印刷电路板的嵌入式瞬时保护的选择性沉积制造技术

本发明专利技术公开了通过在印刷电路板的一个或多个层上选择性地沉积瞬时保护材料来保护印刷电路板上的敏感部件。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】印刷电路板的嵌入式瞬时保护的选择性沉积
技术介绍
印刷电路板、背部面、中间面、印刷线路板、柔性电路、刚柔电路、多芯片模组(MCM)、内插板等在这里共同称作PCB。贯孔结构典型地提供在z轴方向上(与PCB的x-y平面正交) 的导电层之间的导电路径。通过多种技术，包括但不限于激光钻孔、 机械钻孔以及基于光清晰度的技术，而形成贯孔。贯孔随后部分地或 全部地填充或涂敷上通常是金属的导电材料。这种贯孔结构可以是盲 孔、埋孔、通孔，并且在导电层上可以包括或可以不包括焊盘，这是 PCB设计领域的技术人员众所周知的。印刷电路板上的敏感部件可能因静电放电(ESD)的瞬时发生而 受损伤。ESD的特征在于例如几皮秒内的几十千伏量级的快速上 升。具有较低峰电压水平和较緩上升时间的其他瞬时现象也可能导致 对印刷电路板的损伤。例如，可能因不良接地烙铁，或功率转换继电 器，或连接到印刷电路板的通信线上的雷击而导致电压的突然升高。 这里所使用的瞬时不仅包括ESD事件，而且包括直接或间接地引 发到印刷电路板的电压和电流的，并且这种电压和电流的幅度足够高 而导致印刷电路板上的电子部件的退化或故障的短时间的任何现象。图1A是说明由导电保护环104保护的印刷电路板102的示意 图。印刷电路板(PCB) 102具有长度L和宽度W。在图1A中，在 PCB 102的每个外层的外围上添加导电保护环104 (图1中只有一个 是可见的)，并且一个或多个分立的瞬时保护器件可以连接到PCB 102,保护环104在I/O连接器106安装到PCB 102上的位置处连接 到底盘接地。典型地，当人拿起PCB时，此人将最先接触PCB的外 围。通过沿着PCB 102的外围布置保护环104，保护环104将不期望 的瞬时电流改向到底盘接地。因此，有害电流不允许流到PCB 102上的瞬时敏感部件。但是，保护环不能保护PCB 102的内表面U2。 瞬时保护的另 一种形式是使用分立的瞬时保护器件。分立的瞬时保护器件例如分立的瞬时保护器件108可以在信号和 /或电源线进入PCB 102的位置例如连接器106处连接到PCB 102。 但是，分立的瞬时保护器件消耗PCB上的宝贵资源。例如，美国专 利6，657，532号公开由布置在接地面和电导体之间的纯电介质聚合物 或玻璃的薄层制成的分立过电压保护部件。美国专利6，657，532号还 公开了具有多层可变电压材料的分立过电压保护部件。分立的瞬时保 护器件的另一个非限制例子是可复位的聚合正温度系数(PPTC)器 件。就像熔丝一样，PPTC器件帮助保护电路免受过电流损伤。但 是，分立的PPTC器件消耗PCB上的宝贵资源。瞬时保护的其他形式包括片上瞬时保护器件110例如齐纳二极 管。但是，这种片上瞬时保护器件不具有有效地驱散大的瞬时事件的 足够能力。分立的和片上的瞬时保护器件通常都具有过量的固有电 容，这使得这种器件不适合于在高速应用中使用。分立的和片上的瞬 时保护器件的主要保护机制都是通过不期望的瞬时能量到热量的转 变。因此，大的瞬时幅值和/或重复地暴露于大的瞬时幅值可能导致 过热，这又导致这种器件的性能退化。图1B是在1B处截取的图1A的PCB 102的横截面150。横截面 150显示PCB包括多层材料160。横截面150还显示保护环104、片 上瞬时保护器件IIO、连接器106，以及分立保护器件108。根据专利技术的某些实施方案，电压可转换电介质材料(也称作 VSDM，，)可以用作瞬时保护材料。在过去，电压可转换电介质材料 用来制造可使之变成导电的绝缘衬底。当导电时，电压可转换电介质 材料经得起电化学处理例如用于制造导电轨道的电镀。这种方法由美 国专利6,797,145号公开。因此，美国专利6,797,145号公开了电压可美国专利6，679，145号简要地建议使用:压可转换电介质材料作为瞬 时保护材料。因此，考虑到前述内容，需要瞬时保护的有效形式。
技术实现思路
在某些示例实施方案中，具有集成瞬时保护的印刷电路板(PCB)包括选择性地沉积在选自信号面、电源面、接地面或它们的 任意组合的一个或多个面的一部分上的瞬时保护材料。选择性沉积的 瞬时保护材料与该一个或多个面的任何一个中的导电材料接触，并且 桥接PCB中的导电元件。在某些实施方案中，作为非限制例子，选择性沉积的瞬时保护材 料的不同沉积具有依赖于该沉积关于PCB上的瞬时敏感部件的位置 以及依赖于瞬时敏感部件所需要的保护级别的可变特性。使用这种选择性沉积的瞬时保护材料以将过电流引导到接地、信 号或电源分布面的一个优点在于这种分布面担当散热器(heat sink)，从而改善PCB上的瞬时敏感电子部件的退化。在阅读下面的说明书以及研究几个附图之后，这里所公开的这些 和其他实施方案及其他特征对于本领域技术人员将变得明白。附图说明图1A是说明由导电保护环保护的印刷电路板的示意图； 图IB是在IB处截取的图1A的PCB 102的横截面； 图2是说明需要瞬时保护的电路的两个接触区之间的聚合物区的 示意图3A是说明由嵌入的瞬时保护材料提供的箝压的曲线； 图3B是说明根据某些实施方案的用于限制电压水平的瞬时保护 材料的布置的示意图4A是说明由选择性沉积的瞬时保护材料提供的电流箝制的曲线；图4B是说明根据某些实施方案的用于限制电流水平的瞬时保护 材料的布置的示意图；图5A是说明通过使用选择性沉积的瞬时保护材料接触电路轨道 的一部分而对电路轨道瞬时保护的示意图5B是说明不受选择性沉积的瞬时保护材料保护的区域的不安 全电压水平以及受到选择性沉积的瞬时保护材料保护的区域的箝压水 平的曲线；图6是说明选择性地沉积在分布面的导电部分之间的或沉积在涂 敷于PCB的相同层上的分布面之间的瞬时保护材料的框图7是说明选择性地沉积在涂敷于PCB的相同层上的导电部分 和贯孔焊盘之间的瞬时保护材料的框图8A是说明选择性地沉积在导电部分例如导电面上铜材料的两 个部分之间的瞬时保护材料的框图8B是说明根据某些实施方案的用于限制电压水平的瞬时保护 材料的布置的示意图9A是说明存在贯孔焊盘的跨越贯孔反焊盘选择性地沉积的瞬 时保护区的框图9B是说明根据某些实施方案的用于限制电压水平的瞬时保护 材料的布置的示意图10A是说明不存在贯孔焊盘的跨越贯孔反焊盘选择性地沉积 的瞬时保护区的框图10B是说明根据某些实施方案的用于限制电压水平的瞬时保 护材料的布置的示意具体实施例方式根据某些实施方案，可以通过在PCB叠层中选择性地沉积瞬时 保护材料而建立瞬时保护。这种选择性沉积的瞬时材料在这里称作瞬 时保护材料。瞬时保护材料是包含基础聚合物的电压可转换电介质材 料，而基础聚合物包括硅橡胶、环氧树脂、聚酰亚胺、聚四氟乙烯， 以及其他聚合物，它们在稳态时是电介质但是当受某个级别的电压或 电流激发时变成导电的。瞬时保护材料可以是可用于保护PCB上的部件的并且可沉积在PCB叠层中的一个或多个材料层上不管是在叠 层的外表面还是在叠层的内层上的任何形状的形式。此外，给定 PCB叠层中的选择性沉积的瞬时材料可以依赖于叠层上的沉积瞬时 材料的位置而具有不同的性质。图2是说明需要瞬时保护的电流的两个接触区A和C之间的聚 合物区(瞬时保护区)的示意图。在图2中，符号本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种具有集成瞬时保护的印刷电路板，该印刷电路板包括：　选择性地沉积在选自信号面、电源面、接地面中的一个或多个面的一部分上的瞬时保护材料，并且其中所述选择性沉积的瞬时保护材料与所述一个或多个面中的任何一个中的导电材料接触。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】US 2005-2-16 60/653,7231.一种具有集成瞬时保护的印刷电路板，该印刷电路板包括选择性地沉积在选自信号面、电源面、接地面中的一个或多个面的一部分上的瞬时保护材料，并且其中所述选择性沉积的瞬时保护材料与所述一个或多个面中的任何一个中的导电材料接触。2. 根据权利要求1的具有集成瞬时保护的印刷电路板，其中所 述瞬时保护材料沉积在环形、闭合曲线和多边形中的一个或多个中。3. 根据权利要求1的具有集成瞬时保护的印刷电路板，其中所 述瞬时保护材料包括VSDM和可复位非线性聚合物中的至少一种， 它们具有防护过电压和过电流中的至少一个的性质。4. 根据权利要求1的具有集成瞬时保护的印刷电路板，其中所 述瞬时保护材料以双向方式工作，以便箝制电流或电压中的正和负瞬 态。5. 根据权利要求1的具有集成瞬时保护的印刷电路板，其中所 迷瞬时保护材料桥接导电材料和贯孔焊盘之间的区域，其中所述导电 材料和所述贯孔焊盘在所述一个或多个面中的任何一个上。6. 根据权利要求1的具有集成瞬时保护的印刷电路板，其中所 述瞬时保护材料桥接导电材料和导电贯孔桶的 一部分之间的区域，其 中所述导电材料和所述导电贯孔桶的一部分在所述一个或多个面中的 任何一个上。7. 根据权利要求1的具有集成瞬时保护的印刷电路板，其中所 述导电材料包括具有3微米~ 10密耳厚度的铜。8.根据权利要求1的具有集成瞬时保护的印刷电路板，其中所度的可变特性。9. 一种制作具有集成瞬时保护的印刷电路板的方法，该方法包括印刷和刻蚀包括树脂注入的玻璃纤维布、无规纤维和膜材料中的 任何一种的铜包芯材料；在选自信号面、电源面和接地面中的一个或多个面的一部分上选 择性地沉积瞬时保护材料，并且其中所述选择性沉积的瞬时保护材料 与所述一个或多个面中的任何一个上的导电材料接触；以及将所述铜包芯层积到多层PCB结构中，并且完成所述PCB的制 造工艺，包括钻孔、沉积导电种子、成像、电镀、刻蚀外层铜，以 形成连接到选择性沉积的瞬时保护材料的元件的部件安装焊盘。10. 根据权利要求9的方法，其中所述瞬时保护材料以环形、闭 合曲线和多边形中的一种或多种而沉积。11. 根据权利要求9的方法，其中所述瞬时保护材料包括可复位 非线性聚合物和VSDM中的至少一种，它们具有防护过电压和...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔治达尼科夫，弗朗兹吉森，格雷格里施罗德，
申请(专利权)人：三米拉惜爱公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]