專利名稱：電路板卡及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電路板卡及其制造方法。
電路板卡今天仍稱為“印刷電路板”，即使它們很少被印刷。不管它們是如何制造的，都必須符合嚴(yán)格的安全要求，如工作電壓、電介質(zhì)擊穿電壓和在工作條件下的散熱能力。
當(dāng)這些安全需要要求工作在至少2500伏的電壓下時(shí)，便規(guī)定了最小的電介質(zhì)厚度，這常常會(huì)造成散熱問(wèn)題。當(dāng)然可以提供強(qiáng)制氣冷或水冷，但這種安排造成了其它的問(wèn)題。
Adachi等人的美國(guó)專利第4,993,148號(hào)描述了一種形成電路板的方法，該電路板包括在預(yù)限定的介質(zhì)層上的噴鍍導(dǎo)體層，留下一部分暴露的導(dǎo)體作為安裝部件。該方法不包括應(yīng)用銅箔，限定銅箔中的導(dǎo)體和通路圖案，然后利用導(dǎo)體和通路圖案確定電介質(zhì)。
Ilardi等人的美國(guó)專利第4,999,740號(hào)描述了一種電路板，它是通過(guò)在金屬襯底上建立光成像介質(zhì)材料層和使介質(zhì)層成像，以便形成在金屬襯底上安裝部件的凹下部分制成的。該電路板不包括多引線層，并且不提供大電流承載能力的電壓面，或采用作為介質(zhì)可去除掩模的疊層金屬箔。
Adachi等人的美國(guó)專利第5,081,562號(hào)描述了一種帶有金屬鍍層的電路板，上面形成了感光絕緣層，留下了一部分金屬鍍層，暴露作為部件安裝區(qū)。電路板需要導(dǎo)體和通路的銅鍍層。它不包含各層的被焊接的互連部分。
雖然這些現(xiàn)有技術(shù)的電路板的結(jié)構(gòu)乍一看與本發(fā)明的電路板卡類似，但是它們實(shí)質(zhì)上是不同的。通過(guò)閱讀以下對(duì)本發(fā)明所作的詳細(xì)描述，將更清楚地理解這些不同，這些不同使得在制造工藝方面和對(duì)完成的電路板卡的使用方面具有顯著的優(yōu)點(diǎn)。
舉例來(lái)說(shuō)，本發(fā)明允許采用非常經(jīng)濟(jì)的制造工藝，即不需要導(dǎo)體的銅噴鍍和不需要通常為全部互連所需的銅噴鍍。這一優(yōu)點(diǎn)在制造包括更厚的銅和需要花費(fèi)更多的制造時(shí)間的電源電路板卡中顯得尤其重要。
本發(fā)明的電路板卡結(jié)構(gòu)的另一顯著優(yōu)點(diǎn)是不需要通常所需的銅噴鍍，這使得能夠得到更高的引線密度。本發(fā)明優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)的再一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是原邊和副邊電壓平面之間的隔離，這提高了電性能并降低了成本。
本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是采用了高介質(zhì)擊穿強(qiáng)度的材料的薄涂層，該薄的材料還提供了最小的熱阻。當(dāng)與電介質(zhì)中用于安裝部件的孔一起使用時(shí)，可以得到有效散熱的電路板卡。
因此，上述現(xiàn)有技術(shù)專利在此引用作為參考。
本發(fā)明的主要目的是提供一種克服了現(xiàn)有技術(shù)的板卡結(jié)構(gòu)中固有的不足的新穎和改進(jìn)的電路板卡。
本發(fā)明的再一個(gè)目的是提供一種制造本發(fā)明的電路板卡的新穎和改進(jìn)的方法。
簡(jiǎn)單地說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明原則構(gòu)造的電路板卡包括由金屬材料形成的載體或襯底，在至少一個(gè)表面上形成0.002英寸或小于該尺寸的電介質(zhì)材料，以便支持預(yù)定結(jié)構(gòu)的電路。電路和電介質(zhì)的選擇區(qū)域具有安裝電路結(jié)構(gòu)和操作要求所需的部件的去除部分。獨(dú)特的金屬島結(jié)構(gòu)作為電介質(zhì)去除工藝期間的顯像掩蔽物提供了自對(duì)準(zhǔn)互連通路。
通過(guò)以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的最佳實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本發(fā)明的上述和其它目的、優(yōu)點(diǎn)和特征將變得更清楚。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的主要用于電壓轉(zhuǎn)換操作的多層電路板卡結(jié)構(gòu)的視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的電路板卡的視圖，該電路板卡主要用于根據(jù)本發(fā)明的升壓電路。
圖3是局部剖面的透視圖，表示作為顯像掩蔽物的金屬島的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。
在圖1中，標(biāo)號(hào)10通常表示根據(jù)本發(fā)明的隔離電壓轉(zhuǎn)換器板卡。板卡10的特征在于有一塊金屬載體11，上面形成第一薄干膜介質(zhì)層12，并將該介質(zhì)層干燥或固化。
對(duì)第一干膜介質(zhì)層12而言，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)可接受的選擇對(duì)象是液體電介質(zhì)絲網(wǎng)印刷在金屬載體11的表面上并被干燥。為了在2500伏的電壓下具有所需的絕緣性，第一介質(zhì)層12的厚度大約是0.002英寸。
電介質(zhì)的這一厚度是為了采用具有相對(duì)差的導(dǎo)熱性的材料，低到如每一開氏溫度0.2瓦，同時(shí)還提供小于每瓦3℃的最小使用熱阻。隨著以下的描述將變得更清楚，通過(guò)選擇去除電介質(zhì)材料，使用熱阻被降低到每瓦0.5℃或更低。
在第一介質(zhì)層12上，通過(guò)在疊層工藝中施加溫度和壓力，對(duì)大約2盎司的第一銅箔13進(jìn)行疊層。正是在疊層期間，第一銅箔13附著在電介質(zhì)材料上，并且該電介質(zhì)材料固化。
構(gòu)想通過(guò)常規(guī)的去除蝕刻工藝，第一銅箔13將形成為所需圖案的電路線，以便形成例如第一電壓源和第二電壓源(圖1中表示為原邊電壓和副邊電壓)以及也是在圖1中的信號(hào)電路線13a和13b。
第一銅箔13已經(jīng)被蝕刻并且所要求數(shù)目的電路已經(jīng)形成以后，可光成像的電介質(zhì)材料的第二介質(zhì)層14覆蓋第一銅箔13。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)真空涂層機(jī)是涂覆第二介質(zhì)層14的較好的涂覆器，因?yàn)樵诳刂粕a(chǎn)成本的制造工藝中它是重要的。
實(shí)際上，當(dāng)根據(jù)本發(fā)明形成第二介質(zhì)層14時(shí)，使第二介質(zhì)層14干燥，然后曝光，顯像和固化成一個(gè)圖案，在第一銅箔13中形成的電路線之間留下電介質(zhì)材料。如上所述，根據(jù)本發(fā)明的方法形成第二介質(zhì)層14，從第一銅箔層13中的電路線的上表面去除電介質(zhì)材料，從而形成上面可安放部件的平坦的表面，可以形成另外的電路線和連接。
對(duì)施加第二介質(zhì)層14的工藝的一種改進(jìn)作法是直接在銅箔層13中的電路線之間對(duì)液體電介質(zhì)材料進(jìn)行圖案絲網(wǎng)印刷。圖案絲網(wǎng)印刷工藝取消了采用薄膜電介質(zhì)材料時(shí)需要的曝光和顯影工藝步驟。
第三介質(zhì)層29施加到平坦表面結(jié)構(gòu)上，然后是對(duì)第二銅箔層19進(jìn)行疊層。
例如，去除第三介質(zhì)層29的一部分，如15處所示，使得部件部分16直接與形成在第一銅箔13中的副邊電壓電路相連。現(xiàn)在，通過(guò)從部件部分16到形成在第二銅箔19中的電路線18的引線17可以形成連接，像第一銅箔13施加到第一介質(zhì)層12上那樣，第二銅箔19疊在第三介質(zhì)層29上。
標(biāo)號(hào)20a和20b表示的電路線可以是同一電路的部分，也可以是完全不同的和單獨(dú)的電路。圖1中表示不同的部件部分21和22可以與電路線20a和20b相連。
應(yīng)特別注意的是，根據(jù)本發(fā)明的結(jié)構(gòu)安排使得通過(guò)回流焊接形成電連接23、24、25、26、27和28。因此，節(jié)省了成本，并且使復(fù)雜麻煩的連接變得容易，節(jié)省了材料。
下面參照?qǐng)D2，圖中示出了用標(biāo)號(hào)30表示的電路板卡的一種不同的結(jié)構(gòu)。這一板卡30與圖1的板卡10的一個(gè)不同之處在于由于電壓特征包含在與這一板卡30上的信號(hào)電路線相同的銅箔層中，所以沒(méi)有疊在被蝕刻的銅箔層上的第二介質(zhì)層。
下面描述本發(fā)明的這一方面。電路板卡30包括由適合的金屬如銅形成的載體31，作為地或公共部分，還作為散熱部分。可光成像的電介質(zhì)材料32施加到載體31的上表面并干燥。
在采用正好充足的壓力的疊層工藝中將所需厚度的銅箔37施加到電介質(zhì)材料32上，以便將銅箔附著到電介質(zhì)材料上。這一疊層工藝期間的溫度保持充分低，以便不使電介質(zhì)材料固化。
如同對(duì)圖1中的板卡10所作的那樣，采用常規(guī)的去除蝕刻工藝，所需電路圖案形成在圖2中的載體31上的銅箔37中。將電介質(zhì)材料32曝光為一個(gè)所要求的圖案，該圖案包括電互連通路33，熱通路(未示出)和部件安裝孔，如標(biāo)號(hào)34所示，用于在該板卡的專門電路中通過(guò)焊料36焊接一部件35。
像任何電路板卡那樣，電路板卡30通過(guò)溶液進(jìn)行處理，去除未曝光或未復(fù)蓋的電介質(zhì)材料32的經(jīng)選擇的區(qū)域?，F(xiàn)在將板卡30放在一定的溫度下處理足夠長(zhǎng)的時(shí)間，使仍存在的電介質(zhì)材料32固化。
圖3表示根據(jù)本發(fā)明的銅島38的環(huán)形結(jié)構(gòu)，這使得能夠通過(guò)采用回流焊接在電路點(diǎn)或部件部分和金屬載體31之間形成互連。電路線39將任何其它所需的部件部分或電路點(diǎn)與金屬載體31相連，因此可以得到上述優(yōu)點(diǎn)。
通過(guò)將銅島38的環(huán)形結(jié)構(gòu)用作電介質(zhì)去除處理期間的顯像掩蔽物，得到了該環(huán)形結(jié)構(gòu)的主要優(yōu)點(diǎn)。借此，銅島38提供了自對(duì)準(zhǔn)互連通路結(jié)構(gòu)。
電路板卡10和30都利用了可光成像的電介質(zhì)材料，該材料提供了針對(duì)電壓擊穿如每密耳大于1250伏的良好的強(qiáng)度，因此電介質(zhì)涂覆為具有良好散熱特性的薄層。
上述制造工藝的一個(gè)重要特點(diǎn)是無(wú)需鉆孔或銅噴鍍就可實(shí)現(xiàn)全部互連。換句話說(shuō)，根據(jù)本發(fā)明的制造方法，全部互連可通過(guò)作為制造工藝的一部分的回流焊接實(shí)現(xiàn)。
此外，如果特殊需要的話，可以施加一種適合的電介質(zhì)材料層以代替采用直接在金屬載體上的銅箔和所需的去除蝕刻工藝。在這種情況下，這種介質(zhì)層必須是光刻圖案的，固化的，并且使其表面變粗糙和用銅噴鍍。
根據(jù)本發(fā)明生產(chǎn)的電路板卡在隔離電壓方面是有效的，并具有能量(熱)耗散能力，不需要外部散熱。在不需要費(fèi)時(shí)和增加成本的銅噴鍍、鉆孔或其它機(jī)械操作的情況下，可以實(shí)現(xiàn)高密度的層到層和電路點(diǎn)到電路點(diǎn)之間的互連。
帶有薄介質(zhì)層的載體提供了極好的對(duì)發(fā)熱部件散熱的特性。此外，通過(guò)采用帶有經(jīng)選擇的去除特性的電介質(zhì)材料使得這種發(fā)熱部件直接附著或至少靠近能夠有效地作為散熱器的金屬載體。
利用環(huán)形島結(jié)構(gòu)大大提高了本發(fā)明的電路板卡結(jié)構(gòu)的緊湊性，而不管該板卡是升壓板卡、隔離電壓轉(zhuǎn)換板卡還是其它需要高散熱功能的板卡，該環(huán)形島結(jié)構(gòu)使得能夠通過(guò)焊接互連，這進(jìn)一步降低了制造成本。當(dāng)然，在需要的地方或通過(guò)加熱或通過(guò)焊接可以預(yù)先形成和施加環(huán)形島，并且電路線39可以是引線的形式，如果需要連接它可以與環(huán)形島一起預(yù)先形成。
以上詳細(xì)地描述了本發(fā)明。應(yīng)理解在不脫離以下權(quán)利要求書所提出的發(fā)明精神和范圍的前提下可作各種改變和修改。
權(quán)利要求
1.一種小型印刷電路板卡，包括金屬材料的載體；直接形成在所述襯底的一面上的電介質(zhì)材料，其厚度小于0.004英寸，用于絕緣至少2500伏的電壓；以及所述電介質(zhì)材料具有至少一個(gè)孔，用于電互連、散熱和在所述載體上安裝部件。
2.如權(quán)利要求1限定的小型印刷電路板卡，其特征在于所述載體是由銅形成的，以便提供良好的散熱特性。
3.一種多層電子電路組件，包括由具有良好的散熱特性的預(yù)定金屬形成的襯底；作為在所述襯底的至少一面上的一層的相對(duì)薄的、可固化的電介質(zhì)材料，以便提供對(duì)預(yù)定幅度的電壓進(jìn)行絕緣的特性；形成在所述電介質(zhì)材料上的、具有預(yù)定電路圖案的、由預(yù)定的銅材料構(gòu)成的導(dǎo)電層；以及由預(yù)先選擇的回流焊劑形成的、所述多層組件的預(yù)定層之間的電連接。
4.如權(quán)利要求3描述的多層電路組件，其特征在于選擇所述電介質(zhì)材料是可溶的，以便提供電互連和部件安裝孔。
5.如權(quán)利要求3描述的多層電路組件，其特征在于所述電介質(zhì)材料的厚度小于0.002英寸，因此組件在工作期間比由較厚的電介質(zhì)材料層構(gòu)成時(shí)更冷卻。
6.如權(quán)利要求3描述的多層電路組件，其特征在于所述電介質(zhì)材料具有至少每密耳1250伏的擊穿強(qiáng)度。
7.如權(quán)利要求3描述的多層電路組件，其特征在于還包括帶有金屬襯底并能散熱的電介質(zhì)和導(dǎo)體的交替層，至少有一層信號(hào)導(dǎo)體層。
8.如權(quán)利要求3描述的多層電路組件，其特征在于包括至少一個(gè)電互連，該電互連是由提供通路的環(huán)形結(jié)構(gòu)的島、通過(guò)該島電介質(zhì)材料溶解形成通孔而實(shí)現(xiàn)的。
9.如權(quán)利要求8描述的多層電路組件，其特征在于所述通孔還包含在表面安裝部件島中，以便提高引線密度。
10.一種制造多層電路組件的方法，包括以下步驟提供作為載體的金屬襯底，表面進(jìn)行處理，以便接受預(yù)定材料的層；將預(yù)定的液體膜或干膜電介質(zhì)材料施加到所述金屬襯底的所述經(jīng)處理的表面上；在受控的熱度和壓力下將銅箔材料疊到所述電介質(zhì)材料上；在所述疊放的銅箔材料中確定導(dǎo)體和通路圖案；溶解在由預(yù)定通路限定的區(qū)域中的所述電介質(zhì)材料，形成一個(gè)孔；固化所述金屬襯底上的所述電介質(zhì)材料；將焊劑施加到部件安裝島和通路中；以及將部件置于所述焊劑上的部件安裝島上，并回流所述焊劑。
11.如權(quán)利要求10描述的方法，其特征在于還包括步驟交替地順序增添多層電介質(zhì)和導(dǎo)電層，確定溶解的所述預(yù)定區(qū)域，以便通過(guò)環(huán)形結(jié)構(gòu)的島用所述回流焊劑形成通路。
12.如權(quán)利要求11描述的方法，其特征在于還包括步驟將回流焊劑施加到由所述環(huán)形結(jié)構(gòu)的島確定的那些區(qū)域以及其它島，以便提供牢固裝配的電路板卡組件。
13.權(quán)利要求6的組件，其特征在于材料具有至少每密耳2,500伏的擊穿強(qiáng)度。
14.如權(quán)利要求3中描述的組件，其特征在于電介質(zhì)材料是可光成像的環(huán)氧樹脂。
15.一種互連組件，包括金屬板；用界面結(jié)構(gòu)與金屬板的表面直接接觸的一層可固化電介質(zhì)，界面結(jié)構(gòu)表示電介質(zhì)與金屬表面接觸固化；在包括多個(gè)島是環(huán)形的以及與多個(gè)島相連的導(dǎo)體的電介質(zhì)表面上的引線層；多個(gè)通過(guò)固化的電介質(zhì)延伸的通孔，每個(gè)從各自的環(huán)形島向金屬板延伸；孔中的導(dǎo)電材料，用于將島與板電互連；以及帶有與和板互連的多個(gè)環(huán)形島相連并與引線層的其它島相連的引線端的部件。
16.一種制造多層電路板的工藝，包括形成包括銅基底的薄金屬板；直接在金屬板上涂覆可固化的電介質(zhì)涂層；在包括帶有開啟的中心的環(huán)形島的可固化介質(zhì)層上形成引線層；采用多個(gè)環(huán)形島作為掩蔽物形成由開啟的中心確定并從可固化的電介質(zhì)延伸的孔；在孔中淀積導(dǎo)電材料，以便將各個(gè)島與金屬板互連；以及固化電介質(zhì)。
17.權(quán)利要求16的工藝，其特征在于通過(guò)將干的部分固化的膜疊在金屬板上淀積電介質(zhì)，在膜淀積后但完全固化電介質(zhì)膜之前，形成引線層和孔。
18.權(quán)利要求16的工藝，其特征在于電介質(zhì)是可光成像的環(huán)氧樹脂，并且形成孔的步驟包括將孔的中心下的環(huán)氧樹脂暴露在電磁輻射中，并溶解暴露的環(huán)氧樹脂，以便形成通過(guò)環(huán)形中心到板的孔。
19.權(quán)利要求16的工藝，其特征在于還包括以下步驟產(chǎn)生多個(gè)電路板；以及在金屬板和引線層上的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體之間施加3,000伏或更高的電壓來(lái)測(cè)試一塊或多塊板，該引線層不與和金屬板互連的環(huán)形島相連。
20.權(quán)利要求16的工藝，其特征在于將導(dǎo)電材料淀積進(jìn)孔的步驟包括將焊劑放在孔中，焊劑還放在多個(gè)環(huán)形島上和其它的島上，進(jìn)一步包括以下步驟將帶有已上焊劑的引線端的表面安裝部件放在電路板上；對(duì)電路板加熱，使焊劑回流，以便用焊錫金屬合金同時(shí)將環(huán)形島與金屬板互連，并將部件引線端焊接到島上；以及冷卻電路板。
21.權(quán)利要求15的組件，其特征在于進(jìn)一步包括冷卻裝置，主要用于在工作期間對(duì)載體進(jìn)行冷卻，該冷卻裝置包括非常薄的電介質(zhì)，以便通過(guò)介質(zhì)層提供足夠高的導(dǎo)熱率，同時(shí)保持至少2,500伏的電介質(zhì)擊穿強(qiáng)度。
全文摘要
金屬載體具有厚度小于0.004英寸的電介質(zhì)材料，并且對(duì)表面形成的至少2,500伏電壓具有絕緣性。環(huán)形結(jié)構(gòu)的島確定至少一條通路或一個(gè)孔，以便有選擇地去除電介質(zhì)材料。用回流焊接形成電互連，為了確保安全，利用通路充分散熱。
文檔編號(hào)H05K1/02GK1142169SQ9610540
公開日1997年2月5日 申請(qǐng)日期1996年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月27日
發(fā)明者J·J·漢森, J·M·勞弗, D·J·拉塞爾 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司