电容结构及制作方法、电路板与流程

1.本发明涉及电容领域，特别涉及一种电容结构及制作方法、电路板。


背景技术：

2.随着pcb(印刷电路板)的布线密度越来越高，pcb上的空间越来越宝贵，线路布线也越来越复杂。为了提高pcb的利用空间，可采用埋容、埋阻等技术，将元器件直接与pcb结合为一体，可以节省更加多的压接空间，也减少了压接元器件这一工序，提高效率与降低成本。
3.其中，现有的埋容技术，为在电源层第一表面和地层第一表面之间添加介质材料，对印刷电路板进行压合处理，形成平板间电容。其在pcb制作过程中存在很多问题，例如分层、鼓泡等问题，使得pcb在制作过程中难度较大。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于至少解决现有技术中存在的技术问题之一，提出一种电容结构，能够集成于pcb上，并且制作难度较低。
5.此外，本发明还提出一种具有上述电容结构的电路板。
6.本发明还提出一种制造上述电容结构的制作方法。
7.根据本发明的第一方面实施例，提供一种电容结构，包括：
8.螺纹件，所述螺纹件为绝缘材料，所述螺纹件的外周镀有第一电极层；
9.电路板本体，所述电路板本体上设有第一过孔，所述第一过孔的壁面上镀有第二电极层；以及
10.第一介质层，呈环形填充于所述第一过孔内，所述第一介质层的内侧设有螺纹孔，所述螺纹件与所述螺纹孔螺纹配合。
11.上述的电容结构至少具有以下有益效果：本电容结构通过采用螺纹件和过孔形成电容，能够将电容直接集成在pcb上，增加pcb结构上的紧凑性，并且结构相对简单，避免埋入式结构，降低pcb制作上的难度；其中，螺纹件本身绝缘，其外周镀设的第一电极层相当于电容的一个电极，与螺纹件的外周相对的第一过孔的壁面上镀设的第二电极层相当于电容的另一个电极，螺纹件和第一过孔的壁面之间的第一介质层相当于电容介质，可以通过螺纹件旋入或者旋出螺纹孔，调整螺纹件旋入的深度，可调节不同的电容值；并且螺纹件本身具有自锁功能，固定位置后不易滑动，增加电容结构的可靠性；此外，拆装操作简单，便于更换不同的螺纹件，可切换不同类型的电容。
12.根据本发明第一方面实施例所述的电容结构，所述电容结构还包括第一线路和第二线路，其中所述第一线路连接所述第一过孔的壁面，所述第一过孔的壁面上设有缺口，所述缺口为非电镀区域，所述第一过孔的上方设有电连接部，所述螺纹件穿过所述电连接部并与所述电连接部接触，所述电连接部与所述第二线路连接，第二线路穿过所述缺口与所述电连接部连接。
13.根据本发明第一方面实施例所述的电容结构，所述螺纹件、所述第一过孔的壁面、所述第一介质层、所述第一线路和所述第二线路构成电容单元，所述电容结构包括至少两个所述电容单元，在所述电路板主体上，各所述电容单元的第一线路和第二线路依次连接形成串联。
14.根据本发明第一方面实施例所述的电容结构，所述螺纹件、所述第一过孔的壁面、所述第一介质层、所述第一线路和所述第二线路构成电容单元，所述电容结构包括至少两个分层设置的所述电容单元，分层的相邻两个所述电容单元之间隔空，各所述电容单元的第一线路通过在所述电路板本体上设置过孔电连接，以及各所述电容单元的第二线路通过在所述电路板本体上设置过孔电连接，使各所述电容单元形成并联。
15.根据本发明第一方面实施例所述的电容结构，所述螺纹件、所述第一过孔的壁面、所述第一介质层、所述第一线路和所述第二线路构成电容单元，所述电容结构包括分层设置的至少一个电容单元和至少一个电子元件，相邻的所述电容单元和所述电子元件之间、相邻两个所述电容单元之间、或者相邻两个所述电子元件之间隔空，各所述电容单元的第一线路和各所述电子元件的第一端线路通过在所述电路板本体上设置过孔电连接，所述第一端线路与所述第一线路的电流方向一致，各所述电容单元的第二线路和各所述电子元件的第二端线路通过在所述电路板本体上设置过孔电连接，所述第二端线路与所述第二线路的电流方向一致，使各所述电容单元和所述电子元件形成并联。
16.根据本发明第一方面实施例所述的电容结构，所述螺纹件、所述第一过孔的壁面、所述第一介质层、所述第一线路和所述第二线路构成电容单元，所述电容结构包括至少两个所述电容单元，在所述电路板主体上，各所述电容单元的第一线路相互连接，各所述电容单元的第二线路相互连接，使各所述电容单元形成并联。
17.根据本发明第一方面实施例所述的电容结构，所述第一过孔的壁面外周设有第二介质层，所述第一介质层和所述第二介质层包裹所述第一过孔的壁面。
18.根据本发明第一方面实施例所述的电容结构，所述第一过孔的壁面为内螺纹。
19.根据本发明的第二方面实施例，提供一种电路板，包括上述任一实施例所述的电容结构。
20.根据本发明的第三方面实施例，提供一种电容结构的制作方法，包括：
21.选用采用绝缘材料制作的螺纹件，在所述螺纹件的外周镀上电容电极所需要的金属材料并形成第一电极层；
22.在电路板本体上加工出第一过孔；
23.在所述第一过孔的壁面镀上电容电极所需要的金属材料并形成第二电极层；
24.在所述第一过孔内填充形成电容介质所需的材料并形成第一孔塞；
25.在所述第一孔塞上加工出螺纹孔并在外侧形成第一介质层；
26.将所述螺纹件旋入所述螺纹孔。
27.上述的电容结构的制作方法至少具有以下有益效果：通过采用螺纹件和在电路板本体上加工第一过孔形成电容，能够将电容直接集成在pcb上，增加pcb结构上的紧凑性，并且制作方法相对简单，避免埋入式结构，降低pcb制作上的难度；其中，螺纹件采用绝缘材料，其外周镀上第一电极层作为电容的一个电极，将螺纹件旋入后，与螺纹件的外周相对的第一过孔的壁面上镀第二电极层作为电容的另一个电极，螺纹件和第一过孔的壁面之间填
充第一介质层作为电容介质，以此形成电容结构，可以通过螺纹件旋入或者旋出螺纹孔，调整螺纹件旋入的深度，可调节不同的电容值。
28.根据本发明第三方面实施例所述的电容结构的制作方法，在所述第一过孔的壁面镀上电容电极所需要的金属材料时，预留一缺口不电镀；所述制作方法还包括对电路板本体进行电镀，制作出第一线路、第二线路和电连接部，并且所述第一线路连接所述第一过孔的壁面，所述电连接部位于所述第一过孔的上方，所述电连接部与所述第二线路连接，第二线路穿过所述缺口与所述电连接部连接，所述螺纹件穿过所述电连接部并与所述电连接部接触。
29.根据本发明第三方面实施例所述的电容结构的制作方法，所述制作方法还包括：在所述电路板本体上加工出第二过孔，在所述第二过孔内填充介质并形成第二孔塞，在所述第二孔塞上加工出所述第一过孔并在外侧形成第二介质层。
30.本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
31.下面结合附图和实施例对本发明进一步地说明；
32.图1是本发明实施例电容结构的竖向剖切机构示意图；
33.图2是本发明实施例电容结构的横截剖切局部结构示意图；
34.图3是本发明实施例螺纹件的结构示意图；
35.图4是本发明实施例在电路板本体上加工出第一过孔的结构示意图；
36.图5是本发明实施例在第一过孔上镀上第二电极层并预留缺口的结构示意图；
37.图6是本发明实施例在第一过孔内填充第一介质层的结构示意图；
38.图7是本发明实施例对电路板本体进行电镀并制作出第一线路、第二线路和电连接部的结构示意图；
39.图8是本发明实施例在第一介质层上加工出螺纹孔的结构示意图；
40.图9是本发明实施例在电路板本体上加工出第二介质层的过程示意图；
41.图10是本发明实施例在电路板本体上加工出第二介质层的结构示意图；
42.图11是本发明实施例多个电容单元串联的结构示意图；
43.图12是本发明实施例两个电容单元并联的结构示意图；
44.图13是本发明实施例两个电容单元并联的剖切结构示意图；
45.图14是本发明实施例一个电容单元与另一电子元件并联的结构示意图。
46.附图标记：螺纹件100、第一电极层110、电路板本体200、第一过孔210、第二电极层211、缺口212、第二过孔220、第三过孔230、第一介质层300、螺纹孔310、第一孔塞320、第一线路400、第二线路500、电连接部600、第二介质层700、第二孔塞710、电容单元800。
具体实施方式
47.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
48.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
49.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
50.参照图1和图2，根据本发明的第一方面实施例，提供一种电容结构，包括螺纹件100、电路板本体200和第一介质层300。
51.其中，参照图3，螺纹件100为绝缘材料，螺纹件100的外周镀有第一电极层110。具体地，螺纹件100可选择树脂制作的非金属螺丝，树脂材料可以为聚丙烯、四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等树脂类材料。第一电极层110可采用电容电极所需要的金属材料，如铝。
52.电路板(pcb)本体上设有第一过孔210，第一过孔210的壁面上镀有第二电极层211。第二电极层211为电容电极所需要的金属材料，与螺纹件100表面的第一电极层110的材料一致。
53.第一介质层300呈环形填充于第一过孔210内，第一介质层300的内侧设有螺纹孔310，螺纹件100与螺纹孔310螺纹配合，从而第一介质层300位于第一电极层110和第二电极层211之间。第一介质层300与电容的介质相同或相近，可以为高分子聚合物，例如聚丙烯、四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等树脂类材料，也可以采用掺杂陶瓷颗粒的树脂或者掺杂氧化铝填料的树脂等。
54.本发明实施例的电容结构，通过采用螺纹件100和过孔形成电容，能够将电容直接集成在pcb上，增加pcb结构上的紧凑性，并且结构相对简单，避免埋入式结构，降低pcb制作上的难度。其中，螺纹件100本身绝缘，其外周镀设的第一电极层110相当于电容的一个电极，与螺纹件100的外周相对的第一过孔210的壁面上镀设的第二电极层211相当于电容的另一个电极，螺纹件100和第一过孔210的壁面之间的第一介质层300相当于电容介质。可以通过螺纹件100旋入或者旋出螺纹孔310，调整螺纹件100旋入的深度，可调节不同的电容值。并且，螺纹件100本身具有自锁功能，固定位置后不易滑动，增加电容结构的可靠性。此外，拆装操作简单，便于更换不同的螺纹件100，可切换不同类型的电容。
55.对于本发明实施例的电容结构的电容值计算，本电容结构相当于两个半径分别为ra和rb的金属圆柱面(第一电极层110和第二电极层211)作为极板，板间充满介质(第一介质层300)，假设极板上带电量q(边缘效应忽略，电场具有轴对称性)，则极板之间半径为r处的圆柱面的场强：e＝q/2πεrl，极板间的电势差：u
ab
＝∫
rbra
e*dr，极板间的电容：c＝q/u
ab
。其中，q为电量，d为第一电极层110和第二电极层211之间的距离，ε为第一介质层300的介电常数，ra为内侧的螺纹件100的半径(即第一电极层110的半径)，rb为外侧的第一过孔210的半
径(即第二电极层211的半径)，l为第一电极层110和第二电极层211之间正对的距离，也即螺纹件100旋入螺纹孔310的距离。
56.根据上述公式，计算出第一电极层110和第二电极层211正对部分的电势差和极板上所带的电量，即可以计算得到电容值。
57.此外，由于c＝ε*s/d，其中s为金属平板面积，d为第一电极层110和第二电极层211之间的距离，ε为介质的介电常数，通过控制电极之间的正对面积可以实现可控电容值，因此随着螺纹件100旋入或旋出板面，电极之间正对面积与电容值成正比。不同的介质填充物的介电常数也不一样，可以通过改变第一介质层300的介质种类调节电容值，电容值与介电常数成正比。
58.在一些实施例中，第一过孔210的壁面为内螺纹，也即第一过孔210采用攻丝的方法加工。如此，在第一过孔210的壁面上电镀的第二电极层211也同样为螺纹结构，能够增加第一电极层110和第二电极层211之间的正对面积，从而提高电容值，扩大电容值的可调范围。
59.在本发明的一些实施例中，电容结构还包括第一线路400和第二线路500，通过第一线路400和第二线路500引入电流至电极层。其中，第一线路400连接第一过孔210的壁面，第一过孔210的壁面上设有缺口212，缺口212为非电镀区域，第一过孔210的上方设有电连接部600(电连接部600与第一过孔210的壁面不接触)，螺纹件100穿过电连接部600并与电连接部600接触，电连接部600与第二线路500连接，第二线路500穿过缺口212与电连接部600连接。通过缺口212避让第二线路500通过，结构紧凑，避免第二线路500与第一过孔210的壁面接触导致短路。若第一线路400连接至电源正极，第二线路500连接至电源负极，则电流经第一线路400流入第一电极层110，并从第二电极层211经电连接部600、第二线路500流至电源负极。
60.缺口212可以为从第一过孔210的顶部向下延伸一定距离或者完全贯穿第一过孔210。第一线路400和第二线路500可以沿不同方向导出，两者之间的夹角可以根据需要设置。
61.在其中一些实施例中，螺纹件100、第一过孔210的壁面、第一介质层300、第一线路400和第二线路500构成一个电容单元800。可以理解的是，电容单元800的数量可以根据需要设置。
62.在本发明的一些实施例中，除了在第一电极层110和第二电极层211之间填充介质外，可以在第二电极层211的外侧填充介质进行屏蔽，减少外部对电极层的干扰。具体而言，第一过孔210的壁面外周设有第二介质层700，第一介质层300和第二介质层700包裹第一过孔210的壁面，第二介质层700作为屏蔽层，也即在第二电极层211的两侧均填充介质，如图9和图10所示。第二介质层700可采用聚丙烯、四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等树脂类材料。
63.同样地，对于第一电极层110，由于螺纹件100本体可采用树脂制作，因此第一电极层110的两侧也均有介质材料包裹。
64.当电容结构包括至少两个电容单元800，多个电容单元800可形成串联或并联结构，而采用本实施例的电容结构，能够较简单地将各电容单元800串联或并联起来，形成各种串联和并联结构，增加电路变化的多样性。
65.其中，参照图11，在电路板主体上，各电容单元800的第一线路400和第二线路500
依次连接形成串联。具体而言，各电容单元800在电路板主体上呈规律性分布，上一电容单元800的第二线路500与下一电容单元800的第一线路400连接，位于始端的电容单元800的第一线路400和位于末端的电容单元800的第二线路500连接外部其他线路。
66.参照图12和图13，电容结构包括至少两个分层设置的电容单元800，分层的相邻两个电容单元800之间隔空，使上下两个电容单元800的螺纹件100和第一过孔210不接触，各电容单元800的第一线路400通过在电路板本体200上设置过孔电(过孔的壁面电镀金属材料可导通电流)连接，以及各电容单元800的第二线路500通过在电路板本体200上设置过孔电连接，使各电容单元800形成并联。
67.在图示的实施例中，有两个分层设置的电容单元800，但是本领域技术人员应当理解的是，其数量不以图中或具体实施例中的为限。
68.参照图14，电容结构包括分层设置的至少一个电容单元800和至少一个电子元件(例如电阻或其他元件)，在图示的实施例中，具有两层，上层为一个电容单元800，下层预留有第三过孔230，第三过孔230处可以通过螺纹孔的结构安装需要的电子元件，也可以通过其他预留的结构安装其他电子元件。相邻的分层的电容单元800和电子元件之间隔空，各电容单元800的第一线路400和各电子元件的第一端线路通过在电路板本体200上设置过孔电连接，各电子元件的第一端线路与第一线路400的电流方向一致，各电容单元800的第二线路500和各电子元件的第二端线路通过在电路板本体200上设置过孔电连接，各电子元件的第二端线路与第二线路500的电流方向一致，使各电容单元800和电子元件形成并联。
69.可以理解的是，当设置为三层以上的结构时，相邻的电容单元800和电子元件之间、相邻两个电容单元800之间、或者相邻两个电子元件之间隔空。
70.在另外一些实施例中，作为分层设置的多个电容单元800的替代方案，可将多个电容单元800采用类似于串联结构的布置方式形成并联连接(未示出)。在电路板本体200上，各电容单元800的第一线路400相互连接，各电容单元800的第二线路500相互连接，使各电容单元800形成并联。
71.根据本发明的第二方面实施例，提供一种电路板，包括上述任一实施例的电容结构。包含上述电容结构的电路板，通过采用螺纹件100和过孔形成电容，能够将电容直接集成在pcb上，增加pcb结构上的紧凑性，并且结构相对简单，避免埋入式结构，降低pcb制作上的难度。
72.根据本发明的第三方面实施例，提供一种电容结构的制作方法，包括以下步骤：
73.s100、参照图3，选用采用绝缘材料制作的螺纹件100，在螺纹件100的外周镀上电容电极所需要的金属材料并形成第一电极层110。
74.其中，绝缘材料可以为聚丙烯、四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等树脂类材料。第一电极层110可采用电容电极所需要的金属材料，如铝。螺纹件100的顶部镀上金属材料，用于电路的连接和导通。
75.s200、参照图4，在电路板本体200上加工出第一过孔210。
76.s300、参照图5，对第一过孔210进行金属化，在第一过孔210的壁面镀上电容电极所需要的金属材料并形成第二电极层211，第二电极层211的材料与第一电极层110的材料一致。
77.在一些实施例中，在第一过孔210的壁面镀上电容电极所需要的金属材料时，预留
一缺口212不电镀。具体地，可以通过对第一过孔210进行沉铜，然后采用激光或者钻孔的方式在需要制作缺口212的位置把沉铜层去掉，最后再进行电镀，即可形成留有缺口212的第一过孔210。
78.s400、参照图6，对第一过孔210进行塞孔，在第一过孔210内填充形成电容介质所需的材料并形成第一孔塞320。第一孔塞320的材料与电容的介质相同或相近，可以为高分子聚合物，例如聚丙烯、四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等树脂类材料，也可以采用掺杂陶瓷颗粒的树脂或者掺杂氧化铝填料的树脂等。
79.s410、参照图7，对电路板本体200进行电镀，制作出第一线路400、第二线路500和电连接部600，并且第一线路400连接第一过孔210的壁面，电连接部600位于第一过孔210的上方，电连接部600与第一过孔210的壁面不接触，电连接部600与第二线路500连接，第二线路500穿过缺口212与电连接部600连接，螺纹件100穿过电连接部600并与电连接部600接触。
80.s500、参照图8，在第一孔塞320上加工出螺纹孔310并在外侧形成第一介质层300，并且螺纹孔310穿过电连接部600。
81.s600、参照图1，将螺纹件100旋入螺纹孔310。
82.本实施例的电容结构的制作方法，通过采用螺纹件100和在电路板本体200上加工第一过孔210形成电容，能够将电容直接集成在pcb上，增加pcb结构上的紧凑性，并且制作方法相对简单，避免埋入式结构，降低pcb制作上的难度。其中，螺纹件100采用绝缘材料，其外周镀上第一电极层110作为电容的一个电极，将螺纹件100旋入螺纹孔310后，与螺纹件100的外周相对的第一过孔210的壁面上镀第二电极层211作为电容的另一个电极，螺纹件100和第一过孔210的壁面之间填充第一介质层300作为电容介质，以此形成电容结构。可以通过螺纹件100旋入或者旋出螺纹孔310，调整螺纹件100旋入的深度，可调节不同的电容值。
83.在本发明的一些实施例中，除了在第一电极层110和第二电极层211件填充介质外，第二电极层211的外侧可以填充介质进行屏蔽。参照图9和图10，具体地，在步骤s200中，在加工出第一过孔210之前，在电路板本体200上加工出第二过孔220，在第二过孔220内填充介质并形成第二孔塞710；然后在第二孔塞710上加工出第一过孔210并在外侧形成第二介质层700，后续步骤相同。如此，即可将第一过孔210的壁面上的第二电极层211包裹于第一介质层300和第二介质层700之间。第二介质层700可采用聚丙烯、四氟乙烯、聚苯乙烯、聚碳酸酯等树脂类材料。
84.根据本发明实施例的电容结构及制作方法、电路板的其他构成以及操作对于本领域普通技术人员而言都是已知的，这里不再详细描述。
85.在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示意性实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
86.尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本
发明的范围由权利要求及其等同物限定。