专利名称：具有内部电容器的印刷电路板的制作方法
技术领域：
本发明涉及具有内部电容器的电容性印刷电路板(PCB)，该电容器对安装在式形成在PCB上的元件起一个旁路电容的作用。
印刷电路板(PCB)一般都有接内部电源的部分和接地部分，它们与诸如安装在PCB上的集成电路那样的表面元件相连。在PCB的工作过程中，通常需要对PCB中接电源和接地部分之间出现的电压波动进行补偿，特别是当如集成电路那样的敏感元件安装在电路板上，并与工作电源和接地部分相连时。
上述类型的电压波动一般是由集成电路的导通和关断引起的，电压波动引起“噪声”，这要在许多情况下是不希望的和/或不能接受的。
解决这个问题的一种比较好的办法是装配电容器，这些电容器直接与集成电路和/或所选择的集成电路附近的接电源和接地部分相连。起初，表面电容器由表面元件构成，或单独安装在PCB的表面上，并且通过例如表面导线或金属化孔与各个元件或集成电路等相连。
对减小或最大限度地降低元件所不希望的电压波动来说，这种类型的表面电容器通常是有效的。然而，表面或旁路电容器并不是在所有的情况下都总是有效的。例如，电容器往往可能影响到集成电路式其它元件的“响应”，因为电容器不仅具有电容量，而且还是有电感量。
关于这一点人们知道的是很清楚的，即产生电感的原因是由于电流经过了导体，例如连接电容器和元件或接电源，这样的元件在不同的速度或频率下工作，一般就能看到不同的特性。因此，设计出来的PCB和元件阵列以及有关的电容器必须保证在高速和低速的情况下工作都能抑制噪声。
设计以上所讨论的PCB和元件阵列对印刷电路板设计领域的技术人员是很熟悉的。对本发明人来说，已经充分认识到采用单独和集成电路或元件相连的表面安装电容器，实质上将增加PCB的复杂程度和制造成本，并对其可靠性造成不必要的影响。
为了克服这些限制及其它原因，在先有技术中已经提出了许多电容性PCB。最初在1988年10月4日发表的Turek的美国专利4，775，573中公开了一种具有导电层和介电层的多层印刷电路板，这些层淀积于电路板的表面，以便对安装在电路板上的元件形成一个旁路电容器。
最近，在1991年4月30日发表的Sisler的美国专利5，010，641中公开了一种制造多层印刷电路板的方法，该电路板具有一完全处理过的介电材料，置于电路板中的接电源部分层和接地部分层之间。
此外，在1992年1月7日发表的Howard等人的美国专利5，079，069(该专利转让给Zgcon公司，受让人是本发明人)中公开了一种包括电容器叠层的电容性印刷电路板，以便对安装在PCB上的元件起到一个旁路电容的作用。
以上所公开的各种印刷电路板对它们想要达到的目的来说是适用的。然而，人们发现还有进一步加以改进的必要，以便提高PCB上元件的工作性能及简化PCB本身的结构和/或降低其成本。
因此，本发明的目的是提供一种具有内部电容器的电容性PCB，该电容器作为旁路电容元件，适合于与安装在式形成在PCB上的元件连接。
更具体地说，本发明的目的是提供这样一种具有内部电容器的电容性PCB，该电容器包括至少两层导电箔和一层中间介电层，介电层包括遍及介电层的隔离材料，以便使其厚度和构成其中的不变的介电常数的电介质保持均匀，隔离材料和电介质结合，在PCB的形成过程中和形成之后，保持厚度均匀和内部电容器的介电常数不变。
最好将隔离材料和电介质密切地和均匀地相互混合，以便保持厚度均匀和介电层的介电常数不变。
内部电容器可以用等于与之相连的元件的结合电容值的全部电容量构成，或者另外用实质上减少的电容量构成，因此，元件需要在主要是借用的电容下工作。
本发明另一个目的是用在原位的方法与PCB的最终形成过程同时全部形成或部分形成内部电容器，PCB的最终形成最好通过最终的叠层步骤进行。
本发明的再一个目的是用多个电容部件形成内部电容器，内部电容器中至少一层导电箔形成两个电容部件的一部分，内部电容器中介电层的数目等于其中的电容部件的数目，并且内部电容器中导电箔的数目等于其中的电容部件的数目加1。
本发明的其它目的和优点通过以下参照附图的说明会变得一目了然。
图1是本发明的电容性印刷电路板(PCB)的平面图。
图2是印刷电路板的一部分的局部放大图，表示安装在电路板上的如集成电路那样的元件通过金属化孔与其它元件和一个电源相连的情况。
图3类似于图2，表示安装排列在电路板上的元件的表面，这些元件与电路板上的其它元件或部件及电源通过表面导线相连。
图4是本发明的印刷电路板的剖面图，表示通过安排在PCB内的内部裤路电容组件，将电路板上的象征性表面元件与电源和接地部分相连的接点或导线。
图5是形成本发明的内部电容器一部分的介电层的局部放大剖面图。
图6是代表本发明的内部旁路电容组件的大致剖面图，强调了复合的电容器结构。
图7是内部旁路电容组件中部件的分解剖面图，表示生产的最佳方法。
图8类似于图6，代表了另一个生产相同内部旁路电容组件的制造步骤。
图9表示根据本发明的“在原位”方法，适合于形成电容性PCB的一种部件的分解组合法。
图10A、10B、10C和10D表示本发明的“在原位”过程，也是用来形成电容性PCB和通过PCB的最终叠层步骤在PCB中同时形成旁路电容部件。
图11和12表示本发明方法的其它实施例，用来在电容性PCB中“在原位”形成复合的旁路电容组件。
下面对用于电容性印刷电路权的一种内部旁路电容组件进行更详细的说明。特别要注意的是内部旁路电容器组件应便于制造并简化制造过程，最好将内部旁路电容器组件的叠层作为一个整体部件。内部旁路电容组件中的导电箔和介电层通过现有的工艺材料制成。然而应强调的是内部旁路电容组件也可以用叠层法之外的其它技术构成，并且也可以将导电箔式用于介电层的电介质加以改进。
了解PCB上元件所要求的基本电容量也是非常重要的。关于这一点，上述Zycon专利最初揭示了借用式共享电容的概念。根据借用式共享电容的概念，内部旁路电容组件能够满足表面元件所要求的电容量，即使元件所要求的全部电容量大于内部旁路电容组件的电容量。如上述专利所阐明的那样，根据元件的间歇式工作状态，做到这一点是完全可能的。因此，在任何时刻零件所要求的实际电容量仅仅是所有元件所要求的累积电容量的一部分。
即使本发明打算采用这一借用或共享电容的概念，了解以下内容也是很重要的，即本发明的内部旁路电容组件事实上能同时满足所有元件对累积电容的要求。存在这种可能性的根本原因是内部旁路电容组件的复合电容器结构，如在本发明的一个实施例中所显示的那样。由于下面将要更详细描述的电容组件的结构的原因，所以就有可能在电容组件中提供许多电容器部件，每个电容器部件都在电路板的表面延伸。用这种方式因此就可能采用本发明的内部旁路电容组件，在电容性PCB中极大地提高可得到的电容量。此外，通过利用显著地提高了介电常数的电介质，也有可能极大地提高电容组件的全部电容量。显著地提高电介质的介电常数被认为是可能的。因此，本发明不仅仅根据上述借用或共享电容概念设想出一种电容性PCB，而且还设想出一种电容性PCB，其中全部电容量等于甚至超过安装在PCB上的元件所要求的全部电容量。
除了便于更经济更可靠地生产电容性印刷电路板之外，本发明还发现通过复合旁路电容组件，使带有电容的大量元件改进了响应特性，类似于上述Zycon专利中的电容性印刷电路板。
通过调节，在整个电路板元件的频率范围内，在允许精细地调整电压和降噪方面，特别是在更低的频率，例如达到大约40MHz，得到同样的电压调整和降噪方面，本发明的复合电容器也类似于上述Zycon专利的电容器叠层，其中有限数量的表面电容器与复合电容器相互连接，如上述Zycon专利中对电容器叠层所作的描述那样。
先看图1，本发明的电容性PCB用10表示。除了下面要更详细描述的内部电容器叠层之外，电路板10是常规构造的电路板。因此，电容性印刷电路板10的外特性只作简单要说明，此外，印刷电路板的结构和设计问题也是本领域的技术人员所熟悉的。
对本发明来说，了解印刷电路板10是包括排列在经表面的大量元件12的那种类型就足够了。根据已知的印刷电路板技术，元件或部件可以排列在电路板的一面或两面，并且这些元件或部件可以包括两种有源元件，如集成电路、晶体管，等。这种有源元件甚至可以包括如真空管那样的元件。元件12也可以包括无源元件，如电容器、电阻器、电感器，等。
在设计如10那样的PCB中，如下面将它更详细地描述的那样，一般要用到电源，这是通过在印刷电路板本身的形如薄片的接电源和接地部分或导体来实现的。在PCB上安装元件的方法各不相同，有的与电源相连，有的互相连接。虽然这种设计思想一般有在本发明的范围内，但是下面参照图2和3仍对两种这样的结构作一下说明。
参照图2，如集成电路那样的有源元件图14表示，旁边是一个无源元件，具体说是一个电容器，用16表示。这些元件，特别是有源元件或集成电路14，代表了图1所示排列在印刷电路板上的许多元件。在图2所示的结构中，元件通过19所示的金属化或引线与印刷电路板中的电源部分和接地部分以及其它元件相连。在图2中，电容器16有两根导线或引线18，而集成电路14有16条引线，图中画出了以18表示的16个金属化孔或16条引线。其它导线用20表示，用于将印刷电路板上的各种元件相互连接。
另一种印刷电路板由图3表示，类似地图14′表示如集成电路那样的有源元件，它是用虚线画出的。因为从图3所示的底面看，它安装在印刷电路板的另一面或顶面。图3还画出了一个无源元件或电容器16′，它最好安装在印刷电路板的底面22上。在图3印刷电路板的安装表面，无论有源元件14′还是电容器16′都安装在表面导线或底座24上。根据印刷电路板已知的技术，底座24便于元件的表面安装，通过上述必要的表面导线和金属化或引线，使元件相互连接以及与电源连接，例如内部电源和接地部分。
参照图2和图3，本发明设想采用电容器叠层形式的内部电容层取代大量的表面电容器。因此，虽然印刷电路板10中大多数表面电容器已被本发明的电容器叠层所取代，但是至少为了达到低频调整的目的，也还需要保留图2和图3中所示的有限数量的表面电容器，这在下面将要更详细地讨论。
图4是图1的电容性PCB10的剖面图，表示本发明的复合旁路电容器或电容组件26，它在印刷电路板10的内部或表面形成内部电容元件。复合旁路电容器26包括导电箔28、30、32和34，最好由铜制成，在相邻的一对箔之间是介电层36。最好由导电箔28、30、32和34构成印刷电路板的接电源部分和接地部分。这种结构，特别是接电源和接地部分，已属先有技术，因此没有必要再作进一步的讨论。具体地说，箔28和32是接电源部分，箔30和34是接地部分。
相应于图2中的集成电路的表面安装元件14′安装在图4电路板的表面，并分别由接电源引线和接地引线38和40与导电箔相连。接电源引线38与导电箔28和32相连，而在另外的导电箔30、34的对应部位有孔(未示出)。同样，接地导线40穿过导电箔28和32中的孔，而与导电箔30和34电连接。以这种方式将表面元件14′与接电源和接地部分连接。用42表示的信号导线用来连接元件或进行PCB中所需要的其它连接。
现在参照图5，本发明的每一介电层既包括隔离材料37A，也包括电介质37B。在图5中，画出了图4中的一层介电层，该层最好是36A表示的最上一层介电层。但应注意的是，在本发明的两个实施例中应用的其它介电层的结构和形成方法都类似。
特别是用37A表示的隔离材料最好由用于常规印刷电路板中的聚酯层的玻璃纤维精细地分开。如图5所示，玻璃纤维股37A均匀地和多方向地穿过介电层，以便在介电层中提供一般不可压缩的部件。在叠层过程，包括PCB的最终叠层步骤中，介电层的不可压缩性是非常重要的。在叠层过程中，显然有非常高的温度和压力加在PCB上，隔离材料37A的作用是无论在PCB的形成过程中还是在以后的过程中，都保持介电层的间隔3均匀。
同时，隔离材料31A和电介质37B紧密、均匀地相互混合。电介质37B例如可以是环氧树脂和其它材料的混合物，最好选择具有较高介电常数的材料。这些材料对本领域的技术人员来说是熟悉的。
此外，电介质37B可以是处理过的，也可以是未处理过的。印刷电路板领域中的技术人员知道，在这些材料包括进叠层之前，最初是未处理的。在叠层过程中通过加热加压，电介材料被处理，同时与相邻的材料层紧密结合。在本例中，介电层36A经处理与导电箔28和30紧密结合。
在任何情况下，紧密、均匀地相互混合的隔离材料37A和电介质37B构成了本发明的新颖的用途，即能保持介电支基本的均匀厚度(由于有了隔离材料37A)，同时还保持了介电层的均匀的介电常数(因为电介质37B的介电常数较高)。
关于这一点应懂得，在本发明中还可以用隔离材料和电介质的其它结合来代替作为最佳隔离材料描述的玻璃纤维和作为电介质37B描述的混合的环氧树指和电介质。此外还应懂得，根据本发明，每一介电层都包括用于保持均匀厚度的隔离材料和用于将不变的介电常数保持在一个适当水平的电介质。
现在参照图6，本发明的一个实施例包括复合电容器组件，这里更详细地分别用36A、36B和36C表示该复合电容器组件的三层介电层。图6的复合电容器组件新颖地包括在两个不同的电容器部件中的内导电箔30和32。由此看来，每个电容器部件都包括介电层36A、36B和36C中的一层。第一电容器部件包括介电层36A，以及接电源和接地部分28和30。第二电容器部件包括介电层36B，以及接地和接电源部分30和32。第三电容器部件包括介电层36C，以及接电源和接地部分32和34。
从上面的说明可以看到，图6中的复合旁路电容组件26包括三个电容器部件。同时，电容组件26包括三层介电层，其层数等于电容组件中的电容器部件的个数。电容组件还包括四层导电箔，其层数等于电容器部件的个数加1。
通过上述总结可以看到，本发明的一个特别重要的特征是电容组件综合利用一层或多层导电箔，每一层导电箔处于两个不同的电容器部件之中。这样便降低了电容组件的成本，因为导电箔是电容组件中最昂贵的部分。同时，电容组件的复合结合也使电容组件26的结构特别紧凑，极大地便利了生产。
通过以上对复合旁路电容组件26结构的描述可以看到，仅仅增加电容器部件的个数就能极大地提高PCB10或10′的整体电容量。
从以上总结还可以看到，本发明构想的电容组件具有至少三层导电箔和夹在相邻一对箔之间的介电层。具体地说，本发明的电容组件26包括四层或四层以上的导电箔，如图6所示，还有三层或三层以上的介电层，每一介电层都以所示的最佳方式夹在相邻的一对箔之间。
再回过来看图4，可以看到，从电容组件26的上侧数，奇数导电箔是接电源部分，而偶数导电箔是接地部分，它们用例如图4所示导线34和36分别加以连接。
复合电容器26旨在为安装在PCB10或10′上的全部或大部元件提供所必需的电容量。这些元件可以通过分别由图2和图3所示的单独的金属化孔或表面导线与接电源部分和接地部分相连。
由于组装在一起的元件要求的电容量非常大，所以复合电容器26最好运用如上所述的借用电容概念，其中复合电容器26的总电容量小于PCB10或10′上所有元件所要求的全部电容量。然而如前所指出的那样，基于元件随机工作的概念，用复合电容器26中的组装在一起的电容器部件为使每个单独的元件能正常工作，已经提供了充足的电容量。
虽然电容组件26适合于在借用电容的概念基础上工作，但是复合电容器26却也能极大地提高其总电容量。当然，最初可以通过在复合电容组件26中增加电容器部件的数目来提高其总电容量。此外，例如通过采用在介电层36中介电常数高许多的电介质，也可以大大提高电容组件26中每个电容部件单位面积的电容量。
在任何情况下，虽然本发明的复合电容组件26设想是在借用电容的基础上工作的，但是本发明也还存在着这种可能性，即复合电容组件26也能极大地提高其总电容量，该电容量或接近或等于PCB10或10′上的所有元件所要求的全部电容量。
如上所述，为了使结构紧固或自身固定，也为了根据借用电容的概念使足够多的电子流动或电流流动，每层导电箔的单位面积要有足够量的铜。具体地说，每平方英尺的导电箔至少有大约0.5盎司的铜，这种量一般能使箔的厚度达到大约0.5密耳，更准确点说是大约0.6-.07密耳。为了满足在特殊应用中接电源部分和接地部分之间施加高电压或承载大电流的需要，导电层的厚度也可以提高。最好每平方英尺的导电层包括大约1-2盎司的铜，这种最对应的单层导电层的厚度大约为1.2-2.4密耳。最佳方案是每平方英尺的导电箔有1盎司的铜，厚度大约为1.2-1.4密耳，以便获得电容器叠层26的最佳性能。每层导电箔的含铜量也是在保证使导电层28和30叠进复合电容组件26之前结构晨固的前提下选出的最小值。
介电层36的组分和厚度是这样选择的，以便根据借用电容的概念获得所需的电容量，并且也是为了使介电层36置入复合电容组件之前和之后有坚固的结构。
本发明最好应用介电常数至少大约为4的电介质。在目前的工艺条件下广泛适用的电介质的介电常数大约为4-5。此外，也可以配制电介质的成分，此如陶瓷填充环氧树脂，介电常数例如可升高到10。这样，本发明考虑采用介电常数至少大约为4的材料，最好在大约4-5之间，至少对本实施例的一种特定组分来说，介电常数最好大约为4.7。然而如上所讨论的那样，也可以设想有高得多的电容量。
通过将织网成分和树脂成分结合在一起得到最佳介电常数，以便满足对介电常数和结构坚固性的要求，织网成分可以包括聚合物，例如聚四氟乙烯(可用商标为TEFLON和GORETRX的产品)和环氧树脂。然而，织网成分最好由玻璃制成，它是一种石英变体，但最好是二氧化硅，制成的玻璃为线状，然后编织在一起形成填充所选择的树脂的片。选择树脂一般使其具有阻燃特性，可以包括材料如氰酸盐酯、聚酰亚胺、卡普顿材料及其它已知的电介质。然而，再次考虑到在PCB生产中应用树脂的现有的工艺条件，树脂最好是环氧树脂。
由单层玻璃织网层构成，并含有重量约占70.0%的树脂的介电层具有如上所述的最佳介电常数4.7，同时也显示出在厚度大约为1.5密耳时的良好的结构坚固性。
选择本发明中的介电层的厚度不仅仅是为了获得所要求的电容量，而且也是为了保证电性能完好，特别是防止在复合电容器26中导电箔之间短路。一般的做法是对与介电层相邻的导电层的表面进行处理，以便提高复合电容器26内的粘合力。这种粘合力不仅对加强结构的坚固性是必要的，而且还保证了适合的电性能。对导电箔的相邻表面的典型处理办法是用锌或黄铜(一种铜锌合金)淀积，通常通过电镀，以便用PCB领域中的技术人员熟悉的方式形成粗糙的表面。这些粗糙的表面出现了“牙”，提高了与层36中的电介材料的机械粘合程度。
本发明的其它方面可以通过导电箔28、30、32和34的特性看到。根据一般的做法，每层导电箔通常有一毛面或“牙”面以及一研磨而或光面。导电箔“牙”面的表面不均匀度要大于相反侧的光面。这种导电箔的商品供应渠道很多，包括GouldElectronics和TexasInstruments。由铜制成的导电箔可以从Gould得到，商品名为“JTC”FOIL，如Gould公报88401(Gorld，Inc、于1989年三月出版，俄亥俄州，Eastlake)中所述。其它的导电箔可以从Gould得到，商品名为OWPROFILE“JTC”FOIL和“TC/TC”DOUBLETREATEDCOPPRERFOIL，它们分别在公报88406和88405(二者都由Gould，Inc.于1989年三月出版)中有说明。
在本发明的电容器组件26中，箔的粗糙面较大的表面不均匀性对上述最佳介电层尺寸来说一般是超过了。这是本发明的一种考虑，因为对两层内导电箔30和32而言，它们的两个表面都用于不同的电容器部件。为了保证“电容完整性”，即不出现短路等，本发明设想出许多不同的途径来解决这一问题。
开始可以增加与导电箔的粗糙面相邻的介电层36的厚度，以便保证在相对的导电箔的所有表面部分之间有足够的间隔。另外，箔的粗糙面的表面不均匀度例如通过进一步辗压和磨光可以减小。一般地，辗压是对压紧可延展的箔材料而言的，以便减小其粗糙面的表面不均匀度。在磨光或研磨过程中，还是为了减小粗糙面的表面不均匀度，粗糙面上会去除一些导电箔材料。如果要去除多余材料的话，那么在应用磨光或研磨技术时就需要厚一些的导电箔。
还是为了减小表面的不均匀度，另一种方法是用氧化物涂覆导电箔的粗糙面。考虑到这一点，导电箔的两个表面最好都用常规方式进行表面处理，以便保证与相邻层，在本发明中是电介材料36，粘合。
在任何情况下，通过上述一种或多种技术，就可以将导电箔的相对面上的不同表面不均匀度减至最小和/或消除。
通过以上描述，确信对电容性PCB10或10′的工作过程已经清楚了。下面将参照图7和8说明形成复合旁路电容组件26的最佳方法。
先看图7，先通过常规的叠层步骤形成电容器叠层40和42，电容器叠层40包括接电源部分28′。接地部分30′和介电层36A′。另一电容器叠层42可以用类似方法形成，它包括接电源部分32′和接地部分34′，还有夹在这两部分之间的介电层36C″。
接下来是用常规方式处理电容器叠层40和42，对内导电箔30′和32′进行刻蚀，如图7所示，目的在于形成为穿过图4中的导线38、40和42所必需的通孔。
这之后将未处理层36B′置入经刻蚀的箔30′和32′之间。然后，对电容器叠层40和42以及未经处理的介电层36B′一起进行层压和处理，还是用常规的方式，形成完整的复合旁路电容叠层26′，如图8所示。在全部电容组26′叠入其它图中以10或10′表示的PCB之前，随着复合旁路电容组件26′叠层的完成，还是如图8所示，对导电箔28′和34′进行刻蚀。
因此，以上已经描述了根据本发明构造和生产的各种复合旁路电容组件或内部电容器及电容性PCB的实施例。
本发明的另一实施例将参照图9-12予以描述，图中表示了根据本发明的“在原位”的形成电容性PCB的过程，并且同时在PCB中形成一个内部旁路电容器的过程。现参照图9，分解的组件用44表示，由此根据本发明的“在原位”方法形成图1-4中用10和10′表示的电容性PCB。因此，组件44包括位于介电层32′两侧的导电箔28′和30′，以形成电容器部件26′。在图9的组件中，很重要的一点是要注意介电层32′未经处理，或按照常规的PCB技术是处于所谓的“B”阶段。另外的PCB层如40′和42′位于导电箔28′和30′的相反侧。最好层40′和42′分别叠在导电箔28′和30′上，这样在它们叠入组件44之前，就能对导电箔进行刻蚀。甚至更好的是使导电箔28′和30′分别成为PCB10′的接电源部分和接地部分。根据常规的PCB做法，导电箔或接电源部分和接地部分28′和30′的一部分要被刻蚀掉或去掉。这样就能在PCB中形成通孔，以便让图4中的导线38、40和42穿过。
另外的导电箔46和48可以叠在层40′和42′的外表面，层40′和42′是由电介质构成的，所以在叠加导电箔28′和30′以及外层箔46和48期间，它们当然转到完全处理或所谓的“C”阶段。
至于图9中的组件44的各部分，要在常规的最终叠导致步骤中被施加热的压力，这是印刷电路板领域中的技术人员所熟悉的，以便形成图1-4中用10或10′表示的PCB，同时“在原位”形成或叠成包括导电箔28′和30′以及介电层32′的电容器部件26′。在最终叠层步骤中，介电层32′叠压在导电箔28′和30′上，同时以类似于其它层40′和42′的方式，转到完全处理或“C”阶段条件。
下面将参照图10A-10D更为详细地描述本发明的方法。先看衅10A，得到了成形成了一个初始的叠层生成物50，包括完全处理过的介电层40′以及叠压在或粘合在它相反两侧的导电箔28′和46′。
参照图10B，导电箔28′形成例如PCB的一个接电源部分，然后对导电箔28′进行刻蚀，其原因在上面已经详细说过了。
参照图10C，以与叠层生成物50类似的方式形成另一叠层生成物52。叠层生成物52包括另一PCB层42′以及导电箔30′和48′。导电箔30′最好成为最后得到的PCB的接地部分，并且像图10C中的导电箔28′那样类似地进行刻蚀。
继续参照图10C，未经处理的层32′位于叠层生成物50和52之间，因此与两层导电箔或接电源部分28′和接地部分30′相邻。
叠层生成物50和52排列在未经处理的介电层32′的相反两侧，如图10C所示，在如上所述的常规最终叠层步骤中被施加热和压力，以便形成PCB，同时“在原位”形成包括介电层32′以及导电箔28′和30′的电容器部件26′。这里最终叠层步骤再次将未经处理的介电层32′转到如上所述的完全处理或“C”阶段条件，参照图10C描述的最终叠层步骤最终完成了电容性PCB10′，如图10D所示。
以上具体参照图9和10A-10D说明的方法也可以用来在最终叠层步骤中，以类似于电容器部件26′的方式，在PCB中形成附加电容器部件。图中没有画出这种结构，但一般可包括一个或一个以上的如26或26′表示的附加电容器部件，以类似方式在PCB的最终叠层步骤中形成，并且最好由另外的PCB层(未示出)隔开。
本发明的方法还能形成复合旁路电容器组件那样的电容器部件，该方法参照图11和12说明。
先看图11，一个分解组件54包括类似于图10A-10D的叠层生成物50和52的叠层生成物50′和52′。另一叠层生成物56在叠层生成物50′和52′之间，位于组件54的中央。叠层生成物56包括叠压在导电箔60和62上的经完全处理的介电层58。
在上述组件中，导电箔28′和62最好是从图11的组件得到的PCB的接电源部分，而导电箔30′和60则是PCB的接地部分。如果需要，在所有的导电箔28′、30′、60和62分别叠压在各自的支撑介电层之后，可以以它们进行刻蚀。
然后，未经处理的介电层64和66分别置于导电箔28′、60之间和30′、62之间。之后对组件54的各部分施加热和压力，再次以常规方式在最终叠层步骤形成PCB，同时“在原位”形成复合旁路电容组件64。组件64包括三个电容部件，它们分别由导电箔28′和60及介电层64、导电泊60和62及介电层58、导电箔30′和62及介电层66构成。介电层64和66当然在最终叠层步骤转到完全处理或“C”阶段条件。在组件64中还可以看到某些导电箔，具体说是60和62，属于多个电容器部件，使最终得到的PCB具有更高的效率和增大的电容量。
现参照图12，另一个形成电容性PCB的分解组件图68表示。组件68包括类似于图11的叠层生成物的叠层生成物50′、52′和56′。此外，组件68还包括另一叠层生成物70，它是由叠压在介电层76上的导电箔72和74构成的。
分别用78、80和82表示的未经处理的电介材料随后分别置于相邻的导电箔对28′、60′;62′、72和30′、74之中。然后在常规的最终叠层步骤中类似地对组件68和各部分施加热和压力，形成最终的PCB，同时“在原位”形成复合旁路电容组件84，它包括五个电容器部件，分别由相邻的导电箔和插入的介电层构成。
从以上结合图11和12对本发明的方法所作的说明可以看出，另外的电容器部件可以通过叠层或将未经处理的介电层转到完全处理的条件形成，而其它电容器部件在上述最终叠层步骤之前叠加在一起。考虑到这一点，本发明的基本之处是至少有一个电容器部件通过将未经处理的介电层转到如上所述的完全处理的条件形成。
再次需要注意的是，上述参照附图描述的电容性PCB旨在对安装在电路板上的全部或大部元件提供所必需的电容量。元件可以或通过单独的金属化孔或通过表面导线与接电源部分和接地部分相连，如图2和3所示。在力11和12所示的复合旁路电容组件中，接电源部分和接地部分分别连接，以便保证每个组件中的电容部件在并联情况下工作。
由于组合在一起的元件所要求的电容量很大，所以本发明的电容性PCB最好应用上述的借用电容概念，其中任何电容性PCB中的电容部件的全部电容量小于所有元件所要求的全部电容量。然而如上所指出的那样，本发明设想任何电容性PCB可以被提供等于或大于元件所要求的积累电容量的足够的电容量。这当然使得PCB上的所有元件都能同时工作。如上所述，通过增加PCB中电容部件的个数，和/或在电容部件中采用介电常数较大的材料，都能得到更大的电容值。
如上所述，为了使结构坚固或自身固定，也为了根据借用电容的概念使足够多的电子流动或电流流动，电容性PCB中的导电箔的单位面积最好要有足够量的铜或导电材料。具体地说，每平方英尺的导电箔至少有大约0.5盎司的铜，这种量一般能使箔的厚度达到大约0.5密耳，更准确点说是大约0.6-0.7密耳。为了满足在特殊应用中接电源部分和接地部分之间施加高电压或承载大电流的需要，导电层的厚度也可以提高。最好每平方英尺的导电层包括大约1-2盎司的铜，这种量对应的单层导电层的厚度大约为1.2-2.4密耳。最佳方案是每平方英尺的导电箔有1盎司的铜，厚度大约为1.2-1.4密耳，以便获得电容器叠层的最佳性能。每层导电箔的含铜量也是在保证使导电层叠进电容部件之前结构坚固的前提下选出的最小值。
介电层的组分和厚度是这样选择的，以便根据借用电容的概念获得所需的电容量，并且也是为了使介电层置入复合电容组件之前和之后有坚固的结构。
本发明最好应用介电常数至少大约为4的电介质。在目前的工艺条件下广泛适用的电介质的介电常数大约为4-5。此外，也可以配制电介质的成分，此如陶瓷填充环氧树脂，介电常数例如可升高到10。这样，本发明考虑采用介电常数至少大约为4的材料，最好在大约4-5之间，至少对本实施例的一种特定组分来说，介电常数最好大约为4.7。然而如上所讨论的那样，也可以设想有高得多的电容量。
通过将织网成分和树脂成分结合在一起得到最佳介电常数，以便满足对介电常数和结构坚固性的要求。织网成分可以包括聚合物，例如聚四氟乙烯(可用商标为TEFLPN和GORETEX的产品)和环氧树脂。然而，织网成分最好由玻璃制成，它是一种石英变体，但最好是二氧化硅，制成的玻璃为线状，然后编织在一起形成填充所选择的树脂的片。选择树脂一般使其具有阻燃特性，可以包括材料如氰酸盐酯、聚酰亚胺、卡普频材料及其它已知的电介材料。然而，再次考虑到在PCB生产中应用树脂的现有的工艺条件，树脂最好是环氧树脂。
由单层玻璃织网层构成，并含有重量约占70.0%的树脂的介电层具有如上所述的最佳介电常数4.7，同时也显示出在厚度大约为1.5密耳时的良好的结构坚固性。
选择本发明的电介质的厚度不仅仅是为了获得所要求的电容量，而且也是为了保证电性能完好，特别是防止在电容部件中导电箔之间短路。一般的做法是对与介电层相邻的导电层的表面进行处理，以便提高电容部件内的粘合力。这种粘合力不仅对加强结构的坚固性是必要的，而且还保证了适合的电性能。对导电箔的相邻表面的典型处理办法是用锌或黄铜(一种铜锌合金)淀积。通常通过电镀，以便用PCB领域中的技术人员熟悉的方式形成粗糙的表面。这些粗糙的表面出现了“牙”，提高了与电介质的机械粘合程度。
本发明的其它方面可以通过导电箔的特性看到。根据一般的做法，每层导电箔通常有一毛面或“牙”面以及一研磨面或光面。导电箔“牙”面的表面不均匀度要大于相反侧的光面。这种导电箔的商品供应渠道很多，包括GouldElectronics和TexasInstruments。由铜制成的导电箔可以从Gould得到，商品名为“JTC”FOIL，如Goruld公报88401(Gould，Inc.于1989年三月出版，俄亥俄州，Eastlake)中所述。其它的导民箔可以从Gorld得到，商品名为LOWPROFILE“JTC”FOIL和“TC/TC”DOUBLETREATEDCOPPERFOIL，它们分别在公报在公报88406和88405(二者都由Gould，Inc，于1989年三月出版)中有说明。
在本发明的电容组件中，箔的粗糙面的较大的表面不均匀性对上述最佳介电层尺寸来说一般是超过了。这是本发明的一种考虑，因为对某些导电箔而言，它们的两个表面都用于不同的电容器部件。为了保证“电容完整性”，即不出现短路等，本发明设想出许多不同的途径来解决这一问题。
开始可以增加与导电箔的粗糙面相邻的介电层的厚度，以便保证在相对的导电箔的所有表面部分之间有足够的间隔。另外，箔的粗糙面的表面不均匀度例如通过进一步辗压和磨光可以减小。一般地，辗压是对压紧可延展的箔材料而言的，以便减小其粗糙面的表面不均匀度。在磨光或研磨过程中，还是为了减小粗糙面的表面不均匀度，粗糙面上会去除一些导电箔材料。如果要去除多余材料的话，那么在应用磨光或研磨技术时就需要厚一些的导电箔。
还是为了减小表面的不均匀度，另一种方法是用氧化物的涂覆导电箔的粗糙面。考虑到这一点，导电箔的两个表面最好都用常规方式进行表面处理，以便保证与相邻层，在本发明中是介电层，粘合。
在任何情况下，通过上述一种或多种技术，就可以将导电箔的相对面上的不同表面不均匀度减至最小和/或消除。
因此，以上描述了各种在最终叠层步骤期间在PCB中“在原位”形成电容部件的方法。
除了以上说明的本发明的各种实施例之外，本领域的技术人员显然还能提出各种修改和改进意见。因此，本发明的范围仅由下面的权利要求书限定，同时权利要求所说的内容也可以作为本发明的进一步的实例。
权利要求
1.一种具有内部电容器的印刷电路板(PCB)，其特征在于能够为安装在或形成在PCB上的许多元件提供电容，内部电容器包括两层导电箔和一层中间介电层，导电箔的介电层的尺寸与在其中形成层的PCB的尺寸相似，介电层包括遍及介电层的隔离材料，以便使其厚度和构成其中的不变的介电常数的电介质保持均匀，PCB经过最终的叠层步骤，介电层的隔离材料和电介质使其厚度保持均匀，并使PCB中的内部电容的介电常数保持不变。
2.权利要求1所述的PCB，其中隔离材料和电介质紧密、均匀地相互混合，以便在形成PCB的最终叠层步骤期间和之后，都能保持其厚度均匀，并使介电层的介电常数保持不变。
3.权利要求2所述的PCB，其中隔离材料精细地分成玻璃纤维，均匀地多方向地遍布介电层排列。
4.权利要求2所述的PCB，其中介电层具有至少大约0.5密耳的均匀厚度。
5.权利要求2所述的PCB，其中介电层选择厚度值和介电常数，以便向每个单独的元件提供与该单个元件成比例的内部电容顺的一部分电容值，以及借用的与其它元件成比例的内部电容器的其它部分电容值，内部电容器的电容作用取决于元件的随机起动和运行情况，导电箔具有的最小导电率要允许足够大的电流流动，这种电流是向每个单独的元件提供为使其正常运行的充分的借用电容量所必需的。
6.权利要求2所述的通过一种“在原位”的方法形成的PCB，其中介电层最初是未经处理的，导电箔作为层与未经处理的介电层两个面相邻，并置于其它PCB层之间，在最终叠层步骤中，导电箔叠压在介电层上并处理介电层，同时形成PCB和内部电容器。
7.权利要求6所述的PCB，其中导电箔与相邻PCB粘合，在导电箔置入PCB之前，它的一部分要刻蚀掉。
8.权利要求7所述的PCB，其中与PCB相邻的层也是介电层，并且还包括内部电容器中的另外的导电箔，因此，由介电层与包括进两个相邻的电容部件的至少一层导电箔构成复合电容部件。
9.权利要求2所述的PCB，其中内部电容器包括至少三层导电箔，具有预定介电常数的介电层分别置于相邻一对的导电箔中，形成多个电容部件，从内部电容器的一倒数的第一和第三导电箔连在一起，因此至少一层导电箔属于两个电容部件的一部分，内部电容器还包括将多个电容部件与表面元件相连的装置。
10.权利要求9所述的PCB，进一步包括至少四层导电箔，具有预定介电常数的介电层分别置于相邻一对的导电箔中，形成多个电容部件，从内部电容器的一侧数的奇数层导电箔连在一起，偶数层导电箔连在一起，内部电空器中介电层的数目等于电容部件的数目，而内部电容器中导电箔的数目等于其中电容部件的数目加1。
11.权利要求10所述的PCB，其中内部电容器或它的一部分在置入PCB之前是作为一个整体部件形成的。
全文摘要
一种具有内部电容器的印刷电路板(PCB)，至少有两层导电箔和一层中间介电层，介电层含隔离材料，以便使其厚度均匀，介电常数不变。隔离材料和电介质在形成PCB的最终叠层步骤中保持厚度均匀，并使内部电容器的介电常数不变。内部电容器依赖于借用的电容，它的总有效电容小于与之相连的元件所需的电容之和。通过“在原位”法，至少有一部分内部电容器与PCB的最终形成同时形成。另外，内部电容器也可由多个电容部件构成。
文档编号H05K1/16GK1082306SQ92109210
公开日1994年2月16日 申请日期1992年8月8日 优先权日1992年8月8日
发明者詹姆斯·R·哈伍德, 格瑞格润·L·拉科斯 申请人:奇康公司