CN105009697A - 具有均匀过孔内直径的高速印刷电路板 - Google Patents

Abstract

一种用于高速信号的印刷电路板和制造方法。在电镀时，印刷电路板具有均匀内直径的小直径过孔。至少在插入有压配合式分段的区域上内直径的均匀性足以在对压配合式分段的降低损坏风险的情况下形成到压配合式分段的可靠的电气和机械连接。

Description

具有均匀过孔内直径的高速印刷电路板

相关申请

本申请要求于2013年3月5日提交的美国临时申请序列号61/773,120的权益，其全部内容通过引用合并到本文中。

技术领域

本发明涉及印刷电路板和制造方法。

背景技术

印刷电路板(PCB)被广泛用在用于装配电子组件的电子产业中。PCB可以由有时称为“半固化片”的介质片的堆制成，该介质片中的一些或全部可以在一个表面或两个表面上具有导电膜。导电膜中的一些可以使用光刻技术被图案化，以形成用于实现可包含各种电路元件的电路内的互连的导电迹线，各种电路元件例如为：电阻器、电容器、电感器、晶体管、保险丝、集成电路(IC)、微调电位器、电声装置、微机电装置(MEM)、电光装置、微处理芯片、存储器芯片、多管脚连接器、以及各种类型的传感器等。其它导电薄膜可以被基本完好地保留并且可以充当接地或电源“面”。这些介电片可以例如通过按压堆叠的片以处于压力之下而被形成为一体的“板”结构。

为了实现到迹线或接地面/电源面的电气连接，可以穿过板钻出孔。这些孔或“过孔”填充有金属或被电镀上金属，使得过孔将电连接至该过孔穿过的内部导电迹线或面中的任一个。

为了将部件附接至PCB，可以通过使用焊料或不使用焊料将部件的“尾部”插入到过孔中。可替选地，可以在连接至过孔的板的表面上形成焊料盘，并且部件的尾部可以被焊接至这样的焊盘。结果，可以在PCB内形成电迹线和过孔。

发明内容

本申请涉及高频印刷电路板以及用于制成这样的印刷电路板的方法。

发明人已经开发出一种制造支持高频信号的印刷电路板的方法。这样的印刷电路板可以使压配合附接技术适于安装到印刷电路板的部件，诸如电气连接器。根据某些实施例，印刷电路板可以具有小直径过孔，该小直径过孔支持被安装到印刷电路板的部件上的小柔性部分的使用。该小柔性部分可以在印刷电路板与附接部件之间的界面处提供期望的阻抗性能。这些期望的阻抗性能可以支持高频信号，而没有能够限制包括印刷电路板中的连接器在内的总体电子系统的操作范围的反射、模式转变或其它失真。

小直径过孔可以具有轮廓化的未电镀内直径。轮廓可以提供从插入柔性构件的表面开始减小的直径。轮廓可以根据过孔的表面下方的深度补偿差别的电镀速率。在电镀后，未电镀过孔的较大直径部分可以具有较厚的镀层，从而在插入柔性部分的区域中得到电镀过孔的基本上均匀的内直径。

发明人还想到了用于制造这样的印刷电路板的方法。该方法可以包括利用轮廓化的钻头或其它工具钻出过孔的至少一部分以产生轮廓化的、未电镀的内直径。然后，可以电镀该过孔，并且可以将柔性构件插入到该过孔中。

结合附图，根据以下描述能够更全面地理解本教导的前述和其它方面、实施例以及特征。

附图说明

技术人员将理解，本文所述的附图仅用于说明的目的。将要理解的是，在某些实例中，本发明的各个方面可以被示出为夸大或放大的，以有助于对本发明的理解。在附图中，相似的附图标记一般指各个附图中相似的特征、功能上相似和/或结构上相似的元件。附图不一定是按比例的，而是强调说明本教导的原理。附图不意在以任何方式限制本教导的范围。

图1以横截面描绘了印刷电路板的过孔；

图2以横截面描绘了图1的插入有接触尾部的过孔；

图3描绘了可以用于形成根据某些实施例的轮廓化的(contoured)过孔的钻子的示例性实施例；

图4是电镀后的轮廓化的过孔的示例性实施例的横截面；

图5是电镀前的轮廓化的过孔的示例性实施例的横截面；

图6是电镀后的图5的轮廓化的过孔的横截面；以及

图7是电镀前的轮廓化的过孔的替选实施例的横截面。

当结合附图时，根据下面阐述的详细描述，本发明的特征和优势将会变得更加明显。

具体实施方式

发明人已经认识到并理解，可以通过在具有均匀电镀内直径的印刷电路板中提供小直径过孔来实现电子系统的性能。电子系统的性能会受到印刷电路板的信号发射部分中的阻抗不连续性的限制，印刷电路板被广泛用在电子系统的制造中，以使部件电气上和机械上附接到印刷电路板。例如，电连接器可以具有大量接触细节，每个接触细节都具有被插入到印刷电路板中的相应过孔中的压配合部分。

可以通过使用较小的压配合部分来改善阻抗不连续性。然而，较小的压配合部分机械性更差，因此经受损坏。如果在插入到印刷电路板中时部件的柔性(compliant)部分被损坏，则在该部件与印刷电路板内的迹线之间不可以形成可靠的电气连接。不可靠的连接可以通过初始测试，但是可能会在电子装置的工作期间产生问题。即使在制造时识别出对小的压配合部分的损坏，修复该损坏的成本也是不期望的。

发明人已经认识到并理解，作为过孔在印刷电路板表面以下的深度的函数的差别电镀速率导致具有不均匀内直径的电镀过孔。为了确保可靠的电气连接，以较慢速率进行电镀的、过孔的较深部分中的镀层可以得到标称厚度。然而，过孔中更靠近表面的、或者以较快速率进行电镀的部分中的镀层将会更厚，可能使电镀孔的内直径很小，以至于柔性部分无法可靠地配合在过孔内，并且在插入时可能会损坏。

对于诸如可用在电子系统(诸如交换机、路由器和大型高性能计算机)的背板制造中的、厚印刷电路板中的小直径过孔，差别电镀速率可能最显著。在某些实施例中，本文中所述的技术可以与具有大于15:1的深径比的印刷电路板一起使用。在某些实施例中，本文中所述的技术可以与小于0.022英寸的成品孔尺寸一起使用。孔尺寸例如可以为10密耳至15密耳。

通过使用更好地容纳小的压配合部分而没有损坏的过孔，可以使得能够使用小的压配合部分。在某些实施例中，过孔由具有针对电镀前其内直径的轮廓的孔形成。可以选择轮廓，使得电镀后内直径相对均匀。电镀过孔的内直径可以变化+/-2密耳或更小。在某些实施例中，内直径的变化可以为+/-1.5密耳或更小。在其它实施例中，其可以为+/-1密耳或更小。

图1以横截面图示出具有过孔152的印刷电路板。过孔152被设计成容纳压配合部分100。如所示出的，印刷电路板包括多个层，其中，层144、134、110、132和142被编号。在该示例中，这样的印刷电路板可以使用常规印刷电路板制造技术形成，在该常规技术中可被图案化成具有导电迹线的金属和绝缘材料的交替层被压制成板。可以将该板钻孔，并且可以电镀孔的内直径以形成过孔。在该示例中，示出了镀层160。镀层160连接金属层134和144，并且还提供至压配合部分100的连接。

应当理解的是，虽然图1中示出了单个过孔和单个压配合部分，但是在电子系统中可以存在多个这样的过孔和多个压配合部分。而且，柔性部分可以表示连接器的柔性部分。然而，不以这种方式限制本发明。因此，可以使用任何适当数目的过孔，并且压配合部分可以构成任何适当部件的一部分。

为了安装压配合100是其一部分的部件，该压配合可以被插入到过孔152中。在该示例中，压配合100在其内部中形成有孔，该压配合100在其被插入到具有适合尺寸的过孔中时能够被压缩。图2图示出被插入到过孔152中的压配合100。压配合100的压缩产生相对过孔152的内壁的弹力，从而产生可靠的电气和机械连接。

然而，这样的可靠连接要求孔的尺寸与压配合的尺寸相匹配。如果孔直径太小，则可能会损坏压配合部分。如果孔直径太大，则不会形成可靠连接。此外，优选地在柔性部分插入通过的过孔的整个部分上保持该尺寸。

常规制造工艺可以保持镀层厚度的公差，以提供大于+/-2密耳的变化。然而，对于小直径过孔以及具有相应小尺寸的压配合部分，会需要+/-2密耳或更小的更严格的公差。

在某些实施例中，具有期望的小尺寸和均匀的电镀直径的过孔可以根据对距表面有限的距离使用更大的钻孔尺寸的方法来实现。在某些实施例中，可以使用修改的钻头以使表面处孔的直径增大一个量，该量将完全或部分地抵消孔的“拐点”处出现的电镀孔尺寸的正常减小，该“拐点”可以在孔的远离表面的内部处。在某些实施例中，锥形的角和长度产生在钻孔中不会导致架子(shelf)或凹凸部(jog)的渐变孔尺寸变化。

在某些实施例中，这样的钻头可以在用常规钻头钻出未电镀过孔之后用于成形该未电镀过孔的顶部。然而，应当理解的是，可以用单个钻头产生与孔的内直径相同的轮廓。

在某些实施例中，工具的最小直径为小于标称孔尺寸的0.0005”至0.002”，以在形成锥形时确保平滑过渡。在某些实施例中，该锥形可以为相对浅的角，诸如小于20度。在某些实施例中，锥形可以小于15度。例如，锥形可以为3度与15度之间或约5度与约10度之间的角。作为具体示例，锥形可以约为6度。

所得到的锥形孔可以具有电镀时不引入镀层折叠或锐弯的平滑表面。在某些实施例中，最大孔尺寸可以由工具的最大直径以及用于钻孔操作的控制深度设定点两者来控制。

与用于形成未电镀过孔的轮廓化的内直径的特定工具的方式无关，在钻出过孔后，可以使用常规电镀工艺电镀该过孔，其中参数被选择以在插入压配合部分的过孔的至少上部区域上提供均匀内直径，均匀内直径是指具有公差内的变化的内直径。

图3图示出可以用于提供根据某些实施例的锥形部分的工具。这里，该工具在大约10密耳的长度上具有锥形部分。锥形部分具有0.50毫米的最大直径并且向下渐缩至大约0.4密耳的直径。该锥形可以为恒定角。然而，在某些实施例中，该角不需要是恒定的并且可以被选择为导致电镀过孔的均匀内直径。在示出的实施例中，例如，工具在约9密耳长度上从约0.5毫米渐缩成约0.45毫米。锥形的角在尖端附近可以更陡，导致越陡的锥形越深入孔中。在本实施例中，在尖端处锥形的角较陡，以在大约1密耳上提供额外0.05毫米的直径变化。然而，应当理解的是，可以使用在工具的任何适当长度上的任何适当的锥形的角。

在示出的实施例中，工具具有非锥形轴。该轴可以用于保持工具。可替选地或另外地，非锥形轴可以允许工具的锥形部分进入过孔，使得过孔的锥形部分不需要始于印刷电路板的表面。例如，图3示出了1.5毫米的非锥形轴。如果工具以其全部深度插入到过孔中，则锥形部分可以从印刷电路板的表面之下大约1.5毫米开始。

然而，应当理解的是，可以使用任何合适的工具。作为具体示例，工具可以具有比连接器的标称孔尺寸大的0.0005”至0.003”的最大直径。在某些实施例中，可以用被设计成得到该标称孔尺寸的常规钻头初始地钻出过孔。可以在用所描述的工具钻孔之前或之后钻出该孔。在某些实施例中，工具的最小尺寸可以是小于标称孔尺寸的0.002”(可能的范围为0.0005”至0.004”)。

工具上的锥形特征可以为任何适当的长度。然而，作为具体示例，其可以为0.020”。工具的尺寸可以产生任何适当的锥形，但是作为具体示例，可以选择锥形的长度，外加最小直径和最大直径，以产生6度点角。然而，可以调整以下这些因素中的任何因素以产生不同的点角：1)锥形的最小直径、2)锥形的最大直径，或者3)锥形的长度。点角的可能范围在1度与10度之间。

图4以横截面图示出由轮廓化的未电镀孔构成的过孔。图4示出电镀之后过孔的相对均匀内直径。例如，虽然镀层越深入孔中越薄，但是未电镀孔的锥形抵消了镀层厚度的差，使得在锥形部分的末端处内直径为0.0148英寸，并且在电路板的表面处内直径为0.0140英寸。因此，该差小于1密耳。

图5提供了又一示例。在该示例中，印刷电路板具有厚度T。该厚度可以大于0.25英寸。例如，印刷电路板可以具有多于20层，例如在20层与40层之间。

印刷电路板可以被形成为具有过孔以容纳小直径压配合部分。因此，板可以被制造成具有未电镀过孔，在图5中示出其中的代表性未电镀过孔，其中有在深度D上形成的锥形区域。深度D对于所有过孔不需要是相同的，但是在某些实施例中，可以将深度D选择为等于或超过可插入压配合部分的深度，并且在某些实施例中可以为例如在约5密耳与25密耳之间。

因此，深度D、未电镀过孔可以具有直径ID2。ID2可以对应于常规小直径过孔的标称直径。然而，在表面处，过孔可以具有可大于ID2的直径ID3。ID1和ID2的尺寸可以为任何适当的尺寸，包括上面所描述的那些尺寸。

图6图示出电镀后的图5的过孔。如可以看出的，镀层的厚度不同。然而，未电镀过孔的直径相对于镀层厚度的变化而相反变化，使得至少到深度D的、电镀过孔的内直径大约为CD。CD可以对应于用于小压配合部分的期望内部过孔直径，并且可以具有任何适当的尺寸，包括上面所描述的尺寸。

应当理解的是，过孔的具体形状和大小不是本发明的关键。图7图示了变化的示例。这里，未电镀过孔的轮廓是不平滑的。反而，可以用如所示出的分立的台阶产生更靠近表面增大直径的轮廓。可以通过具有多个不同直径的分段的单个工具产生台阶。可替选地或者另外地，可以使用不同的工具产生台阶，其中不同的工具分别具有不同直径或轮廓。

虽然已经结合各个实施例和示例描述了本教导，但是并不旨在将本教导限于这样的实施例或示例。相反地，如本领域技术人员将会理解的，本教导涵盖各种替选、修改和等同物。

除非大意声明，否则权利要求书不应当被解读为限于所描述的顺序或元件。应当理解的是，本领域技术人员可以在不偏离所附权利要求的精神和范围的情况下对形式和细节做出各种改变。此外，与这样的其它实施例中所描述的特征相结合或代替这样的其它实施例中所描述的特征，在其它实施例中可以使用结合一个实施例所描述的特征。要求保护落在所附权利要求及其等同物的精神和范围内的所有实施例。

Claims (20)

1.一种印刷电路板，所述印刷电路板包括电镀过孔，所述电镀过孔包括具有适于容纳压配合分段的深度的区域，其中，所述过孔在所述区域上具有随深度减小的未电镀内直径以及随深度减小的镀层厚度。

2.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述镀层厚度与未电镀内直径的减小成比例地随深度减小，以提供在所述区域上的变化小于+/-2密耳的电镀内直径。

3.根据权利要求2所述的印刷电路板，其中，所述电镀内直径在10密耳与15密耳之间。

4.根据权利要求3所述的印刷电路板，其中，电镀内直径在所述区域上的变化小于+/-1密耳。

5.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述过孔在所述区域上具有1度至10度的壁锥形。

6.根据权利要求1所述的印刷电路板，其中，所述过孔具有大于15:1的深径比。

7.根据权利要求6所述的印刷电路板，其中，所述印刷电路板大于20层。

8.一种制造印刷电路板的方法，包括：

钻出穿过所述板的表面的未电镀过孔；

在所述未电镀过孔的与所述表面邻近的至少一个区域上形成轮廓；以及

电镀所述未电镀过孔，以提供在所述区域上的变化小于+/-2密耳的所述电镀过孔的内直径。

9.根据权利要求8所述的方法，还包括：

将压配合分段插入到所述区域中。

10.根据权利要求9所述的方法，其中，所述区域在所述表面下方延伸至少8密耳。

11.根据权利要求9所述的方法，其中，所述轮廓是平滑锥形。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，所述轮廓为台阶式。

13.一种印刷电路板，包括：

表面；

穿过所述表面的电镀过孔，所述电镀过孔包括区域，其中所述过孔在所述区域上具有随深度减小的未电镀内直径以及随深度减小的镀层厚度；

位于所述过孔的所述区域内的压配合分段。

14.根据权利要求13所述的印刷电路板，其中：

所述印刷电路板具有大于15:1的深径比。

15.根据权利要求14所述的印刷电路板，其中：

所述电镀过孔的成品孔尺寸小于0.022英寸。

16.根据权利要求14所述的印刷电路板，其中：

所述电镀过孔的成品孔尺寸在10密耳与15密耳之间。

17.根据权利要求16所述的印刷电路板，其中：

所述电镀过孔的所述成品孔尺寸在所述区域上的变化小于1密耳。

18.根据权利要求16所述的印刷电路板，其中：

所述区域具有10密耳的长度。

19.根据权利要求18所述的印刷电路板，其中：

所述非成品过孔从0.5毫米的直径渐缩成0.4毫米的直径。

20.根据权利要求18所述的印刷电路板，其中：

所述非成品过孔以1度至10度的角渐缩。