用于構(gòu)造電路板的生態(tài)學(xué)方法
【專利摘要】本發(fā)明名稱為用于構(gòu)造電路板的生態(tài)學(xué)方法。用于使用公開的實(shí)施方式制造電路板的方法依靠具有由層限定的導(dǎo)電元件的多層電路板的CAD模型。將第一顆粒狀導(dǎo)電材料層引入模具。熔融過程元件橫穿過模具以熔融形成第一層導(dǎo)電元件的第一顆粒狀導(dǎo)電材料層的選定部分。將額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層在熔融的第一層的選定部分和第一層的未熔融的部分上引入模具中。然后使熔融過程元件橫穿過模具以熔融形成額外的導(dǎo)電元件層的額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層的選定部分。然后從熔融的第一導(dǎo)電元件和額外的導(dǎo)電層元件中清除未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料。然后將介電材料注入由熔融的第一導(dǎo)電元件和額外的導(dǎo)電層元件形成的結(jié)構(gòu)中。
【專利說明】用于構(gòu)造電路板的生態(tài)學(xué)方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本公開的實(shí)施方式一般地涉及電子電路板領(lǐng)域，并且更具體地涉及通過印刷多層導(dǎo)電元件用于生產(chǎn)多層電路板的方法。

【背景技術(shù)】
[0002]制造電路板是復(fù)雜的過程，其包括化學(xué)淀積、蝕刻和機(jī)械鉆孔。該過程使用有毒化學(xué)品并產(chǎn)生危險(xiǎn)廢物?；瘜W(xué)品的安全利用和廢物的處理增加了生產(chǎn)成本。有資格使用這些過程的制造商的數(shù)量是有限的并且其數(shù)量在下降。電鍍和蝕刻層至介電基材上是復(fù)雜的化學(xué)問題。發(fā)現(xiàn)提供必要的電學(xué)性能的兼容材料的適當(dāng)結(jié)合可以在具有延長(zhǎng)的時(shí)間表的設(shè)計(jì)過程中。
[0003]因此期望提供一種采用具有最少的化學(xué)品使用的生態(tài)友好的方法用于制造多層印刷的電路板的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本文公開的實(shí)施方式提供了采用并入電路板的3D模型的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)用于數(shù)據(jù)庫(kù)制造電路板的系統(tǒng)。模具接收顆粒狀導(dǎo)電材料，并且可轉(zhuǎn)移穿過模具的金屬熔融過程元件(fus1n process element)響應(yīng)于CAD數(shù)據(jù)庫(kù)被激活,用于熔融顆粒狀導(dǎo)電材料的選定部分以形成導(dǎo)電元件。分配料斗將顆粒狀導(dǎo)電材料傳遞到限定的層中的模具中，用于熔融顆粒狀導(dǎo)電材料的選定部分成為導(dǎo)電元件。
[0005]使用公開的實(shí)施方式制造電路板的方法依靠具有由層限定的導(dǎo)電元件的多層電路板的CAD模型。將第一顆粒狀導(dǎo)電材料層引入模具。熔融過程元件橫穿過模具以熔融形成第一層導(dǎo)電兀件的第一顆粒狀導(dǎo)電材料層的選定部分。在熔融的第一層的選定部分和第一層的未熔融部分上將額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層引入模具中。然后使熔融過程元件橫穿過模具以熔融形成額外的導(dǎo)電元件層的額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層的選定部分。然后將未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料從熔融的第一導(dǎo)電元件和額外的導(dǎo)電層元件清除(purge)。然后將介電材料注入由熔融的第一導(dǎo)電元件和額外的導(dǎo)電層元件形成的結(jié)構(gòu)中。
[0006]采用本文的實(shí)施方式和方法形成的電路板提供了多個(gè)熔融的、定向的顆粒狀導(dǎo)電材料層以根據(jù)電路板模型形成結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)在路徑之間限定多層導(dǎo)電路徑和多個(gè)導(dǎo)體。將介電材料注入多導(dǎo)電路徑層和導(dǎo)體周圍之間以對(duì)熔融的材料層提供支持。
[0007]已經(jīng)討論的特征、功能和優(yōu)點(diǎn)可以在本公開的各種實(shí)施方式中獨(dú)立地實(shí)現(xiàn)，或可以在仍其他實(shí)施方式中組合，其進(jìn)一步的細(xì)節(jié)參考下面的描述和附圖可見。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]圖1是示出了導(dǎo)電跡線(conductive trace)和通孔(via)的印刷的電路板結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖；
[0009]圖2是圖1的電路板結(jié)構(gòu)的俯視圖；
[0010]圖3是在用于形成電路板層的模具中的原始材料沉積物(deposit)的圖形截面視圖表示；
[0011]圖4是凝固的第一層的圖形表不；
[0012]圖5是用于形成具有通孔的電路板層的材料沉積物的圖形表示；
[0013]圖6是凝固的通孔的圖形表示；
[0014]圖7是用于形成額外的電路板層的原始材料沉積物的圖形表示；
[0015]圖8是凝固的額外的電路板層的圖形表示；
[0016]圖9是清除了多余材料的層的圖形表示；
[0017]圖10是插入介電材料的電路板層的圖形表示；
[0018]圖11是插入介電材料和清除支撐框架和模具的電路板層的圖形表示；和，
[0019]圖12是示范本文公開的實(shí)施方式的電路板構(gòu)造的方法的流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0020]本文公開的實(shí)施方式提供了附加的3D過程以建立多層電路板的導(dǎo)電面和通孔。在一個(gè)示例性實(shí)施方式中，當(dāng)此三維結(jié)構(gòu)完成時(shí)，使絕緣材料流入所述結(jié)構(gòu)。一旦凝固，絕緣材料提供結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和電絕緣。
[0021]參考附圖，圖1和2示出了具有導(dǎo)電跡線10的簡(jiǎn)化的實(shí)例電路板結(jié)構(gòu)，通孔12連接不同層中的各個(gè)跡線。如本文所使用的，術(shù)語(yǔ)“電路板”覆蓋電路一其中在介電平面上將一列部件連接在一起——和底板——用于將電路板連接成為電子模塊的系統(tǒng)——的標(biāo)準(zhǔn)定義。簡(jiǎn)化的實(shí)例示出了僅三層和有限數(shù)量的通孔，然而，復(fù)雜的電路板可具有很多層和通孔。
[0022]采用期望的多層電路板的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)三維模型來(lái)限定導(dǎo)電跡線、通孔和介電夾層。
[0023]圖3示范了根據(jù)本方法形成電路板中的初始步驟。將如隨后描述的可以具有可拆卸的元件的模具或支撐框架14使用轉(zhuǎn)移料斗15部分地填充第一層顆粒狀導(dǎo)電材料16，由此將形成第一層電路板上的導(dǎo)電跡線。第一跡線18的初始布置(layout)以虛影示出。顆粒狀導(dǎo)電材料可以是金屬粉末例如銅或其他合金?？刹捎勉y、鋁或在某些實(shí)施方式中采用用于光學(xué)電路的二氧化硅。以與三維打印頭相當(dāng)?shù)姆绞讲捎媒饘偃廴谶^程元件20以熔融部分顆粒狀導(dǎo)電材料16成為第一跡線18，所述三維打印頭由響應(yīng)于電路板層的CAD模型的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)22控制。金屬熔融過程元件可以采用激光燒結(jié)頭、微波喇機(jī)(microwavehorn)、超聲波金屬派射單元(metal sputtering element ultrasound)或類似的設(shè)備以熔融部分顆粒狀導(dǎo)電材料16成為第一跡線18，留下剩余的顆粒狀導(dǎo)電材料處于未熔融狀態(tài)。在某些實(shí)施方式中，可采用粘合劑或膠水。如圖4中所示，未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料16保留在模具14中并且在模具中支撐現(xiàn)在熔融的第一跡線18。
[0024]在某些實(shí)施方式中，轉(zhuǎn)移料斗15和熔融過程元件20可以與轉(zhuǎn)移料斗后面的熔融過程元件連接，二者都在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)22的控制之下用于橫穿過模具區(qū)域、分配并且熔融顆粒狀導(dǎo)電材料。
[0025]如圖5中所示，通過向模具14中增加第二層顆粒狀導(dǎo)電材料24繼續(xù)該過程，用于在電路板的第二層形成導(dǎo)電元件，作為實(shí)例以虛影示出通孔26。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)22的控制下，熔融過程元件20熔融部分第二層顆粒狀導(dǎo)電材料24以根據(jù)電路板中第二層的CAD模型生產(chǎn)導(dǎo)電元件。如圖6中所示，在第二層經(jīng)過期間通孔26是熔融的，剩余部分的第二層顆粒狀導(dǎo)電材料24和第一層顆粒狀導(dǎo)電材料16未熔融。
[0026]如圖7中所示，然后向模具中引入第三層顆粒狀導(dǎo)電材料28，用于在電路板的第三層中形成導(dǎo)電元件。作為實(shí)例示出導(dǎo)電跡線30。在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)22的控制下，熔融過程元件20熔融部分第三層顆粒狀導(dǎo)電材料28以根據(jù)電路板中第三層的CAD模型生產(chǎn)導(dǎo)電元件。如圖7中所示，在第三層經(jīng)過期間跡線30是熔融的，剩余部分的第三層顆粒狀導(dǎo)電材料28、第二層顆粒狀導(dǎo)電材料24和第一層顆粒狀導(dǎo)電材料16未熔融。如圖8中所示，在跡線30的形成期間熔融過程元件20在第三層導(dǎo)電材料28中提供可控制的熔融深度以避免熔融第二或第一層顆粒狀導(dǎo)電材料24、16中的任何下面的材料。在采用激光燒結(jié)的示例性系統(tǒng)中，采用激光的功率控制和頭在層上的橫穿速度以限制導(dǎo)電材料中的加熱深度。對(duì)于加熱的燒結(jié)或超聲，通過系統(tǒng)的功率和材料的熔化溫度來(lái)確定頭的速度。作為實(shí)例實(shí)施方式，采用35mm/sec的橫穿速度。第一和第二層中的顆粒狀導(dǎo)電材料為第三層(和任何后面的層)提供均勻的支持，該第三層(和任何后面的層)提供層和其中的導(dǎo)電跡線的正確的空間分離(dimens1nal separat1n)。
[0027]然后重復(fù)關(guān)于圖3-8概述的過程，盡可能多的層存在于電路板的CAD模型中。如圖9中所示，在完成熔融過程之后，可以除去一部分模具以允許除去來(lái)自所有層的未熔融的導(dǎo)電材料。可采用氣動(dòng)或振動(dòng)過程用于清除隨后可被循環(huán)使用的未熔融的導(dǎo)電材料。可選地，可采用使用環(huán)境安全的流體的濕法沖洗過程，并且采用篩分或干燥過程用于回收導(dǎo)電材料粉末。如圖9中所示，電路板的導(dǎo)電元件、跡線18、通孔26和跡線30然后出現(xiàn)。如圖10中所示，然后可以將模具14重新組裝并且將介電材料32注入導(dǎo)電元件周圍的模具中?？墒褂糜糜陔娐钒咫娊橘|(zhì)的任何目前的樹脂例如GI聚酰亞胺、氰酸酯或玻璃增強(qiáng)的環(huán)氧樹脂層壓件例如FR4?？刹捎枚鄠€(gè)噴射口 34以引入介電材料。然后采用固化工藝以固化介電材料32。如圖11中所示，然后可以從模具移除完成的電路板34。對(duì)于復(fù)雜的電路板，在建立完整的電路板期間可采用多個(gè)顆粒狀導(dǎo)電材料清除步驟和電介質(zhì)注入步驟。
[0028]如圖12中所示，用于本文公開的實(shí)施方式的印刷電路板制造的方法隨著多層電路板的CAD模型的制備而開始，該多層電路板具有由層限定的導(dǎo)電元件，步驟1202。然后將第一顆粒狀導(dǎo)電材料層引入模具中，步驟1204。熔融過程元件橫穿過模具以熔融形成第一層導(dǎo)電元件的第一顆粒狀導(dǎo)電材料層的選定部分，步驟1206。然后將額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層在未熔融的和熔融的第一層上引入模具中，步驟1208。熔融過程元件橫穿過模具以熔融形成額外的層導(dǎo)電元件的額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層的選定部分，步驟1210。然后完成步驟1208和1210的重復(fù)，以完成在CAD模型中限定的所有層。然后將未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料從熔融的導(dǎo)電元件清除，步驟1212，并且將介電材料注入由熔融的導(dǎo)電元件形成的結(jié)構(gòu)中，步驟1214。然后固化介電材料，步驟1216，完成電路板。
[0029]根據(jù)本公開的一方面，提供了用于制造電路板的方法，其包括制備多層電路板的CAD模型，該多層電路板具有由層限定的導(dǎo)電元件，將第一顆粒狀導(dǎo)電材料層引入模具，如由第一層的CAD模型限定的，使熔融過程元件橫穿過模具以熔融形成第一層導(dǎo)電元件的第一顆粒狀導(dǎo)電材料層的選定部分，將額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層在熔融的第一層的選定部分和第一層的未熔融的部分上引入模具，如由額外的層的CAD模型限定的，使熔融過程元件橫穿過模具以熔融形成額外的層導(dǎo)電元件的額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層的選定部分，從熔融的第一導(dǎo)電元件和額外的導(dǎo)電層元件清除未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料，和將介電材料注入由熔融的第一導(dǎo)電元件和額外的導(dǎo)電層元件形成的結(jié)構(gòu)中。
[0030]有利地，該方法進(jìn)一步包括固化介電材料。
[0031]有利地，重復(fù)引入額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層的步驟和使熔融過程元件橫穿過模具以熔融額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層的選定部分的步驟以完成CAD模型中限定的所有層。
[0032]有利地，該方法進(jìn)一步包括從下列組中選擇熔融過程元件:激光燒結(jié)、微波輻射、超聲或粘合劑。
[0033]有利地，清除未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料的步驟包括氣動(dòng)清除。
[0034]有利地，清除未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料的步驟包括振動(dòng)清除。
[0035]根據(jù)本公開的進(jìn)一步方面，提供了用于制造電路板的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)數(shù)據(jù)庫(kù)——其并入電路板的3D模型、用于接收顆粒狀導(dǎo)電材料的模具、金屬熔融過程元件——其可轉(zhuǎn)移穿過模具并且響應(yīng)于CAD數(shù)據(jù)庫(kù)被激活用于熔融顆粒狀導(dǎo)電材料的選定部分以形成導(dǎo)電元件、和分配料斗——其將顆粒狀導(dǎo)電材料傳遞到限定的層中的模具中。
[0036]有利地，金屬熔融過程元件包括激光燒結(jié)頭。
[0037]有利地，金屬熔融過程元件包括微波輻射喇叭。
[0038]有利地，系統(tǒng)進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，所述金屬熔融過程元件響應(yīng)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，用于基于該層的CAD模型熔融每一層中的顆粒狀導(dǎo)電材料的所述選定部分。
[0039]有利地，至少一部分模具是可拆除的，從而未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料可以從導(dǎo)電元件之間清除。優(yōu)選地，模具并入至少一個(gè)噴射口，用于在導(dǎo)電元件的層之間引入介電材料。
[0040]根據(jù)本公開的仍進(jìn)一步方面，提供了電路板，其包括多個(gè)熔融的、定向的顆粒狀導(dǎo)電材料層，以根據(jù)電路板模型形成限定多層導(dǎo)電路徑和其間的多個(gè)導(dǎo)體的結(jié)構(gòu)，和在多個(gè)導(dǎo)電路徑層和其間的導(dǎo)體周圍注入的介電材料，以對(duì)熔融的材料層提供支撐。
[0041]有利地，在注入介電材料之前，已經(jīng)清除鄰近熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料的顆粒狀導(dǎo)電材料。
[0042]有利地，熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料通過激光燒結(jié)熔融。有利地，熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料通過超聲波焊接熔融。
[0043]有利地，熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料通過微波輻射熔融。有利地，電路板模型包括導(dǎo)電路徑和其間的多個(gè)導(dǎo)體的所述層的每一個(gè)的CAD模型。
[0044]現(xiàn)在已經(jīng)按照專利法規(guī)的要求詳細(xì)描述了本公開的各個(gè)實(shí)施方式，本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到對(duì)本文公開的【具體實(shí)施方式】的改變和替換。這種改變?cè)跈?quán)利要求中限定的本公開的范圍和意圖內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.用于制造電路板的方法，其包括: 制備具有由層限定的導(dǎo)電元件的多層電路板的CAD模型； 將第一顆粒狀導(dǎo)電材料層(16)引入模具(14)中； 如由所述第一層的所述CAD模型限定的，使熔融過程元件(20)橫穿過所述模具(14)以熔融形成第一層導(dǎo)電元件的所述第一顆粒狀導(dǎo)電材料層(16)的選定部分； 將額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層(24)在所述第一層的熔融的選定部分和所述第一層的未熔融的部分上引入所述模具(14)中； 如由所述額外的層的所述CAD模型限定的，使所述熔融過程元件(20)橫穿過所述模具(14)以熔融形成額外的層導(dǎo)電元件的所述額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層(24)的選定部分；從熔融的第一導(dǎo)電元件和額外的導(dǎo)電層元件清除未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料(16、24)；將介電材料(32)注入由所述熔融的第一導(dǎo)電元件和額外的導(dǎo)電層元件形成的結(jié)構(gòu)中。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括固化所述介電材料(32)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中重復(fù)引入額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層(24)的步驟和使所述熔融過程元件(20)橫穿過所述模具(14)以熔融所述額外的顆粒狀導(dǎo)電材料層(24)的選定部分的步驟以完成所述CAD模型中限定的所有層。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括從下列組中選擇熔融過程元件:激光燒結(jié)、微波輻射、超聲或粘合劑。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中清除未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料(16)的步驟包括氣動(dòng)清除。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中清除未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料(16)的步驟包括振動(dòng)清除。
7.用于制造電路板的系統(tǒng)，其包括: 計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)數(shù)據(jù)庫(kù)，其并入電路板的3D模型； 模具(14)，其用于接收顆粒狀導(dǎo)電材料(16)； 金屬熔融過程元件(20)，其可轉(zhuǎn)移穿過所述模具(14)并且響應(yīng)于所述CAD數(shù)據(jù)庫(kù)被激活用于熔融顆粒狀導(dǎo)電材料(16)的選定部分以形成導(dǎo)電元件；和 分配料斗(15)，其將顆粒狀導(dǎo)電材料(16、24)傳遞到限定的層中的所述模具(14)中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造電路板的系統(tǒng)，其中所述金屬熔融過程元件(20)包括激光燒結(jié)頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造電路板的系統(tǒng)，其中所述金屬熔融過程元件(20)包括微波輻射喇叭。
10.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造電路板的系統(tǒng)，進(jìn)一步包括計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(22)，所述金屬熔融過程元件(20)響應(yīng)于所述計(jì)算機(jī)系統(tǒng)(22)，用于基于該層的所述CAD模型熔融每一層中的顆粒狀導(dǎo)電材料(16、24)的所述選定部分。
11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的用于制造電路板的系統(tǒng)，其中至少一部分所述模具(14)是可拆除的，從而未熔融的顆粒狀導(dǎo)電材料(16、24)可以從所述導(dǎo)電元件之間清除。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的用于制造電路板的系統(tǒng)，其中所述模具(14)并入至少一個(gè)噴射口(34)，用于在導(dǎo)電元件的層之間引入介電材料(32)。
【文檔編號(hào)】H05K3/46GK104519680SQ201410519970
【公開日】2015年4月15日 申請(qǐng)日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月7日
【發(fā)明者】D·F·威爾金斯 申請(qǐng)人:波音公司