制作电容印刷电路板的薄分层板及其制作方法

专利名称：制作电容印刷电路板的薄分层板及其制作方法
技术领域：
本发明介绍了制作电容印刷电路板所用的薄分层板，并详细介绍了包铜的薄分层板及其制作方法。
导体板(层)或印刷电路板(PCB)一般由一块或多块绝缘材料板制成，此处所用绝缘材料板一般有连续的导电材料薄层，如用铜单面或双面包覆。理想的导电通路和印刷电路的连接区则通过从绝缘材料中局部去除导体层而获得，进而被制成印刷电路板(PCB)。之后将一个或多个装置(一般是集成电路)安装在印刷电路板(PCB)上。
更具体的，PCB的每块板中一般有一种绝缘材料，如浸渍树脂玻璃纤维布层(绝缘层)。PCB的板的绝缘层的每面都由薄导体层(如，铜箔)覆盖。薄分层板为电容印刷电路板(PCB)上所有的或相当数量的集成电路提供所需的电容。
传统的PCB都由多个厚的板(称作厚板)制成，其厚度约为0.059英寸或更厚(如约1.5毫米)。但是，电子工程师目前设计的的集成电路，要求印刷电路中导电层间的绝缘空间越来越薄。相应的，这种板中的绝缘材料的厚度(并且导电层间的距离)也要变得更小，一般为0.006英寸(如约0.15毫米)或更小。薄分层板的绝缘层的实际厚度取决于由该板制成的电容PCB上的集成电路所需的电容水平。这种被分层的板称作＂薄分层板＂。
制作电容PCB的薄分层板的失败率通常比较高，因为薄分层板自身存在制造缺陷。薄分层板的缺陷通常由多种因素造成如板中绝缘层材料含有杂质。绝缘层中的导体材料一般会在电路层(通过导体层的局部移去界定范围)中的导体层间造成短路。因此，在用这种板生产电容PCB之前，应先对这类生产缺陷进行检测。不幸的是，由于这种板中绝缘层的边缘处有导体材料，导致在生产PCB之前，对这种薄分层板的预先检测不很精确。
具体说来，薄分层板最初是以大薄板的形式生产的，然后，这些大薄板被剪切成生产PCB所需的小板。参见

图1(a)中的薄分层板的现有技术，当大薄板被切割为多块薄分层板时，薄层中相对较软的导体层6把导体材料6a涂覆到板的一处或多处边缘12上。两导体层6通过被涂覆的导体材料6a形成的电连接导致难以精确检测电缺陷。
特别的，由于绝缘层中有导体材料，还需要检测板中两导体层间多余的电连接。这种多余的绝缘层间的电连接，在随后制作PCB的过程中不会被去除。因此，绝缘层间的电连接可能会导致PCB中出现缺陷。在检测板中是否存在这类缺陷时，由绝缘层边缘处的导体材料形成的两导体层间的电连接会造成假缺陷。也就是说，板边缘的导体材料造成绝缘层间有电连接的假象。从另一个角度来说，绝缘层边缘被涂覆的导体材料在板的导体层间造成短路，即使该薄分层板无缺陷，因绝缘层间导电，仍显示该板有缺陷。板边缘的短路可在随后的PCB制作中消除。但由于薄分层板边缘处的导体材料会造成假缺陷，在用这种板制作PCB之前，不对其进行检测。即，若在制作PCB之前对薄分层板进行检测，由于其被涂覆了导体材料而产生了假缺陷，导致其它无缺陷的薄分层板也被淘汰。对薄分层板制作的PCB进行处理和对薄分层板本身进行处理一样，既昂贵又耗时。因此，在处理PCB之前对薄分层板进行有效而精确的检测，避免假缺陷，其优点是显而易见的。
参见图1(b)中的薄分层板的现有技术，剪切薄分层板不会使导体材料涂覆到绝缘层8的边缘12处，也就不会产生问题。即，导体材料只是把绝缘层8的边缘12处局部覆盖，从而减小了板2的导体层6之间已经很小的距离。这种导体层间的近距离使得对板的电缺陷的精确检测变得很困难。在对板进行检测时，减小的距离一般会使得两导体层间产生电连接，造成绝缘层间具有导电性的假象。由于无法确定这种＂短路＂是由绝缘层中的导体杂质造成的，还是由绝缘层边缘的导体材料(可在PCB的制作过程中去除)造成的，这种板因而被认为是有缺陷的而被淘汰。因此，对于薄分层板而言，即使是绝缘层边缘处有很少量的导体材料也是有害的。
因为传统的PCB是用厚分层板(如约0.059英寸厚(约1.5毫米))制成的，绝缘层中的导体杂质一般不会产生问题，因为绝缘材料相对要厚一些。也就是说，绝缘层中绝缘材料相对较大的质量限制了这些导体杂质的有害作用。因此，厚分层板的绝缘层边缘处的导体材料一般不是问题，也就不必对厚分层板进行检测。
过去，用倒角机把厚分层板的边缘加工成圆形。圆形的厚分层板加工起来更安全。这种倒角处理对电性能没有任何好处(也不希望这种倒角处理对电性能有好处)。即，一旦这种厚板被加工为PCB，在会产生涂覆的层区中不会有任何导体材料。而且，目前的倒角处理要求每次只处理一块厚分层PCB。
因此，生产PCB需要边缘已被加工好而不含导体材料的薄分层板。绝缘层边缘处没有导体材料，使得能在处理PCB之前对板的生产缺陷进行检测，还能避免由于假缺陷的出现而淘汰无缺陷的薄分层板。而且，需要一种技术和装置来加工薄分层板的边缘，以避免将导体材料涂覆在绝缘层的边缘。
针对现有技术的缺点，本发明提供加工过的薄分层板，该板的绝缘层厚度约为0.006英寸(0.15毫米)或更小。薄导体层(如铜)被涂覆在绝缘层的两面，薄分层板绝缘层的边缘被加工，以清除导体材料。如前所述，由一块或多块薄分层板制成的PCB上安装有集成电路，薄分层板需要为所有的或相当数量的集成电路提供所需的电容。本发明中，可在将薄分层板制成PCB之前，对加工过的薄分层板的生产缺陷，如短路，进行检测。而且，这种检测不会产生假缺陷，避免淘汰无缺陷板，因为本发明中板的绝缘层的边缘处无导体材料。
本发明还介绍了去除未加工的薄分层板边缘处的导体材料的加工方法，该方法能避免把导体材料涂覆在绝缘层上。一般采用竖直安装着切割钻头的CNC切割机。为确保当薄分层板的边缘一部分移去时，未加工的薄分层板的导体层的导体材料不被涂覆在绝缘层的边缘上，切割钻头的旋转被调节得与板面确定的平面相吻合。而且，切割钻头的切割边缘是轴向而非螺旋状地延伸，因此切割的方向与切割钻头的旋转方向相同。并且，在剪切过程中，切割钻头在任意点处的移动与板面不垂直。
本发明介绍了将未加工的薄分层板固定在一个平面内，以清除绝缘层边缘处的导体材料的装置。薄分层板被固定在该定位装置上以剪去边缘，得到本发明所述的薄分层板。本发明的定位装置能在剪切过程中将薄分层板定位在一个平面内，而不必在薄分层板上钻孔或采取其它需要减少板的有用面积的措施。
本发明的进一步说明及其相关部件、特点将在下文和实施例中详细介绍，并附图加以说明。
图1(a)为先前工艺中的薄分层板的侧视图。
图1(b)为另一先前处理工艺中的薄分层板的侧视图。
图2为本发明中加工过的薄分层板实施例的透视图。
图3为本发明中薄分层板固定装置第一个实施例的透视图。
图4为本发明中薄分层板固定装置第二个实施例的透视图。
图5为用于本发明的切割机相对一叠薄分层板垂直定向的斜视图。
图6为本发明中切割钻头的刀口的局部示意图。
图7(a)和图7(b)为本发明中加工过的薄分层板第三、四个实施例的局部侧视图。
本发明提供了一种加工过的薄分层板。这种薄分层板的绝缘层厚度约为0.006英寸(0.15毫米)或更小，并且，优选可达0.002英寸(0.05)或更小。绝缘层的两面都有导体层。加工过的薄分层板绝缘层的边缘处没有导体材料。
所述的加工指的是薄分层板的一处或多处边缘的一部分被机械去除或摩擦去除；或从薄分层板的绝缘层的一处或多处边缘，用机械法，摩擦法或化学法去除导体材料，这样加工过的薄分层板的绝缘层边缘处没有导体材料。
更具体地，参见图2，本发明薄分层板2一般有两层导体材料层6和一中间绝缘材料层8。导体层6和绝缘层8通过层压法被连接，形成稳定结构的组合，以制成薄分层板2。薄分层板2足够结实以利于板的生产，一般优选层压各分离层，并用来制作电容印刷电路板。根据薄分层板最终用途，可决定其稳定结构的组合是要有足够的硬度还是要有弹性。尽管图2中只画出了一张薄分层板，PCB中可用一张或多张薄分层板作为内部组成。
如前所述，薄分层板2需要为由薄分层板制成的电容PCB上所有的或相当数量的集成电路提供所需的电容。一般说来，制作导体层6和绝缘层8的材料及各层的厚度根据现有工艺来选择。
特别的，为提供所需的电容水平，必须小心控制薄分层板2中绝缘层8的厚度。而且，适合绝缘层8的材料的介电常数必须满足电容要求。绝缘材料可由本领域技术人员所熟知的电容性材料组成。对绝缘材料的选择部分取决于薄分层板所需的弹性和硬度。例如，绝缘材料可包括一塑料膜，如聚丙烯或聚酰亚胺，如DuPont出品的KAPTON。绝缘材料也可含有树脂浸渍强化构架。绝缘材料构架一般由以下种类中选择纺织或非纺织玻璃纤维，石英，纤维素，纸，芳香族聚酰胺纤维(如DuPont出品的KEVLAR或THERMOUNT)，及其混合物。在这些物质中的优选是树脂，包括热塑树脂，热固树脂及其混合物。本发明中，绝缘层的厚度大约处于0.0005英寸(0.012毫米)～0.01英寸(0.25毫米)之间，优选是0.001英寸(0.025毫米)～0.006英寸(0.15毫米)。厚度约为0.002英寸(0.15毫米)的绝缘层尤其有用。
导体层6由足够导电的材料制成，这些材料要么从单位面积内的质量的角度，要么从厚度的角度，必须允许足够大的电流通过，以便为PCB上每个集成电路的正常工作提供足够的电容。
导体材料一般由以下几种导电材料制成如导电金属和导电印剂。通常优选导电金属制成导体材料，例如铝，银，金，铜，及其混合物。本发明中，导体层优选铜，因为铜与其它非纯金属相比具有突出的导电特性。导体层6的优选厚度大约介于0.0001英寸(0.0025毫米)～0.01英寸(0.025毫米)之间，大约0.0014英寸(0.036毫米)的厚度效果更好。
通过控制绝缘层8和导体层6的厚度，包括整个导体层和板的边缘，导体层6的间距被精确控制。本发明中的薄分层板还包括＂边缘加工＂，其中，绝缘层的边缘被用机械法，摩擦法或化学法处理，以清除导体材料。绝缘层8的边缘处的任意部分没有导体材料，使得薄分层板的电导性的检测可行，如通过高压检测(如下介绍)，确定绝缘层8中是否存在导体杂质，或探测薄分层板内其它的电缺陷，而不会因假缺陷而淘汰无缺陷薄分层板。而且，绝缘层8和导体层6间的界面对导体层6间的厚度的控制是很明显的。
电导性的标准检测是本领域技术人员所了解的，通过这种标准检测，可对本发明的薄分层板2中的电缺陷，如绝缘层8中的导体杂质，进行检测。例如，用兆欧姆表(如Hipotronics HMA3A兆欧姆表)进行高压检测。将一较高的电压施加在薄分层板2的第一表面16上的导体层6上。板2的第二表面20上的导体层6上相应的电压被探测。有缺陷的薄分层板在第一表面16和第二表面20之间能传导电流。如上所述，若薄分层板2的绝缘层8的边缘处有导体材料，象先前工艺中的薄分层板一样，对板的电缺陷的检测是不可行的，从而也就无法确定板中是否有缺陷。
本发明还提供了加工薄分层板边缘以生产本发明所述的薄分层板的方法。本发明中的优选方法为去除未加工的薄分层板的边缘的小部分提供了加工过程。加工方法能清除绝缘层8的一处或多处边缘上的导体材料。而且，这种加工方法不会把导体材料从板的导体层6涂覆到绝缘层8的一处或多处边缘上。
首先，根据现有工艺生产出相对较大张的薄分层板(没有图示)，如，根据1992年1月7日授权的Howard等人的美国专利U.S.Pat.No.5,079,069中介绍的方法，1992年10月13日授权的Howard等人的美国专利U.S.Pat.No.5,155,655中介绍的方法，1992年11月3日授权的Howard等人的美国专利U.S.Pat.No.5,161,086中介绍的方法，1993年11月16日授权的Lucas等人的美国专利U.S.Pat.No.5,261,153中介绍的方法，都作为本发明的参考方法。大张的薄分层板随后被切割为多张(未加工的)薄分层板。如前所述，当从大板上切出小板时，导体材料通常会从薄分层板的一层或多层导体层上涂覆到绝缘层的边缘。被涂覆的导体材料在薄分层板的绝缘层8的一处或多处边缘12上形成一导体材料薄层区6a(见图1a和图1b)。本发明中的加工方法提供一种磨去板边的一小部分的工艺，以清除未加工板的绝缘层8的边缘处12上的导体材料。
见图4，一次可加工一块或多块薄分层板。在加工边缘时，一单张的薄分层板2或一叠薄分层板32用一固定装置24固定。固定装置24包括连接在支撑面26上的一对金属盘28。未加工的薄分层板堆32被放在金属盘28和支撑面或支撑台26之间。金属盘的一端或两端用螺栓固定在支撑台上，这样未加工的板堆32被固定在金属盘28和支撑台26之间，而不必在板上钻孔。
另外，见图3，本发明的固定装置24包括一块下支撑板36a和与之相连的一块上支撑板36b。下支撑板36a由有足够磨擦的材料制成或表面磨擦足够大，这样，当板的边缘被剪切时，直接放在下支撑板36a上的未加工的薄分层板，在上支撑板36b的协助下，可以被固定住。下支撑板36a一般有一层由足够柔韧的材料组成的薄层，以免损伤薄分层板2的导体层6。例如，下支撑板36a可用封闭室的泡沫材料(例如，由德克萨斯州休士顿的Denka化学药品公司出品的NEOPRENE)。
上支撑板36b的作用是在薄分层板堆32的顶部施加一定的重量，使其在加工过程中保持固定。上支撑板36b一般都有足够的重量，既能使薄分层板堆32保持在原位，又不会损伤薄分层板。上支撑板36b的面积比未加工的薄分层板的面积小，这样，对每块板的边缘进行加工时(如下所述)不会受上支撑板36b的影响。上支撑板36b最好是一块一英寸(25.4毫米)厚的钢板(如约重30磅(13.6千克))。在另一实施例中，在板堆32和上支撑板36b之间有一层保护层38，最好是合成硬质板，如MASONITE。该保护层38保护最高的一块板的导体层6不受上支撑板36b的破坏。保护层38的优选尺寸是使上支撑板36b不与板堆32直接接触的尺寸。
工作时，下支撑板36a被置于支撑面26上。未加工的薄分层板堆32被放在下支撑板36a上。保护层38和上支撑板36b被放在板堆32的顶部，放置时应注意确保板堆边缘的加工不受上支撑板36b和保护层38的影响。
其它固定装置也可用于本发明。例如，将一块或多块未加工的薄分层板固定在一个平面上的固定装置可以用夹钳，(用皮带)捆扎，施加不同的重量，不同的吸引装置(如真空)，胶粘法，磁力作用等。
见图5，一标准的计算机数字控制(CNC)切割机40被用于加工薄分层板。切割钻头44的垂直定向如图所示。在图5中，Z轴与垂直的切割钻头平行，X轴平行于纸面，Y轴垂直于纸面。CNC切割机40可在X轴和Y轴方向上移动切割钻头44。切割钻头44沿着板堆32的边缘部分移动，切割，研磨，或磨掉板堆中每块板的每条边的一小部分(如板的边缘一般有约0.125英寸(3.18毫米)～0.250英寸(6.35毫米)被去除)。
为确保板堆32被修剪时，导体材料不会从未加工的薄分层板的导体层6涂覆到绝缘层8的边缘12处，切割钻头44的旋转轴与板堆32的表面48确定的平面垂直。为进一步确保＂清洁＂绝缘层的边缘，切割钻头的切割边缘或刀口沿着轴的方向，而不是螺旋形的(图6)。即切割钻头44的切割面只在X-Y平面内。因此，切割钻头的切割作用只在其旋转半径的方向上进行。而且，如图5所示，在对板的边缘进行加工时，切割钻头44不在Z轴上移动。本发明的切割钻头44的优选是1/8英寸(3.18毫米)的切割钻头，例如切割零件PI1250，由加州Buena Park的Megatool出品。
当未加工的薄分层板堆32被置于固定装置24上，如图4所示，板堆32的一对对边(A和B)首先被切割钻头44沿着板两侧的Y轴加工。随后板堆32从固定装置24上移开，旋转90度后再次被固定。随后以相同的方式加工板堆剩余的两边。
当未加工的薄分层板堆32被置于固定装置24上，如图3所示，不必移动和旋转，板堆的四条边也可以被剪切，如图4中的固定装置所示。
本发明中从绝缘层边缘去除导体材料的其它加工方法还可采用水喷切割装置，激光切割装置，或用化学刻蚀，而不用上述的切割钻头。
在另一薄分层板2的实施例中(图7(a))，如图2所示的第一个实施例，导体材料被从绝缘层8的边缘处清除。而且，一层或多层导体层6的末端小部分被从绝缘层8的末端40处去除。
在薄分层板2的第三个实施例中(图7(b))，通过去除绝缘层8和导体层6的一处或多处边角，从绝缘层8的边缘处清除导体材料。薄分层板2的第三个实施例中，切割钻头以与板的表面确定的平面成45度角切割，通过去除绝缘层8和导体层6的一处或多处边角，清除绝缘层8边缘处的导体材料。切割钻头可有螺旋切割边，把材料从绝缘层8拉到导体层6，而不是把导体材料从导体层6拉到绝缘层8的边缘。
本专利只对几个实施例进行了介绍，本发明并不仅限于这几个实施例。相反，本发明所附权利要求限定的思路和范围中包括了所有对实施例的改进，实施例的替换体和等同体。
权利要求
1.用于制作电容印刷电路板的薄分层板，薄分层板包括有第一表面和第二表面的绝缘层；与绝缘层的第一表面相连的第一导体层；和与绝缘层的第二表面相连的第二导体层，这样第一和第二导体层及绝缘层共同形成一稳定结构的组合，所述的绝缘层有不含导体材料的加工过的边缘。
2.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，绝缘层厚度介于约0.018毫米(0.0005英寸)～约0.25毫米(0.01英寸)之间。
3.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，绝缘层厚度介于约0.025毫米(0.001英寸)～约0.15毫米(0.006英寸)之间。
4.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，绝缘层厚度约为0.51毫米(0.002英寸)。
5.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，第一导体层与绝缘层的第一表面叠合在一起。
6.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，绝缘材料由以下各种物质中选择树脂浸渍玻璃纤维布，聚丙烯，聚酰亚胺，芳香族聚酰胺，及其混合物。
7.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，导体材料包括导电金属。
8.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，导体层由导电材料制成，导电材料从以下选择铝，银，金，铜，及其混合物。
9.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，绝缘层的加工过的边缘与由绝缘层的第一和第二表面确定的平面垂直。
10.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，绝缘层的加工过的边缘还包括清洁过的边缘部分，使得绝缘层的剩余边缘处不含导体材料。
11.按照权利要求1所述的薄分层板，其特征在于，绝缘层的加工过的边缘还包括被切割过的边缘部分，使得绝缘层的剩余边缘处不含导体材料。
12.用于制作电容印刷电路板的薄分层板，薄分层板包括由导体材料制成的导体层；和与导体层的第一表面相连的绝缘层的第一表面，绝缘层的厚度大约介于0.18毫米(0.0005英寸)～0.25毫米(0.01英寸)之间，所述的绝缘层包括不含导体材料的加工过的边缘。
13.用于制作电容印刷电路板的薄分层板，薄分层板包括有第一表面和第二表面的绝缘层；与绝缘层的第一表面相连的第一导体层；和与绝缘层的第二表面相连的第二导体层，这样第一和第二导体层及绝缘层共同形成一稳定结构的组合，所述的稳定结构的组合有加工过的边缘，所述的加工为在由绝缘层的第一和第二表面确定的平面内进行的切割，使得绝缘层的边缘不含导体材料。
14.用于制作印刷电路电容板的薄分层板的加工方法，加工方法包括提供有第一表面和第二表面的薄绝缘层；将第一导体层与绝缘层的第一表面连接；将第二导体层与绝缘层的第二表面连接，形成稳定结构的组合；和从稳定结构的组合的一条边或多条边处去除一小部分，使得绝缘层的边缘处不含导体材料。
15.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，去除稳定结构组合的一条边或多条边的一小部分时，从第一导体层或第二导体层的导体材料不会延伸到绝缘层的任一边缘。
16.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，稳定结构组合的一条或多条边被切割以去除一条或多条边的一小部分。
17.按照权利要求16所述的方法，其特征在于，一条或多条边通过切割钻头在由绝缘层的第一表面和第二表面确定的平面内的旋转而被切割，使得绝缘层的边缘处不含导体材料。
18.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括在稳定结构组合上施加一定的重量，使该稳定结构组合固定在单一位置内，以便去除其一条或多条边的一小部分。
19.按照权利要求14所述的方法，其特征在于，还包括将该稳定结构组合放在一支撑表面和盘之间；并将盘的第一端或第二端与支撑表面相连，以固定该稳定结构组合，以便去除其一条或多条边的一小部分。
全文摘要
一种薄分层板绝缘层的边缘处不含导体材料。薄分层板在将作成PCB前可进行生产缺陷检测。将未加工的薄分层板剪切为所需的薄分层板不把导体材料涂覆在绝缘层上。为此,在板被切割时,垂直安装的切割钻头的旋转面与板面确定的平面吻合。一种固定装置将未加工的薄分层板固定在一平面内以剪切板边,获得所需的薄分层板。
文档编号H05K3/00GK1277796SQ99801613
公开日2000年12月20日 申请日期1999年10月12日 优先权日1998年10月13日
发明者阿瑟·J·菲尔莱昂, 鸿上修, 仓田敢司, 杰弗里·A·默里, 特伦斯·A·史密斯 申请人:松下电工株式会社