ES2415879T3 - Procedimiento de fabricación de un dispositivo tridimensional de interconexión de múltiples capas - Google Patents

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Abstract

Un procedimiento de fabricación de un dispositivo tridimensional de interconexión, comprendiendo el dispositivo una pluralidad de capas de interconexión, que comprende las siguientes etapas: - una etapa de laminar una placa (1) de circuito impreso que comprende una pluralidad de capas de interconexión; - una etapa de insertar la placa de circuito impreso en un molde tridimensional; - una etapa de inyectar un material de moldeo en el molde, de manera que se forme una estructura no plana tridimensional (2) que incluya la placa de circuito impreso; y - una etapa subsiguiente de metalizar una porción (3a, 3b, 3c) de la superficie externa de la estructura tridimensional, de forma que esté conectada con al menos una capa (4a, 4b) de interconexión de la placa de circuito impreso.

Description

Procedimiento de fabricación de un dispositivo tridimensional de interconexión de múltiples capas.
La presente invención versa acerca de un procedimiento de fabricación de un dispositivo de interconexión que tiene una estructura con forma tridimensional y que comprende una pluralidad de capas de interconexión. Por ejemplo, la invención es aplicable, en particular, a módulos de antena para radar y telecomunicaciones.
En la actualidad, los sistemas de radar pueden utilizar un conjunto de antenas de barrido en fase para que abarquen su alcance angular requerido. Tal antena comprende un gran número de elementos emisores idénticos montados sobre un panel, de manera que formen un conjunto de elementos emisores. El control del desfase entre elementos emisores adyacentes permite controlar los ángulos de barrido del haz emitido por el conjunto de antenas. Las técnicas utilizadas más habitualmente para construir un conjunto de antenas están basadas en tecnologías de interconexión de sustratos, por ejemplo, la tecnología de placa de circuito impreso (PCB). Estas tecnologías de múltiples capas de película gruesa o de película delgada consisten en muchas etapas secuenciales de laminar capas, de taladrar agujeros a través de las capas y de metalizar los agujeros. Estas tecnologías de acumulación secuencial normalmente tienen como resultado dispositivos planos de interconexión que comprenden múltiples capas de interconexión.
Sin embargo, la próxima generación de conjuntos de antenas de barrido en fase compactas requieren que se implemente la funcionalidad de radar de radiofrecuencia (RF) directamente en la cara de la antena. Esto no puede conseguirse por medio de las técnicas mencionadas anteriormente, dado que típicamente tienen como resultado dispositivos planos de interconexión que no proporcionan espacio adicional para embeber los componentes requeridos de RF. Este es uno de los problemas técnicos que espera solucionar la presente invención.
En un intento por conseguir este objetivo, los elementos emisores con forma tridimensional, denominados paquetes emisores, pueden proporcionar suficiente espacio interior adicional. Merece la pena hacer notar que un paquete emisor tridimensional también presenta posibilidades de diseño en términos de ancho de banda y ángulo de barrido que un dispositivo emisor plano no puede tener. El aspecto general de un paquete emisor es el de una caja hueca que tiene en su parte superior una antena integrada. Hay montado un gran número de paquetes emisores sobre una PCB, de manera que se forma un conjunto de paquetes emisores. La solicitud de patente internacional nº WO/2003/021678 da a conocer un procedimiento para formar un paquete para componentes electrónicos, basado en la tecnología bien conocida de dispositivo moldeado tridimensional de interconexión (3D-MID). Básicamente, la tecnología 3D-MID consiste en una etapa de moldear un cuerpo tridimensional ahuecado de plástico y una etapa de metalizar la superficie externa del cuerpo moldeado. Normalmente, la tecnología 3D-MID tiene como resultado una interconexión que está dispuesta sobre la superficie externa tridimensional de un cuerpo moldeado. Por la presente, se puede conseguir un diseño de interconexión de dos capas, es decir, un diseño en la cara superior del dispositivo tridimensional de interconexión y un diseño en la cara inferior del dispositivo tridimensional de interconexión. Por ejemplo, uno de estos dos diseños puede formar una antena de parche de interconexión temporal. Desgraciadamente, la tecnología 3D-MID no permite conseguir un dispositivo tridimensional de interconexión que comprenda más de dos capas de interconexión.
De hecho, algunas aplicaciones específicas pueden requerir un dispositivo tridimensional de interconexión que comprenda muchas más de dos capas de interconexión. Por ejemplo, los conjuntos de antenas de barrido electrónicamente activo (AESA) requieren módulos de paquetes emisores de antena muy integrados, los denominados módulos de antena de parche acoplados por ranura en cavidad, que incluyen hasta cuatro capas de metalización. Otro diseño que requiere más de dos capas de metalización es, por ejemplo, un diseño de parche apilado. Estos módulos también deben contener varias funciones de encapsulado de componentes, como interconexiones eléctricas y de RF o de blindaje contra EM. Los módulos de paquetes 3D-MID podrían embeber estas funciones de encapsulado de componentes. Sin embargo, el módulo de antena de parche acoplado por ranura en cavidad también debe producir un alto rendimiento, especialmente en términos de ancho de banda y de ángulo de barrido. Por desgracia, los módulos de paquetes 3D-MID únicamente producen un rendimiento medio, es decir una banda estrecha y un ángulo pequeño de barrido. La razón es que su rendimiento está limitado por esquemas de diseño, que normalmente están basados en capas de metalización simple o doble, como en una estructura de alimentación de acoplamiento directo.
Se ve claramente que las técnicas existentes no logran proporcionar un dispositivo de interconexión que combine el espacio interior adicional con la característica de interconexión de múltiples capas. Las tecnologías existentes de interconexión de sustratos, tal como la tecnología de PCB, consiguen una característica de interconexión de múltiples capas pero no logran proporcionar el espacio interior adicional y características mecánicas adicionales. Mientras que las tecnologías existentes de interconexión tridimensional, tal como la tecnología 3D-MID, proporcionan el espacio interior adicional pero no logran proporcionar más de dos capas de interconexión. Este es otro problema técnico que la presente invención espera solucionar.
La patente US 4.710.419 da a conocer un procedimiento, dentro del molde, de fabricación de placas de circuito impreso moldeadas de plástico. La patente US 5.449.480 da a conocer un procedimiento para producir placas para un circuito impreso.
La presente invención tiene como objetivo proporcionar un procedimiento que puede ser utilizado para superar al menos algunos de los problemas técnicos descritos anteriormente. En su sentido más general, la presente invención descrita de ahora en adelante puede proporcionar un procedimiento de fabricación de un dispositivo tridimensional de interconexión, comprendiendo el dispositivo una pluralidad de capas de interconexión. El procedimiento comprende una etapa de laminar una placa de circuito impreso que comprende una pluralidad de capas de interconexión. El procedimiento comprende una etapa de insertar la placa de circuito impreso en un molde tridimensional. El procedimiento comprende una etapa de inyectar un material de moldeo en el interior del molde, de manera que se forme una estructura no plana tridimensional que incluya la placa de circuito impreso. El procedimiento comprende una etapa de metalizar una porción de la superficie externa de la estructura tridimensional, de forma que esté conectada con al menos una capa de interconexión de la placa de circuito impreso.
Preferentemente, el material de laminación utilizado durante la etapa de laminar y el material de moldeo utilizado durante la etapa de moldeo pueden estar adaptados para establecer una unión de soldadura entre la placa de circuito impreso y la estructura tridimensional. Preferentemente, el procedimiento puede comprender una etapa de preparación de la placa de circuito impreso antes de que sea insertada en el molde, siendo tratada la placa de circuito impreso con un acondicionador alcalino y con química basada en peróxido sulfúrico para crear un revestimiento de conversión organometálica. Por ejemplo, el acondicionador alcalino puede ser una disolución de NaOH y la química basado en peróxido sulfúrico puede ser AlfaPREP PC 7030 (marca registrada).
Por ejemplo, la etapa de metalizar la porción de la superficie externa puede incluir formar una antena de parche, de forma que el dispositivo esté adaptado para ser utilizado como un módulo emisor de antena.
Por ejemplo, el material de laminación puede ser Roger 4003.
Por ejemplo, el material de moldeo puede ser un material termoestable de moldeo como una resina epóxica o un material termoplástico de moldeo como polieterimida o polímero de cristal líquido.
En cualquiera de sus aspectos, la invención divulgada en el presente documento permite combinar en un único producto final las ventajas de las tecnologías conocidas de la técnica anterior. De forma similar a la tecnología PCB, la presente invención proporciona de forma conveniente una flexibilidad en el grosor dieléctrico entre las capas de la antena, la posibilidad de montar componentes SMT (tecnología de montaje en superficie) o CI (circuitos integrados), al igual que la posibilidad de sobremoldeado de la electrónica. También proporciona un alto nivel de integración para interconexiones eléctricas o para características mecánicas como la alineación y el montaje. De forma similar a la tecnología 3D-MID, la presente invención proporciona de forma conveniente el encapsulado y la protección de la electrónica embebida. De forma adecuada, se puede moldear la funcionalidad del conector a la placa de circuito impreso de múltiples capas.
La invención dada a conocer en el presente documento permite implementar un dispositivo tridimensional de interconexión de múltiples capas que comprende funciones eléctricas y densidades de interconexión que no pueden ser conseguidas mediante tecnologías existentes similares a 3D-MID, estando limitadas estas a interconexiones en la superficie externa.
A continuación se describe una realización ejemplar no limitante de la invención con referencia a los dibujos adjuntos en los que:
-
la figura 1 a ilustra de forma esquemática, mediante una vista en perspectiva, un inserto de PCB de múltiples capas adecuado para la realización ejemplar;
-
la figura 1b ilustra de forma esquemática mediante un corte transversal la realización ejemplar de la invención;
-
la figura 1c ilustra de forma esquemática, mediante una vista del interior, la realización ejemplar de la invención;
-
la figura 1d ilustra de forma esquemática mediante una vista en perspectiva la realización ejemplar de la invención.
En las figuras, los signos similares de referencia están asignados a elementos similares.
Las figuras 1a, 1b, 1c y 1d ilustran de forma esquemática una realización ejemplar de la invención, que está adaptada para ser utilizada como un módulo de antena de parche acoplado por ranura en cavidad para una antena AESA. De hecho, la invención permite crear un módulo integrado con forma tridimensional con acumulaciones de capas que producen el ancho de banda y el ángulo de barrido requerido por una antena AESA.
Se lamina un inserto 1 de PCB de múltiples capas. El material de laminación utilizado está seleccionado con respecto a su compatibilidad con un procedimiento de moldeo. Por ejemplo, Rogers 4003 (marca registrada) es un material de laminación que resiste tanto una temperatura como una presión elevadas. De forma ventajosa, Rogers 4003 es compatible con la mayoría de procedimientos y materiales termoplásticos y termoestables de moldeo, lo que significa que está adaptado para establecer una unión de soldadura con la mayoría de estos materiales de moldeo cuando es calentado. Por ejemplo, se puede utilizar Rogers 4003 en asociación con un material termoestable de moldeo con una resina epóxica. También puede ser utilizado en asociación con un material termoplástico de moldeo como polieterimida (PEI) o polímero de cristal líquido (LCP). En el presente ejemplo, se puede utilizar resina de PEI.
Se trata previamente el inserto 1 con un acondicionador alcalino, como una disolución de NaOH por ejemplo, y con química basada en peróxido sulfúrico, como AlfaPREP PC-7030 (marca registrada) por ejemplo, para crear un revestimiento de conversión organometálica. Entonces, se seca el inserto 1 de PCB de múltiples capas y se inserta en un molde tridimensional, como un inserto metálico convencional. En el presente ejemplo, se calienta la resina de PEI y de LCP, luego se inyecta en el molde y se comprime, lo que tiene como resultado una estructura moldeada tridimensional 2 que incluye el inserto 1 de PCB de múltiples capas debido a una unión de soldadura. Después, se aplican procedimientos de metalización a la superficie externa de la estructura moldeada tridimensional 2. Un diseño 3a de metalización forma una antena de parche. Hay conectado un diseño 3b de metalización a un diseño interno 4a de pistas del inserto 1 de PCB de múltiples capas. Un diseño 3c de metalización forma capas de unión a tierra y está conectado a una capa 4b de unión a tierra del inserto 1 de PCB de múltiples capas, incluyendo la capa 4b de unión a tierra vías metalizadas que discurren a través del inserto 1.
Los diseños externos 3a, 3b y 3c de metalización pueden ser aplicados por medio de una técnica de estructuración sustractiva por láser. En primer lugar, la superficie externa de la estructura moldeada tridimensional 2 puede ser chapada químicamente con cobre en el intervalo de 1 a 10 micrómetros, por ejemplo. Cuando sea necesario, el grosor de esta capa puede ser aumentado hasta varias decenas de micrómetros por medio de un cobreado galvánico. Después del cobreado, se puede depositar una capa química de estaño de 0,1 a 1 micrómetro y luego puede ser objeto de diseño por medio de una técnica de estructuración tridimensional por láser. Después, se puede utilizar la capa de estaño como una máscara tridimensional durante un grabado al agua fuerte en cobre, después de lo cual se puede desgalvanizar la capa de estaño. Otra opción podría ser metalizar la superficie externa de la estructura moldeada tridimensional 2 con un acabado superficial adecuado, por ejemplo níquel y oro. Sin embargo, en cualquier caso, el procedimiento de metalización garantizará que los diseños externos 3b y 3c de metalización estén conectados a los diseños internos 4a y 4b de metalización. Se concibe que el procedimiento mencionado anteriormente para la preparación del inserto 1 de PCB de múltiples capas antes de que sea insertado en el molde obtenga una buena adhesión entre el inserto 1 y el material de moldeo para obtener una interconexión fiable. Después de la eliminación de las características externas del inserto 1, como se ilustra mejor por medio de la Figura 1c y la Figura 1d, se obtiene un emisor 3D-MID final 5.
Se puede montar el emisor 3D-MID 5 sobre un portador, de manera que forme un módulo de antena.
Se debe comprender que se pueden realizar variaciones al ejemplo descrito anteriormente, tales como las que serían evidentes para el destinatario experto, sin alejarse del alcance de la presente invención, según está definido en las reivindicaciones.
La invención divulgada en el presente documento da a conocer una solución conveniente, sencilla, flexible y compacta que puede satisfacer los requerimientos de otras aplicaciones electrónicas sofisticadas distintas de aplicaciones de radar muy integradas. Por ejemplo, la invención puede satisfacer los requerimientos de las estaciones base de telecomunicaciones. Considerando su bajo coste con respecto a su rendimiento, la presente invención es una solución particularmente rentable.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Un procedimiento de fabricación de un dispositivo tridimensional de interconexión, comprendiendo el dispositivo una pluralidad de capas de interconexión, que comprende las siguientes etapas:
    -
    una etapa de laminar una placa (1) de circuito impreso que comprende una pluralidad de capas de interconexión;
    -
    una etapa de insertar la placa de circuito impreso en un molde tridimensional;
    -
    una etapa de inyectar un material de moldeo en el molde, de manera que se forme una estructura no plana tridimensional (2) que incluya la placa de circuito impreso; y
    -
    una etapa subsiguiente de metalizar una porción (3a, 3b, 3c) de la superficie externa de la estructura tridimensional, de forma que esté conectada con al menos una capa (4a, 4b) de interconexión de la placa de circuito impreso.
  2. 2.
    Un procedimiento según la Reivindicación 1, caracterizado porque el material de laminación utilizado durante la etapa de laminar y el material de moldeo utilizado durante la etapa de moldeo están adaptados para establecer una unión de soldadura entre la placa de circuito impreso y la estructura tridimensional.
  3. 3.
    Un procedimiento según la Reivindicación 1, caracterizado porque comprende una etapa de preparar la placa de circuito impreso antes de que sea insertada en el molde, estando tratada la placa de circuito impreso con un acondicionador alcalino y con una química basada en peróxido sulfúrico para crear un revestimiento de conversión organometálica.
  4. 4.
    Un procedimiento según la Reivindicación 3, caracterizado porque el acondicionador alcalino es una solución de NaOH.
  5. 5.
    Un procedimiento según la Reivindicación 1, caracterizado porque la etapa de metalizar la porción de la superficie externa incluye formar una antena de parche tridimensional de interconexión temporal, de forma que el dispositivo esté adaptado para ser utilizado como un módulo emisor de antena.
  6. 6.
    Un procedimiento según la Reivindicación 1, caracterizado porque el material de moldeo es un material termoestable de moldeo.
  7. 7.
    Un procedimiento según la Reivindicación 6, caracterizado porque el material termoestable de moldeo es una resina epóxica.
  8. 8.
    Un procedimiento según la Reivindicación 1, caracterizado porque el material de moldeo es un material termoplástico de moldeo.
  9. 9.
    Un procedimiento según la Reivindicación 8, caracterizado porque el material termoplástico de moldeo es polieterimida.
  10. 10.
    Un procedimiento según la Reivindicación 8, caracterizado porque el material termoplástico de moldeo es un polímero de cristal líquido.
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