冲器空间或导电或光导器件和材料。
[0071] 设计过程410可以包括用于处理包括网表480在内的各种输入数据结构类型的硬 件和软件模块。此类数据结构类型例如可以驻留在库元件430内并包括一组常用元件、电路 和器件，其中包括给定制造技术(例如，不同的技术节点，32纳米、45纳米、90纳米等）的模 型、布图和符号表示。所述数据结构类型还可包括设计规范440、特征数据450、检验数据 460、设计规则470和测试数据文件485,它们可以包括输入测试模式、输出测试结果和其他 测试信息。设计过程410还可例如包括标准机械设计过程，例如用于诸如层压、铸造、成型和 模压成形等操作的应力分析、热分析、机械事件仿真、过程仿真。机械设计领域的技术人员 可以在不偏离本发明的范围和精神的情况下理解在设计过程410中使用的可能机械设计工 具和应用的范围。设计过程410还可包括用于执行诸如定时分析、检验、设计规则检查、放置 和走线操作之类的标准电路设计过程的模块。
[0072] 设计过程410采用和结合逻辑和物理设计工具（例如HDL编译器）以及仿真建模工 具以便与任何其他机械设计或数据(如果适用)一起处理设计结构420连同示出的部分或全 部支持数据结构，从而生成第二设计结构490。设计结构490以用于机械设备和结构的数据 交换的数据格式(例如以IGES、DXF、Parasolid XT、JT、DRC或任何其他用于存储或呈现此类 机械设计结构的适合格式)驻留在存储介质或可编程门阵列上。类似于设计结构420,设计 结构490优选地包括一个或多个文件、数据结构或其他计算机编码的数据或指令，它们驻留 在传输或数据存储介质上，并且由ECAD系统处理时生成图1中示出的本发明的一个或多个 实施例的逻辑上或以其他方式在功能上等效的形式。在一个实施例中，设计结构490可以包 括在功能上仿真图1中示出的器件的编译后的可执行HDL仿真模型。
[0073] 设计结构490还可以采用用于集成电路的布图数据交换的数据格式和/或符号数 据格式(例如以GDSII(GDS2)、GL1、0ASIS、图文件或任何其他用于存储此类设计数据结构的 适合格式存储的信息）。设计结构490可以包括信息，例如符号数据、图文件、测试数据文件、 设计内容文件、制造数据、布图参数、线缆、金属级别、通孔、形状、用于在整个生产线中走线 的数据，以及制造商或其他设计人员/开发人员制造上述以及图1中示出的器件或结构所需 的任何其他数据。设计结构490然后可以继续到阶段495，例如，在阶段495，设计结构490:继 续到流片(tape-out)，被发布到制造公司、被发布到掩模室(mask house)、被发送到其他设 计室，被发回给客户等。
[0074] 本领域技术人员将认识到，在本发明的范围内，许多变化是可能的。例如，虽然本 发明的一些实施例在本文中是在印刷线路板(PWB)的上下文中描述的，但是本发明可以在 其它基底的上下文中使用，这些基底诸如层压子复合物、互连基底(例如，内插器或模炔基 底）、柔性线缆或1C。因此，虽然参考一些实施例已经特定示出并描述了本发明，但是本领域 技术人员将理解，在不背离本发明的精神和范围的情况下，可以在其中做出形式和细节上 的这些和其它改变。
【主权项】
1. 一种装置，包括： 基底； 第一导电迹线； 电容率衰减层，被插入到所述第一导电迹线与所述基底之间，其中所述电容率衰减层 包括包含功能化的碳纳米材料的树脂基体。2. 如权利要求1所述的装置，还包括第二导电迹线，其中所述第一导电迹线包括差分对 的内腿导电迹线，而所述第二导电迹线包括所述差分对的外腿导电迹线。3. 如权利要求2所述的装置，其中功能化的碳纳米材料包括功能化的单壁碳纳米管f-SWNT，并且其中所述f-SWNT的装载量被选择为将所述内腿导电迹线的电容率衰减到与所述 外腿导电迹线的电容率相匹配。4. 如权利要求1所述的装置，其中所述电容率衰减层还包括在树脂基体中与功能化的 碳纳米材料混合的非功能化的碳纳米材料。5. 如权利要求4所述的装置，还包括第二导电迹线，其中所述第一导电迹线包括差分对 的内腿导电迹线，而所述第二导电迹线包括所述差分对的外腿导电迹线。6. 如权利要求5所述的装置，其中功能化的碳纳米材料包括功能化的单壁碳纳米管f-SWNT，其中非功能化的碳纳米材料包括非功能化的单壁碳纳米管SWNT，并且其中所述f-SWNT的装载量和非功能化的SWNT的装载量被选择为将所述内腿导电迹线的电容率衰减到 与所述外腿导电迹线的电容率相匹配。7. 如权利要求1所述的装置，其中基底是用在印刷线路板PWB中的层压芯，其中所述层 压芯包括用清漆涂层浸渍的玻璃纤维基底，并且其中电容率衰减层的树脂基体和层压芯的 清漆涂层每个都包括环氧基树脂。8. 如权利要求7所述的装置，还包括第二导电迹线，其中第一导电迹线包括差分对的内 腿导电迹线，而第二导电迹线包括所述差分对的外腿导电迹线。9. 如权利要求8所述的装置，其中功能化的碳纳米材料包括功能化的单壁碳纳米管f-SWNT，并且其中所述f-SWNT的装载量被选择为将内腿导电迹线的电容率衰减到与外腿导电 迹线的电容率相匹配。10. -种制造用在印刷线路板PWB中的增强层压芯的方法，所述方法包括： 提供层压芯； 将电容率衰减层施加到所述层压芯上，其中所述电容率衰减层包括包含功能化的碳纳 米材料的树脂基体； 将第一导电迹线施加到所述电容率衰减层上。11. 如权利要求10所述的方法，还包括： 将第二导电迹线施加到所述层压芯上，其中所述第一导电迹线包括差分对的内腿导电 迹线，而第二导电迹线包括所述差分对的外腿导电迹线。12. 如权利要求11所述的方法，其中功能化的碳纳米材料包括功能化的单壁碳纳米管 f-SWNT，其中将电容率衰减层施加到层压芯上包括选择f-SWNT的装载量以便将所述内腿导 电迹线的电容率衰减到与所述外腿导电迹线的电容率相匹配。13. 如权利要求12所述的方法，其中所述层压芯包括用清漆涂层浸渍的玻璃纤维基底， 并且其中所述电容率衰减层的树脂基体和所述层压芯的清漆涂层每个都包括环氧基树脂。14. 如权利要求13所述的方法，其中将电容率衰减层施加到层压芯上还包括： 将功能化的SWNT混合到树脂载体中； 将其中混合了功能化的SWNT的树脂载体沉积到所述层压芯上，以形成树脂涂层；以及 固化树脂涂层，其中固化树脂涂层将所述电容率衰减层键合到所述层压芯。15. 如权利要求10所述的方法，其中电容率衰减层还包括在树脂基体中与功能化的碳 纳米材料混合的非功能化的碳纳米材料。16. 如权利要求15所述的方法，还包括： 将第二导电迹线施加到层压芯上，其中所述第一导电迹线包括差分对的内腿导电迹 线，而所述第二导电迹线包括所述差分对的外腿导电迹线。17. 如权利要求16所述的方法，其中功能化的碳纳米材料包括功能化的单壁碳纳米管 f-SWNT，其中非功能化的碳纳米材料包括非功能化的单壁碳纳米管SWNT，并且其中将电容 率衰减层施加到层压芯上包括选择f-SWNT的装载量和非功能化SWNT的装载量以便将所述 内腿导电迹线的电容率衰减到与所述外腿导电迹线的电容率相匹配。18. -种有形地体现在机器可读介质中的、用于制造印刷线路板PWB、层压子复合物、互 连基底或半导体1C的设计结构，所述设计结构包括： 基底； 第一导电迹线； 电容率衰减层，被插入到所述第一导电迹线与所述基底之间，其中所述电容率衰减层 包括包含功能化的碳纳米材料的树脂基体。19. 如权利要求18所述的设计结构，其中所述设计结构还包括第二导电迹线，其中所述 第一导电迹线包括差分对的内腿导电迹线，而所述第二导电迹线包括所述差分对的外腿导 电迹线。 2 0.如权利要求19所述的设计结构，其中功能化的碳纳米材料包括功能化的单壁碳纳 米管f-SWNT，并且其中f-SWNT的装载量被选择为将所述内腿导电迹线的电容率衰减到与所 述外腿导电迹线的电容率相匹配。21. 如权利要求18所述的设计结构，其中电容率衰减层还包括在树脂基体中与功能化 的碳纳米材料混合的非功能化的碳纳米材料。22. 如权利要求20所述的设计结构，还包括第二导电迹线，其中所述第一导电迹线包括 差分对的内腿导电迹线，而所述第二导电迹线包括所述差分对的外腿导电迹线。 2 3.如权利要求2 2所述的设计结构，其中功能化的碳纳米材料包括功能化的单壁碳纳 米管f-SWNT，其中非功能化碳纳米材料包括非功能化的单壁碳纳米管SWNT，并且其中f-SWNT的装载量和非功能化SWNT的装载量被选择为将所述内腿导电迹线的电容率衰减到与 所述外腿导电迹线的电容率相匹配。24. 如权利要求18所述的设计结构，其中基底是用在印刷线路板PWB中的层压芯，其中 该层压芯包括用清漆涂层浸渍的玻璃纤维基底，并且其中电容率衰减层的树脂基体和层压 芯的清漆涂层每个都包括环氧基树脂。25. 如权利要求24所述的设计结构，还包括第二导电迹线，其中所述第一导电迹线包括 差分对的内腿导电迹线，而所述第二导电迹线包括所述差分对的外腿导电迹线。 2 6.如权利要求2 5所述的设计结构，其中功能化的碳纳米材料包括功能化的单壁碳纳 米管f-SWNT，并且其中f-SWNT的装载量被选择为将内腿导电迹线的电容率衰减到与外腿导 电迹线的电容率相匹配。27. -种装置，包括： 基底； 第一导电迹线，其中所述第一导电迹线包括差分对的内腿导电迹线； 第二导电迹线，其中所述第二导电迹线包括所述差分对的外腿导电迹线； 电容率衰减层，被插入到所述第一导电迹线与所述基底之间，其中所述电容率衰减层 包括包含功能化的碳纳米材料和与功能化的碳纳米材料混合的非功能化的碳纳米材料的 树脂基体，其中功能化的碳纳米材料包括被功能化为包括或者胺官能团或者烷氧基官能团 的功能化的单壁碳纳米管f-SWNT，其中非功能化的碳纳米材料包括非功能化的单壁碳纳米 管SWNT，并且其中f-SWNT的装载量和非功能化的SWNT的装载量被选择为将所述内腿导电迹 线的电容率衰减到与所述外腿导电迹线的电容率相匹配。28. 如权利要求19所述的装置，其中基底是用在印刷线路板PWB中的层压芯，其中所述 层压芯包括用清漆涂层浸渍的玻璃纤维基底，并且其中电容率衰减层的树脂基体和层压芯 的清漆涂层每个都包括环氧基树脂。
【文档编号】H05K1/03GK106028634SQ201610190395
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年3月30日
【发明人】D·J·波戴, S·R·考恩尔, J·库兹尼斯奇
【申请人】国际商业机器公司