CN101151688A - 微型电路和电感性组件及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示微型电路和电感器组件,其中多层印刷电路形成在支撑面板的各侧面上,所述支撑面板通常为印刷电路板或硬软合板。多个镀敷的通孔导体提供所述多层电路与围绕磁性部件的多个绕组之间的电连接。较小的通孔开口容纳多个所述镀敷的通孔导体,因为由例如具有高介电强度的聚对二甲苯的真空沉积的有机层的非常薄的层使所述镀敷的通孔导体彼此绝缘。通过首先将粘附性促进剂施加到所述有机层的表面,接着进行所述有机层的真空沉积,将此经镀敷的铜粘附到所述有机层。

Description

微型电路和电感性组件及其制造方法
本申请案要求2004年12月7日申请的第60/633,742号美国临时申请案的优先权,所述临时申请案的全部内容以引用的方式明确地并入本文中。
技术领域
本发明涉及微型电路和电感器及变压器的改进,以及制造这些装置的方法。
发明内容
本发明的一个方面是一种用于制造具有高功能可靠性的改进的微型电路、电感器和变压器的高良率工艺。具体来说,所述工艺在同一通孔中制造两个或两个以上独立且隔离的导体。此实施例的各方面包含紧密间隔并同时维持导体之间的高压障壁,且提供互连可靠性。
对于电感性实施例来说,在孔的壁上有利地制造两个或两个以上独立导体,所述孔位于嵌在印刷电路板或柔性电路中的空穴中的铁氧体部件中或与所述铁氧体部件邻接。多个实施例包含位于铁氧体板中的孔以及定位在环形铁氧体周围的孔。这些导体充当电感器或变压器的绕组。
在另一实施例中,两个或两个以上独立导体形成在电路板或柔性电路中的通道壁上以使位于印刷电路板或柔性电路的相对侧面上的电路和电路元件互连。
通过在每一通道中的多个经镀敷的通孔导体之间提供极薄但介电性非常高的膜来建构极微型的装置。另外,通过在支撑面板的整个表面上利用印刷电路且将表面安装组件定位在嵌入支撑面板中的磁性部件上,提供进一步的微型化。
由所述电路和工艺实现的微型化实现(例如)提供非常小且轻重量的电源以用于膝上型计算机、数码相机、便携式音频和TV装置以及手机。
改进的电感器和电路配置使得能够有效且可重复地制造具有高压、高电流能力以及对物理应力具有高耐受度的微型电路以及微型电感器和变压器。
附图说明
图1是说明支撑面板的透视图,在支撑面板中布置有多个环形空穴开口;
图2A是说明嵌在支撑面板中布置的空穴开口的每一者中的环形铁氧体的透视图;
图2B是沿着图2A的2B-2B方向的横截面图;
图3是相对侧面具有铜层的支撑面板的横截面图;
图4说明空穴和从支撑面板中移除顶部铜层;
图5是说明层叠的半固化片环和半固化片铜箔叠层的横截面图;
图6是环形铁氧体的透视图;
图7是展示在层压铜箔之前的组合件的横截面图;
图8是展示在层压铜箔之后的组合件的横截面图;
图9是展示形成在铁氧体芯的外壁和内壁周围的通孔的正面俯视图;
图10是通孔的横截面图;
图11是说明对组合件进行镀铜的横截面图;
图12A是展示印刷电路导体的第一层的正面俯视图;
图12B是展示第二层印刷电路导体的正面仰视图;
图13是展示将第一绝缘层施加在第一和第二印刷电路层上并施加在第一经镀敷的通孔上的横截面图;
图14是展示施加第二绝缘层的横截面图;
图15是展示施加第三绝缘层和粘附促进剂的横截面图;
图16是说明预钻的双面胶(bond ply)和铜箔的层叠的横截面图;
图17是展示在层压铜箔之后的组合件的横截面图;
图18是展示从铜箔中蚀刻出的变压器通孔的横截面图;
图19是展示组合件上的铜镀层的横截面图;
图20是说明层压之前的层叠的半固化片和铜箔的横截面图;
图21是说明经层压的组合件的横截面图;
图22是说明将覆盖层或焊料遮罩施加到组合件的横截面图;
图23是电源的透视图,其中电感性元件嵌在印刷电路面板中;
图24是具有拥有多个矩形开口的支撑面板的另一实施例的透视图;
图25是说明在开口的每一者中具有矩形铁氧体板的支撑面板的透视图;
图26是利用矩形铁氧体板的实施例的横截面图;
图27是说明聚对二甲苯绝缘层的透明度的子组合件的正视图;
图28是展示通过本发明形成的单个通孔中的两个聚对二甲苯绝缘的导电通道的示范性横截面的显微照相图;
图29是展示通过本发明形成的单个通孔中的三个聚对二甲苯绝缘的导电通道的示范性横截面的显微照相图;
图30是展示通过本发明形成的单个通孔中的四个绝缘的导体通道的示范性截面的显微照相图;
图31A是具有嵌入支撑面板中的两个环形铁氧体的另一实施例的第一或顶部印刷电路层的正视图;
图31B是图31A的实施例的第二或底部印刷电路层的正视图;
图32A是图31A的实施例的形成在一平面中的第三印刷电路层的正视图,所述平面靠近第一印刷电路层的平面并位于第一印刷电路层的平面上;
图32B是形成在一平面中的第四印刷电路层的正视图,所述平面靠近图31B的第二印刷电路层的平面并位于图31B的第二印刷电路层的平面上:
图33A是图31A的实施例的形成在一平面中的第五印刷电路层的正视图,所述平面靠近图32A的第三印刷电路层的平面并位于图32A的第三印刷电路层的平面上;
图33B是图31A的实施例的靠近图32B的第四印刷电路层的平面并位于所述平面上的第六印刷电路层的正视图;
图34A和34B是利用图31A、31B、32A、32B和33A、33b所示的印刷电路层而建构的电源的顶部和底部的透视图;
图35是说明使用经镀敷的通孔来形成导体和变压器的绕组匝并提供其它印刷电路层之间的电连接的横截面图。
具体实施方式
图1-22中说明制造电感性组件装置的一个实施例的工艺。如图1所示,通常通过在支撑面板52中进行布置来形成多个环形开口或空穴50。面板52优选为FR-4环氧树脂叠层薄片54,且其相对侧面具有铜层56、58,如图3所示,很明显,由其它材料制成的薄片(包含用于电路板制造和硬软合板的其它类型的薄片)也适合用作支撑面板52。利用标准的印刷电路技术,接着使用干燥膜消除顶部铜层56以遮盖支撑面板的底部表面。接着将暴露(未遮盖)的铜层56从面板的顶部表面蚀刻除去。接着从底部表面剥离剩余的干燥膜遮罩以提供具有图4所示的横截面的支撑面板。
图1和图2A说明支撑面板52,其上形成有四个空穴以同时制造四个电感器或四个变压器组件,其后切割或安装支撑板以产生例如图23、34A和34B中所说明的多个独立的组件。将了解,下文所描述的工艺常用于同时制造更多的组件,通常在16到20个组件的范围内。同样,每一组件可包含嵌入有单个磁性环形铁氧体的单个空穴,或可包含两个或两个以上所述空穴和环形铁氧体以产生用于特定电子装置的两个或两个以上嵌入的电感性装置。例如,参看下文描述以及图34A和34B所示的电源。
如图5所示,在制备空穴后,将一个或一个以上半固化片环形环60安置到所形成的环形开口50中的每一者的底部上。
接着分别将环形铁氧体62(图6所示)嵌入开口50中,如图2A和2B所示。这些环形铁氧体62中的每一者用作经制造的电感性组件的铁磁厚片。举特定实例来说,环形铁氧体可具有1.25英寸的外径和3/8英寸的开口。接着使用环氧树脂半固化片72或其它合适的粘附剂将箔粘贴到铁氧体板而将铜箔70层压到环形铁氧体62的顶部表面。视电感性组件的最终应用而定,铜箔通常还将覆盖支撑面板52的全部或一部分。
图5中说明半固化片环60、环形铁氧体62和层叠的半固化片63以及铜箔70的层叠。图7A中展示层叠的子组合件。
如图7B中所说明,接着将面板52和经装配的环形铁氧体、半固化片和铜箔放置在层压机器(未图示)的固持夹具中,所述层压机器施加压力和热量,从而导致铁氧体芯62的顶部表面基本上与板52的顶部表面平齐,且半固化片材料填充开口50的壁与铁氧体芯之间的空隙,以及将铜箔70层压在铁氧体芯62和支撑面板52上,如图8所示。所得的位于嵌入的环形铁氧体上方的平坦表面准许多个额外的电路层且允许将电路元件安装在整个支撑面板56上。如下文所描述,可建构极小的组件,例如膝上型计算机、数码相机、手机、便携式音频和TV以及类似物的开关电源和电池充电器。
在此层压步骤和下文描述的层压步骤中,所使用的材料经选择以提供最终电路所需的物理特性。这些特性通常称作剥离强度和粘结强度。用于层压的优选材料为:来自LG、Isola、Polyclad和Arisawa的中等或高Tg环氧树脂半固化片。
接着使用常规的钻孔设备分别围绕环形铁氧体的外部和内部穿过经层压的子组合件面板85钻凿通孔(通道)80和81。这些通孔的直径通常为12到50密耳。如下文所述,这些通孔或通道80和81(图9和10所示)使得能够制造镀敷的通孔导体,所述通孔导体充当电感器或变压器装置的电绕组。
在钻孔之后,有利地对经层压的面板85进行等离子蚀刻以清洁所钻的孔。这个步骤之后有利地进行玻璃蚀刻从孔80、81中移除虚假的玻璃微粒,或使玻璃纤维变粗糙以粘附铜镀层,随后以化学方式清洁通道80、81以及经暴露的铜片58和70的顶部表面和底部表面。
接着使用常规的工艺以化学方式涂覆所有通孔80、81的内表面。在一个实施例中,利用SHADOW工艺。其它工艺包括无电镀铜沉积(electroles copper deposition)和DMSE/HDI工艺。
在此化学涂层的施加之后,对子组合件85进行镀铜。图11中展示经镀敷的铜90,且所述经镀敷的铜90覆盖铜箔叠层58、铜箔叠层70以及通孔(通道)80、81(95处所示)的内壁,以便经由经镀敷的通孔95电连接顶部与底部铜箔58、70。
接着使用铜叠层58、70的顶层和底层以及经镀敷的铜90来制造印刷电路100、101(图12A和12B所示)。有利地,通过将干燥的可照相显影的膜真空层压在子组合件的顶部和底部上的经镀敷的铜的表面上而形成这些电路100、101。使用标准的众所周知的印刷电路技术,通过使用干燥膜遮盖所需电路来制造电路的第一层100和第二层101。接着从组件组合件的顶部表面和底部表面蚀刻暴露的(即,未遮盖的)铜。接着从那些顶部和底部表面剥离剩余的干燥膜遮罩。剩余的铜在顶部表面上形成电路100的第一层(图12A所示),并在底部表面上形成电路101的第二层(图12B所示),所述两层由镀铜的通孔95互连。如下文所述,这些形成的印刷电路分别包含电路100、101,其每一端分别连接到镀敷的通孔80、81以在埋入支撑部件中的铁氧体芯周围提供连续的电绕组。
接着以化学方式清洁顶部表面和底部表面。接着真空烘烤所述组件组合件以移除任何剩余的湿气。
接着制备所述组件组合件以形成额外的铜层和额外的经镀敷通道,所述铜层和经镀敷通道与第一铜层绝缘但被制造在所述第一铜层上。使用绝缘涂层来分离多个电路层与经镀敷的通道。可使用环氧树脂、聚合物、液态聚酰胺和其它材料。然而,已发现聚对二甲苯涂层对于形成这些绝缘层尤其有利。聚对二甲苯是具有惰性表面的有机涂层,在一个实施例中,在制备聚对二甲苯涂层的过程中,使用PECVD工艺(等离子增强型化学气相沉积)或其它合适的工艺在包含顶部和底部表面以及经镀敷的通孔的壁的子组合件上沉积粘附性促进剂,例如,非常薄的硅烷、羧基或硅烷和羧基层110(图13所示)。在另一实施例中,通过在沉积聚对二甲苯之前将子组合件浸在硅烷或其它粘附剂中而形成此非常薄的层110。
接着在整个子组合件上真空沉积聚对二甲苯,以在电路100的第一(顶)层上形成(如图14所说明)薄涂层115,在电路101的第二(底)层上形成薄涂层116,且在镀铜通孔95上(内部)形成薄涂层117。
此聚对二甲苯涂层没有小孔,且是具有高介电强度的非常薄的涂层,从而提供非常高的击穿电压值。举特定实例来说,由厚度为0.0005密耳到0.001密耳的聚对二甲苯C形成的聚对二甲苯涂层提供每密耳厚度约5600伏的击穿电压防护带。聚对二甲苯C的介电常数约2.28。
Nova HT聚对二甲苯提供约比3.15更高的介电常数,且提供每微米厚度约750伏的击穿电压。因此,非常薄的涂层(例如,10到15微米)提供7500伏或更高电压范围内的击穿电压障壁。
图27中展示用聚对二甲苯涂覆的子组合件。这种聚对二甲苯涂层和其它照片中展示的其它聚对二甲苯涂层是在California,Ontario的SCS涂料中心涂覆的。
经沉积的聚对二甲苯层115、116和117的厚度由若干因素决定,所述因素包含所制造的电感器或变压器的物理尺寸、通孔开口80、81的物理尺寸、待形成于通孔中的绝缘的经镀敷的通孔导体的数目,以及所制造的产品的额定功率。对于下文所述的微型电感器和变压器来说,聚对二甲苯层的厚度将在约0.5密耳到3密耳(0.0005英寸到0.003英寸)的范围内,且击穿防护带将在每密耳聚对二甲苯厚度约5600到15,000伏的范围内。
极薄的聚对二甲苯在镀铜通孔之间提供高介电涂层,且使得能在非常小的通孔开口中形成多个这样的通孔导体。使多个导体能够穿过单个非常小的通道的这些涂层的另一方面是,经真空沉积的聚对二甲苯提供紧密遵循下伏铜板的轮廓的大体一致厚度的涂层。因此,聚对二甲苯其本身不会导致经镀敷的通孔中不可预知的厚度增加。通孔的直径通常由支撑面板56和待形成在每一通孔中的经镀敷的通孔的数目决定。面板厚度通常在约62密耳到15密耳的范围内。通常,孔尺寸将在约12密耳到50密耳的范围内。对于90密耳厚的面板,通常将使用直径约22密耳的孔尺寸在此通孔中形成两个经镀敷的通孔,且将选择直径约40密耳的孔尺寸形成四个经镀敷的通孔。对于0.125密耳厚的较厚面板,通常将使用约28密耳的孔尺寸形成两个经镀敷的通孔,且通常将使用约40到60密耳的孔尺寸形成四个经镀敷的通孔。
尽管具有优良的介电绝缘特性,但经沉积的聚对二甲苯的表面不会粘结或粘附到经镀敷的铜。然而,已发现,通过将带正电的部分添加到聚对二甲苯化合物的主链,可实现合适的粘附性促进剂。这有利地通过使用等离子增强型化学气相沉积(PECVD)工艺来实现。在一个实施例中,所述工艺是低压(10到500mT)、电压通常在约200到700伏范围内、电流通常在约3到7安培范围内且功率在约6V到2000瓦范围内的羧基或硅烷气相化学反应。聚集有反应活性部位的所得表面(图15中120处所指示)准备接收粘附剂或涂层。所述机制被认为主要归因于氢键合和共价键合,因为此粘附剂或涂层与改变的部分起反应。
在将粘附片125、126定位到组合件上之前,在这些片中钻凿孔开口122、123来开始电路的第三和第四层的形成。这些开口122、123经钻凿以在第一和第二层电路开口80、81上对准。如图16所示,接着预钻的粘附片125和126分别定位在子组合件的顶部和底部表面上。接着使用低温层压工艺将预钻的粘附片125部分层压到此顶部电路层100的经聚对二甲苯涂覆的顶部表面的表面,且将粘附片126部分层压到经聚对二甲苯涂覆的底部电路层101的表面,如图12B所示。接着将铜箔130附接到粘附剂涂覆的面板的顶侧,且将铜箔131附着到经粘附剂涂覆的面板的底侧。
接着在高温和高压下将铜箔130、131层压到子组合件以形成图17所示的四个铜层组合件,其中由绝缘层110、115、116、120分别使第三层130和第四层131与电路层100、101绝缘。
使用印刷电路的众所周知的技术,通过使用干燥膜遮盖铜而在铜箔130、131中形成通孔135、136、137和138(图18所示)。接着从组件组合件的顶部和底部表面两者中蚀刻未遮盖的铜以形成这些通道135-138。接着从那些顶部和底部表面剥离剩余的干燥膜遮罩。
现使用SHADOW工艺以化学方式涂覆铜箔130、131的表面。在使用SHADOW工艺施加化学涂层之后,再次对子组合件进行镀铜。图19中展示经镀敷的铜145,且所述经镀敷的铜145覆盖铜箔叠层130、铜箔叠层131以及经镀敷的通孔95的经聚对二甲苯涂覆的壁,以便在相同的通孔中形成第二导电通孔140,且进而电连接第三与第四镀铜的箔130、131。
接着使用顶层和底层经镀敷的铜箔130、131来制造第三和第四印刷电路150、151。通过在镀敷的铜的顶部和底部表面上真空层压干燥的可照相显影的膜而有利地形成这些电路。使用标准的众所周知的印刷电路技术,通过使用干燥膜遮盖所需的电路来制造电路的这些第三层和第四层。接着从组件组合件的顶部和底部表面两者蚀刻暴露(未遮盖)的铜。接着从那些顶部和底部表面剥离剩余的干燥膜遮罩。剩余的铜在顶部表面上形成电路150的所需的第三层,在底部表面上形成电路151的第四层,且在层150、151之间形成由镀铜通孔140提供的电路连接。
接着以化学方式清洁顶部和底部表面。接着真空烘烤组件组合件以移除任何剩余的表面化学物。
在第三和第四层上制造电路160、161的额外的第五和第六层。在图20所示的实施例中,通过两个半固化片层165使这些电路层与相邻的第三和第四层绝缘。举例来说,Isola中等Tg环氧树脂半固化片具有每密耳厚度1100到1200伏的额定击穿电压。举特定实例来说,使用厚度为4密耳的此半固化片来提供超过4000伏的击穿电压。在清洁和烘烤步骤之后形成这些第五和第六电路层,如下:
1)用加工孔的工具(tooling hole)钻凿第五层160和第六层161铜箔;
2)在两个粘附片或半固化片中钻凿加工孔;
3)将两个额外的粘附剂涂覆的铜箔160、161或铜箔和半固化片层叠到图19所示的含有四个电路层的组合件上;
4)使用真空层压工艺在高温和高压下将所有材料层压在一起,因此,此制造阶段的结果为图21所示的组合件,其具有六个铜箔层58、70、130、131、160和161,其中电路层58和70经由镀敷的孔95而互连,且电路层130和131由镀敷的孔140互连,所述镀敷的孔140与镀敷的孔95隔离但使用相同的通孔;
5)如图35所示,现可穿过各自经镀敷的铜片和支撑面板56选择性地钻凿额外的通孔153,以实现(例如)表面安装的电路元件(例如,如图34A和34B所示的位于空穴50和嵌入的环形铁氧体62上的半导体、电容器、电阻器)的通孔连接器;
6)等离子蚀刻;
7)玻璃蚀刻;
8)对层160和161的表面进行化学清洁;
9)对互连孔的表面进行Shadow工艺;
10)对表面和孔进行镀铜;
11)化学清洁;
12)真空层压干燥的膜;
13)暴露第五和第六电路层160、161以进行蚀刻;
14)蚀刻第五和第六电路层160、161以用镀敷的箔160、161形成印刷电路;
15)从印刷电路的第五和第六层的表面剥离干燥膜;
16)化学清洁;
17)真空烘烤;
18)在第五和第六印刷电路层上层压两个覆层或施加覆盖层或焊料遮罩170、171(如图22所示),同时包含适当的开口以容纳待于上面装配的组件;
19)磨光锡/铅板或将保护性涂层施加到覆层开口下方的暴露的铜电路上;
20)通过布置或割开单个的矩形电路来分离每一单个的组合件,每一电路含有单个的嵌入的环形铁氧体和六个电路层;
21)测试;
22)将电路元件装配到如图23和34A、34B所示的单个的微型电感器或变压器组件上;
23)测试最终的组合件。
上文所述且在图23中展示的组合件具有六个印刷电路层和两个经镀敷的通孔95和120,所述通孔95和120通过形成在支撑面板56中且围绕嵌入的环形铁氧体的外部和内部的每一孔(通道)80、81。在所示的组合件中,第一、第二、第三和第四印刷电路层和经镀敷的通孔95和120形成电路和电感器或变压器的绕组。
举特定实例来说,图23说明根据本发明建构的微型电源195的实施例。如图所示,电源的磁性组件完全囊封在印刷电路板中。举特定实例来说,此实施例的支撑面板长度为23/16英寸且宽度为113/16英寸。
在上述实施例中,环形铁氧体用于在电路板或柔性电路的平面中形成电感器和变压器。可以理解的是,可利用其它类型的磁性或铁氧体配置,例如椭圆形的环形铁氧体结构以及具有各种几何形状配置的铁氧体厚片或其它磁性材料。在其它实施例中,并非通过镀铜工艺,而是利用(例如)导电性浆料形成通孔导体。另外,可通过磁性材料直接形成彼此绝缘的多个经镀敷的通孔。图24-26中展示本发明的另一这种实施例的构造。在此实施例中,多个通孔组合件的制造使用铁氧体材料厚片,且穿过铁氧体厚片而形成钻凿的通道。在每一通道中形成多个导电通孔。
如图24所示,通常通过在支撑面板205中进行布置而形成多个矩形开口200。面板205有利地为FR-4环氧树脂层压片,但可以理解的是,由其它材料制成的片(包含用于电路板制造的其它类型的片)适合用作支撑面板205。在此实施例中,完全穿过支撑面板而形成开口。
如图25所示,分别将铁氧体板210嵌入开口200中。这些铁氧体板210中的每一者用作上面制造有电感性组件的铁磁厚片。如下文所述,可如图25所示在没有随后在组件的构造期间钻凿通孔的情况下形成这些板210。在其它实施例中,如图27所示的多个通孔可在铁氧体厚片的模制期间预成型。
在图26中展示铁氧体板210的横截面。此图展示铁氧体板210的表面,包含被绝缘层220覆盖的其通孔开口215的壁。有利地,通过上文详细描述的经真空沉积的聚对二甲苯涂层而形成此层。层220使铁氧体材料与待制造在铁氧体表面上和铁氧体中的通孔的壁上的铜电路绝缘。此涂层对于低电阻率铁氧体,例如,大约2300PERM的高磁导率铁氧体,是可行的或必要的。对于较低磁导率的铁氧体,例如,具有较高电阻率的350PERM铁氧体,常不用涂层220。
接着使用环氧树脂半固化片230或其它合适的粘附剂将箔粘贴到铁氧体板来将铜箔225、226分别层压到铁氧体板210的顶部和底部表面。视电感性组件的最终应用而定,铜箔通常还将覆盖支撑面板205的全部或一部分。在此层压步骤和下文描述的层压步骤中,所使用的材料经选择以提供最终电路的所需的物理特性。这些特性通常称作剥离强度和粘结强度。用于层压的优选材料为:来自Rogers公司的Crystal、B-1000、R1500、来自Dupont的Pyralux FB、来自Shin-Etsu的CA338、CA333、E33、来自Arisawa的AY50KA、CY2535KA、CVK2、530130、SAU、SPC、SPA,和来自Isola的中等或高Tg环氧树脂半固化片。
铁氧体板210中的通孔或通道215(图26和27所示)使得能够制造镀敷通过导体(plated through conductor)。这些经镀敷的通道充当电感器或变压器装置的电绕组。这些孔的直径通常为12到50密耳,但可能更大或更小(例如,直径小到4密耳),这取决于所制造的电感器或变压器的规格。在某些实施例中,铁氧体板经模制或另外预成型而具有所需的通孔215。在这些实施例中,在将箔层压到铁氧体板210之后,使用常规钻孔设备穿过铜箔钻凿通孔。钻凿这些孔以便与铁氧体板中的预成型孔对准。在其它实施例中,铁氧体板(例如图215所示的铁氧体板210)并不预成形有孔。在这些实施例中,在层压铜箔225、226之后在铁氧体板210中形成孔。使用激光钻孔设备有利地穿过铁氧体板和铜箔执行钻孔。
钻孔之后,有利地对经层压的面板进行等离子蚀刻以清洁所钻的孔。此步骤之后有利地进行玻璃蚀刻,从孔215中移除虚假的玻璃微粒,随后以化学方式清洁暴露的铜的顶部和底部表面。
接着使用常规的工艺以化学方式涂覆(245处所示)铜箔的顶部和底部表面以准备为这些顶部和底部表面以及所有通孔215的内表面进行镀铜。此工艺通常称作SHADOW工艺。
在使用SHADOW工艺施加化学涂层245之后,对子组合件进行镀铜。图26中展示经镀敷的铜,且所述经镀敷的铜覆盖铜箔叠层225、铜箔叠层226以及通孔(通道)215的内壁(230处所示),以便经由经镀敷的通孔230电连接顶部和底部铜箔225、226。
接着使用铜叠层的顶层和底层以及经镀敷的铜来制造印刷电路。有利地通过将干燥的可照相显影的膜真空层压在子组合件的顶部和底部上的经镀敷的铜的表面上而形成这些电路。
利用标准的印刷电路技术,接着使用干燥膜遮盖所需的电路来制造电路的第一和第二层。接着从组件组合件的顶部和底部表面蚀刻未遮盖的铜。接着从那些顶部和底部表面剥离剩余的干燥膜遮罩。剩余的铜在顶部表面上形成电路250的第一层,如图26所示,且在底部表面上形成电路251的第二层,由铜板(copper plate)通孔230使所述两个层互连。
接着以化学方式清洁顶部和底部表面。接着真空烘烤组件组合件以移除任何剩余的表面化学物或湿气。
接着制备所述组件组合件以形成额外的铜层和额外的经镀敷的通道,所述铜层和经镀敷的通道与第一铜层绝缘但被制造在所述第一铜层上。使用绝缘涂层来分离多个电路层与经镀敷的通道。可使用环氧树脂、聚对二甲苯、液态聚酰胺和其它材料。然而,如上文所述,已发现聚对二甲苯涂层对于形成这些绝缘层尤其有利。在此过程中,在整个子组合件上真空沉积聚对二甲苯以(如图26中所说明)在电路250的顶层上形成薄涂层270,在电路251的底层上形成薄涂层271,且在镀铜的通孔230内部形成薄涂层272。
在制备聚对二甲苯涂层的过程中,使用PECVD工艺(等离子增强型化学气相沉积)在子组合件上沉积非常薄的硅烷和/或羧基层。
此聚对二甲苯涂层没有小孔,且是具有高介电强度的非常薄的涂层,从而提供非常高的击穿电压值。举特定实例来说,由厚度为0.0005密耳到0.001密耳的聚对二甲苯C形成的聚对二甲苯涂层提供每密耳厚度约5600伏的击穿电压防护带。聚对二甲苯C的介电常数约2.28。
Nova HT聚对二甲苯提供约比3.15更高的介电常数,且提供每微米厚度约750伏的击穿电压。因此,非常薄的涂层(例如,10到15微米)提供7500伏或更高电压范围内的击穿电压障壁。
图27中展示经聚对二甲苯涂覆的子组合件的一个实施例。这种聚对二甲苯涂层和其它照片中展示的其它聚对二甲苯涂层是在California.Ontario的SCS涂料中心涂覆的。
在施加聚对二甲苯涂层之后,此子组合件经等离子灼烧以在顶部电路层和底部层250、251上制备额外的电路层。
在铜箔片280、281中钻凿孔开口来开始形成电路的第三和第四层,所述孔开口将与图26所示的电路开口对准。在两个粘附片285、286中钻凿与这些通孔开口对准的类似开口。接着使用低温层压工艺将预钻的铜箔80、81部分层压到预钻的粘附剂,使得各个开口对准,如图26所示。接着将经粘附剂涂覆的铜箔280附着到此第一电路层250的经聚对二甲苯涂覆的顶部表面的表面,且将经粘附剂涂覆的铜箔281附着到经聚对二甲苯涂覆的第二电路层261的表面。
接着在高温和高压下将铜箔280、281层压到子组合件以形成四个铜层组合件,其中由各个聚对二甲苯涂覆层270、271分别使第三层280和第四层281与电路层2绝缘。
现使用SHADOW工艺以化学方式涂覆铜箔280、281的表面。在使用SHADOW工艺施加化学涂层之后,再次对子组合件进行镀铜。图26中展示经镀敷的铜,且所述经镀敷的铜覆盖铜箔叠层280(如290处所示)、铜箔叠层281(如291处所示)以及经镀敷的通孔(通道)230(如300处所示)的经聚对二甲苯涂覆的壁,以便经由经镀敷的通孔300电连接第三与第四经镀铜的箔280、281。
接着使用顶层和底层经镀敷的铜箔280、281来制造第三和第四印刷电路。有利地通过将干燥的可照相显影的膜真空层压在经镀敷的铜的顶部和底部表面280、281上来形成这些电路。
使用众所周知的常规的印刷电路技术,通过使用干燥膜遮盖所需电路来制造电路的第三和第四层。接着从组件组合件的顶部和底部表面蚀刻暴露的(即,未遮盖的)铜。从那些顶部和底部表面剥离剩余的干燥膜遮罩。剩余的铜在顶部表面上形成所需的电路的第三层,在底部表面上形成电路的第四层,且在第三与第四层之间形成连接到镀铜通孔300的电路连接。
接着以化学方式清洁顶部和底部表面。接着真空烘烤所述组件组合件以移除任何剩余的表面化学物。
现可穿过各自的铜片和面板205选择性地钻凿额外的通孔连接孔,以实现(例如)位于铁氧体板210上的电路元件的通孔连接。
在第三和第四层上制造电路的额外的第五和第六层305、306。在图7所示的实施例中,通过相对较厚的单个或两个或两个以上半固化片层310使这些电路层与相邻的第三和第四层绝缘。举例来说,Isola中等Tg环氧树脂半固化片具有每密耳厚度1100到1200伏的额定击穿电压。举特定实例来说,使用厚度为4密耳的此半固化片来提供超过4000伏的击穿电压。在清洁和烘烤步骤之后形成这些第五和第六电路层,如下:
1)用加工孔钻凿第五和第六层铜箔;
2)在两个粘附片或半固化片中钻凿加工孔;
3)轻触层压预钻的两个铜箔与预钻的粘附剂;
4)层叠经粘附剂涂覆的铜箔与半固化片与含有层1、2、3和4的面板;
5)使用普通的(真空)层压工艺在高温和高压下将所有材料层压在一起,因此,结果为六个铜层组合件,其中层1和2经由镀敷孔而互连,且使用相同的孔使层3和4互连但与层1和2绝缘;
6)在第六层组合件上钻凿额外的连接孔;
7)等离子蚀刻;
8)玻璃蚀刻;
9)对层5和6的表面进行化学清洁;
10)对层5和6的表面以及互连孔进行Shadow工艺;
11)对表面和孔进行镀铜;
12)化学清洁;
13)真空层压干燥膜;
14)暴露层5和6电路以进行蚀刻;
15)蚀刻层5和6电路;
16)从层5和6的表面剥离干燥膜;
17)化学清洁;
18)真空烘烤;
19)在层5和6上层压两个覆层或(施加覆盖层-新的),且形成适当的开口以容纳待于上面装配的组件;
20)磨光锡/铅板或(施加保护性涂层-新的)到覆层开口下方的暴露的铜电路上;
21)通过布置个别的矩形电路来分离每一个别的组合件,每一电路含有个别的铁氧体以及六个电路层;
22)测试;
23)将组件装配到个别的矩形电路上;
24)测试最终的组合件。
上文所述且在图26中展示的组合件具有六个电路层和通过形成在铁氧体板210中的每一孔(通道)215的两个经镀敷的通孔230和300。在所示的组合件中,第一、第二、第三和第四电路层225、226、280和281以及经镀敷的通孔有利地形成“实质环形”的电感器或变压器的绕组,所示电感器和变压器根据发明名称为“Electronic Transformer InductorDevices and Methods for Making Same”、序列号为10/659,797、公开号为2004/0135662-A1的处于审查程序中的美国专利申请案建构。
经镀敷的通孔和印刷电路也可用于建构电感器和变压器的其它实施例。实例为单元芯变压器(Cell Core transformer)。
上文所述的工艺可用于在铁氧体和例如印刷电路板和软板(flex)的其它材料中产生多个独立的通孔。因此,有利地通过聚对二甲苯涂层使额外的铜箔层与铜板绝缘实现了单个通道中额外的独立的镀敷导体。
在其它实施例中,以上文所述的方式建构各由聚对二甲苯层绝缘的第三或第四经镀敷的导电通孔,以(例如)在铁氧体芯周围提供额外的匝,或提供支撑面板上的电路的额外的通孔连接器。图29、30和31是印刷电路板的横截面的显微照相图,其中板的通道中形成多个经镀敷的通孔电路。图29说明建构在如上文所述的单个通道中的两个导体。图30说明单个通道中的三个经镀敷的通孔导体,且图31说明单个通道中的四个经镀敷的通孔导体。
图31A、31B、32A、32B、33A、33B、34A、34B和35中展示另一实施例。在此实施例中,每一电组件并入有嵌入支撑面板中的不同尺寸的两个电感器。所示的组件是建构在面板250上的极小的电源,其仅为2.000英寸长、1.500英寸宽。在此面板中形成两个环形空穴。具有不同外径的环形铁氧体位于这些空穴中。使用上文所述和图1-22中所说明的工艺,在面板的顶层中蚀刻第一印刷电路,且在其面板的底层中蚀刻第二印刷电路。第一印刷电路层包含图31A所示的各自的初级绕组255和260。第二印刷电路层包含图31B所示的初级绕组265和270。还展示在各个环形铁氧体的外部和内部钻凿的并以上文所述的方式镀敷的经镀敷的通孔275、276、277和278。印刷电路255、265和经镀敷的通孔275、276形成电感器的绕组。印刷电路260、270和经镀敷的通孔277、278形成变压器的初级绕组。
在上文所述的聚对二甲苯涂层之后,如图32A和32B所示,在子组合件的顶部表面中形成第三印刷电路,且在子组合件的底部表面上形成第四印刷电路。另外,第二经镀敷的通孔295、296、297和298分别形成在与经镀敷的通孔275、276、277和278相同的通孔中,但通过聚对二甲苯涂层与通孔275、276、277和278绝缘。第三印刷电路层包含额外的绕组300和305。第四印刷电路层包含额外的绕组310、315。
印刷电路300、310和经镀敷的通孔295、296形成电感器的另一组绕组。印刷电路的305、315和经镀敷的通孔297、298形成变压器的次级绕组。在此实例中展示,所述变压器是降压变压器,其具有32个初级绕组和4个次级绕组以提供匝数比为8比1的变压器。
如图33A所示,在顶部子组合件第三印刷电路层的顶部表面上形成第五印刷电路325。如图33B所示,在子组合件的底部表面中形成第六印刷电路330。附接用于完成电源的电路元件作为子组合件的各个表面。所示构造的有助于电子组件的微型化的一方面是,第五和第六印刷电路325、330以及附接的电路元件可利用支撑面板的整个表面(包含嵌入的环形铁氧体上的表面空间)。因此,所得的电源和利用电感器和变压器的其它组件可建构得比常规的表面安装的变压器和电感器小得多。
上文以全面、清楚、简明且精确的术语提供对所述组件及其制造方法的预期最佳模式的描述,以使所属领域的技术人员能够生产这些组件并实践这些方法。然而,这些组件和方法容许完全等效于上文讨论的实施例的修改。因此,这些组件和方法不限于所揭示的特定实施例。相反,这些设备和方法涵盖本发明的精神和范围内的所有修改。

Claims (32)

1.一种微型变压器,包括:
支撑部件,其中形成有环形空穴,
环形铁氧体,其嵌在所述空穴中,使得所述环形铁氧体实质上包含在所述空穴内,
第一和第二印刷电路,其分别形成在所述支撑部件的相对侧上,
第一多个经镀敷的通孔,其位于围绕所述环形空穴的所述空穴的外周的所述支撑部件中,
第二多个经镀敷的通孔,其位于围绕所述空穴的内周的所述支撑部件中,
所述第一印刷电路包含连接各自第一和第二经镀敷的通孔,
所述第二印刷电路包含连接各自第一和第二经镀敷的通孔,
第三多个经镀敷的通孔,其与所述第一多个经镀敷的通孔位于相同的孔中,通过真空沉积聚对二甲苯薄层,随后用粘附促进剂对经聚对二甲苯涂覆的孔的外表面进行处理,而使所述第一和第三多个通孔彼此电绝缘,
第四多个经镀敷的通孔,其与所述第二多个经镀敷的通孔位于相同的孔中,通过所述经真空沉积的聚对二甲苯薄层使所述第二和第四经镀敷的通孔彼此电绝缘,
第三和第四印刷电路,其形成在所述第一和第二印刷电路层上的各自层中,其间具有绝缘层,
所述第三印刷电路包含连接各自第三和第四经镀敷的通孔,
所述第四印刷电路包含连接各自第三和第四通孔,
所述经镀敷的通孔和印刷电路连接形成所述微型变压器的初级和次级绕组。
2.一种微型变压器,包括:
支撑部件,其中形成有环形空穴;
环形铁氧体,其嵌在所述空穴中,使得所述环形铁氧体实质上包含在所述空穴内,
第一和第二印刷电路,其分别形成在所述支撑部件的相对侧面上,
第一多个经镀敷的通孔,其位于围绕环形空穴的所述空穴的外周的所述支撑部件中,
第二多个经镀敷的通孔,其位于围绕所述空穴的内周的所述支撑部件中,
所述第一印刷电路包含连接各自第一和第二经镀敷的通孔,
所述第二印刷电路包含连接各自第一和第二经镀敷的通孔,
第三多个经镀敷的通孔,其与所述第一多个经镀敷的通孔位于相同的孔中,通过经真空沉积的聚对二甲苯薄层使所述第一和第三多个通孔彼此电绝缘,
第四多个经镀敷的通孔,其与所述第二多个经镀敷的通孔位于相同的孔中,通过经真空沉积的聚对二甲苯薄层使所述第二和第四经镀敷的通孔彼此电绝缘,
第三和第四印刷电路,其形成在所述第一和第二印刷电路层上的各自层中,其间具有绝缘层,
所述第三印刷电路包含连接各自第三和第四经镀敷的通孔,
所述第四印刷电路包含连接各自第三和第四通孔,
所述经镀敷的通孔和印刷电路连接形成所述微型变压器的初级和次级绕组。
3.一种微型变压器,包括:
支撑部件,其中建有环形空穴,
环形铁氧体,其嵌在所述空穴中,使得所述环形铁氧体实质上包含在所述空穴内,
第一和第二印刷电路,其分别形成在所述支撑部件的相对侧面上,
第一多个经镀敷的通孔,其位于围绕环形空穴的所述空穴的外周的所述支撑部件中,
第二多个经镀敷的通孔,其位于围绕所述空穴的内周的所述支撑部件中,
所述第一印刷电路包含连接各自第一和第二经镀敷的通孔,所述第二印刷电路包含连接各自第一和第二经镀敷的通孔,
第三多个经镀敷的通孔,其与所述第一多个经镀敷的通孔位于相同的孔中,通过实质上无小孔的绝缘层使所述第一和第三多个通孔彼此电绝缘,所述绝缘层的厚度在约0.5密耳到3密耳范围内,且击穿电压防护带在每单位厚度每密耳约5600到15,000伏范围内,
第四多个经镀敷的通孔,其与所述第二多个经镀敷的通孔位于相同的孔中,通过所述实质上无小孔的绝缘层使所述第二和第四经镀敷的通孔彼此电绝缘,
第三和第四印刷电路,其形成在所述第一和第二印刷电路层上的各自层中,其间具有绝缘层,
所述第三印刷电路包含连接各自第三和第四经镀敷的通孔,
所述第四印刷电路包含连接各自第三和第四通孔,
所述经镀敷的通孔和印刷电路连接形成所述微型变压器的初级和次级绕组。
4.一种微型变压器,具有:
基底部件,
空穴,其形成在所述基底中,
电感性部件,其位于所述空穴中,所述部件提供为所述变压器的磁芯,
多个开口,其位于所述基底中,
多个经镀敷的通孔导体,其形成在所述通孔开口中,通过经真空沉积的聚合物薄膜使所述导体中的每一者分别与位于相同孔中的另一经镀敷通孔导体电绝缘,
所述经镀敷的通孔导体提供所述变压器的各自电性初级和次级变压器绕组。
5.根据权利要求4所述的变压器,其中所述空穴具有实质上环形配置。
6.根据权利要求5所述的变压器,其中所述电感性部件具有类似于所述空穴的实质上环形的配置。
7.根据权利要求4所述的变压器,其中所述空穴具有实质上矩形配置。
8.根据权利要求7所述的变压器,其中所述导体部件具有类似于所述空穴的实质上矩形的配置。
9.根据权利要求4所述的变压器,其中所述基底中的所述开口位于所述支撑部件中,靠近所述导体部件的壁。
10.根据权利要求9所述的变压器,具有延伸穿过所述电感性部件的主体的通孔。
11.根据权利要求4所述的变压器,其中所述基底部件由印刷电路板形成。
12.根据权利要求11所述的变压器,其中所述基底部件由柔性电路板形成。
13.根据权利要求4所述的变压器,其中所述空穴是实质上完全穿过所述基底部件的开口。
14.根据权利要求4所述的变压器,其中所述空穴形成为部分穿过所述基底部件的所述壁以形成所述空穴的底部的基座。
15.根据权利要求4所述的变压器,其中所述经真空沉积的薄膜是聚对二甲苯。
16.一种多层印刷电路,包括:
第一和第二印刷电路,其位于绝缘支撑部件的相对侧面,
绝缘层,其分别覆盖所述第一和第二印刷电路,
第三和第四印刷电路,其位于所述绝缘的第一和第二层上,
至少一个开口,其穿过所述支撑部件,
至少两个镀敷的通过导体,其位于至少一个开口中,通过经真空沉积的薄膜使所述导体彼此绝缘,以及
所述镀敷的通过导体中的一者电连接到所述支撑部件的相对侧的印刷电路和所述经镀敷的通孔中的另一者。
17.根据权利要求16所述的电路,其中所述支撑部件由印刷电路板形成。
18.根据权利要求16所述的电路,其中所述支撑部件由柔性电路形成。
19.根据权利要求16所述的电路,其中所述经真空沉积的薄膜是聚对二甲苯。
20.一种电路,包括:
多个经镀敷的通孔,其位于支撑部件中,以及
经真空沉积的薄绝缘部件,其位于所述经镀敷的通孔中的每一者之间。
21.根据权利要求20所述的电路,其中所述支撑部件由印刷电路板形成。
22.根据权利要求20所述的电路,其中所述支撑部件由柔性电路形成。
23.根据权利要求20所述的电路,其中所述经真空沉积的薄膜是聚对二甲苯。
24.一种在单个电路板的通道中制造多个经镀敷的通孔的方法,包括:
在所述电路板通道的壁中镀铜,以形成第一经镀敷的通孔,
向所述经镀敷的通道的表面施加第一粘附性促进剂薄层,
在所述第一粘附性促进剂层上真空沉积具有高介电强度的有机层,
在所述聚合物层上施加第二粘附性促进剂层,以及
在所述第二粘附性促进剂层上镀铜,以在所述电路板通道中形成第二经镀敷的通孔。
25.根据权利要求24所述的方法,其中通过PECVD工艺(等离子增强型化学气相沉积)施加所述第一粘附性促进剂。
26.根据权利要求24所述的方法,其中所述第一粘附性促进剂是硅烷、羧基或硅烷和羧基。
27.根据权利要求24所述的方法,其中通过将所述通孔浸在所述粘附性促进剂中来施加所述第一粘附性促进剂。
28.根据权利要求24所述的方法,其中通过PECVD工艺来施加所述第二粘附性促进剂。
29.根据权利要求28所述的方法,其中所述第二粘附性促进剂是羧基或硅烷气相化学反应物。
30.根据权利要求24所述的方法,其中所述有机层是经真空沉积的。
31.根据权利要求30所述的方法,其中所述有机层是聚对二甲苯涂层。
32.一种在单个电路板的通道中制造多个绝缘的导体通孔的方法,包括:
在所述电路板的通道的壁上施加第一导电层,以形成第一导体通孔,
向所述第一导体层的表面施加第一粘附性促进剂层,
在所述第一粘附性促进剂层上沉积具有高介电强度的有机薄层,
在所述有机层上施加第二粘附性促进剂层,以及
在所述第二粘附性促进剂层上施加第二导体层。
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