填充方法

专利名称：填充方法
技术领域：
本发明涉及如通过将导电、导热或不传导糊料置于电路板、陶瓷基板和夹层器件中或其上而将填充材料置于电子基板的通路中的领域。更特别地，本发明涉及将导电、导热或不传导糊料置于具有非常高的纵横比和小直径的电子基板通路中。为了进一步参照，我们用术语“基板”来表示含有要填充的通路/空腔的装置。
背景技术：
各种电子封装件，如叠层器件、布线电路板、陶瓷基板和混合电路中的一个常见结构是通路。通路是一垂直开口，可用导电材料填充，该导电材料用于将基板或电子组件的各层中的电路相互联接。某些装置中的通路可与半导体基板联接。通路一般是从通过钻孔制成的电子组件中的空心圆柱开口开始的。然后用导电体如铜或锡镀覆。镀覆可以在整个板或装置上完成，或者可以带有图案、点或凸点特征。镀覆工艺产生一个内表面镀以导电层的开口即通路。镀覆也可以是对装置的全部或部分表面进行镀覆。对通路的镀覆在装置中的各层上提供了主要的电接头。下面的步骤是用导电、导热或不传导糊料填充通路。镀覆后填充通路的原因包括，提供辅助或失效安全电联接，或者提供结构整体性，以防止由于下线操作而导致化学处理滞留，或者提供导热性能，以便从所得到的装置的内部电路层排出热量。另一个原因是，填充通路还控制着当板或完成的电设备在工作温度与非工作温度之间循环时所形成电联接的断开。
通路填充可在临时微孔、埋孔、盲孔的层压制造以及靠近器件/板端部预镀金板的初始步骤中进行。
顺序堆积是从建造“芯部材料”开始的，芯部材料即在上下表面具有铜箔的单层或多层铜/树脂构造。该箔可具有不同的厚度，以盎司重量为单位标注，1/2盎司，3/8盎司等。通常对该芯部进行机械钻孔，为满足设计要求，打毛刺，然后清理并镀铜。这些镀覆过的板需要用材料填充，然后用镀覆导电材料如铜覆盖“盖住”。
镀覆芯板有一些基本方法，如平板镀覆(无特征表面)、凸点镀覆、图案镀覆和全构造；前三个的区别通常是电解过程，最后一个是无电方法。我们将简要地对前三个进行扩展说明，作为镀覆特征如何与通路填充过程相关的例子。平板镀覆是处理通路填充的最容易的方法。对板的整个表面进行镀覆，包括所钻的通路。由于没有带图案的结构，通路填充材料可以不用带图案的型板或网格通过橡皮滚接触或其它方式直接涂抹到表面上。这不再要求极其精确地将型板对准带图案通路。对于凸点镀覆和图案镀覆，涂抹、镀覆和剥离防蚀涂层，然后有时借助于防蚀涂层用对准的型板进行通路填充。采用防蚀涂层的原因是带图案的通路具有一升高的平台(圆环)，该平台的宽度可从52+微米(一般)开始变化，并具有16到52+微米的厚度。这对型板产生了填实问题，尤其是当必须在18”×24”的平板上对准x、y和θ时。这些方法中的每一个都有积极和消积的方面。我们将关注两个最基本的方面。平板镀覆易于粘贴通路填料，并通过平面化而变平，但其形成用于高密度电路的更细微特征的能力有限。图案镀覆的行距清晰度较好，但在型板通路填充工艺中产生的对准问题较多，并夸大了在必须保持原始的表面上的任何过分填充和树脂渗出。在日本倾向于平板镀覆，同时通过减小平板尺寸来使对准容易。这同时减小了每个板的密度和可盈利性。在美国，对于多数部件制造商来讲，都尝试全部三种镀覆工艺。
目的是以令人满意的速度均匀地从所钻的通路壁镀覆到芯板表面。镀覆厚度均匀性经常会失去，产生变化的镀覆壁厚，“弯头”(在镀覆通路壁的底部和顶部过度的镀覆层)。还可能由通路中的镀覆溶液而形成结节。这些还会导致通路填充均匀性问题，尤其是结合橡皮滚印刷填充工艺，因为材料流被不均匀地限制在随机的通路中。钻孔/镀覆孔的尺寸和深度将取决于芯板自身中的层数。板越厚，通路直径越小，则随后的镀覆和通路填充操作越困难。有平面化步骤可用于帮助获得表面均匀度，但一般最好通过更好的镀覆槽控制来避免该步骤。
至于通路填充工艺，目前使用的粘贴方法可能由于材料准备或者粘贴方法本身而导致潜在的缺陷。现在讨论粘贴方法和潜在缺陷。
橡皮滚片粘贴包括使用金属、聚合物或合成片来推动通路填充材料穿过通路，使用由于橡皮滚以与被加工基板成一给定角度向前移动而产生的滚转效应泵压作用。这种滚转效应提供了一个使空气滞留在材料中的动力源，然后推动空气进入通路中。对于大于4∶1的纵横比，经常需要进行多遍。该工艺在材料中提供了附加的气穴，这些该气穴作为孔隙传递到通路中。在裸露的基板上使用橡皮滚工艺要求对橡皮滚前面的材料体积进行严格控制，使该工艺在向通路传递材料上留下过多的可变性，并改变气泡滞留。此外，通路填充材料的大面积暴露会将污物引到糊料上。该工艺通常造成过多的材料浪费，需要填加更多的糊料来补充橡皮滚前面的体积，(额外的空气滞留)，还会由于橡皮滚的后边缘而引起麻点或材料抽出，导致拉平较差。拉平(通过砂磨)变得不均匀。
在成像的抗蚀剂上滚压略微减少了浪费，因为进行平面化应用的材料较少。但该工艺具有与上述相同的问题，麻点的可能性略微减小。还可能发生抗蚀剂的共固化(co-cure)，这会导致剥离问题。
在型板上滚压略微改进了对材料浪费的控制，并允许双向印刷，但同样需要精确的光学器件/对准，以满足对于HDI的一般θ技术要求。型板提高了空气滞留的可能性。在通路圆形环上加垫圈成为问题，因为流体压力损失会使填充不完全。需要单次填充，或者将等于型板狭缝体积的气穴推入通路中。
在乳化/成像网格上滚压提高了密封性，但引起图案拉伸。网格孔眼大大提高了空气滞留。网格与填充材料的乳化兼容性可能也是个问题。对准的可重复性变得更加困难，需要一单行程来避免另外的气穴。
如上所述，与用糊料填充通路相关的目前的制造方法有几个问题。过去很难不形成气穴或孔隙而可靠地将糊料置入通路中。通路必须用糊料完全填充，使得没有气穴。如果在糊料中有气穴或孔隙，则这些气穴一般保留在完成的产品中。带有孔隙的通路具有若干反面效果。如果置入糊料用于提供导热性能，则孔隙中的空气是绝热体。如果置入糊料用于提供导电性能，则假设在孔隙中有开口，就不能形成辅助或失效安全电联接。另外，如果填充通路来提供结构整体性，则通路中的孔隙会降低结构整体性。
这些效果中空气作为绝缘体，而不是像糊料或镀覆材料那样有传导性。结果，带有孔隙的通路不象用导电材料完全填充的通路那样导电。孔隙还会导致开放接触。此外，孔隙位于通路中且不能看到，会产生能够保留工艺流体污物的微小孔眼。此外，空气作为导热填充材料的绝缘体，孔隙降低了已填充通路的导热性能。在某些情况下，包含气穴或孔隙的通路会使电子组件不能满足制造技术要求。电子组件会被废弃。可以进行再加工，但很耗时。在其它情况下，可能必须废弃电子组件，这会降低与制造工艺相关的产量百分比。
当需要更小直径和更高纵横比时，上述问题会加剧。更小的直径和更高的纵横比变得越来越受欢迎，因为电子组件的小型化持续形成更稠密的产品。要填充的通路可具有千分之2-25英寸的直径，目前的深度直径比为1∶1到10∶1。产业上努力填充纵横比大于6∶1的通路。
因此有一种动力驱使人们建立一种方法和装置，能够可靠地填充通路，因为填充过的通路在开发HDI(高密度互联)和SBU(顺序建立)技术时提供了很多优点。
此外，有机层叠器件和板生产的指数增长已经敦促制造商提高互联密度，同时减小单位尺寸和成本。一个很好的例子就是一次性蜂窝电话的净体积增长。更小的尺寸、更低的成本及性能，是全球规模市场竞争销售的关键。与此同时，自从表面安装技术(SMT)成为PCB工业标准以来，填充通路的要求越来越高。内层经常在层压过程中由树脂流填充，至于塑料基板格栅阵列(PLGA’s)，已经将重新流过的焊料用作镀覆通路的结构加强件，提高了高导电性特性，用于潜在地桥接任何由于壁裂缝或其它缺陷导致的任何开口。
高密度互联(HDI)板或顺序建立(SBU)器件的设计者依靠使用各种通路填充材料的能力来增强他们的设计的可靠性和性能。通常需要的是非传导性的通路填充材料。通路填充应用基本上有两个功能防止从填充后的处理中夹带污物，以及提供一些结构支承。尽管不是标准的工业实践，该应用显示了这样一个领域，其中通路填充材料，特别是其导电性的改进，将大大简化器件和板的加工。因此将导热和导电材料用于提高可靠性有很大的好处。结合特征尺寸的减小，特征如通路、盲孔和导电/非导电材料制成的板中的孔的填充，对于这种增长起到了关键的作用。
总之，需要一种方法和装置，用于将糊料置入电子组件的通路中，使得在糊料中不会形成气穴。还需要一种方法和装置，其可用于形成具有可靠的电接触和令人满意的热特性的插入通路。还需要一种方法，能够提高在电子组件中形成插入通路的产量。还需要一种制造方法，该方法可以控制，且在制造过程中有更高的产量，如相对高的速度，单行程操作。还需要一种能够与目前在制造过程中使用的型板印刷机一起使用的方法。还需要一种能够减小将污物引入通路填充糊料中的可能性的装置。另外，还需要一种，能够用于将糊料置入具有高纵横比和小直径的通路中的装置。还需要一种能够进一步控制通路填充的装置。
发明概述公开了一种装置和方法，用于将填充材料，如导电和/或导热糊料，和/或导热绝缘糊料，和/或焊糊料给送到一电子组件或其它平面上，其中该给送系统包括填充材料加压供应源，和一个连接到该填充材料加压供应源上的压头。该压头包括一主体和一磨损部分。连接到磨损部分上的是一沿压头的一个表面定位的垫圈。压头还包括一流量分配调节器，该调节器包括一定位在主体中的穿孔输送管，该穿孔输送管具有多个流量调节开口。穿孔输送管中的流量调节开口的尺寸确定为在每个流量调节开口处保持一基本上恒定的压力。定位在主体和磨损部分之间的是一个流量均衡格栅。该流量均衡格栅包括多个开口，连接到磨损部分上的是一垫圈。压力源包括一个或多个液压、气动或机械致动的加压缸，包括一用于二次填充糊料容器的冲压机。二次填充期望用于防止在糊料加载过程中空气滞留。糊料流量还由一真空压力释放阀控制。在某些实施例中，一受控制的输出超声驱动器连接到压头上。一输出控制机构与该超声驱动器一起使用。
有利地，糊料给送系统是一使用将通路填充糊料置入电子组件上的通路中的方法的装置，使得形成在通路填充糊料中的气穴数量减少，同时减少每个板所需加工时间的量，能够使用更宽范围内的填充材料，并减少了填充材料的浪费和污染。此外，如果形成了气穴，则气穴的体积最好小于用其它方法形成的气穴或孔隙的体积。该装置及相关方法优选地产生插入通路，插入通路是可靠的电接头并具有令人满意的热特性。该方法优选地提高了使用插入通路的电子组件或PCB板的产量。该制造方法优选地可受控制，且由于是通过减少每个板所需加工时间来获得的，在制造过程中具有更高的产量。这种减少在许多情况下会使的每个板加工时间短于30秒。该方法优选地与目前在制造过程中使用的型板印刷机和/或网格印刷机一起使用。该装置优选地使用克服通路中变化的流体阻力所需的流体压力。另外，该装置优选地使用接触压力，使加工过程中的装置充分填实，以保持内部流体压力。另外，该装置优选地提供了垫圈与内部流体压力的组合，来限制糊料中的表面空气滞留。另外，该装置优选地减少了污物引入通路填充糊料中的机会。另外，该装置和方法优选地还可用于将通路填充糊料置入具有高纵横比和小直径的通路中，并对通路的填充进一步控制。另外，该装置优选地可用于丝网印刷阻止材料和/或其它导电/非导电材料。另外，优选地，获得了相对较低的填充材料压力。可以设想，低压的这种成功应用是由于使用流动格栅、分配调节器以及在填充头中使用多顺序压力室而实现的。
附图简介

图1是用于向电子组件给送糊料的糊料给送系统的第一实施例的示意性透视图。
图2是图1中糊料给送系统的侧视图。
图2A是图1中糊料给送系统的侧视图，表示一压头正在移动而与一基板接触，并沿基板离开一停放区域。
图2B是图1中糊料给送系统的侧视图，表示一压头与一基板接触，并正在沿基板进入一停放区域中。
图2C是图1中糊料给送系统的侧视图，表示一压头正在一停放区域中移动，并升高而离开基板。
图2D是图1中压头调节机构的示意性侧视局部视图。
图2E是图1中压头安装机构的背面局部视图。
图2F是图1中压头安装机构的侧视局部视图。
图3是图1中糊料给送系统的已组装压头的前视图。
图3A是图1中糊料给送系统的可替换已组装压头的前视图。
图4是图3中压头的前部分解前视图。
图4A是图3A中压头的前部分解前视图。
图5是图3中压头的侧视分解剖视图。
图5A是图3A中压头的侧部分解剖视图。
图6是压头磨损部件的底视图。
图7是一替换的压头磨损部件的底视图。
图8是压头的压力均衡部件的顶视图。
图9是一流量分配调节器的侧视图。
图10A是图1中用于给送糊料的糊料给送系统的其中一个压力室的视图。
图10B是图1中用于给送糊料的糊料给送系统的其中一个压力室的一可选实施例的视图。
图10C是图1中用于给送糊料的糊料给送系统的其中一个压力室的另一可选实施例的视图。
图11表示具有可控输出超声驱动器的压头。
图12A是糊料给送系统的第二实施例的前视图。
图12B是图12A中糊料给送系统的侧视图。
图12C是图12A中糊料给送系统的顶视图。
图13表示装有一滚动基板支承机构的糊料给送系统。
图14表示带有用于带图案板的型板嵌套板的糊料给送系统的应用。
图15表示糊料给送系统的第三实施例。
详细描述在下面结合附图对优选实施例进行详细的描述，附图构成实施例的一部分，其中通过图示表示了可实践本发明的特定实施例。可以理解，在不脱离本发明范围的情况下可使用其它实施例并作结构上的改变。
概述图1是一糊料给送系统100的第一实施例的示意性透视图，该系统100用于向包括至少一个通路132的基板130给送糊料。第一实施例的糊料给送系统100包括一压头200，它连接到一用于移动压头200的机构150上。系统还包括一压头停放机构190，和一基板支承结构180。
压头200放置成与基板130接触并通过移动机构150跨基板130移动，同时推动填充材料穿过压头200进入基板130包含的通路中。基板支承结构180在填充工位支承基板130，压头停放机构190有助于防止在压头200跨基板130的行程中损失填充材料。由于压头200通过输送管120和120′与一包括压力室141和142的加压填充材料源联接，迫使填充材料穿过。下面将填充材料源供应填充材料的压力称作填充材料压力。
压头图3是图1中糊料给送系统100的已组装压头的前视图。压头200包括一主体部分210和一磨损部件保持部分220。一磨损部件230连接到磨损部件保持部分220上。一流动格栅500夹在主体210和磨损部件保持器220之间(见图4)，一流量分配调节器132穿过主体210。主体210，磨损部件保持器220，可能还有磨损部件230，共同形成一细长的窄压力室300。图4和5提供了图3中压头的分解前视图和剖视图，图3A、4A和5A提供了压头200一替换实施例的相似视图。
主体210和磨损部件保持部分220可由任何适当材料制成，但最好由相对于将穿过压头200的填充材料/通路填充糊料能保持惰性的材料制成。这些材料的例子包括但不必限定于机器-阳极化铝、不锈钢、耐溶剂聚合物以及浸渍特富龙(Teflon)的聚甲醛树脂。在不太优选的实施例中，主体210和/或磨损部件保持部分可由材料和/或片的复合物制成。
压头-主体图4和5中，主体210包括一流量分配调节器310(图9中单独图示)，该调节器310穿过一压力室300并与之流体联通。流量分配调节器310包括一穿孔的输送管，该输送管最好是一段长度大于压力室300的不锈钢管，且沿其长度具有开口/小孔311。
该不锈钢管最好具有延伸超过压头主体210的第一螺纹端312和第二螺纹端314。近端312是一O形圈313，用于相对于压力室300密封端部312。一类似的O形圈315密封端部314。螺母316和317连接到流量分配调节器310的螺纹端。上紧螺母316、317会密封压力室300并固定流量分配调节器310的位置。端部312、314的螺纹提供了用于将供应管线120、120′连接到分配调节器端部的机构。来自一加压源的填充材料经过供应管线120、120′，穿过端部312、314进入分配调节器310，从小孔311出来进入室300中。
优选地，分配调节器和/或小孔311中的流动路径具有变化的尺寸，从而在通路填充糊料进入压力室300时均衡各开口处的压力。在一优选实施例中，靠近端部312和314的小孔311大于靠近主体中心的小孔。实质上，制成的小孔越小，则它们越靠近压力室300中穿孔输送管的中心，因为已经认识到，当糊料流动穿过流量分配调节器310时，会损失一定量的压力净空。为保持相等压力，小孔尺寸在靠近流量分配调节器310的中心处减小，因此靠近流量分配调节器310中心处的单位面积的力或压力基本上等于靠近其中一个端部312、314在流量分配调节器中的小孔处的压力。小孔可沿流量分配调节器310的长度设置在任何位置，还可完全环绕流量分配调节器310的圆周设置。此外，流量分配调节器310中的小孔还可通过松开螺母316、317并旋转流量分配调节器310而重新定向。虽然小孔311可以面向压头200的磨损部件部分220，但它们最好背对磨损部件部分220而朝向室300的壁。
主体210还包括一形成一颈缩部分322的台肩320。颈缩部分322装入包括一平台323的压头磨损部件保持部分220中一具有相似尺寸和方位的开口中。一垫圈324对主体210与磨损部件保持部分220之间的联接处进行密封。如将要针对磨损部件保持器220讨论的，无螺纹开口352在将磨损部件保持器220联接到主体210上时起作用。在图4A和5A中的替换实施例中，磨损部件保持器220插入主体200中。另一替换实施例可使用具有与图中的主体210相似颈缩部分的磨损部件保持器220，该颈缩部分装入图5A的主体210中具有相似尺寸和方位的开口中。
再次参照图4，主体210中的开口212用于将压头200安装到移动机构150的导向头支承件152上。如果主体210由相对柔软的材料如铝制成，则开口210可设置螺旋面，用于在软材料中提供螺纹孔，并防止由紧固件导致的铝剥离。
压头-磨损部件组件磨损部件230最好是连接到磨损部件保持器220开放端的垫圈或O形圈。开放端总体上用图6和图7中所示的参考数字340表示。参照图5，磨损部件230最好包括一与电子组件130的一个表面接触的倒圆末端232，及一抓持在磨损部件保持部分230中的一沟槽330中的端部234。磨损部件230形成一细长或椭圆形开口，该开口可下压而适当密封到电子组件130的表面上，使所包含的糊料压力能够正确地沉积填充材料。
图6是压头200的磨损部件保持部分230的底视图。图7表示磨损部件保持部分230的一替换实施例。如可从图6和7中看到的，磨损部件230包括一个或多个细长的或窄的开口340，通路填充糊料或相似材料在离开压头200时穿过这些开口340。应当注意到，开口340的尺寸可以改变，以适应各种电子组件或板上的不同图案的通路。可以设想，可以将具有不同尺寸糊料分配开口340的不同磨损部件保持器220和/或磨损部件230连接到一单个主体210上。因此可以改变磨损部件保持部分而重组一个用于不同板或电子组件的糊料分配系统100。磨损部件230的尺寸和形状应当如有助于防止在应用循环中基板130的边缘变形。
可以设想，磨损部件230应当由具有适当磨损特性的材料制成，而当由压头向电子组件表面施加一个相当低的力时能够密封。磨损部件最好由特富龙(Teflon)加工，或者在由硬度为40到120+的聚合物或硅橡胶制成的模型中铸造。磨损部件230可重做面层和构造成多种长度和形状，以适应不同尺寸的印刷区域，用于将通路填充糊料注射到电子组件或板130中的各种构造的通路中。
在一优选实施例中，磨损部件保持部分包括一螺纹开口350，该螺纹开口350对应于压头主体210中的无螺纹开口352。紧固件(未图示)穿过无螺纹开口352的孔进入螺纹开口350，从而将磨损部件保持部分230连接到主体210上。应当注意到，在磨损部件保持部分230中有若干个相似的开口350，主体210中有若干个相似的无螺纹开口352，其中每一个都接收一紧固件从而组装压头200。螺纹开口350终止于保持磨损部件230的沟槽上方。磨损部件保持器中的若干开口350具有通向用于保持磨损部件或O形圈的沟槽的小延伸钻孔，用于将真空通入沟槽中，以密封磨损部件230。O形圈230可通过将真空引入主体210上的无螺纹开口352中而安装。这在其中装有磨损部件230一端的沟槽330中产生了真空，有助于安装磨损部件。
压头-流动格栅图8是压力均衡元件或流动格栅500的顶视图。流动格栅500位于主体210与磨损部件保持部分230之间，有助于分配通路填充糊料或相似材料的流体流。流动格栅500包括多个开口510。如该实施例中所示，流动开口510等间距分布，并具有大致相同的直径。应当理解，流动格栅500可具有直径或大或小且图案不同的开口510，以适应不同的糊料流变。流动格栅可与替换的流动格栅互换，从而可用适当的格栅适应不同粘度的通路填充糊料。
流动格栅500最好由不锈钢制成，并装在压头200的主体210与磨损部件保持器220之间。更具体地，主体210的颈缩部分322最好将流动格栅500的边缘抓持在主体210与磨损部件220之间。
加压填充材料源参照图1，加压填充材料源最好包括如图1中所示连接到横向支承元件158上的多个压力室如压力室141和142。图10A-10C表示设想用作室141和142的可替换的压力室结构。
参照图10A，糊料给送系统100的压力室141或142包括一支持冲压机室，该室包括一罐400，该罐400具有一活塞410，一O形圈密封件411，和一糊料输出管412，以及空气放泄阀413。填充材料100置于罐400中，并用活塞410盖住。向活塞410施加压力，糊料从输出管412出来，放泄阀413暂时打开，排出任何存留空气。当空气排出后，放泄阀413关闭，使糊料流到压头200。
参照图10B，糊料给送系统100的压力室141或142的一替换实施例包括一具有真空释放能力的空气加压填缝枪缸室。压力室141包括一外壳180和一内室181。压力室141包括一与输送管120连接的出口端183。压力室141由一拧紧到压力端部上的拱形盖182盖住。该拱形盖包括一空气接头184。在内室181中有一柱塞186。该柱塞密封在内室181中。糊料定位在柱塞186与出口端183之间。柱塞186盖将糊料容纳在压力室141的内室中。
压力控制实际上是双向的。在印刷行程中，或者当向印刷头或压头200供应糊料时，压力施加到柱塞186上。当印刷行程或压力结束时，印刷头200移动到一中间整备或停放区域192(见图2A-2C)，通过向柱塞186施加一轻微真空而使加压填充材料110的流动反向，使内壳中的材料以及输送管线120中的糊料和压头200略微收缩，这防止了糊料的浪费。
参照图10C，图10A和10B的实施例中的元件可结合在一个实施例中，该实施例用一步进电机420移动具有O形密封件411和放泄阀421的活塞410。如可以看到的，输送管120联接到室400的“底部”。步进电机420移动活塞410，将填充材料110从室400中推出并穿过输送管120。
尽管填充材料110可包括任何可用于压力填充基板通路的材料，但可以设想，使用导电或不导电和/或导热或不导热的糊料会特别有利，特别是在基板包括电子组件的情况下。
移动机构用于移动压头200的机构150包括一横向支承元件158、一第一导轨156和一第二导轨157、联接元件155、导向头支承件152以及包括支承块151A和导轨151B的头支承导向机构151。该机构还包括一连接到导向头支承件152一侧的第一气动移动件153，和及一连接到导向头支承件152另一侧的第二气动移动件154。气动移动件153、154用于控制压头200相对于支承件158的移动，还用于控制压头200和板130之间的力或压力的大小。支承块151A和导轨151B对导向头支承件152进行导向并提供侧向支承。支承件158通过联接件155与第一导轨156和第二导轨157滑动联接。
在替换实施例中，压头200可通过印刷机上代替支承件158的一横杆连接到任何普通丝网印刷机上。
压头200必须以这样的方式安装到移动机构150上，即向要加工的基板或表面提供均匀的平面度。通过向导向头支承件152提供侧向支承，支承块151A和导轨151B有助于防止导向头支承件152在由移动件153、154上下移动时“摇摆”。压头200相对于导向头支承件152的定向是由双头螺栓/紧固件161和调平螺钉162来完成的(参照图2C-2E)。双头螺栓161最好拧紧或固定到压头210中，并通过导向头支承件152中的凹槽163而从头中伸出。调平螺钉162最好拧紧到导向头支承件152中并压靠压头200。使用这种双头螺栓和调平螺钉可通过在凹槽163中上下滑动双头螺栓161而将压头垂直定位，并通过将调平螺钉162的配给以及压头200借助于双头螺栓/紧固件161上紧到螺栓162上结合起来而调节压头200相对于导向头支承件152的定向。
压头停放机构和基板支承结构压头停放机构190最好包括一具有倾斜边缘193的凸耳192，和独立滑动的凸耳支承件192A和192B。凸耳192可包括任何硬度较大的柔性材料，如弹簧钢。
操作一基板130定位在一支承结构180(可包括一与基板定位在其上的第二元件182联接的第一元件181)上，凸耳支承件192A向上滑动压靠130基板，从而基本上延伸基板130的上表面，并将凸耳192提升到基板130的高度，凸耳支承件192B向基板130滑动，将凸耳192的边缘193从支承件192B移到基板130上。当这样定位后，凸耳192保护靠近基板130边缘的任何不填充的加工孔，并提供了一个机构，通过该机构，可以以填充材料110的最小损失将压头200移上或移下基板130。
当基板定位后，压头定位成使磨损部件230与基板130密封接触，并环绕一个或多个通路132。将磨损部件定位成与基板130接触是由在磨损部件230与基板130之间保持特定力的气动移动件153、154通过支承件158沿导轨156、157的移动而完成的。
然后向填充材料源施加压力，使填充材料流过输送管120和120′，穿过压头200，从开口340出来，进入通路132。更具体地，压力机构141在连接到压头200上的输送管120中产生压力。加压糊料流过输送管120、120′进入压头200的加压室300中的流量分配调节器310中。压力由加压室300中流量分配调节器310中的小孔或开口如311均衡。在进入加压室300后，糊料流过流量均衡格栅500，进入磨损部件保持部分220中的开口340。从开口340流经密封在压头200上的基板130的表面，进入通路132中。
当通路132填充后，压头移动到电子组件上有其它通路的另一位置。这种移动是在保持压头200与板130之间的啮合以及加压填充材料110的流动的情况下完成的，支承件158沿导轨156和157移动，使压头200跨板130移动。当压头200与基板130保持啮合时，或多或少的连续量的加压填充材料110从压力源流过输送管线120和120′，进入压头，注入基板130中的通路132中。
压头200的移动是朝向停放机构190的停放凸耳192的。凸耳192包括一略微倾斜的边缘193，使压头200以最小的填充材料损失跨板移动到凸耳192上，进入一停放位置。当压头200到达停放位置时，加压填充材料流反向(即释放真空)，从而收缩如果/当压头随后抬离凸耳192时会从压头流出的任何糊料。
当压头200定位在凸耳192上时，将通路已经填充的板130从支承结构180上取出，将另一个板放置在支承结构180上。然后重复填充通路的步骤。
填充材料110的流体压力以及真空释放都可手动控制，或者通过将其与一设定到特定基板印刷长度的停机致动开关相联结而控制。在另一实施例中(见图12A)，可用一机器观察系统替换停机致动开关。当所选定的通路图案区域填充后该机器观察系统产生一信号。
带有超声驱动器的压头的使用图11是一示意图，表示具有一受控输出超声驱动系统800的压头200的一实施例。若干个超声驱动器810、812、814、816连接到压头200的主体210上。与超声驱动器通信联接的是一输出控制系统820。输出控制系统820向超声驱动器810提供信号，该信号对提供给压头200的超声振动频率和幅度进行调节。输出控制器820可包括一微处理器和一反馈回路。
超声驱动器810、812、814和816以不会使通路填充糊料110熟化的频率振动。通过向通路填充糊料110施加超声振动，可填充纵横比非常高的通路132。例如，即使是非常难以处理的填充材料，也能够不使用超声驱动器810、812、814和816而填充纵横比为12∶1的通路132，并能够用超声驱动器填充纵横比高达17∶1+的通路132。可以设想，用设有超声驱动器810、812、814和816的压头200可以填充纵横比更高的通路。相信纵横比非常高通路的填充还取决于糊料流变、固体加载以及糊料中的颗粒尺寸分布。
底部填充实施例的结构和操作在可替换实施例中，压头200可定位成将填充材料110向上推入基板130的通路132中。图12A、12B和12C中示出一个这种“底部填充”实施例(即要求通路填充糊料110克服重力的工艺)。该特别实施例中，一“静止”压头200定位在一具有两个部分105、105′的分支输送机下面。这些板或电子组件130拉动经过一注射头200，然后在去除了板或电子组件的相对侧出来，装载一新板用于以连续方式进行通路填充。由于板或电子组件130可以用该系统连续输送和填充，该第二实施例将具有高产量。压头200不像第一实施例中移动那么多。第二实施例中，压头200上下移动或者与板200配合和脱离。在通路被填充后板130移动经过压头200。
通过致动一具有1到3英寸上下行程的气动双面压力缸920来提升压头，直到与要填充的板表面或电子组件130表面交会。双面压力缸920如压头200那样连接到一导向头支承杆952上。一清扫片960定位在板的一侧，另一清扫片1020定位在板130的另一侧。
有利地，底部填充工艺允许对填充孔质量进行过程观察，且无须使用象顶部填充过程中使用的用于溢流的中途停留片或传输线固定器。因此当使用底部填充工艺时可能不需要清扫片960。对通路填充质量的过程观察可通过裸眼或用图12A中所示的观察系统950来完成。另一个优点在于，在电子组件或板130的通路132中形成气穴或孔隙的可能性减小。
清扫片1020安装在压头200上用于减少下游的平面化加工。一般还需要对整个基板表面进行平面化，为随后的镀覆工艺，即对填充通路覆铜，提供平的表面。应当注意到，上和下运动或Z方向运动(接触力，填充压力(内压头流体压力))以及在基板上的循环速度，都直接涉及基板通路图案尺寸，要填充通路的直径和纵横比。
现在参照图13，可以看到，在板与压头200相反的一侧，设有在填充图案之间具有随机间隔开的接触轮列1000的一组辊或轮。轮列1000紧靠被填充的电子组件或板130的填充区域1010。轮列1000防止或减少了可能导致用压头200的填充不受支承的弯曲或变形板。
型板嵌套板实施例的结构和操作图14是糊料给送系统100的另一实施例，示出用于与带图案基板130的型板1100一起使用的一嵌套板1110。嵌套板1110与一型板1100配合，并具有锥形加工销1111，用于将板或电子组件130对准到型板上。基板以与图12A、12B和12C中所描述实施例相似的方式往返或穿过一固定注射头。这种特殊程序能够对图案镀覆的芯部和/或完成的已填充通路进行填充。
注射器压力源实施例的结构和操作图15中示出糊料给送系统1300的又一实施例。该特殊系统中，通路填充糊料位于一注射器型装置1310中。空气压力用于移动或压缩通路填充糊料110。这种系统可用于小规模工作中，如建立原型板。此外，这种系统还可用于对在板上的通路132中可能包含轻微缺陷的板进行再加工。
一些设想的优点有利地，本发明的糊料给送系统最好是这样一个装置，它使用将通路填充糊料置入电子组件中的通路内的方法，能够减少在通路填充糊料中形成的气穴数量，同时缩短每个板所需加工时间，能够使用更宽范围的填充材料，并减少填充材料的浪费和污染。此外，如果形成了气穴，则气穴的体积小于用其它方法形成的气穴或孔隙。结果，该装置及所涉及的方法产生了插入的通路，它们是可靠的电接头，并具有令人满意的热特性，该方法提高了使用插入通路的电子组件的产量。
该制造方法可控制，且在制造过程中具有相对较高的产量。这种高产量是通过降低每个板所需加工时间而获得的。在许多情况下这种降低使加工时间少于30秒每个板。
该装置可减少污物进入通路填充糊料中的机会。这种污物进入机会的减少设想是由于为填充材料提供了从填充材料源到被填充通路的密封的流动路径而实现的。
另外，该装置和方法还可用于将通路填充糊料置入具有较高纵横比和小直径的通路中，对通路的填充作进一步的控制。可填充通路132的直径可以在2/1000英寸到25/1000英寸范围内。直径最好小于12/1000英寸。更优选地，直径小于8/1000英寸，最优选地，直径小于6/1000英寸。此外，根据材料流变、糊料固体装载以及所使用糊料中颗粒尺寸分布，与这些通路相关的纵横比，即可填充的通路深度除以通路直径之比，从1∶1到17∶1+。纵横比最好大于5∶1。更优选地，纵横比大于10∶1，最优选地，纵横比大于12∶1。
有利地，填充系统向通路填充时使用低填充材料压力。可以设想，低压的这种成功使用是由于使用流动格栅、分配调节器以及在压头中使用多顺序压力室而实现的。还可以设想，使用明显大于填充材料入口(如流量分配调节器310的端部312和314)的填充材料出口(如开放端340)同样对降低充分填充通路所需的填充材料压力作出了重大贡献。至少部分由于流动格栅、分配调节器以及多顺序压力室结合填充材料的粘度而提供的较大出口以及填充材料在压头中流动方向的多种变化，都阻止了材料通过压头回流，从而有助于降低填充材料压力。
应当注意，基板130可以是任何类型。例如，板或电子组件即使包含夹层或陶瓷，也可以使用。此外，在布线电路板中的通路也可用一个或多个上述实施例来填充。
可以理解，上面的描述只是用于示意，而不是限定性的。在阅读了上面的说明后，本领域技术人员将明白许多其它实施例。因此本发明的范围应当参照所附权利要求以及与这些权利要求被给予的权利的等同的全部范围来确定。
权利要求
1.一种用于填充电子基板中的通路的方法，包括提供一填充材料源；提供一压头，该压头通过一填充材料入口与该填充材料源联接，该压头还包括一显著大于填充材料入口的细长填充材料出口；将该压头设置成与该电子基板接触；及向填充材料加压，以将填充材料注入电子基板上的通路中。
2.如权利要求1所述的方法，其中所述压头包括一压力室，其对填充材料加压而将填充材料注入电子基板上的通路中，使填充材料在远离被填充基板的方向流入压力室中。
3.如权利要求2所述的方法，其中压力室为细长形，填充材料沿压力室的长度从多个间隔开的入口流入压力室中。
4.如权利要求3所述的方法，其中由设在压力室中、处于多个入口与填充材料出口之间的一阻止元件阻止填充材料从填充室的填充材料出口流出，该阻止元件将压力室分隔成至少两个部分。
5.如权利要求4所述的方法，其中填充材料流过阻止元件中的多个开口，所述多个开口在一尺寸基本上等于填充材料出口的区域中规则地间隔开。
6.如权利要求5所述的方法，其中所述阻止元件是一靠近填充材料出口的隔开的流动均衡格栅。
7.如权利要求6所述的方法，还包括下列步骤通过环绕填充材料出口将压头上的一垫圈压靠在电子基板上而密封压头与电子基板之间的界面。
8.如权利要求7所述的方法，还包括使压头和电子基板彼此相对移动，同时保持压头垫圈与电子基板之间的压力密封，并保持填充材料的压力，使填充材料连续流入电子基板的通路中。
9.如权利要求8所述的方法，其中施加到填充材料上的压力小于L磅每平方英寸，其中L是80、50、25、20、15和10中的一个。
10.如权利要求9所述的方法，其中填充电子基板的全部通路所需的总时间少于T秒，其中T是20、30、40和50中的一个。
11.如权利要求10所述的方法，其中压头与电子基板相对于彼此的移动是由于将压头保持在一固定位置并移动电子基板的结果。
12.如权利要求11所述的方法，其中电子基板是一电子组件，移动电子基板的步骤还包括下列步骤支承电子组件的第一端；及支承电子组件的第二端；及其中放置压头的步骤包括将压头置于电子组件的第一端和第二端之间并位于电子组件的一侧。
13.如权利要求12所述的方法，还包括下列步骤支承电子组件与电子基板相对的一侧，以防止由于放置压头而损坏电子组件。
14.如权利要求13所述的方法，其中设置压头的步骤包括将压头放置成使进入一通路中的糊料必须克服重力。
15.如权利要求14所述的方法，还包括下列步骤当从设有压头的相对侧填充通路时，用一自动机器观察系统对糊料进行观察。
16.如权利要求15所述的方法，还包括在将填充材料注入电子基板上的通路中时，通过超声方式对填充材料和/或压头进行振动。
全文摘要
一种用于填充电子基板(130)中的通路(132)的方法，包括提供一填充材料源(141，142)；提供一压头(200)，该压头(200)通过一填充材料入口(120)与该填充材料源(141，142)联接，该压头还包括一显著大于填充材料入口(120)的细长填充材料出口(340)；将该压头(200)设置成与该电子基板(130)接触；及向填充材料加压，以将填充材料注入电子基板(130)上的通路(132)中。
文档编号H05K3/00GK1444839SQ01813665
公开日2003年9月24日 申请日期2001年5月24日 优先权日2000年5月31日
发明者J·佩迪戈 申请人:Ttm先进电路公司