DE102018212310A1 - Heterogeneous printed circuit board and method for producing a heterogeneous printed circuit board - Google Patents
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Abstract
Es wird eine Leiterplatte (101) für eine elektrische und/oder elektronische Schaltanordnung beschrieben. Die Leiterplatte (101) umfasst zumindest eine elektrisch leitende Schicht (121), die ausgebildet ist, Leiterbahnen zum Verbinden von unterschiedlichen Bauteilen einer Schaltanordnung bereitzustellen. Außerdem umfasst die Leiterplatte (101) ein plattenförmiges, dielektrisches Substrat (122), auf dem die zumindest eine elektrisch leitende Schicht (121) angeordnet ist. Das dielektrische Substrat (122) ist in mehrere unterschiedliche, plattenförmige, Teilbereiche (201, 202, 203, 204) unterteilt, wobei die unterschiedlichen Teilbereiche (201, 202, 203, 204) zumindest teilweise unterschiedliche elektrisch relevante Eigenschaften aufweisen. A circuit board (101) for an electrical and / or electronic switching arrangement is described. The circuit board (101) comprises at least one electrically conductive layer (121) which is designed to provide conductor tracks for connecting different components of a switching arrangement. In addition, the printed circuit board (101) comprises a plate-shaped, dielectric substrate (122) on which the at least one electrically conductive layer (121) is arranged. The dielectric substrate (122) is subdivided into a number of different, plate-shaped, partial regions (201, 202, 203, 204), the different partial regions (201, 202, 203, 204) having at least partially different electrically relevant properties.
Description
Die Erfindung betrifft eine Leiterplatte für eine elektronische und/oder elektrischen Schaltung, wobei die Leiterplatte in effizienter Weise an unterschiedliche Anforderungen für unterschiedliche Teilschaltungen der elektronischen und/oder elektronischen Schaltung angepasst werden kann. Des Weiteren betrieb die Erfindung ein Verfahren zur Herstellung einer derartigen Leiterplatte.The invention relates to a printed circuit board for an electronic and / or electrical circuit, the printed circuit board being able to be efficiently adapted to different requirements for different subcircuits of the electronic and / or electronic circuit. Furthermore, the invention operated a method for producing such a printed circuit board.
Leiterplatten bzw. Leiterkarten können eine Vielzahl (z.B. N=2, 4, 6, 8, 10 oder mehr) elektrisch leitenden Schicht aufweisen. Die leitenden Schichten können dazu verwendet werden, elektronische Bauelemente bereitzustellen und/oder elektronische Bauteile elektrisch leitend miteinander zu verbinden. Die unterschiedlichen elektrisch leitenden Schichten sind dabei jeweils paarweise durch eine nicht-leitende Schicht (in diesem Dokument auch als Substrat bezeichnet) voneinander getrennt. Auch die ein oder mehreren nicht-leitenden Schichten einer Leiterplatte können zur Bereitstellung von elektronischen Bauelementen verwendet werden und haben typischerweise einen Einfluss auf Eigenschaften der mit einer Leiterplatte realisierten elektronischen Schaltung.Printed circuit boards or printed circuit boards can have a multiplicity (e.g. N = 2, 4, 6, 8, 10 or more) of electrically conductive layers. The conductive layers can be used to provide electronic components and / or to connect electronic components to one another in an electrically conductive manner. The different electrically conductive layers are each separated in pairs by a non-conductive layer (also referred to as substrate in this document). The one or more non-conductive layers of a printed circuit board can also be used to provide electronic components and typically have an influence on properties of the electronic circuit realized with a printed circuit board.
Eine nicht-leitende bzw. dielektrische Schicht kann z.B. aus einem relativ hochkapazitiven Hochfrequenzmaterial gefertigt sein, um relativ kompakte Hochfrequenzschaltungen mit relativ kleinen Strukturen bereitstellen zu können. Alternativ kann eine nicht-leitende Schicht aus einem relativ niedrigkapazitiven Material gefertigt sein, um die Impedanz von elektrisch leitenden Verbindungen relativ niedrig zu halten. Andererseits kann für eine nicht-leitende Schicht ein möglichst preiswertes Grundmaterial verwendet werden, wenn keine besonderen Anforderungen vorliegen.A non-conductive or dielectric layer can e.g. be made of a relatively high-capacity high-frequency material in order to be able to provide relatively compact high-frequency circuits with relatively small structures. Alternatively, a non-conductive layer can be made of a relatively low-capacitance material in order to keep the impedance of electrically conductive connections relatively low. On the other hand, an inexpensive base material can be used for a non-conductive layer if there are no special requirements.
Das vorliegende Dokument befasst sich mit der technischen Aufgabe, eine Leiterkarte bzw. Leiterplatte bereitzustellen, die in flexibler und kosteneffizienter Weise an unterschiedliche Anforderungen einer elektronischen und/oder elektrischen Schaltung angepasst werden kann.The present document deals with the technical task of providing a printed circuit board or printed circuit board which can be adapted in a flexible and cost-efficient manner to different requirements of an electronic and / or electrical circuit.
Die Aufgabe wird durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind insbesondere in den abhängigen Patentansprüchen definiert, in nachfolgender Beschreibung beschrieben oder in der beigefügten Zeichnung dargestellt.The object is achieved by the subject matter of the independent claims. Advantageous embodiments are defined in particular in the dependent claims, described in the following description or shown in the accompanying drawing.
Gemäß einem Aspekt der Erfindung wird eine Leiterplatte bzw. eine Leiterkarte für eine elektrische und/oder elektronische Schaltanordnung beschrieben. Die Schaltanordnung kann dabei mehrere unterschiedliche Teilschaltungen mit mehreren unterschiedlichen Anforderungen aufweisen, insbesondere Anforderungen in Bezug auf die Kapazität bzw. die Dielektrizitätskonstante der Leiterplatte und/oder Anforderungen in Bezug auf die Kosten der Leiterplatte.According to one aspect of the invention, a printed circuit board or a printed circuit board for an electrical and / or electronic switching arrangement is described. The switching arrangement can have several different subcircuits with several different requirements, in particular requirements with regard to the capacitance or the dielectric constant of the circuit board and / or requirements with regard to the costs of the circuit board.
Die Leiterplatte umfasst zumindest eine elektrisch leitende Schicht (insbesondere zumindest eine Kupfer-Schicht), die ausgebildet ist, Leiterbahnen zum Verbinden von unterschiedlichen Bauteilen einer Schaltanordnung bereitzustellen. Die Leiterplatte kann mit einer weitestgehend durchgängigen elektrisch leitenden Schicht bereitgestellt werden. Es können dann Segmente der elektrisch leitenden Schicht entfernt werden, z.B. um Leiterbahnen und/oder elektronische bzw. elektrische Bauteile bereitzustellen.The printed circuit board comprises at least one electrically conductive layer (in particular at least one copper layer) which is designed to provide conductor tracks for connecting different components of a switching arrangement. The circuit board can be provided with a largely continuous electrically conductive layer. Segments of the electrically conductive layer can then be removed, e.g. to provide conductor tracks and / or electronic or electrical components.
Außerdem umfasst die Leiterplatte ein plattenförmiges, dielektrisches Substrat, auf dem die zumindest eine elektrisch leitende Schicht angeordnet ist. Dabei ist das dielektrische Substrat in mehrere unterschiedliche, plattenförmige, Teilbereiche unterteilt, wobei die unterschiedlichen Teilbereiche zumindest teilweise unterschiedliche elektrisch relevante Eigenschaften aufweisen. Mit anderen Worten, die Fläche des Substrats kann in unterschiedliche Teilbereiche unterteilt sein. In den unterschiedlichen Teilbereichen können unterschiedliche Substratmaterialien verwendet werden, um in den unterschiedlichen Teilbereichen unterschiedliche elektrisch relevante Eigenschaften bereitzustellen. Insbesondere können die unterschiedlichen Teilbereiche des Substrats zumindest teilweise unterschiedliche Dielektrizitätskonstanten aufweisen. Das Substrat kann somit derart in unterschiedliche Teilbereiche unterteilt sein, dass die elektrisch leitende Lage in den unterschiedlichen Teilbereichen mit zumindest teilweise unterschiedlichen Substratmaterialien mit zumindest teilweise unterschiedlichen elektrisch relevanten Eigenschaften in Kontakt steht.In addition, the printed circuit board comprises a plate-shaped, dielectric substrate on which the at least one electrically conductive layer is arranged. The dielectric substrate is subdivided into several different, plate-shaped, partial areas, the different partial areas at least partially having different electrically relevant properties. In other words, the surface of the substrate can be divided into different partial areas. Different substrate materials can be used in the different partial areas in order to provide different electrically relevant properties in the different partial areas. In particular, the different subregions of the substrate can have at least partially different dielectric constants. The substrate can thus be subdivided into different partial areas such that the electrically conductive layer in the different partial areas is in contact with at least partially different substrate materials with at least partially different electrically relevant properties.
Es kann somit eine Leiterplatte mit einem Substrat bereitgestellt werden, das in unterschiedlichen Teilbereichen unterschiedliche elektrisch relevante, insbesondere unterschiedliche dielektrische, Eigenschaften aufweist. So können die unterschiedlichen Teilschaltungen einer Schaltanordnung in den unterschiedlichen Teilbereichen des Substrats implementiert werden, um in effizienter und flexibler Weise die unterschiedlichen Anforderungen der Teilschaltungen erfüllen zu können.It is thus possible to provide a printed circuit board with a substrate which has different electrically relevant, in particular different dielectric, properties in different partial areas. The different subcircuits of a switching arrangement can thus be implemented in the different subregions of the substrate in order to be able to meet the different requirements of the subcircuits in an efficient and flexible manner.
Beispielweise kann das Substrat einen ersten Teilbereich mit einer relativ hohen Dielektrizitätskonstante und einen zweiten Teilbereich mit einer relativ niedrigen Dielektrizitätskonstante aufweisen. In dem ersten Teilbereich kann dann eine erste Teilschaltung implementiert werden, die ein Substrat mit einer relativ hohen elektrischen Kapazität erfordert. Andererseits kann in dem zweiten Teilbereich eine zweite Teilschaltung implementiert werden, die ein Substrat mit einer relativ niedrigen Impedanz erfordert.For example, the substrate can have a first partial area with a relatively high dielectric constant and a second partial area with a relatively low dielectric constant. A first subcircuit can then be implemented in the first subarea, which requires a substrate with a relatively high electrical capacitance. On the other hand, a second subcircuit can be implemented in the second subarea, which requires a substrate with a relatively low impedance.
Die Leiterplatte kann eine Mehrzahl von elektrisch leitenden Lagen umfassen, wobei die Lagen paarweise durch jeweils ein plattenförmiges Substrat voneinander elektrisch isoliert sind. Beispielsweise kann die Leiterplatte N=2, 3, 4, 5 oder mehr elektrisch leitende Lagen und M=1, 2, 3, 4 oder mehr Substraten aufweisen. Dabei ist die Anzahl N der elektrisch leitenden Lagen typischerweise eine gerade Zahl, und die Anzahl M von Substraten typischerweise eine ungerade Zahl. Des Weiteren kann die Leiterplatte ein oder mehrere elektrisch leitende Durchkontaktierungen zwischen unterschiedlichen elektrisch leitenden Lagen der Leiterplatte umfassen. Durch die Bereitstellung von mehreren elektrisch leitenden Lagen wird die Bereitstellung von komplexen und kompakten Schaltanordnungen ermöglicht. The printed circuit board can comprise a plurality of electrically conductive layers, the layers being electrically insulated from one another in pairs by a plate-shaped substrate. For example, the printed circuit board can have N = 2, 3, 4, 5 or more electrically conductive layers and M = 1, 2, 3, 4 or more substrates. The number N of electrically conductive layers is typically an even number, and the number M of substrates is typically an odd number. Furthermore, the printed circuit board can comprise one or more electrically conductive vias between different electrically conductive layers of the printed circuit board. The provision of several electrically conductive layers enables the provision of complex and compact switching arrangements.
Die Leiterplatte kann somit mehrere, übereinander geschichtete, flächenförmige Substrate umfassen. Dabei können sich ein Teilbereich aus einem ersten Substratmaterial eines ersten Substrats und ein Teilbereich aus dem ersten Substratmaterial eines zweiten Substrats zumindest teilweise überlappen. Des Weiteren können ggf. das erste Substrat und/oder das zweite Substrat ein oder mehrere weitere Teilbereiche aus einem Substratmaterial umfassen, das sich von dem ersten Substratmaterial unterscheidet. Es kann somit eine mehrschichtige Leiterplatte bereitgestellt werden, die in sich überlappenden Teilbereichen von unterschiedlichen Substraten das gleiche Substratmaterial aufweist. So können in effizienter Weise die Anforderungen von komplexen Teilschaltungen auf einer Leiterplatte erfüllt werden.The circuit board can thus comprise a plurality of sheet-like substrates which are layered one above the other. A partial area made of a first substrate material of a first substrate and a partial area made of the first substrate material of a second substrate can overlap at least partially. Furthermore, the first substrate and / or the second substrate can optionally comprise one or more further subregions made of a substrate material that differs from the first substrate material. A multilayer printed circuit board can thus be provided which has the same substrate material in overlapping partial regions of different substrates. In this way, the requirements of complex subcircuits on a circuit board can be met in an efficient manner.
Die unterschiedlichen Teilbereiche eines Substrats können in effizienter Weise zumindest teilweise mittels eines additiven Herstellungsverfahrens (insbesondere mittels eines 3D Druckverfahrens) gefertigt worden sein.The different sub-areas of a substrate can be efficiently produced, at least in part, using an additive manufacturing process (in particular using a 3D printing process).
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird eine elektrische und/oder elektronische Schaltanordnung beschrieben, die eine in diesem Dokument beschriebene Leiterplatte umfasst. Dabei kann das Substrat der Leiterplatte einen ersten Teilbereich mit einem ersten Substratmaterial, das eine erste Materialeigenschaft aufweist, und einen zweiten Teilbereich mit einem zweiten Substratmaterial, das eine zweite Materialeigenschaft aufweist, umfassen.According to a further aspect of the invention, an electrical and / or electronic switching arrangement is described which comprises a printed circuit board described in this document. In this case, the substrate of the printed circuit board can comprise a first partial area with a first substrate material that has a first material property and a second partial area with a second substrate material that has a second material property.
Außerdem kann die Schaltanordnung eine erste elektrisch und/oder elektronische Teilschaltung umfassen, die in dem ersten Teilbereich implementiert ist. Dabei kann das erste Substratmaterial ggf. eine Anforderung der ersten Teilschaltung, insbesondere in Bezug auf die Dielektrizitätskonstante und/oder in Bezug auf Kosten, besser erfüllen als das zweite Substratmaterial. Des Weiteren kann die Schaltanordnung eine zweite elektronische und/oder elektrische Teilschaltung umfassen, die in dem zweiten Teilbereich implementiert ist. Dabei kann das zweite Substratmaterial eine Anforderung der zweiten Teilschaltung, insbesondere in Bezug auf die Dielektrizitätskonstante und/oder in Bezug auf Kosten, ggf. besser erfüllen als das erste Substratmaterial.In addition, the switching arrangement can comprise a first electrical and / or electronic subcircuit, which is implemented in the first subarea. In this case, the first substrate material can possibly better meet a requirement of the first subcircuit, in particular with regard to the dielectric constant and / or with regard to costs, than the second substrate material. Furthermore, the switching arrangement can comprise a second electronic and / or electrical subcircuit, which is implemented in the second subarea. The second substrate material can possibly better fulfill a requirement of the second subcircuit, in particular with regard to the dielectric constant and / or with regard to costs, than the first substrate material.
Die Schaltanordnung kann somit Teilschaltungen mit jeweils unterschiedlichen Anforderungen in Bezug auf ein Substratmaterial der Leiterplatte aufweisen. Die unterschiedlichen Teilschaltungen können dann in den unterschiedlichen Teilbereichen des Substrats der Leiterplatte angeordnet sein, um die jeweiligen Anforderungen der Teilschaltungen möglichst optimal zu erfüllen. Somit kann eine kosten- und bauraumeffiziente Schaltanordnung bereitgestellt werden.The switching arrangement can thus have subcircuits each with different requirements with regard to a substrate material of the printed circuit board. The different subcircuits can then be arranged in the different subregions of the substrate of the printed circuit board in order to optimally meet the respective requirements of the subcircuits. A cost-effective and space-efficient switching arrangement can thus be provided.
Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren zur Herstellung einer Leiterplatte beschrieben. Das Verfahren umfasst das Aufbringen von unterschiedlichen Substratmaterialien mit zumindest teilweise unterschiedlichen Materialeigenschaften in unterschiedlichen Teilbereichen einer Fläche, um ein flächenförmiges, dielektrisches Substrat für die Leiterplatte mit mehreren unterschiedlichen Teilbereichen aus unterschiedlichen Substratmaterialien herzustellen. Dabei können die unterschiedlichen Substratmaterialien ggf mittels einer additiven Fertigungsmethode aufgebracht werden. Außerdem umfasst das Verfahren das Aufbringen einer elektrisch leitenden Schicht auf das Substrat.According to a further aspect of the invention, a method for producing a printed circuit board is described. The method comprises the application of different substrate materials with at least partially different material properties in different partial areas of a surface in order to produce a flat dielectric substrate for the printed circuit board with several different partial areas from different substrate materials. The different substrate materials can be applied using an additive manufacturing method. The method also includes applying an electrically conductive layer to the substrate.
Es ist zu beachten, dass jegliche Aspekte der in diesem Dokument beschriebenen Leiterplatte und des in diesem Dokument beschriebenen Verfahrens in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden können. Insbesondere können die Merkmale der Patentansprüche in vielfältiger Weise miteinander kombiniert werden.It should be noted that all aspects of the printed circuit board described in this document and the method described in this document can be combined with one another in a variety of ways. In particular, the features of the claims can be combined with one another in a variety of ways.
Im Weiteren wird die Erfindung anhand von in der beigefügten Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher beschrieben. Dabei zeigen
-
1a einen beispielhaften Nutzen mit einer Vielzahl von Leiterkarten in einer Draufsicht; -
1b eine beispielhafte mehrlagige Leiterkarte bzw. ein beispielhafter mehrlagiger Nutzen in einer Seitenansicht; -
2a eine beispielhafte Leiterplatte mit heterogenen Substraten in einer Seitenansicht; -
2b ein beispielhaftes Substrat mit mehreren unterschiedlichen Teilbereichen in einer Draufsicht; -
3 einen beispielhaften Drucker zur Herstellung eines heterogenen Substrats; und -
4 ein Ablaufdiagramm eines beispielhaften Verfahrens zur Herstellung einer Leiterplatte mit einem heterogenen Substrat.
-
1a an exemplary benefit with a plurality of circuit boards in a plan view; -
1b an exemplary multi-layer circuit board or an exemplary multi-layer benefit in a side view; -
2a an exemplary circuit board with heterogeneous substrates in a side view; -
2 B an exemplary substrate with several different partial areas in a plan view; -
3 an exemplary printer for making a heterogeneous substrate; and -
4 a flow diagram of an exemplary method for producing a circuit board with a heterogeneous substrate.
Wie eingangs dargelegt, befasst sich das vorliegende Dokument mit der Bereitstellung einer Leiterplatte, die in effizienter und flexibler Weise an die Anforderungen einer elektronischen und/oder elektrischen Schaltanordnung angepasst werden kann. In diesem Zusammenhang zeigt
Zwei dieser zweilagigen Leiterplatten können dann über ein weiteres Substrat
Typischerweise weist das Substrat
In dem ersten Teilbereich
Um auch bei einer steigenden Komplexität von Leiterplatten
Die einzelnen Substrate
Die Steuereinheit
Die Ablagefläche
Der Druckkopf
Ferner kann der Drucker
Durch das Aufbringen
Durch die in diesem Dokument beschriebenen Maßnahmen können kosten- und bauraumeffiziente Leiterplatten
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf die gezeigten Ausführungsbeispiele beschränkt. Insbesondere ist zu beachten, dass die Beschreibung und die Figuren nur das Prinzip der vorgeschlagenen Leiterplatte und des vorgeschlagenen Verfahrens veranschaulichen sollen.The present invention is not restricted to the exemplary embodiments shown. In particular, it should be noted that the description and the figures are only intended to illustrate the principle of the proposed printed circuit board and the proposed method.
Claims (9)
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