CN1891023A - 用于绕嵌在电路中的部件构造电磁干扰屏蔽的方法 - Google Patents

用于绕嵌在电路中的部件构造电磁干扰屏蔽的方法 Download PDF

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CN1891023A CN 200480036607 CN200480036607A CN1891023A CN 1891023 A CN1891023 A CN 1891023A CN 200480036607 CN200480036607 CN 200480036607 CN 200480036607 A CN200480036607 A CN 200480036607A CN 1891023 A CN1891023 A CN 1891023A
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Abstract

本发明涉及一种绕嵌在电路中的部件构造EMI屏蔽的方法。根据此方法，绕部件的嵌入位置形成延伸到表示接地参考平面的绝缘层的凹槽。以使得导电材料与接地参考平面电接触且该材料大体在电路板的方向上围绕该部件的方式，用导电材料填充或用导电材料表面化该凹槽。

Description

用于绕嵌在电路中的部件构造电磁干扰屏蔽的方法
本发明涉及根据权利要求1的前序的用于绕待嵌在电路板中的部件构造电磁干扰(EMI)屏蔽的方法。本发明也涉及根据权利要求15的前序的电路板。
专利出版物US 6,388,205 B1公开了使用一体的金属屏蔽部分或完全嵌在电路板内的电路，其中所述金属屏蔽从所有侧围绕电路板，并且除了该电路板连接至另一电路板的点之外无开口。
专利申请出版物US 2003/01889 A1公开了一种电路板，其中信号导体由几个导电开口围绕，所述开口用导电层镀覆。因此，与统一的构造相比，所述构造是更耐久和更灵活的，并且制造也是廉价和快速的。
专利申请出版物WO 03/065778公开了一种嵌在电路板中的半导体部件，所述电路板用在基体的至少一侧上的绝缘层覆盖，且其中为所述部件制造的孔的侧壁用导电材料镀覆。
国际专利申请出版物WO 00/14771和WO 00/16443公开了一种用于在电路板中形成EMI屏蔽导体槽的方法，其中该导体槽嵌在两个传导层之间的绝缘中，并且由以导电方式排列的沟横向屏蔽，从而它们形成共轴线。
专利出版物US 6,131,269公开了其中部件嵌在介电基板上的模块的构造，其中金属层在介电基板下面。在通过介电基板一直延伸到金属层的部件之间安装金属隔离壁。所述部件在所述模块构造中嵌入该介电基板。
专利出版物US 5,987,732公开了多层集成的微波组件的构造。光阻层沉积在基板上，并且有选择地去除光阻层的部分和涂覆第一传导层。去除光阻层的第二部分，留下隔离壁和空腔。电气部件被放在空腔中，且第一介电层填充空腔。在所述层上施加第二传导层，去除所述第二传导层的部分。从传导层通过介电层到其它传导层建立电连接。将液体材料、在250℃固化的聚酰亚胺用作第一介电层。
专利出版物JP 2000183488公开了一种电路板，其中所述部件装配至凹槽，金属膜形成在凹槽的壁上。不存在绕所述部件的绝缘材料。
专利出版物JP 2002-16-16 327公开了嵌在钻在基体中的孔中的部件，其中传导材料在孔的侧壁上产生。
本发明目的在于在电路板内产生EMI屏蔽结构，使得有源部件、电路、或模块可嵌在电路板中。
本发明基于如下思想：绕其中嵌入部件的位置在电路板中形成大体围绕部件的凹槽，且凹槽用导电材料形成表面或用导电材料填充，使得形成表面的或填充的凹槽绕部件形成框架，所述框架至少将到达电路板侧面的电磁辐射与部件屏蔽开。使部件和框架彼此绝缘的绝缘层优选形成在框架和部件的嵌入开口之间。
更具体地，根据本发明的方法的特征在于在权利要求1的特征部分中描述的方法。
进而，根据本发明的构造的特征在于在权利要求15的特征部分中描述的构造。
利用本发明获得相当多的优点。本发明允许绕正在嵌入的部件构造在电路板内的EMI屏蔽。该构造类似于金属屏蔽壳体，但是在这种情形下，部件通过在电路板内形成的导电框架屏蔽，该框架由金属、导电聚合物、导电粘合剂、或阻挡电子辐射的某一其它材料制成。凹槽延伸到表示接地参考平面的电路板的传导层，从而使材料与接地参考平面电接触。
在电路板内形成屏蔽EMI结构允许待嵌入而无壳体的有源或无源部件、电路、或模块灵敏，因为内部EMI屏蔽保护部件免受外部干涉信号和来自电路板内的信号的影响。
也通过屏蔽结构的形状可在结构的制造期间改变的事实了增加该结构的优点。如果想要，屏蔽结构可被构造为从各个侧无开口地或以屏蔽件在某一侧上开口的方式(然而，尽管它大体上围绕部件)围绕正嵌在电路板中的部件。在一些实施例中，该结构也具有下述优点：凹槽也可用柔性、半透明的、和/或透明的导电材料表面化或填充。
该结构的进一步的优点是，该部件可在电路板的构造期间的任何阶段或之后嵌到电路板，这具有使得该部件不暴露于对于该部件不适合的环境(例如，高温和高压等)的优点。
通过选择电路板和屏蔽结构的材料使它们互补，从而它们一起提供具有例如柔性、透明、或某一其它的理想属性的电路板，可使电路板具有新属性，从而允许扩展它们的可能应用范围。
本发明的优选实施例相对于其中嵌入孔的框架用金属镀覆的解决方法具有优点，因为，根据实施例，部件与EMI屏蔽的隔离在这些实施例中得到更好的保证，所以传导材料不需要进入该部件的安装孔，以制造EMI屏蔽。另外，在对EMI屏蔽件的传导材料的选择上存在较大的自由。
本发明的优选实施例相对于专利出版物US 6,388,205 B1中公开的解决方法也具有优点。在该专利出版物的解决方法中，必须结合电路板的各层的制造制造EMI屏蔽件，从而实际上电路板的传导材料必须被选择为EMI屏蔽件的材料。在本发明的优选实施例中，EMI屏蔽件构造在完成的或半完成的电路板中。
在专利出版物WO 14771和WO 16443中公开的解决方法中，使用导电材料镀覆的长沟在电路板的横向屏蔽导体槽，这使电路板具有刚性结构，并且减少了其耐用性。
专利申请出版物US 2003/018889 A1公开了通过从在分离的孔而不是连续的壁中形成的导体形成EMI屏蔽件获得的相当多的优点。在该US专利申请中公开的结构的制造廉价且快。另外，分离的导体没有减少电路板的机械耐用性，也与连续壁相同没有减少板的柔性。在本发明的优选实施例中，例如传导聚合物和导电粘合剂等柔性材料用于代替金属制造屏蔽结构，从而保持了电路板的柔性，而不牺牲耐用性。使用传导聚合物和导电粘合剂，电路板也可获得其它有利的特性，例如透明性等。连续槽也容易用聚合物填充。在本发明的优选实施例中，与根据US专利申请出版物的解决方法中必须完成的相同，不需要分开设计孔的位置。
本发明具有许多优选实施例。使用根据本发明的方法，可能将有源或无源部件、或对EMI灵敏的结构整体嵌在电路板中。例如，RF电路可借助于这些实施例被埋入。
本结构特别适于将光电部件嵌到电路板。与US 6,131,269中相同，在其中部件在电路板的构造期间嵌到绝缘层的用于构造电路板的方法中，该部件应抵抗在预固化和热压缩期间使用的高温和高压。在本发明中，此后，该部件嵌到多层电路板，从而该部件未暴露于电路板的制造期间需要的条件。存在例如空气等围绕光电部件的优选的光学材料。在专利出版物US 5,987,732中，在屏蔽壁之间使用应在250℃固化的液体材料。大多数光学部件不能抵抗此温度。
利用根据优选实施例的实施例，也可能将热传递到电路板外面，特别是利用传导材料，例如使用传导热和电的金属、粘合剂、或聚合物，将热传递到电路板下面。
在下述中，利用应用实例并参考附图更详细地说明本发明。应用实例决不是为了限制由权利要求书限定的保护范围。
图1示出根据本发明的电路板的基本结构的截面。
图2示出根据本发明的一个电路板在部件馈通时的截面。
图3示出钻进电路板内的凹槽的截面。
图4示出钻进电路板内的凹槽的填充的截面。
图5示出去除在电路板中的部件的嵌入位置的绝缘层的截面。
图6示出在嵌入位置的部件的连接的截面。
图7示出电路板的一个部件以及其屏蔽结构的顶视图。
对于本发明，术语“电路板”是指多层电路板，其中不仅存在形成接地参考平面即0电平的导体层，也存在至少两个通常为导电信号层的导体层。导体层为某种导电金属，通常为铜。导体层通过绝缘层彼此隔离。
“部件”通常是半导体部件，例如，光电部件或微电路或无源部件(例如，集成无源部件等)。半导体部件通常为硅或镓基部件(少量磷、硼、或其它合金原子添加到其中)，以改变半导体的电属性。
术语“接地参考平面”是指传导层，其被接地或连接至另一0电势，例如连接至电路的浮动的0电势。
术语“接地参考平面上方”是指部件连接至的电路板侧。术语“接地参考平面下方”是指所述电路板的相对侧。
在传导层之间存在可以是塑料或环氧树脂或某一类似材料的绝缘材料。绝缘材料是不充当电传输路径的材料。绝缘材料举例来说可选择自下述的组：各种树脂、环氧树脂玻璃、聚酰亚胺(例如，DupontKAPTON)、聚酰亚胺-石英、聚酯、丙烯、双马来酰亚胺、玻璃纤维、氰酸酯玻璃、XPC(酚醛纸)、FR-1(具有酚醛胶结料的纸材料)、FR-2(具有酚醛胶结料的纸材料，UL94-V0)、FR-3(具有环氧树脂的纸材料)、FR-4(玻璃-纤维环氧树脂叠层)、CEM(复合环氧树脂材料)、CEM-1(纸基叠层，具有一层编织的玻璃纤维(7628))、CEM-3(玻璃环氧)、芳香族聚酰胺(芳香纤维，例如Dupont Kevlar，Epoxy-Kevlar，或Nobel’s Twaron)、PTFE(特氟纶)、苯并环丁烯、微纤维叠层、和类似物。
专用基体通常可以是铝、LTCC(低温共烧陶瓷)、HTCC(高温共烧陶瓷)、玻璃、石英/二氧化硅、AIN、SIC、硅、BeO、和BN。
可用作电路板中的绝缘材料的塑料包括：聚乙烯、聚丙烯、聚丁烯、聚甲基戊烯、聚酰胺、聚酰亚胺、聚砜、聚醚醚酮(例如，由Denso公司和Mitsubishi Plastics有限公司研制的PALAP)、聚氯乙烯、苯乙烯类塑料、纤维素塑料、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚丙烯腈、聚碳酸酯、聚对苯二甲酸乙二醇酯、和氟塑料。
导电聚合物和粘合剂可被分成热固聚合物和热塑聚合物。为了提高传导性，可能使用例如银、金、或镍等填料。
传导聚合物包括：聚乙炔、聚噻吩、聚吡咯、聚对苯乙炔、聚苯胺、聚2，3ethyldioxitiophene。
导电粘合剂通常由三种主要成分形成：传导填料、聚合物(例如，环氧树脂、改良环氧树脂或硅酮)、和提供抗静电属性的制剂。根据所使用的粘合剂，使用UV光或热进行固化/干燥。某些粘合剂甚至在室温下固化。
市场上可买到的(一种成分或两种成分)的导电各向同性粘合剂
包括：
Emerson&Cuming
Ablebond 976-1，柔性导电粘合剂，填料为银
Ablebond 84-1LMI NB，导电环氧树脂粘合剂，填料为银
Eccobond 57C，导电环氧树脂粘合剂，填料为银
Eccobond 50298，两种成分的导电环氧树脂粘合剂，填料为镍
AMICON C-850-6环氧树脂粘合剂，填料为银
AMICON CE 8500导电改良环氧树脂粘合剂，填料为银
Nor throp Grumman Corporation
SE-CURE 9502导电粘合剂，填料为银
Loctite
Product 3880导电环氧树脂粘合剂，填料为银(特别用于连接EMI部件)
Product 3888环氧树脂粘合剂，填料为银
Product 5420导电硅酮
Product 5421RTV硅酮(提供EMI/RFI屏蔽)
Dow Corning
DA 6524导电硅酮粘合剂
DA 6533导电导热硅酮粘合剂
Panacol-Elosol Gmbh
Elecolit 312LV(无溶剂环氧树脂粘合剂，填料为银)
Elecolit 323(传导环氧树脂粘合剂，填料为银)
Elecolit 342(传导丙烯酸酯粘合剂，填料为银)
Elecolit X-160378(传导环氧粘合剂，填料为银)
市场上可买到的(一种成分或两种成分)的导电各向异性粘合剂包括：
Loctite
Product 3441(环氧树脂粘合剂，金表面化的聚合物)
Product 3446(环氧树脂粘合剂，熔化填料)
Product 3440(填料金聚合物)
Product 3445(熔化焊料填料)
Telephus
AcpMat系列(基于环氧树脂的粘合剂树脂膏，具有传导填料和其它专用填料)
图1示出一个电路板的基本结构的截面。与电路板的制造有关，交替的传导层1，3和绝缘层3建在电路板上。传导层的一层相应于接地参考平面3，即，0平面。在此电路板的实例中，存在至少三个传导层：接地参考平面和位于其上方和下方的信号层。通常，接地参考平面上方和下方存在2-4个信号层。
图2示出图1的电路板在用于部件的嵌入孔处的横截面。在电路板中，多个导电层1和多个绝缘层2交替。多个导电层之一是接地基准平面3。为了使得更容易将部件嵌入电路板，在部件的至少一侧，也就是嵌入位置的侧面的不存在导电层且仅包含绝缘材料2的区域，被设置在部件的嵌入位置处。在如图2示出的实施例中，开口4被留在嵌入位置处的接地参考平面中。在制造阶段中，由例如铜的层3材料形成的连续或不连续的金属层5可被留在这一开口处。绝缘材料2留在开口中。
如果希望使得部件与接地参考平面之下的导电层1电接触，则在制造金属层5之前最好采用某些适合的例如微通路法的馈通方法穿过接地参考平面3之下的绝缘层2到位于下方的导电层形成馈通14。馈通14是例如金属的导电材料。
图3示出了图1和2的电路板中钻出的凹槽6的横截面。使用选择的激光钻或相应的方法，延伸至接地参考平面3的凹槽6被围绕部件的嵌入位置切割。接地参考平面可优选位于进行钻孔的整个区域之下，使得其更容易控制钻孔的深度。在切割区域中优选没有信号连接1，使得可以在接地参考平面3的帮助下控制深度，使得信号引线将不通过EMI屏蔽连接至接地参考平面3。例如，选择的激光钻不腐蚀金属，仅腐蚀绝缘层，使得当遇到接地参考平面3时切割可停止。
图4示出了钻入图1-3的电路板的凹槽的填充物的横截面。在一个实施例中，在钻孔后，凹槽被以导电金属金属化。以下述方式进行金属化：在第一阶段，所选择的金属例如铜的籽层8在凹槽中化学生长，此后，最终的金属层9以电化学方式生长。凹槽可被部分填充，例如，仅仅表面被金属覆盖，凹槽也可以被完全填充。可选地，凹槽可填充或表面化有导电聚合物或导电粘合剂。当使用导电聚合物或粘合剂时，层8和9可以是相同或不同的导电聚合物或粘合剂。当使用导电聚合物或粘合剂时，没有必要在层中进行填充，而是可以一次性地进行凹槽的填充或表面化。表面化或填充有导电材料的凹槽形成屏蔽电磁辐射的结构，在这种情况下，称之为框架10。
图5示出了图1-4的电路板中的部件的嵌入位置处的绝缘层2的去除的横截面。在制造EMI框架之后，在凹槽6(或框架10)中，通过例如选择的激光钻制作孔11，以用于待嵌入到接地参考平面3层的部件。绝缘材料2的框架7留在被嵌入的部件和凹槽之间。在电路板的制造阶段，连续或不连续的金属层的深度保留至接地参考平面。如果通过选择激光钻或类似方法执行钻操作，钻操作将在金属层停止。这使得正在嵌入的部件的嵌入深度可被控制和调整。
自然地，钻操作还可以相反的次序进行，例如，首先钻位于部件的嵌入位置处的孔，并仅在这之后形成围绕嵌入位置的凹槽。在这两种情况下，绝缘层7被留在凹槽和部件的嵌入位置之间。然而，应当指出，当凹槽将被填充金属时，通常首先优选制作和填充凹槽，使得金属不进入为部件制作的孔11。如果凹槽填充有导电聚合物或导电粘合剂，凹槽和用于部件的开口可被以任意顺序或同时填充。因为导电聚合物或粘合剂可溅射，所以其优选首先制造并填充凹槽。
图6示出嵌入到图1-5的电路板的空间中的部件的横截面。使用具有足够强的导电性的粘合剂或焊料或导电聚合物将部件12例如以各向同性或各向异性方式连接至其接触座。在图6的实施例中，借助于导电粘合剂13，将部件连接至金属层5。从部件12到位于其下的导电导体层1的电连接采用如上所述的某些馈通法例如微通孔法(微通孔14)穿过绝缘层2形成。接地参考平面之下的导体层1也可仅在已经形成通过接地参考平面3之下的绝缘层2电连接之后建立。可选地，接地参考平面之下的传导层可以完成，通过其实现连接。
在例如导热和导电金属、粘合剂、或聚合物的传导材料的帮助下，热量可以由部件传递到电路板之外，尤其是其之下，或传递到整个壳体结构。
如上所述，使用某些馈通方法，可以形成电连接到位于接地参考平面之下的导体层。可选地，例如通过接合(例如使用金或铝线的线焊接)可将连接或某些连接形成到位于接地参考平面之上的导体层。
在将部件12嵌入之后，围绕部件保留的空洞11可保留为空的，或可选的用适合的填充材料填充。
如果需要，在导电粘着剂的帮助下，从上面，例如，从部件与连接点相对的一侧，屏蔽部件。
图7示出图1至6的电路板的一个部件连同其屏蔽结构的顶视图。围绕部件12的被填充凹槽形成框架10，该框架为部件屏蔽至少来自电路板方向的电磁辐射。绝缘层7保留在部件12和框架10之间，同时可看到绝缘层2位于绝缘层和部件12之间。

Claims (22)

1.一种绕嵌在电路板中的部件构造电磁干扰屏蔽的方法，其中电路板包括交替的导体层(1)和绝缘层(2)，且至少部件(2)的相当大的部分嵌在所述电路板内，并且绕其放置屏蔽电磁辐射的结构(10)，所述结构至少屏蔽来自电路板的方向的电磁辐射，其特征在于，所述部件是光电部件，
凹槽(6)绕部件(12)的嵌入位置形成，使得绝缘层(7)留在部件(12)的嵌入位置和凹槽(6)之间，并且使得凹槽从所述电路板的表面延伸到例如表示接地参考平面(3)的绝缘层，凹槽(6)被用导电材料(8，9)填充或表面化，使得所述材料与所述接地参考平面(3)电接触，所述材料在电路板的方向上大体围绕作为框架(10)的部件。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在形成所述凹槽(6)时，仅从所述电路板去除不充当电传输路径(2)的材料。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，在其中形成所述凹槽(6)的整个区域下面存在接地参考平面(3)。
4.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述凹槽的镀覆或填充之后，为所述部件(12)形成延伸到所述接地参考平面(3)高度的空腔(11)，且所述部件嵌在已经形成的空腔中。
5.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述部件是半导体部件或例如集成无源部件等无源部件。
6.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用来给凹槽形成表面或填充凹槽的导电材料(8，9)是透明的、半透明的和/或柔性材料。
7.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用来给凹槽形成表面或填充凹槽的导电材料(8，9)是导电聚合物或导电粘合剂。
8.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，用来给凹槽形成表面或填充凹槽的导电材料(8，9)是金属。
9.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述部件(12)电连接至位于所述接地参考平面下面的导体层(1)。
10.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，在所述部件(12)的嵌入位置，连续或不连续的金属层(5)留在所述接地参考平面上，且所述部件电连接至所述金属层。
11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，利用焊料或导电聚合物或导电粘合剂形成所述连接。
12.根据权利要求10或11所述的方法，其特征在于，所述金属层(5)电连接至位于所述接地参考平面(3)下面的导体层(1)。
13.根据权利要求12所述的方法，其特征在于，仅在所述金属层(5)和所述导体层(1)之间形成电接触后制造所述接地参考平面(3)下面的导体层(1)。
14.根据以上权利要求中任一项所述的方法，其特征在于，所述部件(12)电连接至位于所述接地参考平面(3)上方的导体层(1)。
15.一种电路板，包括
部件(12)，其至少相当大的部分嵌在所述电路板内，以及
绕所述部件(12)构造的结构(10)，用于屏蔽至少来自所述电路板的方向的电磁辐射，
其特征在于，所述部件是光电部件，结构(10)包括围绕所述部件的嵌入位置的凹槽(6)，凹槽(6)延伸至接地参考平面(3)，在所述凹槽(6)和孔(11)之间的绝缘层设置在所述部件的嵌入位置处，该凹槽在电路板(12)的方向大致环绕所述部件(12)，该凹槽(6)填充有导电材料(8、9)，使得所述材料与所述接地参考平面(3)电接触。
16.根据权利要求15所述的电路板，其特征在于，所述电路板和被设置在其内的用于防止电磁辐射的框架(10)是柔性的。
17.根据权利要求15或16所述的电路板，其特征在于，所述凹槽(6)填充有导电聚合物或导电粘合剂。
18.根据权利要求15至17中任一项所述的电路板，其特征在于，所述部件(12)被电连接至导体层(1)，所述导体层(1)位于所述接地参考平面(3)之下。
19.根据权利要求15至18中任一项所述的电路板，其特征在于，在所述部件(12)的嵌入位置处，在位于接地参考平面的高度上有连续或不连续的金属层(5)，所述部件电连接至所述金属层。
20.根据权利要求19所述的电路板，其特征在于，所述部件(12)在导电粘合剂或导电聚合物(13)的协助下连接至所述金属层(5)。
21.根据权利要求15至20中任一项所述的电路板，其特征在于，所述金属层(5)被电连接至位于所述接地参考平面(3)之下的导体层(1)。
22.根据权利要求15至21中任一项所述的电路板，其特征在于，所述部件(12)被电连接至位于所述接地参考平面(3)之上的导体层(1)。
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