专利名称：用于具有高频构件电气设备的、特别是用于移动无线电信设备的印刷电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用于具有高频构件电气设备的、特别是用于移动无线电信设备的印刷电路板，如权利要求1的总构思所述。
在具有高频构件或高频设备部件(HF-组件，HF部件)的电气设备上应将高频构件与非高频构件(例如低频构件)由于在所述构件之间出现的相互影响〔(1)如果低频构件距高频构件太近，则高频信号将影响低频构件的低频特性；(2)由于低频构件距高频构件太近而使高频构件在高频参数设定方面将受到影响〕。高频构件(具有高频构件和高频布线的高频电路)和非高频构件(具有非高频构件和非高频布线的非高频电路)密集排列的一个典型位置就是印刷电路板或电器设备的扁平电子部件。此外，在具有小的印刷电路板的小型电气设备中加剧了各种构件之间的相互干扰。另一方面对越来越小的紧凑型电器设备的需求日益提高。这一点特别出现在小型的设备可以便携的情况下，即可以由用户几乎携带到任何地方(即任何地点)。例如移动无线电信设备就是这种小型的便携式电气设备。
从许多种用于不同用途的通信-例如话音通信，光数据通信或图象数据通信-的(移动)无线电信设备中-例如DECT-电信设备、GSM-电信设备、PHS-电信设备、“IS 95”-电信设备以及其它的基于基本传输方法FDMA、TDMA、CDMA(例如DS-CDMA-方法或JD-CDMA-方法)中的单一的或混合传输方法的电信设备-，其中将出现上述的问题，即例如“一方面要求小型化，而另一方面要避免高频构件和低频构件之间的相互干扰”，并且还要求价格越来越便宜的设备(批量生产)，下面以DECT移动电话为例作为上述所有电信设备的代表对由此而产生的影响加以阐述。
图1示出了一种在西门子公司移动电话“GIGASET 1000 S，C”中应用的、由于制造技术方面的原因优先单面装配构件的第1印刷电路板LP1。此印刷电路板LP1如图2截面图所示具有一个多层的、由4个印刷电路板层LPL1…LPL4组成的厚度约为1350μm的第1印刷电路板基板LPT1，此基板优先用人们熟知的混合玛斯拉姆(Masslam)方法制作。印刷电路板基板LPT1包括一个约360μm厚的第1核心部分K1，此核心部分具有一个在核心部分K1下侧配置的、优先由铜制作的、作为第1高频接地层MS1HF的、第1金属层M1K1(第3印刷电路板层LPL3)和一个在核心部分K1上侧配置的优先由铜制作的第2金属层M2K1(第2印刷电路板层LPL2)。在金属层M1K1、M2K1上各有一个厚度约为360μm的第1“复合纤维材料”层P1。“复合纤维材料”层是玻璃纤维强化了的环氧树脂层。在金属层M1K1上配置的“复合纤维材料”层P1在金属层M1K1对面一侧有一个优先由铜制造的第3金属层M1P1(第4印刷电路板层LPL4)并且在金属层M2K1对面一侧有一个优先由铜制造的第4金属层M2P1(第1印刷电路板层LPL1)。在第1印刷电路板层LPL1上，例如配置了严格的第1高频导带结构LBS1HF，而在第2印刷电路板层LPL2上，例如制作了第1非高频导带结构LBS1NHF和/或第1非高频电路布线SVD1NHF。为了保护与在第3印刷电路板层LPL3上的高频接地层MSHF相关的高频导带结构LBS1HF免受非高频导带结构LBS1NHF和/或第1非高频电路布线SVD1NHF的影响，在第2印刷电路板层LPL2上制作了一个大范围包围高频信号第1部分场力线FL1的截止区SB1。此外，在印刷电路板底板LPT1上有在第1印刷电路板层LPL1和第4印刷电路板层LPL4之间用于高频连接和非高频连接的第1部分通孔DB1LPT1以及用于与外部部件(例如耳塞机或话筒等)连接的第2部分通孔DB2LPT1。
图3示出在图2中用虚线标出的区域的放大了的三维图像。
图4示出了一个在西门子公司DECT-移动电话“GIGASET2000 S.C”上应用的、由于制作技术上的原因仍然优先在一侧配置元件的第2印刷电路板LP2。如在图5中的截面图所示，印刷电路板LP2具有一个多层的，仍然是由4个印刷电路板层LPL1…LPL4构成的、厚度约为1350μm的第2印刷电路板基板LPT2，此基板仍然优先采用混合玛斯拉姆(Masslam)方法制作。此印刷电路板基板LPT2包括一个厚度约为360μm的第2核心部分K2，此核心部分具有一个在核心部分K2下侧配置的、优先由铜制造的第5金属层M1K2(第3印刷电路板层LPL3)和一个在核心部分K2上侧配置的、优先由铜制作的、作为第2高频接地层MS2HF的第6金属层M2K2(第2印刷电路板层LPL2)。在金属层M1K2、M2K2上各配置了一个厚度约为360μm的第2“复合纤维材料”层P2。在金属层M1K2上配置的“复合纤维材料”层P2在金属层M1K2对面一侧具有一个优先由铜制作的第7金属层M1P2(第4印刷电路板层LPL4)并且在金属层M2K2对面一侧具有一个优先由铜制作的第8金属层M2P2(第1印刷电路板层LPL1)。在印刷电路板层LPL2…LPL4上配置了一个人们熟知的三板结构(Tri-Plate-Struktur)。此结构由在第3印刷电路板层LPL3上的严格的第2高频导带结构LBS2HF，在第2印刷电路板层LPL2上的高频接地层MS2HF和在第4印刷电路板层LPL4上的大范围用于高频信号第2部分场力线FL2的第3高频接地层MS3HF构成。此外，在印刷电路板基板LPT2上在第1印刷电路板层LPL1和第4印刷电路板层LPL4之间仍然有用于高频连接和非高频连接的第1部分通孔DB1LPT2以及用于与外部部件(例如耳塞机、话筒等)连接的第2部分通孔DB2LPT2。
为了能够减小印刷电路板LP1、LP2的几何尺寸，从而如上所述以便制造比较紧凑的DECT-移动电话部件，大家知道可以采用在印刷电路板两面配置元件的方法。但是这种方法在制造技术方面要花费比较大的费用。
在制作无高频构件的电气设备的印刷电路板方面，大家知道，为了实现上述的电气设备的小型化通常采用人们熟知的“微通路”(“Mikro Via”)工艺(即MV工艺)。这种MV工艺是同样已知的机械深孔通过式接触的一个变型。MV工艺是用于廉价制造无高频电路和高频导带结构的印刷电路板的一种连接工艺。节约资金是这样实现的，即除了机械深孔之外，进料和出料以及去除孔边的毛刺工艺均省略了。目前业已公开了若干种制作例如大面积“微通路”层的方法。这些方法是“按序装配”(“Sequential Built Up”)方法(即SBU方法)，“银凸缘”(“Silver Bump”)方法(即SB方法)等离子体刻蚀方法，采用CO2激光器进行激光钻孔的方法以及采用YAG激光器进行激光钻孔的方法。对于大批量生产而言，目前普遍认为从成本观点(经济性)的角度出发可能只有前两种工艺制作方法值得考虑。用此种工艺制作的“微通路”(通孔式接触)例如其直径为50至150μm并且要求焊眼的直径范围在0.12和0.35mm之间。“微通路”的直径又与“微通路”层至下一层之间的间距相关并且应该是直径/层间距＞1。与导带宽度为50μm的精细导线制造工艺相结合可以达到最高的布线密度。
印刷电路板的大小在可替代工艺的标准工艺中(例如深孔通孔式接触)在很大程度上是由通孔式接触所需的位置以及在印刷电路板元件一侧的导带结构所决定的。因为在MV工艺中存在着直接浸入(abtauchen)朝向第1内层的构件的“焊盘”(“Pad”)的可能性，所以通孔式接触和导带结构的位置需求就只占小的比例了。只要是不存在高频所引起的问题，则构件可以很紧凑的排列，只要是制作技术允许的话。印刷电路板的大小，在MV工艺中在上述前提下几乎完全是由所采用的元件(构件)数量和造型决定的。
本发明的任务在于提高在用于具有高频构件的电气设备，特别是移动无线电信设备的印刷电路板上电子电路和导带结构的安装密度并且因此而减小印刷电路板的几何尺寸。
此项任务由权利要求1前序部分所定义的印刷电路板出发，通过权利要求1的特征部分所给出的特征予以解决。
本发明的基本构思在于，即在一个印刷电路板基板上单面或双面制作上“微通路”层，在此“微通路”层上将具有电路布线和元件以及导带结构的设备专用电路(例如用于在权利要求9至12中给出的电信设备的具有高频电路布线和高频元件以及高频导带结构或具有非高频元件和非高频布线的非高频电路及非高频导带结构)至少制作在局部面积上，并且将高频电路和高频导带结构与印刷电路板基板的高频接地层一起，通过直接在“微通路”层下的印刷电路板基板的基层上配置的截止区，即所谓窗口，加以保护，以防止对各应设定的高频电路的参数以及高频导带结构产生干扰(例如防止同样是直接在“微通路”层下的印刷电路板基板的基层上配置的非高频导带结构和/或非高频电路布线的干扰)。
上面所介绍的制作印刷电路板的实施方法，当与上述实施方法不同时，即一方面将高频电路的高频布线和高频导带结构配置在直接位于“微通路”层下的印刷电路板基板的基层上，而另一方面将截止区以及高频电路的高频元件，非高频导带结构和/或具有电路布线和元件的非高频电路配置在“微通路”层上时也是成立的，即也可以应用。此外，也可以将这两种实施方法组合在一起。
在应用“微通路”工艺和窗口技术时，对于在印刷电路板上给定的电路和导带结构的安装空间应该计入，采用“微通路”工艺和窗口技术要比其它工艺所导至的印刷电路板层数有所提高。但是，印刷电路板层的数量与无“微通路”工艺的一种工艺和窗口技术相比，只有当与本发明所要解决的问题相反，而减小安装密度并从而使电气设备所期望的小型化不可能实现时才能保持不变。
如果配置高频构件，特别是用于移动无线电信设备的电气设备的印刷电路板按照所建议的方法制成，则在此印刷电路板上安装设备专用电路和导带结构所需的安装位置与普通的印刷电路板相比将会有效地减小。
按照权利要求2所述的另一个实施方法，其优点在于，如果“微通路”层和直接位于“微通路”层下面的印刷电路板基板的基层之间的间距与按照“按序装配”(“Sequential Built up”)方法(即SBU方法)经济地制造“微通路”层所需的间距在同一个数量级，则除了较小的印刷电路板结构外，由于较高的安装密度也会使印刷电路板的制造成本显著降低。
按照权利要求3和4所述的实施方法也具有近似的效应(优点)。
按照权利要求5所述本发明的进一步发展例如可以“在一个“微通路”孔径与在“微通路”层和直接位于“微通路”层下面的印刷电路板基板的基层之间的间距之比”大于1，并且典型的孔径在50μm和150μm之间，而焊眼的直径在0.12mm和0.35mm之间的条件下实现。
通过权利要求6所述本发明的进一步发展，与权利要求1的理论相比，有可能进一步减小印刷电路板的结构，因为通过附加的制作在覆盖第一批孔(“标准通路”)的“微通路”层上的高频电路还可以进一步提高安装密度。
按照权利要求7所述本发明的进一步发展可以肯定，在覆盖在“微通路”层上的第一批孔时，由于通过覆盖所产生的微气候在这些孔中不会发生排气(爆炸)现象。
本发明优先的进一步发展在从属权利要求中作了阐述。
本发明的一个实施例借助于附图6至10加以说明。
图6示出一个相对于印刷电路板LP1、LP2通过采用MV工艺和与其适配的窗口技术相结合而作了改进的第3印刷电路板LP3，此印刷电路板由于制作技术的原因，优先还是采用单面装配元件的方法制造。但是两面装配元件也是可以的。这样，有可能使印刷电路板LP3的几何尺寸进一步减小。印刷电路板LP3如图6截面图所示具有一个多层的由-与印刷电路板LP1、LP2不同-6个印刷电路板层LPL1…LPL6构成的第3印刷电路板基板LPT3，其厚度约为1400μm，此印刷电路板基板的印刷电路板层LPL2…LPL5仍然优先采用人们熟知的混合玛斯拉姆方法制作，而印刷电路板层LPL1、LPL6则采用MV工艺制作。这样，此印刷电路板基板LPT3包括一个第3核心层K3，此核心层厚度约为360μm并且具有一个在核心层K3下侧配置的、优先由铜制作的第9金属层M1K3(第4印刷电路板层LPL4)和一个在核心层K3上侧配置的、优先用铜制作的、作为第4高频接地层MS4HF的第10金属层M2K3(第3印刷电路板层LPL3)。在金属层M1K3、M2K3上各有一个厚度约为360μm的“复合纤维材料”层P3。配置在金属层M1K3上的“复合纤维材料”层P3在金属层M1K3对面有一个优先由铜制作的第11金属层M1P3(第5印刷电路板层LPL5)并且在金属层M2K3对面有一个优先由铜制作的第12金属层M2P3(第2印刷电路板层LPL2)。在金属层M1P3、M2P3上各有一个第1“微通路”层M1，其厚度约为50μm。在金属层M1P3上配置的“微通路“层M1，在金属层M1P3对面有一个优先由铜制作的第13金属层M1M1(第6印刷电路板层LPL6)，并且在金属层M2P3对面具有一个优先由铜制作的第14金属层M2M1(第1印刷电路板层LPL1)。在第1印刷电路板层LPL1上例如配置了一严格的第2高频导带结构LBS2HF，而在第2印刷电路板层LPL2上例如设置一个第2非高频导带结构LBS2NHF和/或一个第2非高频电路布线SVD2NHF。为了防止非高频导带结构LBS2NHF和/或非高频电路布线SVD2NHF对在第3印刷电路板层LPL3上与高频接地层MS4HF相关的高频导带结构LBS2HF的影响，在第2印刷电路板层LPL2上制作了一个大范围包围高频信号第3场力线FL3的第3截止区SB3。
高频导带结构LBS2HF也可以替代地或附加地配制在第2印刷电路板层LPL2、第5印刷电路板层LPL5和/或第6印刷电路板层LPL6上。在最后一种情况下，截止区似乎应合乎逻辑地位于第5印刷电路板层LPL5内。在前两种情况下截止区可能位于第1印刷电路板层LPL1以及第6印刷电路板层LPL6内。
此外，在印刷电路板基板LPT3上制作了用于在第1印刷电路板层LPL1和第6印刷电路板层LPL6之间进行高频连接和非高频连接的第1批通孔DB1LPT3以及用于与外部部件(例如耳塞机、话筒等)连接的第2批通孔DB2LPT3。如果尤其是通孔DB1LPT3如图所示的那样是敞开的，则由这些孔中将漏泄由在印刷电路板上的高频电路和高频导带结构产生的高频射线(这是所不希望的效应)。
图7示出图6所示虚线区域的三维放大图。
图8示出了一个相对于图6所示印刷电路板LP3稍加改进的第4印刷电路板LP4，此印刷电路板由于制作方面的原因仍然优先单面配置元件。这里，双面配置元件也是可以的。按照图8所示截面图，印刷电路板LP4具有一个多层的，仍然由6个印刷电路板层LPL1…LPL6构成的第4印刷电路板基板LPT4，其厚度约为1400μm，其印刷电路板层LPL2…LPL5仍然由已知的混合玛斯拉姆方法制作，而印刷电路板层LPL1、LPL6则用MV工艺制作，依此该印刷电路板基板LPT4包括一个第4核心层K4，其厚度约为360μm，此核心层具有一个配置在层K4下侧的、优先用铜制成的第15金属层M1K4(第4印刷电路板层LPL4)以及一个配置在核心层K4上侧的、优先用铜制作的、作为第5高频接地层MS5HF的第16金属层M2K4(第3印刷电路板层LPL3)。在金属层M1K4、M2K4上分别配置了一个第4“复合纤维材料”层P4，其厚度约为360μm。在金属层M1K4上配置的“复合纤维材料”层P4，在金属层M1K4对面具有一个优先用铜制作的第17金属层M1P4(第5印刷电路板层LPL5)，并且在金属层M2K4对面具有一个优先用铜制作的第18金属层M2P4(第2印刷电路板层LPL2)。在金属层M1P4、M2P4上各配置一个第2“微通路”层M2，其厚度约为50μm。在金属层M1P4上配置的“微通路”层M2在金属层M1P4对面具有一个优先用铜制作的第19金属层M1M2(第6印刷电路板层LPL6)，并且在金属层M2P4对面具有一个优先用铜制作的第14金属层M2M2(第1印刷电路板层LPL1)。在第1印刷电路板层LPL1上例如配置了一个严格的第3高频导带结构LBS3HF，而在第2印刷电路板层LPL2上例如配置了一个第3非高频导带结构LBS3NHF和/或第3非高频电路布线SVD3NHF。为了防止非高频导带结构LBS3NHF和/或非高频电路布线SVD3NHF对于在第3印刷电路板层LPL3上的高频接地层MS5HF相关的高频导带结构LBS3HF的影响，在第2印刷电路板层LPL2上制作了一个大范围包围高频信号的第4场力线FL4的第4截止区SB4。
高频导带结构LBS3HF仍然也可以替代地或附加地制作在第2印刷电路板层LPL2，第5印刷电路板层LPL5和/或第6印刷电路板层LPL6上。在最后一种情况下截止区合乎逻辑地似乎应位于第5印刷电路板层LPL5内。在前两种情况下截止区应位于在第1印刷电路板层LPL1以及第6印刷电路板层LPL6内。
此外，在印刷电路板基板LPT4中制作了用于在第1印刷电路板层LPL1和第6印刷电路板层LPL6之间进行高频连接的和非高频连接的第1批通孔DB1LPT4以及用于与外部部件(例如耳塞机、话筒等)连接的第2批通孔DB2LPT4。与图6所示情况不同的是这些通孔DB1LPT4-如图所示-是通过具有金属层M1M2以及金属层M2M2的“微通路“层M2所包围。在金属层M2M2上通过此措施可以为高频电路或高频导带结构提供附加的位置(进一步提高安装密度)，而在作为通过式接地层的金属层M1M2上通过此措施使孔对“高频屏蔽”(“HF…dicht”)，即从这部分开孔中不可能再漏泄由在印刷电路板上的高频电路和高频导带结构引起的高频射线。因为在其它的开孔上敷设高频电路或高频导带结构，所以从中漏泄的高频辐射影响很小。
为了使以此方式覆盖的孔DBLPT4在覆盖时通过在孔中形成的微气候不会排气，所以这种孔优先用一种填充材料填充。
图9示出了以此方式所实现的印刷电路板LP4的图形。
图10提供了另一种实施方式，与图6和图8所示实施方式不同的是这里印刷电路板基板未考虑两个“微通路”层而是由唯一的一个基层构成。这样在制作印刷电路板基板时可以降低制造费用。
权利要求
1.用于具有高频构件电气设备的，特别是用于移动无线电信设备的印刷电路板，其中在印刷电路板上配置着高频电路、非高频电路、高频导带结构和非高频导带结构，其特征在于，a)具有一个基板(LPT1、LPT2；图2和图5)，此基板具有一个第1外层(LPL2；图6和图8)和一个第2外层(LPL5；图6和图8)以及许多穿过这些外层的孔(DB1LPT3、4、DB2LPT3、4；图6和图8)，b)具有一个“微通路”层(LPL1、LPL2；图6和图8)，此层至少部分地制作在至少两个外层的一个外层上，c)具有若干用于非高频电路和非高频导带结构的截止区(SB3、SB4；图6和图8)，以保护基板上与高频接地层(LPL3，图6和图8)有关的高频电路和高频导带结构的高频特性，它们制作在“微通路”层上和/或在通过“微通路”层相应覆盖的外层上，d)具有电路元件，它们配置在“微通路”层上，e)具有电路布线，它们至少是配置在“微通路”层上和/或在通过“微通路”层相应覆盖的外层上，f)具有导带结构，它们至少是配置在“微通路”层上和/或在通过“微通路”层相应覆盖的外层上。
2.根据权利要求1所述印刷电路板，其特征在于，在外层和“微通路”层之间的间距是这样确定的，即此“微通路”层是用“按序装配”(“Sequential Built Up”)方法(即SBU方法)制作的。
3.根据权利要求1所述印刷电路板，其特征在于，在外层和“微通路”层之间的间距是这样确定的，即此“微通路”层是通过采用CO2激光器进行激光穿孔方法制作的。
4.根据权利要求1所述印刷电路板，其特征在于，在外层和“微通路”层之间的间距是这样确定的，即“微通路”层是用“银凸缘”(“Silver Bump”)方法(即SB方法)制作的。
5.根据权利要求2、3或4所述印刷电路板，其特征在于，在外层和“微通路”层之间的间距为50μm。
6.根据权利要求1至5其中之一所述印刷电路板，其特征在于，第1批孔(DB1LPT3、4，图6和图8)由无截止区的“微通路”层所覆盖并且在覆盖第1批孔的“微通路”层上配置高频电路和/或用于高频屏蔽的一个金属层。
7.根据权利要求6所述印刷电路板，其特征在于，第1批孔用填充材料填充。
8.根据权利要求1至7其中之一所述印刷电路板，其特征在于，基板是一个多层基板。
9.根据权利要求8所述印刷电路板，其特征在于，此多层印刷电路板基板是用混合玛斯拉姆(Masslam)方法制作的。
10.根据权利要求1至9其中之一所述印刷电路板应用在一种DECT电信设备上。
11.根据权利要求1至9其中之一所述印刷电路板应用在一种GSM电信设备上。
12.根据权利要求1至9其中之一所述印刷电路板应用在一种PHS电信设备上。
13.根据权利要求1至9其中之一所述印刷电路板应用在一种“IS-95”型电信设备上。
14.根据权利要求1至9其中之一所述印刷电路板应用在一种基于基本传输方法FDMA、TDMA、CDMA的一种单一或混合传输方法的无线电信设备上。
全文摘要
为了在用于具有高频构件电气设备的、特别是用于移动无线电信设备的印刷电路板上提高电子电路和导带结构的安装密度,在一个印刷电路板基板上首先单面或双面制作一层“微通路”层。然后在此“微通路”层上至少在局部面积上配置高频电路和高频导带结构。最后将基于印刷电路板基板高频接地层的高频电路和高频导带结构,通过在直接位于“微通路”层下面的印刷电路板基板的基层上配置的截止区,防止对高频电路或高频导带结构的、需分别设定的、高频参数的有害影响。
文档编号H05K1/02GK1249121SQ97182034
公开日2000年3月29日 申请日期1997年3月12日 优先权日1997年3月12日
发明者G·布施 申请人:西门子公司