TW201924499A - 積層製造技術中的微波垂直發射處理 - Google Patents

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Abstract

本發明係對於一電路板提供電磁電路結構及方法，該電路板係包括一被置設經過一基材之孔，以供近接至一電組件、諸如一信號跡線(或帶狀線)，其被至少部份地包封(例如嵌夾)在基材之間。電組件係包括一實質對準於孔之部分，且一電導體係置設於孔內。電導體焊接至電組件的該部分。

Description

積層製造技術中的微波垂直發射處理
交叉參考相關申請案
本申請案係根據35 U.S.C. § 119(e)對於共同審查中的2017年11月10日提申名稱為「螺旋天線及相關製造技術」的美國臨時專利申請案No. 62/584,260、2017年11月10日提申名稱為「積層製造技術(AMT)低輪廓輻射器」的美國臨時專利申請案No. 62/584,264、2018年2月28日提申名稱為「鉚扣式RF互連技術」的美國臨時專利申請案No. 62/636,364、及2018年2月28日提申名稱為「積層製造技術(AMT)低輪廓信號分割器」的美國臨時專利申請案No. 62/636,375作權利主張，其各案基於所有用途整體以參考方式併入本文。
本發明係有關於積層製造技術中的微波垂直發射處理。
背景
射頻(RF)及電磁電路可利用傳統的印刷電路板(PCB)程序製造。部分RF及電磁電路可包括一電路、諸如一電路板的層(例如疊層、基材等)之間的互連，以例如將一信號從電路的一層傳送到另一層。傳統的PCB製造程序可包括一電鍍程序以提供層之間的一電導體、例如一導孔(via)，其可能需要多重的不同步驟，包括有害材料中的池浴，並可能需要多重的迭代、大量勞力等，其皆導致較高成本及較慢周轉時間。此外，傳統的PCB製造程序僅具有限能力可允許小形貌體尺寸、諸如信號跡線維度及導體之間的介電材料的維度(例如介電厚度、間導孔間隔等)，因此限制了此等裝置可支援之最高頻信號的範程。
概要
本文所描述的態樣及實施例係提供簡化的電路結構及其製造方法，以供將電信號、特別是射頻信號(例如垂直地)傳送於一電路的層之間。依本文描述者之電路的各不同實施例可例如由疊層或介電基材構成，並可具有電路形貌體、接地層(ground planes)、或其間的其他電路結構。並且，比起傳統技術，可更簡單且以更小形貌體尺寸製造不同的信號導體及電路結構。此等電路結構係適合於毫米波範程、暨傳統微波範程中的較高頻操作。本文描述的電路、結構及製造方法係使用減層(subtractive)及積層製造技術達成較小尺寸及較高頻操作。
根據一態樣，提供一電路板，其包括一具有一第一表面之第一基材，一具有一第二表面之第二基材；第二表面面對第一表面，一孔係置設經過第一基材(例如孔可對於第一表面實質呈法向)，一電組件係置設為相鄰於第一表面及第二表面的各者，電組件被至少部份地包封(例如嵌夾)於第一基材與第二基材之間，電組件具有一實質對準於孔之部分，且一電導體置設於孔內，電導體具有一第一終端端點及一第二終端端點，第一終端端點焊接至電組件的該部分。
在特定實施例中，電導體係為一實心導線。實心導線可為一銅導線。
部分實施例係包括結合材料，其組配為在第一表面與第二表面的各者處直接或間接地將第一基材結合至第二基材。為此，第一及第二基材可結合在一起以實質地包封電組件。在不同實施例中，電組件的不同部分可延伸至第一基材及/或第二基材的一者或多者之一外部。
根據特定實施例，電組件係為一由一電傳導材料形成之信號跡線，且實質地對準於孔之該部分係形成一對於該孔之終端覆蓋物。在部分實施例中，信號跡線可提供用於一射頻信號的一輸入或一輸出，並可延伸至第一基材及/或第二基材的一者或多者之一外部。
不同實施例係包括一第二電組件，其具有一被焊接至電導體的第二終端端點之部分。在部分實施例中，第二電組件可為一信號終端、一電連接器、一纜線、及一電磁輻射器之一者。第二電組件可被表面安裝至一第三表面。在部分實施例中，第二電組件可被實質包封於兩基材之間，其任一者可為或兩者皆不為第一基材或第二基材的一者。
部分實施例係包括一接地層，該接地層係置設為相鄰於第二基材的一相對表面，接地層係組配為對於信號跡線提供一電磁邊界條件。
根據另一態樣，提供一用於製造一電磁電路之方法。該方法包括在一第一基材或一第二基材的至少一者之一表面上設置一電路形貌體，在第一基材或第二基材的至少一者中形成一孔，孔係被定位為實質對準於電路形貌體的一部分，將焊料施加到一電導體及電路形貌體的該部分之至少一者，將第一基材直接或間接地結合至第二基材，第一基材及第二基材的一經結合定向係組配為將電路形貌體至少部份地包封(例如嵌夾)於第一基材與第二基材之間以及使孔實質對準於電路形貌體的該部分，孔被定位為提供近接至電路形貌體的該部分，將電導體插入孔中，及使焊料迴流以形成電導體與電路形貌體的該部分之間的一電連接。
在特定實施例中，將電導體插入孔中係包含將實心導線的一分段插入孔中。導線可為銅。
在不同實施例中，將電路形貌體設置於一表面上係包含從該表面銑製一電傳導材料以形成電路形貌體。從表面銑製電傳導材料以形成電路形貌體係可包括銑製電傳導材料以形成一信號跡線。
根據不同實施例，電路形貌體係為一第一電路形貌體，且該方法進一步包括提供一具有一第二部分之第二電路形貌體，該第二部分被定位為實質對準於孔的一相對開口，以及施加焊料以形成電導體與第二部分之間的一電連接。在部分實施例中，提供第二電路形貌體係包括銑製一電傳導材料以形成一電磁輻射器。在部分實施例中，提供第二電路形貌體係包括銑製一電傳導材料以形成一信號終端墊，該信號終端墊係組配為耦接到一電連接器或一電纜線的至少一者。
根據另一態樣，係提供一電路板，該電路板係包括一第一介電基材，其被直接或間接地結合至一第二介電基材，一信號跡線，其由一電傳導材料形成，置設為相鄰於一內部表面，該內部表面位於第一介電基材與第二介電基材之間，一孔，其被置設經過第二介電基材，該孔實質對準於信號跡線的一部分，一電導體，其置設於孔內，及一焊接頭，其形成於電導體的一第一終端端點與信號跡線的該部分之間。
在部分實施例中，電導體係為實心導線的一分段，其相對於孔的一壁具有一鬆散配合。導線可為銅。
部分實施例係包括一電組件，其具有一部分被焊接至電導體的一第二終端端點，電組件係為一信號終端、一電連接器、一纜線、及一電磁輻射器之至少一者。在不同實施例中，信號跡線係組配為經由電導體傳送一射頻信號前往或來自電組件。在不同實施例中，電組件係被表面安裝至第二介電基材、或是一與第二介電基材直接或間接地結合之進一步基材之一者的一外部表面。
下文詳細討論另外其他的態樣、範例及優點。本文揭露的實施例可以本文揭露原理的至少一者呈現一致之任何方式與其他實施例作組合，且提到「一實施例」、「部分實施例」、「一替代實施例」、「不同實施例」、「一項實施例」或類似物係未必互斥並意圖表明所描述的一特定形貌體、結構或特徵可被包括在至少一實施例中。此等用語的外觀未必皆指同一實施例。本文描述的不同實施例係可包括用於進行所描述方法或功能的任一者之手段s。
詳細描述
本文描述的態樣及範例係提供不同電路內的間層信號傳送，適合於不同電路板製造，包括射頻電路實施例。本文描述的態樣及範例係有利地施加積層及減層製造技術以提供用於在層之間傳送一信號之結構，其可將一信號從不同電路組件或形貌體傳送到其他電路組件或形貌體。在部分實施例中，一垂直發射結構可將一信號饋送至一輻射器(例如一天線)，且同理從該輻射器接收一信號，該輻射器可能為一陣列的輻射元件之部份。在部分實施例中，一垂直發射結構可將一信號饋送至一連接器、一波導、一纜線等，以被傳送到進一步的電路組件或形貌體。在部分實施例中，一垂直發射結構可將一信號饋送到(或自其接收一信號)一信號分割器(或組合器)，其可能為用於一陣列的輻射元件之一束形成器的一部份。不同實施例可採用一垂直發射結構將一信號傳送到不同的其他電路組件或形貌體。
本文描述的製造程序可特別適合於利用適當減層(例如銑製、鑽製)及積層(例如三維列印、充填)製造設備而具有能夠支援例如8至75 GHz或更高、且高達300 GHz或更高的範程中的電磁信號之小電路形貌體的電路結構之製造。依本文描述的系統及方法之電磁電路結構係可能特別適合於28至70 GHz系統中之應用，包括毫米波通訊、感測、測程(ranging)等。所描述態樣及實施例亦可能適合於較低頻應用，諸如S帶(2-4 GHz)、X帶(8-12GHz)中、或其他。
請瞭解：本文討論的方法及裝備之實施例並不限於應用在下列描述所提出或附圖所繪示之組件的配置及構造之細節。該方法及裝備係能夠實行於其他實施例中並以不同方式施行或執行。特定實行方式的範例在此處僅供繪示用途而不應視為限制。並且，本文所用的用詞與術語係為描述用途而不應視為限制。本文所用的「包括」、「包含」、「具有」、「含有」、「涉及」及其變異係指涵蓋後列用語及其均等物暨額外用語。提到「或」係可詮釋成包括性質，俾使利用「或」描述的任何用語皆可表示單一、不只一、及所描述用語的全部之任一者。任何提到前與背、左與右、頂與底、上與下、端、側、垂直與水平、及類似物係意圖方便描述用，而不使本系統及方法或其組件限於任一位置性或空間性定向。
除非上下文明述及/或確切表明，本文所用的「射頻」用語無意限於一特定頻率、頻率的範程、帶、頻譜等。類似地，「射頻信號」及「電磁信號」用語係互換使用並可指用於傳播攜載資訊信號之不同適當頻率的一信號，以供任何特定實行方式用。此等射頻信號可概括在低端被千赫茲(kilohertz，kHz)範程中的頻率所劃界、並在高端被高達數百個十億赫茲(gigahertz，GHz)的頻率所劃界，並明確包括微波或毫米波範程中的信號。一般而言，依本文描述者之系統及方法係可能適合於處置非離子化輻射，處於例如具有比例如紅外線信號更低頻率的光學件領域中之傳統處置者以下之頻率。
射頻電路的不同實施例可被設計為具有經選擇及/或標稱製造成在不同頻率操作之維度。適當維度的選擇係可能來自一般電磁原理且本文不予細述。
本文描述的方法及裝備係可支援比傳統程序所能夠者更小的配置及維度。傳統電路板可限於低於約30 GHz的頻率。本文描述的方法及裝備係可容許或容納較小維度的電磁電路之製造，適合於意圖在較高頻操作的射頻電路，使用較安全及較不複雜的製造，處於較低成本。
依本文描述者之電磁電路及製造方法係包括不同的積層及減層製造技術，以產生比起傳統電路及方法而言能夠處置較高頻率、具有較低輪廓、且具降低的成本、週期時間與設計風險之電磁電路及組件。技術範例係包括自一基材的一表面之傳導材料的機械加工(例如銑製)以形成信號跡線(例如信號導體、帶狀線)或開孔，其可比起傳統PCB程序容許者具有顯著更小維度，一或多個基材的機械加工以形成一溝道，利用三維列印技術將印刷傳導墨水沉積至溝道中以形成一連續電障壁(例如一法拉第(Faraday)壁)(例如係為需要最小間隔之一系列的接地導孔呈現不同)，「垂直發射」信號路徑藉由將一經過基材的一部分且其中放置有一導線(及/或列印有傳導墨水)之孔作機械加工(諸如銑製、鑽製或衝製)所形成，以對於一被置設在基材(或一相對基材)的一表面上之信號跡線產生電接觸，及使用三維列印技術來沉積印刷電阻性墨水以形成電阻性組件。
上述範例技術及/或其他者(例如焊接及/或焊料迴流)之任一者係可組合以產生不同電磁組件及/或電路。此等技術的態樣及範例係對於一射頻互連件描述及繪示於本文以在一維度中沿著一電磁電路的一層圍堵及傳送一電磁信號、且在另一維度中垂直通往電路的其他層。本文描述的技術可用來形成不同的電磁組件、連接器、電路、總成及系統。
圖1以橫剖視邊緣圖繪示一電磁電路結構100的一範例，其包括一導體110，導體110係組配為將信號、諸如射頻或其他信號從一信號跡線120(例如一被置設於一基材上之傳導線)傳送到一被置設於電路結構100的一不同層之信號終端130。導體110可將一或多個信號從信號終端130均等地傳送到信號跡線120，並在不同實施例中可同時間在兩方向皆傳送一或多個信號(例如雙向性)。導體110可對於符合電磁電路應用之不同用途的任一者，提供信號跡線120與信號終端130之間的一電連接。信號跡線120及信號終端130無意限於任何特定形式，且在不同實施例中，可為不同形式的任一者，並可為一電路組件(例如諸如一輻射元件或天線)，一終端墊，一表面連接墊(例如，用於表面安裝例如一連接器或一纜線)，或可為用以傳送信號至及/或自其他組件的信號跡線，或可採行其他用途及形式。
在不同實施例中，導體110被插入電路結構100的一或多個層及/或基材的一開口中，並可被一焊接頭、諸如藉由直接施加一焊接頭(例如焊料190)及/或藉由在一或多個區位或表面施加一焊料凸塊(例如焊錫)接著藉由在製造程序期間某點的一焊料迴流操作而作物理性及電性固接。為此，導體110不需壓縮或強力配合在開口(孔)內側，並可相對於開口的壁具有一鬆散配合。在圖1的範例中，信號跡線120的一終端端點係對準於其中置設有導體110之開口的一端點，且信號跡線120的終端端點係為一可供導體110焊接之終端墊。
在不同實施例中，用以容納導體110之一或多個基材中的一或多個開口係可藉由銑製或鑽製一具有適當尺寸以容納導體110之孔予以形成。導體110可為一導線，諸如一銅或其他傳導導線，其可為實心、中空、單股式或多股式。如圖1繪示，電路結構100可包括信號跡線120與信號終端130之間的一或多個中間基材140、150。在不同實施例中，一孔可被銑製(例如鑽製)於中間基材140、150的各者中以容納導體110，且中間基材140、150可(例如經由一黏劑，未圖示)結合至彼此。在不同實施例中，銑製的孔及/導體110可小達約5密耳(mil)(0.005吋)直徑，或甚至以適當機械加工設備小達約2或3密耳。並且，在不同實施例中，信號跡線120可藉由銑除一被置設於一基材上的傳導層諸如一電鍍銅層予以形成，並可小達約5密耳或更小的寬度。
在不同實施例中，可具有不同中間基材140、150之間的電路組件，諸如圖1所示的接地層160，或不同中間基材、諸如中間基材140、150之間的其他信號跡線或組件(例如電阻器、電感器、電容器、輻射器、信號分割器等)。信號跡線120、導體110、信號終端130、接地層160等係如圖1繪示代表僅一項可能實施例的一橫剖面。不同實施例在其他橫剖面區位(例如進入或外離圖面)具有額外的形貌體、組件、及/或結構，為求簡單未在圖中予以繪示。不同實施例可具有額外的中間基材，導體110可經過其提供信號傳送。為此，不同實施例可具有多重層的介電質、接地層、信號跡線、及相關聯的其他電路組件。
圖1所示的範例係進一步包括一接地層170，例如在一基材180的一相對面上，俾使信號跡線120設有一對的接地層160、170(例如信號跡線120上方及下方，如圖示)。例如，接地層160、170可為一電鍍材料、諸如銅，置設於一各別基材(例如基材140、150、180)的一或多個表面上。在不同實施例中，可選擇例如基材140、180的材料及厚度以對於信號跡線120傳送的信號維持一特徵阻抗，該選擇亦可以所傳送信號的一頻率範程為基礎。此外，可對於各不同信號頻率的傳送來選擇信號跡線120的一寬度(未繪示)，以例如維持一特徵阻抗、衰減等。接地層160、170可維持一電磁邊界條件(例如地極)，信號跡線120傳送的不同信號可相對於其被代表。
在部分實施例中，進一步的接地層或結構可被包括在電路結構100中、不在圖1的平面中。例如，可具有一或多個傳導壁(例如法拉第壁，相對於圖1呈垂直)位於信號跡線120的任一側(例如，圖1的平面後方或前方，實質平行於圖1的平面，及垂直於接地層160、170)並延伸於接地層160與接地層170之間，俾沿著信號跡線120的一長度，使信號跡線120的至少一部分可在例如上方及下方的接地層160、170、及任一側的法拉第壁在四側被一電磁邊界圍繞。例如，一或多個垂直溝道可從接地層170至接地層160被銑製經過基材140、180(在一不同於圖1者的平面中)，且溝道可充填有一傳導材料，諸如一傳導墨水，其例如可在部分實施例中被三維列印。此等法拉第壁的電連接性可經由被放置成接觸於接地層160、170的傳導墨水(例如，溝道受銑製而不刺穿接地層的導體)以接地層160、170予以產生，或可藉由一製造程序的一焊接步驟、或該等兩者及/或其他技術的一組合予以形成。一法拉第壁及其製造的至少一範例的進一步細節係揭露於2018年5月18日提申名稱為「射頻電路中之積層製造技術(AMT)法拉第邊界」的美國臨時專利申請案No. 62/673,491，該案對於所有用途以參考方式併入本文。
圖2繪示依本文描述的態樣及實施例之一電磁電路結構200的另一範例。電路結構200類似於圖1的電路結構100，但電路結構200的範例中之導體110係提供信號跡線120與另一信號跡線220之間的信號傳送。在不同實施例中，一進一步的基材可被提供及結合至基材150以例如在信號跡線220上方及信號跡線220之相對於接地層160的一相對側上設置一進一步的接地層。此外，不同實施例可包括一或多個法拉第壁，以對於信號跡線220傳送的信號提供額外的電磁邊界條件，如上述。
參照圖3及4來描述依本文態樣及實施例之用以提供被置設於不同基材及電路層中之一「垂直發射」間層信號連接之不同的製造方法。
圖3繪示電路結構100的分解圖。不同實施例開始可為基材180，其具有被置設於相對面上的電傳導材料、諸如一電鍍傳導材料、諸如銅。可藉由銑除過多傳導材料以形成信號跡線120而從傳導材料之面的至少一者形成一信號跡線120。信號跡線120可被銑製至對於一特定信號類型的一適當寬度，其可部份地以可對其使用的信號跡線120的一頻率範程為基礎。如上述，亦可選擇基材180的一厚度及材料俾使得在與接地層170的組合中，例如被置設於基材180的相對面上之傳導材料，可對於信號跡線120傳送的信號維持一特徵阻抗。在部分實施例中，一焊料凸塊192可被施加至信號跡線120的一終端端點，並可為該終端端點的一焊錫。替代地或額外地，一焊料凸塊或焊錫可被施加至導體110，位於意圖與信號跡線120的終端端點產生接觸之導體110的一端點上。
基材140可隨後經由不同類型及結合方法的一結合材料(例如黏劑)而被結合至基材180。一孔142被銑製經過基材140以供近接至信號跡線120的終端端點(及焊料凸塊192)。在不同實施例中，孔142可在將基材140結合至基材180之前或之後被銑製。
基材150可設有被置設於相對面上之電傳導材料，類似於如上述的基材180。傳導材料的一面可變成接地層160。基材150的相對面上之傳導材料的一部分可變成信號終端130。在部分實施例中，可藉由從基材150的各別面銑除部分傳導材料而形成信號終端130。在其他實施例中，信號終端130可以其他手段形成。在部分實施例中，如上述，信號終端130可為或包括不同結構及/或電路組件。例如，信號終端130可為一被置設於基材150的表面上具有不同形狀的任一者之輻射器，諸如一線性或螺旋信號跡線，其係組配為例如當被導體110饋送一適當信號時輻射電磁能。在其他實施例中，信號終端130可為一用於一連接器或一纜線之表面安裝點，或可為或形成一第二信號跡線的一部分，例如諸如電路結構200的信號跡線220。在不同實施例中，不同結構可被包括在圖3繪示之信號終端130的位置處或附近並可組配用於與導體110作適當電耦接。本文描述的「垂直發射」導體110及方法無意限於使其間導體110組配為傳送一信號之電路組件。為此，信號跡線120及信號終端130的各者僅為本文描述的電路結構及方法可包括之一電路組件的一範例。
繼續參照圖3繪示的一組裝程序的範例，傳導材料的一部分162可被銑除(例如移除接地層160的一部分)，其中一孔152可被銑製經過基材150。孔152係組配為容納導體110，以供近接至孔142，經過其可供近接至信號跡線120的終端端點(及焊料凸塊192，若有包括的話)。經銑除部分162提供導體110與接地層160之間的一空隙，俾例如在最終組裝時令導體110與接地層160之間不產生電連接。
基材150(及/或接地層160的一外部表面)可結合至基材140。接地層160可因此被包封在基材140與基材150之間。一旦結合，孔142、152可形成經過基材140、150的一實質連續開口，以供近接至信號跡線120(及焊料凸塊192)的終端端點。導體110可被插入至孔142、152中。熱量194(例如來自一焊接工具)可被施加至焊料190以形成導體110一端與信號終端130之間的一穩固電連接。所施加的熱量194可被傳送經過導體110來到導體110另一端，其可能使被施加至信號跡線120的終端端點之焊料凸塊192迴流、或選用性地可能使一先前施加至導體110另一端之焊料凸塊迴流。為此，迴流的焊料可形成信號跡線120的終端端點與導體110之間的一穩固電連接。
不同實施例中可包括有電磁電路結構100的上述製造(或組裝)方法之眾多變異。例如，基材140、150可在銑製孔142、152之前被結合在一起，使得單一的孔可被銑製經過基材140、150之經結合的組合。並且，基材180、140、150可在將一孔銑製經過基材140、150之前皆被結合在一起，以供近接至信號跡線120的終端端點。接地層160可形成為一被置設於基材140上而非基材150上之傳導材料，或者接地層160可為一在製造期間被結合至基材140、150各者、例如先前未置設於基材140、150任一者上之疊層層(laminate layer)。在其他實施例中，可排除一接地層160。信號跡線120可由一被置設於基材140而非基材120上之傳導材料形成。如上述，一焊料凸塊可被放置在導體110上，其在該處對於信號跡線120上繪示的焊料凸塊192以取代或添加方式而與信號跡線120產生電接觸。熟悉該技藝者佐以此揭示係可識別出不同組件及方法的眾多變異，其可產生一「垂直發射」導體，組配為將信號傳送於一電路的層之間，符合於本文描述的態樣及實施例。
圖4繪示電路結構200的分解圖以繪示不同製造方法來提供一「垂直發射」間層信號連接。(例如一導體110的)不同銑製、焊接及插入係類似於上文對於圖3描述者。然而，電路結構200可組配為將一信號傳送於兩個信號跡線120、220之間。在一電路結構200的此範例中，可能不欲刺穿用以形成信號跡線220的傳導材料，其可能由銑除基材150表面上的一傳導材料形成。為此，孔152可從基材150一側朝向信號跡線220被銑製，而不繼續經過信號跡線220。若如同此範例中，信號跡線220由被置設於基材150上的傳導材料形成，可能無法將一焊料凸塊放置在信號跡線220的一終端端點上。取而代之，且如繪示，一焊料凸塊292可放置在導體110上，其在該處於最終組裝時與信號跡線220產生接觸。一焊料迴流操作可包括一烤爐或焙製程序，其加熱圖4所示的大多數或全部組件並因此使焊料凸塊192、292迴流以形成導體110與各別信號跡線120、220之間的一穩固電連接。
並且，如同上文就圖3描述的方法選項中，可在不同實施例中包括有電磁電路結構200的製造(或組裝)方法之眾多變異。例如，不同實施例可包括在銑製孔142之前將基材140結合至基材180。基材150可在結合至基材180之前被結合至基材140，且孔142、152可銑製經過基材140、150之一經結合的組合，或者可彼此分開地分別銑製經過基材140、150的各者。如上述，熟悉該技藝者佐以此揭示係可識別出不同組件及方法的進一步變異，其可產生一「垂直發射」連接，組配為將信號傳送於一電路的層之間，符合於本文描述的態樣及實施例。
圖5繪示依本文態樣及實施例之一種形成一電路的層之間的一垂直發射連接、例如一層至層連接之一般化方法500的一範例。一電路形貌體係設置於一基材上(方塊510)，電路形貌體係為對其欲有一垂直連接者。一孔係被銑製(方塊520)於另一基材中，其將被結合至第一基材。孔被定位成對準於供對其作電連接之電路形貌體的一部分。例如，電路形貌體可為一信號跡線，且供孔對準之該部分係可為信號跡線的一終端端點。孔可設定尺寸以容納一將形成電連接的部份之電導體。焊料被施加(方塊530)至電導體及電路形貌體的該部分之任一者(或兩者)。電路形貌體、兩基材及電導體係藉由將基材結合(方塊540)及將電導體插入孔中(方塊550)而作組裝，並進行一焊料迴流操作(方塊560)以產生電路形貌體的該部分與電導體之間的電連接。圖5的不同程序方塊可以不同次序進行，且在部分實施例中，諸如對於一例如具有多重基材及/或垂直發射連接之較複雜電路，不同程序方塊可作重覆。如上文討論，一或多個孔可在結合之前或之後作銑製，焊料可在此一程序中施加於不同適當的點，且電路形貌體可在一程序中的不同點被形成等。
在不同實施例中，結合可包括一加熱程序，且一焊料迴流可在部分實施例中以相同加熱程序達成。例如，二或更多個基材可被定位及/或對準以供結合，其間置設有一黏劑或結合材料，且一電導體可被插入經過一或多個孔，且此一總成可被加熱以完成結合及焊料迴流。在部分實施例中，額外基材可在加熱之前被定位及/或對準，俾使一電導體(其中焊錫位於導體上或不同電路形貌體的部分上)可被置設於一多層電磁電路結構內或被其包封，且可以一或多個加熱步驟或程序達成不同層的結合及不同焊料凸塊/焊錫的迴流。
可實現本文描述的系統及方法之進一步優點。例如，傳統的PCB製造可能對於諸如信號跡線的寬度及用於間層連接的通孔之直徑等電路形貌體尺寸施加限制，其相較於本文描述的系統及方法而言係可能限制了傳統製成的電磁電路可適合的最高頻率。然而，本文的態樣及實施例係容許具有實質較小的信號跡線及較小的「垂直發射」連接，其比起傳統PCB製造技術而言使用較不複雜製造方法形成。
並且，關於信號跡線的寬度，基材厚度係衝擊到特徵阻抗(例如由於對於被置設在相對表面上的接地層之距離)，使得傳統PCB程序需要的較寬跡線造成較厚基材的選擇，其可能限制了電路可製成多細薄。例如，傳統PCB製造下的一般建議係包括約60密耳(0.060吋)的總厚度。相較之下，利用減層及積層製造技術，依所描述態樣及實施例的電磁電路係會導致電路板具有小到約10密耳或更小厚度之一低輪廓，其中信號線跡線具有約4.4密耳、或2.7密耳或更小的寬度，其中間層「垂直發射」連接依此係為小直徑，且互連幾何結構實質地齊平於板的一表面。
採用不同減層及積層製造技術之依本文描述的態樣及實施例之不同電磁電路及方法係容許具有電連續結構來連接接地層。為此，一電連續結構係可垂直地設置及置設經過一或多個基材(例如，基材的相對表面之間)以形成用以侷限電場的「法拉第壁」。在不同實施例中，此等法拉第壁可電性耦接二個或更多個接地層。並且，在不同實施例中，此等法拉第壁可將鄰近電路組件侷限且隔離電磁場。在部分實施例中，此等法拉第壁可執行一邊界條件，以將電磁信號限制為局部橫向電磁(TEM)場，例如將經由一信號跡線的信號傳播限制為一TEM模式。
在不同實施例中，可以不同次序進行不同的減層(銑製、鑽製)、積層(列印、充填、插入)、及黏著(結合)步驟，依需要具有焊接及迴流程序，以形成一具有一或任何數目的基材層之電磁電路，其可能包括依本文描述者的一或多個垂直(例如間層)信號連接，並可包括輻射器、收受器、法拉第壁、信號跡線、終端墊、或其他形貌體。
一用於製造不同電磁電路之一般化方法係包括銑製一被置設於一基材上之傳導材料以形成電路形貌體，列印(或沉積，例如經由三維列印、積層製造技術)額外的電路形貌體，諸如電阻性墨水形成的電阻器，依需要，將焊料沉積於任何形貌體上，銑製(或鑽製)經過基材材料(及/或傳導材料)以形成開口，諸如孔、空隙或溝道，及沉積或列印(例如經由三維列印，積層製造技術)傳導材料(諸如傳導墨水或一導線導體)至孔、空隙、溝道中，以例如形成如本文描述的垂直信號發射，或形成法拉第壁或其他電路結構。這些步驟的任一者可依需要對於一給定電路設計以不同次序施作、重覆或省略，並積造層諸如可包括結合步驟，以將一基材或層黏著至下一者，以及依需要繼續重覆的步驟。為此，在部分實施例中，在一電磁電路的製造中可涉及多重的基材，且該方法包括依需要結合進一步的基材、進一步銑製及充填操作，及進一步焊接及/或迴流操作。
在描述過一垂直信號發射以及該垂直信號發射或其他電磁電路的一製造方法的數個態樣及至少一實施例之後，上文描述可用來產生具有很低輪廓諸如10密耳(0.010吋，254微米)或更小厚度之不同的電磁電路，並可包括窄到4.4密耳(111.8微米)、2.7密耳(68.6微米)、或甚至窄到1.97密耳(50微米)或更小的信號跡線，依據所使用不同銑製及積層製造設備的公差及精確度而定。為此，依本文描述者的電磁電路係可能適合於X帶及較高的頻率，其中不同實施例能夠容納高於28 GHz、及高達70 GHz或更高的頻率。部分實施例可能適合於高達300 GHz或更高的頻率範程。
此外，依本文描述者的電磁電路可具有一夠低的輪廓，具有相符的低重量，以適合於外太空應用，包括位於外太空時藉由解摺被部署之摺疊結構。
並且，依本文描述方法製成之電磁電路係可容許具有較便宜及較快速的原型化，而不需要燒灼性化學物、遮罩、蝕刻、池浴、電鍍等。在一或兩表面(側)上置設有預鍍傳導材料之簡單基材係可形成核心起始材料，且一電磁電路的全部元件可由銑製(減層、鑽製)、充填(傳導及/或電阻性墨水的積層、插入、列印)、及結合一或多個基材予以形成。本文描述的方法及系統係容許具有簡單的焊料迴流操作及簡單導體(例如銅導線)的插入。
並且，依本文描述方法製成的電磁電路係可容許具有非平面性表面上的部署、或需要非平面性表面之設計。細薄低輪廓電磁電路、諸如本文描述者及其他係可利用如本文描述的銑製、充填、及結合技術予以製造，以產生具有不同輪廓的電磁電路以容納變化的應用，以例如順應於一表面(諸如一載具)或支援複雜的陣列結構。
藉此描述過至少一實施例的數個態樣之後，請瞭解：熟悉該技藝者易得知不同的更改、修改及改良。此等更改、修改及改良係意圖作為此揭示的部份並意圖位於揭示的範圍內。為此，上文描述及圖式僅供範例用。
1‧‧‧沉積噴嘴
100、200‧‧‧電磁電路結構
110‧‧‧導體
120、220‧‧‧信號跡線
130‧‧‧信號終端
140、150、180‧‧‧基材
142、152‧‧‧孔
160、170‧‧‧接地層
162‧‧‧傳導材料的部分/經銑除部分
190‧‧‧焊料
192、292‧‧‧焊料凸塊
194‧‧‧熱量
500‧‧‧一般化方法
510、520、530、540、550、560‧‧‧方塊
下文參照無意依照尺度的附圖來討論至少一實施例的不同態樣。圖式供繪示用及進一步瞭解不同態樣與實施例並併入且構成此說明書的一部份，而無意作為本揭示的極限之定義。圖中，不同圖中繪示的各相同或接近相同組件可以類似編號代表。為求清楚，並非每個組件皆可標示於每個圖式中。圖中：
圖1是一電磁電路結構的一範例之示意圖；
圖2是一電磁電路結構的另一範例之示意圖；
圖3是圖1的電磁電路結構之分解圖，其繪示圖1的電磁電路結構之一組裝方法的特定態樣；
圖4是圖2的電磁電路結構之分解圖，其繪示圖2的電磁電路結構之一組裝方法的特定態樣；及
圖5是一電磁電路結構之組裝的一種一般化方法的一範例之流程圖。

Claims (20)

  1. 一種電路板，其包含： 一第一基材，其具有一第一表面； 一第二基材，其具有一第二表面；該第二表面面對該第一表面； 一孔，其置設經過該第一基材； 一電組件，其置設為相鄰於該第一表面及該第二表面的各者，該電組件被至少部份地包封於該第一基材與該第二基材之間，該電組件具有一實質對準於該孔之部分；及 一電導體，其置設於該孔內，該電導體具有一第一終端端點及一第二終端端點，該第一終端端點焊接至該電組件的該部分。
  2. 如請求項1之電路板，其中該電導體為一實心導線。
  3. 如請求項1之電路板，其中該電組件為一由一電傳導材料形成之信號跡線，且實質對準於該孔之該部分形成一對於該孔之終端覆蓋物。
  4. 如請求項3之電路板，其進一步包含一第二電組件，該第二電組件具有一被焊接至該電導體的該第二終端端點之部分。
  5. 如請求項4之電路板，其中該第二電組件係為一信號終端、一電連接器、一纜線及一電磁輻射器中之一者。
  6. 如請求項5之電路板，其中該第二電組件係被表面安裝至一第三表面。
  7. 如請求項4之電路板，其中該第二電組件係被實質包封於二個基材之間。
  8. 如請求項3之電路板，其進一步包含一接地層，該接地層係置設為相鄰於該第二基材的一相對表面，該接地層係組配來對該信號跡線提供一電磁邊界條件。
  9. 一種用於製造電磁電路之方法，該方法包含： 在一第一基材或一第二基材的至少一者之一表面上設置一電路形貌體； 在該第一基材或該第二基材的至少一者中形成一孔，該孔被定位為實質對準於該電路形貌體的一部分； 將焊料施加到一電導體以及該電路形貌體的該部分中之至少一者； 將該第一基材直接或間接地結合至該第二基材，該第一基材及該第二基材的一經結合定向係組配來將該電路形貌體至少部份地包封於該第一基材與該第二基材之間以及使該孔實質對準於該電路形貌體的該部分，該孔被定位為提供近接至該電路形貌體的該部分； 將該電導體插入該孔中；及 使該焊料迴流以形成該電導體與該電路形貌體的該部分之間的一電連接。
  10. 如請求項9之方法，其中將該電導體插入該孔中包含將實心導線的一分段插入該孔中。
  11. 如請求項9之方法，其中將該電路形貌體設置於一表面上包含從該表面銑製一電傳導材料以形成該電路形貌體。
  12. 如請求項11之方法，其中從該表面銑製一電傳導材料以形成該電路形貌體包含銑製該電傳導材料以形成一信號跡線。
  13. 如請求項9之方法，其中該電路形貌體係為一第一電路形貌體，且進一步包含提供一具有一第二部分之第二電路形貌體，該第二部分被定位為實質對準於該孔的一相對開口，以及施加焊料以形成該電導體與該第二部分之間的一電連接。
  14. 如請求項13之方法，其中提供該第二電路形貌體包含銑製一電傳導材料以形成一電磁輻射器。
  15. 如請求項12之方法，其中提供該第二電路形貌體包含括銑製一電傳導材料以形成一信號終端墊，該信號終端墊係組配來耦接到一電連接器或一電纜線中的至少一者。
  16. 一種電路板，其包含： 一第一介電基材，其被直接或間接地結合至一第二介電基材； 一信號跡線，其由一電傳導材料形成，置設為相鄰於一內部表面，該內部表面位於該第一介電基材與該第二介電基材之間； 一孔，其置設經過該第二介電基材，該孔實質對準於該信號跡線的一部分； 一電導體，其置設於該孔內；及 一焊接頭，其形成於該電導體的一第一終端端點與該信號跡線的該部分之間。
  17. 如請求項16之電路板，其中該電導體係為實心導線的一分段，其相對於該孔的一壁具有一鬆散配合。
  18. 如請求項16之電路板，其進一步包含一電組件，該電組件具有一部分被焊接至該電導體的一第二終端端點，該電組件係為一信號終端、一電連接器、一纜線及一電磁輻射器中之至少一者。
  19. 如請求項18之電路板，其中該信號跡線係組配來經由該電導體傳送一射頻信號至該電組件或自該電組件傳送一射頻信號。
  20. 如請求項18之電路板，其中該電組件係被表面安裝至該第二介電基材、或是一與該第二介電基材直接或間接地結合之進一步基材中的一者之一外部表面。
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