用聚合物层制造工件的方法和系统与流程

本发明涉及制造工件的方法，且特别是其中电子部件借助于图案化的聚合材料层贴附到基板的工件。本发明还涉及这样的工件。

背景技术

表面安装技术(smt)是其中电子部件安装或放置在印刷配线板(pwb)的表面上从而形成印刷电路板组件的方法。电子部件可借助于由回流焊膏形成的例如焊点电连接和机械连接到pwb的电接触垫。传统上，焊膏可以以沉积物的形式丝网印刷到接触垫上而提供在pwb上。

现在，人们对更小的电子部件、更高密度封装的印刷电路板组件、更高的容量和更高的吞吐量越来越感兴趣。因此，需要改善工件和在基板上安装电子部件的方法。

技术实现要素：

本发明的目的是提供用于制造工件的改进的方法，工件包括具有导电区域和安装的电子部件的基板。因此，本发明提供在独立权利要求中阐述的制造方法和具有该特征的工件。本发明的有利实施例由从属权利要求限定。

因此，根据第一方面，提供了一种制造方法，其中聚合材料层或涂层提供在基板的至少一部分上。聚合材料在暴露于电磁辐照时能改变其电导率。在该方法中，用电磁辐照聚合材料层以形成不同电导率的区域的图案。在其他步骤中，电子部件安装在聚合材料层上且固化聚合材料。

根据第二方面，提供了一种工件，其包括基板和电子部件，电子部件借助于根据第一方面的方法图案化的聚合材料层贴附到基板。

在电磁辐照的一定频率和强度下，可以诱导或至少更充分地诱导电导率上的改变。在一个示例中，紫外光可用于改变电导率。聚合材料的电导率可能在暴露于频率和强度在一定范围内的电磁辐照时劣化。然而，应理解，在其它示例中，在聚合材料暴露于一定类型的电磁辐照时，电导率可能提高。

这些方面基于以下认识，可在没有层的材料的选择性沉积和/或移除的情况下，形成具有第一电导率的区域和具有第二电导率的区域的图案化层。

替代地，诸如光的电磁辐照可用于在聚合材料层中直接限定导电图案和结构。优选地，在将聚合材料曝光成所希望的图案时可采用已知的图案化技术，例如光刻法。这样的技术例如可包括使用光掩模和直接印刷。使用光(或电磁辐照)允许限定相对精细的间距结构和图案特征，特别是与涉及材料的选择性沉积、涉及例如材料的印刷和电镀以及选择性移除、涉及例如蚀刻的现有技术方法相比。此外，通过改变聚合材料的电导率而在聚合材料中形成图案，具有不同电导率的区域可提供在相同的可能连续的层中。因此，最初提供的聚合材料层可就其在基板上的范围而言保持完好，而不需要材料移除来形成图案。通过省略有关通过选择性移除材料而限定图案的步骤，工件的制造可得到简化且较便宜。

聚合材料例如可以以液体、喷雾或薄膜的形式提供，并且可具有粘附性以使其贴附到基板的表面。聚合材料也可借助于例如旋涂施加到基板。

聚合材料的固化应理解为改变例如聚合材料的机械或流变特性的步骤。在固化中，聚合材料可被硬化或强化成相对固体层，可电耦接和/或机械耦接到基板。聚合材料可描绘成非固化状态和固化状态，其中电导率优选地可在非固化状态下而不是固化状态下改变。换言之，固化可导致电导率固定或至少对暴露于电磁辐照较不敏感。此外，诸如硬度、粘性和弹性的机械性质在非固化状态和固化状态之间可能有所不同。在某些示例中，固化可导致聚合材料从液体或粘性状态过渡到固体状态或至少过渡到具有较高硬度、粘性或弹性较低的状态。替代地或附加地，聚合材料可在固化期间经受粘性或粘度的减小。固化例如可能涉及化学过程，该化学过程可通过暴露于热量、电磁辐照和/或化学试剂而诱导。在一个示例中，可采用如现有技术的表面安装技术中的焊膏回流中所用的相同类型的回流炉。在其它示例中，聚合材料层借助于暴露于电子束、微波或紫外光而固化。

聚合材料可包括一定的粘性或粘度以允许电子部件在制造期间且特别是在至聚合材料固化的处理期间贴附到基板。因此，聚合材料且特别是贴附电子部件的材料区域可用作胶水或粘合剂，以保持安装的部件在基板的正确位置。粘性可在诸如烘烤步骤的附加处理步骤中调整。在固化期间，聚合材料可被硬化或以其他方式改变以在电子部件和基板之间提供更固定或永久的连接。

电子部件例如可设置在基板上，使得借助于聚合材料层在部件和基板之间建立电耦接和/或机械耦接。部件例如可设置为使部件的接触部分接触聚合材料的具有第一电导率的区域，从而形成与基板的电连接。此外，部件可贴附到具有具有第二、优选较低电导率的区域，从而例如提供去往基板的机械连接和/或热连接。

这些方面的优点在于，它们提供在基板上提供电结构和部件的替代方法。聚合材料中的图案例如可用于限定印刷配线板和要求电气通信路径的其它基板上的导电轨迹。此外，聚合材料及其具有不同电导率的区域可提供去往其它部件的电连接、热连接和/或机械连接。这样连接的示例可以包含电接头(例如，替代现有技术的焊点)、热沉和底部填充。这些方面的其它应用可涉及电子装置或印刷电路，其中具有不同电导率的区域可限定电路和电子部件，诸如电阻器、电容器和电感器，它们可直接印刷在基板上。

借助于电磁辐照限定图案就导电区域的分辨率和间距而言是有利的，因为与例如焊膏的丝网印刷相比，电磁辐照可允许更高的分辨率和更加精细的间距。

聚合材料可为至少部分地透光的或透明的，并且特别是对于在一定波长范围内的光。透光能力在光伏应用、窗格玻璃和可视显示器方面是特别关注的，其中图案化的聚合材料可用于限定例如电气部件或导电轨迹。

根据第一方面的方法的最终产品和根据第二方面的工件可为成品印刷电路板组件或电路卡组件，即填充有电子部件的基板(例如，包括导电垫的印刷配线板)。在一个示例中，多数电气部件或实质上所有的部件可在根据本实施例的方法中组装。这样的方法与在已经组装的电路卡组件上修理仅一个或几个部件或在其上附加一个或几个部件的修理过程不同。

在本申请的上下文中，术语“导电”是指聚合材料的一个区域传导或传输例如电子部件操作所需的所希望的电力或信号的能力。电功率或信号可在平行于聚合材料的方向上和/或在实质上正交于该层的方向上传输。第一电导率是指这样的导电区域，而第二电导率是指具有较小电导率的区域甚或不导电区域，即聚合材料不能传输或传递这样的电力或信号的区域。

根据实施例，聚合材料可能经受一个或几个烘烤步骤，其中聚合材料可暴露于例如热量。(多个)烘烤步骤例如可执行为实现所希望的粘度或粘性以适于后续的处理步骤(例如，部件的安装)。应注意，聚合材料的烘烤与固化不同，因为烘烤例如可在温度低于固化所需的温度和/或在不足以固化材料的时间周期上进行。

根据实施例，具有第一电导率的区域可由具有第二电导率的区域彼此电分离或电隔离。具有第一电导率的区域例如可形成电接触区域或端子或导电轨迹，以用于传输例如电功率或信号。通过借助于具有较地电导率的中间区域将具有第一电导率的区域彼此分开，可降低电短路、电磁串扰和损耗的风险。

根据实施例，具有第一电导率的区域可形成为提供去往基板的导电垫、轨迹和其它导电结构或特征的电连接。具有第一电导率的区域例如可直接形成在基板的导电结构上，从而提供堆叠的电接触结构。具有第一电导率的区域可形成为在随后的安装步骤中要安装在基板上的电子部件之间提供电连接，或者该区域甚至可形成为在导电垫之间提供电连接，例如以形成传导导电垫之间电流的导电路径，其中所述导电路径在与基板的聚合材料层相同的平面中的涂覆的基板的表面上延伸，并且其中所述基板例如是由为制造印刷电路板形式的工件所公开的技术所使用的印刷配线板。另外，具有第一电导率的区域在基板的横向方向看可延伸超过基板的导电结构或在其外部延伸，从而提供位于基板的导电结构旁边的电接触。电接触例如可形成将电子部件连接到基板的接头的一部分。在一个示例中，具有第一电导率的区域可提供在层的电接触部分和基板的导电垫或轨迹之间延伸的配线。

根据某些实施例，图案化聚合材料的步骤包括同时将聚合材料层的总表面积的至少50％曝光。优选地，整个表面或实质上整个表面积可同时图案化以减少图案化步骤的循环时间。这样的曝光例如可借助于光掩模进行。

根据实施例，图案化聚合材料层的步骤包括用例如激光直接印刷。

根据实施例，该方法还包括在基板上形成电子装置。电子装置可由具有不同电导率的区域限定，以形成例如具有所希望电性能或性质的电容器、电感器和电阻器。电子装置可具有在与聚合材料层相同的平面中或在垂直于聚合材料层的方向上延伸的主电流路径。这样电子装置的电性质或性能例如可由聚合材料层的厚度和/或聚合材料暴露的程度确定。

设置电子装置使电流在正交于层的方向上通过装置就减小电路面积或足印而言是有利的。这样的电子装置例如可设置在安装的部件和下面的垫之间，因此使足印至少部分地与部件的足印重叠。在一个示例中，电子装置形成在聚合材料层的表面和下面的垫之间延伸的电阻器。电阻器的电阻例如可由聚合材料层的厚度和/或在该层图案化期间曝光的时间和强度确定。

根据实施例，基板可为印刷配线板，以提供机械支撑和/或电连接例如电子部件。印刷配线板例如可包括布置到例如fr-4玻璃环氧树脂的非导电基部上的导电轨迹和接触部分(垫)。组装的印刷配线板可称为印刷电路板组件或电路卡组件。

根据实施例，聚合材料在提供在基板上时可以是粘性的。换言之，聚合材料可以以具有稠度的液态施加到基板以允许聚合材料形成在随后的处理步骤期间保留在基板上的层。术语粘性应理解为相对浓稠且可能的粘稠度或具有相对高的粘度。

根据某些实施例，聚合材料层可借助于喷涂或以贴附到基板的薄膜形式提供。

根据实施例，聚合材料层可提供为具有1至10.000微米的最大厚度。聚合层的厚度可变化以满足有关例如机械性质和电性质的特定标准。相对厚的层就例如电气部件的机械贴附而言可以是有利的，其中与较薄的层相比，较厚的层可对部件和/或其支脚提供更好的机械支撑。另一方面，较薄的层可在部件和基板之间提供降低的电阻，并且与较薄的层相比更容易烘烤和/或固化。

根据实施例，聚合材料层可提供为使其厚度在基板的表面上看变化小于5微米。通过减小厚度上的变化，就可靠性和可预测性而言，可改善层的机械性能和电气性能。此外，厚度上相对低的变化(导致相对均匀和良好限定的表面)可促进基板的后续处理，例如，安装部件、测量和/或固化。

根据实施例，聚合材料是导电聚合物，例如，3,4-乙烯二氧噻吩(pedot)或其任何衍生物。pedot的有利方面在于它在导电状态下为相对光学透明的。光学透明材料可适用于例如显示器和太阳能电池。

根据所公开技术的一定方面，所提供的方法中省略了在聚合材料层上安装电子部件的步骤，所述方法由制造工件(100)的以下步骤限定：

在基板(110)的表面的至少主要部分上提供(810)聚合材料层(120)，所述聚合材料适配为，在用一定频率范围和一定强度范围内的电磁辐照(e)曝光时改变其电导率；

通过用频率和强度在所述一定频率范围和强度范围内的电磁辐照将聚合材料层曝光而图案化(830)聚合材料层，以形成具有不同电导率的区域的图案，其中用所述电磁辐照曝光的区域中的至少一些限定电路和无源部件中的至少一个，无源部件例如为电阻器、电容器和电感器，它们直接印刷在基板上；以及

固化(850)聚合材料，因此聚合材料被硬化或强化成相对固态的层，电耦接和/或机械耦接到基板。

通过上面提供的方法制造的工件可为印刷电路板或光伏应用所用的工件。

根据所公开技术的一定方面，提供一种用于制造工件的系统，其中省略了在聚合材料层上安装电子部件的安装工具，所述系统由制造工件(100)的以下单元限定：

涂布机，例如喷涂机或旋涂机，配置为在基板(110)的表面的至少主要部分上提供(810)聚合材料层(120)，所述聚合材料适配为在用一定频率范围和一定强度范围内的电磁辐照(e)曝光时改变其电导率；

图案化工具，例如光掩模写入工具或直接写入工具，配置为通过用频率和强度在所述一定频率范围和强度范围内的电磁辐照将聚合材料层曝光而图案化(830)聚合材料层，以形成具有不同电导率的区域的图案，其中用所述电磁辐照曝光的区域中的至少一些限定电路和无源部件的至少之一，无源部件例如为电阻器、电容器和电感器，它们直接印刷在基板上；以及

固化工具，例如，回流炉、电子束发生器、微波单元或紫外光单元，用于固化(850)聚合材料，因此聚合材料被硬化或强化成相对固态的层，电耦接到或机械耦接到基板。

通过上面提供的系统制造的工件可为印刷电路板或用于光伏应用的工件。

应理解，上面描述之外的其它实施例也是可能的。还应理解，上面用于根据本发明第一方面的方法描述的实施例中的任何特征可与根据本发明第二方面的工件结合。本发明的其他目标、特征和优点在学习下面的详细公开、附图和所附的权利要求时将变得明显易懂。本领域的技术人员应理解，本发明的不同特征可结合以产生下面描述之外的实施例。

附图说明

本发明的上面的以及另外的目标、特征和优点通过下面参考附图对本发明的优选实施例的说明和非限定性具体描述将更好地理解，附图中：

图1示意性地示出了根据本发明实施例的工件的截面侧视图，包括基板和图案化的聚合材料层；

图2a-d示意性地示出了根据本发明实施例的工件的截面侧视图，侧视图示出了制造过程的不同阶段上的工件；

图3a和b示意性地示出了根据本发明实施例的工件的截面侧视图，工件具有安装的部件；

图4示意性地示出了具有电气部件和分开电阻器的现有技术电路的布置；

图5a-d和6a-d示意性地示出了在根据本发明实施例的制造过程的不同阶段上工件的俯视图；以及

图7a-d示意性地示出了根据本发明实施例的工件的截面侧视图，侧视图示出了在制造过程的不同阶段上的工件。

所有的图都是示意性的，不一定按比例，并且通常仅示出必要的部分，以便说明本发明的实施例，其中其它部分可能被省略或仅暗示。

具体实施方式

在下文，将参考附图更加全面地描述本发明，其中示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明可以以很多不同的形式实施，而不应解释为限制为这里阐述的实施例；此外，这些实施例以示例的方式提供，从而本公开给本领域的技术人员传达了本发明的范围。此外，类似的附图标记通篇指代相同或类似的部件或部件。

参见图1，其示出了根据本发明实施例的工件100的截面侧视图，工件100包括基板110和聚合材料层120。聚合材料层120提供在基板110的至少一部分上且由电磁辐照曝光(电磁辐照在图1中表示为激光射线e)，从而形成具有第一导电性的区域122和具有第二导电性的区域124的图案。如图所示，具有第二电导率的区域124可通过用电磁辐照e曝光而限定或产生，而层120的没有暴露于电磁辐照e的区域122可保持在具有第一导电性的状态下。

根据本实施例，基板120可包括导电结构，诸如用于电气部件(图1中未示出)的电连接的导电垫112。在一个示例中，基板110可为印刷配线板，包括例如fr-4玻璃环氧树脂。

聚合材料层120例如可包括3,4-乙烯二氧噻吩(pedot)，并且可提供为至少部分地覆盖基板110的至少垫112。可能有利的是用聚合材料层120覆盖基板110的表面的至少一半，并且优选实质上覆盖基板110的整个表面。电连接或路径可由具有第二电导率的区域124限定，具有第二电导率的区域124在本实施例中可为不导电的，从而电隔离具有第一电导率的区域122，即导电的区域。在本示例中，导电区域122可提供在基板110的垫112上方，并且由布置在垫的外围或周界的非导电区域124限定。因此，聚合材料层120可包括导电区域122的图案，其适配为提供去往垫112的电连接。导电区域122可在随后的处理步骤中使用，用于将电气部件机械连接和/或电连接至基板110。

应理解，图1所示的工件100可涉及任何基板，包括具有导电和非导电区域的层。基板例如可形成光伏应用、窗格玻璃或可视显示器的一部分。此外，聚合材料层可用于提供印刷电路，其中图案的导电区域和非导电区域可限定电路和电子部件，例如，电阻器、电容器和电感器，它们可直接印刷在基板上。

图2a-d示出了在根据本发明实施例的制造工艺的不同阶段上工件100的截面侧视图。工件100可类似地配置为参考图1描述的工件。

图2a公开了裸露的基板，例如，具有导电垫112的印刷配线板110，以提供去往要组装的电子部件的电连接。

在图2b中，已经提供导诸如pedot的电聚合材料层120。pedot例如可借助于旋涂、膜沉积或喷涂而提供。层120例如可具有1至10.000微米的厚度，并且根据某些实施例可经受其间聚合材料暴露于例如热量的烘烤步骤。烘烤步骤例如可执行为实现适合后续处理步骤(例如，部件的安装)的所希望的粘性或粘度。

聚合材料层120然后可提供有包括导电区域122和非导电区域124的图案。如图2c所示，导电区域122可与非导电区域124分隔开，非导电区域124可借助于暴露于电磁辐照而提供。聚合材料从导电状态到非导电状态的过渡例如可借助于在预定的时间周期上对紫外光的曝光期间材料的光氧化而实现。对紫外光的曝光可诱导聚合材料的光氧化，这可导致电导率上的减小。

曝光例如可借助于图2c所示的光掩模130执行，其中聚合材料层120的整个表面可在单一的处理步骤中曝光。替代地或附加地，直接印刷或扫描技术可用于限定导电区域122和非导电区域124。

如图2d所示，导电区域122可提供去往基板110的下面的接触垫112的电连接。电子部件可在后续的步骤中贴附到工件100，例如借助于将部件定位在工件100的所希望位置处的拾放工具(图2d中未示出)。聚合材料层120可具有一定的粘度或粘性以在处理期间允许部件贴附到基板110。部件可在固化步骤中永久地固定到基板110，例如采用类似于表面安装技术中回流焊膏时所用的工具类似的回流工具。在其它示例中，聚合材料层借助于暴露于化学试剂、电子束、微波或紫外光而固化。

图3a和b示出了与参考图1和2a-d描述的实施例类似的工件。然而，工件100还包括组装的电子部件140，其贴附到聚合材料层120的导电区域122。图3a公开了一种电子部件，例如，电阻器140，使其接触部分直接贴附到在基板110的接触垫112上方的导电区域122，而图3b公开了部件140，其借助于凹入导电区域122中的接触插脚或焊球142固定到聚合材料层120且因此固定到基板110的接触垫122。

图4示意性地示出了现有技术，其中安装的部件20电连接到电阻元件，例如电阻器r，其布置在距部件20一定的距离处，例如，在基板10的旁边。这样的布局与相对高的足印或要求的表面积以及相对高的成本相关联。

图5a-d示出了根据实施例的工件的制造。工件可类似地配置为参考图1至3描述的实施例。

图5a是诸如印刷配线板的基板110的俯视图，基板110包括多个接触垫112。基板110可提供有聚合材料(诸如pedot)的层120，如图5b所示。聚合材料例如可通过喷涂或旋涂而提供。在随后的步骤中，聚合材料层120可曝光以形成具有不同电导率的区域的图案(图5c)。该区域例如可为非导电区域124和导电区域122，其中导电区域122设置在接触垫122处以允许基板110由电子部件140电接触(图5d)。

替代地或附加地，聚合材料层120还可包括提供有一定电阻率的其他区域。这样的区域例如可用于提供集成或直接印刷在集合材料层120中的电子装置或功能。在一个示例中，下面将描述，聚合材料层120可包括导电区域、非导电区域和具有非导电区域和导电区域之间的电导率的区域。电导率例如可由层的曝光确定，其中较长的曝光时间或较高的曝光强度(在采用电磁辐照的情况下)可导致电导率的降低。在所公开技术的一定方面中，电导率在诸如双曝光/图案化过程的多个图案化步骤的多个曝光中确定，其中第一和第二电导率由对电磁辐照的第一曝光确定，并且第三电导率在第二图案化步骤中确定。用电磁辐照曝光基板的第一和第二图案化步骤二者可曝光基板的实质上整个表面，其中第一电导率可表示非导电区域，第二电导率可为充当电阻器的中间电导率，并且第三电导率可表示用于在制造的工件中传导电流的导电轨迹。

图6a-d示出了工件，该工件可类似地配置为参考图1-3和5讨论的实施例。

图6a和b公开了基板110，基板110例如具有两个接触垫112和聚合材料层120。如图6c所示，聚合材料层120可图案化有限定非导电区域124、导电区域122和具有二者之间的电导率的区域126的区域。导电区域122可分别布置在接触垫112处，并且通过具有中间电导率的区域126电连接。换言之，具有中间电导率的区域126可充当在接触垫112之间电气布置的电阻器。由于部件140安装到基板110，因此电流允许经由电阻区域126在部件之间通过，使主电流路径平行于聚合材料层120。通过采用在两个部件140之间的区域126作为诸如电阻器电子装置，可减小电路尺寸。

图7a-d示出了根据实施例的工件的截面侧视图，其类似地配置为参考图1-3、5和6描述的实施例。

工件可包括具有两个接触垫112的基板110，两个接触垫112借助于导线114互连。聚合材料层120可通过例如旋涂、膜沉积或喷涂提供且借助于电磁辐照图案化(图7b)。图案例如可分别包括限定两个通孔的非导电区域124和聚合材料层120中在接触垫112上方的接触区域126(图7c)。接触区域126可提供有在聚合材料层120的非导电区域124和导电区域122的电导率之间的中间电导率。因此，接触区域126可用作布置在安装的部件140(图7d)和接触垫112之间的电阻器，其中这样的电阻器的主电流路径可正交于聚合材料层120。换言之，电阻器可提供在部件140和接触垫112之间，从而例如节省空间且允许电路具有减小的面积。

图8示意性地示出了用于制造工件的方法，该工件可类似地配置为参考图1-3和5-7描述的实施例。

该方法可包括如下步骤，在基板的至少一个部分上提供810聚合材料层，烘烤820聚合材料以提供所希望的硬度和/或粘性，通过用电磁辐照将该层曝光而图案化830聚合材料层以形成具有不同电导率的区域的图案，安装840电子部件到聚合材料层，以及固化850聚合材料以将电子部件牢固地固定到基板。

最后，公开了工件和制造这样工件的方法。工件包括基板、聚合材料层和电子部件，其中聚合材料层适配为，在用一定频率和强度范围内的电磁辐照曝光时，在非固化状态下改变其电导率。因此，聚合材料层包括具有第一电导率的区域和具有第二电导率的区域的图案，并且适配为将电子部件贴附到基板。

尽管在附图和前述说明书中已经详细地图示和说明了本发明，但是这样的图示和描述应看作说明性的或举例的而不是限制的；本发明不限于所公开的实施例。所公开实施例的其它变化可由本领域的技术人员在实施所要求的本发明内容中从对附图、本公开和所附的权利要求的学习而理解和实现。仅在相互不同的从属权利要求中引述一定的措施的情况不表示这些措施的组合不能有利地使用。权利要求中的任何附图标记不应解释为限制范围。