用于制造用于印刷电路板的z取向的部件的旋转涂布工艺的制作方法

用于制造用于印刷电路板的z取向的部件的旋转涂布工艺的制作方法
【专利摘要】根据一个示例性实施方案的用于制造用于插入印刷电路板中的安装孔中的Z取向的部件的方法包括把基于液体的材料沉积至可旋转板的顶部表面上。可旋转板的顶部表面具有在其上形成的界定Z取向的部件的层的形状的至少一个空腔。可旋转板被旋转以齐平至少一个空腔中的基于液体的材料的顶部表面。基于液体的材料被固化以形成Z取向的部件的层。传导性材料被施用于已形成的层的至少一个表面。Z取向的部件被形成为包括包含已形成的层的部件层的堆叠物。
【专利说明】用于制造用于印刷电路板的Z取向的部件的旋转涂布工艺
[0001]背景
[0002]1.本公开内容的领域
[0003]本发明大体上涉及用于制造印刷电路板部件的工艺并且更具体地涉及用于制造用于印刷电路板的Z取向的部件(z-directed component)的旋转涂布工艺。
[0004]2.相关技术的描述
[0005]以下的共同待审的美国专利申请被转让于本申请的受让人，这些美国专利申请描述了各种意图被内嵌或插入印刷电路板(“PCB”)中的“Z取向的”部件:名称为“Z-DirectedComponents for Printed Circuit Boards” 的第 12/508，131 号，名称为 “Z-DirectedPass-Through Components for Printed Circuit Boards” 的第 12/508，145 号，名称为“Z-Directed Capacitor Components for Printed Circuit Boards”的第 12/508，158 号，名称为 “Z-Directed Delay Line Components for Printed Circuit Boards” 的第 12/508，188号，名称为“Z-Directed Filter Components for Printed Circuit Boards，，的第 l2/5。8，199号，名称为 “Z-Directed Ferrite Bead Components for Printed Circuit Boards” 的第12/508, 204 号，名称为“Z-Directed Switch Components for Printed Circuit Boards，，的第12/508, 215 号,名称为 “Z-Directed Connector Components for Printed Circuit Boards”的第 12/508,236 号，以及名称为 “Z-Directed Variable Value Components for PrintedCircuit Boards” 的第 12/508，248 号。
[0006]随着用于印刷电路板的部件的密度已经增加并且更高的操作频率被使用，某些电路的设计已经成为非常难以实现的。在上文的专利申请中描述的Z取向的部件被设计以改进部件密度和操作频率。Z取向的部件占据PCB的表面上的更少的空间，并且对于高频电路，例如大于IGHz的时钟速率，允许更高的操作频率。上文的专利申请描述了各种类型的Z取向的部件，包括但不限于电容器、延迟线、晶体管、开关和连接器。允许这些部件以商业规模批量生产的工艺被期望。
[0007]概述
[0008]根据一个示例性实施方案的用于制造用于插入印刷电路板中的安装孔中的Z取向的部件的方法包括把基于液体的材料沉积至可旋转板的顶部表面上。可旋转板的顶部表面具有在其上形成的界定Z取向的部件的层的形状的至少一个空腔。可旋转板被旋转以齐平至少一个空腔中的基于液体的材料的顶部表面。基于液体的材料被固化以形成Z取向的部件的层。传导性材料被施用于所形成的层的至少一个表面。Z取向的部件被形成为包括包含所形成的层的部件层的堆叠物。
[0009]根据另一个示例性实施方案的用于制造用于插入印刷电路板中的安装孔中的Z取向的部件的方法包括把基于液体的材料沉积至可旋转板的顶部表面上。可旋转板具有在其上形成的界定Z取向的部件的第一层的形状的第一空腔部分。可旋转板被旋转以齐平第一空腔部分中的基于液体的材料的顶部表面。基于液体的材料被固化以形成Z取向的部件的第一层。传导性材料被施用于所形成的第一层的至少一个表面。界定Z取向的部件的第二层的形状的第二空腔部分被形成在第一空腔部分的顶部上。另外的基于液体的材料被沉积至可旋转板的顶部表面上。可旋转板被旋转以齐平第二空腔部分中的基于液体的材料的顶部表面。基于液体的材料被固化以形成被堆叠在第一层的顶部上的Z取向的部件的第二层。Z取向的部件被形成为包括包含第一层和第二层的部件层的堆叠物。
[0010]附图简述
[0011]各种实施方案的上文提到的和其他的特征和优点以及获得它们的方式将通过参照附图成为更明显的并且将被更好地理解。
[0012]图1是根据一个示例性实施方案的Z取向的部件的透视图。
[0013]图2是在图1中示出的Z取向的部件的透明透视图，图示了 Z取向的部件的元件的内部排列。
[0014]图3A-3F是示出了各种用于Z取向的部件的主体的示例性形状的透视图。
[0015]图4A-4C是示出了各种用于Z取向的部件的示例性侧部通道配置的透视图。
[0016]图5A-5H是示出了各种用于Z取向的部件的主体的示例性通道配置的透视图。
[0017]图6A是根据一个示例性实施方案的具有用于连接于PCB的内部层的O形环并且具有带有包含相似的和/或不相似的材料的区的主体的Z取向的部件的透视图。
[0018]图6B是在图6A中示出的Z取向的部件的俯视平面图。
[0019]图6C是在图6A中示出的Z取向的部件的示意性的侧视正视图。
[0020]图7是各种可以被与传导性通道串联地设置在Z取向的部件的主体内的示例性元件或电子部件的示意性的图示。
[0021]图8是根据一个示例性实施方案的被齐平安装在PCB中的Z取向的部件的示意性的横截面图，示出了向Z取向的部件的传导性迹线和连接部。
[0022]图9是在图8中示出的Z取向的部件和PCB的俯视平面图。
[0023]图10是根据一个示例性实施方案的被齐平安装在PCB中的Z取向的部件的示意性的横截面图，示出了用于Z取向的部件的接地环路，其中Z取向的部件还具有在其主体内的去耦电容器。
[0024]图11是根据一个示例性实施方案的被齐平安装在PCB中的Z取向的部件的示意性的横截面图，示出了用于把信号迹线(signal trace)从PCB的一个内部层转移至该PCB的另一个内部层的Z取向的部件。
[0025]图12是根据一个示例性实施方案的具有半圆柱形片材的Z取向的电容器的透视图。
[0026]图13是根据一个示例性实施方案的具有已堆叠的圆盘的Z取向的电容器的另一个实施方案的分解图。
[0027]图14是根据一个示例性实施方案的具有在其中的每个用于形成Z取向的部件的层的空腔的可旋转板的透视图。
[0028]图15是根据一个示例性实施方案的被在在图14中示出的可旋转板上形成的空腔的透视图。
[0029]图16A是根据一个示例性实施方案的具有在其的端部上形成的圆顶的Z取向的部件的透视图。
[0030]图16B是根据一个示例性实施方案的具有被倒角的端部的Z取向的部件的透视图。[0031]图17是根据一个示例性实施方案的在图14中示出的可旋转板上形成的用于形成Z取向的部件的端部中的锥形的空腔的透视图。
[0032]图18是根据一个示例性实施方案的具有被板的空腔中的可抬升的升降机支撑的Z取向的部件的层的可旋转板的透视剖视图。
[0033]图19是根据一个示例性实施方案的束缚板中的Z取向的部件的层的透视图，其中缝隙形成在束缚板的侧壁表面和层的侧部通道之间。
[0034]图20是根据一个示例性实施方案的用于把传导性材料施用于Z取向的部件的层的掩模的示意图。
[0035]图21是束缚板中的Z取向的部件的层的透视图，其具有通过在图20中示出的掩模施用于层的顶部表面的传导性材料。
[0036]图22A和22B是根据一个示例性实施方案的根据粉末筛选制造工艺形成的Z取向的去耦电容器的相对的端部的透视图。
[0037]图23是根据一个示例性实施方案的具有偏移的侧部通道的Z取向的部件的透视图。
[0038]图24是根据一个示例性实施方案的用于形成Z取向的部件的端部中的锥形的塞子的透视图。
[0039]图25是根据一个示例性实施方案的PCB的底部表面的透视图，PCB具有被施用于其的与被插入PCB中的安装孔中的Z取向的部件的侧部表面接触的粘合剂。
[0040]图26A是根据一个示例性实施方案的被插入PCB中的安装孔中的Z取向的部件的透视图，Z取向的部件具有被施用于其的侧部表面的传导性长条。
[0041]图26B是在图26A中示出的Z取向的部件和PCB的侧视剖视图。
[0042]详细描述
[0043]下文的描述和附图足以使本领域的技术人员能够实践本发明地例证了实施方案。将理解，本公开内容不限于在下文的描述中提出的或在附图中图示的部件的构造和排列的细节。本发明能够具有其他的实施方案并且能够以各种方式实践或能够以各种方式实施。例如，其他的实施方案可以结合结构的、时间的、电的、工艺的和其他的改变。实施例仅典型化可能的变化形式。分别的部件和功能是可选择的，除非被明确地要求，并且操作的序列可以变化。某些实施方案的部分和特征可以被包括在其他的实施方案的部分和特征中或被其他的实施方案的部分和特征代替。本申请的范围包括所附的权利要求和所有的可用的等效物。下文的描述因此不被以受限制的意义取得并且本发明的范围由所附的权利要求限定。
[0044]此外，将理解，本文使用的措辞和术语是用于描述的目的并且不应当被认为是限制性的。“包括”、“包含”或“具有”和其变化形式在本文中的使用意指包括在其后列出的条目和其等效物以及另外的条目。除非另有限制，否则术语“连接”、“耦合”和“安装”和其变化形式在本文中被宽泛地使用并且包括直接的和间接的连接、耦合和安装。此外，术语“连接”和“耦合”和其变化形式不限于物理的或机械的连接或耦合。
[0045]Z取向的部件的综述
[0046]X-Y-Z参照系在本文中被使用。X轴和Y轴描述被印刷电路板的面界定的平面。Z轴描述垂直于电路板的平面的方向。PCB的顶部表面具有零Z值。具有负的Z方向值的部件指示该部件被插入PCB的顶部表面中。这样的部件可以高于(延伸超过)、齐平、或被凹陷至低于PCB的顶部表面和/或底部表面。具有正的和负的Z方向值二者的部件指示该部件被部分地插入PCB的表面中。Z取向的部件意图被插入印刷电路板中的孔或凹陷部中。取决于部件的形状和长度，多于一个Z取向的部件可以被插入PCB中的单一的安装孔中，例如被堆叠在一起或被并排地定位。孔可以是通孔(从顶部表面经过至底部表面的孔)、盲孔(经过顶部表面或底部表面向PCB的内部部分或内部层中的开口或凹陷部)或内部空腔使得Z取向的部件被内嵌在PCB内。
[0047]对于具有在两个外部层上的传导性迹线的PCB，一个外部层被称为顶部表面并且另一个被称为底部表面。如果仅一个外部层具有传导性迹线，那么该外部表面被称为顶部表面。Z取向的部件被称为具有顶部表面、底部表面和侧部表面。对Z取向的部件的顶部表面和底部表面的指代依从于用于指代PCB的顶部表面和底部表面的惯例。Z取向的部件的侧部表面在PCB的顶部表面和底部表面之间延伸并且将毗邻于PCB中的安装孔的壁，其中安装孔垂直于PCB的面。顶部、底部和侧部的这种使用不应当被视为限制Z取向的部件可以如何被安装入PCB中。虽然部件在本文中被描述为被在Z方向安装，但是这不意指这样的部件被限于被仅沿着Z轴插入PCB中。Z取向的部件可以被从顶部表面或底部表面或两个表面二者法向于PCB的平面地安装，以与其成一定角度安装或，取决于PCB的厚度和Z取向的部件的尺寸而在PCB的顶部表面和底部表面之间插入PCB的边缘中。此外，Z取向的部件可以被插入PCB的边缘中，即使Z取向的部件比PCB的高度宽，只要Z取向的部件被保持就位。
[0048]Z取向的部件可以由在电子部件中普遍地使用的材料的各种组合制造。信号连接路径由导体制造，导体是具有高传导性的材料。除非另有指示，否则在本文中对传导性的指代是指导电性。传导材料包括但不限于铜、金、铝、银、锡、铅和许多其他的材料。Z取向的部件可以具有需要通过使用具有低传导性的绝缘体材料例如塑料、玻璃、FR4 (环氧物和玻璃纤维)、空气、云母、陶瓷和其他的材料而与其他的区域绝缘的区域。电容器典型地由被具有高电容率(介电常数)的绝缘体材料分隔的两个传导板制造。电容率是显示把电场储存在诸如陶瓷、云母、钽和其他的材料的材料中的能力的参数。被构建为电阻器的Z取向的部件需要具有在导体和绝缘体之间的具有有限的量的电阻率的性质的材料，该电阻率是电导率的倒数。诸如碳、掺杂半导体、镍铬合金、锡氧化物和其他的材料的材料由于它们的电阻性性质而被使用。电感器典型地由线卷或被围绕具有高磁导率的材料包裹的导体制造。磁导率是显示把磁场储存在可以包括铁和合金例如镍-锌、锰-锌、镍-铁和其他的材料的材料中的能力的参数。晶体管例如场效应晶体管(“FET”)是由以非线性的方式表现并且由硅、锗、砷化镓和其他的材料制造的半导体制造的电子器件。
[0049]在本申请全文中，具有可互换地讨论不同的材料、材料的性质或术语的指代，如目前在材料科学和电部件设计的领域中使用的。因为在Z取向的部件可以如何被采用以及可以被使用的材料的数量中的灵活性，还设想，Z取向的部件可以由迄今尚未被发现或创造的材料构建。Z取向的部件的主体将通常包含绝缘体材料，除非为了 Z取向的部件的特别的设计而在说明书中另有声明。该材料可以拥有期望的电容率，例如电容器的主体将典型地包含具有相对高的介电常数的绝缘体材料。
[0050]使用Z取向的部件的PCB可以被构建为具有单一的传导性层或多重的传导性层，如已知的。PCB可以具有在仅顶部表面上的、在仅底部表面上的或在顶部表面和底部表面二者上的传导性迹线。此外，一个或多个中间的内部传导性迹线层也可以在PCB中存在。
[0051]在Z取向的部件和在PCB内部或在PCB上的迹线之间的连接可以通过本领域中已知的锡焊技术、筛选技术(screening technique)、挤出技术或镀层技术实现。取决于应用，焊膏和导电粘合剂可以被使用。在某些配置中，压缩性的传导性构件可以用于把Z取向的部件与在PCB上发现的传导性迹线互相连接。
[0052]Z取向的部件的最一般的形式包括具有顶部表面、底部表面和侧部表面、可插入PCB内的具有给定的深度D的安装孔中的横截面形状的主体，其中主体的一部分包含绝缘体材料。在本文中对于Z取向的部件描述的所有的实施方案都基于该一般的形式。
[0053]图1和2示出了 Z取向的部件的实施方案。在本实施方案中，Z取向的部件10包括具有顶部表面12t、底部表面12b、侧部表面12s和大体上相应于安装孔的深度D的长度L的大体上圆柱形的主体12。长度L可以小于、等于或大于深度D。在前两个情况下，Z取向的部件10将在一种情况下在PCB的顶部表面和底部表面中的至少一个下方并且在另一种情况下其可以与PCB的两个表面齐平。如果长度L大于深度D，那么Z取向的部件10将不被与PCB的顶部表面和底部表面中的至少一个齐平安装。然而，使用这种非齐平安装，Z取向的部件10将能够被用于与另一个部件或被定位在附近的另一个PCB互相连接。安装孔典型地是在PCB的顶部表面和底部表面之间延伸的通孔，但是其也可以是盲孔。当被凹陷至PCB的表面下方时，可能在PCB的孔中需要另外的抵抗区域以防止镀层围绕孔的整个的周向区域。
[0054]以一种形式的Z取向的部件10可以具有至少一个延伸经过主体12的长度的传导性通道14。在传导性通道14的顶部端部和底部端部14t和14b，顶部传导性迹线和底部传导性迹线16t、16b被设置在主体12的顶部端部表面和底部端部表面12t、12b上并且从传导性通道14的分别的端部延伸至Z取向的部件10的边缘。在本实施方案中，主体12包含绝缘体材料。取决于其的功能，Z取向的部件10的主体12可以由具有不同的性质的多种材料制造。这些性质包括是传导性的、电阻性的、磁性的、介电的或半传导性的或性质的各种组合，如本文描述的。具有该性质的材料的实例分别地是铜、碳、铁、陶瓷或硅。Z取向的部件10的主体12也可以包括为了操作电路所需要的许多不同的网络，其将在下文被讨论。
[0055]一个或多个纵向地延伸的通道或井可以被设置在Z取向的部件10的主体12的侧部表面上。通道可以从主体12的顶部表面和底部表面中的一个朝向相反的表面延伸。如图示的，两个凹形的侧部井或通道18和20被设置在Z取向的部件10的外表面中，沿主体12的长度延伸。当被镀层或锡焊时，这些通道允许通过PCB向Z取向的部件10的电连接以及向PCB内的内部传导性层的电连接被制造。侧部通道18或20的长度可以延伸小于主体12的整个长度。
[0056]图2示出了与图1中的相同的部件，但是其中所有的表面都是透明的。传导性通道14被示出作为延伸经过Z取向的部件10的中心的圆柱体。其他的形状也可以被用于传导性通道14。迹线16t和16b可以被看到分别地从传导性通道14的端部14t和14b延伸至主体12的边缘。虽然迹线16t和16b被示出为与彼此对准(零度间隔开)，但是这不是一个要求并且它们可以如为了具体的设计所需要的而被定位。例如，迹线16t和16b可以被180度间隔开或90度间隔开或任何其他的增量。
[0057]Z取向的部件的主体的形状可以是任何可以装配入PCB中的安装孔中的形状。图3A-3F图示了对于Z取向的部件可能的主体形状。图3A示出了三角形横截面的主体40 ;图3B示出了矩形横截面的主体42 ;图3C示出了截头锥形的主体44 ;图3D示出了卵形的横截面的圆柱形的主体46 ;并且图3E示出了圆柱形的主体48。图3F示出了阶梯状的圆柱形的主体50，其中一个部分52具有比另一个部分54大的直径。使用这种排列，Z取向的部件可以被安装在PCB的表面上，同时具有被插入被设置在PCB中的安装孔中的片段。Z取向的部件的边缘可以被成斜面以帮助对准Z取向的部件以用于向PCB中的安装孔中的插入。其他的形状和所图示的那些的组合也可以被用于Z取向的部件，如期望的。
[0058]对于Z取向的部件，用于镀层的通道可以具有各种横截面形状和长度。唯一的要求是镀层或锡焊材料作出向Z取向的部件以及在PCB内部或在PCB上的相应的传导性迹线的合适的连接。侧部通道18或20可以具有例如V形状的、C形状的或U形状的横截面、半圆形的或椭圆形的横截面。如果多于一个通道被提供，那么每个通道可以具有相同的或不同的横截面形状。图4A-4C图示了三个侧部通道形状。在图4A中，V形状的侧部通道60被示出。在图4B中，U形状的或C形状的侧部通道62被示出。在图4C中，波状的或不规则的横截面的侧部通道形状65被示出。
[0059]PCB中的层的数量从是单侧的至是超过22层变化并且可以具有范围从小于0.051英寸至超过0.093英寸或更多的不同的总体厚度。如果齐平安装被期望，那么Z取向的部件的长度将取决于其意图被插入其中的PCB的厚度。Z取向的部件的长度也可以取决于工艺的意图的功能和公差而变化。优选的长度将是其中Z取向的部件与表面齐平或延伸至略微地超出PCB的表面。这将防止镀层溶液围绕PCB孔的内部完全地镀层，其可以在某些情况下导致短路。可能的是，加入围绕PCB孔的内部的抵抗材料以仅允许在期望的区域中的镀层。然而，具有某些其中期望的是在Z取向的部件上方和下方围绕PCB孔的内部完全地镀层的情况。例如，如果PCB的顶部层是V。。平面并且底部层是GND平面，那么去耦电容器将具有较低的阻抗，如果连接部使用更大的体积的铜作出连接的话。
[0060]具有许多可以被加入Z取向的部件中以创造不同的机械的和电的特性的特征。通道或导体的数量可以从零至任何可以保持足以取得插入的压力、镀层、制造工艺和PCB在其意图的环境中的操作的强度的数量变化。Z取向的部件的外表面可以具有把其胶接就位的覆层。凸缘或径向突出部也可以被用于防止Z取向的部件向安装孔中过度的或不足的插入，特别是如果安装孔是通孔的话。表面包覆材料也可以被用于促进或妨碍镀层或锡焊材料的迁移。各种定位特征或取向特征可以被提供，例如凹陷部或突出部，或在Z取向的部件的端部表面上的可见的或磁性的指示物。此外，连接特征例如传导性垫、弹簧加载型的探针或甚至简单的弹簧可以被包括以把另外的电连接(例如机架接地)点加入PCB中。
[0061]Z取向的部件可以具有多种作用，取决于为了作出向PCB的连接所需要的端口或终端的数量。某些可能性在图5A-H中示出。图5A是被配置为O端口设备70A的Z取向的部件，O端口设备70A被作为塞子使用使得如果过滤器或部件是可选择的那么塞子阻止孔被镀层。在PCB已经被制造之后，O端口设备70A可以被移除并且另一个Z取向的部件可以被插入，镀层并且连接于电路。图5B-5H图示了各种对于多终端器件例如电阻器、二极管、晶体管和/或时钟电路有用的配置。图5B示出了 I端口或单信号Z取向的部件70B，其具有通过部件的中央部分连接于顶部传导性迹线和底部传导性迹线72t、72b的传导性通道71。图5C示出了 I端口 I通道Z取向的部件70C，其中除穿过部件的传导性通道71之外设置了一个已镀层的侧部井或通道73，其被连接于顶部传导性迹线和底部传导性迹线72t和72b。图示出了 Z取向的部件70D，除穿过部件的传导性通道71之外，该Z取向的部件70D具有两个侧部井73和75，其被连接于顶部迹线和底部迹线72t、72b。图5E的Z取向的部件70E具有除穿过部件的传导性通道71之外的三个侧部井73、75和76，其被连接于顶部迹线和底部迹线72t、72b。图5F示出了 Z取向的部件70F，其具有经过部件的两个传导性通道71和77并且没有侧部通道或井，每个传导性通道具有它们的分别的顶部迹线和底部迹线72t、72b和78t、78b。Z取向的部件70F是主要地用于差分信号的双信号器件。图5G示出了 Z取向的部件70G，其具有一个侧部井73和两个传导性通道71和77，两个传导性通道71和77每个具有它们的分别的顶部迹线和底部迹线72t、72b和78t、78b。图5H示出了 Z取向的部件70H，其具有一个具有顶部迹线和底部迹线72t、72b的传导性通道71以及从顶部表面沿着侧部表面的一部分延伸的盲井或部分井78，盲井或部分井78将允许镀层材料或焊料在给定的深度停止。对于本领域的技术人员来说，井和信号的数量仅被空间、所需要的井或通道大小限制。
[0062]图6A-C图示了另一个用于利用O形环以用于在具有顶部和底部传导性层和至少一个内部传导性层的PCB中使用的Z取向的部件的配置。Z取向的部件150被示出为在其的顶部表面150t上具有定位特征152和在传导性通道156和主体150d的在其顶部表面150t上的边缘之间延伸的传导性顶部迹线154t。传导性底部迹线(未示出)被设置在底部表面上。传导性通道156延伸经过主体150d的一部分，如上文描述的。至少一个半圆形的通道或沟槽(grove)位于主体150d的侧部表面150s上。如示出的，一对轴向地间隔开的周向通道158a、158b被设置为具有分别地被布置在通道158a、158b内的O形环160a、160b。O形环160a、160b的一部分向外延伸超出主体150d的侧部表面150s。O形环160a、160b将被定位为毗邻于PCB的内部层中的一个或多个以作出向被设置在用于Z取向的部件的安装孔中的该点的一个或多个迹线的电接触。取决于所采用的设计，O形环将不必须被设置为毗邻于每个内部层。
[0063]O形环160a、160b可以是传导性的或非传导性的，取决于它们在其中被使用的电路的设计。O形环160a、160b优选地将是压缩性的，帮助把Z取向的部件150固定在安装孔内。主体150d的在O形环160a、160b中间的区162可以包含与主体150d的在O形环的外侧的区164和166不同的材料。例如，如果区162的材料是电阻性材料并且O形环160a、160b是传导性的，那么与O形环160a、160b接触的内部电路板迹线经历电阻性负载。
[0064]区164和166也可以包含具有彼此不同和与区162不同的性质的材料。例如，区164可以是电阻性的，区162可以是电容性的并且区166可以是电感性的。这些区中的每个可以电连接于PCB的邻接的层。此外，传导性通道156和迹线154t、154b不需要被提供。所以对于所图示的构造来说，在PCB的顶部层和从顶部的第一内部层之间，电阻性元件可以在区164中存在，在第一内部层和第二内部层之间的电容性元件可以在区162中存在并且在第二内部层和PCB的底部层之间的电感性元件可以在区166中存在。据此，对于被从接触传导性O形环160a的内部迹线传输至接触传导性O形环160b的第二内部迹线的信号来说，该信号将经历电感负载。用于区162、164、166的材料可以具有选自包括传导性的、电阻性的、磁性的、介电的、电容性的或半传导性的和其组合的组的性质。该设计可以被扩展至具有比所描述的电路板少的或多的内部层的电路板，而不偏离本发明的精神。[0065]此外，区162、164、166可以具有被如本文描述的内嵌在其中并且连接的电子部件167、169、171。此外，如对于部件171图示的，部件可以被在Z取向的部件的主体内的一个或多个区内发现。从被内嵌的部件至O形环160a、160b的内部连接部可以被提供。可选择地，从被内嵌的部件至被设置在侧部表面150s上的可镀层的垫的内部连接部可以被提供。
[0066]对于Z取向的部件讨论的各种实施方案和特征意指是例证性的并且不是限制性的。Z取向的部件可以由执行网络功能的大块材料制造或可以具有被内嵌入其主体中的其他零件。Z取向的部件可以是多终端设备并且因此可以被用于执行多种功能，包括但不限于:传输线、延迟线、T过滤器、去耦电容器、电感器、共模扼流圈、电阻器、差分对经过器(differential pair pass through)、微分铁氧体磁珠(differential ferrite bead)、二极管或ESD保护设备(变阻器)。这些功能的组合可以被在一个部件内提供。
[0067]图7图示了各种用于Z取向的部件中的传导性通道的示例性配置。如示出的，通道90具有在端部中间的包含具有选自包括传导性的、电阻性的、磁性的、介电的、电容性的或半传导性的的性质和其组合的组的性质的材料的区92。这些材料形成多种部件。此外，部件可以被插入或内嵌在区92中，其中传导性通道的各部分从部件的终端延伸。电容器92a可以被设置在区92中。相似地，二极管92b、晶体管92c例如M0SFET92d、齐纳二极管92e、电感器92f、电涌抑制器92g、电阻器92h、双向触发二极管921、变容二极管92 j和这些条目的组合是可以被设置在传导性通道90的区92中的材料的另外的实例。虽然区92被示出为是在传导性通道90内在中心，但是其不限于该地点。
[0068]对于多终端设备例如晶体管92c、M0SFET92d、集成电路92k或变压器921，传导性通道的一个部分可以在顶部表面迹线和设备的第一终端之间并且传导性通道的其他的部分可以在底部表面迹线和设备的第二终端之间。对于另外的设备终端，另外的导体可以被设置在Z取向的部件的主体中以允许向其余的终端的电连接或另外的传导性迹线可以被设置在Z取向的部件的主体内在另外的终端和Z取向的部件的主体的侧部表面上的通道之间，允许向外部传导性迹线的电连接。可以在Z取向的部件中使用各种向多终端设备的连接配置。
[0069]据此，本领域的技术人员将意识到，各种类型的Z取向的部件可以被利用，包括但不限于电容器、延迟线、晶体管、开关和连接器。例如，图8和9图示了被称为信号经由的用于把来自PCB的顶部表面的信号迹线传递至底部表面的Z取向的部件。
[0070]Z取向的信号经由部件
[0071]图8示出了 PCB200的沿着图9中的线8-8取的剖视图，PCB200具有4个传导性平面或层，包括，从顶部至底部，接地(GND)平面或迹线202、电压供应平面Vee204、第二接地GND平面206和第三接地GND平面或迹线208，这些平面或迹线被非传导性材料例如被广泛地使用的，如本领域中已知的酚醛塑料例如FR4分隔。PCB200可以被用于高频率信号。分别地在PCB200的顶部表面和底部表面212和214上的分别的顶部和底部接地平面或迹线202和208被连接于引导直至Z取向的部件220的传导性迹线。具有在负的Z方向的深度D的安装孔216被设置在PCB200中以用于Z取向的部件220的齐平安装。在此，深度D相应于PCB200的厚度；然而，深度D可以小于PCB200的厚度，创造在其中的盲孔。如图示的，安装孔216是在横截面上是圆形的通孔以适应Z取向的部件220，但是可以具有用于适应具有其他的主体配置的Z取向的部件的插入的横截面。换句话说，安装孔被控制大小，使得Z取向的部件是可插入其中的。例如，具有圆柱形的形状的Z取向的部件可以被插入正方形安装孔中并且反之亦然。在其中Z取向的部件不作出紧配合的情况下，抵抗材料将必须被加入部件和PCB的在其处铜镀层不被期望的区域中。
[0072]Z取向的部件220被图示为被相对于PCB200的顶部表面212和底部表面214 二者齐平安装的三通路部件(three lead component)。Z取向的部件220被图示为具有长度L的大体上圆柱形的主体222。中央传导性通道或通路224被图示为是圆柱形的，被示出为延伸主体222的长度。界定其他的两个通路的两个凹形的侧部井或通道226和228被设置在Z取向的部件220的侧部表面上，延伸主体222的长度。侧部通道226和228被镀层以作出从PCB200的各种层向Z取向的部件220的电连接。如示出的，在PCB100的层202、206和208上的接地平面迹线被电连接于侧部通道226和228。Vcc平面204不连接于Z取向的部件220，如被Vrc平面204和安装孔216的壁217之间的缝隙219示出的。
[0073]图9图示了在PCB200中的Z取向的部件220的俯视图。三个传导性迹线250、252和254引导直至安装孔216的壁217的边缘。如图示的，迹线252作为待被从PCB200的顶部表面212通过Z取向的部件220传递至PCB200的底部表面214的高频率信号迹线起作用。传导性迹线250和254作为接地网起作用。中央通路或传导性通道224被顶部迹线245和镀层桥230电连接于PCB200的顶部表面212上的迹线252。Z取向的部件220的顶部表面上的顶部迹线245从传导性通道224的顶部端部224t延伸至Z取向的部件220的边缘。虽然未示出，但是Z取向的部件220的底部侧部和PCB200的底部表面214被以与在图12中图示的PCB200的顶部表面212上示出的相似的迹线的排列配置。Z取向的部件220的底部表面上的底部迹线从传导性通道224的底部延伸至Z取向的部件220的边缘。镀层桥被用于作出在底部迹线和另一个被设置在PCB200的底部表面上的高频率信号迹线之间的电连接。Z取向的部件的传输线阻抗可以通过控制导体大小和每个导体之间的距离而被调整以匹配PCB迹线阻抗，这改进PCB的高速度性能。
[0074]在镀层工艺期间，在安装孔216的壁217和侧部通道226和228之间形成的井256和258允许镀层材料或焊料从顶部表面212传递至把迹线250和254分别地与Z取向的部件220的分别的侧部通道226和228电地互相连接的底部表面214并且还传递至互相连接接地平面或迹线202、206和208的被设置在PCB200的底部表面214上的被相似地定位的迹线。镀层为了图示结构的目的未被示出。在本实施方案中，V。。平面204不连接于Z取向的部件220。
[0075]对于高频率信号速度的挑战中的一个是由信号迹线传输线阻抗改变导致的反射和不连续性。许多PCB布局试图把高频率信号保持在一个层上，这是因为被信号迹线路由经过PCB导致的这些不连续性。标准的经过PCB的通过必须被间隔某个间隔开的距离，这创造在信号通过和返回信号通过或接地通过之间的高的阻抗。如图8和9中图示的，Z取向的部件和返回接地或信号具有非常靠近的和受控的紧邻，这允许从PCB200的顶部表面212至PCB200的底部表面214的实质上恒定的阻抗。
[0076]Z取向的信号经由部件也可以包括去耦电容器，该去耦电容器将允许信号的基准平面从接地平面(指定的GND)切换至电压供应平面(指定的V。。)，而不具有高频率不连续性。图10示出了典型的4层PCB300的横截面图，其中信号迹线302在顶部层304和底部层306之间转移。具有主体312的Z取向的部件310，相似于在图中示出的Z取向的部件，通过中央传导性通道314连接信号迹线302。Z取向的部件310还包括沿着主体312的侧部表面312s延伸的已镀层的侧部通道316和318。传导性通道314的顶部314t和底部314b被连接于主体312的顶部312t和底部312b上的传导性迹线318t和318b。这些进而通过顶部和底部镀层桥330t和330b连接于信号迹线302。侧部通道316和318分别地被镀层至GND平面332和V。。平面334。连接点336和338分别地图示这种电连接。被示意性地图示的去耦电容器350在主体312内部并且被连接在侧部通道316和318之间。去耦电容器350可以是被集成入Z取向的部件310的主体312中的分离的电容器或其可以通过从具有在传导性表面之间的介电性质的所需要的材料制造Z取向的部件310的主体312的一部分而被形成。
[0077]用于信号迹线302的路径利用对角阴影线图示并且可以被看到从顶部层304延伸至底部层306。GND平面332和侧部通道316在336处被电连接，具有被暗点画362指示的信号路径返回。Ncc平面334和侧部通道318在338处被电连接，具有被亮点画364指示的信号路径返回。如本领域中已知的，如果信号平面或迹线不将被连接于被插入的零件，那么这些部分被从部件间隔开，如在370示出的。如果信号平面或迹线将被连接于被插入的部件，那么信号平面或迹线被设置在开口的壁或边缘处以允许镀层材料或焊料在其之间桥接，如在点330t、330b、336和338图示的。
[0078]竖直剖面线的部分380示出了在信号迹线和返回电流路径之间的高速度环路区域，其通过信号迹线302和GND平面332或VCC平面334描述。在底部表面306上的信号迹线302对通过去耦电容器350耦合于GND平面332的电源平面VCC334有所参考。两个平面之间的这种耦合将把高频率阻抗保持为接近于恒定的以用于从一个返回平面至具有不同的直流电压的另一个平面的变换。
[0079]把Z取向的部件内部地安装在PCB中极大地帮助使用外接地平面用于EMI减少的PCB技术。使用这种技术，信号被尽可能地在内层上路由。图11图示了这种技术的一个实施方案。PCB400包括，从顶部至底部，顶部接地层402、内部信号层404、内部信号层406和底部接地层408。接地层402和408在PCB400的顶部表面和底部表面400t和400b上。被作为通孔示出的安装孔410在顶部表面和底部表面400t和400b之间延伸。Z取向的部件420被示出为被齐平安装在PCB400中。Z取向的部件420包括主体422，主体422具有在主体422的顶部422t和底部422b中间的中央区424和在侧部表面422s上的两个侧部通道425 和 427。
[0080]侧部通道425和427和孔410的壁411分别地形成镀层井413和415。中央区424被定位在主体422内并且延伸近似地等于分离两个内部信号层404和406的距离的距离。侧部通道425从主体422的底部表面422b延伸至内部信号水平406，并且侧部通道427从主体422的顶部表面422t延伸至内部信号水平404。在此，侧部通道425和427仅沿着主体422的侧部表面422s的一部分延伸。传导性通道426延伸经过中央区424但是不延伸至主体422的顶部表面和底部表面422t、422b。图5H图示了相似于侧部通道427的部分通道。传导性通道426具有分别地从传导性通道426的顶部426t和底部426b延伸至侧部通道427和425的传导性迹线428t和428b。虽然被作为分离的元件图示，但是传导性通道426和迹线428t、428b可以是电地互相连接侧部通道425、427的一个集成的导体。如示出的，传导性迹线428b通过已镀层的侧部通道425和井413连接于内部信号层406，并且迹线428t通过侧部通道427和井415连接于内部信号水平404。接地层402和408不被连接于Z取向的部件420并且远离安装孔410地间隔开，如上文对于图8和10描述的。如被双头虚线箭头430示出的，信号层406上的信号可以通过Z取向的部件420通过从井413、侧部通道425、迹线428b、传导性通道426、迹线428t、侧部通道427和井415延伸的路径被通过至信号层404 (或反之亦然)以允许信号保留在PCB400的内层上，使接地层402和408提供屏蔽。
[0081]Z取向的去耦电容器
[0082]图12和13图示了两个以去耦电容器的形式的另外的示例性Z取向的部件。在图12中，Z取向的电容器500被示出为具有主体502，主体502具有沿着其长度延伸的传导性通道504和两个侧部通道506和508，相似于上文描述的那些。传导性通道504被示出为被连接于信号526。形成Z取向的电容器500的板的竖直地取向的交错的部分圆柱形的片材510、512被连接于基准电压例如电压Vcc和接地(或任何其他的需要电容的信号)并且被与介电材料的介入层(未示出)共同使用。部分圆柱形的片材510被连接于已镀层的通道506，已镀层的通道506被连接于接地520。部分圆柱形的片材512被连接于已镀层的通道508，已镀层的通道508被连接于供应电压Vrc522。片材510、512可以由铜、铝或其他的具有高的电导率的材料形成。在部分圆柱形的片材之间的材料是具有介电性质的材料。仅一个部分圆柱形的片材被示出为被连接于Vrc522和接地520中的每个；然而，另外的部分圆柱形的片材可以被提供以实现期望的额定电容/电压。
[0083]Z取向的电容器的另一个实施方案在图13中示出，其使用被连接于电压V。。或接地的堆叠的支撑构件。Z取向的电容器600包括中央传导性通道601和主体605，主体605包括顶部构件605t、底部构件605b和在顶部构件和底部构件605t、605b之间的多个支撑构件610 (被作为圆盘图示)。
[0084]中央传导性通道601延伸经过已组装的Z取向的电容器600中的开口 615以及开口 602t和602b，所有的开口被控制大小以紧密地接收中央导体。中央传导性通道601是电地可连接于顶部部分和底部部分605t、605b上的传导性迹线603t和603b的，形成用于信号626的信号路径。这种连接通过镀层或焊料作出。中央传导性通道601通过传导性迹线603t连接于信号626。传导性通道601的底部端部以相似的方式通过传导性迹线603b连接于信号迹线(未示出)。
[0085]相反的开口 607t和608t被设置在顶部部分605t的边缘处。底部部分605b具有与顶部部分605t相似的构造，具有被设置在边缘处的相反的开口 607b和608b。多个支撑构件610在顶部部分和底部部分605t、605b之间，其提供电容性的特征。支撑构件610每个具有在它们的外边缘处的至少一个开口 613以及允许传导性通道601穿过其通过的内孔615。如示出的，在每个支撑构件610中设置了两个相反的开口 613。当被组装时，相反的开口 607t、607b、608t、608b、和613对准以形成沿着Z取向的电容器600的侧部表面延伸的相反的侧部通道604和608。侧部通道604被示出为被连接于基准电压例如接地620并且侧部通道606被示出为被连接于另一个基准电压例如Vcc622。支撑构件610可以由介电材料制造并且可以全部具有相同的或变化的厚度，允许在设计对于Z取向的电容器600的期望的性质中的选择。
[0086]环形镀层617被设置在支撑构件610的顶部表面和底部表面中的一个上或，如果期望，被设置在两个表面二者上。环形镀层被示出为在每个支撑构件的顶部表面上，但是环形镀层的地点可以在支撑构件之间变化。环形镀层617大体上符合支撑构件的形状并且如果另外的开口被提供的话，从边缘开口 613中的一个朝向另一个延伸。环形板617具有小于其被固定在其上的支撑构件610的直径、尺寸或总体大小的直径或尺寸或总体大小。虽然板617被描述为环形的，但是其他的形状可以也被使用，只要镀层不接触中央传导性通道或延伸至其在其上被镀层或以其他方式附着的支撑构件的边缘。环形板接触边缘开口 613中的一个，但是与另一个开口间隔开，如果多于一个通道在Z取向的电容器600的主体的侧部表面中存在的话。此外，在环形板617中具有开口 619，该开口 619的直径比传导性通道601经过其的环形板617中的开口 615大。开口 619具有比传导性通道601的直径大的直径，使环形板617与传导性通道601间隔开。
[0087]如图示的，支撑构件610是实质上相同的，除了当被堆叠时，交替的构件被相对于其上方或下方的构件旋转180度之外。这可以被称为1-1配置。以这种方式，交替的构件将被连接于两个侧部通道中的一个或另一个。如在图13中示出的，两个支撑构件610中的上面的一个上的环形镀层被连接于侧部通道608和电压Vcc622，并且两个支撑构件610中的下面的一个上的环形镀层被连接于侧部通道604和接地620。其他的支撑构件排列也可以被使用，例如使两个毗邻的构件被连接于同一个通道，使下一个支撑构件被连接于相反的通道，这可以被称为2-1配置。其他的配置可以包括2-2、3-1并且与设计选择有关。期望的额定电容或电压决定被插入顶部部分和底部部分605t、605b之间的支撑构件的数量。虽然未示出，但是包含介电材料并且被与支撑构件610相似地成形的介电构件可以与支撑构件610交错。基于设计选择，仅单一的通道可以被使用或更多的通道可以被提供和/或环形镀层可以与中央传导性通道接触并且不与侧部通道接触。再次地，用于Z取向的电容器的实施方案是用于例证的目的并且不意图是限制性的。
[0088]使用任一个用于Z取向的电容器的设计，第二传导性通道可以与被布置在传导性板内的第一传导性通道平行地设置，以创造差分去耦电容器。Z取向的电容器的另一个实施方案可以从图12或图13被构建，通过把中央传导性通道在每个支撑构件处连接于基准电压中的一个，每个支撑构件还使其的环形镀层被连接于同一个基准电压。这可以简单地通过把传导性通道连接于环形镀层来实现，如被跳线621示意性地图示的。在实践中，环形板617中的环形开口 619将被控制大小，使得环形板和传导性通道601将被电地连接。该部件可以被直接放置在集成电路或其他的表面安装的部件的电源接脚或球的下方，以用于最优的去耦合放置。
[0089]再次地，在图8-11中图示的Z取向的信号经由部件和在图12和13中图示的Z取向的去耦电容器提供Z取向的部件的仅几个示例性应用。本领域的技术人员将意识到，各种其他的类型的Z取向的部件可以被利用，包括但不限于传输线、延迟线、T过滤器、去耦电容器、电感器、共模扼流圈、电阻器、差分对经过器、差分铁氧体磁珠、二极管或ESD保护设备(变阻器)。
[0090]用于制造Z取向的部件的旋转涂布工艺
[0091]用于以商业规模制造Z取向的部件的旋转涂布工艺被提供。在旋转涂布工艺中，Z取向的部件的主体由形成部件基体的基于液体的材料例如浆料形成。如需要的，基体材料也可以与结合剂材料混合，如本领域中已知的。如上文讨论的，多种不同的Z取向的部件在本文中被设想，包括但不限于传输线、延迟线、T过滤器、去耦电容器、电感器、共模扼流圈、电阻器、差分对经过器、差分铁氧体磁珠、二极管和ESD保护设备(变阻器)。据此，将意识到，所使用的基体材料将取决于期望的Z取向的部件。基体材料可以包括具有约3 (例如聚合物)至超过10，OOO (例如钛酸钡(BaTi03))的相对电容率的单一的介电材料。例如，具有相对高的介电值的材料可以在Z取向的去耦电容器中使用并且具有相对低的介电值的材料可以在Z取向的信号经由部件中使用。如果Z取向的部件被期望具有电感性功能或延迟线，那么具有带有约I至约50，000的范围的低的或高的相对磁导率的铁氧体材料可以被选择。如果Z取向的部件被期望具有某个程度的电导率，那么传导性材料可以与介电材料混合以创造期望的电阻。取决于期望的Z取向的部件的功能，这些或其他的相容的材料可以被混合在一起以形成部件层。
[0092]参照图14，可旋转板700被图示为具有顶部表面700t和在其中的四个空腔702a、702b、702c、702d。每个空腔702a、702b、702c、702d界定Z取向的部件的一个层的形状。如在下文更详细地讨论的，空腔702a、702b、702c、702d被基于液体的基体材料例如浆料填充以形成Z取向的部件的层的主体。虽然四个空腔702a、702b、702c、702d被图示，但是任何合适的数量的空腔702可以被使用，包括大于或少于四个。例如，为了商业性生产目的，可以是期望的是使用具有多于四个空腔702的板700以一次处理更多的零件。在某些实施方案中，每个空腔702的高度在约0.5密耳至约62密耳(约0.0127mm至约1.57mm)之间，包括其之间的所有的增量和值，取决于Z取向的部件将被在其中使用的应用。
[0093]根据一个实施方案的示例性空腔702在图15中示出。具有实质上竖直的壁702a的大体上圆柱形的空腔702被图示；然而，如上文讨论的，许多不同的形状可以被使用。在本实施方案中，空腔702包括用于形成部件层中的相应的内部通道的内部突出部704a。空腔702还包括沿着空腔702的边缘706的用于形成部件层中的相应的侧部通道的一对突出部704b、704c。在所图示的示例性实施方案中，突出部704a是圆柱形的并且突出部704b、704c是半圆柱形的；然而，任何合适的形状可以如期望的被使用。此外，虽然一个内部突出部704a和两个侧部突出部704b、704c被图示，但是任何合适的数量的侧部和/或内部突出部704可以被使用，分别地取决于经过部件层的侧部和内部通道的期望的数量。
[0094]所图示的示例性实施方案中，空腔702通过使用光化学方法遮蔽板700的顶部表面700t而被形成。在本实施方案中，辐射敏感的光致抗蚀剂708被施用于顶部表面700t并且然后被选择性地暴露于辐射源，例如X射线或紫外光。光致抗蚀剂708然后被显影以洗掉在其处光致抗蚀剂层708不被期望的区域以形成在其中的期望的空腔702。如果在之后不同的掩模被期望，那么光致抗蚀剂掩模708可以被除去并且新的掩模可以被在顶部表面700t上形成。作为光致抗蚀剂掩模的替代形式，物理掩模或板可以被放置在顶部表面700t上并且然后在其已经被使用之后被除去。可选择地，板700可以包括被在其中形成的永久的空腔702。
[0095]在某些实施方案中，Z取向的部件的顶部和底部边缘中的至少一个的倒角、圆顶或其他的形式的锥形或导入部被期望，以使Z取向的部件向PCB中的安装孔中的插入容易化。例如，图16A示出了具有被在其的端部上形成的圆顶712的Z取向的部件710。图16B示出了具有被倒角的端部716的Z取向的部件714。圆顶712或倒角716可以是部件的一部分或被附接于其。在一个实施方案中，圆顶712或倒角716是被部分地插入PCB中的安装孔中的分离的零件。在本实施方案中，Z取向的部件然后被插入圆顶712或倒角716后方以把其推动穿过安装孔，使圆顶712或倒角716扩展安装孔并且防止部件切割或撕裂PCB。如果圆顶745或倒角747被附接于Z取向的部件，那么其可以被配置为在插入PCB中的安装孔中之后保持被附接于Z取向的部件或其可以被用于帮助插入并且然后被移除。
[0096]参照图17，一个用于形成期望的锥形作为Z取向的部件的一部分的方法包括使用空腔702，该空腔702具有围绕空腔702的底部部分720的外周的成锥形的外缘(taperedrim) 718。成锥形的外缘718在所图示的示例性实施方案中被倒角；然而，圆顶的、椭圆形的或圆形的外缘也可以被使用，取决于期望的锥形的形状。当空腔702被期望的基于液体的基体材料填充时，成锥形的外缘718形成在部件层的底部表面中的相应的锥形。如果空腔702被在光致抗蚀剂层708中形成，那么成锥形的外缘718可以通过在上文描述的暴露步骤期间把辐射源成角度或通过使用本领域中已知的局部地控制辐射源的强度和/或暴露的持续时间的灰度平版印刷技术而被形成。将意识到，如果期望的锥形延伸经过多重的部件层，那么形成锥形的Z取向的部件的连贯的层730将具有不断减少的直径(或宽度，在具有非圆形横截面的层730的情况下)。可选择地，期望的锥形可以在单一的部件层730中形成。
[0097]返回参照图14，基于液体的基体材料例如浆料被沉积在空腔702中。基于液体的基体材料可以被直接地沉积在每个空腔702中或其可以被施用于板700的顶部表面700t的中央部分并且当板700被旋转时被离心力转移入空腔702a、702b、702c、702d中。在基于液体的基体材料被施用于板700之后，板700被旋转，使得基体材料流动为在每个空腔702中的薄的均匀的层。
[0098]在空腔702已经被基体材料包覆之后，基于液体的基体材料被固化以把层固化为稳定的可使用的零件。基于液体的基体材料可以通过允许其干燥，通过加热其，通过施加辐射例如红外或紫外光或通过这些固化步骤的组合而被固化。压力也可以在基于液体的基体材料已经被部分地固化之后被施加。所需要的压力可以通过使用棒或塞子在每个空腔702中的层上向下压制以压缩其而被施加。热可以被从每个空腔702的顶部、底部和/或侧部施加。例如，加热元件可以被内嵌入板700的壁中以把期望的温度分布供应至空腔702中的层。
[0099]图18示出了通过在图15中示出的示例性空腔702形成的Z取向的部件的层730。层730包括分别地相应于突出部704a、704b和704c的一个中央通道732a和两个侧部通道732b、732c。如上文讨论的，层730的形状以及其中的通道732的数量以及它们的放置和形状可以通过改变空腔702和/或突出部704的形状而被改变。在该点，层730已准备好在其的至少一个表面上接收传导性材料。传导性材料可以被施用于通道732a、732b、732c中的一个或多个、顶部表面730t和/或顶部表面730t和层730的底部表面二者。传导性材料可以当层730在空腔702中时被施用，或层730可以被转移至另一个具有束缚和定位能力的工具，例如传送带，以接收传导性材料。如果期望镀层部件层730中的一个或多个侧部通道例如侧部通道732b、732c，那么层730可以被放置在具有被从部件层730中的侧部通道732b,732c间隔的侧壁表面738的束缚板736中的空腔734中，使得在其之间形成缝隙739(图19)。该间距允许传导性材料流动入缝隙739中以镀层期望的侧部通道732b、732c。镀层侧部通道732b、732c的另一个替代形式是在Z取向的部件已经被组装之后通过涂布、喷射、溅射或其他的已知的方法施用传导性材料。
[0100]许多不同的方法可以被用于把传导性材料施用于层730。例如，在一个实施方案中，把传导性材料的施用限于顶部表面730t的所选择的部分的掩模被施用于顶部表面730t。传导性材料然后被经过掩模筛选至部件层730上。图20示出了以被放置在层730的顶部表面730t上的物理掩模740的形式的示例性掩模。被包括在图20中的对角阴影线图示了掩模740中的开口。掩模740包括允许传导性材料流动入中央传导性通道732a中并且镀层中央传导性通道732a的中央开口 742。掩模740还包括允许传导性材料镀层顶部表面730t的一对外周开口 744a、744b。外周开口 744a、744b被薄掩模部分746分隔，薄掩模部分746还把中央开口 742从外周开口 744a、744b分隔。部分746当一个或多个经过层730的内部的传导性通道被期望时被需要，以提供在掩模中的一个或多个内部开口，例如掩模740中的中央开口 742。掩模740在所图示的示例性实施方案中包括被定位在侧部通道732b、732c上方的一对扇形部分748a、748b。扇形部分748b比扇形部分748a略微地更向内地突出。作为结果，在本示例性实施方案中，传导性材料被允许流动至顶部表面730t的连接于侧部通道732b的部分上但是传导性材料不被允许连接于侧部通道732c。
[0101]利用示例性掩模740的所得到的已镀层的层730在图21中示出，其具有在其上的传导性材料750。如示出的，中央通道732a已经被传导性材料750镀层。层730的顶部表面730t已经被镀层以作出与侧部通道732b但是不与侧部通道732c的连接。在图20中示出的掩模740意图图示合适的掩模的一个实施例。可选择的掩模可以被采用，取决于诸如层的形状、需要镀层的中央通道和/或侧部通道的数量以及对于顶部表面730t期望的镀层型式的因素。
[0102]作为物理掩模例如掩模740的替代形式，光致抗蚀剂掩模可以使用本领域中已知的光化学方法被施用。在本实施方案中，福射敏感的光致抗蚀剂被施用于顶部表面730t并且然后被选择性地暴露于辐射源，例如X射线或紫外光。光致抗蚀剂然后被显影以洗掉在其处光致抗蚀剂层不被期望的区域。将意识到，阳性的或阴性的光致抗蚀剂可以如期望的被使用。传导性材料可以然后被经过光致抗蚀剂掩模筛选至部件层730的顶部表面730t上，例如通过把液体传导性材料旋转涂布在光致抗蚀剂掩模的顶部上。在传导性材料被施用之后，其余的光致抗蚀剂可以然后被除去。
[0103]在另一个实施方案中，代替使用掩模，选择性喷射工艺被用于把传导性材料施用于顶部表面730t和/或通道732。在本实施方案中，液体传导性材料使用流体喷出机构被施用于部件层730，如本领域中已知的。如果可蚀刻的传导性材料被使用，那么另一个替代形式是把液体传导性材料的层旋转涂布或以其他方式施用经过整个的顶部表面730t并且然后从顶部表面730t选择性地蚀刻传导性材料以形成在其上的期望的导电图形。
[0104]另一个替代形式是首先把传导性材料的种子层(seed layer)选择性地施用于部件层730并且然后通过电解技术施用另外的传导性材料。一个合适的用于施用种子层的方法包括光化学方法的使用。光致抗蚀剂层被施用经过Z取向的部件层730的整个的顶部表面730t并且然后被选择性地暴露于辐射源。光致抗蚀剂然后被显影以洗掉在其处光致抗蚀剂层不被期望的区域。再次地，阳性的或阴性的光致抗蚀剂可以如期望的被使用。传导性材料然后被施用经过Z取向的部件层730的整个的顶部表面730t。光致抗蚀剂的其余部分然后被蚀刻掉，从而还把传导性材料从在其处种子层不被期望的那些区域除去。电解技术然后被施用以增厚在部件层730上的传导性材料的层。
[0105]本文描述的各种用于把传导性材料施用于Z取向的部件层的方法当如果期望把除了传导性材料的材料例如电阻性的、磁性的、介电的或半传导性的材料施用于部件层730时是同样地适用的。将意识到，通道732不需要在每个层被形成之后被镀层。而是，通道732可以在部件层被堆叠在一起之后被传导性材料填充。
[0106]Z取向的部件由部件层730的堆叠物形成。每个层可以由同一个基体材料形成或某些层可以由不同的基体材料形成。返回参照图14和18，在所图示的示例性实施方案中，可抬升的升降机722被定位在每个空腔702中。升降机722允许Z取向的部件的连贯的层被方便地堆叠在彼此的顶部上。在一个实施方案中，升降机722首先被定位在空腔702中以形成Z取向的部件的第一层730。基于液体的基体材料被沉积在空腔702中，板700被旋转，并且第一层730被形成,如上文讨论的。传导性材料被施用于第一层730,如期望的。升降机722然后被下降以在第一层730的顶部上产生空腔702中的另外的空间。空腔702中的另外的空间然后被另外的基于液体的基体材料填充，板700再次地被旋转并且Z取向的部件的第二层730被形成，如上文描述的。传导性材料然后被施用于第二层730，如期望的。该过程被重复，直到所有的用于给定的Z取向的部件的层730被形成并且堆叠。
[0107]可选择地，多重的可堆叠板700可以被用于形成Z取向的部件。可堆叠板700中的每个具有在其中的用于形成Z取向的部件的层730的空腔702。最低的板700的空腔702的底部部分被封闭以支撑部件层730的堆叠物，并且被堆叠在最低的堆叠物上方的板700的空腔702被在底部开放以允许部件层在彼此的顶部上的堆叠。可选择地，最低的板700可以被定位在平坦的板上以把已形成的层730保持在其的空腔702中。在第一层730已经被在第一板700的空腔702中形成并且传导性材料已经被施用之后，第二板700被堆叠在第一板700的顶部上。第二层730然后被在第二板700的空腔702中形成，如上文描述的，并且传导性材料被施用，如期望的。再次地，该过程可以被重复，直到所有的用于给定的Z取向的部件的层730被形成并且堆叠。将意识到，如果层730使用可堆叠板形成并且一个或多个内部通道732被期望，那么在每个层730被形成之后或在层730被堆叠之后这样的通道732将需要被形成，例如通过穿孔、切割等等，因为每个空腔702不能够包括为了形成内部通道732所需要的内部材料。
[0108]在另一个可选择的实施方案中，传送器被用于使所有的用于堆叠的已形成的层730在它们被形成之后运动。层730的外侧特征可以被用于把层730与彼此对准。如在图22A和22B中示出的，对于Z取向的电容器753，每个层730可选择地通过把其相对于紧邻地在下方的层730旋转180度而被堆叠，产生在Z取向的部件的两个侧部的正的和负的终端。堆叠可以被在把堆叠物保持在合适位置中的束缚板中进行。
[0109]某些实施方案中，Z取向的部件754可以被期望，其包括在部件754的顶部半部分和底部半部分之间从彼此扭曲或偏移的部分侧部通道732，如在图23中示出的。这种类型的部件可以被期望，以允许内部信号在Z取向的部件754的一个侧部进入并且以与其的90度角度离开，而不进入侧部通道732中。这种偏移可以通过把层730当它们被堆叠时旋转来实现。如果光致抗蚀剂层708被用于形成空腔702，那么每个蚀刻循环可以被小心地控制，使得被施用在每个层730的顶部上的光致抗蚀剂的下一个层被除去，同时留下对于后续的层730的支撑期望的光致抗蚀剂突出部704。不能够被单独的正常的蚀刻溶剂除去的抗蚀剂也可以被施用并且在下一个光致抗蚀剂层708被施用之前被烘烤为在每个光致抗蚀剂层708上的已硬化的形式，以提供对于后续的部件层730的支撑。如果每个层730被期望具有相同的厚度，那么每个光致抗蚀剂层708的蚀刻在相同的条件下被进行持续相同的量的时间。
[0110]在一个实施方案中，一旦部件层被堆叠，那么它们被使用中等的热压缩以产生为足以被从它们被定位在其中以在之后被烧制的板700或736除去的固体的聚结物。可运动的部件例如棒或塞子把期望的力施加于已堆叠的层的一个端部以创造对于所选择的材料期望的压力分布。加热元件可以被内嵌入空腔702或734的壁中以把期望的温度分布供应至已堆叠的层。可选择地，代替施加中等的热，在板700或736中进行完全烧制过程。然而，这可能是困难的，这是由于束缚元件经受的极端温度。如果Z取向的部件的顶部和/或底部的锥形被期望并且其尚未被形成，那么如在图24中示出的具有凹陷部782的塞子780可以被用于压缩已堆叠的部件层，凹陷部782在其端部784中形成，具有围绕凹陷部782的外周的成锥形的外缘786。当塞子780把力施加于已堆叠的层的端部时，零件的端部被回流以具有期望的几何构型，并且在零件的端部上的导电路径被允许继续经过或穿过在零件的端部上形成的相应的锥形。
[0111]在聚结物Z取向的部件已经被形成之后，烧制工艺被应用以固化零件，如果其尚未被进行的话。烧制工艺还把零件收缩至其的最终的尺寸。在该点，Z取向的部件可以被测试产率和性能并且任何另外的工艺可以被进行，如期望的。例如，在某些情况下，压制步骤和加热步骤可以使毛边形成。据此，在某些实施方案中，Z取向的部件被使用各种研磨剂磨光以平滑零件的角落和边缘。此外，抵抗区域可以被加入Z取向的部件中以防止传导性材料粘附于不意图是传导性的区域。胶接剂区域可以被施用于部件以辅助把其保持在PCB中。可见的标记和/或定位特征可以被加入Z取向的部件中以辅助向PCB的组装。
[0112]一旦Z取向的部件的生产被完成，那么其已准备好被插入PCB的安装孔中。如上文讨论的，部件可以被从顶部表面或底部表面或两个表面二者法向于PCB的平面地安装，以与其成角度安装或在PCB的顶部表面和底部表面之间被插入PCB的边缘中。在某些实施方案中，Z取向的部件被压配合入安装孔中。该压配合可以以在部件和安装孔之间的过盈配合的形式。在Z取向的部件被定位在安装孔中之后，传导性镀层桥可以被施用以把部件的顶部和/或底部表面上的一个或多个迹线连接于PCB上的相应的迹线。此外，如果Z取向的部件包括在其中的侧部通道例如侧部通道732b、732c，那么另外的传导性镀层可以被施用于这些侧部通道以形成在Z取向的部件和PCB之间的期望的信号连接。
[0113]参照图25，在一个实施方案中，在Z取向的部件760被插入PCB764中的安装孔762中之后，粘合剂766被施用于PCB764的在安装孔762外部的表面768。粘合剂766被定位为当Z取向的部件760被插入安装孔762中时接触Z取向的部件760的表面以固定Z取向的部件760的位置并且防止其从位置旋转或平移出来。
[0114]参照图26A和26B，PCB的厚度和Z取向的部件的长度的制造变化形式可以防止Z取向的部件与PCB的顶部表面和底部表面二者完美地齐平。作为结果，在一个实施方案中，传导性长条772被沿着Z取向的部件770的侧部表面770s形成。传导性长条772沿着侧部表面770s延伸至Z取向的部件770的顶部表面或底部表面的任一个。将意识到，传导性长条772可以在Z取向的部件770被形成之后被施用。可选择地，传导性长条772可以在Z取向的部件770的制造期间被形成，例如通过把传导性材料施用于部件层730的预确定的部分，如上文讨论的。在所图示的示例性实施方案中，传导性长条772沿着侧部表面770s延伸至Z取向的部件770的顶部表面770t。以这种方式，当Z取向的部件的顶部表面或底部表面延伸经过PCB的相应的顶部表面或底部表面时传导性长条772形成在Z取向的部件770的分别的顶部表面或底部表面上的迹线774和PCB778上的迹线776之间的桥接。作为结果，Z取向的部件770上的迹线774能够连接于PCB778上的迹线776，即使Z取向的部件770的顶部表面或底部表面不与PCB778的相应的顶部表面或底部表面齐平。在图26B中图示的示例性配置中，传导性长条772从Z取向的部件770的顶部表面770t沿着侧部表面770s延伸至在PCB778的顶部表面下方的点。在一个实施方案中，传导性长条772延伸入Z取向的部件770的侧部中，以减小其的电阻并且以确保如果另一个特征例如锥形在之后被施用于Z取向的部件770的话其不被除去。
[0115]上文对多个实施方案的描述已经为了例证的目的而被提出。其不意图是穷尽的或意图把本申请限制于所公开的精确的形式，并且明显地许多修改和变化形式根据上文的教导是可能的。理解，本发明可以以除了本文具体地提出的方式实践，而不偏离本发明的范围。意图的是，本申请的范围被附于本文的权利要求限定。
【权利要求】
1.一种用于制造用于插入到印刷电路板中的安装孔中的Z取向的部件的方法，包括: 把基于液体的材料沉积至可旋转板的顶部表面上，所述可旋转板的所述顶部表面具有形成在其上的至少一个空腔，所述至少一个空腔界定所述Z取向的部件的层的形状； 旋转所述可旋转板以齐平所述至少一个空腔中的所述基于液体的材料的顶部表面； 固化所述基于液体的材料以形成所述Z取向的部件的所述层； 把传导性材料施用于所形成的层的至少一个表面； 形成所述Z取向的部件，所述Z取向的部件包括包含所形成的层的部件层的堆叠物。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括把物理掩模放置在所述可旋转板的所述顶部表面上以形成所述可旋转板的所述顶部表面的所述空腔。
3.根据权利要求1所述的方法，还包括在所述可旋转板的所述顶部表面上形成光致抗蚀剂层以形成所述可旋转板的所述顶部表面的所述空腔。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述空腔被凹陷在所述可旋转板的所述顶部表面中。
5.根据权利要求1所述的方法，其中把所述传导性材料施用于所形成的层的所述至少一个表面包括: 把掩模施用于所形成的层的顶部表面，所述掩模把传导性材料的施用限于所形成的层的所选择的部分；以及 把传导性材料经过所述掩模筛选至所形成的层上。
6.根据权利要求5所述的方法，其中所述掩模包括被放置在所形成的层的所述顶部表面上的物理掩模和被施用于所形成的层的所述顶部表面并且在所形成的层的所述顶部表面上显影的光致抗蚀剂层中的一个。
7.根据权利要求1所述的方法，其中把所述传导性材料施用于所形成的层的所述至少一个表面包括使用液体传导性材料旋转涂布所形成的层的顶部表面并且然后从所形成的层的所述顶部表面选择性地蚀刻传导性材料。
8.根据权利要求1所述的方法，其中把所述传导性材料施用于所形成的层的所述至少一个表面包括把所述传导性材料选择性地喷射至所形成的层上。
9.根据权利要求1所述的方法，其中把所述传导性材料施用于所形成的层的所述至少一个表面包括把传导性材料的种子层施用至所形成的层的预确定的部分上并且然后通过电解技术施用另外的传导性材料。
10.根据权利要求1所述的方法，其中把所述传导性材料施用于所形成的层的所述至少一个表面包括: 把所形成的层定位在束缚板中，所述束缚板具有侧壁表面，所述侧壁表面从所形成的层中的侧壁通道间隔开，从而在其之间形成缝隙；以及 把传导性材料施用在形成在所述束缚板的所述侧壁表面和所形成的层中的所述侧壁通道之间的所述缝隙中以使用所述传导性材料对所形成的层中的所述侧壁通道进行镀层。
11.根据权利要求1所述的方法，其中形成所述Z取向的部件包括加热并且压缩部件层的堆叠物以形成聚结零件。
12.根据权利要求1所述的方法，其中所述空腔的底部部分包括围绕其外周的成锥形的外缘，所述成锥形的外缘形成所述层的底部表面中的相应的锥形。
13.一种用于制造用于插入到印刷电路板中的安装孔中的Z取向的部件的方法，包括: 把基于液体的材料沉积至可旋转板的顶部表面上，所述可旋转板具有在其上形成的第一空腔部分，所述第一空腔部分界定所述Z取向的部件的第一层的形状； 旋转所述可旋转板以齐平所述第一空腔部分中的所述基于液体的材料的顶部表面； 固化所述基于液体的材料以形成所述Z取向的部件的所述第一层； 把传导性材料施用于所形成的第一层的至少一个表面； 形成在所述第一空腔部分的顶部上的界定所述Z取向的部件的第二层的形状的第二空腔部分并且把另外的基于液体的材料沉积至所述可旋转板的所述顶部表面上； 旋转所述可旋转板以齐平所述第二空腔部分中的所述基于液体的材料的顶部表面； 固化所述基于液体的材料以形成所述Z取向的部件的被堆叠在所述第一层的顶部上的所述第二层；以及 形成所述Z取向的部件，所述Z取向的部件包括包含所述第一层和所述第二层的部件层的堆叠物。
14.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一空腔部分形成在第一板中并且所述第二空腔部分形成在第二板 中，所述第二板被堆叠在所述第一板的顶部上使得所述Z取向的部件的所述第二层被形成为堆叠在所述第一层的顶部上。
15.根据权利要求13所述的方法，其中所述第一空腔部分形成在所述可旋转板中的空腔中，所述第一空腔部分的所述底部表面由其中的可抬升的升降机形成，并且所述第二空腔部分通过在所述Z取向的部件的所述第一层被形成之后降低所述升降机以产生在所述可旋转板中的所述空腔中的另外的空间而被形成使得所述Z取向的部件的所述第二层被形成为堆叠在所述第一层的顶部上。
【文档编号】H05K1/00GK104025721SQ201280041949
【公开日】2014年9月3日 申请日期:2012年8月24日 优先权日:2011年8月31日
【发明者】保罗·凯文·霍尔, 凯斯·布莱恩·哈丁, 扎迦利·查尔斯·内森·克拉策, 张清 申请人:利盟国际有限公司