專利名稱：與印刷電路板通孔連接的環(huán)形電路元件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及印刷電路板，更具體地涉及包括各種裝置或元件的印刷電路板，這些裝置或元件將與諸如電阻/導(dǎo)體、電感或介質(zhì)/電容以及由無源電路元件組合而成的組合電路元件(網(wǎng)絡(luò))這樣的各個(gè)無源電路元件連接。
本發(fā)明針對于印刷電路板(PCB)等等。這些電路板一般包括大量的通常是表面安裝的電子裝置，也包括其他另外的元件，這些另外的元件以每個(gè)PCB內(nèi)部或其上的有源層的形式出現(xiàn)。這種印刷電路板中的裝置和元件受到常規(guī)電子設(shè)計(jì)的限制。
更具體地，在這種PCB上的許多表面安裝裝置和其他元件通常需要與諸如電阻/導(dǎo)體、電感或介質(zhì)/電容這樣的各個(gè)無源電路元件連接，以實(shí)現(xiàn)所要求的功能。
現(xiàn)有技術(shù)中解決這個(gè)問題的方法是利用通常是表面安裝在PCB上的分立的無源元件。PCB設(shè)計(jì)還要求設(shè)置通孔，以適當(dāng)?shù)剡B接無源電路元件。鑒于此，無源電路元件可以連接在表面裝置或元件的任何組合與PCB上或內(nèi)部形成的有源電路元件或?qū)又g。
因此，設(shè)置這樣的分立或單獨(dú)的無源電路元件增加了PCB的復(fù)雜性，同時(shí)也增加了PCB上其他裝置的可用表面面積，使得總體增加了PCB的尺寸，以容納包括無源電路元件的必要的表面裝置和元件。
現(xiàn)有技術(shù)中，對有關(guān)電阻電路元件的該問題的更近些的解決方法是設(shè)置平面元件，一般是電阻，最好形成在PCB的層上，以取代如上所述的現(xiàn)有技術(shù)的表面安裝的電阻，從而使PCB的表面部分留作他用。
盡管在某些應(yīng)用中設(shè)置這種平面電阻比分立的表面安裝的電阻具有優(yōu)點(diǎn)，但是它們?nèi)在呌谙鄬υ黾覲CB的復(fù)雜性和空間需求。例如，如果在PCB的一個(gè)表面層上形成平面電阻，則當(dāng)然能夠在電阻上設(shè)置有源表面裝置。然而，與平面電阻連接的PCB的表面部分必須專用于平面電阻本身。于是，板的那一部分不能用于安裝觸片、通孔等。同時(shí)，也需要設(shè)置連接表面形成的平面電阻的導(dǎo)電連線，以將它們連接到PCB內(nèi)的有源裝置或元件。這里，一般使用電鍍的通孔以達(dá)到此目的，又增加了PCB的復(fù)雜性和空間需求。
上述類型的平面電阻形成在PCB的內(nèi)層或平面上。這種結(jié)構(gòu)允許使用例如標(biāo)準(zhǔn)精制(subtractive)PCB技術(shù)，以產(chǎn)生適于高速和高密度電路應(yīng)用的導(dǎo)體圖形和電阻元件。然而，即使是形成在PCB內(nèi)層中的平面電阻，也需要設(shè)置電鍍的通孔或其他導(dǎo)體，以Z方向延伸過PCB，以提供平面電阻與PCB中各個(gè)表面安裝的裝置或元件的必要連接。
因此，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)需要改進(jìn)在PCB中無源電路元件和由無源電路元件組合而成的組合電路元件的設(shè)置。
于是，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供改進(jìn)的PCB等的設(shè)計(jì)，該P(yáng)CB包括外表面的或PCB內(nèi)層的電路元件。
本發(fā)明尤其在于由呈現(xiàn)所要求特性的一般常規(guī)材料形成電路元件。
例如，該電路元件可以包括電阻/導(dǎo)體、電感、介質(zhì)/電容、上述及可能的另外的元件的組合。應(yīng)注意，必要時(shí)展現(xiàn)導(dǎo)電性的所有電阻和類似的必要時(shí)展現(xiàn)某些電阻的所有導(dǎo)體都在本發(fā)明的范圍內(nèi)。因此，認(rèn)為電阻和導(dǎo)體是一般恒定的質(zhì)譜，僅取決于元件的特定元件阻值和導(dǎo)電性。同樣地，介質(zhì)元件可能作用為真正的電介質(zhì)或絕緣元件或一個(gè)電容，這取決于該元件的特定介電常數(shù)。因此，在本發(fā)明中也認(rèn)為介質(zhì)和電容是一般的連續(xù)質(zhì)譜，這取決于特定的介電常數(shù)。
然而，本發(fā)明的更具進(jìn)一步的目的在于在PCB中結(jié)合通孔形成本發(fā)明的電路元件。
在此，所用術(shù)語“電路板”包括印刷電路板和其他裝置襯底，如集成裝置、多芯片模塊和不同層上具有單一圖形的類似裝置。
這里，所用術(shù)語“通孔”是指形成在PCB中用于將一個(gè)表面裝置或PCB元件與PCB上或內(nèi)部的導(dǎo)電層連接起來的任何Z方向?qū)w。例如，一般用通孔將PCB上表面安裝的裝置與PCB的內(nèi)層或平面，或者甚至PCB上的表面導(dǎo)電層連接起來。在后一種情況下，大多數(shù)一般的設(shè)置是一個(gè)通孔，它將PCB一側(cè)上的一個(gè)表面裝置與PCB相對表面上的導(dǎo)電層或平面連接起來。同時(shí)，上述類型的通孔也用于將PCB上或內(nèi)部的表面安裝裝置或元件與PCB上或內(nèi)部形成的導(dǎo)電層或平面連接起來。因此，本發(fā)明更可取地在于形成電路元件或與上述通孔結(jié)合的元件。上述通孔可由中央導(dǎo)體代替，中央導(dǎo)體用作完成包括本發(fā)明的電路元件組件和外圍導(dǎo)電層的電路。
更具體地，本發(fā)明的一個(gè)目的在于提供PCB中的一個(gè)電阻/導(dǎo)體組件，該組件包括在PCB中形成的一個(gè)導(dǎo)電通孔，用于與表面裝置或其他PCB元件的連接，一個(gè)導(dǎo)電觸片，圍繞并電連接于電鍍的通孔，一個(gè)導(dǎo)電層，圍繞該導(dǎo)電觸片并一般與之共面，并與導(dǎo)電觸片分隔，以形成一個(gè)環(huán)形凹口，一個(gè)電阻/導(dǎo)體組件，設(shè)于環(huán)形凹口內(nèi)，由導(dǎo)電材料形成，它具有選擇的電阻率，其外徑和內(nèi)徑分別與導(dǎo)電層和導(dǎo)電觸片電連接，從而該電阻/導(dǎo)體組件在導(dǎo)電層與表面裝置或元件之間與電鍍的通孔相電連接。
更廣泛地，本發(fā)明在于這樣一種電阻/導(dǎo)體或電阻/導(dǎo)體組件，其中環(huán)形凹口在導(dǎo)電層和導(dǎo)電觸片或電鍍的通孔之間形成一個(gè)連續(xù)的通路或間隔。同時(shí)，該電阻/導(dǎo)體組件設(shè)置在凹口內(nèi)，且最好至少與環(huán)形凹口共同延伸。在這種共同延伸的設(shè)置中，電阻/導(dǎo)體組件既可以伸到外徑和內(nèi)徑之間，又可以伸出至覆蓋外徑和內(nèi)徑，下文將詳述。
本發(fā)明還有一個(gè)相關(guān)的目的，在于提供這樣一種電阻/導(dǎo)體組件，其中電阻/導(dǎo)體的外徑和內(nèi)徑中的每個(gè)都是以基本恒定的半徑形成，使電阻/導(dǎo)體組件至少一般地與環(huán)形凹口共同延伸，從而電阻/導(dǎo)體組件的工作電阻值可以簡單地由其外徑和內(nèi)徑的半徑、組件的有效厚度其及電阻率確定。最好認(rèn)為，導(dǎo)電層和導(dǎo)電觸片在其各自的與電阻/導(dǎo)體組件連接處一般具有相等的厚度，以達(dá)到組件的有效厚度。這種情況下，假設(shè)電阻/導(dǎo)體組件具有與導(dǎo)電層和導(dǎo)電觸片大約相等的厚度。
在這種結(jié)構(gòu)中，例如，通過淀積液體先質(zhì)或利用其他形成方法，可以容易地形成電阻/導(dǎo)體組件，通過下文的描述可以清楚。
本發(fā)明的更廣泛的目的在于在PCB中的電鍍通孔與外圍導(dǎo)電層的接點(diǎn)處提供這樣一種電阻/導(dǎo)體組件，該組件具有一個(gè)直接與導(dǎo)電層電連接的外徑和一個(gè)與電鍍的通孔電連接的內(nèi)徑。在此，電阻/導(dǎo)體組件的外徑和內(nèi)徑最好由基本恒定的半徑形成，使得該組件的工作電阻值可以簡單地由其外徑和內(nèi)徑的半徑、該電阻組件的有效厚度及其電阻率確定。
還應(yīng)認(rèn)為結(jié)合上述各目的的電阻或電阻/導(dǎo)體組件的工作電阻值能夠以上述的方式估算。更具體地，下面將給出電阻/導(dǎo)體的工作電阻值的一般估算方法。
至少在本發(fā)明的一個(gè)最佳實(shí)施例中，電阻/導(dǎo)體組件的外徑和內(nèi)徑具有恒定的半徑，該組件的有效厚度可如下確定，參照圖5B。
若R等于電阻值，則可由下式計(jì)算；R=pLwH]]>其中R等于電阻值，以歐姆為單位，p等于電阻的電阻率，以歐姆厘米為單位，L等于電阻的長度，以厘米為單位，w等于電阻的寬度，以厘米為單位，H等于電阻的高度，以厘米為單位(這樣wH是電阻的有效截面積，以計(jì)算其電阻值)。
簡單地參照圖5B，如下所述，電阻體62示為基本恒定的半徑形成其外徑和內(nèi)徑56和58。再者，因?yàn)殡娮梵w62在導(dǎo)電觸片60和導(dǎo)電層或上表面22之間形成一個(gè)電阻，則電阻體62的有效長度等于電阻體的半徑尺寸，即r2-r1。這樣，電阻體的有效寬度意味著電阻體的周長，即由外徑和內(nèi)徑56和58之間的中點(diǎn)法產(chǎn)生的電阻體的周長。這樣，電阻體的有效寬度可以如下得出；W=2[r2-r12+r1]π]]>這些長度和寬度的有效值可以代入如上所述的基本等式。從圖5B易于看出，電阻體的整個(gè)電阻值將與半徑差r2-r1成正比。同時(shí)，電阻值與電阻體的有效寬度成反比，如上所述。
可以利用上述等式調(diào)節(jié)電阻體的外徑和內(nèi)徑的半徑，至少給定電阻體的有效高度(H)，以得到任何所要求的電阻值。當(dāng)然，也允許改變電阻體的有效高度，以確定整個(gè)電阻值。
能夠利用上述等式計(jì)算與圖5B所示的最佳實(shí)施例的盡寸相應(yīng)的電阻值。同時(shí)，在這樣的數(shù)學(xué)計(jì)算中，可以改變電阻體的結(jié)構(gòu)，但可能增加與上述等式相應(yīng)的復(fù)雜性。
此處包括在以下更詳細(xì)描述的數(shù)字標(biāo)號，此處使用它們在于易于應(yīng)用下述描述的最佳實(shí)施例總結(jié)出的等式。
在本發(fā)明的最佳實(shí)施例中，電阻或電阻組件的外徑和內(nèi)徑具有恒定的半徑，環(huán)形電阻或電阻/導(dǎo)體組件的有效電阻值可以更精確地如下確定，參照圖5B和5D。
一般，宏觀量電壓(V)、電流(i)和電阻值(R)適用于具體的物體或延伸的形狀。宏觀量是從相應(yīng)的微觀矢量(點(diǎn)量)電場(E)、電流密度(j)和標(biāo)量電阻率(p)確定的。微觀量可表示為，E＝ρj(1)而相應(yīng)的宏觀量可以表示為，V＝iR (2)點(diǎn)a和b之間的材料的電阻值(任何材料形狀)可以由下述關(guān)系表示為微觀形式，R=Vabi=∫baEdl∫jdS---(3)]]>
在該表達(dá)式中，線積分dl限定沿路徑E的線ab，表面積分dS限定一個(gè)閉合路徑，它相應(yīng)于電流i所包圍的區(qū)域。
上述微觀表達(dá)用于盡寸為(h，w.l)的矩形電阻體，如圖5D所示，向上積分，產(chǎn)生表示矩形電阻體的電阻值的宏觀量，它直接正比于其長度并間接正比于其截面積。R=∫baEdl∫jdS=Ejlwh=ρlwh---(4)]]>這種關(guān)系的誤差分析(關(guān)于矩形幾何形狀)是直線的，并表示為，ΔRR=(Δρρ+Δll)-(Δww+Δhh)---(5)]]>一個(gè)環(huán)形電阻的模型示于圖5B。該模型簡化為電阻體不覆蓋導(dǎo)電平面的頂部。覆蓋導(dǎo)電平面，將使更多電阻接觸區(qū)暴露于銅箔而降低單位容積的電阻的電阻值。如果不能避免覆蓋，可以修改表達(dá)式以考慮覆蓋，如下述等式(7)所示。
參照圖5B，環(huán)形電阻體62示為基本恒定的半徑形成外徑和內(nèi)徑56和58。環(huán)形幾何形狀的電阻值僅是大約的，不能由上述有關(guān)矩形電阻幾何形狀的表達(dá)式準(zhǔn)確描述。環(huán)形電阻的截面積是半徑的連續(xù)的且平滑變化的函數(shù)。該特性可由外徑與內(nèi)徑的對數(shù)率描述。假設(shè)在處理過程中，控制并保持內(nèi)接觸觸片60和環(huán)形電阻體62之間的半徑對稱性，則環(huán)形電阻幾何形狀的電阻值可以精確地表示為R=∫baEdl∫jdS=Ej∫r1r2dr∫0h∫02πrdhdφ=ρ2πh∫r1r2drr=ρ2πhlnr2r1---(6)]]>再者，若不能避免覆蓋，則上述表達(dá)式可修改如下R(ρ,h,d1,d2)=ρ2πhlnd2d1+ρOVERLAPFACTOR---(7)]]>在該表達(dá)式中，d2/d1描述外徑對內(nèi)徑的比率。
環(huán)形幾何形狀等式的電阻值誤差函數(shù)為ΔRR=Δr2r2-Δr1r1+lnr2r1[Δρρ-Δhh]---(8)]]>可以利用上述等式調(diào)節(jié)環(huán)形電阻體的外徑和內(nèi)徑的半徑，至少給定電阻體的有效高度(h)，以得到需要的電阻值。當(dāng)然能夠允許改變電阻體的有效高度，以確定整體電阻值。
因而上面提出的一些等式非常便于相對于圖5B所示電阻器主體的一種較佳實(shí)施例中的各種尺寸，精確計(jì)算電阻值。函數(shù)R(ρ，h，d1，d2)以及同樣地R的誤差函數(shù)具有四個(gè)相關(guān)變量，這些變量之相關(guān)性涉及諸如控制整個(gè)環(huán)厚度、環(huán)外廓尺寸以及平面等一些處理?xiàng)l件。在圓環(huán)幾何形狀的較佳實(shí)施例中，(環(huán)形體橫截面積的)對數(shù)函數(shù)控制電阻器主體的電阻值。為了使被處理的圓環(huán)形電阻的電阻容差直觀化，

圖13中示了了誤差函數(shù)等式(8)相對于內(nèi)外直徑之比的曲線。為了提供一個(gè)可以期望從這種圓環(huán)幾何形狀的電阻容差中獲得者為何的實(shí)例，對于這一計(jì)算所選的參數(shù)和容差如下d1＝20±1.0mil，，d2＝20至68±1.0mil，h＝1.25±0.25mil，而ρ＝1000±100Ωmil。選擇這些具體的參數(shù)與容差之目的僅在舉例，并不旨在對本發(fā)明進(jìn)行限制。
考慮到這四個(gè)變量的容差實(shí)例的改變，該力中定義出了R之容差范圍的包絡(luò)線。容差范圍被限定在這一包絡(luò)線以內(nèi)的全部值中。圖13的容差包絡(luò)線表明，環(huán)形電阻器容差是受到半徑的對數(shù)相關(guān)關(guān)系(相對于環(huán)形的橫截面積的log函數(shù))所控制的，其還表明了對數(shù)函數(shù)是非線性的。但是，圖13也示出，容差獲圍并不總是增大的，在將環(huán)形幾何形狀的因素考慮在內(nèi)時(shí)，在處理過程中允許更佳的容差控制。就此而言，誤差函數(shù)表明，外環(huán)直徑應(yīng)當(dāng)不大于內(nèi)直徑的2倍，以保持較小的電阻容差(＜20％)。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的在于提供具有降低的表面要求的設(shè)計(jì)簡化的電感器元件。
本發(fā)明所特別考慮的方案是，利用諸如布置在一陣列結(jié)構(gòu)上的鐵氧體這樣的通用傳統(tǒng)材料制成電感器元件。因此，本發(fā)明的每一電感器元件的電感則由其尺寸和鐵磁材料的導(dǎo)磁率所確定。
僅就本發(fā)明的電阻器元件而言，本發(fā)明的一個(gè)更具體的目的是，通過與PCB中的通孔(這些通孔用于使表面器件或元件和PCB之中的諸導(dǎo)電層相內(nèi)連)一起形成電感器元件，來提供在PCB之上或之內(nèi)的具有降低表面要求的電感器元件的簡化設(shè)計(jì)。
更特別地，本發(fā)明的一個(gè)目的在于，提供一種在一PCB內(nèi)的電感器組件，其包括一個(gè)在PCB中形成的導(dǎo)電通孔，用于內(nèi)連表面器件或其它PCB元件；一個(gè)導(dǎo)電焊盤，圍繞已鍍通孔并與之相導(dǎo)電地互連；一個(gè)導(dǎo)電層，圍繞導(dǎo)電焊盤并大致與之共面，且與導(dǎo)電焊盤相隔開，以形成一個(gè)環(huán)形凹槽；一個(gè)設(shè)置在該環(huán)形凹槽內(nèi)的電感器組件，其由鐵磁材料所制成，后者具有一個(gè)選定的容差以及分別與導(dǎo)電層和導(dǎo)電焊盤相導(dǎo)電地互連的外圓周和內(nèi)圓周，進(jìn)而使得該電感型組件沿在導(dǎo)電層和表面器件或元件之間的已鍍通孔電學(xué)地耦合。
廣義地說，本發(fā)明提出了一種電感器或電感器組件，其中環(huán)形凹槽在導(dǎo)電層和導(dǎo)電焊盤或已鍍通孔之間形成一條電通路或使之相分隔。同時(shí)，電感器組件設(shè)置于環(huán)形凹槽之中，較佳地至少與環(huán)形凹槽共擴(kuò)展。在這種共擴(kuò)展的配置中，電感器組件既可僅在外圓周和內(nèi)圓周之間延伸，也可以由于處理的限制而疊置于外圓周和內(nèi)圓周上。
本發(fā)明進(jìn)一步相關(guān)的目的在于，提供一種環(huán)形電感器組件，其中環(huán)形電感器組件的外圓周和內(nèi)圓周均以大至恒定的半徑形成，且環(huán)形電感器組件至少大致地與環(huán)形凹槽共擴(kuò)展，從而環(huán)形電感器組件的每單位長度上的工作電感值可以由電感器組件的橫截面積、有效厚度及其導(dǎo)磁率來簡單地確定。本發(fā)明較好地包括，導(dǎo)電層和導(dǎo)電焊盤在其分別與環(huán)形電感組件相互連時(shí)具有大至相等的厚度，以便建立電感器組件的有效厚度。在此情況下，假設(shè)環(huán)形電感器組件具有大約與導(dǎo)電層和導(dǎo)電焊盤的厚度相等的厚度。
在這種本置結(jié)構(gòu)之內(nèi)，環(huán)形電感組件可以容易地例如通過淀積液體先質(zhì)或通過其它從以下描述中將顯見的形成方法而制成。
本發(fā)明的一個(gè)更廣義的目的在于，提供一種在PCB中的一已鍍通孔與一圍繞導(dǎo)電層的接合處的環(huán)形電感器組件。該環(huán)形電感器組件具有直接與導(dǎo)電層相導(dǎo)電地互連的外圓周，以及與已鍍通孔相導(dǎo)電地互連的內(nèi)圓周。在此同樣地，電感器組件的外內(nèi)圓周最好具有基本恒定的半徑，且電感器在其形成圓環(huán)形結(jié)構(gòu)的外內(nèi)圓周之間是大致連續(xù)的。與上述目的進(jìn)一步相關(guān)的，本發(fā)明提供了能夠以上述簡述的方式計(jì)算電感或電感組件的工作電感值的方案。特別地，緊接的下文將給出環(huán)形電感器或電感器組件的電感值的計(jì)算方法。
在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，由于環(huán)形電感器或電感組件的外內(nèi)圓周具有恒定的半徑，因而可以參見圖5B，如下地確地有效電感。
在圖5B中，示出了一個(gè)環(huán)形主體，其具有半徑基本恒定的外內(nèi)圓周。根據(jù)本發(fā)明的環(huán)形電阻器，環(huán)形導(dǎo)感器的橫截面積是半徑的連續(xù)和平滑變化的函數(shù)。這一函數(shù)關(guān)系由外直徑和內(nèi)直徑的對數(shù)比率所描述。假設(shè)在處理過程期間控制和保持內(nèi)觸點(diǎn)焊盤和環(huán)形電感器主體之間的徑向?qū)ΨQ性，則該環(huán)形電感器主體的函數(shù)關(guān)系可由下式表達(dá)令μ＝鐵磁體芯的導(dǎo)磁率(Hm-1)h＝鐵磁體芯的厚度那么可以下列方式確定內(nèi)半徑為r1、外半徑為r2的五形芯棒電感器的每單位長度電感值(L)Lh=μ[18π+12πln(r2r1)](Hm-1)]]>可以容易地利用以上等式來調(diào)整環(huán)形電感器主體的外內(nèi)圓周半徑，以便提供所需電感值，至少給定電感器主體的有效高度(h)。為了達(dá)到確定整個(gè)電感值的目的，當(dāng)然還能夠允許改變電感器主體的有效高度。
因而以上給出的等式能夠有利于計(jì)算相對于具有與圖5B所示環(huán)形電阻器主體相同結(jié)構(gòu)的電感器主體的一種較佳實(shí)施例的不同尺寸的電感器。此時(shí)，電感器主體配置上的變化也可以數(shù)字判定類似地推導(dǎo)而出，但要能會相對于上述等式增加復(fù)雜程度。
本發(fā)明地一步包括，以與以上關(guān)于電阻器和電感器元件的討論相同的方式，提供降低了表面要求的設(shè)計(jì)簡化的介電/電容器元件。
本發(fā)明特別地包括，在一合適的基體上，利用例如環(huán)氧樹脂或樹脂(例如氰酸鹽酯、聚酰亞胺及卡普頓材料)的一般常用介電材料，或者例如陶瓷顆?；蚍勰┑绕渌阎殡姴牧?，來制作介電/電容器元件。因此，本發(fā)明的每一介電/電容器元件的電容值，通過介電材料的介電常數(shù)或相對導(dǎo)磁率及其材料的尺寸來確定。
本發(fā)明的介電/電容器元件能夠以前述電阻器和電感器元件相同的方式用于PCB，并具有與以前述元件相同方式形成的具有圓環(huán)形結(jié)構(gòu)的較佳實(shí)施例。就此而言，介電/電容器元件通過設(shè)置于導(dǎo)電層和導(dǎo)電焊盤或通孔之間的介電材料而形成。與本發(fā)明的電阻器和電感器元件相比，介電/電容組件的有效厚度可以通過導(dǎo)電層和導(dǎo)電焊盤的厚度來建立。類似地，可以以與上述電阻值和電感值基本相同的方式，確定有效電容值。
就此而言，由于具有基本恒定的半徑且半徑為r1和外半徑為r2的本發(fā)明的環(huán)形電容器組件的每單位長度的電容(C)和有效厚度(h)可依下等式確定Ch=2π∈lnr2r1]]>ε被如下確定∈=8.85picofaradsmeter(∈r)]]>其中εr是環(huán)形介質(zhì)的相對導(dǎo)磁率。
上述等式允許確定其中r1和r2為基本常數(shù)的環(huán)形電容器組件的較佳實(shí)施例的有效電容，但也可適用于r1和r2不恒定的附加環(huán)形電容器主體的場合。
本發(fā)明進(jìn)一步包括，可以采用一些電路元件來提供例如高通或低通LC或RC(電感-電容或電阻-電容)網(wǎng)絡(luò)、pi-濾波器電路網(wǎng)絡(luò)和帶通電路網(wǎng)絡(luò)等包括本發(fā)明的無源電路元件的工作組合的一些網(wǎng)絡(luò)電路元件。術(shù)語″濾波器″在此表示一些允許一定的選定頻率信號通過電路而阻止其它一些頻率的信號的電路元件。
就此而言，至少本發(fā)明的這些網(wǎng)絡(luò)電路的部分可以在PCB內(nèi)層或外層上的環(huán)形凹槽之內(nèi)形成，其中環(huán)形無源電路原件被設(shè)置在一不同環(huán)形電路元件之內(nèi)，以形成一系列如圖8所示的操作上互連的集中電路元件主體，對此下在將作更詳細(xì)的描述。在此，術(shù)語″集中″用于表示具有一公共軸的多個(gè)電路元件主體，這些元件主體的幾何形狀可以是多種多樣的。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的還在于，提供制作如上所述的無源電路元件或電路元件組件的方法，其中在PCB的導(dǎo)電層上形成一環(huán)形凹槽，由選定材料制成的電路元件組件形成于該環(huán)形凹槽中，其外圓周與導(dǎo)電層相導(dǎo)地互連，在PCB中形成一通孔，其鍍有導(dǎo)電材料，并且一無源電路元件組件的內(nèi)圓周相導(dǎo)電地互連。執(zhí)行步驟的順序是可以改變的。例如，可以在將電路元件組件沉積到環(huán)形凹槽中之前形成通孔。在此同樣地，導(dǎo)電焊臺也以繞已鍍通孔形成，以便連接電路元件組件。
本發(fā)明的一個(gè)相關(guān)目的在于，提供一種通過將材料篩在PCB導(dǎo)電層中形成的一個(gè)圓環(huán)來形成一環(huán)形電路元件或元件組件，以便制成本發(fā)明的環(huán)形電阻器/導(dǎo)體、電感器或介電/電容器。
本發(fā)明的一個(gè)相關(guān)目的還在于，提供一個(gè)多通序列處理方法，用于將材料篩成PCB導(dǎo)電層中形成的一個(gè)圓環(huán)，產(chǎn)生一系列導(dǎo)電地互連的環(huán)形電路元件，以便形成一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的復(fù)合電路。
本發(fā)明的又一相關(guān)目的在于，提供一種如上所述的處理方法，其中無源電路元件或電路元件組件包括多個(gè)較佳地形成于環(huán)形凹槽內(nèi)的元件。
本發(fā)明的其它目的和優(yōu)點(diǎn)，在以下結(jié)合附圖的詳細(xì)描述中，將變得列加明顯。
圖1是一印刷電路板(PCB)的平面圖，其上示有一些表面器件，它們通過相應(yīng)通孔與各種元件相連接；圖2、3和4分別是沿圖1中-II線、III-III線和IV-IV線取出的剖視圖；圖5A為圖1中PCB中形成為一子組件的電容疊板的平面圖，更詳細(xì)地地了一個(gè)根據(jù)本發(fā)明的電阻組件；圖5B是根據(jù)本發(fā)明構(gòu)成的單個(gè)電阻器主體的局部視圖，其具有如圖5A所示的較佳結(jié)構(gòu)。
圖5C是類似于圖6的表示在PCB的內(nèi)層上形成的環(huán)形電阻器；圖5D表示具有三維(h，w，l)尺寸的矩形電阻器主體。
圖6是沿圖5A的IV-IV線取出的局部視圖；圖7是類似于圖5A所示的表示電容器疊板的一部分的局部視圖，表地本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖8是一個(gè)具有同心環(huán)的類似的環(huán)形電路元件，其具有不同的電特性；圖9A和9B表示分別包括一電感器和電容器或一電阻器和電容器的高通濾波器組件；圖10A和10B類似地表示分別包括電容器和電感器或電容器和電阻器的低通濾波器；
圖11A和11B分別表示包括兩個(gè)并聯(lián)的且與一電感器或一電容器相耦合的電容器的pi濾波器；圖12A和12B分別表示電感器和一電阻器的并聯(lián)設(shè)置與電阻器相耦合、或者一電容器和與之串聯(lián)耦合的電感器與電阻器的設(shè)置；圖13表示一圓環(huán)形電阻器的是阻容差包絡(luò)曲線；圖14-20，共同地表示出根據(jù)本發(fā)明的制作環(huán)形電阻器或電路元件組件的順序處理步驟；圖17A、18A、17B和18B，共同地表示圖4-20所示的方法的一種替換，它們適合于制作具有不同同心部件的環(huán)形電路元件。
現(xiàn)在參見附圖，特別是圖1-4，用10統(tǒng)一表示一塊印刷電路板，其形成有以下將結(jié)合圖2-4更詳細(xì)描述的多層。如以下將詳述的，表面安裝器件12、14、和16設(shè)置在PCB的上表面18上，用于互連PCB內(nèi)的各導(dǎo)電層。
參見圖2-4，PCB的內(nèi)層包括由導(dǎo)電箔或?qū)?2和24形成的電容器疊板，這些導(dǎo)電箔或?qū)?2和24設(shè)置在一介電層26的相對兩側(cè)；介電層26例如由環(huán)氧樹脂或者由其它具有較大介電常數(shù)的材料制成。導(dǎo)電箔22是用于PCB的電源平面，而另一導(dǎo)電箔24則是用于PCB的接地平面。這種高介電常數(shù)可以由環(huán)氧樹脂層或者其它由任何一種眾所周知的陶瓷材料所填充的聚合物來提供。
該P(yáng)CB還包括另一導(dǎo)電層或信號平面28和設(shè)置在電容疊層20和信號平面28的相對側(cè)上的附加層30、32和34，以構(gòu)成PCB。
PCB10只是為舉例目的描述的。本發(fā)明包含了具有任何層數(shù)的PCB。如從以下描述所能看到的，本發(fā)明還包含表面器件12、14和16以外的器件或元件，它們根據(jù)本發(fā)明以如下所詳細(xì)描述的方式類似地與電阻體互連。
表面器件12、14和16與相應(yīng)的電阻組件36A、36B和36C相連接，它們將由根據(jù)本發(fā)明的其他電路元件所取代。該電阻組件具有類似的結(jié)構(gòu)，但被設(shè)置在PCB10的不同導(dǎo)電層或平面中，如下面所更詳細(xì)描述的。
表面器件12，借助例如分別與信息道42和44相連的安裝焊盤38和40，而與PCB10的表面18相連。
信號道42和44分別與分別同涂覆的通孔50和52相連的附加焊盤46和48相連。
參見圖2，電阻組件36A圍繞著通孔50并與通孔50互連，并同時(shí)與電容疊層20的導(dǎo)電或接地平面24互連。
另一個(gè)涂覆的通孔52，根據(jù)用于表面器件12的所需要的操作，可以與PCB20的任何部分或元件相連。為表面器件14和16提供了類似的通孔連接。因此，這些器件的表面連接的相應(yīng)元件，采用與用于上述表面器件12的通孔連接的標(biāo)號對應(yīng)但加撇或加雙撇的標(biāo)號表示。
參見圖3，電阻組件36B，以與圖2所示的電阻組件36A類似的方式構(gòu)成，但與導(dǎo)電箔或電力平面22互連。
類似地，參見圖4，電阻組件36CD，以與圖2所示的電阻組件36A類似的方式構(gòu)成，但與附加信號平面28成導(dǎo)電關(guān)系。
如圖1-4所示，根據(jù)本發(fā)明的電阻或電路元件可以被設(shè)在PCB等中任何通孔與任何導(dǎo)電平面或?qū)踊蛩鼈兊慕M合的相交處。從圖2和3與圖1的結(jié)合，可進(jìn)一步看到，借助相同的各個(gè)通孔，表面器件12和14能夠與相應(yīng)的電阻或其他電路元件以及電容疊層相互連。
圖4顯示了電阻或其他電路元件組件可以被設(shè)置在PCB的其他導(dǎo)電層中。還可理解的是，這些導(dǎo)電層甚至可以被形成在PCB的一個(gè)側(cè)表面上。
另外，圖2-4的電阻組件36A、、36B和36C被一般地顯示為其他目的形成在PCB10中的通孔的相交處。更具體地，圖2-4中的通孔一般是用于為相應(yīng)的表面器件提供與PCB內(nèi)的各種元件的必要的電連接。在此情況下，電阻組件36A、36B和36C只被加在這些事先已存在的通孔與PCB中選定的導(dǎo)電層的接合處上。
同時(shí)，應(yīng)理解的是，根據(jù)本發(fā)明的電阻或電路組件可以以類似的方式被設(shè)置在通孔與導(dǎo)電平面相交處，這種通孔是專門為了與組件相連而設(shè)置的。換言之，本發(fā)明的電阻或電路元件不限于事先已存在于PCB中的、用于其他目的的通孔。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，組件36A最好由具有所希望的電阻率的導(dǎo)電/電阻材料制成。
圖5A和6更詳細(xì)地顯示了電阻電路組件36A的結(jié)構(gòu)。這里，應(yīng)理解的是，組件36B和36C的結(jié)構(gòu)與下面關(guān)于電阻電路組件36A的相類。
參見圖5A和6，電容疊層20被顯示為包含在圖1-4的PCB10中的元件。為此，在開始時(shí)把導(dǎo)電箔或電源和接地平面22和24疊置在介電層26上，以形成作為在結(jié)構(gòu)上自我支持的元件的電容疊層20。
在電容疊層20中，電阻電路元件組件36A被形成在上導(dǎo)電箔或電力平面22上。如上所述，制作電阻電路元件組件的方法特別簡單。同時(shí)，制作本發(fā)明的電阻電路元件組件的方法，使得改變各個(gè)電阻組件的有效電阻變得非常容易。如下面要更詳細(xì)描述的。
在開始時(shí)，在外周邊56與內(nèi)周邊58之間的導(dǎo)電箔或電力平面22上，形成環(huán)形槽54。另外，由于導(dǎo)電箔22在開始時(shí)與通孔50導(dǎo)通，所以環(huán)形槽54的形成也在內(nèi)周邊58與涂覆的通孔50之間形成了導(dǎo)電焊臺60。
由于電力平面22由導(dǎo)電材料形成，因而很容易在導(dǎo)電箔22上蝕刻其他電路元件的同時(shí)蝕刻環(huán)形槽54，就象在這種PCB中形成電容疊層的傳統(tǒng)方法那樣。
隨后在環(huán)形槽54中形成或設(shè)置電阻體62，以使它分別與位于外和內(nèi)周邊56和58上的電力平面22和導(dǎo)電焊臺60相電連接。
最好，環(huán)形槽54的外和內(nèi)周邊56和58具有恒定的半徑，且導(dǎo)電焊臺60有與電力平面22相似的厚度，至少在與內(nèi)和外周邊58和56相鄰處。
這些特征特別簡化了從外和內(nèi)周邊56和58的半徑、電力平面22(以及相應(yīng)地導(dǎo)電焊臺60)的厚度以及形成電阻體62的材料的電阻率來預(yù)先確定和計(jì)算電阻體62的總電阻。假定電阻體62的厚度大體等于電力平面22和導(dǎo)電焊臺60的厚度。
圖5B顯示了確定電阻體62的電阻的簡化計(jì)算方法。
至少在本發(fā)明的最佳實(shí)施例(其中電阻電路組件或電阻電路元件組件的外和內(nèi)周邊有恒定的半徑)中，電阻或電阻組件的有效電阻可以按如下方式確定，參見圖5B。
若R為電阻，則已知電阻可由下式確定R＝ρL/(wH)其中R是電阻且單位為歐姆；ρ是該電阻器的電阻率，其單位為歐姆厘米；L是電阻器的長度，單位為cm；w是電阻器的寬度，單位為cm，且H是電阻器的高度，單位為cm(因而wH是用于計(jì)算電阻的電阻器有效橫截面積)。
參見圖5B，電阻體62被示意顯示為構(gòu)成其外和內(nèi)周邊56和58的大體恒定的半徑。另外，由于電阻體62形成了導(dǎo)電焊臺60與導(dǎo)電層或上表面22之間的電阻器，所以電阻體62的有效長度等于電阻體的徑向尺寸，即r2-r1。因而電阻體的有效寬度就是該電阻體的平均周長，即從外和內(nèi)周邊56和58之間的中點(diǎn)產(chǎn)生的電阻體周長。因此，電阻體的有效寬度可表示如下W=2[r2-r12+r1]π]]>寬度和長度的這些有效值隨后可被代入關(guān)于電阻的上述基本公式。從圖5B不難看出，電阻體的總電阻與半徑差即r2-r1成正比。同時(shí)，電阻與上述電阻體的有效寬變成反比。
上述公式很容易被用于調(diào)節(jié)電阻體的外和內(nèi)周邊半徑，以提供所需的電阻，至少給定電阻體的有效高度(H)。當(dāng)然還可以改變電阻體的高度以確定總電阻。
參見圖5C，在本發(fā)明的環(huán)形電路元件組件的最佳實(shí)施例的另一種形式中，所示的環(huán)形電路元件36D的內(nèi)周邊58可以由通孔50的外周邊限定。然而，在此實(shí)施例中，電力平面22的厚度(h)可被用來確定電路元件體62的有效高度(H)，以進(jìn)行上述計(jì)算。
因此，上述公式便利了圖5B所示的電阻體的最佳實(shí)施例相對于尺寸的電阻計(jì)算。同時(shí)，電阻體的結(jié)構(gòu)的改變也可以以類似的方式被包括在這種數(shù)學(xué)計(jì)算中，但可能比上述公式更復(fù)雜些。
在此方面，可以按如下方式確定如圖5B所示的環(huán)形電阻電路元件組件62的電阻，參見圖5B、5C和5D。
先參見圖5D，可以借助下列關(guān)系，在微觀上表達(dá)點(diǎn)a和b之間的材料(可具有任何材料形狀)的電阻(R)，其中V為電壓，i為電流，E為電場，j為電流密度且ρ為電阻率R=Vabi=∫baEdl∫jdS]]>在此表達(dá)式中，線積分dl限定了沿著E的線段ab，且面積分ds限定了一個(gè)閉合環(huán)路(與電流流向垂直)，它對應(yīng)于被電流i所包圍的面積。
以上用于具有尺寸(h，w，l)的、如圖5D所示的矩形電阻體的表達(dá)式，在積分后不難給出一個(gè)宏觀量，該宏觀量表明電阻正比于其長度且反比于其橫截面積。R=∫baEdl∫jdS=Ejlwh=ρlwh]]>圖5B中顯示了環(huán)形電阻體62的一個(gè)模型。該模型進(jìn)行了簡化，即電阻體62不與導(dǎo)電電力平面22的頂部重疊。與導(dǎo)電平面頂部的重疊，通過使更大的電阻接觸面積暴露于銅箔，而降低了單位體積的電阻值。如果不能避免重疊，可對該表達(dá)式進(jìn)行修正，以如公式(7)所示地考慮重疊。另外，環(huán)形電阻體62的該模型的簡化，還在于電阻體62的有效高度h可由電力平面22的厚度簡單地確定。
參見圖5B，所示的環(huán)形電阻體62具有大體恒定的、形成其外和內(nèi)周邊56和58的半徑。環(huán)形形狀的電阻值只能近似得到，而不能由關(guān)于矩形電阻的上述表達(dá)式獲得。環(huán)形電阻62的橫截面積是半徑的連續(xù)平滑函數(shù)。這種函數(shù)性質(zhì)分別由外和內(nèi)環(huán)直徑r2和r1的對數(shù)比描述。假定內(nèi)接觸焊臺60和環(huán)形電阻體62之間的徑向?qū)ΨQ性在制作中得到控制和保持，則環(huán)形電阻器的電阻由下式嚴(yán)格給出R=∫baEdl∫jdS=Ej∫r1r2dr∫0h∫02πrdhdφ=ρ2πh∫r1r2drr=ρ2πhlnr2r1]]>另外，若重疊不可避免，則上式可被修正如下R(ρ,h,d1,d2)=ρ2πhlnd2d1+ρ]]>在此式中，d2/d1為外徑與內(nèi)徑之比(沒有其他表示)。
上述公式這樣便提供了按本發(fā)明所形成的環(huán)形電阻電路元件電阻值的精確計(jì)算，或者對或者不對電阻器主體進(jìn)行處理重疊(overlap)。
從形成電阻器主體62的方法中也可以看出，通過為外和內(nèi)周邊56和58選擇合適的半徑，可以簡便地預(yù)定其有效電阻。換言之，給定電阻器主體的有效厚度和所用材料的電阻率，電阻器主體周邊半徑就能夠選擇出，以便產(chǎn)生其有效電阻。
電阻器主體最好由液先質(zhì)(lipuid precursor)形成，例如懸浮于液體中的粉末電阻材料。以此種方法，如果必要或需要的話，可以用傳統(tǒng)的技術(shù)沉淀并形成電阻器主體。然而，應(yīng)當(dāng)明白，電阻器主體也可以由其他的先質(zhì)形成，例如，或者是液態(tài)的或者是糊狀的或者是其他稠度的，甚至是干的薄膜。
一般來說，可以采用液態(tài)先質(zhì)形成電阻器主體，只要該先質(zhì)能夠摻入或混合入合適的、或者呈粉狀或者可能是較大顆粒的電阻材料。該先質(zhì)也必須選擇得使其能夠承受傳統(tǒng)的PCB處理步驟。
適用于本發(fā)明的一種特殊的液態(tài)先質(zhì)可從美國專利4,870,746的例子中得到，該專利于1989年10月3日授于Klaser(其轉(zhuǎn)讓給Litton System公司)。上述對比文件中所描述的導(dǎo)性或阻性墨汁(ink)也可用于形成本發(fā)明的電阻器主體。進(jìn)一步注意到，這種導(dǎo)性或阻性墨水可以或者形成為液態(tài)的，其能用合適的絲網(wǎng)技術(shù)沉淀，或者形成為糊狀的，其能用于擠壓或整平(Planing)，從而形成電阻器主體。再次參見圖5A，例如，這種技術(shù)特別適于形成環(huán)形凹槽(如54處所表示的)中的電阻器主體62。
為了本發(fā)明公開的目的，上述提到的專利在此作為一個(gè)整體而成為本發(fā)明的對比文件。
如上述說明的那樣，在廣義上使用了術(shù)語″環(huán)形凹槽″，以包括其他簡單的圓形結(jié)構(gòu)。參見圖7的例子，可以形成一種電路元件部件36E，以代替電路元件部件36A、36B或36C中的任何一種。如圖7所示，該電路元件部件36E由一個(gè)環(huán)形凹槽64形成，該凹槽64形成于一個(gè)由一涂覆通孔68提供的內(nèi)周邊66和一個(gè)與導(dǎo)體面72相鄰的外周邊70之間。然而，在圖7的結(jié)構(gòu)中，外周邊70是矩形的。
同時(shí)，一個(gè)電路元件體74由類似的分段74A-D形成，這些分段以與內(nèi)及外周邊66和70導(dǎo)電互連的方式布置。
這樣，圖7示出，根據(jù)本發(fā)明，采用不同結(jié)構(gòu)(或形成外和內(nèi)周邊的不同的幾何形狀)的環(huán)形凹槽，能夠形成一個(gè)電路元件部件。如圖7所示，凹槽的內(nèi)周邊實(shí)際上能由涂覆通孔本身形成。圖7所示的設(shè)計(jì)上的變化對于在不同的應(yīng)用場合使用本發(fā)明的電路元件部件來說是需要的。
已注意到，上述有關(guān)形成環(huán)形電阻電路元件部件36A或環(huán)形電阻器主體62的討論適合于形成本發(fā)明諸環(huán)形電路元件的任何一種。在此，一種環(huán)形導(dǎo)體電路元件可以與上述方式(其中先質(zhì)材料呈現(xiàn)低電阻率(高導(dǎo)電率))相同的方式形成。類似地，如上述的先質(zhì)材料采用例如以合適的陣列布置的鐵-磁先質(zhì)材料而呈現(xiàn)的感性特性那樣，可以形成一種環(huán)形電感電路元件。此外，如下所述，通過采用一種合適的介電材料，可以形成一種介電/容性環(huán)形電路元件。
在本發(fā)明的另一個(gè)最佳實(shí)施例中，試圖提供一種與一個(gè)PCB通孔相連的環(huán)形電感電路元件。本發(fā)明還進(jìn)一步設(shè)想到，環(huán)形電感器或電感部件具有基本上半徑恒定的外和內(nèi)周邊，其中電感器或電感部件的電感值如下述那樣確定。
首先，正如圖5B的環(huán)形電阻器主體62那樣，環(huán)形電感器的橫截面為半徑的連續(xù)且平滑變化函數(shù)。這種函數(shù)特性由外徑與內(nèi)徑的對數(shù)比值來描述。假設(shè)，電感主體內(nèi)周邊與接觸焊點(diǎn)或?qū)щ娡扛餐字g的徑向?qū)ΨQ性得到控制且在其后的處理中得到保持，則用于環(huán)形電感主體的函數(shù)關(guān)系可由下述表示
設(shè)μ＝鐵磁芯的導(dǎo)磁體(Hm-1)h＝鐵磁芯的厚度則具有內(nèi)半徑r1和外半徑r2的環(huán)形鐵磁芯電感器之單位長度的電感量(L)由下式確定Lh=μ[18π+12πln(r2r1)](Hm-1)]]>在至少給出電感器主體有效高度(h)的情況下，上述公式能容易地用于調(diào)整環(huán)形環(huán)狀電感器主體之外和內(nèi)周邊的半徑，從而提供所需的電感值。為了確定總電感值之目的，當(dāng)然也能夠允許電感器主體有效高度的變化。
對于其結(jié)構(gòu)與圖5B環(huán)形電阻器主體62所示的結(jié)構(gòu)相同的電感器主體的一個(gè)最佳實(shí)施例來說，上述公式容易實(shí)現(xiàn)相對于尺寸的電感值的計(jì)算。同時(shí)，電感器主體結(jié)構(gòu)上的變化類似地可用于這種數(shù)學(xué)上的確定上，但是相對于上述公式來說會增加復(fù)雜性。
或者環(huán)形電阻器主體62(更廣義地說是電感器/電阻器)或者上述的環(huán)形電感電路元件也可以由上述形成的環(huán)形介質(zhì)/電容器所替代，其中液先質(zhì)包含呈現(xiàn)介電特性的材料，如環(huán)氧樹脂，或者例如最好具有高介電常數(shù)的陶瓷顆粒。如上所述，對于所生成的環(huán)形介電/容性環(huán)形電路元件來說，特別地基于其介電常數(shù)，這種元件既能作為介質(zhì)(絕緣體)又能作為電容器。
在這一方面，本發(fā)明的具有基本上恒定的半徑、具有內(nèi)半徑r1、外半徑r2以及有效厚度(h)的環(huán)形電容器部件之單位長度的電容值(C)可由下式確定Ch=2π∈lnr2r1]]>其中εr是環(huán)形物的相對介電常數(shù)∈=8.85picofaradsmeter(∈r)]]>本發(fā)明進(jìn)一步提供了合成電路元件(或網(wǎng)絡(luò))，其由無源電路元件如導(dǎo)體/電阻器、電感器和介質(zhì)/電容器的工作上的組合而形成。
在一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，特別地提到在一個(gè)位于PCB層內(nèi)部或外部的環(huán)形凹槽之內(nèi)形成合成電路元件部件，其中，一個(gè)環(huán)形無源電路元件布置在一個(gè)不同的環(huán)形電路元件之內(nèi)，從而形成一系列工作上互連的同心電路元件體，如圖8的示。在此，術(shù)語同心用來表示多個(gè)具有共同軸心的電路元件體，而這些元件體可以在幾何形狀上不同。
參見圖8，合成電路元件部件80在環(huán)形凹槽92內(nèi)形成，凹槽92在PCB(未示出)中疊層板的一個(gè)導(dǎo)電面94內(nèi)。一個(gè)環(huán)形介質(zhì)體82這樣形成，其外周邊86與導(dǎo)電面94在工作上接觸并具有恒定半徑r3。介質(zhì)體82的內(nèi)周邊88具有恒定半徑r2，并且通常與一個(gè)環(huán)形電感器體84的外周邊96共同延伸且在工作上與之接觸。電感器體84例如可以由布置成合適矩陣的鐵磁材料形成。環(huán)形電感器體84的外周邊96具有基本上等于r2的恒定半徑。電感器體84的內(nèi)周邊90具有恒定的半徑r1，并且通常與PCB(未示出)中的導(dǎo)電涂覆通孔98共同延伸且在工作上與之接觸。
在圖8的示的環(huán)形合成電路元件部件80中，使用了介質(zhì)體82以提供與PCB疊層板上導(dǎo)電層94的電絕緣。在此，介質(zhì)體82可以例如由一種合適的具有足夠低的介電值的介電材料形成。
其他的合成電路元件部件可以在本發(fā)明中以上述相同的方式形成，其中特定的電路元件得以改變以提供所需的合成電路(或網(wǎng)絡(luò))。一種形成如圖8中80所示的合成電路元件部件的方法將在下面敘述。
由本發(fā)明的形成的幾種可能的合成電路以圖9A、9B、10A、10B、11A、11B、12A和12B中的等效電路圖表示。
首先，圖9A和9B表示高通濾波器部件，其分別由一個(gè)電感器L和一個(gè)電容器C或一個(gè)電阻器R和一個(gè)電容器C構(gòu)成，用于限制相對低頻的信號而使相對高頻的信號從電路中通過之目的。在圖9A和9B的電路陣列的每一個(gè)中，電容器最好由用PCB的多個(gè)層所形成的電容器疊層來制成，電感器或電阻器通常與電容器相連，從而形成圖中所示的等效電路100和110。
圖10A和10B類似地示出低通濾波器部件，其例如由與上述結(jié)合圖9A和9B的等效電路所描述的元件相類似的元件形成。然而，在圖10A和10B的等效電路120和130中，各元件通常以圖中所示的方法相互連接，以濾除或限制相對高頻的信號而讓相對低頻的信號從電路中通過。也可以注意到，在圖9A、9B、10A和10B的所有等效電路中，電容器起到建立分離相對高和相對低頻信號的程度的特殊功能。
圖11A和11B類似地為π濾波器的等效電路。同樣，圖11A和11B的等效電路140和150類似于圖10A和10B的等效電路，但各電容器連接于各電感器或電阻器的兩側(cè)并且并聯(lián)連接于地，從而建立所要的功能。
圖12A和12B示出帶通濾波器的等效電路160和170，其中一個(gè)電阻器例如通過一個(gè)PCB建立信號連通，該電阻器的一側(cè)分別通過如圖所示的電感器與電容器的或者一個(gè)并聯(lián)或者一個(gè)串聯(lián)結(jié)構(gòu)接地，從而實(shí)現(xiàn)所要的功能。
本發(fā)明的形成電路元件部件或電路元件體的方法，通過對本發(fā)明的前述描述，顯然已變得非常清楚。然而，下述對形成方法的描述將能確保對本發(fā)明的完整理解。
首先，參見圖5A和6，在一個(gè)導(dǎo)電板上形成一個(gè)環(huán)形凹槽，該環(huán)形凹槽具有如上所述的一個(gè)外周邊和一個(gè)內(nèi)周邊。最好，內(nèi)周邊還限定了一個(gè)導(dǎo)電焊盤。一個(gè)通孔可以軸向地形成在該導(dǎo)電焊盤內(nèi)，這可以在形成環(huán)形凹槽之前也可以在形成電阻器主體之后，甚至在其包含在一個(gè)PCB中之后，如圖1-4中的10所示的那樣。
回到該特定的方法，電阻器主體然后形成在該環(huán)形凹槽中。最好，電阻器體至少與環(huán)形凹槽共同延伸并最好與外和內(nèi)周邊相重疊，而在同時(shí)至少為環(huán)形凹槽從中形成的導(dǎo)電板的厚度。如上所述，這便非常簡化了電阻器主體之有效電阻值的確定。帶著這樣形成的電阻器部件，含有該電阻器部件的導(dǎo)電板然后被疊層為PCB或類似的如上所述的電路板組件。如上述已經(jīng)說明的那樣，所需的通孔可以在完成PCB之后形成。
一種用于將液先質(zhì)形成的材料篩成形成在PCB的一個(gè)導(dǎo)電層中的環(huán)形物的較佳方法，參照圖14-20和與圖14-20結(jié)合考慮的圖17A、18A、17B和18B，通過下述的描述可以實(shí)現(xiàn)。在這方面，圖14-20提出在環(huán)形空間中形成一個(gè)單個(gè)電路元件，而圖17A-18B以及圖14-20一起示出了在環(huán)形凹槽中沉淀多個(gè)元件之方法的一種變型。
首先參見圖14-20，一個(gè)易處理的接觸層206-其最好通過絲網(wǎng)印刷一種合適的光圖像(photoimaging)聚合物如環(huán)氧樹脂(或，例如用作為焊接掩膜(soldermask)的聚合物)而形成為一個(gè)干的薄膜圖像-被印像到例如PCB(未示出)上的疊層板200的導(dǎo)電層202上。最好，導(dǎo)電層202可以是疊層到合適的玻璃或環(huán)氧樹脂層或襯底204上的銅泊，如圖14和15所示。
參見圖15，該易處理的接觸層206施加到疊層板200的導(dǎo)電層202上，從而提供一個(gè)通常連續(xù)的帶有一個(gè)選定區(qū)域或區(qū)域208的保護(hù)層，該區(qū)域曝光或留下未受保護(hù)的底層導(dǎo)電層或薄膜202。
具體參見圖16，然后進(jìn)行如銅刻蝕的去除步驟，從而從疊層200移去導(dǎo)民層202的暴露區(qū)或部分208(見圖15)，以在疊層200’的導(dǎo)電層202’上形成一環(huán)形槽212(見圖16)。最好暴露區(qū)208為環(huán)形結(jié)構(gòu)，其周圍為大體上與中央島206B連續(xù)的接觸層的一部分206A。因而周圍部分206A和中央部分206B分別限定了環(huán)形槽212的外周和內(nèi)周212A和212B。
具體參見圖17，屏或板214配置在可處理的接觸層206上方，屏或板214具有對應(yīng)于導(dǎo)電層202’上的環(huán)形槽212的一個(gè)或多個(gè)開孔216。屏或板214可以是常規(guī)絲、聚酯或鋼網(wǎng)屏，如在PCB制造領(lǐng)域或其它領(lǐng)域所公知的。
在配置上述屏214之后，繼續(xù)參見圖17，經(jīng)屏或板214施加用于所需電路元件的先質(zhì)218，以填充導(dǎo)電層202’中的環(huán)形槽212并因此形成作為環(huán)形體的電路元件，也標(biāo)為218。為此，先質(zhì)218最好為液體先持或由例如聚合物層(如環(huán)氧樹脂)形成的墨，以提供一種載體，用于形成的需電路元件的合適材料。為此，由于所需電路元件可以是一電阻或一導(dǎo)體，在液體先質(zhì)中擴(kuò)散有一種合適的導(dǎo)電材料，發(fā)有所需電阻或電導(dǎo)特性的導(dǎo)電聚合物或顆粒金屬。在電感器的情況下，在液體先質(zhì)材料中擴(kuò)散一種合適的磁性材料，如顆粒鐵氧體。同樣，在液體先質(zhì)中擴(kuò)散一種合適的材料，如具有一定介電常數(shù)的陶瓷，可以形成介電體或電容器。再者，電路元件為介電體或電容器主要取決于電路元件的介電常數(shù)。進(jìn)而，在電容器情況下，有必要在環(huán)形槽212的外周和內(nèi)周212A和212B處都提供導(dǎo)體。這一點(diǎn)當(dāng)然是通過導(dǎo)電層202’的周圍部分202A和中央部分202B實(shí)現(xiàn)的，如圖16所示。
在環(huán)形槽212中形成電路元件后，移去屏或板214，預(yù)焙先質(zhì)材料，以便在圖18表示的步驟中至少部分固化該先質(zhì)。
在上述預(yù)焙步驟后，從疊層200’除去或剝離可處理的接觸層206，以暴露一部分固化的電路元件220。而后對疊層200’進(jìn)行由圖20表示的最終固化步驟，以完成環(huán)形電路元件220的固化，使它最好基本與導(dǎo)電層202’的周圍部分202A共平面，如圖20所示。
如此，上面已經(jīng)描述了用于形成環(huán)形電路元件的方法，該元件可以是在疊層或PCB中的電阻/導(dǎo)體、電感器或介電體/電容器。
本發(fā)明還包括上述方法的變異，以在環(huán)形槽212中形成多個(gè)元件。這種方法可以通過例如重復(fù)上述步驟及圖17和18實(shí)現(xiàn)。重復(fù)步驟分別說明在圖17A、18A、17B和18B中，下面將予以說明，以確保完全理解本發(fā)明。
在參照圖14-16進(jìn)行上述相同步驟后，最好形在屏或板214A，以僅僅暴露環(huán)形區(qū)212’的內(nèi)同心部分212C。而后在環(huán)形槽212’的暴露部分淀積第一電路元件220C的先質(zhì)，以形成元件220C。
屏214A如圖18A所示被移去，并由第二屏214B代替，如圖17B所示，暴露環(huán)形槽212’的外同心部分212D。然后經(jīng)屏214B加各先質(zhì)材料，以在環(huán)形槽212’的外同心部分形成第二電路元件220D。環(huán)形槽212’用兩個(gè)同心電路元件220C和220D填充，如上所述。
此后，如圖18B所示，移去第二屏214B，并保留如上所述參照圖14-20的處理步驟。
在其它用于形成復(fù)合電路元件的方法中，可以希望有其它變化。例如，對開始淀積的元件220C可以預(yù)焙或其它處理先質(zhì)，以確保它僅僅填充環(huán)形槽212’的內(nèi)同心部分。在淀積第二電路元件220D以完全填充環(huán)形區(qū)212’后，可以以與上述參照圖14-20的方法相類似的方法進(jìn)行進(jìn)一步固化，以形成復(fù)合電路元件220C和220D。
如上所述，在液體先質(zhì)中擴(kuò)散合適材料可以確定電路元件220C和220D的特定功能，例如用于電阻/導(dǎo)體、電感器或介質(zhì)體/電容器。
上述復(fù)合方法當(dāng)然也可以進(jìn)一步變化，以在復(fù)合結(jié)構(gòu)中形成另外的電路元件。此外，也可以改變復(fù)合方法，以形成獨(dú)立的電路元件，而不是上述同心關(guān)系。例如，在加工時(shí)環(huán)形區(qū)212’的徑向部分可分別暴露并填充，以形成適當(dāng)?shù)碾娐吩绻枰?，它們在?dǎo)電層202’的外部202A’和內(nèi)部202B’提供的導(dǎo)電元件之間可以基本上并行連接。
可進(jìn)一步設(shè)想，可利用上述方法在圍繞一個(gè)通路或通孔(圖14-20未示出)的環(huán)形槽中形成一個(gè)或多個(gè)電路元件。這樣的通路或通孔例如說明在圖1-4中。因此，通過形成這樣的通路或通孔，如代替導(dǎo)電層202或202’的中央部分202B或202B’，可以進(jìn)一步變化上述方法。
無論如體，上面已經(jīng)描述了一種新型電路元件組件的不同實(shí)施例，用于配置在環(huán)形槽中，或插在PCB等的通孔和導(dǎo)電面之間。此外已經(jīng)介紹了形成這種電路元件的多種方法。前面的說明使實(shí)施例和上述方法的另外變化將顯而易見。因此，本發(fā)明的特定范圍僅由下面的權(quán)利要求書限定，其進(jìn)一步解釋本發(fā)明。
權(quán)利要求
1.電路板(CB)中的電路元件組件，包括一個(gè)由(a)一個(gè)導(dǎo)電元件和(b)一個(gè)中心導(dǎo)體之一組成的中心導(dǎo)電元件；一環(huán)繞著該中心導(dǎo)電元件并大體與之共平面的導(dǎo)電層；該導(dǎo)電層與中心導(dǎo)電元件相分開以形成一環(huán)狀凹槽；以及設(shè)置在該環(huán)狀凹槽中的電路元件組件，該環(huán)狀電路元件組件具有與導(dǎo)電層互連的外周邊以及與中心導(dǎo)電元件互連的內(nèi)周邊。
2.如權(quán)利要求1的電路元件組件，其中，該電路元件組件包括選自由導(dǎo)體/電阻器、電感、電介質(zhì)/電容器及其組合體構(gòu)成的一組中的一個(gè)電路元件。
3.如權(quán)利要求1的電路元件組件，其中，該電路元件組件包括多個(gè)電路元件，這些電路元件是分別從由導(dǎo)體/電阻器、電感、絕緣材料/電容器及其組合體構(gòu)成的一組中選出的。
4.如權(quán)利要求3的電路元件組件，其中，多個(gè)電路元件以互相共心的關(guān)系設(shè)置在環(huán)形凹槽中。
5.如權(quán)利要求1的電路元件組件，其中，該電路元件組件的外周邊和內(nèi)周邊各自按一基本不變的半徑形成，且與該環(huán)形凹槽基本共同延伸，從而使該電路元件組件的外周邊與導(dǎo)電層連接，而內(nèi)周邊與中心導(dǎo)電元件相連接。
6.如權(quán)利要求5的電路元件組件，還包括一環(huán)繞導(dǎo)電通孔并使其與該電路元件組件的內(nèi)周邊相連的導(dǎo)電焊盤，所述導(dǎo)電層與導(dǎo)電焊盤在它們分別與該電路元件組件連接的部位厚度相等，以形成該電路元件組件的有效厚度。
7.如權(quán)利要求6的電路元件組件，其中，所述導(dǎo)電元件由一種便于形成其外周邊和內(nèi)周邊與導(dǎo)電層和導(dǎo)電焊盤的導(dǎo)電互連的液體先質(zhì)形成。
8.如權(quán)利要求1的電路元件組件，其中，所述導(dǎo)電層是所述電路板中的電容性層壓板的一部分。
9.如權(quán)利要求1的電路元件組件，還包括一環(huán)繞所述中心導(dǎo)電元件并使其與該電路元件組件的內(nèi)周邊連接的導(dǎo)電焊盤，所述導(dǎo)電層與導(dǎo)電焊盤在它們分別與該電路元件組件連接的部位厚度相等，以形成該電路元件組件的有效厚度。
10.如權(quán)利要求1的電路元件組件，其中，所述電路元件由一種便于形成其外周邊和內(nèi)周邊導(dǎo)電層和中心導(dǎo)電元件的導(dǎo)電互連的液體先質(zhì)形成。
11.如權(quán)利要求1的電路元件組件，其中，所述電路元件包括一由導(dǎo)體/電阻器材料形成的導(dǎo)體/電阻器，該電阻性電路元件組件的有效電阻(R)由下式計(jì)算R=pLwH]]>其中的(ω)為該電阻性電路元件按厘米計(jì)算的有效寬度，W=2[r2-r12+r1]π]]>(L)為該電阻性電路元件按厘米計(jì)算的長度，(H)為該電阻性電路元件按厘米計(jì)算的高度，(ρ)為該電阻性材料按歐姆-厘米計(jì)算的電阻率，(r1)為該導(dǎo)體/電阻器的內(nèi)半徑，(r2)是該導(dǎo)體/電阻器的外半徑。
12.如權(quán)利要求1的電路元件組件，其中，所述電路元件包括一由一電阻性材料形成的導(dǎo)體/電阻器，該電路元件的導(dǎo)體/電阻器的有效電阻由下式計(jì)算R=ρ2πhlnr2r1]]>其中，(ρ)是該電阻性材料的標(biāo)量電阻值(Ω-cm)，(h)為該導(dǎo)體/電阻器電路元件的高度(cm)，(r1)為該電阻性電路元件的內(nèi)半徑，(r2)為該導(dǎo)體/電阻器的外半徑。
13.如權(quán)利要求1所述的電路元件組件，其中，所述電路元件包括一由電感性鐵磁電材料形成的電感器，該電路元件組件的電壓器的有效電感由下式計(jì)算Lh=μ[18π+12πln(r2r1)](Hm-1)]]>其中，(μ)為該電感性/該是材料的磁導(dǎo)率(Hm-1)，(h)為該電感性電路元件的厚度(cm)，(r1)為該感器的內(nèi)半徑，(r2)為該電感器的外半徑。
14.如權(quán)利要求1的電路元件組件，其中，所述電路元件包括一由電介質(zhì)材料形成的電介質(zhì)/電容器，按基本不變的半徑形成的并且有內(nèi)半徑r1、外半徑r2及有效厚度h的環(huán)形電容器組件來說，其電介質(zhì)/電容器的單位長度的有效電容(C)可由下式確定Ch=2π∈lnr2r1]]>其中∈=8.85picofaradsmeter(∈r)]]>εr為該環(huán)形介質(zhì)的相對介電常數(shù)。
15.一種形成一電路板(CB)中導(dǎo)電層上的電路元件組件的方法，包括下列步驟在圍繞一導(dǎo)電元件的導(dǎo)電層中形成一環(huán)形凹槽，該導(dǎo)電元件包括(a)通孔和(b)中心導(dǎo)體之一；在環(huán)形凹槽中形成一電路元件組件，該電路元件組件至少包括一電路元件及一個(gè)與所述導(dǎo)電層互連的外周邊，且該導(dǎo)電元件與該電路元件組件的內(nèi)周邊互連。
16.如權(quán)利要求15的方法，還包括下列步驟形成具有基本不變的半徑的該電路元件組件的外周邊和內(nèi)周邊，并使該電路元件組件與環(huán)形凹槽共同延伸，從而使該電路元件組件的外周邊與所述導(dǎo)電層相連，而使該電路元件組件的內(nèi)周邊與所述中心導(dǎo)電元件相連接。
17.如權(quán)利要求15的方法，還包括下列步驟形成互連在導(dǎo)電通孔和該電路元件組件的內(nèi)周邊之間的導(dǎo)電焊盤；形成具有基本不變的半徑的該電路元件組件的外周邊和內(nèi)周邊，并使該電路元件的外周邊與所述導(dǎo)電層完全對準(zhǔn)，而使該民路元件組件的內(nèi)周邊與所述導(dǎo)電焊盤完全對準(zhǔn)；以及形成所述導(dǎo)電層和所述導(dǎo)電焊盤，使它們在其分別與該電路元件組件互連處的厚度相等，從而形成該電路元件組件的有效厚度。
18.如權(quán)利要求15的方法，其中的述環(huán)形凹槽用下述方法形成在該層狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層上加一保護(hù)層，以暴露出該導(dǎo)電層的一環(huán)形部分，用去除步驟除去該導(dǎo)電層暴露出來的部分以在該導(dǎo)電層中形成圍繞該導(dǎo)電元件的環(huán)形凹槽；通過把液體先質(zhì)注入該環(huán)形凹槽形成該電路元件組件，該液體先質(zhì)包括從導(dǎo)電/電阻性材料、電感性材料和介電性容性材料所構(gòu)成的一組中選出的一種電路元件材料；從所述層狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層上除去保護(hù)層；使液體先質(zhì)固化以形成環(huán)形電路元件組件，其外周邊與層狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層相連。
19.如權(quán)利要求18的方法，其中，液體先質(zhì)包括選自由導(dǎo)電性/電阻性材料、電感性材料和介電性/電容性材料構(gòu)成的一組中一種電路元件材料。
20.如權(quán)利要求18的方法，還包括下列步驟在除去保護(hù)層之前，部分固化所述液體先質(zhì)。
21.如權(quán)利要求18的方法，還包括下列步驟去進(jìn)行完去除步驟之后，在該可去除的接觸層之上設(shè)置一隔離屏或模板，該隔離屏或模板有一與去除步驟中在導(dǎo)電層上形成的環(huán)形凹槽對準(zhǔn)的環(huán)形開孔，通過該隔離層或模板上的一個(gè)或多個(gè)環(huán)形開孔在該層狀結(jié)構(gòu)的導(dǎo)電層的環(huán)形凹槽中置入液體先質(zhì)。
全文摘要
電路板(CB)中的電路元件組件，包括一個(gè)由(a)一個(gè)導(dǎo)電元件和(b)一個(gè)中心導(dǎo)體之一組成的中心導(dǎo)電元件；一環(huán)繞著該中心導(dǎo)電元件并大體與之共平面的導(dǎo)電層；該導(dǎo)電層與中心導(dǎo)電元件相分開以形成一環(huán)狀凹槽；以及設(shè)置在該環(huán)狀凹槽中的電路元件組件，該環(huán)狀電路元件組件具有與導(dǎo)電層互連的外周邊以及與中心導(dǎo)電元件互連的內(nèi)周邊。
文檔編號H05K1/11GK1110496SQ94190360
公開日1995年10月18日 申請日期1994年4月7日 優(yōu)先權(quán)日1993年4月7日
發(fā)明者詹姆斯·R·哈沃德, 格瑞格瑞·L·拉卡斯, 斯考特·K·布瑞亞恩, 金·S·超, 尼古拉斯·比奧諾 申請人:奇康公司