CN104519680A - 用于构造电路板的生态学方法 - Google Patents

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Abstract

本发明名称为用于构造电路板的生态学方法。用于使用公开的实施方式制造电路板的方法依靠具有由层限定的导电元件的多层电路板的CAD模型。将第一颗粒状导电材料层引入模具。熔融过程元件横穿过模具以熔融形成第一层导电元件的第一颗粒状导电材料层的选定部分。将额外的颗粒状导电材料层在熔融的第一层的选定部分和第一层的未熔融的部分上引入模具中。然后使熔融过程元件横穿过模具以熔融形成额外的导电元件层的额外的颗粒状导电材料层的选定部分。然后从熔融的第一导电元件和额外的导电层元件中清除未熔融的颗粒状导电材料。然后将介电材料注入由熔融的第一导电元件和额外的导电层元件形成的结构中。

Description

用于构造电路板的生态学方法
技术领域
本公开的实施方式一般地涉及电子电路板领域，并且更具体地涉及通过印刷多层导电元件用于生产多层电路板的方法。
背景技术
制造电路板是复杂的过程，其包括化学淀积、蚀刻和机械钻孔。该过程使用有毒化学品并产生危险废物。化学品的安全利用和废物的处理增加了生产成本。有资格使用这些过程的制造商的数量是有限的并且其数量在下降。电镀和蚀刻层至介电基材上是复杂的化学问题。发现提供必要的电学性能的兼容材料的适当结合可以在具有延长的时间表的设计过程中。
因此期望提供一种采用具有最少的化学品使用的生态友好的方法用于制造多层印刷的电路板的方法。
发明内容
本文公开的实施方式提供了采用并入电路板的3D模型的计算机辅助设计(CAD)用于数据库制造电路板的系统。模具接收颗粒状导电材料，并且可转移穿过模具的金属熔融过程元件(fusion process element)响应于CAD数据库被激活，用于熔融颗粒状导电材料的选定部分以形成导电元件。分配料斗将颗粒状导电材料传递到限定的层中的模具中，用于熔融颗粒状导电材料的选定部分成为导电元件。
使用公开的实施方式制造电路板的方法依靠具有由层限定的导电元件的多层电路板的CAD模型。将第一颗粒状导电材料层引入模具。熔融过程元件横穿过模具以熔融形成第一层导电元件的第一颗粒状导电材料层的选定部分。在熔融的第一层的选定部分和第一层的未熔融部分上将额外的颗粒状导电材料层引入模具中。然后使熔融过程元件横穿过模具以熔融形成额外的导电元件层的额外的颗粒状导电材料层的选定部分。然后将未熔融的颗粒状导电材料从熔融的第一导电元件和额外的导电层元件清除(purge)。然后将介电材料注入由熔融的第一导电元件和额外的导电层元件形成的结构中。
采用本文的实施方式和方法形成的电路板提供了多个熔融的、定向的颗粒状导电材料层以根据电路板模型形成结构，该结构在路径之间限定多层导电路径和多个导体。将介电材料注入多导电路径层和导体周围之间以对熔融的材料层提供支持。
已经讨论的特征、功能和优点可以在本公开的各种实施方式中独立地实现，或可以在仍其他实施方式中组合，其进一步的细节参考下面的描述和附图可见。
附图说明
图1是示出了导电迹线(conductive trace)和通孔(via)的印刷的电路板结构的侧视图；
图2是图1的电路板结构的俯视图；
图3是在用于形成电路板层的模具中的原始材料沉积物(deposit)的图形截面视图表示；
图4是凝固的第一层的图形表示；
图5是用于形成具有通孔的电路板层的材料沉积物的图形表示；
图6是凝固的通孔的图形表示；
图7是用于形成额外的电路板层的原始材料沉积物的图形表示；
图8是凝固的额外的电路板层的图形表示；
图9是清除了多余材料的层的图形表示；
图10是插入介电材料的电路板层的图形表示；
图11是插入介电材料和清除支撑框架和模具的电路板层的图形表示；和，
图12是示范本文公开的实施方式的电路板构造的方法的流程图。
具体实施方式
本文公开的实施方式提供了附加的3D过程以建立多层电路板的导电面和通孔。在一个示例性实施方式中，当此三维结构完成时，使绝缘材料流入所述结构。一旦凝固，绝缘材料提供结构强度和电绝缘。
参考附图，图1和2示出了具有导电迹线10的简化的实例电路板结构，通孔12连接不同层中的各个迹线。如本文所使用的，术语“电路板”覆盖电路——其中在介电平面上将一列部件连接在一起——和底板——用于将电路板连接成为电子模块的系统——的标准定义。简化的实例示出了仅三层和有限数量的通孔，然而，复杂的电路板可具有很多层和通孔。
采用期望的多层电路板的计算机辅助设计(CAD)三维模型来限定导电迹线、通孔和介电夹层。
图3示范了根据本方法形成电路板中的初始步骤。将如随后描述的可以具有可拆卸的元件的模具或支撑框架14使用转移料斗15部分地填充第一层颗粒状导电材料16，由此将形成第一层电路板上的导电迹线。第一迹线18的初始布置(layout)以虚影示出。颗粒状导电材料可以是金属粉末例如铜或其他合金。可采用银、铝或在某些实施方式中采用用于光学电路的二氧化硅。以与三维打印头相当的方式采用金属熔融过程元件20以熔融部分颗粒状导电材料16成为第一迹线18，所述三维打印头由响应于电路板层的CAD模型的计算机系统22控制。金属熔融过程元件可以采用激光烧结头、微波喇叭(microwave horn)、超声波金属溅射单元(metal sputtering element ultrasound)或类似的设备以熔融部分颗粒状导电材料16成为第一迹线18，留下剩余的颗粒状导电材料处于未熔融状态。在某些实施方式中，可采用粘合剂或胶水。如图4中所示，未熔融的颗粒状导电材料16保留在模具14中并且在模具中支撑现在熔融的第一迹线18。
在某些实施方式中，转移料斗15和熔融过程元件20可以与转移料斗后面的熔融过程元件连接，二者都在计算机系统22的控制之下用于横穿过模具区域、分配并且熔融颗粒状导电材料。
如图5中所示，通过向模具14中增加第二层颗粒状导电材料24继续该过程，用于在电路板的第二层形成导电元件，作为实例以虚影示出通孔26。在计算机系统22的控制下，熔融过程元件20熔融部分第二层颗粒状导电材料24以根据电路板中第二层的CAD模型生产导电元件。如图6中所示，在第二层经过期间通孔26是熔融的，剩余部分的第二层颗粒状导电材料24和第一层颗粒状导电材料16未熔融。
如图7中所示，然后向模具中引入第三层颗粒状导电材料28，用于在电路板的第三层中形成导电元件。作为实例示出导电迹线30。在计算机系统22的控制下，熔融过程元件20熔融部分第三层颗粒状导电材料28以根据电路板中第三层的CAD模型生产导电元件。如图7中所示，在第三层经过期间迹线30是熔融的，剩余部分的第三层颗粒状导电材料28、第二层颗粒状导电材料24和第一层颗粒状导电材料16未熔融。如图8中所示，在迹线30的形成期间熔融过程元件20在第三层导电材料28中提供可控制的熔融深度以避免熔融第二或第一层颗粒状导电材料24、16中的任何下面的材料。在采用激光烧结的示例性系统中，采用激光的功率控制和头在层上的横穿速度以限制导电材料中的加热深度。对于加热的烧结或超声，通过系统的功率和材料的熔化温度来确定头的速度。作为实例实施方式，采用35mm/sec的横穿速度。第一和第二层中的颗粒状导电材料为第三层(和任何后面的层)提供均匀的支持，该第三层(和任何后面的层)提供层和其中的导电迹线的正确的空间分离(dimensional separation)。
然后重复关于图3-8概述的过程，尽可能多的层存在于电路板的CAD模型中。如图9中所示，在完成熔融过程之后，可以除去一部分模具以允许除去来自所有层的未熔融的导电材料。可采用气动或振动过程用于清除随后可被循环使用的未熔融的导电材料。可选地，可采用使用环境安全的流体的湿法冲洗过程，并且采用筛分或干燥过程用于回收导电材料粉末。如图9中所示，电路板的导电元件、迹线18、通孔26和迹线30然后出现。如图10中所示，然后可以将模具14重新组装并且将介电材料32注入导电元件周围的模具中。可使用用于电路板电介质的任何目前的树脂例如GI聚酰亚胺、氰酸酯或玻璃增强的环氧树脂层压件例如FR4。可采用多个喷射口34以引入介电材料。然后采用固化工艺以固化介电材料32。如图11中所示，然后可以从模具移除完成的电路板34。对于复杂的电路板，在建立完整的电路板期间可采用多个颗粒状导电材料清除步骤和电介质注入步骤。
如图12中所示，用于本文公开的实施方式的印刷电路板制造的方法随着多层电路板的CAD模型的制备而开始，该多层电路板具有由层限定的导电元件，步骤1202。然后将第一颗粒状导电材料层引入模具中，步骤1204。熔融过程元件横穿过模具以熔融形成第一层导电元件的第一颗粒状导电材料层的选定部分，步骤1206。然后将额外的颗粒状导电材料层在未熔融的和熔融的第一层上引入模具中，步骤1208。熔融过程元件横穿过模具以熔融形成额外的层导电元件的额外的颗粒状导电材料层的选定部分，步骤1210。然后完成步骤1208和1210的重复，以完成在CAD模型中限定的所有层。然后将未熔融的颗粒状导电材料从熔融的导电元件清除，步骤1212，并且将介电材料注入由熔融的导电元件形成的结构中，步骤1214。然后固化介电材料，步骤1216，完成电路板。
根据本公开的一方面，提供了用于制造电路板的方法，其包括制备多层电路板的CAD模型，该多层电路板具有由层限定的导电元件，将第一颗粒状导电材料层引入模具，如由第一层的CAD模型限定的，使熔融过程元件横穿过模具以熔融形成第一层导电元件的第一颗粒状导电材料层的选定部分，将额外的颗粒状导电材料层在熔融的第一层的选定部分和第一层的未熔融的部分上引入模具，如由额外的层的CAD模型限定的，使熔融过程元件横穿过模具以熔融形成额外的层导电元件的额外的颗粒状导电材料层的选定部分，从熔融的第一导电元件和额外的导电层元件清除未熔融的颗粒状导电材料，和将介电材料注入由熔融的第一导电元件和额外的导电层元件形成的结构中。
有利地，该方法进一步包括固化介电材料。
有利地，重复引入额外的颗粒状导电材料层的步骤和使熔融过程元件横穿过模具以熔融额外的颗粒状导电材料层的选定部分的步骤以完成CAD模型中限定的所有层。
有利地，该方法进一步包括从下列组中选择熔融过程元件：激光烧结、微波辐射、超声或粘合剂。
有利地，清除未熔融的颗粒状导电材料的步骤包括气动清除。
有利地，清除未熔融的颗粒状导电材料的步骤包括振动清除。
根据本公开的进一步方面，提供了用于制造电路板的系统。该系统包括计算机辅助设计(CAD)数据库——其并入电路板的3D模型、用于接收颗粒状导电材料的模具、金属熔融过程元件——其可转移穿过模具并且响应于CAD数据库被激活用于熔融颗粒状导电材料的选定部分以形成导电元件、和分配料斗——其将颗粒状导电材料传递到限定的层中的模具中。
有利地，金属熔融过程元件包括激光烧结头。
有利地，金属熔融过程元件包括微波辐射喇叭。
有利地，系统进一步包括计算机系统，所述金属熔融过程元件响应于计算机系统，用于基于该层的CAD模型熔融每一层中的颗粒状导电材料的所述选定部分。
有利地，至少一部分模具是可拆除的，从而未熔融的颗粒状导电材料可以从导电元件之间清除。优选地，模具并入至少一个喷射口，用于在导电元件的层之间引入介电材料。
根据本公开的仍进一步方面，提供了电路板，其包括多个熔融的、定向的颗粒状导电材料层，以根据电路板模型形成限定多层导电路径和其间的多个导体的结构，和在多个导电路径层和其间的导体周围注入的介电材料，以对熔融的材料层提供支撑。
有利地，在注入介电材料之前，已经清除邻近熔融的颗粒状导电材料的颗粒状导电材料。
有利地，熔融的颗粒状导电材料通过激光烧结熔融。有利地，熔融的颗粒状导电材料通过超声波焊接熔融。
有利地，熔融的颗粒状导电材料通过微波辐射熔融。有利地，电路板模型包括导电路径和其间的多个导体的所述层的每一个的CAD模型。
现在已经按照专利法规的要求详细描述了本公开的各个实施方式，本领域技术人员将认识到对本文公开的具体实施方式的改变和替换。这种改变在权利要求中限定的本公开的范围和意图内。

Claims (12)

1.用于制造电路板的方法，其包括：
制备具有由层限定的导电元件的多层电路板的CAD模型；
将第一颗粒状导电材料层(16)引入模具(14)中；
如由所述第一层的所述CAD模型限定的，使熔融过程元件(20)横穿过所述模具(14)以熔融形成第一层导电元件的所述第一颗粒状导电材料层(16)的选定部分；
将额外的颗粒状导电材料层(24)在所述第一层的熔融的选定部分和所述第一层的未熔融的部分上引入所述模具(14)中；
如由所述额外的层的所述CAD模型限定的，使所述熔融过程元件(20)横穿过所述模具(14)以熔融形成额外的层导电元件的所述额外的颗粒状导电材料层(24)的选定部分；
从熔融的第一导电元件和额外的导电层元件清除未熔融的颗粒状导电材料(16、24)；
将介电材料(32)注入由所述熔融的第一导电元件和额外的导电层元件形成的结构中。
2.根据权利要求1所述的方法，进一步包括固化所述介电材料(32)。
3.根据权利要求1所述的方法，其中重复引入额外的颗粒状导电材料层(24)的步骤和使所述熔融过程元件(20)横穿过所述模具(14)以熔融所述额外的颗粒状导电材料层(24)的选定部分的步骤以完成所述CAD模型中限定的所有层。
4.根据权利要求1所述的方法，进一步包括从下列组中选择熔融过程元件：激光烧结、微波辐射、超声或粘合剂。
5.根据权利要求1所述的方法，其中清除未熔融的颗粒状导电材料(16)的步骤包括气动清除。
6.根据权利要求1所述的方法，其中清除未熔融的颗粒状导电材料(16)的步骤包括振动清除。
7.用于制造电路板的系统，其包括：
计算机辅助设计(CAD)数据库，其并入电路板的3D模型；
模具(14)，其用于接收颗粒状导电材料(16)；
金属熔融过程元件(20)，其可转移穿过所述模具(14)并且响应于所述CAD数据库被激活用于熔融颗粒状导电材料(16)的选定部分以形成导电元件；和
分配料斗(15)，其将颗粒状导电材料(16、24)传递到限定的层中的所述模具(14)中。
8.根据权利要求7所述的用于制造电路板的系统，其中所述金属熔融过程元件(20)包括激光烧结头。
9.根据权利要求7所述的用于制造电路板的系统，其中所述金属熔融过程元件(20)包括微波辐射喇叭。
10.根据权利要求7所述的用于制造电路板的系统，进一步包括计算机系统(22)，所述金属熔融过程元件(20)响应于所述计算机系统(22)，用于基于该层的所述CAD模型熔融每一层中的颗粒状导电材料(16、24)的所述选定部分。
11.根据权利要求7所述的用于制造电路板的系统，其中至少一部分所述模具(14)是可拆除的，从而未熔融的颗粒状导电材料(16、24)可以从所述导电元件之间清除。
12.根据权利要求11所述的用于制造电路板的系统，其中所述模具(14)并入至少一个喷射口(34)，用于在导电元件的层之间引入介电材料(32)。
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