NL9400261A - Werkwijze voor het vervaardigen van een multilayer microwave board alsmede op deze wijze verkregen boards. - Google Patents

Description

Werkwijze voor het vervaardigen van een multilayer microwave board alsmede op deze wiize verkregen boards

De uitvinding heeft betrekking op een werkwijze voor de vervaardiging van een multilayer microwave board, waarbij individuele lagen van gemetalliseerd laminaat van een sporenpatroon kunnen worden voorzien en waarbij vervolgens in een herhaald proces individuele lagen of halffabrikaten worden verlijmd of voorzien van gaten, welke gaten vervolgens worden gemetalliseerd voor het realiseren van verbindingen tussen de sporenpatronen onderling.

De uitvinding heeft tevens betrekking op een multilayer microwave board omvattende een verlijmd pakket van van sporen en metallisatielagen voorzien laminaat en van doorverbindingen tussen de sporen in de vorm van inwendig gemetalliseerde gaten.

De uitvinding heeft verder betrekking op een werkwijze voor het tunen van een van blinde of begraven via's voorzien multilayer board.

Multilayer microwave boards zijn in het vakgebied welbekend, evenals wijzen waarop ze kunnen worden vervaardigd. Toch is hun toepassingsgebied beperkt, doordat de productie duur en tijdrovend is en bovendien veel uitval kent. Daarnaast zijn er allerlei beperkingen, vooral waar het betreft het maken van verbindingen tussen de verschillende sporenpatronen, de zogenaamde via's. Allerlei verbindingen die bij het fabriceren van gewone multilayer printed circuit boards mogelijk zijn, kunnen niet of slechts ten koste van veel uitval worden gerealiseerd. Speciaal het vervaardigen van blinde via's, van begraven via's en van sequentieel blinde via's is moeilijk en de productie van interlocked via's geldt zelfs als onmogelijk. Ook microwave multilayers met meer dan drie lagen komen feitelijk niet voor.

De onderhavige werkwijze volgens de uitvinding lost al deze problemen op onder toepassing van een eenvoudige en uitstekend reproduceerbare werkwijze en heeft als kenmerk, dat het multilayer microwave board in een enkele procesgang kan worden vervaardigd waarin gelijktijdig alle lagen worden verlijmd tot een multilayer, welke multilayer vervolgens van gaten wordt voorzien, welke gaten vervolgens worden gemetalliseerd, waarna overtollige metallisatie wordt verwijderd.

Het multilayer microwave board volgens de uitvinding heeft als kenmerk, dat de gaten het hele pakket doorlopen en althans in hoofdzaak alleen tussen door te verbinden sporenpatronen van een metallisatie zijn voorzien.

De werkwijze voor het tunen van een op zich op bekende wijze vervaardigde multilayer microwave board heeft als kenmerk, dat na de feitelijke productie van het board een gat wordt geboord naar tenminste een in het board begraven verbinding tussen een striplijn en een gemetalliseerde boring, zodanig dat deze verbinding een althans in hoofdzaak ohms karakter krijgt.

Volgens de bekende werkwijze worden individuele lagen van gemetalliseerd laminaat van een sporenpatroon voorzien en waar nodig geboord en de gaten gemetalliseerd. Daarna worden deze lagen onder hoge druk en bij hoge temperatuur verlijmd. Door herhaaldelijk meerdere op deze wijze verkregen halffabrikaten op elkaar te lijmen en opnieuw te boren en te metalliseren, kunnen meer ingewikkelde produkten worden verkregen.

Op deze bekende wijze verkregen produkten kennen veel uitval, vooral doordat verbindingen tussen het sporenpatroon en metallisaties bij de hoge temperatuur en druk, nodig bij het verlijmen, bezwijken. Vooral verschillen in uitzettingscoëfficiënten tussen metalen delen en het laminaat zijn hiervan de oorzaak, maar de hoge druk en temperatuur maken het laminaat ook visceus, waadoor elke asymmetrie rond een metallisatie een breuk kan veroorzaken.

Bij de nieuwe, inventieve werkwijze treedt dit probleem niet op. Ze heeft als verder kenmerk, dat de gaten worden gemaakt door boring volledig door het hele verlijmde pakket. Hierna worden de gaten volledig gemetalliseerd op een op zich bekende wijze, waarna de overtollige metallisatie op mechanische wijze wordt verwijderd, bijvoorbeeld met een boor.

Een zeer gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze heeft als kenmerk, dat een diameter van de boor afhankelijk van het type laminaat en afhankelijk van de diameter van de metallisatie wordt gekozen voor het verkrijgen van geoptimaliseerde golfeigenschappen van de verbinding tussen het sporenpatroon en de metallisatie ter plaatse. Een gunstige keuze is bijvoorbeeld een diameter van ongeveer 1,15 maal de diameter van de metallisatie.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van de werkwijze heeft als kenmerk, dat in axiale richting de overtollige metallisatie afhankelijk van het type laminaat en de diameter van de metallisatie zodanig wordt verwijderd, dat de golfeigenschappen van de verbinding tussen het sporenpatroon en de metallisatie ter plaatse worden geoptimaliseerd. Men kan dan bewerkstelligen dat de verbinding ter plaatse een althans in hoofdzaak zuiver ohms karakter heeft. Een gunstige realisatie van deze werkwijze heeft bij toepassing van een standaard laminaat van bijvoorbeeld 3/100 inch als kenmerk, dat in axiale richting een overtollig deel van de metallisatie wordt gehandhaafd met een lengte van ongeveer 0/15 maal de diameter van de metallisatie.

Doordat in een multilayer microwave board volgens de uitvinding de overtollige metallisatie wordt weggeboord, heeft het board verder als kenmerk, dat de gaten daar waar geen metallisatie voorhanden is, een diameter hebben die groter is dan de diameter van gemetalliseerde gaten.

Men kan de grotere diameter afhankelijk van het type laminaat en afhankelijk van de diameter van de metallisatie weer zo kiezen dat gunstige golfeigenschappen van de verbinding tussen het sporenpatroon en de metallisatie ter plaatse wordt verkregen, bij toepassing van een standaard laminaat van 3/100 inch bijvoorbeeld ongeveer 1,15 maal de diameter van de metallisatie.

Een verdere gunstige uitvoeringsvorm van het multilayer microwave board volgens de uitvinding heeft verder als kenmerk, dat de metallisatie tussen te verbinden sporenpatronen zich afhankelijk van het type laminaat en de diameter van de metallisatie in axiale richting althans enigszins verder uitstrekt dan enkel tussen deze sporenpatronen, voor het verkrijgen van geoptimaliseerde golf-eigenschappen van de verbinding ter plaatse, bijvoorbeeld over ongeveer 0,15 maal de diameter van de metallisatie.

De werkwijze en het multilayer microwave board volgens de uitvinding zullen nu verder worden beschreven aan de hand van de volgende figuren, waarin:

Fig. 1 schematisch de bekende vervaardiging weergeeft van een multilayer microwave board voorzien van een blinde via:

Fig. 2 schematisch de vervaardiging volgens de uitvinding weergeeft van een multilayer microwave board voorzien van een blinde via.

Fig. 1 toont de verschillende stappen in een mogelijke vervaardigingswijze voor een multilayer microwave board volgens de stand der techniek. In Fig. IA is laminaat 1, bijvoorbeeld duroid, voorzien van een sporenpatroon 2 en een aardlaag 3. Laminaat 4 is eveneens voorzien van een sporenpatroon 5 en een aardlaag 6. Tussen sporenpatroon 2 en sporenpatroon 5 dient een verbinding te worden gemaakt met gunstige microgolfeigenschappen. Daartoe worden de aardlagen voorzien van doorgaans ronde uitsparingen 7,8, welke doorgaans door etsing worden verkregen. Vervolgens worden aardlagen 3, 6 verlijmd, waarna het pakket wordt doorboord, welke boring 9 op een in het vakgebied bekende wijze van een metallisatie wordt voorzien, één en ander zoals wordt getoond in Fig. 1B. Hierna worden, zoals getoond in Fig. 1C, laminaat 10, voorzien van aardlaag 11, en laminaat 12, voorzien van aardlaag 13, met het pakket verlijmd. Deze laatste verlijmingen, die onder hoge temperatuur en druk plaats vinden, kunnen de verbinding tussen sporenpatronen 2 en 5 verstoren. Zeker bij ingewikkelde multilayer microwave boards, met veel verbindingen en veel procesgangen, is de kans op een defecte verbinding groot. Bovendien blijkt de op deze wijze verkregen verbinding tussen sporenpatronen 2 en 5 minder gunstige golfeigenschappen te hebben. De overgang van een striplijn mode in sporenpatroon 2 naar een coaxiale mode tussen gemetalliseerde boring 9 en uitsparingen 7, 8 en vervolgens in een striplijn mode in sporenpatroon 5 blijkt reflecties te veroorzaken. Zelfs bij een zorgvuldige keuze van alle samenwerkende componenten, zoals de diameter van de boring, de dikte van de metallisatie en de diameter van uitsparingen 7, 8 is de reflectie minimaal -20 dB, wat de inzetbaarheid van het multilayer microwave board beperkt.

In de bekende vervaardigingswijze zijn er allerlei verder weinig relevante varianten denkbaar. Zo kan men bijvoorbeeld aardlaag 3 of aardlaag 6 laten vervallen of kan men laminaat 10 of laminaat 12 vervangen door een in het vakgebied welbekende dikke lijmlaag. De complexiteit van het proces, de uitval en de microgolf eigenschappen worden hierdoor niet wezenlijk gewijzigd.

Fig. 2 toont de vereenvoudigde vervaardigingswijze van een multilayer microwave board volgens de uitvinding. In Fig.

2A is laminaat 1 voorzien van sporenpatroon 2 en aardlaag 3, en laminaat 4 voorzien van sporenpatroon 5 en aardlaag 6, en laminaat 10 voorzien van aardlaag 11 en laminaat 12 voorzien van aardlaag 13. Alle lagen worden gelijktijdig verlijmd. Omdat er nog geen verbindingen tussen sporenpatronen 2 en 5 zijn gemaakt is deze verlijming risicoarm. Na verlijming wordt, zoals aangegeven in Fig. 2B, boring 9 aangebracht door het hele pakket en wordt vervolgens gemetalliseerd. Daarna worden de niet gewenste delen 15, 16 van de metallisatie weggeboord. In plaats van boren kan men natuurlijk ook frezen, vonkverspanen of etsen. Op deze wijze kan men alle verbindingen in een multilayer microwave board realiseren in een enkele procesgang van etsen, lijmen, boren, metalliseren en wegboren, wat de kosten sterk reduceert en de uitval vermindert.

Bij het wegboren van overtollige metallisatie heeft men twee vrijheidsgraden ter beschikking die kunnen worden gebruikt voor het tunen van de verbinding tussen het sporenpatroon en de metallisatie; men kan namelijk de dikte van de boor kiezen en men kan naar believen enig strikt genomen overtollige metallisatie laten staan. Deze keuze dient te geschieden afhankelijk van het type en de dikte van het laminaat en enigszins afhankelijk van de microgolf frequentie en van het gekozen lijmproces. Individuele tuning is echter niet nodig, als eenmaal de hierboven-genoemde parameters bekend zijn is na eenmalige bepaling van de tuning-parameters een verbetering van de reflectie-eigenschappen van de overgangen mogelijk van tenminste 10 dB, waardoor de reflectie kleiner dan -30 dB wordt. Bij toepassing van een standaard laminaat van 3/100 inch is dit resultaat doorgaans direct te bereiken door te boren met een diameter van ongeveer 1,15 maal de diameter van de metallisatie en door in axiale richting ongeveer 0,15 maal de diameter van de overtollige metallisatie te laten staan. Laat men te veel staan dan zal de overgang een capacitief karakter bezitten, haalt men te veel weg dan is het karakter inductief. Met deze richtlijn is het eenvoudig om voor elk type laminaat snel het gewenste resultaat te behalen.

Bij traditioneel vervaardigde boards kan men op vergelijkbare wijze de overgang tussen het sporenpatroon en de metallisatie tunen en is minstens een verbetering van 10 dB haalbaar. Doordat tijdens de metallisatie ook enig materiaal aan het sporenpatroon rond de boring aangroeit is de overgang capacitief van karakter. Door nu in Fig. 1C een gat te maken, bijvoorbeeld te boren, dwars door aardlaag 11 en deels door laminaat 10 in de richting van gemetalliseerde boring 9, kan men een tuning van de overgang bewerkstelligen waardoor de overgang een vrijwel ohms karakter krijgt. Ook hier geldt weer dat een individuele tuning niet nodig is maar eenmalig aan de hand van het gebruikte laminaat, het proces en de frequentie bepaald kan worden.

Veelal wordt een via omringd door aardpennen. Dit zijn via's die met alle aardlagen contact maken en die een overgang van de striplijn mode in het sporenpatroon naar de coaxiale mode tussen de gemetalliseerde boring 9 en uitsparing 7, 8 gemakkelijker maken en het ontstaan van valse modes tegengaan. Ook deze aardpennen kunnen in het productieproces na lijming van het pakket worden geboord en gemetalliseerd in de ene procesgang.

Claims (18)

1. Werkwijze voor de vervaardiging van een multilayer microwave board, waarbij individuele lagen van gemetalliseerd laminaat van een sporenpatroon kunnen worden voorzien en waarbij vervolgens in een herhaald proces individuele lagen of halffabrikaten worden verlijmd of voorzien van gaten, welke gaten vervolgens worden gemetalliseerd voor het realiseren van verbindingen tussen de sporenpatronen onderling, met het kenmerk, dat het multilayer microwave board in een enkele procesgang kan worden vervaardigd waarin gelijktijdig alle lagen worden verlijmd tot een multilayer, welke multilayer vervolgens van gaten wordt voorzien, welke gaten vervolgens worden gemetalliseerd, waarna overtollige metallisatie wordt verwijderd.

2. Werkwijze volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de gaten worden gemaakt door boring volledig door het hele verlijmde pakket.

3. Werkwijze volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat overtollige metallisatie op mechanische wijze wordt verwijderd.

4. Werkwijze volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat overtollige metallisatie met een boor wordt verwijderd.

5. Werkwijze volgens conclusie 4, met het kenmerk, dat een diameter van de boor afhankelijk van het type laminaat en afhankelijk van de diameter van de metallisatie wordt gekozen voor het verkrijgen van geoptimaliseerde golfeigenschappen van de verbinding tussen het sporenpatroon en de metallisatie ter plaatse.

6. Werkwijze volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de diameter van de boor ongeveer 1,15 maal de diameter van de metallisatie wordt gekozen.

7. Werkwijze volgens één der conclusies 1 t/m 6, met het kenmerk, dat in axiale richting de overtollige metallisatie afhankelijk van het type laminaat en de diameter van de metallisatie zodanig wordt verwijderd, dat de golfeigen-schappen van de verbinding tussen het sporenpatroon en de metallisatie ter plaatse worden geoptimaliseerd.

8. Werkwijze volgens conclusie 7, met het kenmerk, dat in axiale richting de metallisatie zodanig wordt verwijderd dat de verbinding ter plaatse een althans in hoofdzaak zuiver ohms karakter heeft.

9. Werkwijze volgens conclusie 8, met het kenmerk, dat in axiale richting een overtollig deel van de metallisatie wordt gehandhaafd met een lengte van ongeveer 0,15 maal de diameter van de metallisatie.

10. Multilayer microwave board omvattende een verlijmd pakket van van sporen en metallisatielagen voorzien laminaat en van doorverbindingen tussen de sporen in de vorm van inwendig gemetalliseerde gaten, met het kenmerk, dat de gaten het hele pakket doorlopen en althans in hoofdzaak alleen tussen door te verbinden sporenpatronen van een metallisatie zijn voorzien.

11. Multilayer microwave board volgens conclusie 10, met het kenmerk, dat de gaten daar waar geen metallisatie voorhanden is, een diameter hebben die groter is dan de diameter van gemetalliseerde gaten.

12. Multilayer microwave board volgens conclusie 11, met het kenmerk, dat de grotere diameter afhankelijk van het type laminaat en afhankelijk van de diameter van de metallisatie is geselecteerd voor het verkrijgen van gunstige golfeigenschappen van de verbinding tussen het sporenpatroon en de metallisatie ter plaatse.

13. Multilayer microwave board volgens conclusie 12, met het kenmerk, dat de grotere diameter ongeveer 1,15 maal de diameter van de metallisatie is.

14. Multilayer microwave board volgens conclusie 12 of 13, met het kenmerk, dat de metallisatie tussen te verbinden sporenpatronen zich afhankelijk van het type laminaat en de diameter van de metallisatie in axiale richting althans enigszins verder uitstrekt dan enkel tussen deze sporenpatronen, voor het verkrijgen van geoptimaliseerde golf-eigenschappen van de verbinding ter plaatse.

15. Multilayer microwave board volgens conclusie 14, met het kenmerk, dat de metallisatie zich in axiale richting over ongeveer 0,15 maal de diameter van de metallisatie uitstrekt.

16. Werkwijze voor het tunen van een van blinde of begraven via's voorzien multilayer microwave board, met het kenmerk, dat na de feitelijke productie van het board een gat wordt geboord naar tenminste een in het board begraven verbinding tussen een striplijn en een gemetalliseerde boring, zodanig dat deze verbinding een althans in hoofdzaak ohms karakter krijgt.

17. Multilayer microwave board voorzien van blinde of begraven via's, met het kenmerk, dat het board is voorzien van middelen voor het tunen van begraven, van deze via's deel uitmakende verbindingen tussen striplijnen en gemetalliseerde boringen.

18. Multilayer volgens conclusie 17, met het kenmerk, dat deze middelen tuning holes omvatten, van buiten af door bijvoorbeeld boring aangebracht in het laminaat nabij deze verbindingen.