DE69926896T2

DE69926896T2 - Elektrische komponente eingebettet in einer mehrschicht-leiterplattenanordnung

Info

Publication number: DE69926896T2
Application number: DE69926896T
Authority: DE
Inventors: Leif Bergstedt
Original assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Current assignee: Telefonaktiebolaget LM Ericsson AB
Priority date: 1998-06-15
Filing date: 1999-06-15
Publication date: 2006-03-30
Anticipated expiration: 2019-06-16
Also published as: AU4813999A; US20010011606A1; SE513875C2; DE69926896D1; WO1999066518A1; US6421225B2; SE9802157L; SE9802157D0; EP1095385B1; EP1095385A1

Description

TECHNISCHES GEBIET
Die vorliegende Erfindung verweist auf eine elektrische Komponente und insbesondere auf eine elektrische Komponente innerhalb eines mehrschichtgedruckten Schaltkreisboards und ein Verfahren zum Herstellen derselben.
Die Erfindung verweist auch auf ein mehrschichtgedrucktes Schaltkreisbord (PCB) einschließlich der elektrischen Komponente.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gedruckte Schaltkreisboards mit einigen Schichten, so genannten „Mehrschicht" bzw. „Multilayer" PCBs werden häufig innerhalb der Elektronik verwendet. Der Bedarf für eine immer ansteigend ausgedehnte Anzahl von Komponenten auf kleineren Oberflächen hat zu einem dramatischen Ansteigen der Anzahl von Schichten ebenso wie der Leiter in einem Mehrschicht-PCB geführt. Wie gut bekannt ist, besteht ein typisches Mehrschicht-PCB aus einer Anzahl von isolierenden Schichten, auf oder zwischen denen Leiter appliziert sind. Die leitfähigen Schichten können unter anderem verwendet werden als Grund bzw. Masse und Versorgungsebene. Elektronische Komponenten wie integrierte Schaltkreise, IC, werden auf einer oder beiden Seiten der PCB befestigt und gelötet, zum Beispiel in Durchgängen, und miteinander oder mit Grund bzw. Masse oder einer Versorgungsebene verbunden durch Durchgrifföffnungen und die Leiter.
Das PCB wird normalerweise mit Koppelkapazitäten bereitgestellt, zum Beispiel zum Filtern von Interferenzen, die durch schnelle Veränderungen zwischen der Masse und Versorgungsebene als ein Ergebnis des Betriebs eines IC auftreten können. Die Koppelkapazitäten bzw. Kondensatoren werden zwischen der Masse und der Versorgung zu den Schaltkreisen verbunden.
Gewöhnlicherweise sind die Entkopplungskapazitäten in dem Mehrschicht-PCB zwischen den verschiedenen Schichten durch Bereitstellen verschiedener kapazitiver Schichten zwischen den Unterstützungsschichten des Boards vergraben. Das Board kann auch mit einer Kapazitätsschicht mit verschiedenen Kapazitätswerten beim Zusammenfügen der Schaltkreise oder anderer Komponenten bereitgestellt sein.
Ein Problem ist, kapazitive Schichten mit gesteuerten dünnen Schichten herzustellen.
Es ist bekannt harte Kapazitätslaminate zu verwenden, die in den Mehrschichtkonstruktionen platziert sind zum Erstellen von kapazitiven Ebenen, in denen die Kapazität angeordnet ist. Auch Laminate mit einer sehr wohl definierten Zusammensetzung und Dicke werden verwendet, zum Beispiel ein Epoxy/Keramiklaminat mit 95% Keramiken.
US 5,065,284 beschreibt ein Herstellen von kapazitiven Inseln in einem PCB zum Herstellen von Entkopplungskapazitäten. Ein flexibler Film wird verwendet, der Zellen mit einer hohen Dielektrizitätszahl einschließt. Jede Kapazität besteht aus einem oder mehreren hochkapazitiven, flexiblen, dielektrischen Ebenen, die mit ebenen Oberflächen bereitgestellt wird. Jede dielektrische Ebene besteht aus einer einzelnen Schicht von Mehrschichten oder einer einzelnen Schicht, getrennt voneinander, wobei Späne oder Perlen mit einer hohen dielektrischen Konstante zwischen den Laminaten bereitgestellt werden. Der Raum zwischen den Perlen ist mit einem elastischen Polymer oder einem Bindemittel gefüllt.
Gemäß US 5,625,528 wird ein monolithischer Kapazitätsschaltkreis einschließlich einiger Kapazitäten mit einigen Schichten hergestellt. Die Kapazitäten sind voneinander durch doppeltdielektrische Konstanten, Dreischichtlaminate und Isolationsschichten isoliert. Die verschiedenen Schichten weisen verschiedene thermische Ausdehnungskoeffizienten auf, um dem Kapazitätsschaltkreis eine bessere Stabilität und Bruchwiderstandsfestigkeit zu geben.
EP 545 812 offenbart einen Plastikfilm zum Verwenden in Kapazitäten. Der Film schließt eine dielektrische Schicht ein, die zwei Schichten aufweist, von denen eine eine Schmelztemperatur verschieden von der Schmelztemperatur der anderen aufweist. Die Schichten sind aufeinander extrudiert. Diese Druckschrift betrifft nicht die Elastizität der verwendeten Materialien. Weder die PCB noch vergrabene Komponenten sind involviert.
EP-A-0 545 812 offenbart einen Mehrschichtplastikfilm mit Polymerschichten von einer spezifizierten Faltigkeit. Der Film wird als dielektrischer Film für eine Kapazität verwendet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung ist dünne Schichten, vorzugsweise Mehrschicht-PCB erstellende dielektrische Schichten, auf eine gesteuerte Weise bereitzustellen, insbesondere beim Herstellen vergrabener Kapazitäten oder dergleichen.
Eine andere Aufgabe der Erfindung ist die dielektrische Schicht in einem Mehrschicht-PCB zwischen ausgewählten kapazitiven Ebenen zu formen, vorzugsweise nur wo die Dielektrizität benötigt wird.
Noch eine andere Aufgabe der Erfindung ist es eine neue Dielektrizität für Kapazitäten oder Mehrschicht-PCB zu erstellen.
Diese Aufgaben sind gelöst worden durch die anfänglich erwähnten Komponenten einschließlich wenigstens zwei leitfähiger Schichten und einer Zwischenschicht. Die Zwischenschicht besteht ferner aus wenigstens zwei Schichten: wenigstens einer ersten Schicht und einer zweiten Schicht, wobei die wenigstens erste Schicht mehr elastische Charakteristiken als die zweite Schicht bei einer gewissen Temperatur und/oder Druck aufweist.
Die Zwischenschicht ist eine dielektrische Schicht beim Herstellen von Kapazitäten. Vorzugsweise bestehen die dielektrischen Schichten aus zwei im wesentlichen getrennten Schichten: einer ersten Schicht mit einer niedrigeren Schmelztemperatur als die andere Schicht.
Beim Applizieren von wenigstens einer der leitfähigen Schichten auf der dielektrischen Schicht bewegt sich die Schicht mit niedrigerer Schmelztemperatur hinweg und füllt leere Räume und unebene Abschnitte, während die andere Schicht eine vordefinierte Dicke mit einer gewünschten Dicke aufrechterhält.
Die erste Schicht wird sehr dünn, wenn eine Kraft ausgeübt wird, und die zweite Schicht kann an wenigstens eine der leitfähigen Schichten anhaften. In einer Ausführungsform weist auch die zweite Schicht anhaftende Charakteristiken auf.
In einer Ausführungsform besteht die Zwischenschicht aus drei getrennten Schichten, wodurch eine Schicht zwischen zwei anderen Schichten eine höhere Schmelztemperatur aufweist als die zwei anderen Schichten. Vorzugsweise sind die Schichten mit einer niedrigeren Schmelztemperatur aus dem gleichen Material, und die Schicht mit höherer Schmelztemperatur hält eine gesteuerte Minimaldicke. Die Schichten mit niedrigerer Schmelztemperatur werden primär verwendet zum Ausfüllen von unebenen Teilen und auch zum Anhaften verschiedener Schichten.
In einer Ausführungsform werden alle der Zwischenschichten als ein homogener Film hergestellt.
Die Zwischenschichten enthalten in einer Ausführungsform einen sehr kleinen Umfang oder keinen Umfang von Material mit einer hohen dielektrischen Konstante. Vorzugsweise bestehen die Schichten in der Zwischenschicht aus PTFE (Polytetrafluorethylen), PFA (Perfluoroalkoxy) und/oder FEP (flouriertes Ethylen-Propylen).
Die elektrische Komponente ist in einer Ausführungsform eine vergrabene Kapazität in einem Mehrschicht-PCB. Es kann auch ein Widerstand sein.
Ferner verweist die Erfindung auf einen Mehrschicht-PCB, der ein erstes und ein zweites Laminat und einen Anzahl von Schichten einschließt, die eine vergrabene elektrische Komponente darstellen. Die vergrabenen Komponenten schließen eine erste und eine zweite leitfähige Schicht und eine Zwischenschicht bestehend aus wenigstens zwei Schichten ein. Wenigstens eine Schicht ist bei einer gewissen Temperatur und/oder einem Druck elastischer als die andere Schicht.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die vorliegende Erfindung wird deutlicher aus den Ansprüchen und der Beschreibung, wie sie in Verbindung mit den Zeichnungen verfolgt werden, in denen:
1 auf eine schematische Weise einen Querschnitt durch einen Teil eines ersten PCB mit einer vergrabenen Kapazität gemäß der Erfindung zeigt.
2 auf eine schematische Weise einen Querschnitt durch einen Teil eines zweiten PCB mit einer vergrabenen Kapazität gemäß der Erfindung zeigt.
3 auf eine schematische Weise einen Querschnitt durch einen Teil einer dritten vergrabenen Kapazität gemäß der Erfindung zeigt.
BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
1 zeigt eine Ausführungsform eines Mehrschicht-PCB, der mit einer vergrabenen Kapazitätsschicht bereitgestellt wird. Der PCB besteht aus einem ersten Substrat 11 und einem zweiten Substrat 12. Zwischen den Substratschichten 11 und 12 sind eine erste leitfähige Schicht 13, eine dielektrische Schicht 14 und eine leitfähige Oberfläche 15 angeordnet. Die leitfähigen Schichten beabsichtigen als Kapazitätsebenen verwendet zu werden, wodurch die erste Schicht 13 als die Masseebene verwendet wird, während die zweite 15 als der Signalanschluss verwendet wird.
Die dielektrische Schicht 14 besteht aus zwei im wesentlichen getrennten Schichten 16 und 17. Eine erste Schicht 16 weist eine niedrigere Schmelztemperatur auf als die andere 17, was zur Folge hat, dass die erste Schicht elastischer oder bei einer gewissen Temperatur fließend ist, während die andere ihre Form beibehält.
Gemäß der Zeichnung wird die leitfähige Schicht 15 bei dem Herstellungsprozess in Richtung der dielektrischen Schicht 14 nach einem Heizen gedrückt, so dass die erste Schicht 16 mit niedrigerer Schmelztemperatur sich durch Hinwegfließen deformiert, während die zweite Schicht 17 sich nur ein wenig verformt, so dass sie im wesentlichen die äußere Form der leitfähigen Schicht 15 annimmt. Entsprechend behält die zweite dielektrische Schicht ihre wohldefinierte Dicke bei, und die Kapazität zwischen der Oberfläche 15 und der Masseebene 11 erhält die gewünschte Charakteristik. Eine sehr dünne Schicht auf der Schicht 16 verbleibt jedoch unter dem deformierten Teil der Schicht 17 und sie kann zum Anhaften von Schicht 17 an die Masseebene 11 verwendet werden. Hier wird angenommen, dass die Schicht 17 auch teilweise anhaftende Charakteristiken aufweist, so dass der Leiter 15 und das Substrat 12 zusammengehangen werden können.
Die zweite Ausführungsform eines PCB 20 ist in 2 gezeigt. Hier sind die gleichen Teile mit den gleichen Bezugsziffern wie in dem Beispiel gemäß 1 bezeichnet. In diesem Fall wird die Masseebene 21 mit Erhöhungen 24 bereitgestellt, die im wesentlichen der Oberfläche 15 entsprechen. Die Schicht 22, die der Schicht 16 in 1 entspricht, ist etwas dicker, während die Schicht 23 entsprechend Schicht 17 eine etwas kleinere Dicke aufweist. Ähnlicherweise ist das Material in der Schicht 22 hinfort gedrückt worden, so dass der Raum zwischen der Schicht 23 und der Masseebene und anderen unebenen Oberflächen gefüllt worden sind, die zwischen den Schichten auftreten können.
Die gesamte dielektrische Schicht 14 in einem ersten Schritt kann als ein homogener Film hergestellt werden, der entweder sehr wenig oder überhaupt kein Material mit einer hohen dielektrischen Konstante D_K aufweist, wodurch die plastischen Charakteristiken des Films nicht verändert werden. Das kann der Fall sein, wenn niedrige Kapazitätswerte (zum Beispiel bis ungefähr 500 pF) oder sehr dünne Schichten, zum Beispiel bis zu μm gewünscht werden.
3 zeigt einen Schnitt durch einen dritten PCB 30, der gemäß der Erfindung hergestellt ist. Der PCB 30 besteht aus einem unteren und einem oberen Isoliersubstrat 31 und 32. Das obere Substrat 31 wird vorzugsweise mit einer Anzahl von Durchgrifföffnungen bereitgestellt, durch die Verbindungen 33, die auf dem PCB angeordnet sind, mittels Leitern 34 mit Kapazitätsoberfläche 35 verbunden werden. Die dielektrische Schicht 37 besteht aus drei einzelnen Schichten 38, 39 und 40, wobei die mittlere Schicht 39 eine niedrigere Schmelztemperatur als die zwei anderen Schichten 38 und 40 aufweisen. Die Schichten 38 und 40 können aus dem gleichen oder unterschiedlichen Material gemacht werden, solange sie eine niedrigere Schmelztemperatur als Schicht 39 aufweisen.
Die leitfähige Schicht 35 wird in die dielektrische Schicht 37 gedrückt, deren verschiedene Schichten auf verschiedene Weisen geändert worden sind. Die Schichten 38 und 40, die niedrigere Schmelztemperaturen aufweisen, sind hinfort gedrückt worden, und in den Abschnitten unter dem Leiter weisen die Schichten 38, 40 viel kleinere als an den Seiten des Leiters auf. Die Schicht 39 mit einer höheren Schmelztemperatur ist jedoch nur gegen die Masseebene ohne bemerkenswerte Dickenveränderung gedrückt worden und hält eine gesteuerte Minimaldicke. Die gesteuerte Dicke hängt von der Drucktemperatur und dem Druck ab, d.h. die Temperatur und der Druck, zum Beispiel beim Applizieren der Kapazitätsoberfläche 35.
Die Schichten 38 und 40 werden primär zum Füllen leerer Räume verwendet, die zwischen den Schichten wegen der Unebenheit auftreten können, und zum Anhängen der verschiedenen Teile, d.h. der Kapazitätsoberflächen 36, 35 und der Substrate 32 oder 31 an die Schicht 39. Jedoch können auch andere Anhaftmittel verwendet werden.
Durch Herstellen der dielektrischen Schicht aus wenigstens drei Schichten vorzugsweise mit den äußeren Schichten aus einem thermoplastischen Material mit einer niedrigeren Schmelztemperatur kann gewährleistet werden, dass diese "fließen", während die Schicht mit einer höheren Schmelztemperatur eine gesteuerte Dicke hält. Da diese Schichten fließen, füllen sie mögliche Unregelmäßigkeiten aus, die zwischen den Schichten auftreten können.
Vorzugsweise können die verschiedenen Schichten aus einem thermoplastischen Material in dem dielektrischen Material aus PTFE (Polytetrafluorethylen), PFA (Perfluoroalkoxy) und/oder FEP (flouriertem Ethylen-Propylen) bestehen, von denen PTFE die höchste Schmelztemperatur (ungefähr 327°C) aufweist. Klarstellenderweise können auch andere geeignete Materialien verwendet werden.
Die Dicke der verschiedenen Schichten 38 bis 40 kann anwendungsabhängig sein, in einer Ausführungsform bewegt sich die Dicke jeder Schicht zwischen 5 bis 75 μm.
Offensichtlicherweise muss die Elastizität der Zwischenschichten nicht nur von der Schmelztemperatur abhängig sein, sondern kann auch durch verschiedenen Druck oder Kombinationen von Druck und Temperatur beeinflusst sein.
Die Technik gemäß der Erfindung kann auch zum Herstellen von anderen vergrabenen Komponenten verwendet werden, zum Beispiel Widerständen, wo die Zwischenschichten durch leitfähige oder halbleitfähige Plastiken mit verschiedenen Schmelztemperaturen und Leitfähigkeiten ersetzt werden können.
Während wir bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt und beschrieben haben, wird gewürdigt, dass verschiedene Variationen und Modifikationen innerhalb des Schutzbereiches der angefügten Ansprüche auftreten können.

Claims

Eine elektrische Komponente, vorzugsweise eine in einem gedruckten Schaltkreisboard (PCB) vergrabene Komponente einschließlich wenigstens zwei leitfähiger Schichten (13, 21, 36; 15, 35) und einer Zwischenschicht (14, 37), dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (14, 37) ferner aus wenigstens zwei Schichten (16, 17, 22, 23, 38, 39, 40) besteht: wenigstens einer ersten Schicht (17, 23, 39) und einer zweiten Schicht (16, 22, 38, 40), während wenigstens die erste Schicht eine elastischere Charakteristik bei einer gewissen Temperatur und/oder Druck aufweist als die zweite Schicht (16, 22, 38, 40).
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht eine dielektrische Schicht (14, 37) ist.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dielektrische Schicht aus zwei im wesentlichen separaten Schichten (16, 17; 22, 23) besteht: einer dritten Schicht (16), die eine niedrigere Schmelztemperatur aufweist als eine vierte Schicht (17).
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die dritte Schicht (16) mit einer niedrigeren Schmelztemperatur weggedrückt wird, wenn wenigstens eine der leitfähigen Schichten auf die dielektrische Schicht (14, 22) angelegt wird, während die vierte Schicht (17) in einer definierten Dicke verbleibt.
Eine elektrische Komponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine sehr dünne Schicht der ersten Schicht an der zweiten Schicht bis zu wenigstens einer der leitfähigen Schichten anhängt.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die vierte Schicht (17) anhaftet.
Eine elektrische Komponente gemäß einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine der leitfähigen Schichten (21) mit Erhebungen (22) versehen ist.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht (37) aus drei separaten Schichten (38, 39, 40) besteht.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass eine fünfte Schicht (39) zwischen einer sechsten und einer siebten Schicht (38, 40) eine höhere Schmelztemperatur aufweist als die sechste und die siebte Schicht (38, 40).
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sechste und siebte Schicht (38, 40) mit einer niedrigeren Schmelztemperatur aus dem gleichen Material besteht.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die fünfte Schicht (39) mit einer höheren Schmelztemperatur eine gesteuerte Minimaldicke einhält.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die sechste und siebte Schicht (39, 40) mit einer niedrigeren Schmelztemperatur im wesentlichen verwendet werden, um leere Räume und unebene Teile zu füllen, und um auch an verschiedenen Schichten anzuhaften.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die gesamte Zwischenschicht ein homogener Film ist.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht einen sehr kleinen Betrag oder keinen Betrag eines Materials mit einer hohen dielektrischen Konstante enthält.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Schichten der Zwischenschicht aus PTFE (Polytetrafluorethylen), PFA (Perfluoralkoxy) und/oder FEP (fluoriertes Ethylenpropylen) besteht.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen vergrabenen Kondensator in einem Mehrschicht-PCB darstellt.
Eine elektrische Komponente gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht resistive Charakteristiken aufweist.
Ein bedrucktes Mehrschicht-Schaltkreisboard (10, 20, 30) einschließlich eines ersten und eines zweiten Laminats (11, 31; 12, 32) und einer Anzahl von Schichten mit einer vergrabenen elektrischen Komponente, dadurch gekennzeichnet, dass die vergrabene Komponente wenigstens zwei leitfähige Schichten (13, 21, 36; 15, 35) und eine Zwischenschicht (14, 37) aufweist, bestehend aus wenigstens zwei Schichten (16, 17, 22, 23, 38, 39, 40), wenigstens einer ersten Schicht (17, 23, 39) und einer zweiten Schicht (16, 22, 38, 40), deren wenigstens erste Schicht eine elastischere Charakteristik als die zweite Schicht (16, 22, 38, 40) bei einer gewissen Temperatur und/oder Druck aufweist.
Ein Mehrschicht-PCB gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass eine Zwischenschicht dielektrisch ist.
Ein Mehrschicht-PCB gemäß Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die Zwischenschicht resistive Charakteristiken aufweist.