DE19502434A1 - System und Verfahren zur inkrementalen Herstellung von Schaltungsplatinen - Google Patents

System und Verfahren zur inkrementalen Herstellung von Schaltungsplatinen

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DE19502434A1 DE19502434A DE19502434A DE19502434A1 DE 19502434 A1 DE19502434 A1 DE 19502434A1 DE 19502434 A DE19502434 A DE 19502434A DE 19502434 A DE19502434 A DE 19502434A DE 19502434 A1 DE19502434 A1 DE 19502434A1
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Description

Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf die Herstel­ lung von Schaltungsplatinen, und insbesondere auf ein Ver­ fahren und eine Vorrichtung zur Herstellung von Schaltungs­ platinen.
Herkömmliche gedruckte Schaltungsplatinen (PC-Platinen, PC = Printed Circuit) schließt ein Basis- oder Substrat-Material ein, auf dem und/oder in dem eine oder mehrere Schichten mit leitfähigen Merkmalen verbunden sind. Im allgemeinen ist das Substratmaterial ein FR-4 (ein feuerfestes, Epoxid-verbunde­ nes Fiberglas). Die leitfähigen Spuren bzw. Leiterbahnen sind im allgemeinen aus Kupfer gebildet (mit einer standard­ mäßigen Dicke von "einer Unze" oder 0,0036 cm (0,0014 Inch)). Bei ihrer doppelseitigen PTH-Ausführung (PTH = Plated Through Hole = durchkontaktiertes Loch), schließt die PC-Platine ein Substrat ein, das eine einzelne Schicht mit leitfähigen Spuren aufweist, die auf ihren beiden Haupt­ oberflächen (dies bedeutet oben und unten) abgeschieden sind. Die elektronischen Komponenten sind auf einer Seite der Schaltungsplatine befestigt. Löcher, die durch das Substrat gebohrt sind, und leitfähige Schichten, ermöglichen es, die Anschlußleitungen der Komponenten durch die PC-Pla­ tine von einer ersten Seite der Platine (z. B. von oben) durchzuführen und mit Anschlußflächen und leitfähigen Spuren auf der zweiten Seite der Platine (z. B. unten) zu verlöten. Die leitfähigen Spuren bilden die geeigneten Verbindungen zwischen den elektronischen Komponenten.
Bei komplexen Schaltungen werden laminierte Mehr-Schicht-PC-Platinen verwendet. Bei einer Mehr-Schicht-PC-Platine sind eine oder mehrere innere leitfähige Schichten zwischen Schichten aus Substratmaterial gestapelt. Die inneren Schichten schließen oft Leistungs- und Masseebenen ein, und manchmal Signalebenen. 4- und 6-schichtige Platinen werden normalerweise verwendet, und sehr komplexe PC-Platinen können bis zu 40 Schichten einschließen. Mehr-Schicht-PC-Platinen haben im allgemeinen auch leitfähige äußere Schichten.
Die herkömmliche Herstellungstechnik für PC-Platinen ver­ wendet einen Ansatz, der auf dünnen Platten basiert. Immer wenn es erwünscht ist, eine Schicht aus leitfähigem Material auf oder in einer Platine einzuschließen, wird eine voll­ ständige dünne Platte des Materials mit der Platine ver­ bunden. Wenn z. B. eine zweiseitige Platine erwünscht ist, wird eine leitfähige Schicht aus Kupfer mit jeder Seite eines Substrats verbunden. Die erwünschten Verbindungsmerk­ male werden in den Kupferschichten durch Ätzen gebildet.
Zur Vereinfachung der Beschreibung wird der herkömmliche Herstellungsprozeß anhand einer zweiseitigen PTH-Platine beschrieben. Um eine zweiseitige Platine herzustellen, wird ein Hersteller oft mit einem FR-4-Substrat beginnen, das eine dünne Platte aus Kupferfolie oder eine Plattierung auf jeder Seite aufweist. Der PC-Platinenentwickler stellt dem Hersteller dann elektronische Daten bereit, die die leit­ fähigen Spuren und die zu bildenden Kontakte auf jeder Seite der Platine beschreiben, zusammen mit einer Liste der x, y Koordinaten, die die Positionen anzeigen, an denen Löcher in die PC-Platine gebohrt werden müssen. Der Hersteller erzeugt die notwendigen Herstellungswerkzeuge, die Bohr- und Signal­ führungsprogramme einschließen, und einen Bildübertragungs­ film, unter Verwendung von CAD/CAM-Computersystemen (CAD = Computer Aided Design = Rechner-gestützte Entwicklung; CAM = Computer Aided Manufacturing = Rechner-gestützte Fertigung) und eines Photoplotters bzw. Laserplotters.
Die Herstellung beginnt mit dem Bohren von Löchern in die PC-Platine an den Orten, die durch die x, y Koordinaten an­ gegeben sind. Dies wird unter Verwendung einer Computer- gesteuerten Maschine durchgeführt. Ein Loch wird überall dort gebohrt, wo eine Verbindung zwischen den zwei Seiten der Platine hergestellt werden muß, oder dort wo ein Loch für die Befestigung einer elektronischen Komponente erfor­ derlich ist. Sobald die Löcher gebohrt sind, müssen sie durchkontaktiert werden. Das Plattieren schließt das Erzeu­ gen einer leitfähigen Schicht durch den inneren Lochdurch­ messer des Loches ein, um eine Anschlußfläche auf einer Seite der Platine mit einer Anschlußfläche auf der anderen Seite der Platine elektrisch zu verbinden.
Durchkontaktierte Löcher (PTH) werden durch eine Reihe von komplexen chemischen Prozessen hergestellt, die mit einer stromlosen Kupferabscheidung beginnen. Bei diesem Prozeß, der bis zu zehn chemische Schritte einschließt, wird das dielektrische Material in jedem Loch mit einer dünnen Kupferschicht behandelt. Die Dicke der Kupferabscheidung liegt für "schwere" Abscheidungsprozesse in der Größen­ ordnung von 2,54 µm (0,1 mils = 0,1×10-3 Inch), und für "dünne" Abscheidungsprozesse in der Größenordnung von 0,635 µm (0,025 mils = 0,025×10-3 Inch).
Sobald die durchkontaktierten Löcher elektrisch leitfähig sind, wird die PC-Platine durch eine Bildübertragung für eine äußere Schicht weiterbearbeitet, um die erwünschten Merkmale auf den Kupferschichten zu definieren. Dieser Prozeß läuft wie folgt ab. Zuerst wird ein Photoresist­ material auf jeder Seite der PC-Platine aufgebracht, um die Kupferfolie zu bedecken. Das Photoresistmaterial ist gegen­ über ultraviolettem Licht mit einer bestimmten Wellenlänge (UV-Licht) empfindlich. Ein Photowerkzeug oder eine Maske (z. B. ein Silber- oder ein auf Diazo basierender Film), die eine Schematik der erwünschten Spurstrukturen aufweist, wird dann als Schablone oder Maske verwendet, um Abschnitte des Photoresistmaterials mit dem UV-Licht zu belichten. Das UV-Licht bewirkt, daß die belichteten Abschnitte des Photore­ sistmaterials polymerisieren.
Als nächstes wird die Platine chemisch entwickelt, um die nicht-polymerisierten (unbelichteten) Abschnitte des Photo­ resists, das in einer Entwicklerlösung löslich ist, zu ent­ fernen. Die polymerisierten (belichteten) Abschnitte des Photoresists werden auf der Kupferoberfläche in einer Struk­ tur, die durch das Photowerkzeug vorgegeben ist, zurückblei­ ben. Die leitfähigen Merkmale auf der Platine sind durch die Dicke des Photoresists und durch die Struktur, die durch das Photowerkzeug bestimmt ist, definiert. Die mit Photoresist bedeckten Abschnitte der Kupferfolie sind die Abschnitte, die zuletzt entfernt werden, um die erwünschte Struktur der leitfähigen Spuren zurückzulassen.
Nach der chemischen Entwicklung des Photoresists wird die PC-Platine in eine Reihe von chemischen Lösungen einge­ taucht, von denen einige vom Elektroplattierungstyp sind. Dies führt zu der Plattierung mit einem oder mehreren Me­ tallen (typischerweise Kupfer, gefolgt von Zinn/Blei oder Nickel/Gold) auf den belichteten Abschnitten der Kupferfolie und auf den inneren Lochdurchmessern der durchkontaktierten Löcher. Die Abschnitte der Kupferfolie, die mit dem Photore­ sistmaterial bedeckt sind, werden nicht plattiert.
Nachdem dieser Vorgang beendet ist, wird das Photoresistma­ terial chemisch entfernt, um die unerwünschten Abschnitte der Kupferfolie zu entfernen. Diese unerwünschten Abschnitte werden durch einen chemischen Kupferätzvorgang entfernt. Das im zweiten Schritt elektroplattierte Metall (Zinn oder Nickel) ist als ein Ätzstopp wirksam, um die Entfernung der plattierten Merkmale zu vermeiden, während die unerwünschten Abschnitte der Kupferfolie chemisch entfernt werden. Die zurückbleibende elektroplattierte Kupferfolie wird die er­ wünschte Struktur der plattierten Spuren und Durchgangs­ löcher aufweisen.
In einem abschließenden Schritt wird eine Abdeckung aus einer nicht-leitfähigen "Lötmittelmaske" auf beide Seiten der PC-Platine aufgebracht, um die neu gebildeten Spuren vor einer unbeabsichtigten Beschädigung oder einem Kurzschluß während des Aufbaus der Komponenten auf der neuen PC-Platine zu schützen. Die Anschlußflächenbereiche, die mit den elek­ trischen Komponenten einen Kontakt herstellen, sind nicht mit der Lötmittelmaske bedeckt.
Dieser schwierige Prozeß der Herstellung einer zweiseitigen gedruckten Schaltungsplatine ist für Mehr-Schicht-PC-Plati­ nen erheblich komplizierter. Der Prozeß ist sowohl zeit- als auch arbeitsaufwendig. Zusätzlich werden große Mengen von Chemikalien erzeugt, die als Sondermüll entsorgt werden müssen. Andere Abfälle schließen das kostbare Kupfer ein, das von der gedruckten Schaltungsplatine weggeätzt ist. Überdies liegt die Ausbeute bei herkömmlichen Herstellungs­ techniken für gedruckte Schaltungsplatinen im allgemeinen durchschnittlich unter 95%.
Die Herstellungsindustrie für gedruckte Schaltungsplatinen steht anderen wichtigen Herausforderungen gegenüber. Mit stetig zunehmender Dichte der elektronischen Schaltungen müssen z. B. die PC-Platinenmerkmale (z. B. Spuren, Durch­ gangslöcher, durchkontaktierte Löcher, Anschlußflächen und ähnliches) bezüglich ihrer Größe kleiner werden. Dies er­ zeugt bei der PC-Platinenherstellung ein erhebliches Pro­ blem. Bei der Erzeugung eines durchkontaktierten Loches muß das entsprechende Merkmal jeder leitfähigen Schicht, die damit verbunden werden soll, genau ausgerichtet sein. Ferner müssen die gebohrten Löcher genau angeordnet sein. Mit ab­ nehmenden Abmessungen der durchkontaktierten Löcher und Spuren wird diese Ausrichtung zunehmend schwierig. Die Toleranzen während des Herstellungsprozesses sind die pri­ mären Ursachen dieser Schwierigkeit. Überdies tragen Tem­ peraturveränderungen und die Materialschrumpfung zu dem Problem bei. Diese Schwierigkeiten führen dazu, die Dichten zu beschränken, mit denen PC-Platinen kosteneffektiv her­ gestellt werden können.
Eine Automatisierung verbessert die Produktivität der Her­ stellung von PC-Platinen mit einer revolutionären Geschwin­ digkeit. Die Anzahl von ausgebildeten Arbeitern, die für eine Herstellungsoperation erforderlich sind, bleibt jedoch recht hoch. Überdies tendieren Verbesserungen bei der PC-Platinenherstellung dazu, lediglich Verfeinerungen eines im wesentlichen langwierigen und Rohstoff-intensiven Prozesses zu sein.
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung gedruckter Schaltungs­ platinen zu schaffen, das einen Mechanismus schafft, der die Anforderungen bezüglich einer hohen Dichte und Ultra-feiner Merkmale zukünftiger PC-Platinen kosteneffektiv erfüllt.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren nach Anspruch 1, ein System nach Anspruch 5 und eine Vorrichtung nach Anspruch 8 gelöst.
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein System und ein Verfahren zur inkrementalen Herstellung von Schaltungs­ platinen unter Verwendung von Mikro-Herstellungstechniken und der Prinzipien der Nanotechnologie. Die Erfindung ist ein Computer-basiertes Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung einer Schaltungsplatine. Die Erfindung unter­ scheidet sich von herkömmlichen Herstellungstechniken für gedruckte Schaltungsplatinen und stellt eine Schaltungs­ platine in einer inkrementalen Form her. Das Verfahren der Erfindung umfaßt: Empfangen der Entwurfsdaten, die ein Layout der Schaltungsplatine darstellen; Umwandeln der Ent­ wurfsdaten in eine dreidimensionale Inkrementmatrix (z. B. Würfel), die die Schaltungsplatine darstellt, wobei jedes Inkrement oder jeder Würfel innerhalb der Matrix durch eine Adresse identifiziert ist, und diesem ein Herstellungsmate­ rial zugeordnet ist; und Aufbauen der Schaltungsplatine an einer Herstellungsstation durch Abscheiden der zugeordneten Herstellungsmaterialien auf einer Herstellungsbasis oder Arbeitsoberfläche in einer inkrementalen Art, wie es durch die Matrix angezeigt ist.
Das Umwandeln der herkömmlichen Entwurfsdaten in eine drei­ dimensionale Inkrementmatrix schließt die folgenden Schritte ein. Zuerst wird eine Inkrementgröße auf der Grundlage der Entwurfsmerkmale der Schaltungsplatine berechnet. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ist die Inkrementgröße aus­ gewählt, um ein Zehntel der Größe des kleinsten Merkmals auf der Schaltungsplatine (z. B. die minimale Spurbreite) zu sein. Eine allgemeine Inkrementmatrix, die etwa die physika­ lischen Abmessungen der Schaltungsplatine darstellt, wird dann erzeugt. Die Inkremente werden aus der allgemeinen Ma­ trix entfernt, um ausgeschnittene Merkmale der Schaltungs­ platine zu bilden. Auf ähnliche Weise werden Inkremente an ausgewählten Orten der allgemeinen Matrix hinzugefügt, um Merkmale zu bilden, die von den Oberflächen der Schaltungs­ platine nach außen hervorstehen. Abschließend wird jedem Inkrement in der allgemeinen Matrix ein Herstellungsmaterial und eine Adresse zugeordnet.
Der Schritt des Abscheidens des Herstellungsmaterials auf die Herstellungsbasis, um die Schaltungsplatine aufzubauen, schließt die folgenden Schritte ein. Zuerst wird eine Ein­ bauanordnung an einer Startposition oberhalb der Herstel­ lungsbasis angeordnet. Die Startposition entspricht einer Adresse eines ersten Inkrements in einer ersten Schicht oder Scheibe der Matrix, die die Schaltungsplatine darstellt. Ein Herstellungsmaterial, das dem ersten Inkrement zugeordnet ist, wird dann auf der Herstellungsbasis an einer Position, die der Adresse des ersten Inkrements entspricht, abgeschie­ den. Als nächstes wird die Einbauanordnung an einer nächsten Position, die einer Adresse eines benachbarten nächsten In­ krements in der Matrix entspricht, angeordnet. Ein Herstel­ lungsmaterial, das dem benachbarten Inkrement zugeordnet ist, wird dann auf der Herstellungsbasis an der Position, die der Adresse des benachbarten Inkrements entspricht, abgeschieden. Diese Schritte werden dann wiederholt, bis eine vollständige Schicht der Schaltungsplatine durch Ab­ scheiden der Inkremente, die die erste Schicht der Matrix darstellen, gebildet wurde.
Sobald eine Schicht oder eine Scheibe der Schaltungsplatine fertiggestellt ist, wird die Einbauanordnung nach oben be­ wegt, und die Abscheidung der Inkremente für die nächste Schicht wird begonnen. Dieser Prozeß wird wiederholt, bis jede Schicht der Matrix erzeugt wurde, um die vollständige Schaltungsplatine zu bilden. Es wird darauf hingewiesen, daß sich die Bezeichnung "Schicht", wie sie hier verwendet wird, wenn auf die Erfindung Bezug genommen wird, nicht auf eine Schicht einer gedruckten Schaltungsplatine im herkömmlichen Sinne, die unter Verwendung eines Schichtprozesses herge­ stellt wird, bezieht. Die Bezeichnung Schicht bezieht sich auf eine Anzahl von Inkrementen, die in Reihen und Spalten abgeschieden sind, um eine Scheibe der Schaltungsplatine in der x, y Ebene zu bilden.
Das System der Erfindung schließt eine Umformungseinrich­ tung, wie z. B. einen Computer für allgemeine Zwecke, und eine Herstellungsstation ein. Die Umformungseinrichtung empfängt Daten, die die Entwurfsanforderungen für die Schal­ tungsplatine bestimmen, und erzeugt eine dreidimensionale Inkrementmatrix, die die Schaltungsplatine darstellt. Die Herstellungsstation schließt zumindest einen Herstellungs­ schrank, ein Stickstoffzuführungssystem und eine Herstel­ lungssteuerung ein. Jeder Herstellungsschrank baut unter der Steuerung und Überwachung der Herstellungssteuerung Schal­ tungsplatinen. Das Stickstoffzuführungssystem stellt dem Herstellungsschrank flüssigen Stickstoff zur Kühlung bereit, um eine nicht-oxidierende Herstellungsumgebung zu schaffen, und um als Herstellungsmaterial verwendet zu werden.
Jeder Herstellungsschrank schließt eine Rohmaterialzufüh­ rungsregion, eine Herstellungsregion und eine Ausgaberegion ein. Die Rohmaterialzuführungsregion empfängt rohe Her­ stellungsmaterialien, speichert diese in einer Rohmaterial­ schlange und stellt diese der Herstellungsregion bereit, wenn es angefordert wird. Die Herstellungsregion schließt eine Herstellungsbasis, eine Einbauanordnung, ein Positions­ system und ein Materialliefertragesystem ein. Die Einbauan­ ordnung scheidet Inkremente von geschmolzenem oder flüssigem Rohmaterial auf der Herstellungsbasis ab, um eine Schal­ tungsplatine aufzubauen. Das Positionssystem schafft eine relative Anordnung der Einbauanordnung bezüglich der Her­ stellungsbasis, während die Schaltungsplatine inkremental hergestellt wird. Das Materialliefertragesystem liefert Roh­ material aus der Rohmaterialschlange an die Einbauanordnung.
Die Herstellungsregion ist bezüglich anderer Regionen des Herstellungsschrankes abdichtbar. Während der Schaltungs­ platinenherstellung sind die Herstellungsregionen von Luft entleert und mit Stickstoff aus dem Stickstoffzuführungs­ teilsystem gefüllt. Dies schafft eine gekühlte, nicht-oxi­ dierende Umgebung für die Schaltungsplatinenherstellung.
Die Ausgaberegion des Herstellungsschrankes schließt eine Shuttleanordnung (eine sich hin- und herbewegende Anor­ dnung), eine Sammelanordnung und einen Lift ein. Die Shuttleanordnung ist konfiguriert, um fertiggestellte Schal­ tungsplatinen aus der Herstellungsregion zu entfernen, und diese an die Sammelanordnung zu liefern. Die Sammelanordnung sammelt die fertiggestellten Schaltungsplatinen und stellt diese der Liftanordnung derart bereit, daß zuerst angelie­ ferte Schaltungsplatinen die Sammelanordnung auch wieder zuerst verlassen. Die Liftanordnung entfernt jede fertigge­ stellte Schaltungsplatine aus dem Herstellungsschrank.
Die vorliegende Erfindung revolutioniert die Art, auf die Schaltungsplatinen derzeitig hergestellt werden. Die Be­ zeichnung "gedruckte Schaltungsplatine" ist auf die Schal­ tungsplatinen, die gemäß der Erfindung hergestellt wurden, nicht anwendbar, nachdem kein Drucken auftritt. Die Einbau­ anordnung scheidet sehr kleine Volumen (z. B. 0,16 cm³ (0,010 Kubik-Inch) oder weniger)) eines leitfähigen, dielektrischen und/oder Null-Materials in einem dreidimensionalen Array von inkrementalen "Würfeln" ab. (Die Bezeichnung Würfel wird hier lediglich aus Beschreibungsgründen verwendet, die tat­ sächliche Form kann sich ändern). Nachdem jedes inkrementale Volumen oder Materialinkrement abgeschieden ist, wird die Einbauanordnung in eine x- oder y-Richtung zu dem nächsten benachbarten Würfel bewegt. Die Einbauanordnung fährt fort, Material abzuscheiden, bis die Ebene fertiggestellt ist. Dann wird die Einbauanordnung um eine Position in die z-Richtung (die vertikale Richtung) inkrementiert, und das Ab­ scheiden von Material in der nächsten horizontalen Ebene wird fortgesetzt. Der Prozeß des Abtastens (und Abscheidens von Material) und des Inkrementierens in die z-Richtung wird fortgeführt, bis die Schaltungsplatine fertiggestellt ist.
Unter Verwendung herkömmlicher Herstellungsprozesse sind zur Herstellung einer Mehrschicht-gedruckten Schaltungsplatine etwa 48 bis 60 Stunden notwendig. Im Gegensatz hierzu wird erwartet, daß die vorliegende Erfindung eine Schaltungspla­ tine in etwa 4 Stunden aufbauen kann.
Ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht in der dramatischen Reduzierung der Menge des erforderlichen Herstellungsmaterials. Da die Materialien nicht in der Form einer dünnen Platte mit unerwünschten Abschnitten, die che­ misch oder mechanisch entfernt werden, hinzugefügt werden, werden Rohmaterialien eingespart. Es sind lediglich die genauen Mengen von Rohmaterial erforderlich, die tatsächlich verwendet werden.
Wiederum ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die dramatische Reduzierung der Arten von erforderlichen Prozeßchemikalien. Es sind z. B. keine Ätz- oder Reinigungs-Chemikalien (z. B. Lösungsmittel oder Säuren) erforderlich. Dies reduziert nicht nur direkt die Rohmaterialkosten, son­ dern es schließt im wesentlichen die Erzeugung von Sonder­ müll aus.
Wiederum ein weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung be­ steht darin, daß der Herstellungsprozeß erheblich verein­ facht wird, was zu einer Reduzierung der Anzahl von Personen führt, die erforderlich ist, um eine Schaltungsplatine her­ zustellen.
Wiederum ein weiterer Vorteil der inkrementalen Schaltungs­ herstellungstechnik der Erfindung besteht darin, daß die Schaltungsplatinen mit Merkmalsgrößen, Dichten und Komplexi­ täten hergestellt werden können, die unter Verwendung her­ kömmlicher Herstellungstechniken nicht möglich sind.
Bevorzugte Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1A ein hochstufiges Flußdiagramm, das das Verfahren der Erfindung zur Herstellung einer Schaltungspla­ tine darstellt;
Fig. 1B ein Operations-Flußdiagramm, das die Wechselwirkung der Operationen der verschiedenen Einheiten gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt;
Fig. 2 ein Flußdiagramm, das den Schritt 104 der Umwand­ lung eines herkömmlichen Schaltungsplatinenentwurfs in eine dreidimensionale Inkrementmatrix aus Fig. 1A detaillierter darstellt;
Fig. 3 ein Flußdiagramm, das den Schritt 106 des Aufbaus einer Schaltungsplatine aus Fig. 1A detaillierter darstellt;
Fig. 4 ein Beispiel einer dreidimensionalen Inkrement­ matrix;
Fig. 5 eine Darstellung einer Herstellungsstation der Er­ findung von vorne;
Fig. 6 eine Draufsichtdarstellung der Herstellungsstation aus Fig. 5;
Fig. 7 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Seitendar­ stellung eines Herstellungsschrankes gemäß der Er­ findung;
Fig. 8 ein vereinfachtes Blockdiagramm einer Draufsicht­ darstellung des Herstellungsschrankes aus Fig. 7;
Fig. 9 eine Draufsichtdarstellung einer Einbauanordnung der Erfindung;
Fig. 10 eine detaillierte Darstellung einer Materialeinbau­ einrichtung der Erfindung;
Fig. 11 den Betrieb der Materialeinbaueinrichtung aus Fig. 10 beim Abscheiden eines Inkrements aus Herstel­ lungsmaterial;
Fig. 12 das Anordnen eines Inkrements aus Herstellungsmate­ rial durch die Materialeinbaueinrichtung aus Fig. 10 und 11;
Fig. 13 eine Querschnittdarstellung der Herstellungsbasis der Erfindung;
Fig. 14A eine Querschnittsdarstellung einer herkömmlichen Schaltungsplatine, die die Ausführung eines Durch­ gangslochs, eines blinden Durchgangslochs und eines vergrabenen Durchgangslochs darstellt; und
Fig. 14B eine Querschnittsdarstellung einer Schaltungspla­ tine, die gemäß der vorliegenden Erfindung aufge­ baut wurde, die die Ausführung eines Durchgangs­ lochs, eines blinden Durchgangslochs, eines ver­ grabenen Durchgangslochs und eines Winkeldurch­ gangslochs darstellt.
Die Erfindung ist ein Verfahren zur Herstellung von Schal­ tungsplatinen, das sich von herkömmlichen Herstellungstech­ niken für gedruckte Schaltungsplatinen unterscheidet. Gemäß der Erfindung wird eine Schaltungsplatine in einer inkre­ mentalen oder in einer Stück-für-Stück-Art aufgebaut. Das derzeitig bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden detaillierter beschrieben. Obwohl bestimmte Konfigurationen und Anordnungen beschrieben werden, ist es offensichtlich, daß diese lediglich aus Darstellungsgründen erfolgt. Fachleute werden erkennen, daß andere Konfiguratio­ nen und Anordnungen verwendet werden können, ohne sich vom Umfang der vorliegenden Erfindung zu entfernen.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung wird anhand der Figuren beschrieben, in denen ähnliche Bezugszeichen ähnliche Elemente bezeichnen. In den Figuren entspricht die links liegende Zahl jedes Bezugszeichen der Figur, in der das Bezugszeichen zuerst verwendet wird.
Fig. 1A ist ein hochstufiges Flußdiagramm, das das Verfahren 100 der Herstellung der Schaltungsplatine gemäß der Erfin­ dung darstellt. In einem Schritt 102 werden herkömmliche Entwicklungsdaten (dies bedeutet, das Schaltungs-Layout, Verbindungen und Platinenabmessungen) für die Schaltungs­ platine von einem Platinenentwickler empfangen. In einem Schritt 104 werden die Entwurfsdaten in eine dreidimensio­ nale Inkrementmatrix (z. B. Würfel) umgewandelt, die die Schaltungsplatine darstellt. Jedem Inkrement wird ein Her­ stellungsmaterial zugeordnet. In einem Schritt 106 wird die Schaltungsplatine durch Abscheiden inkrementaler Mengen des Herstellungsmaterials, um die Matrixdarstellung der Schal­ tungsplatine zu bilden, hergestellt. Eine Schaltungsplatine, die auf diese Art gebildet ist, wird genau aufgebaut, ohne verschwendete Materialien und ohne die große Anzahl von kom­ plizierten Verarbeitungsschritten, die bei herkömmlichen Techniken angetroffen werden.
Die Entwicklungsdaten, die im Schritt 102 empfangen werden, werden im allgemeinen unter Verwendung einer herkömmlichen Computer-unterstützten Entwicklung (CAD) und anderer Soft­ warewerkzeuge auf einem Computer für allgemeine Zwecke (der im allgemeinen als "der CAD-Computer" bezeichnet wird) er­ zeugt. Die Entwurfsdaten schließen x- und y-Orte (kartesi­ sche Koordinaten) und eine Signalführung für die Schaltungs­ merkmale für jede Schicht der Platine ein, und umfassen ferner die Größe, Anzahl und die x,y Orte aller Verbindungen zwischen den Schichten (Durchgangslöcher, blinde oder ver­ grabene Durchgangslöcher, Durchgangslöcher etc.). Die Ent­ wurfsdaten bestimmen ebenfalls die Materialien zum Aufbau, die Anzahl von Schichten und die physikalischen Gesamtab­ messungen und die Form der Platine. Zusätzlich kann eine "Entwurfsklasse" für jede Schaltungsplatine spezifiziert sein. Eine Entwurfsklasse ist ein administrativer Bezeich­ ner, der verwendet wird, um eine Komplexität einer Schal­ tungsplatine zu kategorisieren, normalerweise ihre kleinste Spur und ihr kleinstes Raummerkmal. Eine Entwurfsklasse einer PC 5 entspricht z. B. einer minimalen Spurbreite von 0,127 mm (5 mils) und einen minimalen Abstand zwischen den am dichtesten geführten Spuren von 0,127 mm (5 mils). Eine Entwurfsklasse von PC 4/6 entspricht Spuren mit einer mini­ malen Breite von 0,1016 mm (4 mils) mit einer minimalen Be­ abstandung von 0,1524 mm (6 mils). Andere Attribute, wie z. B. die abschließende Lochgröße, können ebenfalls durch die Entwurfsklasse bestimmt sein, aber dies wird sich abhängig von dem bestimmten Platinenentwickler und/oder dem Herstel­ lungsprozeß ändern.
Fig. 1B ist ein Operations-Flußdiagramm, das die Wechsel­ wirkung der Operationen der Einheiten gemäß der vorliegenden Erfindung darstellt. Die Entwurfsinformationen und Teil­ charakteristika werden durch einen Schaltungsplatinenent­ wickler auf einem CAD-Computer erzeugt. Diese Daten werden an einen Umformungscomputer 122 oder einen Computer für all­ gemeine Zwecke, bevorzugterweise am Herstellungsort, über­ tragen. Die Übertragung kann elektronisch durchgeführt werden (z. B. über ein Modem oder über ein Netzwerk) oder physikalisch durch Übertragen einer Diskette, eines Bandes oder eines anderen Datenspeichermediums zwischen den zwei Systemen. Der Computer 122 wandelt die Daten in eine drei­ dimensionale Matrix um, die oben beschrieben wurde, und ordnet jeder Matrixadresse ein Herstellungsmaterial zu.
Der Computer 122 überträgt die umgewandelten Daten an eine Herstellungsstation 124. Die Herstellungsstation 124 baut dann eine Schaltungsplatine gemäß den umgeformten oder drei­ dimensionalen Matrixdaten. Die Herstellungsstation 124 schließt eine Herstellungssteuerung 194 (das bedeutet einen Computer) und einen oder mehrere Herstellungsschränke 132 ein. Jeder Herstellungsschrank 132 bildet unter der Steue­ rung der Herstellungssteuerung 134 auf der Grundlage der dreidimensionalen Matrix Schaltungsplatinen. Rohe Herstel­ lungsmaterialien 126 werden dem Herstellungsschrank 132 durch ein Rohmaterialzuführungssystem 136 bereitgestellt. Fertiggestellte Schaltungsplatinen werden aus der Herstel­ lungsstation 124 ausgegeben, wie es beim Block 130 angezeigt ist.
Die Herstellungssteuerung 134 steuert und überwacht den Auf­ bau jeder Schaltungsplatine. Die Überwachung des Aufbaupro­ zesses wird durch den Prozeßverifikationsblock 128 ange­ zeigt. Die Prozeßverifikation tritt in Echtzeit auf, durch Vergleichen des vorgeschriebenen/erklärten (in den Matrix­ daten) Materials für jedes Inkrement mit demjenigen, das tatsächlich an der Inkrementadresse abgeschieden wird. Die Prozeßverifikation erfolgt durch elektronisches Vergleichen (über eine Software in der Herstellungssteuerung 134) der Kennzeichnungscharakteristika jedes tatsächlich angeliefer­ ten Materials mit dem bestimmten Material. Die Kennzeich­ nungscharakteristika des abgeschiedenen Materials werden durch geeignete Sensoren innerhalb des Herstellungsschrankes 132 identifiziert, die den Herstellungsprozeß für die Schal­ tungsplatine überwachen.
Inkrementale Zuführungen, die als falsch erklärt werden (z. B. falsches Material, zu viel Material oder zu wenig Ma­ terial) werden in einer Fehlerdatei aufgezeichnet und mit vorbestimmten annehmbaren Grenzen verglichen. Wenn die in der Fehlerdatei aufgezeichneten Zuführungen die vorbestimm­ ten annehmbaren Grenzen überschreiten, wird das Endprodukt als fehlerhaft erklärt und markiert, bevor es aus der Her­ stellungsstation 124 entfernt wird.
Fig. 2 ist ein Flußdiagramm, das den Schritt 104 des Um­ wandelns eines Schaltungsplatinenentwurfs in eine dreidimen­ sionale Inkrementmatrix detaillierter beschreibt. Dieser Schritt des Umwandelns wird im allgemeinen auf einem Compu­ ter für allgemeine Zwecke, wie z. B. einem Umformungscomputer 122, in der Nähe des Herstellungsortes durchgeführt. In einem Schritt 202 werden relevante Entwurfsinformationen aus den Datendateien für den herkömmlichen Schaltungsplatinen­ entwurf, die im Schritt 102 in Fig. 1A empfangen wurden, empfangen. Im Schritt 204 wird eine Inkrementgröße berech­ net. Die Inkrementgröße oder Auflösung basiert auf dem kleinsten Entwurfsmerkmal, das in den Entwurfsdaten, die beim Schritt 202 empfangen wurden, spezifiziert ist. Jedes Inkrement stellt einen kleinen Abschnitt der Schaltungspla­ tine dar. Die Inkrementgröße ist ausgewählt, um klein genug zu sein, so daß die kleinsten Merkmale der Schaltungsplatine durch Inkremente aus homogenem Material dargestellt sind. Eine Kupferspur mit einer Dicke von 25,4 µm (1 mil) und einer Breite von 0,127 mm (5 mils) kann als fünf 25,4 µm (1 mil) Inkremente dargestellt werden, die Seite an Seite ge­ stapelt sind.
Es wird bevorzugt, daß eine Inkrementgröße ausgewählt wird, die ein Zehntel der minimalen Spurbreite auf der Schaltungs­ platine beträgt. Folglich können für minimale Spurbreiten im Bereich von 2,54 µm (0,1 mils) bis 0,381 mm (15 mils) In­ krementgrößen im Bereich von 0,254 µm (0,01 mils) bis 38,1 µm (1,5 mils) (für jede Seite eines Würfels) ausgewählt werden. Dieser Faktor 10 bei der Differenz zwischen der minimalen Spurbreite und der Inkrementgröße stellt einen sinnvollen Kompromiß zwischen der Herstellungsauflösung und der Herstellungszeit dar.
In einem Schritt 206 wird eine Durchlauf- oder allgemeine Matrix erzeugt, die die Gesamtabmessungen der Schaltungs­ platine darstellt. Die erste Durchlaufmatrix ist eine In­ krementmatrix, wie z. B. aus Würfeln, die in etwa die physi­ kalischen Abmessungen der Schaltungsplatine darstellt, wie sie durch die Entwurfsdaten aus dem Schritt 202 spezifiziert sind. In einem Schritt 208 werden die elektrischen Schal­ tungsinformationen, die dielektrischen Informationen und die elektrischen Verbindungsinformationen vom Schritt 202 umge­ formt oder auf die Inkrementmatrix abgebildet. Nach dem Schritt 208 wird jedes Inkrement der Matrix einem bestimmten Merkmal der herzustellenden Schaltungsplatine entsprechen. Dies schließt alle Schutzabdeckungen (wie z. B. ein Dielek­ trikum, um die herkömmliche Lötmittelmaske zu ersetzen) auf den Oberflächen der Ausgabeschichten der Schaltungsplatine ein.
Die Schritte 210 und 212 verfeinern die erste Durchlauf­ matrix der Gesamtplatinenabmessungen aus Schritt 206. Ins­ besondere im Schritt 210 werden Inkremente zu der ersten Durchlaufmatrix hinzugefügt oder von dieser entfernt, um die abschließende Form der Schaltungsplatine in der x, y Ebene zu definieren. Im Schritt 212 werden Inkremente zu der Matrix hinzugefügt und/oder von dieser entfernt, um Merkmale ober­ halb und/oder unterhalb der äußeren Schichten der Schal­ tungsplatine in der z-Abmessung zu definieren. Abschließend werden beim Schritt 214 jedem Inkrement in der Matrix ein geeignetes Herstellungsmaterial und eine Adresse zugeordnet. Dieser Schritt vervollständigt die Umwandlung der herkömm­ lichen Schaltungsplatinenentwurfsdaten in eine dreidimen­ sionale Inkrementmatrix.
Es wird darauf hingewiesen, daß das nicht Vorhandensein eines Materials (z. B. der Raum oder Hohlraum in einem Durch­ gangsloch oder einem Ausschnitt oder der fehlende Bereich, der alle Inkremente in z-Richtung überquert) durch ein Null-Material dargestellt wird. Bei dem bevorzugten Aus­ führungsbeispiel ist das Null-Material flüssiger Stickstoff. Es wird ebenfalls darauf hingewiesen, daß andere Verbin­ dungsmerkmale, wie z. B. Durchgangslöcher, die herkömmlicher­ weise unter Verwendung eines Bohr- und Plattierungsprozesses ausgeführt wurden, nun als feste leitfähige Spalten (in der z-Richtung) ausgeführt werden.
Fig. 3 ist ein Flußdiagramm, das den Schritt 106 aus Fig. 1A detaillierter darstellt. In einem Schritt 302 werden die dreidimensionalen Matrixdaten für den Schaltungsplatinen­ entwurf von dem Computer 122 für allgemeine Zwecke, auf dem die Umformung stattgefunden hat, an die Herstellungssteue­ rung 134 einer Herstellungsstation 124 übertragen. In einem Schritt 304 wird das Rohmaterial, das zur Herstellung der Platine erforderlich ist, automatisch in eine Rohmaterial­ schlange (die unten beschrieben wird) geladen. In einem Schritt 306 wird eine Herstellungsfläche von der umgebenden Atmosphäre abgedichtet und entleert und mit einem gekühlten Stickstoffgas gefüllt. Das Stickstoffgas schafft eine nicht-oxidierende Umgebung für die Herstellung der Schal­ tungsplatine.
In einem Schritt 308 wird eine Einbauanordnung (im folgenden genauer beschrieben) auf eine Ruhestellungsadresse (z. B. 0,0,0) eingestellt. Ein Schaltungsplatinenaufbau- oder Her­ stellungszyklus wird dann im Schritt 310 begonnen. Der Her­ stellungszyklus schließt das zyklische Bewegen der Einbau­ anordnung durch jede Adresse der Matrix und das Abscheiden eines geeigneten Herstellungsmaterials an jeder Adresse ein. Abschließend wird beim Schritt 312 der Herstellungsbereich geöffnet und eine fertiggestellte Schaltungsplatine wird entfernt.
Fig. 4 stellt ein Beispiel einer dreidimensionalen Matrix 400 mit Inkrementen 401 dar. Die Inkremente 401 sind aus darstellerischen Gründen als Würfel gezeigt, die Inkremente 401 können jedoch eine andere Form (z. B. Tropfen oder Sphären eines Materials) sein. Die dreidimensionale Matrix 400 bildet eine Schaltungsplatine, wenn sie bis zum voll­ ständigen Umfang des Entwurfs weitergeführt wird. Jedem Würfel 401 ist eine Koordinatenadresse zugeordnet. Einem Würfel 402 ist z. B. der Adreßort 0,0,0 zugeordnet (was dem Ursprung des kartesischen Koordinatensystems entspricht), und einem Würfel 404 ist der Adreßort (19,0,2) zugeordnet.
Die Herstellungsmaterialzuordnungen werden durchgeführt, nachdem die Gesamtanzahl der Inkremente berechnet wurde. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden vier primäre Ma­ terialien bei der Herstellung der Schaltungsplatine ver­ wendet. Diese schließen ein Dielektrikum (d); einen Leiter (c); einen Hohlraum, Null oder nichts (v); und leitfähige Haftmittel (a) ein. Das leitfähige Haftmittel kann verwendet werden, um zwischen dem Leiter- und dielektrischem Material, die nicht ohne weiteres aufeinander haften, eine Haftung sicherzustellen. Ein Durchgangsloch wird durch Zuordnen eines Hohlraummaterials (v) zu den geeigneten Inkrementen in der Matrix gebildet. Ein Herstellungsmaterial und eine Adresse werden jedem Inkrement in der Matrix zugeordnet. Am Ende ist jeder Würfel 401 durch eine Adresse (x, y, z) ge­ folgt von einem Herstellungsmaterialanzeiger dargestellt. Der Würfel 402 kann z. B. als (0,0,0,d) dargestellt werden.
Fig. 5 ist eine Darstellung von vorne und Fig. 6 ist eine Draufsichtdarstellung einer Herstellungsstation 124. Die Herstellungsstation 124 schließt vier Herstellungsmodule 602A-602D ein, die auf einem Rahmen oder einem Gehäuse 502 ruhen. Jedes Herstellungsmodul 602 umfaßt eine Anzahl (es sind z. B. fünf dargestellt) von Herstellungsschränken 132, die in einem vertikalen Stapel angeordnet sind. Folglich schließt die Herstellungsstation 124 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel 20 Herstellungsschränke 132 ein.
Jeder Herstellungsschrank 132 der Herstellungsstation 124 ist konfiguriert, um Schaltungsplatinen gemäß der Erfindung herzustellen. Eine Anzahl von Herstellungsschränken sind in einer Herstellungsstation zusammengruppiert, so daß gemein­ same Quellen von den Schränken gemeinsam verwendet werden können. Diese gemeinsamen Quellen umschließen die Herstel­ lungssteuerung 134 und ein Stickstoffzuführungsteilsystem 508 ein. Die Herstellungssteuerung 134 und das Stickstoff­ teilsystem 508 sind innerhalb des Gehäuses 502 enthalten, wie es in Fig. 5 dargestellt ist.
Jeder Herstellungsschrank 132 schließt eine Rohmaterialzu­ führungsregion 510, eine Herstellungsregion 512 und eine Ausgaberegion 514 ein. Die Rohmaterialzuführungsregionen 510 aller Schränke 132 in einem Herstellungsmodul oder einem Stapel 602 (z. B. fünf Schränke bei dem dargestellten Ausfüh­ rungsbeispiel) sind miteinander verbunden, um Quellen ge­ meinsam zu benutzen (wie es im folgenden detaillierter beschrieben wird). Die Quellen können ebenfalls von den Rohmaterialzuführungsregionen von benachbarten Herstellungs­ modulen oder Stapeln 602 verwendet werden (z. B. von den Modulen 602A und 602C oder von den Modulen 602B und 602D). Dieses ist jedoch nicht erforderlich.
Die Ausgaberegionen 514 aller Schränke 132 in einem Stapel 602 teilen sich eine gemeinsame Liftanordnung (die im fol­ genden beschrieben wird) für die Entnahme der fertigge­ stellten Schaltungsplatinen aus den Herstellungsschränken 132.
Jeder Herstellungsschrank 132 baut Schaltungsplatinen unter der Steuerung und der Anweisung der Herstellungssteuerung 134. Wenn bei dem Herstellungsprozeß entweder Stickstoffgas oder flüssiger Stickstoff erforderlich ist, wird er einem Herstellungsschrank 132 durch das Stickstoffzuführungsteil­ system 508 zugeführt.
Ein Herstellungsschrank 132 wird nun anhand der Fig. 7 und 8 detailliert beschrieben. In Fig. 7 sind die drei Regionen 510, 512 und 514 eines Schrankes 132 dargestellt. Die Rohmaterialzuführungsregion 510 umfaßt ein Rohmaterial­ zuführungssystem 136 und eine Rohmaterialschlange 704. Die Herstellungsregion 512 schließt ein Materialliefertrage­ system 706, ein Einbaueinrichtungsanordnungssystem 708, eine Einbauanordnung 710 und eine Herstellungsbasis 712 ein. Die Ausgaberegion 514 schließt eine Shuttleanordnung 722, eine Sammelanordnung 724 und eine Liftanordnung 726 ein.
Mit der Ausnahme eines Zuführungstunnels 720 ist die Her­ stellungsregion 512 von der Rohmaterialzuführungsregion 514 durch eine Wand 714 getrennt. Die Herstellungsregion 512 ist von der Ausgaberegion 514 durch eine Wand 716 getrennt. Der Zuführungstunnel 720 ermöglicht es, daß die Rohmaterial­ schlange 704 Rohmaterial an das Rohmaterialliefertragesystem 706 liefert, ohne die abgedichtete Integrität der Wand 714 wesentlich zu beeinflussen.
Der Herstellungsschrank 132 arbeitet wie folgt. Das Rohma­ terialzuführungssystem 136 bedient eine Anzahl von Schränken 132 (wie es unten beschrieben wird). Das Rohmaterialzufüh­ rungssystem 136 führt Rohmaterialen, wie z. B. ein leit­ fähiges Material und ein isolierendes Material der Rohma­ terialschlange 704 in der Form eines Drahtes (oder eines Bandes) zu. Die Rohmaterialschlange 704 speichert die Ma­ terialien, die bei der Herstellung der bestimmten Schal­ tungsplatinen verwendet werden, auf der Grundlage der Be­ fehle der Steuerung 134. Die Rohmaterialschlange 704 führt dann die Rohmaterialien dem Materialliefertragesystem 706 über den Zuführungstunnel 720 zu. Der Zuführungstunnel 720 ermöglicht es, die Rohmaterialien dem Materialliefertrage­ system 706 ohne Beeinflussung der abgedichteten Integrität der Wand 714 zuzuführen. Dies ermöglicht, eine Stickstoff­ umgebung innerhalb des Herstellungsbereichs 512 beizubehal­ ten.
Das Materialliefertragesystem 706 liefert die Rohmaterialien an die Einbauanordnung 710. Das Materialliefertragesystem 706 behält eine geeignete Spannung jedes der Drähte oder der Bänder aus Rohmaterial bei und ermöglicht einen ausreichen­ den Spielraum zur freien Bewegung der Einbauanordnung 710 oberhalb der Herstellungsbasis 712. Das Positionierungssy­ stem 708 ist konfiguriert, um die Einbauanordnung 710 in die x-, y- und z-Richtung zu bewegen.
Die Einbauanordnung 710 führt die Rohmaterialien in einer geschmolzenen Form der Herstellungsbasis 712 zu. Die Stick­ stoffumgebung, die innerhalb der Herstellungsregion 512 auf­ rechterhalten wird, verhindert eine Oxidation während des Herstellungsprozesses. Zusätzlich schafft der Stickstoff eine Kühlung für die Herstellungsregion 512. Durch Abtasten der Einbauanordnung 710 in eine x-Richtung kann eine Reihe von Rohmaterialinkrementen auf der Herstellungsbasis 712 abgeschieden werden. Dann kann, durch Inkrementieren der y-Position der Einbauanordnung 710 die nächste Reihe abge­ tastet werden. Sobald eine x,y Scheibe oder Schicht der Schaltungsplatine fertiggestellt ist, kann das Positionie­ rungssystem 708 um einen Schritt in die z-Richtung bewegt werden, und Inkremente können abgeschieden werden, um die nächste x, y Scheibe oder Schicht auf der Schaltungsplatine abzuscheiden.
Sobald die Herstellung der Schaltungsplatine beendet ist, kann die Wand 716 geöffnet werden, um es einer Shuttlean­ ordnung 722 zu ermöglichen, die fertiggestellte Schaltungs­ platine aus der Herstellungsregion 512 zu entfernen. Die Shuttleanordnung 712 ist konfiguriert, um sich in eine horizontale Richtung zu bewegen, um in die Herstellungs­ region 512 einzutreten. Die Shuttleanordnung 722 ergreift dann die Schaltungsplatine auf eine automatische Art und überträgt die Schaltungsplatine in die Ausgaberegion 514. Die Shuttleanordnung 722 ist ebenfalls konfiguriert, um sich um einen Punkt 722 zu drehen, um die gedruckte Schaltungs­ platine in eine vertikale Ausrichtung zu heben. Die Schal­ tungsplatine kann dann in der Sammelanordnung 724 angeordnet werden.
Die Sammelanrichtung 724 ist ein FIFO-Gerät (FIFO = First-In, First-Out = diejenige Platine, die zuerst eingeführt wird, wird als erste wieder herausgeführt), die einen ge­ schlitzten Rahmen aufweist, der konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Schaltungsplatinen zu halten. Die Sammelanord­ nung 724 ist ebenfalls konfiguriert, um eine Schaltungspla­ tine einer Liftanordnung 726 zur Entfernung aus dem Schrank 132 zuzuführen. Wie es oben beschrieben wurde, wird die Liftanordnung 726 durch eine Anzahl von Herstellungs­ schränken 132 gemeinsam verwendet.
Fig. 8 ist eine Draufsichtdarstellung des Herstellungs­ schrankes 132. Das Rohmaterialzuführungssystem 136 ist aus einer Anzahl von Spulen 802 mit Rohmaterialien M und als eine automatische Einfädleranordnung 804 dargestellt. Die automatische Einfädleranordnung 804 ist konfiguriert, um einen Draht (oder ein Band) aus Rohmaterial von einer der Spulen 802 zu ziehen, und der Rohmaterialschlange 704 zuzu­ führen. Die Rohmaterialschlange 704 umfaßt eine Anzahl von Schlangenspulen Qn. Die automatische Einfädleranordnung 804 schließt eine Einrichtung zum Zuführen einer vorbestimmten Länge von Material zu einer Schlangenspule 806 ein. Die automatische Einfädleranordnung 804 ist ebenfalls konfigu­ riert, um ein Ende jedes Drahtes oder jedes Bandes in den Übertragungstunnel 720 einzuführen. Die automatische Ein­ fädleranordnung 804 kann unter Verwendung bekannter Automa­ tisationstechniken ausgeführt sein.
Das Materialliefertragesystem 706 (in Fig. 8 nicht gezeigt) ist konfiguriert, um den Draht- oder Bandvorrat an Rohma­ terialien von dem Übertragungstunnel 720 aufzunehmen, und das Rohmaterial der Einbauanordnung 710 bereitzustellen. Das Positionierungssystem 708 kann dann die Einbauanordnung 710 über die Herstellungsbasis 712 abtasten. Die Herstellungs­ basis 712 definiert ein maximales Abtastfeld 808. Das maxi­ male Abtastfeld 808 ist die bestimmte Arbeitsfläche für das Abscheiden von Inkrementen aus Rohmaterial durch die Einbau­ anordnung 710.
Die Einbauanordnung 710 ist konfiguriert, um die Rohmateri­ alien in der Form eines Draht- oder Bandvorrats zu emp­ fangen, und um die Rohmaterialien in einer geschmolzenen Form als Inkremente auf die Herstellungsbasis 712 aufzu­ bringen. Zusätzlich zu den vier Basismaterialien aus Di­ elektrika (z. B. Silikonpolymere, Epoxidharze oder andere entwickelte Kunststoffe), Leitern (Kupfer, Nickel, Zinn, Aluminium, Gold und Entwicklerlegierungen), leitfähigen Haftmitteln und Null-Materialien (z. B. flüssigen Stick­ stoff), können andere Herstellungsmaterialien verwendet werden. Die Herstellungsmaterialien können z. B. Lötmittel, Lötmittelpaste und Halbleitermaterialien, wie z. B. Silizium oder Germanium, einschließen. Die Lötmittelpaste kann auf die äußeren Oberflächen der Schaltungsplatine zur Vorberei­ tung für die Befestigung von Komponenten darauf aufgebracht werden. Die Anwendung einer Lötmittelpaste auf diese Art kann verwendet werden, um die herkömmliche Praxis der "Ein­ ebnung mit heißer Luft" einer Schaltungsplatine zu ersetzen.
Eine Mehrzahl von Materialeinbaueinrichtungen (im folgenden beschrieben) sind in der Einbauanordnung 710 vorgesehen, um diese Vielzahl von Materialien zu handhaben. Jeder Material­ einbaueinrichtung ist ein einzelnes Material zugeordnet.
Fig. 9 ist eine Draufsichtdarstellung der Einbauanordnung 710. Die Einbauanordnung 710 umfaßt einen Abscheidekopf 902 und eine Mehrzahl von Materialeinbaueinrichtungen 904. Der Abscheidekopf 902 ist eine Platte mit einer Mehrzahl von Öffnungen darin. Jede Öffnung nimmt eine Schnauze (im fol­ genden beschrieben) einer Materialeinbaueinrichtung 904 auf. Jede Materialeinbaueinrichtung 904 ist konfiguriert, um ihr Material abzuscheiden, wenn sie durch die Herstellungs­ steuerung 134 einen Befehl dazu erhält. Die Einbauanordnung 710 wird z. B. relativ zur Matrix 400 bewegt, so daß eine ausgewählte Materialeinbaueinrichtung 904 oberhalb einer Adresse der Matrix 400 ist, an der die Materialabscheidung erwünscht ist. Diese relative Anordnung schließt die Be­ wegung der Einbauanordnung 710 derart ein, daß der Mittel­ punkt einer ausgewählten Materialeinbaueinrichtung 904 auf die erwünschte Matrixadresse zentriert ist. Dies schließt das Ausgleichen des bekannten Mittelpunkts 908 des Abschei­ dekopfes 902 und der Mittelposition 906 z. B. der Material­ einbaueinrichtung 904A ein.
Einige der Mehrzahl von Materialeinbaueinrichtungen 904, die auf dem Abscheidekopf 902 vorgesehen sind, sind redundant. Z.B. sind die Einbaueinrichtungen 904A und 904N konfigu­ riert, um Gold abzuscheiden, die Einbaueinrichtungen 904B und 904Q sind konfiguriert, um ein Lötmittel abzuscheiden, die Einbaueinrichtungen 904C und 904M sind konfiguriert, um ein dielektrisches Material abzuscheiden, die Einbauein­ richtungen 904D und 904O sind konfiguriert, um ein leit­ fähiges Material abzuscheiden. Die Einbaueinrichtungen 904E und 904P sind konfiguriert, um flüssigen Stickstoff abzu­ scheiden, und die Einbaueinrichtungen 904F und 904K sind konfiguriert, um ein leitfähiges Haftmaterial abzuscheiden. Diese Redundanzen schützen vor einer Einbauanordnungsfehl­ funktion.
Obwohl unterschiedliche Materialien abgeschieden werden, können die Einbaueinrichtungen 904 im wesentlichen eine identische Struktur aufweisen. Die Einbaueinrichtungen 904 können ebenfalls konfiguriert sein, um unterschiedliche Mengen eines Materials abzuscheiden. Die Einbaueinrichtungen 904C und 904M können z. B. konfiguriert sein, um eine große Menge dielektrischen Materials abzuscheiden, während die Einbaueinrichtungen 904G und 904L konfiguriert sein können, um dielektrisches Material in präzisen Mengen abzuscheiden.
Fig. 10 zeigt ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Mate­ rialeinbaueinrichtung 904. Die Materialeinbaueinrichtung 904 umfaßt eine Hülle 1001, eine Schnauze oder eine Düse 1002, ein Reservoir 1004 und Wärmequellen 1082, 1084. Ein Material 1008 wird aus dem Materialliefertragesystem 706 als ein Draht jeder Einbaueinrichtung 904 zugeführt. Das Material­ liefertragesystem 706 stellt der Einbaueinrichtung 904 unter der Steuerung der Herstellungssteuerung 134 eine gemessene Menge an Material bereit.
Das Material 1008 tritt in eine obere Kammer 1080 des Reser­ voirs 1004 als ein fester Draht ein und wird durch die Wärmequelle 1082, 1084 in einen geschmolzenen oder flüssigen Zustand erhitzt (z. B. durch Ohmsche Elektroheizung oder Laserheizung). Sobald es geschmolzen ist, bewegt sich das Material 1008 durch die Gravitation und/oder andere Ein­ richtungen durch eine mittlere, stationäre Ablenkplatte 1009 und sammelt sich oberhalb eines Kolbens 1003. Wenn die Ein­ baueinrichtung 904 kein Material 1008 abscheiden soll, bleibt der Kolben 1003 in einer zurückgezogenen Position, die es ermöglicht, daß geschmolzenes Material durch ein Loch 1011 in eine untere Kammer 1081 des Reservoirs 1004 fließt. Ein Ventil 1007 steuert den Materialfluß durch das Loch 1011. Ein Ende des Stiels des Ventils 1007 ist mit der Ab­ lenkplatte 1009 verbunden. Der Kopf des Ventils 1007 ist eine kleine Entfernung von der Oberfläche des Kolbens 1003 entfernt angeordnet. Dies ermöglicht es, daß das geschmolze­ ne Material durch das Loch 1011 fließt, wenn der Kolben 1003 in seinem zurückgezogenen Zustand ist.
Wenn die Einbaueinrichtung 904 durch die Herstellungssteue­ rung 134 aufgerufen wird, um ein Inkrement an Material zu liefern, drückt ein Druck/Zug-Stellglied 1005 (als Pfeil dargestellt) den Kolben 1003 um eine vorbestimmte Entfernung nach unten. Beim Hub nach unten fährt das Ventil 1007 gegen den Boden 1020 des Kolbens 1003 und schließt die Öffnung 1011. Die nach unten gerichtete Kraft des Kolbens 1003 be­ wirkt dann, daß ein Inkrement des Materials in der Kammer 1081 aus der Schnauze 1002 in ein Formungsgerät (in Fig. 10 nicht gezeigt, siehe Fig. 11 und 12) gezwungen wird. Das Stellglied 1005 zieht den Kolben 1003 dann zurück und wartet auf einen nächsten Abscheidezyklus bzw. bereitet sich auf diesen vor.
Fig. 11 ist eine Seitendarstellung der Materialzuführungs­ schnauze oder Düse 1002. Die Schnauze 1002 schließt Elektro­ magneten 1102A, 1102B und eine T-förmige Führung 1104 ein. Die T-förmige Führung 1104 ist wirksam, um ein Inkrement eines Materials zu enthalten und zu formen, nachdem es ab­ geschieden wurde, und während es sich (zumindest teilweise) verfestigt. Die Elektromagneten 1102A und 1102B sind auf einander gegenüberliegenden Seiten der Schnauze 1002 ange­ ordnet und sind wirksam, um die T-förmige Führung 1104 am Ende jeder Reihe von Inkrementen, die durch die Einbauein­ richtung 904 abgeschieden werden, magnetisch zu bewegen. Ein Beispiel des Betriebs der Elektromagneten 1102 und der T-förmigen Führung 1104 beim Abscheiden und Formen eines In­ krements wird nun anhand der Fig. 11 und 12 beschrieben.
Fig. 11 zeigt den Aufbau einer zweiten Scheibe (dies bedeu­ tet z = 2) einer Schaltungsplatine auf einer ersten Scheibe (diese bedeutet z = 1). Die Einbaueinrichtung 904 ist als in x-Richtung abtastend dargestellt. Für die Beschreibung sei angenommen, daß die fünfzigste Reihe (dies bedeutet y = 50) der zweiten Scheibe dargestellt ist. Deshalb ist die der­ zeitige Abscheideadresse (3, 50, 2). Beispieladressen für andere dargestellte Inkremente sind ebenfalls gezeigt.
Ein geschmolzenes Material 1106 wird aus der Schnauze 1102 der Einbaueinrichtung 904 auf Befehl der Herstellungssteue­ rung 134 ausgeworfen. Die T-förmige Führung 1104 enthält das geschmolzene Material 1106 an dem derzeitigen Adreßort (z. B. 3, 50, 2) der Matrix 400. In dem dargestellten Fall ist die T-förmige Führung 1104 auf der Seite der Schnauze 1102 an­ geordnet, die benachbart zum Magnet 1102B ist, und ist wirk­ sam, um das Inkrement an Material auf der +x- und der +y-Seite der derzeitigen Inkrementposition (z. B. 30, 50, 2) zu enthalten. Die vorher abgeschiedenen Inkremente bei (2, 50, 2) und (3, 49, 2) schließen die anderen zwei Seiten der derzei­ tigen Inkrementposition.
Um in die von der dargestellten entgegengesetzte Richtung abzutasten (dies bedeutet in die -x-Richtung), muß die T-förmige Führung 1104 zu der Seite der Schnauze 1102 bewegt werden, die benachbart zum Magneten 1102A ist. Dies wird durch Aktivieren des Elektromagneten 1102A erreicht, um die T-förmige Führung 1104 magnetisch anzuziehen. Durch Ändern der Position der T-förmigen Führung 1104 beim Abschluß jeder Abtastreihe kann eine bidirektionale Abtastung der Einbau­ einrichtung 904 erreicht werden.
Fig. 12 ist eine Draufsichtdarstellung, die die räumliche Beziehung zwischen den Elektromagneten 1102, der T-förmigen Führung 1104 und der Matrixadresse (3, 50, 2) zeigt. Die Elektromagneten 1102 sind oberhalb der T-förmigen Führung 1104 angeordnet, wie es in Fig. 11 dargestellt ist. Die T-förmige Führung 1104 ist wirksam, um die offenen Seiten der derzeitigen Matrixadresse (z. B. 3, 50, 2) zu schließen. Wie es in Fig. 12 dargestellt ist, grenzt an die Adresse 3, 50, 2 zwei Seiten von bereits abgeschiedenen Inkrementen bei den Adressen (2, 50, 2) und (3, 49, 2). Die T-förmige Füh­ rung 1104 schafft eine Grenze an den zwei restlichen offenen Seiten, um ein geschmolzenes, abgeschiedenes Material daran zu hindern, seine kubische Form zu verlieren, während es sich verfestigt. Um dies zu erreichen, ist die T-förmige Führung 1104 an der Schnauze 1102 befestigt und erstreckt sich von dieser über die Tiefe eines Inkrements nach unten (d. h. um einige wenige Millimeter (mils) in die z-Richtung).
Die T-förmige Führung 1104 besteht aus einem Material, das mit den Herstellungsmaterialien, die durch die Einbauein­ richtung 904 abgeschieden werden, inkompatibel ist und sich nicht ohne weiteres mit diesen verbinden wird. Die T-förmige Führung 1104 ist ebenfalls in einer T-Form gebildet, und nicht in einer einfachen rechtwinkligen Form. Dies ermög­ licht es, die T-förmige Führung 1104 zu verwenden, wenn sich die Einbaueinrichtung 904 entweder in eine x- oder in eine -x-Richtung bewegt.
Die Schnauze 1002 kann in einer Vielzahl von unterschied­ lichen Formen gebildet sein. Durch Schaffen der Schnauze 1001 mit einem quadratischen Innendurchmesser wird z. B. die Bildung von Würfel-förmigen Inkrementen vereinfacht.
Obwohl die obige Beschreibung die Abscheidung von festen Ma­ terialien beschrieben hat, ist es offensichtlich, daß Mate­ rialien in flüssigem oder gasförmigen Zustand ebenfalls durch die Einbauanordnung 904 abgeschieden werden können. Es kann z. B. flüssiger Stickstoff als ein Nullmaterial abge­ schieden werden. Eine Einbaueinrichtung zum Abgeben von Inkrementen von flüssigem Stickstoff muß nicht die Einrich­ tung zum Heizen und Schmelzen des Materials aufweisen, und wird deshalb einen einfacheren Entwurf aufweisen.
Die inkrementale Abscheidung von Materialien gemäß der Er­ findung ermöglicht es, schwierige Merkmale entweder oberhalb oder unterhalb der oberen Oberfläche der Schaltungsplatine zu bilden. Es würde jedoch schwierig sein, eine irreguläre Oberfläche auf der unteren Oberfläche einer Schaltungspla­ tine, die gegenüber der Herstellungsplatte 712 liegt, zu bilden. Aufgrund der Blockaufbauweise, auf die die eine Schaltungsplatine aufgebaut wird, können keine großen Hohl­ räume auf der Herstellungsbasis 712 zurückgelassen werden, da die oberen Schichten auf diese unteren Schichten ge­ stapelt werden müssen. Um dieses Problem zu lösen und um die Bildung einer irregulären Oberfläche zu ermöglichen, ist die Herstellungsbasis 712 keine statisch flache Oberfläche. Die Herstellungsoberfläche 712 ist eine dynamische Oberfläche, die auf die Kontur einer erwünschten Struktur angepaßt werden kann.
Anhand der Querschnittsdarstellung in Fig. 13 wird die Her­ stellungsbasis 712 genauer beschrieben. Die Basis 712 de­ finiert ein mittleres Abtastfeld 808 und eine stabile Um­ fangsregion 1302. Die Umfangsregion 1302 kann z. B. aus einem zusammengesetzten Material, das mit Graphit verstärkt ist, mit einer polierten Oberfläche gebildet sein. Das Abtastfeld 808 ist ein integriertes Gitter von Metall-Legierungsblöcken 1304, mit einer quadratischen Form von etwa 0,127 mm (5 mils) bis 0,635 mm (25 mils), die in der x, y Ebene um 2,54 µm (1 mil) bis 0,127 mm (5 mils) beabstandet sind. Dieses Array von Blöcken 1304 bedeckt die gesamte Fläche des Ab­ tastfeldes 808. Die Blöcke 1304 sind konfiguriert, um sich über oder unter die Oberfläche der Umfangsregion 1302 nach oben oder nach unten zu bewegen. Dieser Block 1304 ist mit einem pneumatischen oder hydraulischen Kolben 1306 verbun­ den, der dessen Höhe steuert. Die Blöcke 1304 im Abtastfeld 808 sind durch eine dünne Platte oder eine Folie aus einer Metall-Legierung bedeckt. Nach dem Einstellen der er­ wünschten Höhe der Blöcke 1404 (ebenfalls durch die Steue­ rung 134 durchgeführt), wird über einen Anschluß 1310 ein Vakuum an den Raum unterhalb der Folie 1308 angelegt. Das Vakuum bewirkt, daß sich die Folie 1408 an die Form der Blöcke 1304 anpaßt. Dies ermöglicht es, Merkmale einer Schaltungsplatine zu bilden, die entweder oberhalb oder unterhalb der unteren Front der Platine liegen. Die Kon­ figuration der Basis (das bedeutet der Blöcke 1304) wird während der Einstellung des Herstellungsschrankes, bevor­ zugterweise vor dem Schritt 304 in Fig. 3 durchgeführt.
Fig. 14A zeigt einen Querschnitt einer herkömmlichen Schal­ tungsplatine mit vier leitfähigen Schichten 1402, 1404, 1406, 1408. Ein herkömmliches Durchgangsloch oder durch­ kontaktiertes Loch 1410 ist gezeigt, das alle leitfähigen Schichten 1402 bis 1408 verbindet. Auf ähnliche Weise ist ein blindes Durchgangsloch 1412 gezeigt, daß die Schichten 1402 bis 1406 verbindet. Ein vergrabenes Durchgangsloch 1414 ist gezeigt, das die leitfähigen Schichten 1404 und 1406 verbindet. Jedes der Durchgangslöcher 1410, 1412 und 1414 kann unter Verwendung herkömmlicher Herstellungstechniken für gedruckte Schaltungsplatinen gebildet werden. Die her­ kömmlichen Techniken sind geeignet, um diese verschiedenen Durchgangslöcher zu erzeugen, da die Durchgangslöcher senk­ recht zu der Ebene der Schaltungsplatine sind. Dies ermög­ licht es, die Löcher für die Durchgangslöcher durch Bohren zu bilden. Es wird jedoch darauf hingewiesen, daß es nicht möglich ist, die Schichten 1402 und 1406 an der Position, die durch das Bezugszeichen 416 angezeigt ist, unter der Verwendung herkömmlicher Techniken zu verbinden, da ein senkrechtes Durchgangsloch, das die Schicht 1406 kontak­ tiert, ebenfalls die Schicht 1404 kontaktieren wird.
Die inkrementale Schaltungsplatinenherstellung gemäß der Er­ findung ist geeignet, um Durchgangslöcher, blinde Durch­ gangslöcher und vergrabene Durchgangslöcher zu erzeugen. Zusätzlich sind jedoch auch schräge Durchgangslöcher mög­ lich, da die Erfindung nicht durch die Druck-, schichtweise angeordneten und Bohrprozesse der herkömmlichen Techniken beschränkt ist. Dies ist in Fig. 14B dargestellt.
Fig. 14B zeigt einen Querschnitt einer Schaltungsplatine, die gemäß der Erfindung gebildet ist. Es wird auf die vier leitfähigen Schichten 1402, 1404, 1406 und 1408 hingewiesen. Wie in Fig. 14A ist ein durchkontaktiertes Loch 414 gezeigt, das alle leitfähigen Schichten 1402 bis 1408 verbindet. Ein blindes Durchgangsloch 1412 ist gezeigt, das die Schichten 1402 bis 1406 verbindet. Es wird darauf hingewiesen, daß das Durchgangsloch 1414 als eine feste Säule aus leitfähigem Ma­ terial ausgeführt ist. Ein vergrabenes Durchgangsloch 1414, das gezeigt ist, das die leitfähigen Schichten 1404 und 1406 verbindet, ist ebenfalls als eine feste Säule aus leit­ fähigem Material ausgeführt.
Das schräge Durchgangsloch 1416 ist gezeigt, das die Schichten 1402 und 1406 verbindet. Es wird darauf hinge­ wiesen, daß das schräge Durchgangsloch wie ein vergrabenes oder blindes Durchgangsloch ist, aber verwendet werden kann, um leitfähige Schichten an Orten zu verbinden, an denen ein senkrechtes Durchgangsloch nicht verwendet werden könnte. Das schräge Durchgangsloch 1416 verbindet z. B. die leit­ fähigen Merkmale der Schichten 1402 und 1406, während es die leitfähigen Merkmale der dazwischenliegenden Schicht 1404 umgeht. Ein solches schräges Durchgangsloch ist gemäß der vorliegenden Erfindung leicht herzustellen. Schräge Durch­ gangslöcher wie dieses sind jedoch unter Verwendung von herkömmlichen Herstellungstechniken für gedruckte Schal­ tungsplatinen nicht möglich. Überdies ist die Erfindung nicht auf lineare Durchgangslöcher begrenzt. Die Durch­ gangslöcher können in jeder beliebigen Konfiguration oder Form gebildet sein.
Das bevorzugte Ausführungsbeispiel der Erfindung, wie es be­ schrieben wurde, verwendet Rohmaterialien, die in einem Draht- oder Bandformat zugeführt werden. Andere Rohmateria­ lienformate können jedoch verwendet werden. Z.B. können die rohen Herstellungsmaterialien in einer Tablettenform zu­ geführt werden. Die Verwendung von Rohmaterialtabletten würde Modifikationen des Rohmaterialzuführungssystems 136, der Rohmaterialschlange 704, des Materialliefertragesystems 706 und der Einbauanordnung 710 erforderlich machen.
Bei anderen Ausführungsbeispielen kann die Erfindung ver­ wendet werden, um diskrete Komponenten (z. B. Widerstände, Kondensatoren, induktive Bauelemente) als integrierte Teile der Schaltungsplatine aufzubauen. Ein leitfähiges Material mit hohem Widerstand kann z. B. abgeschieden werden, um einen Widerstand zu bilden. Um einen Kondensator zu bilden, kann ein Material mit einer hohen dielektrischen Konstante zwi­ schen zwei leitfähigen Platten abgeschieden werden. Um ein induktives Bauelement zu schaffen, kann ein leitfähiges Ma­ terial spiralförmig abgeschieden werden.

Claims (12)

1. Computer-basiertes Verfahren (100) zum Herstellen einer Schaltungsplatine, mit folgenden Schritten:
  • (a) Empfangen (102) von Entwurfsdaten, die ein Layout der Schaltungsplatine darstellen;
  • (b) Umwandeln (104) der Entwurfsdaten in eine drei­ dimensionale Matrix (400) aus Inkrementen (401), wobei jedes Inkrement innerhalb der Matrix durch eine Adresse identifiziert ist, und jedem Inkrement ein Herstellungsmaterial, das aus einer Mehrzahl solcher Herstellungsmaterialien ausgewählt ist, zugeordnet ist; und
  • (c) Abscheiden (106) der zugeordneten Herstellungsma­ terialien auf eine Herstellungsbasis in einer in­ krementalen Art, wie sie durch die Matrix angezeigt ist, um die Schaltungsplatine aufzubauen.
2. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (b) folgende Schritte umfaßt:
  • (1) Berechnen (204) einer Inkrementgröße auf der Grund­ lage der Entwurfsmerkmale der Schaltungsplatine;
  • (2) Erzeugen (206) einer allgemeinen Matrix (400) von Inkrementen (401), die etwa die physikalischen Ab­ messungen der Schaltungsplatine darstellen;
  • (3) Entfernen (210, 212) von Inkrementen von ausgewähl­ ten Orten der allgemeinen Matrix, um ausgeschnittene Merkmale der Schaltungsplatine zu bilden;
  • (4) Hinzufügen (210, 212) von Inkrementen zu ausgewähl­ ten Orten der allgemeinen Matrix, um hervorstehende Merkmale der Schaltungsplatine zu bilden; und
  • (5) Zuordnen (214) eines Herstellungsmaterials zu jedem Inkrement in der allgemeinen Matrix.
3. Verfahren nach Anspruch 2, bei dem der Schritt (b) (5) folgende Schritte umfaßt:
  • (i) Zuordnen (214) eines Leiterherstellungsmaterials zu jedem Inkrement in der allgemeinen Matrix, das durch die Entwurfsdaten als ein Leiter bezeichnet ist;
  • (ii) Zuordnen (214) eines Nullmaterials zu jedem Inkre­ ment in der allgemeinen Matrix, das durch die Ent­ wurfsdaten als offener Raum bezeichnet ist; und
  • (iii) Zuordnen (214) eines dielektrischen Materials zu jedem Inkrement in der allgemeinen Matrix, dem kein Herstellungsmaterial in einem der Schritte (b)(4)(i) und (b)(4)(ii) zugeordnet ist.
4. Verfahren nach Anspruch 1, bei dem der Schritt (c) folgende Schritte umfaßt:
  • (1) Anordnen (308) einer Einbauanordnung an einer Start­ position oberhalb der Herstellungsbasis, wobei die Startposition einer Adresse eines ersten Inkrements in einer ersten Schicht der Matrix, die die Schal­ tungsplatine darstellt, entspricht;
  • (2) Abscheiden (310) eines Herstellungsmaterials, das dem ersten Inkrement zugeordnet ist, auf der Her­ stellungsbasis an der Position, die der Adresse des ersten Inkrements entspricht;
  • (3) Anordnen (310) der Einbauanordnung an einer nächsten Position, die einer Adresse eines benachbarten In­ krements entspricht;
  • (4) Abscheiden (310) eines Herstellungsmaterials, das dem benachbarten Inkrement zugeordnet ist, auf der Herstellungsoberfläche an einer Position, die der Adresse des benachbarten Inkrements entspricht;
  • (5) Wiederholen (310) der Schritte (c)(3) bis (c)(4) für jedes Inkrement in der ersten Schicht der Matrix, die die Schaltungsplatine darstellt;
  • (6) Anordnen (310) der Einbauanordnung auf einer nächsten Schicht der Matrix oberhalb der ersten Schicht;
  • (7) Wiederholen (310) der Schritte (c)(1) bis (c)(5) für die nächste Schicht der Matrix;
  • (8) Wiederholen (310) der Schritte (c)(6) bis (c)(7) für jede weitere Schicht der Schaltungsplatine.
5. Computer-basiertes System zur Herstellung einer Schal­ tungsplatine, mit:
einer Umwandlungseinrichtung (122) zum Empfangen von Daten, die Entwurfsanforderungen der Schaltungsplatine spezifizieren, und zum Erzeugen einer dreidimensionalen Matrix (400) von Inkrementen (401) aus diesen Daten, wobei jedes Inkrement innerhalb der Matrix durch eine Adresse identifiziert ist, und diesem ein Herstellungs­ material, das aus einer Mehrzahl von solchen Herstel­ lungsmaterialien ausgewählt ist, zugeordnet ist;
einem Basismaterial (712) zum Bereitstellen eines Her­ stellungsortes für die Schaltungsplatine; und
einer Herstellungseinrichtung (710) zum Abscheiden der zugeordneten Herstellungsmaterialien auf der Basisein­ richtung in einer inkrementalen Art, wie sie durch die Matrix angezeigt ist, um die Schaltungsplatine aufzu­ bauen.
6. System nach Anspruch 5, bei dem die Herstellungsein­ richtung folgende Merkmale aufweist:
eine Rohmaterialzuführungseinrichtung (704) zum Empfan­ gen von Herstellungsmaterialien, die bei der Herstellung der Schaltungsplatine verwendet werden;
eine Einbaueinrichtung (710) zum Empfangen der Her­ stellungsmaterialien von der Rohmaterialzuführungsein­ richtung und zum Abscheiden inkrementaler Mengen der Herstellungsmaterialien auf der Basiseinrichtung;
eine Positionierungseinrichtung (708) zum Positionieren der Einbaueinrichtung relativ zu der Basiseinrichtung; und
einer Steuerungseinrichtung (134) zum Steuern der Einbaueinrichtung und der Positionierungseinrichtung, um die Schaltungsplatine gemäß der Matrix aufzubauen.
7. System nach Anspruch 6, bei dem die Umwandlungseinrich­ tung (122) einen Computer für allgemeine Zwecke umfaßt.
8. Vorrichtung zum Aufbauen einer Schaltungsplatine, mit folgenden Merkmalen:
einem Herstellungsschrank (132), mit
einer Herstellungsbasis (712), auf der die Schal­ tungsplatine aufgebaut wird,
einer Einbauanordnung (710), die konfiguriert ist, um eine Mehrzahl von Herstellungsmaterialien zu empfangen und um inkrementale Mengen der Mehrzahl von Herstellungsmaterialien auf der Herstellungs­ basis abzuscheiden, wobei die inkrementalen Mengen der Mehrzahl von Herstellungsmaterialien verwendet werden, um die Schaltungsplatine zu bilden, und
einem Positionierungssystem (708), das konfiguriert ist, um die Einbauanordnung relativ zu der Her­ stellungsbasis zu positionieren; und
einer Herstellungssteuerung (134), die konfiguriert ist, um die Einbauanordnung und das Positionierungssystem zu steuern, um die Schaltungsplatine aufzubauen.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Herstellungs­ schrank ferner folgende Merkmale umfaßt:
ein Materialzuführungssystem (136), das die Mehrzahl von Herstellungsmaterialien enthält;
eine Materialschlange (704), die konfiguriert ist, um vorbestimmte Mengen der Mehrzahl von Herstellungsma­ terialien zu empfangen und zu speichern; und
ein Materialliefertragesystem (706), das angeordnet ist, um die Mehrzahl von Herstellungsmaterialien von der Materialschlange zu empfangen und um die Mehrzahl von Herstellungsmaterialien der Einbauanordnung bereitzu­ stellen.
10. Vorrichtung nach Anspruch 9, bei der das Herstellungs­ schrank ferner eine Shuttleanordnung (722) umfaßt, die konfiguriert und angeordnet ist, um die Schaltungspla­ tine nach Abschluß der Herstellung von der Herstellungs­ basis zu entfernen.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, bei der das Herstellungs­ schrank ferner eine Sammelanordnung (724) umfaßt, die angeordnet ist, um die Schaltungsplatine von der Shuttleanordnung zu empfangen.
12. Vorrichtung nach Anspruch 11, bei der der Herstellungs­ schrank ferner eine Liftanordnung (726) umfaßt, die angeordnet ist, um die Schaltungsplatine von der Sam­ melanordnung zu empfangen und um die Schaltungsplatine aus dem Herstellungsschrank zu entfernen.
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