使用牺牲约束材料制造用于印刷电路板的z向部件的工艺的制作方法
【专利摘要】根据一个示例实施方式的、用于制造用于插入印刷电路板中的安装孔内的Z向部件的方法包括在由界定Z向部件的外部形状的约束材料形成的腔中形成Z向部件。约束材料被消耗以从约束材料释放Z向部件且Z向部件被烧制。
【专利说明】使用牺牲约束材料制造用于印刷电路板的Z向部件的工艺
[0001] 背景
[0002] 1.本公开的领域
[0003] 本发明通常涉及用于制造印刷电路板部件的工艺，且更具体地涉及用于制造印刷 电路板的Z向部件的牺牲约束工艺。
[0004] 2.相关技术的描述
[0005] 被转让给本申请的受让人的下面的美国专利申请描述了预期嵌入或插入印刷电 路板("PCB"）中的各种"Z向"部件，所述美国专利申请为：标题为"Z-Directed Components for Printed Circuit Boards" 的序列号 12/508, 131、标题为 "Z-Directed Pass-Through Components for Printed Circuit Boards" 的序列号 12/508, 145、标题为"Z-Directed Capacitor Components for Printed Circuit Boards" 的序列号 12/508, 158、标题 为"Z-Directed Delay Line Components for Printed Circuit Boards" 的序列号 12/508, 188、标题为"Z-Directed Filter Components for Printed Circuit Boards"的序 列号 12/508, 199、标题为 "Z-Directed Ferrite Bead Components for Printed Circuit Boards" 的序列号 12/508, 204、标题为 "Z-Directed Switch Components for Printed Circuit Boards" 的序列号 12/508, 215、标题为 "Z-Directed Connector Components for Printed Circuit Boards"的序列号 12/508, 236 以及标题为"Z-Directed Variable Value Components for Printed Circuit Boards" 的序列号 12/508, 248。
[0006] 由于印刷电路板部件的密度增加了且使用较高的操作频率，一些电路设计变得非 常难以实现。在前述专利申请中描述的Z向部件设计为提高部件密度和操作频率。Z向部 件占据在PCB的表面上的较少空间，且对于高频电路（例如大于IGHz的时钟频率），允许较 高的操作频率。前述专利申请描述了各种类型的Z向部件，包括但不限于电容器、延迟线、 晶体管、开关和连接器。允许在商业规模上大量生产这些部件的工艺是需要的。
[0007] 概述
[0008] 根据第一示例实施方式的、用于制造用于插入印刷电路板中的安装孔内的Z向部 件的方法包括在由界定Z向部件的外部形状的约束材料形成的腔中形成Z向部件。约束材 料被消耗以从所述约束材料释放Z向部件且所述Z向部件被烧制。
[0009] 根据第二示例实施方式的、用于制造用于插入印刷电路板中的安装孔内的Z向部 件的方法包括提供连续层的约束材料，每层约束材料具有在其中形成的、界定Z向部件的 相应层的外部形状的腔。用至少一种材料选择性地填充每个腔以形成Z向部件的每层。在 提供下一连续层的约束材料之前选择性地填充每个腔。消耗约束材料以从所述约束材料释 放Z向部件以及烧制所述Z向部件。
[0010] 根据第三示例实施方式的、用于制造用于插入印刷电路板中的安装孔内的Z向部 件的方法包括提供第一层约束材料，其具有在其中形成的、界定Z向部件的第一层的外部 形状的第一腔。用至少一种材料选择性地填充第一腔以形成Z向部件的第一层。Z向部件 的第一层与额外的层相结合以形成Z向部件。约束材料被消耗以从所述约束材料释放Z向 部件，且所述Z向部件被烧制。
[0011] 附图的简要说明
[0012] 各种实施方式的上面提到的和其它的特征和优势以及得到它们的方式通过参考 附图将变得更明显且将被更好地理解。
[0013] 图1是根据一个示例实施方式的Z向部件的透视图。
[0014] 图2是示出Z向部分的元件的内部布置的、图1中示出的Z向部件的透明透视图。
[0015] 图3A-3F是示出Z向部件的主体的各种示例形状的透视图。
[0016] 图4A-4C是示出Z向部件的各种示例侧沟道结构的透视图。
[0017] 图5A-5H是示出Z向部件的主体的各种示例沟道结构的透视图。
[0018] 图6A是根据一个示例实施方式的、具有用于连接到PCB的内层的0形环并具有主 体的Z向部件的透视图，该主体具有由相似和/或不相似的材料构成的区。
[0019] 图6B是图6A所示的Z向部件的俯视图。
[0020] 图6C是图6A所示的Z向部件的示意性侧立视图。
[0021] 图7是可设置在Z向部件的主体内与导电沟道串联的各种示例元件或电子部件的 示意性图示。
[0022] 图8是根据一个示例实施方式的、示出导电迹线和到Z向部件的连接的、齐平地安 装在PCB中的Z向部件的示意性横截面视图。
[0023] 图9是图8所示的Z向部件和PCB的俯视图。
[0024] 图10是根据一个示例实施方式的、示出Z向部件的接地回路的、齐平地安装在PCB 中的Z向部件的示意性横截面视图，Z向部件还具有在其主体内的去耦电容器。
[0025] 图11是根据一个示例实施方式的、齐平地安装在PCB中的Z向部件的示意性横截 面视图，其示出用于将信号迹线从PCB的一个内层转移到该PCB的另一内层的Z向部件。
[0026] 图12是根据一个示例实施方式的、具有半圆柱形薄板的Z向电容器的透视图。
[0027] 图13是根据一个示例实施方式的、具有堆叠式圆盘的Z向电容器的另一实施方式 的分解图。
[0028] 图14A是根据一个示例实施方式的、用于形成Z向部件的衬底材料的薄板的透视 图。
[0029] 图14B是根据另一示例实施方式的衬底材料的薄板的透视图，其中薄板中具有圆 形凹坑。
[0030] 图14C是根据另一示例实施方式的衬底材料的薄板的透视图，其中薄板中具有倒 角凹坑。
[0031] 图15A是根据一个示例实施方式的Z向部件的透视图，其中Z向部件具有在其端 部上形成的圆顶。
[0032] 图15B是根据一个示例实施方式的、具有倒角端部的Z向部件的透视图。
[0033] 图16-23是示出根据一个示例实施方式的Z向部件的形成的连续视图。
[0034] 图16是用于将导电材料铺设到衬底材料的示例筛的透视图。
[0035] 图17是衬底材料的透视图，衬底材料通过图16中示出的示例筛在其上铺设有导 电材料。
[0036] 图18是示出根据一个示例实施方式的、被铺设到衬底材料的第一层牺牲约束材 料的透视图。
[0037] 图19是示出根据一个示例实施方式的、在填充有光致抗蚀剂材料的第一层牺牲 约束材料中的腔的透视图。
[0038] 图20是示出根据一个示例实施方式的、在铺设导电材料之后移除的光致抗蚀剂 材料的透视图。
[0039] 图21是示出根据一个示例实施方式的、被铺设到第一层牺牲约束材料的主体材 料的透视图。
[0040] 图22是示出根据一个示例实施方式的、被铺设以形成Z向电容器的导电板的额外 导电材料的透视图。
[0041] 图23是示出根据一个示例实施方式的、被铺设以形成部件的第二层的第二层牺 牲约束材料的透视图。
[0042] 图24-27是示出根据另一示例实施方式的、形成Z向部件的一层的连续视图。
[0043] 图24是示出根据一个示例实施方式的、铺设到衬底材料的导电材料的透视图。
[0044] 图25是示出根据一个示例实施方式的、在牺牲约束材料中形成的Z向部件的第一 层的透视图。
[0045] 图26是示出根据一个示例实施方式形成的两组垂直导电板的透视图。
[0046] 图27是示出根据一个示例实施方式铺设的主体材料的透视图。
[0047] 图28是用于一次构造多个Z向部件的示例阵列的示意图。
[0048] 图29是示出根据一个示例实施方式的、在穿越多个部件层的相邻部件之间延伸 的径向支承件的侧剖视图。
[0049] 图30是示出根据一个示例实施方式的、形成具有多种介电材料的Z向部件的一层 的透视图。
[0050] 图31是示出根据一个示例实施方式的、具有凹坑的衬底材料的薄板的透视图，凹 坑用于在Z向部件的顶表面或底表面中形成凹口以便于圆形导入端的移除。
[0051] 图32是示出根据一个示例实施方式的、被铺设到衬底材料并具有凹坑的释放层 的透视图，凹坑用于在Z向部件的顶表面或底表面中形成凹口。
[0052] 图33是示出根据一个示例实施方式的、铺设到图31所示的凹坑的主体材料的透 视图。
[0053] 图34是示出根据一个示例实施方式的、一层牺牲约束材料的透视图，该层牺牲约 束材料被铺设到衬底材料并在其中具有用于将可移除导入端连接到部件的腔。
[0054] 图35是示出根据一个示例实施方式的、被铺设以形成Z向部件的一层的额外的一 层牺牲约束材料的透视图。
[0055] 图36是示出铺设到图35所示的牺牲约束材料的主体材料的透视图。
[0056] 图37是根据一个示例实施方式的、具有可移除圆形导入端的Z向部件的透视图。
[0057] 详细描述
[0058] 下面的描述和附图示出足以使本领域中的技术人员能够实施本发明的实施方式。 应理解，本公开并不限于在下面的描述中阐述或在附图中示出的部件的构造和布置的细 节。本发明能够有其它实施方式并以各种方式被实施或实现。例如，其它实施方式可包含 结构、时间顺序、电、过程和其它变化。例子仅仅代表可能的变形。除非明确地要求，否则单 独的部件和功能是可选的，且操作的顺序可改变。一些实施方式的部分和特征可包括在其 它实施方式的部分和特征中或代替其它实施方式的部分和特征。本申请的范围包括所附权 利要求和所有可用的等效形式。下面的描述因此不应在限制的意义上被理解，且本发明的 范围由所附权利要求限定。
[0059] 此外，应理解，在本文使用的短语和术语是为了描述的目的，且不应被视为限制性 的。"including(包括）'"comprising(包括）"或"具有（having) "及其变形的使用意欲 包括在下文中列出的项及其等效形式以及额外的项。除非另外限制，否则在本文的术语"连 接（connected) "、"稱合（coupled)"和"安装（mounted)"及其变形被广泛地使用并包括直 接和间接连接、耦合和安装。此外，术语"连接"和"耦合"及其变形并不限于物理连接或耦 合、或者机械连接或耦合。
[0060] Z向部件的概述
[0061] 本文使用X-Y-Z参照系。X轴和Y轴描述由印刷电路板的正面限定的平面。Z轴 描述垂直于电路板的平面的方向。PCB的顶表面具有零Z值。具有负Z向值的部件指示部 件插入PCB的顶表面中。这样的部件可以在PCB的顶表面和/或底表面之上（延伸出）、与 PCB的顶表面和/或底表面齐平或凹进到PCB的顶表面和/或底表面之下。具有正Z向值 和负Z向值的部件指示部件部分地插入PCB的表面中。Z向部件被预期插入印刷电路板中 的孔或凹槽中。根据部件的形状和长度，多于一个Z向部件可插入PCB中的单个安装孔内， 例如堆叠在一起或并排地进行定位。孔可以是通孔（从顶表面直通到底表面的孔）、盲孔 (穿过顶表面或底表面中的一个进入PCB的内部部分或内层内的开口或凹槽）或内部腔，使 得Z向部件嵌入PCB内。
[0062] 对于具有在两个外层上的导电迹线的PCB，一个外层被称为顶表面，而另一外层被 称为底表面。在只有一个外层具有导电迹线的情况下，该外表面被称为顶表面。Z向部件 被称为具有顶表面、底表面和侧表面。对Z向部件的顶表面和底表面的提及符合用于提及 PCB的顶表面和底表面的规定。Z向部件的侧表面在PCB的顶表面和底表面之间延伸，并将 相邻于PCB中的安装孔的壁，其中安装孔垂直于PCB的正面。顶、底和侧面的这种使用不应 被理解为限制Z向部件可如何安装到PCB中。虽然这样的部件在本文被描述为安装在Z方 向上，这并不意味着这样的部件被限于只沿着Z轴插入PCB中。Z向部件可垂直于PCB的平 面从顶表面或底表面或这两个表面安装、与其成一角度安装，或根据PCB的厚度和Z向部件 的尺寸插入到PCB的顶表面和底表面之间的PCB的边缘内。此外，Z向部件可插入PCB的 边缘内，即使Z向部件比PCB的高度宽，只要Z向部件保持在适当的位置上。
[0063] Z向部件可由在电子部件中通常使用的材料的各种组合制成。信号连接路径由导 体制成，导体是具有高传导率的材料。除非另有规定，否则本文对传导率的提及是指导电 率。导电材料包括但不限于铜、金、铝、银、锡、铅和很多其它材料。Z向部件可具有需要通 过使用具有低传导率的绝缘材料（例如塑料、玻璃、FR4(环氧树脂和玻璃纤维）、空气、云 母、陶瓷和其它材料）来与其它区域绝缘的区域。电容器一般由两个导电板制成，这两个导 电板由具有高电容率（介电常数）的绝缘材料分离。电容率是表示在材料（例如陶瓷、云 母、钽和其它材料）中存储电场的能力的参数。被构造为电阻器的Z向部件需要具有在导 体和绝缘体之间的特性的材料，且具有有限量的电阻率，电阻率是导电率的倒数。如碳、掺 杂半导体、镍铬合金、氧化锡和其它材料的材料针对其电阻特性进行使用。电感器一般由缠 绕在具有高磁导率的材料周围的金属丝的线圈或导体制成。磁导率是表示在可包括铁和合 金（如镍锌、锰锌、镍铁和其它材料）的材料中存储磁场的能力的参数。晶体管例如场效应 晶体管（"FET"）是由以非线性方式运转的半导体制成并由硅、锗、砷化镓和其它材料制成 的电子设备。
[0064] 在整个申请中，存在讨论不同的材料、材料特性或如当前在材料科学和电气部件 设计的领域中可互换地使用的术语的引用。由于在Z向部件可如何被利用以及可被使用的 材料的数量中的灵活性，还设想Z向部件可由迄今为止还没有被发现或创造的材料构成。Z 向部件的主体大体上将由绝缘材料组成，除非在描述中另外发布Z向部件的特别设计。这 种材料可拥有期望电容率，例如电容器的主体一般将由具有相对高的介电常数的绝缘材料 组成。
[0065] 如已知的，使用Z向部件的PCB可被构造成具有单个导电层或多个导电层。PCB可 仅在顶表面上、仅在底表面上或在顶表面和底表面两者上具有导电迹线。此外，一个或多个 中间内部导电迹线层也可存在于PCB中。
[0066] 可通过本领域中已知的焊接技术、筛选技术、挤压技术或电镀技术来实现在Z向 部件和PCB中或PCB上的迹线之间的连接。根据应用，可使用焊膏和导电粘合剂。在一些 配置中，压缩性导电构件可用于使Z向部件互连到存在于PCB上的导电迹线。
[0067] Z向部件的最一般的形式包括具有顶表面、底表面和侧表面、可插入PCB内的给定 深度D的安装孔内的横截面形状的主体，主体的一部分包括绝缘材料。本文针对Z向部件 描述的所有实施方式基于这个一般形式。
[0068] 图1和图2示出Z向部件的实施方式。在这个实施方式中，Z向部件10包括具有 顶表面12t、底表面12b、侧表面12s和通常对应于安装孔的深度D的长度L的通常圆柱形 的主体12。长度L可以小于、等于或大于深度D。在前面的两种情况下，Z向部件10将在 一种情况下在PCB的顶表面和底表面中的至少一个之下，而在另一情况下它可与PCB的两 个表面齐平。在长度L大于深度D的情况下，Z向部件10将不与PCB的顶表面和底表面中 的至少一个齐平地安装。然而，由于这个非齐平安装，Z向部件10将能够用于互连到位于 附近的另一部件或另一 PCB。安装孔一般是在PCB的顶表面和底表面之间延伸的通孔，但它 也可以是盲孔。当凹进到PCB的表面之下时，可能在PCB的孔中需要额外的抗蚀剂区域以 防止电镀在孔周围的整个圆周区域。
[0069] 以一种形式的Z向部件10可具有延伸穿过主体12的长度的至少一个导电沟道 14。在导电沟道14的顶端14t和底端14b处，顶部导电迹线16t和底部导电迹线16b设置 在主体12的顶端表面12t和底端表面12b上，并从导电沟道14的相应端延伸到Z向部件 10的边缘。在这个实施方式中，主体12包括绝缘材料。根据其功能，Z向部件10的主体 12可由具有不同的特性的各种材料制成。这些特性包括是导电的、电阻性的、磁性的、非传 导性的或半导电性的或如本文所述的特性的各种组合。具有这些特性的材料的例子分别是 铜、碳、铁、陶瓷或硅。Z向部件10的主体12也可包括操作将在以后讨论的电路所需的多个 不同的网络。
[0070] -个或多个纵向延伸的沟道或井可设置在Z向部件10的主体12的侧表面上。沟 道可从主体12的顶表面和底表面之一朝着相对的表面延伸。如所示，两个凹形侧井或沟道 18和20设置在Z向部件10的沿着主体12的长度延伸的外表面中。当被电镀或焊接时，这 些沟道允许进行穿过PCB到Z向部件10以及到PCB内的内部导电层的电气连接。侧沟道 18或20的长度可延伸小于主体12的整个长度。
[0071] 图2示出与在图1中的部件相同的部件，但所有表面是透明的。导电沟道14被示 为穿过Z向部件10的中心延伸的圆柱体。其它形状也可用于导电沟道14。可观察到迹线 16t和16b分别从导电沟道14的端部14t和14b延伸到主体12的边缘。虽然迹线16t和 16b被示为彼此对齐（零度分隔），这并不是要求，且它们可根据特定的设计所需的进行定 位。例如，迹线16t和16b可以分隔开180度或分隔开90度或任何其它增量。
[0072] Z向部件的主体的形状可以是可配合到PCB中的安装孔内的任何形状。图3A-3F 示出Z向部件的可能的主体形状。图3A示出三角形横截面主体40 ;图3B示出矩形横截面 主体42 ;图3C示出截头圆锥主体44 ;图3D示出卵形横截面圆柱形主体46 ;以及图3E示出 圆柱形主体48。图3F示出阶梯状圆柱形主体50,其中一个部分52具有比另一部分54更 大的直径。使用这个布置，Z向部件可安装在PCB的表面上，同时使其截面插入设置在PCB 中的安装孔内。Z向部件的边缘可以成斜边以帮助对齐用于插入PCB中的安装孔内的Z向 部件。其它形状和那些所示形状的组合也可根据需要用于Z向部件。
[0073] 对于Z向部件，用于电镀的沟道可具有各种横截面形状和长度。唯一的要求是，电 镀或焊接材料进行到Z向部件和PCB中或PCB上的相应导电迹线的正确连接。侧沟道18 或20可具有例如V形横截面、C形横截面或U形横截面、半圆形横截面或椭圆形横截面。在 多于一个沟道被设置的情况下，每个沟道可具有相同或不同的横截面形状。图4A-4C示出 三种侧沟道形状。在图4A中，示出V形侧沟道60。在图4B中，示出U形的或C形的侧沟道 62。在图4C中，示出波浪形的或不规则的横截面侧沟道形状65。
[0074] PCB中的层的数量从单侧的改变到超过22层，并可具有范围从小于0. 051英寸到 超过0.093英寸或更大的不同总厚度。在需要齐平安装的情况下，Z向部件的长度将取决 于它被预期插入的PCB的厚度。Z向部件的长度也可根据工艺的预期功能和容差来改变。 优选的长度将是，其中Z向部件与表面齐平或稍微延伸出PCB的表面。这将防止电镀溶液 在PCB孔的内部周围完全电镀，这在一些情况下可引起短路。可能在PCB的内部周围添加 抗蚀剂材料以只允许在期望区域中电镀。然而，存在一些情况，其中希望在Z向部件之上和 之下的PCB孔的内部周围完全电镀。例如，如果PCB的顶层是V。。平面且底层是GND平面， 假设连接使用较大量的铜来产生连接，则去耦电容器将具有较低的阻抗。
[0075] 存在可被添加到Z向部件以产生不同的机械特性和电气特性的多个零件。沟道 或导体的数量可从零改变到任意数量，其可维持足够的强度以承受插入、电镀、制造工艺和 PCB在其预期环境中的操作的应力。Z向部件的外表面可具有将它胶合在适当位置上的涂 层。凸缘或径向突出部也可用于防止过插入或欠插入Z向部件到安装孔内，特别是在安装 孔是通孔的情况下。表面涂覆材料也可用于促进或阻碍电镀材料或焊接材料的迁移。可提 供各种定位或定向零件，例如凹槽或突出部或在Z向部件的端表面上的视觉指示器或磁性 指示器。此外，例如导电焊盘、弹簧加载型弹簧针（pogo-pin)或甚至简单的弹簧的连接零 件可被包括以将额外的电气连接（例如机架地线）点添加到PCB。
[0076] Z向部件可根据产生到PCB的连接所需的端口或端子的数量而承担几个角色。一 些可能性在图5A-H中示出。图5A是被配置为用作插头的0端口设备70A的Z向部件，使 得如果滤波器或部件是可选的，则插头阻止孔被电镀。在PCB被制造之后，0端口设备70A 可被移除，且另一 Z向部件可被插入、电镀和连接到电路。图5B-5H示出对多端子设备（例 如电阻器、二极管、晶体管和/或时钟电路）有用的各种配置。图5B示出具有穿过连接到 顶部导电迹线72t和底部导电迹线72b的部件的中心部分的导电沟道71的1端口或单信 号Z向部件70B。图5C示出1端口 1沟道Z向部件70C，其中除了穿过部件的连接到顶部 导电迹线72t和底部导电迹线72b的导电沟道71以外，还设置一个电镀侧井或侧沟道73。 图示出Z向部件70D，其除了穿过部件的连接到顶部迹线72t和底部迹线72b的导电沟 道71以外还具有两个侧井73和75。图5E的Z向部件70E除了穿过部件的连接到顶部迹 线72t和底部迹线72b的导电沟道71以外还具有三个侧井73、75和76。图5F示出具有穿 过部件的两个导电沟道71和77且没有侧沟道或井的Z向部件70F，每个导电沟道具有其 各自的顶部迹线和底部迹线72t、72b和78t、78b。Z向部件70F是主要用于差分信号装置 的双信号设备。图5G示出具有一个侧井73和两个导电沟道71和77的Z向部件70G，每 个导电沟道具有其各自的顶部迹线和底部迹线72t、72b和78t、78b。图5H示出具有一个 导电沟道71及盲井或部分井78的Z向部件70H，导电沟道71具有顶部迹线72t和底部迹 线72b，盲井或部分井78从顶表面沿着侧表面的一部分延伸，这将允许电镀材料或焊接停 止在给定深度处。对于本领域中的技术人员，井和信号的数量只被空间、所需的井或沟道尺 寸限制。
[0077] 图6A-C不出利用0形环的、在具有顶部导电层和底部导电层及至少一个内部导电 层的PCB中使用的Z向部件的另一配置。Z向部件150被示为在其顶表面150t上具有定 位零件152和在其顶表面150t上在导电沟道156和主体150d的边缘之间延伸的导电顶部 迹线154t。导电底部迹线（未示出）设置在底表面上。如前所述，导电沟道156延伸穿过 主体150d的一部分延伸。位于主体150d的侧表面150s上的是至少一个半圆形沟道或沟 槽。如所示，设置一对轴向间隔开的圆周沟道158a、158b，在沟道158a、158b内分别布置有 0形环160a、160b。0形环160a、160b的一部分延伸出主体150d的侧表面150s之外。0形 环160a、160b将定位成相邻于PCB的一个或多个内层以产生与设置在Z向部件的安装孔中 的那个点处的一个或多个迹线的电气接触。根据所使用的设计，〇形环将不会必须设置成 相邻于每个内层。
[0078] 0形环160a、160b可以是导电的或不导电的，取决于使用它们的电路的设计。0形 环160a、160b优选地将是压缩性的，帮助将Z向部件150固定在安装孔内。在0形环160a、 160b中间的主体150d的区域162可由与在0形环之外的主体150d的区域164和166不同 的材料组成。例如,如果区域162的材料由电阻性材料制成且0形环160a、160b是导电的， 则与0形环160a、160b接触的内部电路板迹线经历电阻性负载。
[0079] 区域164和166也可由具有彼此不同的且与区域162不同的特性的材料组成。例 如，区域164可以是电阻性的，区域162是电容性的，且区域166是电感性的。这些区域中的 每个区域可电气连接到PCB的邻接层。此外，不需要设置导电沟道156和迹线154t、154b。 所以对于所示构造，在PCB的顶层和从顶层起的第一内层之间，电阻性元件可存在于区域 164中，在第一内层和第二内层之间的电容性元件在区域162中，以及在PCB的第二内层和 底层之间的电感性元件在区域166中。因此，对于从接触导电0形环160a的内部迹线传输 到接触导电〇形环160b的第二内部迹线的信号，该信号将经历电感性负载。区域162、164、 166的材料可具有选自包括导电性、电阻性、磁性、非传导性、电容性或半导电性和其组合的 组的特性。设计可扩展到具有比所描述的内层更少或更多的内层的电路板，而不偏离本发 明的精神。
[0080] 此外，区域162、164、166可具有嵌入其中并如本文所述的被连接的电子部件167、 169、171。此外，如针对部件171示出的，部件可存在于Z向部件的主体内的一个或多个区 域内。可提供从嵌入的部件到〇形环160a、160b的内部连接。可选地，可提供从嵌入的部 件到设置在侧表面150s上的可电镀焊盘的内部连接。
[0081] 针对Z向部件讨论的各种实施方式和特征旨在是说明性的而不是限制性的。Z 向部件可由执行网络功能的松散材料制成，或可具有嵌入其主体内的其它配件。Z向部件 可以是多端子设备，且因此可用于执行各种功能，包括但不限于传输线、延迟线、T形滤波 器、去稱电容器、电感器、共模扼流圈、电阻器、差分对通过器（differential pair pass throughs)、差分铁氧体磁珠、二极管或ESD保护设备（变阻器）。可在一个部件内提供这些 功能的组合。
[0082] 图7示出在Z向部件中的导电沟道的各种示例配置。如所示，沟道90具有在端部 中间的区域92,端部包括具有如下特性的材料，该特性选自包括导电性、电阻性、磁性、非传 导性、电容性或半导电性特性及其组合的组。这些材料形成各种部件。此外，部件可插入或 嵌入区域92内，导电沟道的多个部分从部件的多个端子延伸。电容器92a可设置在区域92 中。类似地，二极管92b、晶体管92c例如MOSFET 92d、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92i、变阻器92 j和这些项的组合是可在导电沟道90 的区域92中设置的材料的另外的例子。虽然区域92被示为在导电沟道90内位于中心，它 不限于那个位置。
[0083] 对于例如晶体管92c、M0SFET 92d、集成电路92k或变压器921的多端子设备，导电 沟道的一部分可以在设备的顶表面迹线和第一端子之间，而导电沟道的另一部分在设备的 底表面迹线和第二端子之间。对于额外的设备端子，额外的导体可设置在Z向部件的主体 中以允许与其余端子的电气连接，或额外的导电迹线可设置在Z向部件的额外的端子和主 体的侧表面上的沟道之间的Z向部件的主体内，允许到外部导电迹线的电气连接。在Z向 部件中可使用到多端子设备的各种连接配置。
[0084] 因此，本领域中的技术人员将认识到，可利用各种类型的Z向部件，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和图9示出用于将信号迹线从PCB的顶 表面传送到底表面的被称为信号通过器（pass-through)的Z向部件。
[0085] Z向信号通过部件
[0086] 图8示出沿着具有4个导电平面或导电层的PCB 200的在图9中的线8-8截取的 截面图，导电平面或导电层从顶部到底部包括接地（GND)平面或迹线202、电源电压平面V。。 204、第二接地GND平面206和由例如酚醛塑料（例如，如在本领域中已知的被广泛使用的 FR4)的非导电材料分离的第三接地GND平面或迹线208。PCB 200可用于高频信号。分别 在PCB 200的顶表面212和底表面214上的分别为顶部和底部接地平面或迹线202和208 连接到一直通向Z向部件220的导电迹线。具有在负Z方向上的深度D的安装孔216设置 在PCB 200中用于Z向部件220的齐平安装。在这里深度D对应于PCB 200的厚度；然而， 深度D可小于PCB 200的厚度，在其中产生盲孔。如所示的安装孔216是通孔，其在横截面 上是圆形的以适应Z向部件220,但可具有适应具有其它主体配置的Z向部件的插入的横截 面。换句话说，安装孔依尺寸制造成使得Z向部件可插入其中。例如，具有圆柱形形状的Z 向部件可插入正方形安装孔内，反之亦然。在Z向部件不进行紧密配合的情况下，抗蚀剂材 料必须被添加到部件和PCB的区域，其中铜电镀不是需要的。
[0087] Z向部件220被示为三通道部件，其相对于PCB 200的顶表面212和底表面214齐 平地被安装。Z向部件220被示为具有长度L的通常圆柱形的主体222。图示为是圆柱形 的中心导电沟道或通道224被示为沿着主体222的长度延伸。界定其它两个通道的两个凹 形侧井或沟道226和228设置在沿着主体222的长度延伸的Z向部件220的侧表面上。侧 沟道226和228被电镀，用于产生从PCB 200的各个层到Z向部件220的电气连接。如所 示，在PCB 100的层202、206和208上的接地平面迹线电气连接到侧沟道226和228。如 在Vcc平面204和安装孔216的壁217之间的间隙219所示的，V cc平面204不连接到Z向 部件220。
[0088] 图9示出在PCB 200中的Z向部件220的顶视图。三个导电迹线250、252和254 一直通向安装孔216的壁217的边缘。如所示，迹线252用作经由Z向部件220从PCB 200 的顶表面212通到底表面214的高频信号迹线。导电迹线250和254用作地线网。中心通 道或导电沟道224通过顶部迹线245和电镀桥230电气连接到PCB 200的顶表面212上的 迹线252。在Z向部件220的顶表面上的顶部迹线245从导电沟道224的顶端224t延伸到 Z向部件220的边缘。虽然未示出，但Z向部件220的底侧和PCB200的底表面214以如在 图9中示出的PCB 200的顶表面212上所示的迹线的类似布置进行配置。在Z向部件220 的底表面上的底部迹线从导电沟道224的底部延伸到Z向部件220的边缘。电镀桥用于产 生在设置在PCB200的底表面上的底部迹线和另一高频信号迹线之间的电气连接。Z向部件 的传输线路阻抗可被调节，以通过控制导体尺寸和在提高PCB的高速性能的每个导体之间 的距离来匹配PCB迹线阻抗。
[0089] 在电镀过程期间，在安装孔216的壁217和侧沟道226及228之间形成的井256和 258允许电镀材料或焊料从顶表面212通到底表面214,分别使迹线250和254电气互连到 分别为Z向部件220的侧沟道226和228并且还电气互连到设置在PCB 200的底表面214 上的类似地定位的迹线，使接地平面或迹线202、206和208电气互连。电镀并不为了说明 结构的目的而示出。在这个实施方式中，V。。平面204不连接到Z向部件220。
[0090] 高频信号速度的挑战之一是由于信号迹线传输线路阻抗变化而引起的反射和不 连续性。由于信号迹线穿过PCB的布线所引起的这些不连续性，很多PCB布局试图将高频 信号保持在一层上。穿过PCB的标准通孔必须间隔开一定距离，这在信号通孔和返回信号 通孔或地线通孔之间产生高阻抗。如在图8和图9中所示的，Z向部件和返回地线或信号 具有非常紧密和被控制的接近度，其允许从PCB 200的顶表面212到底表面214的本质上 不变的阻抗。
[0091] Z向信号通过部件也可包括去耦电容器，其将允许信号的参照平面从被表示为 GND的接地平面切换到被表示为V。。的电源电压平面，而没有高频不连续性。图10示出具 有在顶层304和底层306之间转移的信号迹线302的典型4层的PCB 300的横截面视图。 具有主体312的类似于图所示的Z向部件的Z向部件310穿过中心导电沟道314来连 接信号迹线302。Z向部件310还包括沿着主体312的侧表面312s延伸的电镀侧沟道316 和318。导电沟道314的顶部314t和底部314b都连接到在主体的312的顶部312t和底部 312b上的导电迹线318t和318b。这些又经由顶部电镀桥330t和底部电镀桥330b连接到 信号迹线302。侧沟道316和318被分别电镀到GND平面332和V。。平面334。连接点336 和338分别示出这个电气连接。示意性示出的去耦电容器350在主体312内部并连接在沟 道316和沟道318之间。去耦电容器350可以是集成到Z向部件310的主体312内的单独 电容器，或它可通过制造 Z向部件310的主体312的一部分由在导电表面之间的具有介电 特性的所需材料形成。
[0092] 信号迹线302的路径使用对角影线示出，并可被看到从顶层304延伸到底层306。 GND平面332和侧沟道316在336处与由暗网点362标示的信号路径返回电气连接。％。平 面334和侧沟道318在338处与由亮网点364标示的信号路径返回电气连接。如在本领域 中已知的，在信号平面或迹线不打算连接到插入的配件的情况下，那些部分与如在370处 示出的部件间隔开。在信号平面或迹线将连接到插入的部件的情况下，信号平面或迹线设 置在开口的壁或边缘处以允许电镀材料或焊料桥接在其间，如在点330t、330b、336和338 处所示的。
[0093] 垂直影线部分380示出由信号迹线302和GND平面332或Vcc平面334描述的在信 号迹线和返回电流路径之间的高速回路区域。在底表面306上的信号迹线302被称为功率 平面V。。334,其通过去耦电容器350耦合到GND平面332。在这两个平面之间的这个耦合 将保持高频阻抗在从一个返回平面到具有不同的DC电压的另一平面的转变中接近不变。
[0094] 将Z向部件内部安装在PCB中极大地便于使用外部接地平面的、用于EMI降低的 PCB技术。使用这种技术，信号在内层上被尽可能多地按规定路线发送。图11示出这种技 术的一个实施方式。从顶部到底部，PCB400由顶部接地层402、内部信号层404、内部信号层 406和底部接地层408组成。接地层402和408在PCB 400的顶表面400t和底表面400b 上。被示为通孔的安装孔410在顶表面400t和底表面400b之间延伸。Z向部件420被显 示为齐平地安装在PCB 400中。Z向部件420包括主体422,其具有在主体422的顶部422t 和底部422b中间的中心区域424和在侧表面422s上的两个侧沟道425和427。
[0095] 侧沟道425和427及孔410的壁411分别形成电镀井413和415。中心区域424 位于主体422内并延伸与分开两个内部信号层404和406的距离大致等于的距离。侧沟道 425从主体422的底表面422b延伸到内部信号水平层406,而侧沟道427从主体422的顶 表面422t延伸到内部信号水平层404。在这里，侧沟道425和427只沿着主体422的侧表 面422s的一部分延伸。导电沟道426穿过中心部分424延伸，但不延伸到主体422的顶表 面422t和底表面422b。图5H示出类似于侧沟道427的部分沟道。导电沟道426具有从 导电沟道426的顶部426t和底部426b分别延伸到侧沟道427和425的导电迹线428t和 428b。虽然被示为单独的元件，导电沟道426和迹线428t、428b可以是使侧沟道425、427 电气互连的一个集成导体。如所示，导电迹线428b经由电镀侧沟道425和井413连接到内 部信号层406,而迹线428t经由侧沟道427和井415连接到内部信号水平层404。接地层 402和408不连接到Z向部件420,并远离如以前针对图8和图10描述的安装孔410间隔 开。如双向虚线箭头430所示的，在信号层406上的信号可以经由Z向部件420,穿过在井 413、侧沟道425、迹线428b、导电沟道426、迹线428t、侧沟道427和井415之间延伸的路径 通到信号层404 (或反之亦然），以允许信号保留在PCB 400的内层上，且接地层402和408 提供屏蔽，
[0096] Z向去f禹电容器
[0097] 图12和图13示出以去耦电容器的形式的两个额外的示例Z向部件。在图12中， Z向电容器500被示为具有主体502,其具有沿着其长度延伸的与前面描述的沟道类似的导 电沟道504和两个侧沟道506和508。导电沟道504被示为连接到信号526。形成Z向电 容器500的板的垂直定向的交错的部分圆柱形薄板510、512连接到参考电压例如V cc电压 和地（或需要电容的任何其它信号），并与介电材料（未示出）的中间层一起使用。部分 圆柱形薄板510连接到电镀沟道506,其连接到地520。部分圆柱形薄板512连接到电镀沟 道508,其连接到供电电压V rc 522。薄板510、512可由铜、铝或具有高导电率的其它材料形 成。在部分圆柱形薄板之间的材料是具有介电特性的材料。只有一个圆柱形薄板被示为连 接到V。。522和地520中的每个；然而，额外的部分圆柱形薄板可被提供以实现期望电容/ 电压额定值。
[0098] 在图13中示出使用堆叠式支承构件、连接到电压V。。或地的Z向电容器的另一实 施方式。Z向电容器600由中心导电沟道601和主体605组成，主体605由顶部构件605t、 底部构件605b和在顶部构件605t和底部构件605b之间的多个支承构件610(被示为圆 盘）组成。
[0099] 中心导电沟道601穿过在组装的Z向电容器600中的开口 615以及开口 602t和 602b延伸，所有开口依尺寸制造成紧密地接收中心导体。中心导电沟道601可电气连接到 在顶部部分605t和底部部分605b上的导电迹线603t和603b，形成信号626的信号路径。 这个连接通过电镀或焊接来产生。中心导电沟道601经由导电迹线603t连接到信号626。 导电沟道601的底端以类似于信号迹线（未示出）的方式经由导电迹线603b进行连接。
[0100] 相对的开口 607t和608t设置在顶部部分开口 605t的边缘处。底部605b具有与 具有设置在边缘处的相对的开口 607b和608b的顶部部分605t相似的构造。在顶部605t 和底部605b之间的是提供电容特征的多个支承构件610。支承构件610中的每个都具有在 其外边缘处的至少一个开口 613和使导电沟道601穿过其的内孔615。如所示，两个相对的 开口 613设置在每个支承构件610中。当被组装时，相对的开口 607丨、60713、608丨、60813和 613对齐以形成沿着Z向电容器600的侧表面延伸的相对的侧沟道604和608。侧沟道604 被示为连接到参考电压（例如地620)，且侧沟道606连接到另一参考电压（例如V cc 622)。 支承构件610可由介电材料制造并可都具有相同或变化的厚度，允许在设计Z向电容器600 的期望特性时进行选择。
[0101] 环形板617设置在支承构件610的顶表面和底表面之一上，或如果需要，设置在这 两个表面上。环形板被示为在每个支承构件的顶表面上，但环形板的位置可在支承构件与 支承构件间改变。环形板617通常与支承构件的形状相符，并从边缘开口 613中的一个开 口朝着另一开口延伸，如果额外的开口被设置。环形板617具有比它被固定到的支承构件 610的直径、尺寸或总尺寸小的直径或尺寸或总尺寸。虽然板617被描述为环形的，其它形 状也可被使用，只要板不接触中心导电沟道或延伸到它被电镀到或以另外方式固定到其上 的支承构件的边缘。如果多于一个沟道存在于Z向电容器600的主体的侧表面中，环形板 接触边缘开口 613之一，但与其它开口间隔开。此外，在环形板617中具有开口 619,其具有 比在环形板617中的开口 615大的直径，导电沟道601穿过开口 615。开口 619具有比导电 沟道601的直径大的直径，保持环形板617与导电沟道601间隔开。
[0102] 如所示，支承构件610实质上是相同的，除了当被堆叠时，交替的构件相对于在它 上方或下方的构件旋转180度。这可被称为1-1配置。以这种方式，交替的构件将连接到 两个侧沟道中的一个或另一个。如图13所示，在这两个支承构件610中的上部支承构件上 的环形板连接到侧沟道608和电压V rc 622,而在这两个支承构件610中的下部支承构件上 的环形板连接到侧沟道604和地620。也可使用其它支承构件布置，例如其具有连接到同一 沟道的两个相邻构件，下一支承构件连接到相对的沟道，这可被称为2-1配置。其它配置可 包括2-2、3-1，且是设计选择的问题。期望电容或电压额定值决定插在顶部部分605t和底 部部分605b之间的支承构件的数量。虽然没有示出，由介电材料组成并与支承构件610类 似地成形的介电构件可与支承构件610交错。基于设计选择，只有单个沟道可被使用或更 多的沟道可被设置和/或可使环形板与中心导电沟道接触且不与侧沟道接触。此外，Z向 电容器的实施方式是为了说明的目的且并不意味着是限制性的。
[0103] 使用Z向电容器的任一设计，第二导电沟道可与布置在导电板内的第一导电沟道 并行设置以产生差动去耦电容器。可通过将中心导电沟道连接到在每个支承构件处的参考 电压中的一个而根据图12或图13构造 Z向电容器的另一实施方式，每个支承构件也具有 连接到同一参考电压的环形板。这可简单地通过将导电沟道连接到环形板来实现，如由跨 接线621示意性示出的。实际上，在环形板617中的环形开口 619将依尺寸制造成使得环 形板和导电沟道601进行电气连接。这个部件可直接放置在集成电路的功率销或球或其它 安装在表面上的部件之下用于最佳去耦放置。
[0104] 此外，图8-11中所示的Z向信号通过部件以及图12和图13中所示的Z向去耦 电容器仅提供Z向部件的几个示例应用。本领域中的技术人员将认识到，可利用各种其它 类型的Z向部件，包括但不限于传输线、延迟线、T形滤波器、去耦电容器、电感器、共模扼流 圈、电阻器、差分对通过器差分铁氧体磁珠、二极管或ESD保护设备（变阻器）。
[0105] 使用牺牲约束材料来制造 Z向部件的工艺
[0106] 提供了用于在商业规模上制造 Z向部件的过程。该过程使用牺牲约束材料，其被 用作界定并支承形成来构造 Z向部件的每个层的外边界和厚度的结构。约束层允许部件在 未经烧制状态（例如"绿色"状态，其中部件主体由陶瓷形成）下进行构造并接着被烧制以 固化其形式。
[0107]图14A示出用作底座以在其顶部上组装Z向部件的衬底材料的薄板700。衬底材 料与Z向部件的烧制相容，使得烧制温度将不降低薄板700支承Z向部件的能力。衬底材 料可以是例如陶瓷、玻璃或硅晶片。在图14A所示的实施方式中，薄板700包括平坦的顶表 面702。可选地，顶表面702可包括锥形凹坑或微坑，例如圆形微坑704 (在图14B中示出） 或倒角微坑706(在图14C中示出）。为了简单，图14B和14C分别示出单个微坑704、706 ; 然而将认识到，顶表面702可包括凹坑或微坑的阵列，以便允许一次构造很多部件以最大 化制造效率。凹陷或凹进的顶表面702使得在Z向部件的顶端和底端中的至少一个上包括 倒角的、圆顶的或其它形式的锥形导入端的Z向部件被构造。这样的导入端可以是需要的， 以便使Z向部件容易插入PCB中的安装孔内。例如，图15A示出Z向部件800,其具有在其 端部上形成的圆顶802。图15B示出具有倒角端812的Z向部件810。圆顶802或倒角812 可以是部件的一部分或附接到其。在一个实施方式中，圆顶802或倒角812是部分地插入 PCB中的安装孔内的分开的部分。在这个实施方式中，Z向部件则插在圆顶802或倒角812 后面以推动它穿过安装孔，使圆顶802或倒角812扩大安装孔并防止部件切割或撕裂PCB。 在圆顶802或倒角812附接到Z向部件的情况下，它可配置成保持附接到Z向部件，该部件 之后插入到PCB中的安装孔内，或它可用于便于插入并接着被移除。
[0108] 回来参考图14A-14C，顶表面702 (包括其中的任何微坑或凹坑）被覆盖有防止Z 向部件粘附到衬底材料的释放层708,从而允许部件与薄板700分离，而不使部件损坏或变 形。可通过能够将实质上相等厚度的薄层铺设到衬底材料的任何适当的方法将释放层708 铺设到薄板700的顶表面702。例如，释放层708可被溅射、压挤、旋转或层压到薄板700 上。释放层708由聚合物或不与在Z向部件的构造期间使用的任何化学制品或辐射起反应 的其它材料形成，使得释放层708的结构在制造过程期间不改变。在一个实施方式中，释放 层708由于其对蚀刻化学制品的强度和抵抗性而包括聚酰亚胺（或具有玻璃填料的聚酰亚 胺）。例如，适当的聚酰亚胺包括从日本东京的Ube Industries, Ltd.可得到的UPILEX% 和从美国特拉华州威明顿的E. I.du Pont de Nemours and Company (DuPont?)可得到的 KAP丁ON'预期释放层708在烧制过程期间消耗，使得Z向部件从薄板700释放。
[0109] 然后每个Z向部件在具有释放层708的顶表面702上一次被构造一层。如果在薄 板700上构建的第一层的底表面（其可以是部件的顶表面或底表面）需要表面导体，则导 电材料可铺设到顶表面702,其在其上覆盖了释放层708。例如，图16示出可用于将导电 材料铺设到顶表面702的示例筛710。筛710包括允许导电材料铺设到顶表面702的开口 712,顶表面702在其上覆盖了释放层708。在图16所示的示例实施方式中，筛710包括第 一开口 712a，其被依尺寸制造并成形以允许形成从Z向部件的顶表面或底表面的中心部分 到部件的边缘的导电迹线。在这个实施方式中，筛710还包括开口 712b和712c，其被依尺 寸制造并成形以允许导电段的形成，导电段形成部件中的导电侧沟道的一部分。任何适当 的方法可用于铺设导电材料，包括例如蚀刻、沉积（例如物理气相沉积（PVD)或电镀）、旋 涂、丝网印刷或喷射。
[0110] 图17示出在顶表面702上铺设导电材料714的薄板700。使用对角影线示出导电 材料714。具体地，导电材料714包括导电迹线715,其定位成从Z向部件的顶表面或底表 面的中心部分延伸到部件的边缘，用于将穿过部件的内部导电沟道电气连接到PCB上的迹 线。导电材料714还包括形成部件中的导电侧沟道的一部分的导电段716和717。导电材 料714可包括接合剂以使它粘附到本身和随后的部件层。在这个实施方式中，接合剂使得 在制造工艺的连续步骤之间固化，使得随后的步骤不引起材料的迁移。可选地，在PVD或电 镀用于铺设导电材料714的情况下，导电材料714可以是纯金属或金属合金。
[0111] 如图18所示，第一层牺牲约束材料720铺设到顶表面702,其在其上覆盖了释放 层708。牺牲约束材料720形成界定部件的外部形状的腔722。在所示的示例实施方式中， 腔722包括界定第一层的通常圆柱形的形状的通常圆柱形的壁724。壁724包括界定部件 中的相应的一对侧沟道的一对突出部726、728。这层牺牲约束材料720的厚度与Z向部件 的第一层的期望高度相同。在一些实施方式中，部件层具有在大约〇. 039密尔和大约62密 尔（大约Im和大约I. 57mm)之间的高度，包括其间的所有增量和值，取决于Z向部件将被 使用的应用。将认识到，随着技术的进步，层可被制造地比大约Im薄。构成Z向部件的层 的高度可以是均匀的，或可在单个Z向部件内改变。在一个实施方式中，牺牲约束材料720 是与释放层708相同的材料。可选地，牺牲约束材料720可以是经受得住在Z向部件的构 造期间使用的化学制品和辐射的任何适当的材料。任何适当的方法可用于铺设牺牲约束材 料720,包括例如蚀刻、沉积（例如物理气相沉积（PVD)或电镀）、旋涂、丝网印刷或喷射。
[0112] 这层牺牲约束材料720还可包括穿过其的各种沟道730,沟道730从腔722向外延 伸。沟道730将填充有形成部件的主体的材料（或另一适当的材料），以便在烧制过程期间 提供对部件的结构支承，同时牺牲约束材料720消耗，如下面更详细讨论的。图18示出四 个沟道730a、730b、730c、730d，虽然更多或更少的沟道730可按需要根据所需的结构强度 的量被使用。例如在一个实施方式中，六个沟道730设置在牺牲约束材料720中以最大化 结构强度。沟道730优选地很薄，使得在沟道730中形成的径向支承结构可容易断裂以在 部件被形成和烧制之后释放部件。在所示的示例实施方式中，沟道730穿过壁部分724形 成，以便与腔722连接。以这种方式，由沟道730形成的径向支承结构连接到Z向部件的主 体。可选地，一薄层牺牲约束材料720可位于沟道730和腔722之间以当部件与径向支承 结构分离时防止Z向部件的侧表面上的表面不规则性。此外，一个或多个腔730可被省略， 以便指示零件的方位（即，通过非对称地布置腔730)，从而减小浪费的部件主体材料的数 量并简化部件与支承结构的分离。
[0113] 腔722和沟道730然后被填充有光致抗蚀剂材料，其可以是任何光可成像的环氧 树脂或类似的材料。光致抗蚀剂材料然后通过掩模选择性地暴露于辐射源以产生空隙，其 中导电材料在部件的第一层中是需要的。可根据需要使用正光致抗蚀剂或负光致抗蚀剂。 图19示出在光致抗蚀剂材料732被选择性地蚀刻以形成空隙734之后的腔722和其中具 有光致抗蚀剂732的沟道730(用X影线示出），其中导电材料根据一个示例实施方式是需 要的。具体地，空隙734包括用于沿着部件的长度形成穿过部件的内部部分的信号路径的 中心空隙734a。一对空隙734b、734c在紧靠突出部726、728的腔722的相对边缘处形成， 用于形成在部件中的一对导电侧沟道。形成额外的空隙734d，其中导电迹线715与腔722 的边缘相接以在部件的侧表面上沿着其长度形成导电段，以建立到导电迹线715的连接。
[0114] 空隙734然后被填充有导电材料714。可例如通过如上面讨论的挤压、沉积、旋涂、 丝网印刷或喷射来填充空隙734。在导电材料接合剂被固化之后，剩余的光致抗蚀剂材料 732被移除，如图20所示的。如上面讨论的，牺牲约束材料720被选择成经受得住蚀刻工 艺。在所示的示例实施方式中，中心导电沟道736由沿着部件层的高度延伸并电气连接到 迹线715的空隙734a形成。额外的导电材料714分别通过空隙734b、734c添加到导电段 716和717。额外的导电段739由沿着层的高度延伸并电气连接到在腔722的边缘处的迹 线715的空隙734b形成。在一些实例中，在PCB的厚度和Z向部件的长度中的制造变化可 防止Z向部件与PCB的顶表面和底表面完美地齐平。当Z向部件的顶表面或底表面延伸而 超过PCB的相应顶表面或底表面时，导电段739形成在迹线715和PCB上的相应迹线之间 的桥。作为结果，导电段739允许Z向部件上的迹线715连接到PCB上的迹线，即使Z向部 件的顶表面或底表面不与PCB的相应顶表面或底表面齐平。
[0115] 如图21所示，腔722的其余部分然后被填充有形成部件的主体742的材料740。 用填充点示出主体材料740。在这个阶段，形成Z向部件的第一层。主体材料740可包括具 有从大约3 (例如聚合物）到超过10, 000 (例如钛酸钡（BaTiO3))的相对电容率的单种介电 材料。例如，可在Z向去耦电容器中使用具有相对高的介电常数值的材料，且可在Z向信号 通过部件中使用具有相对低的介电常数值的材料。如果希望Z向部件具有感应功能或延迟 线，则可选择具有范围为大约1到大约50, OOO的低或高的相对磁导率的铁氧体材料。如果 希望Z向部件具有某个程度的导电率，则可导电材料可与介电材料混合以产生期望电阻。
[0116] 沟道730也可被填充有主体材料740以形成径向支承件744。主体材料740可在 必要时包括接合剂材料。腔722和沟道730被填充，使得主体材料740与牺牲约束材料720 的顶表面齐平。如上面讨论的，这可例如通过挤压、沉积、旋涂、丝网印刷或喷射来完成。此 夕卜,如上面讨论的,针对部件的主体设想很多不同的材料,例如绝缘体材料,其可以是介电 材料。导电沟道736、导电段716、717和739被示为穿过主体742的层的顶表面而暴露。将 认识到，代替首先选择性地在腔722中铺设导电材料714并然后铺设主体材料740,可根据 需要反转这个顺序以相反选择性地在铺设导电材料714之前铺设主体材料740。
[0117] 一旦主体材料740中的接合剂材料固化，额外的层就可根据相同的顺序在第一层 的顶部上形成。也就是说，一次铺设额外层的牺牲约束材料720的一层，每层形成界定下一 层的形状的腔。导电材料714、主体材料740和/或任何其它期望的材料根据需要选择性 地进行铺设以形成下一部件层。重复这个过程，直到形成整个部件。例如，图22示出铺设 在中心导电沟道736的顶部和导电侧沟道的导电段716、717上的额外的导电材料714。导 电段739不需要延伸得更远，因为这个元件设置成确保连接可在导电迹线715和PCB的顶 表面或底表面上的相应迹线之间产生。此外，额外的导电材料714被铺设以在第一层的顶 表面上形成导电板746,以便形成具有如上面关于图13讨论的水平板的Z向电容器。导电 板746连接到导电段717,而不是导电段716。当每层电容器被构建时，这个顺序反转，使得 到每个导电板的连接在导电段716和导电段717之间交替。导电板可以任何期望模式例如 1 _1、2-1、3-1、3-2 父替。
[0118] 如图23所示，额外的牺牲约束材料720可接着被铺设在第一层牺牲约束材料720 的顶部上以界定腔748,用于形成Z向部件的第二层。根据额外的结构支承是否是需要的， 第二层牺牲约束材料720可以或可以不包括从腔748延伸的沟道730。如果额外的沟道被 包括，则它们可以以与第一层相同的数量和位置或以不同的数量和/或在不同的位置处进 行设置。优选地，使用尽可能少的沟道730,以便当部件与径向支承件744分离时最小化在 部件的侧表面上的缺陷的出现。在Z向部件的每层形成之后，导电材料714可根据需要铺 设到顶层的顶表面上。一薄层主体材料740也可被铺设到顶层的顶表面，使得主体材料740 与导电材料714齐平以匹配底层的底表面的几何结构。
[0119] 图20-23所示的导电材料714的配置意欲提供形成Z向部件的一层的例子，且将 认识到，可根据期望的部件来使用任何适当数量、形状、尺寸和放置的导电材料714。具体 地，虽然图18-20示出两个导电侧沟道的形式，可根据需要形成任何数量的导电侧沟道，包 括没有导电侧沟道。类似地，虽然示出一个内部导电沟道736,可根据需要形成穿过部件的 内部部分的任何数量的导电沟道。此外，虽然示出通常圆柱形的腔722、748,可使用很多不 同的部件主体形状，如上面讨论的。
[0120] 虽然在图22和图23中示出了具有水平板的Z向电容器的形式，也可形成具有与 图12所示的部件类似的垂直板的Z向电容器。为了形成垂直板电容器，导电材料714可首 先被筛到薄板700的顶表面702上，顶表面702在其上覆盖释放层708以形成如图24所示 的一对导电段750、751。每个导电段750、751形成部件中的相应导电侧沟道的一部分。第 一层牺牲约束材料720然后被添加且其中的腔被填充有如图25所示的主体材料740。导电 段750、751穿过这层主体材料740延伸。另一层牺牲约束材料720然后被添加，形成另一 腔755。导电材料714以如图26所示的交替模式被铺设在腔755中以形成两组垂直导电板 752、753的段。用重对角影线示出组752,而用轻对角影线示出组753。在所示的示例实施 方式中，形成垂直导电板的导电段的组752、753以1-1模式放置；然而，板可以任何期望的 模式进行布置。导电板段的组752连接到导电段750,形成在部件中但与导电段751间隔开 的第一导电侧沟道。类似地，导电板段的组753连接到导电段751而不是导电段750。
[0121] 如图27所示，腔755可接着被填充有主体材料740以完成该部件层。主体材料740 与导电段750、751和形成垂直板的导电段的组752、753的顶部齐平。部件的其余部分然后 在如上面讨论的第一形成的层的顶部上被逐层构建。导电段750、751沿着部件的长度延伸 并形成部件中的导电侧沟道。类似地，导电段的组752、753沿着部件的长度延伸并形成电 容器的垂直导电板。虽然在所示的示例实施方式中的垂直板相对直的，如图12所示，也可 根据需要使用弯曲的板。此外，虽然图22到图27示出两种不同类型的Z向电容器的形式， 如上面讨论的，设想很多不同类型的部件，包括但不限于传输线、延迟线、T形滤波器、去耦 电容器、电感器、共模扼流圈、电阻器、差分对通过器、差分铁氧体磁珠、二极管或ESD保护 设备（变阻器）。
[0122] 图28示出用于一次构造多个Z向部件772的示例阵列770。阵列770将部件772 定位得尽可能接近在一起以最大化制造效率。径向支承件744被示为将多对部件772链接 在一起。在所示的示例实施方式中，由牺牲约束材料720或主体材料740形成的凹性三角 形774处于多个部件772之间。当完成制造工艺时，这些三角形774将是浪费的材料。
[0123] 径向支承件744可沿着一层在部件772之间延伸，如在图21和图22中所示的。可 选地，一些或所有径向支承件744可延伸越过多个层。例如，图29示出具有层771a、771b、 771c、771d的阵列770的侧剖视图。用填充点示出主体材料740,且用无填充示出牺牲约束 材料720。在本例中，径向支承件744以阶梯状方式从一个部件772a的底部附近上升到阵 列770中的相邻部件772b的顶部附近。径向支承件744的每个段与前一层上的段重叠。合 并延伸越过单个层的径向支承件744和延伸越过多个层的径向支承件744的阵列770可用 于提供增加的机械稳定性。
[0124] 在形成Z向部件之后，烧制工艺被应用以固化该部分。烧制过程也使该部分收缩 到其最终尺寸。相应地，部件被形成得比最终期望尺寸更大以解释这个收缩。当部件被烧制 时，牺牲约束材料720消耗，使得径向支承件744将部件保持在适当的位置。可选地，可在 烧制之前或之后使用溶剂或等离子体处理来溶解牺牲约束材料720。在溶解牺牲约束材料 720之后执行烧制工艺的情况下，可在执行溶剂或等离子体处理之前预焙部件，以便在处理 和烧制期间使部件稳定。接着使用冲孔方法可容易从径向支承件744移除部件，以从径向 支承件744解除部件。例如，部件的阵列770可位于可帮助分割部件的封装板中的腔的阵 列之上并然后冲入到该腔的阵列内。当部件从径向支承件744冲出时，每个腔可帮助使部 件对齐。可接着使用自动化设备来封装冲入的部件，自动化设备将该部分推出封装板而进 入磁带卷轴系统或类似的封装系统中。为了便于分割，连接相邻部件的径向支承件744可 以在部分向上的方向附接到部件的侧壁（与部件的顶表面或底表面间隔开）以允许每个部 件的更多部分在与径向支承件744分离期间在其相应的腔中被约束。
[0125] 在部件被构建时使用在烧制期间消耗的牺牲约束材料来支承部件，消除了在烧制 之前将部件从固定约束结构弹出的需要，这可导致弄脏、撕裂或以另外方式损坏部件的结 构。约束材料结合径向支承件744防止部件在烧制工艺期间移动，这可使配件变形或使它 们接触并粘在一起。此外，本文描述的工艺与厚膜或薄膜工艺相容。
[0126] 可为了产量和性能在Z向部件仍然连接到径向支承件744时或在它们被分离之后 测试Z向部件。在部件的外表面上暴露的导电材料714可使用电解技术被过度电镀以提供 与存在于部件内部中的导电材料714不同的表面导电材料。如果需要，当每层被形成以改 变导电材料714的表面特性时，也可使用电解技术。此外，在形成部件之后而不是在形成每 层时，可铺设导电材料714的外部部分。例如，在部件形成之后，导电材料714可被铺设到 部件中的侧沟道。抗蚀剂区域可被添加到Z向部件以防止导电材料粘到被规定为不是导电 性的区域。胶粘剂区域可应用于部件以帮助将它们保持在PCB中。可见的标记和/或定位 特征也可被添加到Z向部件以帮助组装成PCB。
[0127] -旦完成Z向部件的生产，就准备插入PCB的安装孔内。如上面讨论的，部件可垂 直于PCB的平面从顶表面或底表面或这两个表面安装、与其成一角度安装、或插入在PCB的 顶表面和底表面之间的PCB的边缘内。在一些实施方式中，Z向部件压入配合到安装孔内。 这个压入配合可以以在部件和安装孔之间的介入配合的形式。在Z向部件定位于安装孔中 之后，导电镀桥可被应用以将部件的顶表面和/或底表面上的一个或多个迹线连接到PCB 上的相应迹线。此外，在Z向部件在其中包括侧沟道的情况下，额外的导电板可应用于这些 侧沟道以形成在Z向部件和PCB之间的期望信号连接。
[0128] 虽然图18-23示出使用单种主体材料740以形成Z向部件，但将认识到，可根据需 要使用多种主体材料，诸如，例如多种介电材料，每种介电材料具有不同的介电常数。例如， 图30示出由在导电沟道736周围的具有相对低的介电常数（例如在大约6和大约100之 间）的第一主体材料740a和在第一主体材料740a周围的具有相对高的介电常数（例如在 大约2, 000和大约25, 000之间）的第二主体材料740b形成的Z向电容器的第一层。用轻 填充点示出主体材料740a，且用重填充点示出主体材料740b。可使用上面讨论的工艺选择 性地铺设每种主体材料740a、740b。
[0129] 在一些实施方式中，使用上面关于图14B和图14C讨论的凹坑或微坑而形成的部 件的锥形端可以是可移除的。在这些实施方式中，锥形端可用作导入端以使Z向部件容易 插入PCB中的安装孔内并然后在部件安装在PCB中之后被移除。部件的顶表面或底表面可 包括突出部或凹口以便于部件的锥形端部部分的移除。例如，图31示出用于在部件的顶表 面或底表面中形成凹口以便于圆形导入端的移除的衬底材料的示例性薄板700。在所示的 示例实施方式中，在薄板700的顶表面702中形成的圆形微坑704的一部分包括在部件的 底层的底表面（此外其可以是在PCB中使用的部件的顶表面或底表面）中形成相应的凹坑 的突出部776。包括圆形微坑704和突出部776的顶表面702被覆盖有如上讨论的释放层 708。在部件的顶表面或底表面中的凹坑允许导入端扭转并与部件分离，如下面更详细讨论 的。
[0130] 在另一实施方式中，可使用图14A所示的具有平坦顶表面702的薄板700在部件 上形成锥形端部部分。参考图32,释放层708的厚涂层被铺设到平坦顶表面702,且具有期 望剖面的（例如圆形或倒角的）凹坑778使用灰度级光刻法在释放层708中形成。具体 地，使用扩散的辐射暴露形成凹坑778以选择性地和部分地蚀刻释放层708。例如，使用正 蚀刻工艺，辐射暴露的强度与蚀刻的深度成正比。完全的暴露可用于蚀刻凹坑778的最深 部分。通过降低辐射暴露的量来形成凹坑778的圆形或倒角部分。将认识到，如果使用负 蚀刻工艺，则这个过程反转。此外，还可通过选择性地改变辐射暴露来在凹坑778中形成突 出部780。
[0131] 在需要可移除端部部分的情况下，如图33所示用主体材料740填充凹坑（在衬 底材料700或释放层708中）以形成可移除锥形端部部分。参考图34, 一层牺牲约束材料 720然后铺设到顶表面702,其在其上覆盖释放层708。这层牺牲约束材料720包括连接到 由主体材料740形成的锥形端部部分的至少一个（和优选地几个）腔782。例如，图34示 出四个小腔782。然后用主体材料740填充腔782以建立在Z向部件的主体和可移除锥形 端部部分之间的连接。腔782依尺寸制造使得该连接强到足够在部件插入PCB中的安装孔 内期间将锥形端部部分保持在适当的位置，但弱到足够使得锥形端部部分可在插入之后被 选择性地折断。可选择腔782的几何结构以提供在插入强度和容易移除之间的期望折衷。 例如，图34中示出的腔782具有圆形横截面。可选地，矩形腔可提供沿着其长度很强的连 接器，但其沿着其长度拥有低强度的切力。
[0132] 在填充腔782之后，如图35所示，添加一层牺牲材料720,其具有依尺寸制造以形 成如上讨论的Z向部件的第一层的腔722。这层牺牲材料720也可包括从如上讨论的腔722 径向延伸的腔730。然后用导电材料714、主体材料740和/或如上讨论的任何其它期望材 料选择性地填充腔722。例如，图36示出填充有主体材料740的腔722。由主体材料740 在腔782中形成的连接器建立在锥形端部部分和部件主体的第一层之间的连接，腔782位 于如图35所示的腔722的底部处。然后使用额外层的牺牲约束材料720如上面讨论的逐 层形成Z向部件以界定部件的外部结构。
[0133] 图37示出产生的Z向部件820。部件820包括具有一对侧沟道824 (其中一个侧沟 道没有示出）的主体部分822。部件820还包括由凹坑704形成的圆形锥形端部部分826。 端部部分826包括由突出部776形成的窄凹口 828。端部部分826通过由腔782形成的四 个连接器830连接到主体部分822。以这种方式，主体部分822、圆形端部部分826和连接 器830彼此整体地形成。在端部部分826和主体部分822之间的其余区域是敞开的。在端 部部分826和主体部分822之间的间隙832优选地非常小，但在图37中为了说明目的被示 为放大。在部件820插入PCB中的安装孔内之后，端部部分826可使用如下工具进行移除， 该工具被成形为啮合凹口 828并配置成扭转端部部分826以折断连接器830并使端部部分 826与主体部分822分尚。
[0134] 为了说明的目的呈现了几个实施方式的前述描述。意图不是排他的或将本申请限 制到所公开的精确形式，且按照上面的教导，显然很多修改和变化是可能的。应理解，本发 明可以用除了如在本文特别阐述的方式以外的方式被实施，而不偏离本发明的范围。意图 是本申请的范围由其所附的权利要求限定。
【权利要求】
1. 一种用于制造用于插入印刷电路板中的安装孔内的z向部件的方法，所述方法包 括： 在由界定所述Z向部件的外部形状的约束材料形成的腔中形成所述Z向部件； 消耗所述约束材料W从所述约束材料释放所述Z向部件；W及 烧制所述Z向部件。
2. 如权利要求1所述的方法，其中，当所述Z向部件被烧制时，所述约束材料通过热消 耗。
3. 如权利要求1所述的方法，其中所述约束材料通过溶剂或等离子体处理进行消耗。
4. 如权利要求1所述的方法，其中，形成所述Z向部件包括： 提供连续层的所述约束材料，每层所述约束材料具有在其中形成的、界定所述Z向部 件的相应层的外部形状的腔；W及 用至少一种材料选择性地填充每个腔W形成所述Z向部件的每层。
5. -种用于制造用于插入印刷电路板中的安装孔内的Z向部件的方法，所述方法包 括： 提供连续层的约束材料，每层所述约束材料具有在其中形成的、界定所述Z向部件的 相应层的外部形状的腔；W及 用至少一种材料选择性地填充每个腔W形成所述Z向部件的每层，其中，在提供下一 连续层的所述约束材料之前选择性地填充每个腔； 消耗所述约束材料W从所述约束材料释放所述Z向部件；W及 烧制所述Z向部件。
6. 如权利要求5所述的方法，其中，当所述Z向部件被烧制时，所述约束材料通过热消 耗。
7. 如权利要求5所述的方法，其中所述约束材料通过溶剂或等离子体处理进行消耗。
8. 如权利要求5所述的方法，其中，每个连续层的所述约束材料堆叠在前一层所述约 束材料的顶部上。
9. 如权利要求8所述的方法，其中，在当所述约束材料被消耗时经受得住的衬底的顶 部上形成多层所述约束材料。
10. 如权利要求9所述的方法，其中所述衬底包括在其中的、形成所述Z向部件的锥形 端部的凹坑。
11. 如权利要求9所述的方法，其中所述衬底的顶表面覆盖有释放层，且所述释放层与 所述约束材料一起消耗W从所述衬底释放所述Z向部件。
12. 如权利要求5所述的方法，其中，在所述约束材料中形成的所述腔的至少一部分被 填充有多种不同的材料。
13. 如权利要求5所述的方法，其还包括填充从所述约束材料中的所述腔中的至少一 个腔向外延伸的沟道W形成支承结构，所述支承结构定位成在所述约束材料消耗之后支承 所述Z向部件。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述支承结构连接Z向部件的阵列中的相邻Z向 部件。
15. 如权利要求14所述的方法，其中所述支承结构越过至少两层所述约束材料成阶梯 状。
【文档编号】H05K1/18GK104472025SQ201380032551
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年6月19日 优先权日:2012年6月20日
【发明者】凯斯·布莱恩·哈丁, 保罗·凯文·霍尔, 扎迦利·查尔斯·内森·克拉策, 张清 申请人:利盟国际有限公司