TW202114485A - 用於製造z軸垂直發射件之系統和方法 - Google Patents

Abstract

一種用於將在一印刷電路板（PCB）內之一銅垂直發射（CVL）之製造自動化的設備，其包括一饋入機構與一線材切割與夾持機構，該饋入機構用於饋入且擠型來自一捆銅線的銅線，該線材切割與夾持機構用於接收來自該饋入機構的銅線、切割並固定一段銅線、將該段銅線插入形成在該PCB內部的一孔洞、將該段銅線的一端焊接於該PCB的一訊號跡線，以及將該段銅線的一相反端與該PCB的一表面切齊。該線材切割與夾持機構包括一線材切割器與一整合加熱夾持裝置，該線材切割器用於將該段銅線切齊，該整合加熱夾持裝置用於接收來自該捆銅線的該銅線，並且切割與抓取來自銅線的一段。

Description

用於製造Z軸垂直發射件之系統和方法

本揭露大致關於一種系統和方法，更精確地，係用於製造Z軸垂直發射件之系統和方法。

發明背景

無線射頻（RF）與電磁電路可使用傳統的印刷電路板（PCB）程序製造。一些RF與電磁電路可包括電力分割器（電力分配器）與電力合併器，例如，用於將一訊號分布至許多元件，諸如用於波束成形之一天線陣列的輻射器元件，及/或將來自該等元件的多個訊號組合成一個信號。傳統的PCB製造程序可能包括層壓、電鍍、遮罩、蝕刻與其它等等，並且可能需要多個步驟、昂貴及/或危險的材料、多次迭代、大量的勞動力等等，這些全部導致較高的成本與較慢的整備（turnaround）時間。此外，傳統的PCB製造程序對於較小型態（feature）尺寸的能力有限，諸如信號跡線（signal trace）尺寸，因而限制了此等裝置可支援的最高頻率訊號的範圍。

先進/積層（additive）製造技術(AMT)方式是一種混合加法、減法以及傳統的方式，其移除了傳統PCB製造程序中使用來形成互連件的電鍍程序。該程序使用兩個主要項目來使該程序正常進行，即法拉第牆和銅垂直發射件（CVL）。一法拉第牆是一種遮罩組件，其依靠的是先從介電質材料中銑出一條通道，且接著將一導電漿分配入該溝槽中。CVL依靠一焊接銅線介面，而在一電路板的兩個不同層之間形成一互連件。這兩個程序的自動化會把印刷電路板程序中的電鍍方式移除。

目前，銅垂直發射件或CVL係由手工切割銅線來創造的，切割器的定向在一個方式，該方式允許在一側進行一平整切割，接著轉到其它側以在其它側進行平整切割。沒有自動化的方法可以將銅線介面的兩側都準備好以及安裝此種互連件而用於一牢固焊接點。其他方法包括線材擠型（wire extrusion），其可以藉由諸如修改後的3D印表機之專門的裝備來進行，這些方法不是最知名的，且通常只存在於實驗室空間。例如，可以藉由使用一烙鐵來實現回流焊接。在CVL中創建焊接點之最接近的機制為在線材鍵合（wire bonding）應用中。

發明概要

本揭露的一種態樣為針對一種設備，其係用於將在一印刷電路板（PCB）內的一銅垂直發射件（CVL）之製造自動化。在一實施例中，該設備包含一饋入機構與一切割與夾持機構，該饋入機構係組配為可將來自一捆銅線的銅線饋入及擠型（extrude），該切割與夾持機構係組配為可接收來自該饋入機構的銅線、切割並且固定一段銅線、將該段銅線插入形成在該PCB內的一個孔洞、將該段銅線的一端焊接於該PCB的一訊號跡線（trace），以及將該段銅線的相反端與該PCB的一表面切齊。

該設備的實施例可進一步包括，具有一線材切割器與一整合加熱夾持裝置的該線材切割與夾持機構，該線材切割器係組配為可將該段銅線切齊，該整合加熱夾持裝置用於接收來自該捆銅線的該銅線並且切割並抓取來自銅線的一段。該線材切割器可安裝在一滑道（slide）上，該滑道係使用來將該線材切割器定位在該線材夾持總成下方。該線材夾持總成可包括一對夾持爪以及一反向線材切割器，其等係分別使用來夾持與切割該銅線，該線材饋入機構係組配為可遞送該銅線的一端進入該等夾持爪。該反向線材切割器可組配為可切割來自一捆銅線的銅線以創造該段銅線，並且縮回該段銅線進入該線材夾持總成的一線材導引件。該線材夾持總成可進一步包括一真空或增壓器（plenum），其具有一個通道形成在此而在一修整（trimming）操作期間引導（channel）因切割銅線所產生的廢料。該真空裝置可與一真空來源連接，而提供移除該廢料所需的吸力。該饋入機構可包括一柱體，其係組配為可接收該捆銅線。該饋入機構更可包括一導引件、一組夾滾輪，以及與一可撓管連接的另一導引件，該組夾滾輪係組配為可捏夾或抓取該銅線。配置為以致使來自該捆線的銅線可透過該導引件被饋入於該等夾滾輪之間，並且進入與該可撓管連接的該第二導引件。該線材切割與夾持機構可包括位於一力量感測線材夾持總成之一端的一線材導引件，且該線材導引件具有較將被饋入該線材導引件之銅線的直徑稍微大一點的一直徑。該饋入機構更可包括一不進馬達，其驅動一齒輪以饋送該銅線。設備更可包括一PCB回流預熱機構，其係組配為一旦該銅線被插入該PCB的該孔洞，可回流焊接。該預熱機構更可包括一熱盤，其係組配為可將該PCB的溫度升高到剛好低於一回流溫度。

此揭露的另一種態樣為針對一種將在一印刷電路板（PCB）內一銅垂直發射件（CVL）的製造自動化的方法。在一實施例中，該方法包含：饋送銅線至一銅切割與夾持機構；切割並固定一段銅線；將該段銅線插入形成在該PCB內的一孔洞內；將該段銅線的一端焊接於該PCB的一訊號跡線；以及將該段銅線的一相反端與該PCB的一表面切齊。

該方法的實施例更可包括接收來自一捆銅線的銅線。該方法進一步可包括移除在一修整操作期間因切割該銅線所產生的廢料。移除廢料可包括一真空裝置或增壓器與一真空來源，該真空裝置或增壓器具有一個通道形成在內而引導廢料，該真空來源用於提供移除該廢料所需的吸力。饋入銅線可包括以一組夾滾輪來導引該銅線，該組夾滾輪係組配為可捏夾或抓取該銅線，以及與一可撓管連接的另一導引件。該方法更可包括以一PCB回流預熱機構來加熱該PCB，該PCB回流預熱機構係組配為一旦該銅線被插入該PCB的該孔洞，可回流焊接。

各種態樣與實施例係針對緊湊、低外型（low profile）電磁電路以及製造相同者的改良方法，其允許較傳統系統與方法之小尺寸與高頻。所描述之態樣與範例提供了在一印刷電路板（PCB）內製造銅垂直發射件（CVL）的範例，其有利地應用加法或減法之製造技術以提供低成本、自動化的製造。在此描述的製造程序可特別適合用於製造具有小電路特徵的此等電路結構，此等電路結構可支援8至75GHz範圍或更多、可能高達300GHz的電磁訊號，或使用合適的減法（例如，銑削、鑽孔）以及加法（例如，3D列印、填充）製造裝備。根據在此描述的系統與方法之電磁電路結構可特別適合用於28至70GHz系統的應用，包括毫米波通訊，感測、測距等等。在此描述的態樣與實施例亦可適合用於較低頻率應用，諸如在S波段（2至4GHz）、X波段（8至12GHz）或其他。此等頻率將包括Ka波段（26.5至40 GHz）、V波段（40至75 GHz）以及W波段（75至110 GHz）相位陣列系統。

還有其他態樣、範例和優點將在以下詳細討論。在此所揭露的實施例可以與在此揭露之至少一原則一致的任何方式而與其它實施例結合，且提及「一實施例」、「一些實施例」、「一替代實施例」、「各種實施例」、「一個實施例」或類似者不必要是互斥的，且意欲指示出所描述的一特定特徵、結構或特性，可被包括在至少一個實施例中。在此出現的此等術語不一定都是指相同的實施例。在此描述的各種態樣與實施例可包括用於進行任何所述方法或功能的手段。

可以理解的是，在此討論的方法和裝置的實施例在應用上並不限於以下描述中提出的結構細節和組件的佈置的應用，也不限於附加圖式中的例示說明。該等方法和裝置可以在其他實施例中實施，並且可以用各種方式進行實現或完成。在此提供的特定實施的範例僅用於例示說明目的，且非意欲作為限制。另外，在此使用的用語和術語係用於描述目的，且不應被視為限制。在此使用的「包括」、「包含」、「具有」、「含有」、「涉及」及其等之變化，意在涵蓋之後列出的項目、其等效物以及額外的項目。對於提及「或」，可被解釋為包含性的，因此使用「或」描述的任何用字可指示單一個、多於一個和所有描述用字中的所有者中的任一者。任何提及前和後、左和右、上和下、上和下、端、側、垂直和水平與其它類似者，係為了描述的方便，並非為了將本系統和方法或它們的組件限制在任何一個位置或空間定向上。

在此使用的用字「無線電頻率」，除非明確說明及/或由上下文特定地指出，並非意欲限制在一特定的頻率、頻率範圍、波段、頻譜等等。類似地，用字「射頻訊號」和「電磁訊號」可互換使用，並可指稱具有用於在任何特定實施中攜帶資訊之訊號的傳播之各種合適頻率的一訊號。此等射頻訊號一般由千赫茲(kHz)範圍內的頻率定於（bound at）低端，且由高達數百千兆赫茲(GHz)的頻率定於高端，並明確地包括在微波或毫米波範圍內的訊號。一般來說，根據此等在此描述的系統和方法可適合用於處理低於在光學領域中傳統處理之頻率的非電離輻射（non-ionizing radiation）的頻率，例如，具有頻率低於，例如，紅外線訊號。

無線電頻率電路的各種實施例可被設計成具有經選擇及/或標稱（nominally）上製造的尺寸，而在各種頻率下操作。適當尺寸的選擇可來自一般的電磁原理，在此不詳細介紹。如以上所述，本揭露的實施例的反應式波束形成器（reactive beamformer）特別適用於毫米波頻率。

在此描述的方法和裝置可支援較傳統程序所能做到的更小的配置和尺寸。此等傳統電路板可能被限制在低於約30GHz的頻率。在此描述的方法和設備可允許或容納較小尺寸之電磁電路的製品，適合用於意欲在較高頻率下操作的射頻電路，使用更安全和更不複雜的製造，並且成本更低。

根據在此描述的電磁電路和製造方法，包括用於產生電磁電路和製造方法的各種積層製造技術，該電磁電路和製造方法與傳統的電路和方法相比，可以處理更高頻率、具有較小外型且具有降低的成本、週期時間以及設計風險。技術的範例包括從一基板的一表面將導電材料銑（mlling）出，而形成較傳統PCB程序所允許的尺寸顯著地小的訊號跡線或通孔，將一個或多個基板銑切以形成一溝槽，使用三維列印技術將印刷的導電油墨沉積到溝槽中而形成一法拉第壁（一連續的電屏障，相對於一系列具有最小間距在其等之間的接地貫孔），藉由將基材的一部分銑（鑽）穿一個孔洞所形成的「垂直發射件」訊號路徑，並且在其中放置一線材（及/或印刷導電油墨），以使得與設置在該基材（或一相對基材）之一表面上的一訊號跡線電性接觸，這可以包括在垂直發射件導電線材（在一些實施例中可以是銅）附近形成一法拉第壁，並使用三維列印技術而將印刷的電阻油墨沉積而形成電阻元件。任何上述範例技術及/或其它（例如，焊接及/或回流焊接），可以結合以製造各種電磁組件。在此描述與例示的此等技術的態樣與範例相對於一射頻互連件可傳遞一電磁訊號到電磁電路的一層、或從電磁電路的一層傳遞一電磁訊號，但所述技術可使用來形成各種電磁組件、連接器、電路、總成和系統。 整合Z軸銅垂直發射件安裝設備

在一實施例中，在此顯示並描述一種將銅線擠型至特定長度而用於在PCB中Z軸互連件的系統與方法。利用先進/積層製造技術（AMT）而使得銅線可替代在PCB中電鍍貫孔。在一實施例中，從PCB的頂部鑽出一孔至一墊，例如，在該PCB之一內層上的一銅墊。該墊係預先塗錫以使得在回流期間，線材與該墊之間可有一焊接連接。該線材被插入該等層之間並且於該等層之間回流而產生該連接。

圖1A與1B例示說明此等程序。如圖1A中顯示，大致在10處指示的一多層PCB之一部分包括由銅層或跡線18、20分別分離的三層介電層12、14、16。一孔洞22係從該PCB的頂部穿過介電層12、銅層18以及介電層14到由提供在該PCB10的一內部層上的銅跡線20所創造的一墊24而鑽過PCB。在另一實施例中，一孔洞可藉由堆疊提前在板材層壓前預先鑽孔的層而形成。在一實施例中，該墊係被預先塗錫（pre-tinned with solder）而在回流時提供一焊接連接。如圖1B中所示，一銅線26係被插入該孔洞22，因此該銅線的一端接觸該墊24。該PCB10被加熱到一回流溫度，其中該線26係與該墊24以及該導電跡線20連接。如圖1B中所示，例如，一焊料28可沉積在該銅線26的頂部以固定一組件到該PCB。

參照圖2，顯示並描述大致在30處指示的一Z軸互連件。如所示者，該Z軸互連件30提供在提供於一頂介電層34之一上表面上的一訊號跡線32與提供在一底介電層38的一較低表面上的一訊號跡線36之間的連接，其可例如為在一PCB內部。該Z軸互連件30可採用在此描述的系統與方法來製造。

在一生產環境（production setting）中，沒有整合的方式來在AMT RF CCA上安裝CVL Z軸互連件。目前製造技術係在實驗室環境手工地進行，且現有在實驗室中的自動化方式為有些特設（ad-hoc）且沒有將所有程序整合到一設置中，能夠在批量產生一致的結果。近期，自動化技術已經應用在允許有限數量的CVL可自動化地在一實驗室環境中產生。以前，此等CVL係由手工建造，這是很耗費人力且成本高昂的。

本揭露的系統與方法之實施例可實現一整合與自動化方式，用於藉由將以下裝置與程序整合而安裝CVL安裝。參照圖3，大致在40處指示的一設備係提供來在一PCB內製造CVL。在一實施例中，該設備40包括大致在42處指示的一種機構，其係用於饋入與擠型一捆銅線。該設備40進一步包括大致在46處指示的一線材切割與夾持機構，其具有碎屑移除特性（feature）用於當在加工時可使該線材互連件的兩側有完美地平整終端，這對於在該銅線與該墊之間達到一良好焊點連接是關鍵的。該雙線材切割與夾持機構46包括一線材切割器與一整合加熱夾持機構，該線材切割器係組配為可切齊該銅線，該整合加熱夾持機構用於接收來自該捆線的銅線且切割並抓取（固定）來自銅線的一段，該段銅線係使用來形成並創造在該印刷電路板內部的一焊接接點。該設備40進一步包含大致在52處指示的一PCB回流預熱機構，一旦該銅線被插入該PCB的該孔洞，可回流焊接。在此描述的系統與方法之實施例創造一牢固且兼容的Z軸互連件，且使得在生產層級裝備自動化。

該設備40使得CVL可自動化組裝至PCB，且顯著的降低勞動時間與成本，同時增加產量與連接的可靠度。

該設備40可被整合進入一積層製造解決方案以增加將導電銅線嵌入3D列印部分內的能力，此為在基層市場上還不可取得的一種概念。更進一步的，在此揭露的系統與方法使得可以快速試做原型（）以及使的AMT程序可在一較大尺寸下更快速地進行。Z軸互連件排除了需要「濕」電鍍程序或者其它應用的需求，在此，一焊接接點必須回流至另一總成的內部因而提供一「乾」程序。為了在PCB內產生Z軸互連件的目的，設備與相關聯方法使得銅線可被擠型至指定長度。此等AMT程序技術使的銅線可替代在PCB中的電鍍貫孔。

在此描述的系統與方法實施一自動化設備40，其將一線材饋入PCB內的孔洞、焊接線材至該PCB內部的一墊，接著在該PCB的一頂面處切割線材。此程序解決了需要手動地進行切割與加熱/回焊操作的問題，這些對於批量生產是無法持續或不可行的。 用於Z軸互連件的自動線材擠型機構

本揭露的實施例係針對將銅線擠型至特定長度的系統與方法，而用於在PCB內Z軸互連件的用途。將會有效率地執行此程序的該系統將線材放置於一PCB內的層之間。該系統包括步進馬達，其係使用來驅動一齒輪或齒狀軸承，其接著以一受控方式驅動該銅線到一特定長度。如在此所描述者，一整合切割與夾持機構修整線材成為一定長度，並且在每次切割之前與之後將線材的端點對齊（squre the ends）。在一實施例中，該系統係安裝在一CNC高架（gantry）系統而用於在一PCB內自動化替換CVL。

參照圖3，在一實施例中，用於饋入與擠型線材的機構42包括一線材饋入系統，其具有提供在一支柱56上的一銅線線軸54。該機構42進一步包括一導引件58、一起在60處被指示的一組（二個）夾滾輪以及另一導引件62，該組夾滾輪係組配為可捏夾或抓取該銅線，該另一導引件與一可撓管64連接。配置以致使來自該線軸54的銅線可透過該導引件58被饋入於該等夾滾輪60之間，並且進入與該可撓管64連接的第二導引件62。在一特定實施例中，該管64係以鐵氟龍®材料製成，以使得該銅線可以輕易地滑過該管。該線材饋入系統係經組配為可夾持該銅線，並且將該線材順著饋入該管64到與該切割與夾持機構46相關聯的一碳化線材導引件66，其在以下將會更詳細的描述。此線材導引件66具有較被饋入該線材導引件之該銅線的直徑稍大的一直徑。在一實施例中，該線材導引件66具較該銅線的一直徑大0.002吋的直徑。

此方式使得將CVL自動化組裝入PCB且大量降低的勞力時間，同時增加連接件的產量與可靠度。此外，該機構42之該線材饋入系統可被改變，且可變得被更廣泛使用之一種組配為可在任何兩種通用位置之間饋入與擠型的機構。該機構42可被整合入一積層製造解決方案，以增加將導電銅線嵌入一3D列印部分的能力，此為目前在積層市場上不存在的概念。

在一實施例中，該機構42進一步包括一步進馬達68，其驅動一齒輪，該齒輪將該銅線擠型或者饋入。使用步進旋轉（可能與感測器協同以提供有關擠型距離的回饋）來使被擠型距離相關聯。一旦銅線被驅動到一長度，自動切齊切割器修整該線材，其將會在以下更詳細的描述。在一實施例中，一第二組切割器係使用來切割來自該線軸的線材，且抓取線材的一切割區域。在另一實施例中，該切齊切割器接著被翻面來將該線材再次切割以準備用於下次的線材插入。此程序係依序地在圖4A至4C中例示說明。圖4A例示說明被使用來從一經處理PCB上將額外材料切割的一線材切割器。圖4B例示說明一第二線材切割器或一反向線材切割器，其係被使用來切割被使用在下一個CVL的線材的一端。圖4C例示說明在被藉由該反向線材切割係切割之後的該線材之該端，多餘的材料藉由一真空裝置由該區域被移除。

一種整合感測器可被使用來提供一回饋迴圈以追蹤並控制線材分配。可提供類型的馬達驅動器以及夾持該線材而擠型的方法。 用於Z軸互連件的雙線材切割與夾持機構

已知採用來準備一銅線以創造一Z軸互連件的方式使用單一線材切割器，其典型地產生一不平整且尖銳的端點，造成焊接接點不良，這影響了該總成的機械與電氣效能。目前線材係由手工切割且切割器係以允許在一側有一平整切割的方式而定向，接著轉到其他方向而在另一側產生一平整切割。

本揭露的實施例之系統與方法在切割線材線段的兩側上產生平整線材表面，使得在PCB內可有牢固且兼容的Z軸互連件。在一實施例中，該切割與夾持機構46包括兩個可收縮切割器，其係以相反方向定向而切割線材。該雙切齊切割系統促進了一完美的平整橫切面，因而實現銅垂直互連件。該機構46進一步包括碎屑移除真空裝置，其可移除銅碎屑因而提供可在生產環境中高速運行的一解決方案。

參照回圖3，且額外參照圖5與6，雙線材切割與夾持機構46包括大致在70處指示的一線材切齊總成，大致在72處指示的一力量感測線材夾持總成以及一數位精度調節器74。該線材切割總成70包括可切割線材的一線材切割器76。在一實施例中，該線材切割器76係安裝在一滑道78上，其係使用來將該線材切割器定位在該線材夾持總成72下方。該線材夾持總成72具有一對夾持爪80以及一反向線材切割器82，其等係分別使用來夾持與切割該銅線。該線材饋入與擠型機構42係使用來將該線材的該端放置入該線材夾持機構72的該等夾持爪80內。該線材係由該反向線材切割器82切割且接著被收縮進入該線材夾持總成72的該線材導引件66內，而準備被插入該PCB中。

參照圖7A與7B，該線材夾持總成72包括一真空裝置或增壓器84，其具有一個通道86形成在此而在一修整操作期間引導（channel）因切割線材所產生的廢料。該真空裝置84可與一真空來源連接，而提供移除該廢料所需的吸力。該線材切割器76係縮回到該滑道78上，該線材切割總成70的該線材切割器在該插入程序的剩餘程序期間保持不妨礙。

在一實施例中，如在以下將參照PCB回流預熱器52所描述者，該PCB係被放置在位於該PCB回流預熱器的一加熱板上的該線材導引件66下方，該加熱板係使用來將該PCB預熱至250°C。額外參照圖8至10，在該線材夾持總成72上的工具係全部安裝於在一直線上的（inline）線性軸承上，且重力使得該工具維持在行程（stroke）的底部。與一數位減壓調節器耦接的一低阻力圓柱體係使用來在當該工具的重量係偏移時，緩慢地增加壓力直到在該線性軸承上的工具逐漸上升，且該系統開始壓縮一輕緩衝彈簧（light buffer spring）。當該彈簧被壓縮到一預負載（透過實驗設定）時，該調節器被設定在該壓力。一磁性線性編碼器係安裝在運輸器而量測在整個程序中該工具的位置，在該工具的位置上創造一封閉迴路。

該線材切割總成70的該線材切割器76與該線材夾持總成72該夾持爪80在該PCB上逐漸下降於其個別位置。一超音波感測器係被使用來將該等總成定位在一正確高度，且該磁性線性編碼器與靠近該迴圈的一伺服軸（servo axis）耦接以用於此操作。此類比超音波感測器允許該系統可即時調整該板與其他組件的熱膨脹。在緊鄰該PCB處，銅線係透過該線材導引件而被饋入，且開始進入在該PCB內的該孔洞。該線材導引件係收縮遠離該PCB同時饋入額外的線材。這允許了該線材維持在該PCB孔洞中開始處，但保有藉由該線材夾持總成72之該等夾持爪80夾持線材的空間。

該線材導引件66縮回的狀況下，該線材夾持總成72的該等夾持爪80在該等線材上閉合，且該伺服軸隨著該線材下降進入該孔洞。在一實施例中，該等夾持爪80被加熱以預熱被該等夾持爪所夾持的該等銅線段。該等夾持爪80被安裝在一低力量測力器（load cell）上，且為被該緩衝彈簧所支撐的一平衡系統的一部分。當該銅線與該焊接墊在該孔洞的底部接觸時，該緩衝彈簧開始塌陷且該伺服系統將施加至該線材的負載平衡，同時發生焊料回流。在該焊料回流時，該線材開始朝著在該PCB上的該焊墊下降。該緩衝彈簧開始卸載，且該伺服進一步下降以維持在該線材柱上向下的壓力。使用磁性線性編碼器與測力器，該系統將會開展出一力距離曲線（force distance curve），顯示該線材成功佈置進入該焊接突塊內。

該線材係被該線材夾持總成72的經加熱該等夾持爪80放開。該線材切割總成70的該滑道係被使用來將客製切齊切割器76帶到該線材處，且該伺服軸控制到該PCB的該切割距離。該切齊切割器76閉合且切割該線材。該切齊切割器76開啟，該切齊切割器縮回且伺服軸兩者升高以重新開始該程序。與夾持爪相關聯的該整合加熱機構增加了接觸表面，因而改善了熱傳導並且移除一額外的工具。該機構46結合了使用來自動化Z軸互連件的程序與機構以用於量產。

此方式使得可自動化組裝CVL入PCB且大量地降低勞力時間與成本同時增加產量與連接的可靠度。此外，此方式可被修改且變得更加通用於在任何兩個一般位置之間將線材擠型的一系統，並不必要用在PCB內。

該設備40的機構可被整合入一積層製造解決方案以增加嵌入導電銅線線材進入3D印刷部分的能力，此為在積層市場上還不可取得的一種概念。因此，可以提供一自動化擠型與切割線材於特定長度的方法，其可放置在任何高架可到達的位置，特別是用於將線材放置入PCB的應用中，主要用於Z軸互連件。

與一加熱方法結合，該系統使得線材可以在任何兩個位置之間被焊接。 用於Z軸互連件的加熱機構

如以上所描述，描述將銅線擠型至特定長度以用於在PCB中Z軸互連件之用途的系統與方法。在一實施例中，從該PCB的頂部鑽一孔洞至在一內部層的一墊上。該墊係預先塗錫。該線材係被插入該等層之間並且在該等層之間回流。參照圖11，在一特定實施例中，該PCB係被放置在一熱板90上，其將PCB的溫度增加到剛好低於回流溫度以下。該線材係透過一熱端點所驅動，例如，具有與該線材夾持總成72的該等夾持爪80相關連的整合加熱元件的一熱方塊。總成的一尖端被帶到預先銑出開口，當線材與一內部塗錫跡線接觸，該焊接回流。該線材係如以上所描述地切齊且該總成被從該設備移除。該焊料冷卻且在PCB內製造銅垂直發射件互連件。

不存在可以加熱且回流線材焊接互連件的解決方案。更明確地，沒有已知的系統可以自動化地加熱一線材以焊接該線材而在一PCB內產生一Z軸互連件。

本揭露的實施例係針對將一工作件放置在一加熱平台上，而將該工作件帶到靠近一焊接回流溫度（但仍在以下）的系統與方法。線材係透過一熱端，例如，具有PID受控之嵌入式加熱元件的一塊金屬所驅動，其將工作件維持在高於回流溫度以上。當該線材係透過該熱端而被驅動進入一預先銑出孔洞至該內部銅跡線，該線材將會與在內部跡線上的一焊墊接觸且將該焊料回流。在此位置，該線材係被切齊且該熱端從該線材移除以使其冷卻並固化。

目前在市場上不存在設計來用於此問題的一解決方案。在此描述之設備的實施例可組配於一高架上，其產生製造Z軸互連件的自動化方法而不需要電鍍程序。用於PCB互連件之焊接線材之目的之透過一加熱與溫度控制加熱方塊而驅動一線材的該功能產生優異效果。

因此，已經描述了至少一個實施例的許多種態樣，習於此技藝者將容易想到各種替代、修改和改進。此等的替代、修改和改進意欲作為本揭露的一部分，並且意欲落入本揭露的範圍內。據此，先前的描述和圖式僅作為範例。

10:PCB 12,14,16:介電層 18:銅層 20:銅跡線 22:孔洞 24:墊 26:銅線 28:焊料 30:Z軸互連件 32,36:訊號跡線 34:頂介電層 38:底介電層 40:設備 42:饋入與擠型機構 46:切割與夾持機構 52:預熱機構 54:線軸 56:支柱 58:導引件 60:夾滾輪 62:第二導引件 64:可撓管 66:線材導引件 68:步進馬達 70:線材切齊總成 72:線材夾持總成 74:數位精度調節器 76:線材切割器 78:滑道 80:夾持爪 82:反向線材切割器 84:真空裝置或增壓器 86:通道 90:熱板

以下參照附加圖式討論至少一實施例的各種態樣，附加圖式並未意欲按比例繪製。圖式係被包括在內以提供例示說明和進一步理解各種態樣與實施例，並且併入本說明書且構成本說明書的一部分，但並未意欲作為本揭露之限制的定義。在圖式中，在各種圖式中例示出的每一個相同或幾乎相同的組件可以用類似的標號表示。為了清楚起見，並不是每個組件都可以在每個圖中標出。在圖式中： 圖1A與1B為一印刷電路板（PCB）之一部分的剖視圖，顯示創造一銅垂直發射件（CVL）的程序步驟； 圖2為使用來將兩個跡線訊號連接之一組裝CVL的立體圖； 圖3為本揭露之一實施例的一整合Z軸CVL安裝設備的一側平視圖； 圖4A至4C為概要圖，顯示銅線擠型與切割銅線的一順序； 圖5為本揭露之一實施例的一雙線材切割與夾持機構的一立體圖； 圖6為雙線材切割與夾持機構之一部分的一放大立體圖； 圖7A與7B為使用來將廢料吸除的一增壓器； 圖8為該雙線材切割與夾持機構之另一部分的一放大立體圖； 圖9為該雙線材切割與夾持機構之另一部分的一放大立體圖； 圖10為該雙線材切割與夾持機構之另一部分的一放大立體圖；以及 圖11為本揭露之一實施例的一加熱機構的概要圖。

40:設備

42:饋入與擠型機構

46:切割與夾持機構

52:預熱機構

54:線軸

56:支柱

58:導引件

60:夾滾輪

62:第二導引件

64:可撓管

66:線材導引件

68:步進馬達

Claims (20)

1. 一種用於將在一印刷電路板（PCB）內之銅垂直發射件（CVL）之製造自動化的設備，該設備包含： 一饋入機構，其係組配為饋入並擠型來自一捆銅線之銅線；以及 一線材切割與夾持機構，其係組配為可 接收來自該饋入機構的銅線， 切割並固定一段銅線， 將該段銅線插入在該PCB內所形成的一孔洞中， 將該段銅線的一端焊接到該PCB的一訊號跡線，以及 將該段銅線的一相反端與該PCB的一表面切齊。
2. 如請求項1的設備，其中，該線材切割與夾持機構包括一線材切割器以及一整合加熱夾持裝置，該線材切割器係組配為將該段銅線切齊，且該整合加熱夾持裝置可接收來自該捆銅線的該銅線，並且切割與抓取來自銅線的一段。
3. 如請求項2的設備，其中，該線材切割器係安裝在一滑道上，該滑道係使用來將該線材切割器定位在該線夾持總成下方。
4. 如請求項2的設備，其中，該線材夾持總成包括一對夾持爪與一反向線材切割器，其等係分別使用來將該銅線夾持與切割，該線材饋入機構係組配為可遞送該銅線的一端進入該等夾持爪。
5. 如請求項4的設備，其中，該反向線材切割器係組配為將來自該捆銅線的該銅線材切割以創造該段銅線，且將該段銅線縮回至該線材夾持總成的一線材導引件內。
6. 如請求項4的設備，其中，該線材夾持總成進一步包括一真空裝置或增壓器，其具有一個通道形成在此而在一修整（trimming）操作期間引導（channel）因切割銅線所產生的廢料。
7. 如請求項6的設備，其中，該真空裝置係與一真空來源連接，以提供移除該廢料所需的吸力。
8. 如請求項1的設備，其中，該饋入機構包括一柱體，其係組配為接收該捆銅線。
9. 如請求項8的設備，其中，該饋入機構進一步包括一導引件、一組夾滾輪以及另一導引件，該組夾滾輪係組配為捏夾或抓取該銅線，該另一導引件與一可撓管連接，此配置為致使來自該線軸的該銅線係透過該導引件被饋入該等夾滾輪之間、並且進入與該可撓管連接的該第二導引件內。
10. 如請求項9的設備，其中，該線材切割與夾持機構包括一線材導引件，其係位在一力量感測夾持總成的一端處，該線材導引件具有較被饋入該線材導引件之該銅線的直徑稍微大一些的直徑。
11. 如請求項9的設備，其中，該饋入機構進一步包括一步進馬達，其驅動一滾輪以饋入該銅線。
12. 如請求項1的設備，進一步包含一PCB回流預熱機構，該PCB回流預熱機構係組配為一旦該銅線被插入進入該PCB的該孔洞中可回流焊接。
13. 如請求項12的設備，其中，該預熱機構包括一熱盤，該熱盤係組配為將該PCB的一溫度升高到剛好低於一回流溫度。
14. 一種使用在請求項1所提出設備而製造一CVL的方法。
15. 一種在一印刷電路板（PCB）內自動化銅垂直發射件（CVL）製造的方法，該方法包含下列步驟： 饋入銅線到一線材切割與夾持機構； 切割並固定一段銅線； 將該段銅線插入於該PCB內形成的一孔洞內； 焊接該段銅線的一端至該PCB的一訊號跡線；以及 將該段銅線的一相反端與該PCB的一表面切齊。
16. 如請求項15的方法，其中，饋入銅線的步驟包括接收來自一捆銅線的銅線。
17. 如請求項15的方法，進一步包含將在一修整操作期間因切割該銅線所產生的廢料移除。
18. 如請求項17的方法，其中，移除廢料包括一真空裝置或一增壓器以及一真空來源，該真空裝置或該增壓器具有一個通道形成在此而引導廢料，該真空來源用於提供移除廢料所需的吸力。
19. 如請求項15的方法，其中，饋入銅線的步驟包括以一組夾滾輪以及與一可撓管連接的另一導引件導引該銅線，該組夾滾輪係組配為捏夾或抓取該銅線。
20. 如請求項15的方法，進一步包含以一PCB回流預熱機構來加熱該PCB，該PCB回流預熱機構係組配為一旦該銅線被插入該PCB的該孔洞可回流焊接。

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