CN114208397A - 用于增材制造smt安装插座的系统和方法 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及用于使用增材制造技术来制造球栅阵列(EGA)表面安装焊盘(SMP)和表面安装技术装置(SMT)封装插座的系统和方法。更具体地，本公开涉及用于增材制造电子(AME)电路的增材制造方法，例如印刷电路板(PCB)，和/或柔性印刷电路(FPC)，和/或高密度互连印刷电路板(HDIPCB)，每种都具有集成的凸起和/或凹陷EGA SMP，和/或用于限定在其中的SMT装置的表面安装插座，以及将诸如EGA和/或SMT等表面安装装置耦接到其上的方法。

Description

用于增材制造SMT安装插座的系统和方法
背景技术
本公开涉及用于制造电子电路中的表面安装(SMT)IC封装装置的表面安装焊盘和插座的系统和方法。这些包括球栅阵列(BGA)和任何其它表面安装装置。更具体地，本公开涉及用于制造增材制造电子(AME)电路的增材制造(AM)方法，例如印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路板(FPC)和高密度互连印刷电路板(HDIPCB)中的至少一种，所述电路具有限定在其中的集成SMT装置插座和/或表面安装焊盘。
具有小形状因数的电子装置在所有领域中的需求日益增加，例如：制造、商业、消费品、军事、航空、物联网等。因此，集成电路芯片的小型化已经显著发展，并且小型的矩形板状部件，一些没有引线的类型，例如针栅阵列(PGA)连接器封装已经得到广泛使用。这些类型的针栅阵列封装结构中的一些在其底表面上形成有焊球(或焊料凸起)，而不是形成有外部端子针，并且被称为“球栅阵列”(BGA)封装。
此外，电子封装工业应用，例如上面讨论的那些应用，广泛地利用表面安装技术(SMT)连接器来改善印刷电路的布线密度、阻抗匹配和路径长度问题。与先前的和更机械坚固和容错的针或针通孔接口技术相比，在先前应用中使用的形状因数或制造技术不太重要，由于这些具有相对紧密公差的不断小型化的SMT接口的组装限制，SMT连接器技术出现了新的机械要求。
这种类型的SMT封装(包括BGA)可以具有小的外部尺寸。例如，在其底表面上具有165个焊料钟形件的BGA封装可具有约23.0mm(长度)×23.0mm(宽度)×2.13mm(厚度)的尺寸。利用这些尺寸，难以确保在表面安装焊盘上的适当耦接。
用于将焊料凸起放置在衬底上的表面安装焊盘上的典型方法使用放置在衬底上的表面安装焊盘上的模板，以引导焊膏或焊球流过模板中的开口到表面安装焊盘上。焊膏或焊球可以散布或分布在模板上(例如，使用刮板(例如，弹性刮片)，以均匀地分布焊膏以及去除多余的焊膏)。在从衬底移除模板之后，在其上形成焊料凸起；并且保持连接到表面安装焊盘。该方法在表面安装焊盘上形成焊料凸起，并且不在表面安装焊盘上放置预先形成的焊料。用于将焊球放置在衬底上的表面安装焊盘上的另一种方法使用管将焊球保持在表面安装焊盘上。每个管施加真空力以将单个焊球保持在管的端部。在将保持焊球的管放置在对应的表面安装焊盘上之后，通过去除真空并垂直振动管以将焊球释放到表面安装焊盘上，将焊球放置在表面安装焊盘上。这两种方法(以及其它方法)没有解决以有效且高效的方式将集成芯片封装的引线、引脚或球栅耦接到布线电路上的表面安装焊盘上所需的精度。
本公开旨在通过使用增材制造技术和系统来克服上述缺点中的一或多个。
发明内容
在各种实施例中，公开了用于制造增材制造电子(AME)电路的增材制造(AM)方法，例如以下各种中的至少一种：印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连印刷电路板(HDIPCB)，每种都具有限定在其中的集成BGA插座。
在一个实施例中，本文提供了一种增材制造的电子(AME)电路，该电路是以下各种中的至少一种：印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连印刷电路板(HDIPCB)，AME电路具有至少一个外表面，外表面包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，其具有从AME电路的外表面向内延伸到凹坑底板的侧壁，其中底板限定具有多个孔的阱阵列，每个孔被配置成接收和容纳焊接介质，以及凸起框架(换言之，框住凹坑)，其具有从AME电路的外(顶、底、侧)表面向外(例如，顶、底或侧)延伸的侧壁，凸起框架限定具有侧壁和底板的有框架凹坑，底板限定被配置成接收和容纳焊接介质的阱阵列，其中，具有限定在其中的阱阵列的凹陷凹坑和凸起有框架凹坑中的每一个被定尺寸和配置成可操作地耦接以下各项中的至少一项：球栅阵列(BGA)封装(指部件的物理形状、覆盖区或轮廓)和表面安装装置(SMT)封装。
在另一个实施例中，凸起的有框架凹坑具有部分框架，并且凹坑底板还限定互连多个阱的凹槽或通道，凹槽(或通道)可操作以保持多个阱之间的流体连通，配置成收集(并提供用于排出)过量的焊料回流材料，例如焊剂。
在又一个实施例中，本文提供了一种用于制造增材制造的电子(AME)电路的方法，该电路是以下各种中的至少一种：印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连印刷电路板(HDIPCB)，每种都包含以下各项中的至少一项：具有侧壁的凹陷凹坑，侧壁从AME电路的外(顶、底、侧)表面向内延伸至凹坑底板，其中底板限定阱阵列，阱阵列被配置成接收和容纳焊接介质，以及具有侧壁的凸起框架，侧壁从AME电路的外(顶、底、侧)表面向外延伸，凸起框架限定凸起有框架凹坑，凸起有框架凹坑具有侧壁和底板，底板限定阱阵列，阱阵列被配置成接收和容纳焊接介质，其中，凹陷凹坑和凸起有框架凹坑中的每一个可操作以耦接球栅阵列(BGA)封装和表面安装技术(SMT)封装中的至少一种，该方法包含：提供喷墨打印系统，其具有：第一打印头，该第一打印头被适配成用于分配介电油墨；第二打印头，该第二打印头被适配成用于分配导电油墨；传送器，该传送器可操作地耦接到第一打印头和第二打印头，并配置成将衬底传送到每个打印头；以及计算机辅助制造(“CAM”)模块，其与第一打印头和第二打印头中的每一个通信，CAM进一步包含中央处理模块(CPM)，中央处理模块包括至少一个处理器，该至少一个处理器与非暂时性计算机可读存储装置通信，该非暂时性计算机可读存储装置被配置成存储指令，指令在由至少一个处理器执行时致使CAM通过执行以下步骤来控制喷墨打印系统，步骤包含：接收表示AME电路的3D可视化文件，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；以及生成具有多个文件以及至少表示打印顺序的图元文件的文件库，每个文件表示用于打印AME电路的基本上2D层，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；提供介电喷墨油墨组合物和导电喷墨油墨组合物；使用CAM模块，从库中获得第一层文件；使用第一打印头，形成对应于介电喷墨油墨的图案；固化对应于介电喷墨油墨的图案；使用第二打印头，形成对应于导电油墨的图案，图案进一步对应于用于打印AME电路的基本上2D层，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；烧结对应于导电喷墨油墨的图案；使用CAM模块，从库中获得表示用于打印AME电路的后续层的后续文件，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；后续文件包含用于表示以下各项中的至少一项的图案的打印指令：介电油墨和导电油墨；重复以下步骤：使用第一打印头，形成对应于介电油墨的图案，至使用CAM模块，从2D文件库获得后续的基本上2D层的步骤，其中在打印最终层时，形成AME电路，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑。
注意，库包含计算机辅助设计(CAD)生成的迹线和介电绝缘(DI)材料的布局，以及它们检索所需的图元文件，包括例如标签、打印时间顺序和在所利用的增材制造系统中使用所需的其它信息。
凸起的和/或凹陷的凹坑中的阱阵列可操作为表面安装焊盘，并且其尺寸被确定为(换言之，具有正确的表面横截面和侧壁间距，或空间取向)适于接收和容纳各种SMT装置的引线(例如，引脚(例如J型、翼型、T型)、凸起球等)，由此每个阱或表面安装焊盘被配置成与目标部件通信(换言之，保持电子接触)。
在又一实施例中，本文提供一种AME电路，其是以下各种中的至少一种：印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连印刷电路板(HDIPCB)，每种都包含整体制造的BGA插座，其尺寸被确定为且被配置成可操作地耦接到BGA芯片封装。
当结合示范性而非限制性的附图和实例阅读时，用于制造球栅阵列(BGA)封装插座的系统和方法的这些和其它特征将从以下详细描述中变得显而易见。
附图说明
为了更好地理解用于具有整体球栅阵列(BGA)封装插座的AME电路的增材制造的系统和方法，以及它们的制造组合物，关于其实施例，参考所附实例和附图，其中：
图1是使用所公开的方法制造的印刷电路的顶部等距透视示意图；
图2A是使用所公开的方法制造的图1中的放大的凸起有框架凹坑的等距示意图，其中图2B示出了使用所公开的方法制造的表面安装焊盘；
图3是图1所示AME电路的横截面；
图4是使用所公开的方法制造的AME电路的另一配置的等距示意图，其中凸起的有框架凹坑是部分框架；
图5A是使用所公开的方法制造的BGA插座的示意图，示出了用于焊料回流收集的凹槽(或通道)，图5B至5F示出了可以使用该技术耦接的BGA和SMT部件的一些实例；以及
图6是用于将IC封装耦接到使用所公开的方法制造的插座的流程图。
具体实施方式
本文提供了用于制造球栅阵列(BGA)和SMT封装插座的系统和方法的实施例。更具体地，本文提供了用于制造AME电路的增材制造方法的实施例，AME电路是以下各种的至少一种：印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连印刷电路板(HDIPCB)，其具有以下各项中的至少一项：BGA封装插座和/或SMT插座。
如本文中所使用的球栅阵列(BGA)在实施例中是指用于将集成芯片耦接到AME电路的表面安装封装(集成芯片(IC)载体)。此外，BGA连接器封装的典型焊接在250℃下进行约30秒。在这些温度下使用的焊膏会产生内部结构缺陷，例如空隙，或者在熔化过程中熔化的焊料量的密度变化，从而在制造过程中引入潜在的缺陷和/或在产品寿命期间的失效风险。此外，当使用时，焊球需要精确地定位在表面安装焊盘上，以确保BGA连接器封装的引线(引脚)或焊球与焊料接点(和接触焊盘)之间的接触。当需要在较低温度(例如介于约120℃与约160℃之间)下进行所述工艺时，有利的是使焊球(或引线)准确地定位于表面安装焊盘上方。
本文使用的术语“焊球”指的是装配到所制造的插座上的芯片封装上的导电预成型件的各种形状因数，无论其是引线(引脚)、焊料凸起、焊球等。
在此，本文所述的系统、方法和组合物可用于形成/制造AME电路，AME电路是以下各种中的至少一种：PCB、FPC和HDIPCB板，包含集成的BGA连接器插座，其可选地耦接到BGA芯片封装，在单个，连续的增材制造工艺(遍)中利用打印头与导电和介电油墨组合物的组合，使用例如喷墨打印装置，或使用若干遍。使用本文所述的系统、方法和组合物，介电树脂材料可用于形成印刷AME电路的绝缘和/或介电部分(参见例如图1的100)。该印刷的介电喷墨油墨(DI)材料以优化的形状印刷，包括精确的阱(换言之，表面安装焊盘(参见例如图2B中的114j))，其可以沉入印刷电路的外(顶、底或侧)表面中，在框架110中凸起，或任何组合，由此框架可以是完整的110或部分的(参见例如图4中的110')。
尽管参考了喷墨油墨，但在所公开的方法的实施方案中也考虑了其它增材制造方法(也称为快速原型法、快速制造和3D打印)。在示范性实施方案中，AME电路包含至少一个有框架凹坑和/或至少一个凹陷凹坑；同样可以通过选择性激光烧结(SLS)工艺、直接金属激光烧结(DMLS)、电子束熔化(EBM)、选择性热烧结(SHS)或立体光刻(SLA)来制造。包含例如BGA连接器封装插座的AME电路可由任何合适的增材制造材料制成，例如金属粉末(例如钴铬合金、钢、铝、钛和/或镍合金)、气体雾化金属粉末、热塑性粉末(例如聚乳酸(PLA)、丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)和/或高密度聚乙烯(HDPE))、光聚合物树脂(例如可UV固化的光聚合物，例如PMMA)、热固性树脂、热塑性树脂、柔性介电材料、柔性导电材料和/或能够实现本文所述功能的任何其它合适材料。
所使用的系统通常可以包含多个子系统和模块。这些可以是，例如：附加的导电和介电打印头、用于控制打印头、卡盘的移动、其加热和传送运动的机械子系统；油墨组合物喷射系统；固化/烧结子系统；具有至少一个处理器或CPU的计算机化子系统，其被配置成控制该工艺并生成适当的打印指令，诸如自动机械臂之类的部件(例如，BGA/SMT封装)放置系统、用于焊接的热空气刀、机器视觉系统，以及控制3D打印的命令和控制系统。另外，可以使用附加的打印头将焊膏直接分配到阱阵列114j中。
因此并且在一个示范性实现方案中，本文提供了一种用于制造以下各项中的至少一项的方法：印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连印刷电路板(HDIPCB)，每种都包含以下各项中的至少一项：具有侧壁的凹陷凹坑，侧壁从PCB、FPC和HDIPCB中的至少一个的外表面向内延伸到凹坑底板，其中底板限定阱阵列，阱阵列被配置成接收和容纳焊接介质，以及具有侧壁的凸起框架，侧壁从PCB、FPC和HDIPCB中的至少一个的外表面向外延伸，凸起框架限定凸起有框架凹坑，凸起有框架凹坑具有侧壁和底板，其中底板限定阱阵列，阱阵列被配置成接收和容纳焊接介质，其中，凹陷凹坑和凸起有框架凹坑中的每一个的尺寸被确定为且被配置成可操作地耦接球栅阵列(BGA)封装，以及表面安装技术(SMT)封装中的至少一种，该方法包含：提供一种喷墨打印系统，其具有：第一打印头，该第一打印头被适配成用于分配介电油墨；第二打印头，该第二打印头被适配成用于分配导电油墨；传送器，该传送器可操作地耦接到第一打印头和第二打印头，并配置成将衬底传送到每个打印头；以及计算机辅助制造(“CAM”)模块，该模块与第一打印头、第二打印头，以及传送器通信，CAM模块包含：至少一个处理器；非易失性存储器，其上存储有一组可执行指令，这些可执行指令被配置成在被执行时致使至少一个处理器：接收表示以下各项中的至少一项的3D可视化文件：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；使用3D可视化文件，生成包含多个层文件的库，每个层文件表示用于打印PCB、FPC和HDIPCB中的至少一种的基本上2D层，电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；使用库，生成导电油墨图案，导电油墨图案包含用于打印PCB、FPC和HDIPCB中的至少一种的导电部分的层文件中的每一个的导电部分；使用库，生成对应于层文件中的每一个的介电油墨部分的油墨图案，层文件用于打印PCB、FPC和HDIPCB中的至少一种的介电部分，其中，CAM模块被配置成控制第一打印头和第二打印头中的每一个；提供介电油墨组合物和导电油墨组合物；使用CAM模块，获得第一层文件；使用第一打印头，形成对应于介电油墨的图案，介电图案进一步对应于基本上2D层，2D层用于打印以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；固化对应于基本上2D层的介电油墨的图案；使用第二打印头，形成对应于导电油墨的图案，导电图案进一步对应于基本上2D层，2D层用于打印以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；以及烧结对应于导电油墨的图案。
此外，并且在另一示范性实施方案中，本文提供了一种用于制造增材制造的电子(AME)电路的方法，该电路是以下各种中的至少一种：印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连印刷电路板(HDIPCB)，每种都包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，其具有侧壁，侧壁从AME电路的外(顶、底、侧)表面向内延伸至凹坑底板，其中底板限定阱阵列，阱阵列被配置成接收和容纳焊接介质，以及具有侧壁的凸起框架，侧壁从AME电路的外(顶、底、侧)表面向外延伸，凸起框架限定凸起有框架凹坑，凸起有框架凹坑具有侧壁和底板，底板限定阱阵列，阱阵列被配置成接收和容纳焊接介质，其中，凹陷凹坑和凸起有框架凹坑中的每一个可操作以耦接球栅阵列(BGA)封装和表面安装技术(SMT)封装中的至少一种，该方法包含：提供喷墨打印系统，其具有：第一打印头，该第一打印头被适配成用于分配介电油墨；第二打印头，该第二打印头被适配成用于分配导电油墨；传送器，该传送器可操作地耦接到第一打印头和第二打印头，并配置成将衬底传送到每个打印头；以及计算机辅助制造(“CAM”)模块，其与第一打印头和第二打印头中的每一个通信，CAM进一步包含中央处理模块(CPM)，中央处理模块包括至少一个处理器，该至少一个处理器与非暂时性计算机可读存储装置通信，该非暂时性计算机可读存储装置被配置成存储指令，指令在由至少一个处理器执行时致使CAM通过执行以下步骤来控制喷墨打印系统，步骤包含：接收表示AME电路的3D可视化文件，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；以及生成具有多个文件以及至少表示打印顺序的图元文件的文件库，每个文件表示用于打印AME电路的基本上2D层，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；提供介电喷墨油墨组合物和导电喷墨油墨组合物；使用CAM模块，从库中获得第一层文件；使用第一打印头，形成对应于介电喷墨油墨的图案；固化对应于介电喷墨油墨的图案；使用第二打印头，形成对应于导电油墨的图案，图案进一步对应于用于打印AME电路的基本上2D层，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；烧结对应于导电喷墨油墨的图案；使用CAM模块，从库中获得表示用于打印AME电路的后续层的后续文件，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑；后续文件包含用于表示以下各项中的至少一项的图案的打印指令：介电油墨和导电油墨；重复以下步骤：使用第一打印头，形成对应于介电油墨的图案，至使用CAM模块，从2D文件库获得后续的基本上2D层的步骤，其中在打印最终层时，形成AME电路，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑，以及凸起有框架凹坑。
然而，应当注意，所有这些和类似的术语将与适当的物理量相关联，并且仅仅是应用于这些量的方便标记。除非特别声明，否则如从以下讨论中显而易见的，应当理解，在整个公开中，利用诸如“生成”，或“获得”、“呈现”，或“引起”，或“允许”、“访问”，或“放置”，或“形成”，或“安装”，或“移除”或“附接”或“处理”，或“切单”或“执行”，或“生成”或“调节”或“创建”或“执行”或“继续”或“计算”，或“确定”等术语的讨论是指计算机系统的处理器，或类似的电子计算装置的动作和过程，或在其控制下，其操纵和转换表示为计算机系统的寄存器、库、数据库和存储器内的物理(电子)量的数据为类似地表示为计算机系统存储器或寄存器或其它这样的信息存储、传输或显示装置内的物理量的其它数据。
此外，该组可执行指令在被执行时还被配置成使至少一个处理器：使用3D可视化文件，生成具有多个后续层文件的库，其中每个后续层文件通过打印顺序来索引，使得每个后续层文件表示用于打印AME电路的后续部分的基本上二维(2D)后续层，AME电路包含以下各项中的至少一项：可操作以耦接BGA连接器封装和/或SMT装置引线的凹陷凹坑和凸起有框架凹坑，使得当(光栅文件、矢量文件等的)2D库的打印结束时，得到的AME电路将包含至少一个功能性BGA连接器封装插座和/或至少一个功能性SMT装置插座，由此阱阵列中的所有阱连接到AME电路上和AME电路中的它们的预定目的地。
术语“模块”的使用并不意味着作为模块的一部分描述或要求保护的部件或功能都被配置在(单个)公共封装中。实际上，模块的各种部件中的任一个或全部，不管是控制逻辑还是其它部件，可组合在单个封装中或单独维护，且可进一步分布在多个分组或封装中或跨越多个(远程)位置和装置。此外，在某些实施例中，术语“模块”是指单片或分布式硬件单元。
此外，关于系统、方法、AME电路和程序，术语“可操作的”意指系统和/或装置和/或程序，或某一元件或步骤是全功能尺寸的、适配的和校准的，包含用于当被激活、耦接、实施、生效、实现时或当可执行程序由与系统和/或装置相关联的至少一个处理器执行时执行所述功能的元件，并且满足适用的可操作性要求。关于系统和AME电路，术语“可操作的”是指系统和/或电路是全功能的和经校准的，包含用于在由至少一个处理器执行时执行所述功能的逻辑，并且满足适用的可操作性要求。
在一个实施例中，在第一打印头的上下文中，术语“分配”用于表示从其分配墨滴的装置。分配器可以是例如用于分配少量液体的设备，包括微型阀、压电分配器、连续喷射打印头、沸腾(气泡喷射)分配器以及影响流过分配器的流体的温度和特性的其它装置。
因此，并且在示范性实施方案中，使用系统、程序和组合物实现的AM方法形成/制造AME电路，AME电路包含以下各项中的至少一项：具有侧壁的凹陷凹坑，侧壁从AME电路的外(顶、底或侧)表面向内延伸或与所述外(顶、底或侧)表面齐平地延伸到凹坑底板，其中底板限定具有多个阱(凹坑可与表面安装焊盘和/或插座互换)的阱阵列，每个阱被配置成接收并容纳焊接介质，以及具有侧壁的凸起框架，所述侧壁从AME电路的外表面向外延伸，凸起框架限定具有侧壁和底板的有框架凹坑，其中底板限定具有多个阱的阱阵列，每个阱被配置成接收并容纳焊接介质，其中，限定在其中的阱阵列的凹陷凹坑和凸起有框架凹坑中的每一个，可作为插座或作为表面安装焊盘操作；并且其尺寸被确定为且被配置成适于可操作地耦接至少一个球栅阵列(BGA)连接器芯片封装和/或至少一个SMT装置封装。
术语“芯片”是指未封装的、切单的集成电路(IC)装置。术语“芯片封装”可以具体表示芯片进入的外壳，用于插入到电路板中(插座安装，参见例如图5A中的220)或焊接到电路板上(表面安装焊盘，参见例如图5A中的210)，从而产生BGA连接器插座和/或SMT装置插座，其适配于、尺寸被确定为且被配置成容纳芯片封装。在电子学中，术语“芯片封装”或“芯片载体”可以表示在部件或切单IC周围添加的材料，以允许无损坏地装运并将其结合到电路中。此外，与本文所述的系统、方法和组合物结合使用的芯片封装可以是四方扁平封装(QFP)封装、薄形小外廓封装(TSOP)、小外形集成电路(SOIC)封装、小外形J引线(SOJ)封装、塑料引线芯片载体(PLCC)封装、晶片级芯片尺寸封装(WLCSP)、模阵列工艺－球栅阵列(MAPBGA)封装、球栅阵列(BGA)、四方扁平无引线(QFN)封装、焊盘栅阵列(LGA)封装、无源部件，或包含前述两种或更多种的组合。
因此，CAM模块可以包含非暂时性存储器装置，在其上存储：2D文件库，其存储从AME电路的3D可视化文件转换的文件，AME电路包含BGA连接器插座和/或包含引线的SMT装置插座。本文使用的术语“库”是指由CAM模块中包括的至少一个处理器从3D可视化文件导出的2D层文件的集合，其包含打印每个导电和介电图案所需的信息，该信息可由CPM访问和使用，并且可由处理器可读介质执行。CAM进一步包含与库通信的至少一个处理器；非暂时性存储装置，其存储用于由至少一个处理器执行的一组操作指令；与CPM和库通信的一或多个微机械喷墨打印头；以及与2D文件库、存储器和一或多个微机械喷墨打印头通信的打印头(或多个打印头)接口电路，2D文件库被配置成提供专用于功能层的打印机操作参数。注意，术语“功能层”是指由库中的文件捕获的任何层，而不管用于该层的导电或介电材料的量。
在某些配置中，本文提供的系统还包含例如用于焊膏或焊球的热空气刀或电磁辐射源。
在示范性实施方案中，用于制造本文中所描述的印刷电路的方法进一步包含，在打印所有后续层时(例如，在完成库中的层文件时)：将焊接介质(例如，具有低熔点的焊膏或具有低熔点的焊球)施加到凹陷凹坑和凸起有框架凹坑中的至少一个的阱阵列；任选地将焊料回流材料(例如，焊剂)施加到BGA连接器封装或焊膏；将BGA连接器封装或有引线的(具有引脚或引线，不意味着由铅制成)SMT装置耦接到凸起有框架凹坑和凹陷凹坑中的至少一个，其中BGA连接器封装或有引线的SMT装置还包含多个沿底部延伸的延伸部(换言之，引脚或引线)、焊接凸起、焊球、引线等，每个被配置成部分地进入对应的阱(和/或邻接阱或表面安装焊盘)，或部分地进入被配置成接收和接合引线的凹陷；以及焊接BGA连接器封装和/或SMT装置封装。所使用的焊膏还可以包含与焊剂、溶剂和触变材料混合的大约30μm的焊接合金的球体。
说得更明确地，BGA连接器封装指的是具有以下各项中的至少一起的那些IC封装(参见例如图5E、5F)：焊接凸起、针栅阵列、焊球和四方扁平无引线。然而，有引线的SMT装置封装指的是具有引线的IC封装，例如J型、翼型、T型，引线通常从侧壁延伸，并且覆盖SMT装置封装的外围(参见例如图5B至5D)。
为了形成成功的互连，可能需要施加助熔材料。已经使用了许多不同的替代方案。例如，可以在焊接材料本身内使用固体焊剂材料。通常，这样的焊接材料然后将以导线或其它这样的固体形式提供，其将包括贯穿焊料的焊剂材料芯。当焊料在加热时熔化时，焊剂被激活，并且如果焊接工艺是可接受的标准，则形成最终的互连。这样的固体含焊剂材料可以以放置在阱(或表面安装焊盘(SMP))中的焊球的形式提供。另一个实例可以是粘性流体形式的焊剂，其指的是可以通过拾取和浸渍工艺施加的流体，但是该流体具有足够的粘性以保持在浸渍部件上的适当位置用于随后的焊接(换言之，直接施加到BGA连接器封装或PGA连接器封装的焊料凸起)。期望提供实现多种功能的焊剂材料。例如，焊剂材料应该提供良好的表面活化。在这方面，已知在焊剂材料内包括活化剂组分，该活化剂组分将起作用以从金属表面除去氧化的材料，从而允许更好的焊料到金属的互连和最终金属(PCB)到金属(电子部件)的互连。另一个参数是在焊接材料和SMP壁之间产生适当的表面张力(参见例如图2B)，以确保与BGA芯片封装引线或其它焊接形状因数(例如焊球等)的适当接触。
因此并且在一个实施例中，在用于制造印刷电路的方法中，印刷电路具有以下各项中的至少一项：形成BGA连接器封装插座或有引线SMT装置插座(例如，SMP)的凸起有框架(或部分有框架)凹坑和凹陷凹坑，对应于凹陷凹坑底板和凸起有框架凹坑底板中的至少一个的介电部分的图案被配置成进一步打印凹槽或凹槽图案，由此当完全打印时，凹槽或凹槽网络可操作以接收焊料回流材料，并且其中凹槽保持多个阱之间的流体连通，并且焊接介质是焊膏，并且其中施加焊接材料的步骤之后是去除多余焊膏的步骤。
此外，阱或表面安装焊盘(SMP)可以是焊料掩模限定的BGA焊盘，和/或非焊料掩模限定的BGA焊盘。焊料掩模限定(SMD)焊盘例如由施加到BGA焊盘的焊料掩模孔限定。SMD焊盘具有指定的焊料掩模孔(例如，参见图2B中的非SMD BGA(NSMD)焊盘)，使得掩模中的开口(rext)小于它们所覆盖的焊盘的直径(rint)，从而有效地缩小将被焊接到部件(换言之，BGA芯片封装焊球、焊料凸起或PGA的针以及本文所述的其它形状因数)的打印的导电焊盘的尺寸。附加地或替代地，NSMD焊盘不同于SMD焊盘，因为焊料掩模被限定为不与焊盘的导电部分接触。相反，形成掩模，使得在焊盘的边缘和焊料掩模之间形成间隙。
在一个实施例中，凹坑的深度在约0.25mm和约1.00mm之间，或在约0.30mm和约0.80mm之间，例如在约0.40mm和约0.60mm之间，或在约0.45mm和约0.55mm之间，而阱深度在约50μm和约150μm之间，或在约60μm和约120μm之间，例如在约70μm和约100μm之间，或在约75μm和约85μm之间。
此外，使用与系统和程序一起公开的方法制造的AME电路的阱阵列中的每个阱耦接到电镀的或填充的以下各项之一：通孔过孔、盲过孔或掩埋过孔，其可操作以根据需要耦接BGA连接器封装以确保可操作性。
在一个实施例中，第一导电油墨可以包含银，而附加的油墨可以包含铜，从而允许打印具有铜焊料接点的集成的内置表面安装焊盘或具有银迹线的连接器。
术语“形成”在实施例中是指使用本领域已知的任何合适的方式将流体或材料(例如导电油墨)泵送、注射、倾倒、释放、置换、点样、循环或以其它方式放置成与另一种材料(例如衬底、树脂或另一层)接触。
固化由本文所述的合适的打印头沉积的绝缘层和/或介电层或图案可通过例如加热、光聚合、干燥、沉积等离子体、退火、促进氧化还原反应、紫外线照射或包含前述各项中的一或多项的组合来实现。固化不需要用单一工艺进行，并且可以同时或顺序地涉及若干工艺(例如，用附加的打印头干燥和加热以及沉积交联剂)。
此外，在另一个实施例中，交联是指使用交联剂通过共价键将各部分连接在一起，即形成连接基团，或通过单体(例如但不限于甲基丙烯酸酯、甲基丙烯酰胺、丙烯酸酯或丙烯酰胺)的自由基聚合将各部分连接在一起。在一些实施例中，连接基团生长到聚合物臂的末端。
因此，在一个实施例中，乙烯基组分是单体、共聚单体，和/或低聚物，其选自包含以下各项的组：多官能丙烯酸酯、它们的碳酸酯共聚物、它们的氨基甲酸酯共聚物，或包含前述物质的单体和/或低聚物的组合物。因此，多官能丙烯酸酯是1,2-乙二醇二丙烯酸酯、1,3-丙二醇二丙烯酸酯、1,4-丁二醇二丙烯酸酯、1,6-己二醇二丙烯酸酯、二丙二醇二丙烯酸酯、新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、丙氧基化新戊二醇二丙烯酸酯、三丙二醇二丙烯酸酯、双酚A-二缩水甘油醚二丙烯酸酯、羟基特戊酸新戊二醇二丙烯酸酯、乙氧基化双酚A-二缩水甘油醚二丙烯酸酯、聚乙二醇二丙烯酸酯、三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、乙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化三羟甲基丙烷三丙烯酸酯、丙氧基化甘油三丙烯酸酯、三(2-丙烯酰氧基乙基)异氰脲酸酯、季戊四醇三丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇三丙烯酸酯、季戊四醇四丙烯酸酯、乙氧基化季戊四醇四丙烯酸酯、双三羟甲基丙烷四丙烯酸酯、二季戊四醇五丙烯酸酯和二季戊四醇六丙烯酸酯或包含前述一或多种的多官能丙烯酸酯组合物。
在一个实施例中，术语“共聚物”是指衍生自两种或两种以上单体的聚合物(包括三元共聚物、四元共聚物等)，并且术语“聚合物”是指具有来自一或多种不同单体的重复单元的任何含碳化合物。
其它功能头可位于用于实施本文所述方法的系统中使用的喷墨油墨打印头之前、之间或之后。这些可包括电磁辐射源，电磁辐射源被配置成发射预定波长(λ)的电磁辐射，预定波长(λ)例如在190nm与约400nm之间，例如395nm，在一个实施例中，电磁辐射源可用于加速和/或调制和/或促进光可聚合的绝缘和/或电介质，光可聚合的绝缘和/或电介质可与导电油墨中使用的金属纳米粒子分散体结合使用。其它功能头可以是加热元件，具有各种油墨的附加打印头(例如，支撑、预焊接连接油墨，各种部件(例如电容器、晶体管等)的标签打印)以及前述的组合。
可以在DI或金属导电喷墨油墨打印头(例如，用于烧结导电层)中的每一个之前或之后进行其它类似的功能步骤(以及因此用于影响这些步骤的支持系统)。这些步骤可包括(但不限于)：焊接步骤(受加热元件或热空气影响)；光漂白(光致抗蚀剂掩模支撑图案的光漂白)、光固化或暴露于任何其它合适的光化辐射源(使用例如UV光源)；干燥(例如，使用真空区域或加热元件)；(反应性)等离子体沉积(例如，使用加压等离子体枪和等离子体束控制器)；例如通过使用阳离子引发剂例如六氟锑酸[4-[(2-羟基十四烷基)-氧基]-苯基]-苯基碘鎓交联至柔性树脂聚合物溶液或柔性导电树脂溶液；涂布前；退火，或促进氧化还原反应以及它们的组合，而不管使用这些工艺的顺序。在某些实施例中，可在刚性树脂和/或柔性部分上使用激光(例如，选择性激光烧结/熔化、直接激光烧结/熔化)或电子束熔化。应当注意，即使在导电部分被打印在印刷电路板的刚性树脂部分的顶部上的情况下，导电部分的烧结也可以发生，印刷电路板包括本文所描述的内置无源和嵌入的有源部件。
配制导电油墨组合物可以考虑沉积工具(例如，在组合物的粘度和表面张力方面)和沉积表面特性(例如，亲水性或疏水性，以及衬底或支撑材料(例如，玻璃)的界面能，如果使用的话)或连续层沉积在其上的衬底层施加的要求(如果有的话)。例如，导电喷墨油墨和/或DI的粘度(在打印温度℃下测量)可为例如不低于约5cP，例如不低于约8cP，或不低于约10cP，且不高于约30cP，例如不高于约20cP，或不高于约15cP。导电油墨可以各自被配置(例如，配制)为具有在约25mN/m与约35mN/m之间，例如在约29mN/m与约31mN/m之间的动态表面张力(是指当在打印头孔处形成喷墨墨滴时的表面张力)，动态表面张力在50ms的表面老化和25℃下通过最大气泡压力张力测定法测量。动态表面张力可经调配以提供介于约100°与约165°之间的与可剥离衬底、支撑材料、树脂层或其组合的接触角。
在一个实施例中，术语“卡盘”旨在表示用于支撑、保持或固持衬底或工件的机构。卡盘可以包括一或多个部件。在一个实施例中，卡盘可以包括工作台和插入件、平台的组合，带夹套或以其它方式配置成加热和/或冷却并具有另一类似部件，或其任何组合。
在一个实施例中，喷墨油墨组合物、系统和方法允许直接、连续或半连续喷墨打印以形成/制造所述AME电路，包含整体制造的BGA连接器封装SMP和/或SMT装置的插座，当打印头(或基底)例如在可移动衬底或任何后续层上方的预定距离处以二维(X-Y)(应当理解，打印头也可以在Z轴中移动)方式被操纵时，可以通过一次一个地从孔口排出本文提供的液体喷墨油墨的液滴来图案化。打印头的高度可以随着层数而改变，例如保持固定的距离。在一个实施例中，每个液滴可以被配置成在命令下，通过例如压力脉冲，经由可变形压电晶体，从可操作地耦接到孔口的阱内，采取预定的轨迹到衬底。第一喷墨金属油墨的打印可以是增材的并且可以容纳更多数量的层。用于本文所描述方法中的喷墨打印头可提供等于或小于约0.3μm-10,000μm的最小层膜厚度。
在所描述的方法中使用的和在所描述的系统中可实现的各种打印头之间的传送器操纵可以被配置成以在大约5mm/sec和大约1000mm/sec之间的速度移动。例如，卡盘的速度可以取决于例如：期望的吞吐量、在该工艺中使用的打印头的数目、印刷电路板的层(包括本文描述的内置无源和嵌入的有源部件)的数目和厚度、油墨的固化时间、油墨溶剂的蒸发速率，包含金属粒子或金属聚合物膏的第一喷墨导电油墨的打印头与包含第二热固性树脂和板形成喷墨油墨的第二打印头之间的距离等，或包含前述一或多种的因素的组合。
在一个实施例中，金属(或金属)油墨和/或第二树脂油墨的每个液滴的体积可以在0.5到300微微升(pL)的范围内，例如1-4pL，并且取决于驱动脉冲的强度和油墨的特性。排出单个液滴的波形可以是10V至约70V脉冲，或约16V至约20V，并且可以以约2kHz至约500kHz之间的频率排出。
表示印刷电路板的3D可视化文件可以是：ODB、ODB++、an.asm、STL、IGES、DXF、DMIS、NC、STEP、Catia、SolidWorks、Autocad、ProE、3D Studio、Gerber、EXCELLON文件、Rhino、Altium、Orcad、或包含一或多种前述文件的文件，所述印刷电路板包括用于制造其中具有BGA芯片封装插座的印刷电路板的内置无源和嵌入的有源部件；并且其中表示至少一个基本上2D层(并上载到库)的文件可以是例如JPEG、GIF、TIFF、BMP、PDF文件，或包含上述各项的一或多项的组合。
控制本文描述的打印过程的计算机可以包含：存储计算机可读程序代码的计算机可读存储装置，计算机可读程序代码在由数字计算装置中的至少一个处理器执行时使得三维喷墨打印单元执行以下步骤：预处理与所述AME电路相关联的计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)生成的信息(例如，3D可视化文件)，从而创建具有多个2D文件的库(换言之，表示用于打印PCB的至少一个基本上2D层的文件)；将来自三维喷墨打印单元的第二喷墨打印头的金属材料(例如导电油墨)的液滴流引导至衬底的表面；将DI树脂材料的液滴流从第一喷墨打印头引导到衬底的表面；替代地或附加地引导来自另一个喷墨打印头的液滴材料流(例如，支持油墨)；在衬底的X-Y平面中相对于喷墨头移动衬底，其中在AME电路的逐层制造中针对多个层(和/或每层内的导电或DI喷墨油墨的图案)中的每一个执行在衬底的X-Y平面中相对于喷墨头移动衬底的步骤。
此外，计算机程序可以包含用于执行本文描述的方法的任何步骤的程序代码装置，以及包含存储在可由计算机读取的介质上的程序代码装置的计算机程序产品。本文所述的方法中所使用的存储器装置可为各种类型的非易失性存储器装置(换言之，在不存在电力的情况下不丢失其上的信息的存储器装置)中的任一个。术语“存储器装置”或“存储器存储装置”意欲涵盖安装介质(例如，CD-ROM、软盘或磁带装置)或非易失性存储器(例如，磁性介质，例如，硬盘驱动器(机械或固态)、光学存储装置或ROM、EPROM、FLASH等)。
存储器存储装置也可以包含其它类型的存储器或其组合。此外，存储器介质可以位于执行程序的第一计算机(例如，所提供的3D喷墨打印机)中，和/或可以位于通过诸如因特网之类的网络连接到第一计算机的不同的第二计算机中。在后一种情况下，第二计算机还可以向第一计算机提供用于执行的程序指令。术语“存储器装置”还可包括两个或两个以上存储器装置，其可驻留在不同位置，例如驻留在通过网络连接的不同计算机中。因此，例如，库可以驻留在远离耦接到所提供的3D喷墨打印机的CAM模块的存储器装置上，并且可以由所提供的3D喷墨打印机访问(例如，通过广域网)。
除非另外具体说明，如从以下讨论中显而易见的，应当理解，在整个说明书中，利用诸如“处理”、“加载”、“通信”、“检测”、“计算”、“确定”、“分析”等术语的讨论是指计算机或计算系统或类似电子计算装置的动作和/或过程，其操纵和/或将表示为物理(例如晶体管架构)的数据转换为类似地表示为物理结构(换言之，树脂或金属)层的其它数据。
此外，如本文所使用的，术语“2D文件库”是指给定的一组文件，其一起定义了其中具有BGA连接器封装插座(SMP)和/或有引线SMT装置插座的单个AME电路，或者其中具有用于给定目的的BGA芯片封装插座的多个PCB。此外，术语“2D文件库”还可用于指代多个向量数据模型和/或位图，每个向量数据模型和/或位图以一组2D文件或任何其它光栅图形文件格式(将图像表示为像素集合，通常以矩形网格的形式，例如BMP、PNG、TIFF、GIF)的形式特定于预定层或其接口和/或横截面，其能够被索引、搜索和重组以提供给定AME电路的结构层，无论搜索是针对作为整体的AME电路还是AME电路内的给定特定层。
在方法、程序和库中使用的与其中具有本文所描述的待制造的BGA晶片封装插座的PCB相关联的计算机辅助设计/计算机辅助制造(CAD/CAM)生成的信息可以基于转换的CAD/CAM数据包，可以是，例如，IGES、DXF、DWG、DMIS、NC文件、
Figure BDA0003356222170000151
文件、
Figure BDA0003356222170000152
STL、EPRT文件、ODB、ODB++、an.asm、STL、IGES、STEP、Catia、SolidWorks、Autocad、ProE、3D Studio、Gerber、Rhino、Altium、Orcad、Eagle文件或包含上述各项中的一或多项的包。另外，附加到图形对象的属性传送制造所需的元信息，并且可以精确地定义PCB。因此，且在一个实施例中，使用预处理算法，如本文所述的
Figure BDA0003356222170000153
DWG、DXF、STL、EPRT ASM等被转换成2D文件。
此外，使用本文所述的方法制造的触点可在任何层或层的组合处耦接到迹线，例如，使用经各种层(中间或外部)连接的经电镀/填充过孔(通孔、盲或掩埋)。
通过参考附图可以获得对本文公开的部件、过程、组合件和装置的更完整的理解。这些图仅仅是基于方便和易于演示本公开的示意性表示(例如，图示)，并且因此不旨在指示装置或其部件的相对大小和尺寸和/或限定或限制示范性实施例的范围。尽管为了清楚起见，在以下描述中使用了特定术语，但是这些术语旨在仅指代在附图中为了说明而选择的实施例的特定结构，而不旨在限定或限制本公开的范围。在附图和下面的描述中，应当理解，相同的数字标号表示相同功能和/或组成和/或结构的部件。
转到图1至5B，图1示出了AME电路(可与PCB、FPC和HDIPCB互换使用)10的透视图。PCB 10具有上外表面101和基底外表面，其中每个凸起有框架凹坑110、凹陷凹坑210或有引线的SMT装置插座220(例如见图5A)可以被集成。如图所示，AME 10包含具有侧壁111的凸起框架110，侧壁111从AME 10的上外表面101向外(在顶部)延伸，或从AME 10的基底外表面102向底部延伸，凸起框架限定具有侧壁112和底板113的有框架凹坑110或部分有框架凹坑110'(参见例如图4)，其中底板可以在与上外表面101相同或不同的平面上，底板限定具有多个阱114j的阱阵列，每个阱作为表面安装焊盘操作，表面安装焊盘配置成接收和容纳焊接介质。还示出了迹线103i，其使用例如电镀或填充过孔(诸如通孔过孔、盲过孔或掩埋过孔)将每个焊料安装焊盘或阱114j连接到预定的指定位置120p。在图2A中示出了凸起有框架凹坑的放大图。示出了凹坑壁112，其可以具有在大约0.25mm与大约1.00mm之间的深度，凹坑可操作以接合和/或容纳BGA连接器芯片封装的一部分，在焊接过程期间将其保持在适当位置。凹坑开口的空间尺寸(开口面积)可以基于试图耦接到AME 10的目标芯片封装(例如，参见图5E、5F)来预先确定。
现在转到图2B，示出了作为表面安装焊盘(SMP)操作的放大的阱114j，示出了限定具有直径rext的顶端开口的圆柱形阱壁1141，以及具有内径rint的焊料结1142。如所示，当rext/rint之比小于1时，阱作为SMD操作。在图2B所示的实例中，rext/rint之比大于1，使得阱成为NMSD的实例，具有通向凹坑底板113的圆柱形壁1141的斜边。在图3中提供了另一视图，示出了图1所示的AME 10的横截面。外径rext，可介于约15μm与约1000μm之间，或介于约100μm与约700μm之间，例如；在约250μm与约600μm之间。同样地，球(或凸起，或针)间距(参见例如图5A)可以在约20μm与约1750μm之间，或在约250μm与约1500μm之间，例如在约500μm与约1250μm之间，或在约900μm与约1100μm之间，间距被定义为在阵列中可以相同或不同的任何两个相邻的第j个114j阱的中心之间的距离。
现在转到图4，根据BGA连接器芯片封装或有引线(换言之，具有引脚或“引线”的IC封装)SMT装置的尺寸，可能希望打印或AM制造部分框架。尽管在实例中示出了四(4)个局部拐角，但是也可以考虑使用两个对角拐角，其目的是接合BGA/SMT芯片封装的外壳(例如参见图5A中的221、222)。
转到图5，在图5A中示出了AME 20，示出了具有侧壁212的凹陷凹坑210，侧壁212从AME 20的外表面201(和/或202)向内延伸到凹坑底板213，其中底板213限定具有多个阱的阱阵列214j，每个阱被配置成接收、接合和容纳焊接介质(未示出)。还示出了凹槽215q，其在阱214j之间形成并保持液体连通，当使用时，其配置成接收过量的焊料回流材料(未示出)，例如焊剂。在图5B至5D中还示出了在焊接到AME 20之前的SMT装置的芯片封装250。图5B示出了SMT装置封装的实例，该SMT装置封装被耦接(未示出)到使用所公开的系统和方法制造的凸起有框架凹坑110，并且其3D可视化文件在图1中示出。
凹槽215q可以具有在约15μm与1000μm之间，或在约100μm与约700μm之间的宽度；例如，在约250μm与约600μm之间，或在约400μm与约550μm之间，并且将取决于例如第j个阱214j的外径rext和焊膏和/或焊剂的粘度中的至少一个。
现转向图6，其示出了将图5B中的引线251焊接到图1的阱阵列114j中所用的方法部分。如图所示，将低熔融温度焊膏分配601到凹坑底板113，填充阱阵列114j，并清洁多余部分，此后，分配602焊接助剂，例如焊接回流焊剂，以覆盖所有的阱，并清洁了多余部分。接下来，将图5B至5E中所示的SMT 250放置到603凸起有框架凹坑110、210或220(参见例如图5A)中，使得引线251k进入阱阵列114j、224j或234j并在回流炉604中焊接。低熔融温度焊膏可以是无铅的，例如锡(Sn)和铋(Bi)或铟(In)的合金；以约2:3的比率，具有或不具有高达3％的额外金属，如银(Ag)或铜(Cu)，提供在约120℃与约140℃之间的熔融温度，其中峰值回流温度在约140℃与约170℃之间，这取决于组成。使用铅与锡和铋的混合物，可获得小于100℃的甚至更低的熔融温度，然而在AME电路应用中应避免这些，其中部件的使用会导致加热超过混合物熔融温度(Tm)，这会导致接头失效。在某些配置中，AME电路的设计规则包括在焊接介质的熔融温度和AME电路的操作温度之间的至少50℃的安全裕度。
因此，本文公开和要求保护的方法可以类似地用于制造用于其它表面安装装置(SMT)的插座，由此本文提供的系统和方法可以用于制造用于各种矩形、正方形和任何其它表面安装装置(例如，六边形芯片封装)的焊盘插座。此外，所公开的插座结构可以被配置成使用“拾取与放置系统”制造和组装的电路中。
这样形成的表面安装焊盘(阱阵列)可以具有任何多边形形状，并且其尺寸被确定为且被配置成适于容纳任何形状和尺寸的SMT。如图5E所示，BGA连接器封装可以放置并接合在凹坑(插座)210中，其中阱阵列214j被配置成与具有SMD或NSMD阱(表面安装焊盘)的焊料芯片封装260(例如MAPBGA、WLCSP、LGA、倒装芯片BGA连接器封装)互补的表面。如图5A中进一步说明，阱(表面安装插座)阵列224j或234j可被配置成容纳并接合来自各种其它芯片封装(例如，SOT(例如，参看图5B))的引线，其中槽224j作为所公开的阱阵列来操作，或换言之，整体制造的表面安装插座，包括路由到其适当目的地的迹线及通孔。同样地，PLCC(例如见图5C)的J形引线可以容纳在凹坑内，并且被配置成以适当的间距234j接合J形引线(例如)。类似于SOT，槽224j的尺寸被确定为且配置成容纳QFP、SOIC和TSOP的(鸥翼形)引线。
尽管如图所示，阱阵列仅在凹坑(凹陷和/或凸起)的底板上示出，但是经考虑，在某些示范性实施方案中，具有圆形横截面的阱阵列可以限定在侧壁212中，并且被配置成可操作地耦接到外围设置的凸起或球体，例如某些倒装芯片中的凸起或球体。
在制造本文所公开的SMP和/或插座时，3D可视化文件可被配置成提供自动制造每个SMP和/或插座所需的数据。数据可以包含，其中：封装类型(QFP、SOP、TSOP、MAPBGA等)，引线类型(J型、鸥翼、凸起/球等)，X－Y尺寸(TSOP可具有相同数量的引线，但长度和宽度不同)，针/针输出/占覆盖区，数量和拓扑。
用所公开的方法和系统制造的插座的尺寸被确定为且配置容纳各种引线类型。例如，鸥翼引线用于将例如大量引线连接到IC上。例如，在所公开的系统中实现的制造方法可用于获得40到80个引线的插座/线性英寸(15到33个引线/cm，换言之，引线间距)，其使用鸥翼引线耦接IC。鸥翼引线在焊接后易于检查。此外，还可以制造比鸥翼引线占据更多空间的用于J形引线的插座，由此IC封装(例如PLCC)上存在每线性英寸20个引线(8个引线/cm或约1350μm的引线间距)。更容易的是用于扁平引线的插座，无论引线在焊接之前通过使用引线形成设备被切割和弯曲成鸥翼。使用本文提供的方法和系统，由此这些插座的尺寸被确定为并且被适配成接收这些扁平引线而无需弯曲这些扁平引线，因此节省了时间。引线形成设备是一个额外的费用。如本文所使用的，“引线间距”与“引线间隔”同义。
图5A中还示出了插座243的实例，其上具有阱阵列(或SMP阵列)244j，其具有用于收集焊料回流材料的通道245q。插座243不具有任何框架，也不沉入AME 20的顶表面201中，而是与上表面201齐平。插座243可以具有焊接安装焊盘，其不具有圆形横截面，而是具有狭缝或四边形横截面，并且被配置成容纳如本文所讨论的其它引线类型。无框架的齐平(在同一平面上)SMP可与“拾取与放置”机器人系统结合使用，所述“拾取与放置”机器人系统是指用于在制造或测试设备内移动(且在一些情况下，固持)一或多个电路组合件的机构。例如，拾取与放置臂可以将电路组合件(例如，倒装芯片5E)从电路组合件载体移动到插座243。实际的机构可以采取任何合适的形式，包括例如三维的基于桌子的臂、二维的基于桌子的臂、固定基座上的机器人臂和/或旋转传递装置。
如图5A进一步所示，凸起的框架可以是部分的，并且具有两个对角221、222，其被配置成(例如，摩擦地)接合SMT主体250。
本文所用的术语“包含”及其派生词旨在是开放式术语，其指定所述特征、元件、部件、群组、整数和/或步骤的存在，但不排除其它未陈述的特征、元件、部件、群组、整数和/或步骤的存在。上述内容也适用于具有类似含义的词语，例如术语“包括”、“具有”及其派生词。
本文所公开的所有范围包括端点，并且端点可彼此独立地组合。“组合”包括共混物、混合物、合金、反应产物等。本文中的术语“一个”，“一种”和“该”不表示数量的限制，并且应解释为涵盖单数和复数，除非本文中另有说明或与上下文明显矛盾。本文所用的后缀“(s)”旨在包括其修饰的术语的单数和复数，从而包括该术语的一或多个(例如，打印头包括一或多个打印头)。当存在时，在整个说明书中对“一个实施例”、“另一实施例”、“实施例”等的引用意味着结合该实施例描述的特定元件(例如，特征、结构和/或特性)被包括在本文描述的至少一个实施例中，并且可以存在或可以不存在于其它实施例中。此外，应当理解，所描述的元件可以以任何合适的方式组合在各种实施例中。此外，术语“第一”、“第二”等在本文中不表示任何顺序、数量或重要性，而是用于表示一个元件与另一个元件不同。
同样地，术语“约”意指量、尺寸、配方、参数和其它量和特征不是并且不需要是精确的，但是可以是近似的和/或根据需要更大或更小，反映公差、转换因子、舍入、测量误差等，以及本领域技术人员已知的其它因素。通常，量、尺寸、配方、参数或其它量或特征为“约”或“近似”，无论是否明确说明如此。
因此，本文提供了一种增材制造的电子(AME)电路，该电路可作为以下各种中的至少一种来操作：印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连PCB(HDIPCB)，AME电路进一步包含具有侧壁的凹陷凹坑，侧壁从AME电路的外表面向内延伸到凹坑底板，其中底板和/或侧壁限定具有多个阱(或槽、或凹陷、凹坑和其它凹陷)的阱阵列，每个阱被配置成接收和容纳焊接介质并使用例如电镀和/或填充过孔(诸如通孔过孔、盲过孔和/或掩埋过孔)连接到导电迹线，和具有侧壁的凸起(换言之，在电路的外平面上方)框架，侧壁从AME电路的外表面向外延伸，凸起框架限定具有侧壁和底板的有框架凹坑，其中底板，和/或侧壁限定具有多个阱的阱阵列，每个阱被配置成接收和容纳焊接介质，其中，具有限定在其中的阱阵列的凹陷凹坑和/或凸起有框架凹坑可操作以耦接和连接球栅阵列(BGA)连接器封装和/或任何其它表面安装装置(SMT)封装，凹陷的和/或凸起的凹坑中每个可作为表面安装焊盘(SMP)或表面安装插座来操作，其中(i)凸起的框架是部分框架，其中(ii)凹陷凹坑和/或凸起有框架凹坑的阱阵列中的至少一个阱可作为焊料掩模限定的安装焊盘(SMDM，其中阱的开口(rext)小于阱的直径(rint))或(iii)替代地，非SMD(其中阱的开口(rext)大于阱的直径(rint))，其中(iv)焊接介质是焊膏和/或焊球，其中(v)凹陷凹坑的阱阵列和/或凸起有框架凹坑的阱阵列中的至少一个阱具有在约50μm和约150μm之间的深度，以及具有在约50μm和约1000μm之间的内径，在约50μm与约1250μm之间的外径，其中(vi)凹陷凹坑底板和/或凸起有框架凹坑底板各自进一步限定了凹槽，凹槽的尺寸被确定为并且被配置成接收焊料回流材料，并且其中(vii)凹槽形成了网络，网络被适配成用于维持多个阱之间的流体连通。
在另一示范性实现方案中，本文提供了一种用于制造增材制造电子(AME)电路的方法，AME电路是印刷电路板(PCB)，和/或柔性印刷电路(FPC)，和/或高密度互连印刷电路板(HDIPCB)中的一种，每种都包含：具有侧壁的凹陷凹坑，侧壁从AME电路的外(顶、底、侧)表面向内延伸至凹坑底板，其中底板限定阱阵列，阱阵列被配置成接收和容纳焊接介质，和/或具有侧壁的凸起框架，侧壁从AME电路的外(顶、底、侧)表面向外延伸，凸起框架限定具有侧壁和底板的凸起有框架凹坑，底板限定凸起有框架凹坑阱阵列(其可以与凹陷凹坑中的阱阵列相同或不同)，凸起有框架凹坑阱阵列被配置成接收和容纳焊接介质，其中，凹陷凹坑和凸起有框架凹坑中的每一个，可操作以耦接至少一个球栅阵列(BGA)连接器封装和/或表面安装技术(SMT)封装，该方法包含：提供喷墨打印系统，其具有：第一打印头，该第一打印头被适配成用于分配介电油墨(DI)；第二打印头，该第二打印头被适配成用于分配导电油墨(CI)；传送器，该传送器可操作地耦接到第一打印头和第二打印头，该传送器可操作以将衬底(例如耦接至卡盘)传送至每个打印头；以及计算机辅助制造(“CAM”)模块，其与第一打印头和第二打印头中的每一个通信，CAM进一步包括中央处理模块(CPM)，所述中央处理模块包括至少一个处理器，该至少一个处理器与非暂时性计算机可读存储装置通信，该非暂时性计算机可读存储装置被配置成存储指令，指令在由至少一个处理器执行时致使CAM通过执行包含以下各项的步骤来控制喷墨打印系统：接收表示AME电路的3D可视化文件(例如Gerber文件)，AME电路包含凹陷凹坑和/或凸起有框架凹坑；以及生成具有多个文件以及至少表示打印顺序的与每个光栅2D功能层文件相关联的图元文件的文件库，每个文件表示用于打印AME电路的基本功能2D层，AME电路包含凹陷凹坑和/或凸起有框架凹坑；提供DI和CI组合物；使用CAM模块，获得第一层文件；使用第一打印头，在第一层中形成对应于DI的图案；固化对应于DI的图案；使用第二打印头，形成对应于CI的图案，图案进一步对应于用于打印AME电路的基本上2D层，AME电路包含凹陷凹坑，和/或凸起有框架凹坑；烧结对应于CI的图案；使用CAM模块，从库获得表示用于打印AME电路的后续层的文件，后续文件包含用于表示介电油墨和/或导电油墨的图案的打印指令；重复以下步骤：使用第一打印头，形成对应于介电油墨的图案，至使用CAM模块，从2D文件库获得后续的基本上2D层的步骤，其中在打印最终层时，AME电路包含以下各项中的至少一项：凹陷凹坑和凸起有框架凹坑，可操作以安装至少一个BGA连接器封装部件和/或至少一个SMT装置；和任选地耦接以下各种中的至少一种：BGA连接器封装和SMT装置封装，该方法进一步包含(viii)将焊接介质施加到凹陷凹坑和/或凸起有框架凹坑的阱阵列；任选地施加焊料回流材料(换言之，焊膏，例如2:3锡:铋组合物)；将BGA连接器封装和/或SMT装置封装耦接到凸起有框架凹坑和/或凹陷凹坑，其中BGA连接器封装和/或SMT装置封装进一步包含多个延伸部、凸起、球、引线、引脚、针阵列等，每个被配置成部分地进入对应的阱、凹陷、槽、凹坑等连接的(例如，利用到迹线的通孔)凹陷：以及在适当的SMP或表面安装插座中焊接BGA连接器封装和/或SMT装置封装，其中(ix)对应于凹陷凹坑底板和凸起有框架凹坑底板中的至少一个的介电油墨部分的图案被配置成进一步限定多个凹槽，所述多个凹槽在完全形成时各自的尺寸被确定为且配置成接收焊料回流材料(换言之，焊料材料指的是熔融焊膏、焊料凸起和焊球)，并且其中多个凹槽形成被配置成在多个阱之间保持流体连通的网络，其中，(x)焊接介质是焊膏，并且其中施加焊接材料的步骤之后是去除多余焊膏的步骤，其中(xi)凹陷凹坑和/或凸起有框架凹坑的阱阵列中的至少一个阱的尺寸被确定为且配置成焊料掩模限定的安装焊盘，或者(xii)被配置成非焊料掩模限定的安装焊盘，并且其中替代地，(xiii)焊接介质是焊球。
虽然已经根据一些实施例描述了使用基于转换的3D可视化CAD/CAM数据包的喷墨打印的包含BGA和/或SMT芯片封装插座的AME电路的前述公开，但是根据这里的公开，其它实施例对于本领域普通技术人员将是显而易见的。此外，所描述的实施例仅以实例的方式给出，并不旨在限制本发明的范围。实际上，本文所描述的新颖的方法、程序、库和系统可以在不脱离其精神的情况下以各种其它形式体现。因此，鉴于本文的公开，其它组合、省略、替代和修改对于本领域技术人员将是显而易见的。

Claims (15)

1.一种增材制造电子(AME)电路，包含印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连PCB(HDIPCB)中的至少一种，所述AME电路包含以下各项中的至少一项：
a.具有侧壁的凹陷凹坑，所述侧壁从所述AME电路的外表面向内延伸到凹坑底板，其中所述底板和所述侧壁中的至少一个限定具有多个阱的阱阵列，每个阱被配置成接收和容纳焊接介质，以及
b.具有侧壁的凸起框架，所述侧壁从所述AME电路的所述外表面向外延伸，所述凸起框架限定具有侧壁和底板的有框架凹坑，其中所述底板和所述侧壁中的至少一个限定具有多个阱的阱阵列，每个阱被配置成接收和容纳焊接介质，
其中，具有限定在其中的所述阱阵列的所述凹陷凹坑和凸起有框架凹坑中的每一个的尺寸被确定为且被配置成可操作地耦接以下各项中的至少一项：球栅阵列(BGA)封装和任何其它表面安装装置(SMT)封装。
2.根据权利要求1所述的AME电路，其中所述凸起框架是部分框架。
3.根据权利要求2所述的AME电路，其中所述凹陷凹坑和/或所述凸起有框架凹坑的所述阱阵列中的至少一个阱能够作为焊料掩模限定的安装焊盘来操作。
4.根据权利要求2所述的AME电路，其中所述凹陷凹坑和/或所述凸起有框架凹坑的所述阱阵列中的至少一个阱能够作为非焊料掩模限定的安装焊盘来操作。
5.根据权利要求4所述的AME电路，其中所述焊接介质是以下各项中的至少一项：焊膏和焊球。
6.根据权利要求5所述的AME电路，其中所述凹陷凹坑的所述阱阵列和/或所述凸起有框架凹坑的所述阱阵列中的至少一个阱具有在约50μm和约150μm之间的深度。
7.根据权利要求6所述的AME电路，其中凹陷凹坑底板和凸起有框架凹坑底板中的至少一个各自都进一步限定凹槽，所述凹槽的尺寸被确定为且被配置成接收焊料回流材料。
8.根据权利要求7所述的AME电路，其中所述凹槽适配成维持多个阱之间的流体连通。
9.一种用于制造增材制造电子(AME)电路的方法，所述电路是以下各种中的至少一种：印刷电路板(PCB)、柔性印刷电路(FPC)和高密度互连印刷电路板(HDIPCB)，每种都包含以下各项中的至少一项：具有侧壁的凹陷凹坑，所述侧壁从所述AME电路的外表面向内延伸到凹坑底板，其中所述底板限定阱阵列，所述阱阵列被配置成接收和容纳焊接介质；以及具有侧壁的凸起框架，所述侧壁从所述AME电路的所述外表面向外延伸，所述凸起框架限定凸起有框架凹坑，所述凸起有框架凹坑具有侧壁和底板，所述底板限定所述阱阵列，所述阱阵列被配置成接收和容纳所述焊接介质，其中所述凹陷凹坑和所述凸起有框架凹坑中的每一个可操作以耦接球栅阵列(BGA)封装和表面安装技术(SMT)封装中的至少一个，所述方法包含：
a.提供喷墨打印系统，其具有：
i.第一打印头，所述第一打印头被适配成用于分配介电油墨；
ii.第二打印头，所述第二打印头被适配成用于分配导电油墨；
iii.传送器，所述传送器可操作地耦接到所述第一打印头和所述第二打印头，并配置成将衬底传送到每个打印头；以及
iv.计算机辅助制造(“CAM”)模块，其与所述第一打印头和所述第二打印头中的每一个通信，所述CAM进一步包含中央处理模块(CPM)，所述中央处理模块包括至少一个处理器，所述至少一个处理器与非暂时性计算机可读存储装置通信，所述非暂时性计算机可读存储装置被配置成存储指令，所述指令在由所述至少一个处理器执行时致使所述CAM通过执行以下步骤来控制所述喷墨打印系统，所述步骤包含：接收表示所述AME电路的3D可视化文件，所述AME电路包含以下各项中的至少一项：所述凹陷凹坑，以及所述凸起有框架凹坑；以及生成具有多个文件以及至少表示打印顺序的图元文件的文件库，每个文件表示用于打印所述AME电路的基本上2D层，所述AME电路包含以下各项中的所述至少一项：所述凹陷凹坑，以及所述凸起有框架凹坑；
b.提供介电喷墨油墨组合物和导电喷墨油墨组合物；
c.使用所述CAM模块，获得第一层文件；
d.使用所述第一打印头，形成对应于所述介电喷墨油墨的图案；
e.固化对应于所述介电喷墨油墨的所述图案；
f.使用所述第二打印头，形成对应于所述导电油墨的所述图案，所述图案进一步对应于用于打印所述AME电路的所述基本上2D层，所述AME电路包含以下各项中的所述至少一项：所述凹陷凹坑，以及所述凸起有框架凹坑；
g.烧结对应于所述导电喷墨油墨的所述图案；
h.使用所述CAM模块，从所述库获得表示用于打印所述AME电路的后续层的后续文件，所述AME电路包含以下各项中的所述至少一项：所述凹陷凹坑和所述凸起有框架凹坑，所述后续文件包含用于表示以下各项中的至少一项的图案的打印指令：所述介电油墨和所述导电油墨；
i.重复以下步骤：使用所述第一打印头，形成对应于所述介电油墨的所述图案，至使用所述CAM模块，从2D文件库获得后续的基本上2D层的步骤，其中在打印最终层时，所述AME电路包含以下各项中的所述至少一项：所述凹陷凹坑和所述凸起有框架凹坑，可操作以安装至少一个BGA连接器封装部件和/或至少一个SMT装置；以及
j.任选地耦接以下各项中的至少一项：BGA连接器封装，以及SMT装置封装。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包含：
a.将焊接介质施加到所述凹陷凹坑和所述凸起有框架凹坑中的至少一个的所述阱阵列；
b.任选地施加焊料回流材料；
c.将以下各项中的所述至少一项：所述BGA连接器封装，以及所述SMT装置封装，耦接至以下各项中的所述至少一项：所述凸起有框架凹坑和所述凹陷凹坑，其中以下各项中的所述至少一项中的每一项：所述BGA连接器封装和所述SMT装置封装，进一步包含多个延伸部，每个延伸部被配置成部分地进入对应的阱；以及
d.焊接以下各项中的所述至少一项：所述BGA连接器封装，以及所述SMT装置封装。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，对应于凹陷凹坑底板和凸起有框架凹坑底板中的至少一个的介电油墨部分的所述图案被配置成进一步限定多个凹槽，所述多个凹槽在完全形成时各自的尺寸被确定为且被配置成接收所述焊料回流材料，且其中所述多个凹槽形成被配置成维持多个阱之间的流体连通的网络。
12.根据权利要求11所述的方法，其中所述焊接介质是焊膏，并且其中在施加所述焊接材料的步骤之后是去除多余焊膏的步骤。
13.根据权利要求9所述的方法，其中所述凹陷凹坑和/或所述凸起有框架凹坑的所述阱阵列中的至少一个阱的尺寸被确定为且被配置成焊料掩模限定的安装焊盘。
14.根据权利要求9所述的方法，其中所述凹陷凹坑和/或所述凸起有框架凹坑的所述阱阵列中的至少一个阱的尺寸被确定为且被配置成非焊料掩模限定的安装焊盘。
15.根据权利要求10所述的方法，其中所述焊接介质是焊球。
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