印刷電路板設備和其制造方法

印刷電路板設備和其制造方法
【專利摘要】具有電磁干擾屏蔽的印刷電路板設備和制造該印刷電路板設備的方法。
【專利說明】印刷電路板設備和其制造方法

【技術領域】
[0001]本發(fā)明大體涉及一種印刷電路板組件(“PCBA”)以及電磁干擾(“EMI”)屏蔽部件。

【背景技術】
[0002]存在將包括印刷電路板(“PCB”)和安裝在PCB上的電子元件的PCBA與EMI屏蔽部件結合形成PCB設備的許多場合。例如，耳蝸植入系統(tǒng)中使用的聲音處理器可包括這樣的PCB設備。EMI屏蔽部件阻止PCB上的電子元件產生的電磁輻射干擾PCB上的其它電子元件。EMI屏蔽部件還可用于阻止電磁輻射放射到PCB設備之外，并且用于阻止外部產生的電磁福射干擾PCB設備的電子兀件。
[0003]一些傳統(tǒng)的EMI屏蔽部件包括在電子元件上方緊固至PCBA的一個或多個EMI封閉容器。本發(fā)明人已經(jīng)意識到，這樣的封閉容器盡管有效，但是卻會增加PCB設備的大小并且還增加了部件成本和組件成本。其它傳統(tǒng)的EMI屏蔽部件包括施加至PCBA的電絕緣涂層和施加在電絕緣涂層上的導電涂層。本發(fā)明人已經(jīng)意識到，傳統(tǒng)的基于涂層的方法需要被改進。例如，本發(fā)明人已經(jīng)意識到，傳統(tǒng)的基于涂層的EMI屏蔽部件不太適合用于三維PCBA，這是因為當PCBA被折疊成三維形狀時，所施加的絕緣涂層可能會出現(xiàn)裂縫，這會導致短路，并且所施加的導電涂層為難以合適地填充由折疊的PCBA限定的內部空間的比較薄的、基于溶劑的材料。


【發(fā)明內容】

[0004]根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的印刷電路板設備可具有包括印刷電路板第一部分和至少一個電子部件的印刷電路板組件第一部分、包括印刷電路板第二部分和至少一個電子部件的印刷電路板組件第二部分、位于印刷電路板組件第一部分和第二部分的一側的至少絕大部分上的非導電共形涂層、和填充印刷電路板組件第一部分上的非導電涂層和印刷電路板組件第二部分上的非導電涂層之間的內部空間的導電粘結劑。
[0005]根據(jù)本發(fā)明至少一個實施例的方法包括步驟:利用導電粘結劑填充由三維印刷電路板組件限定的內部空間，所述三維印刷電路板組件在朝向內部空間的一側的絕大部分上具有非導電涂層。
[0006]具有與這樣的設備和方法關聯(lián)的許多優(yōu)點。例如，本設備和方法省掉了在三維PCB設備中對EMI封閉容器的需求。本設備和方法還是或者還會得到這樣的三維PCB設備■?與采用傳統(tǒng)的基于涂層的EMI屏蔽技術生產的三維PCB設備相比，較少出現(xiàn)非導電材料的裂紋，并且結構更加堅固。
[0007]結合附圖，本發(fā)明參考下述具體說明變得更容易理解，從而本發(fā)明的上述特征以及許多其它特征將變得明確。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0008]示例性實施例的詳細描述將參考附圖予以說明。
[0009]圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的印刷電路板設備(“PCB設備”)的側視圖。
[0010]圖2為沿著圖1中的線2-2的剖視圖。
[0011]圖3為圖1示出的示例性PCB設備的端視圖。
[0012]圖4為示例性的印刷電路板組件(“PCBA”)的側視圖。
[0013]圖5為圖4示出的PCBA的剖視圖，具有施加在其上的示例性非導電涂層。
[0014]圖6為圖5示出的涂敷的PCBA的俯視圖。
[0015]圖7為呈三維形態(tài)的圖5和圖6示出的涂敷的PCBA的側視圖。
[0016]圖8為呈三維形態(tài)的圖7示出的涂敷的端視圖。
[0017]圖9為側視圖，顯示圖7和圖8示出的涂敷的三維PCBA被插入固定結構中。
[0018]圖10為側視圖，示出了導電粘結劑被送入位于固定裝置中的涂敷的三維PCBA的內部空間。
[0019]圖1OA為位于殼體中的示例性PCB設備的側視圖。
[0020]圖11為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例性方法的步驟的框圖。
[0021]圖12為示出了根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的示例性方法的步驟的框圖。
[0022]圖13為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的PCB設備的側視圖。
[0023]圖14為根據(jù)本發(fā)明的一個實施例的PCB設備的側視圖。
[0024]圖15為側視圖，示出了圖7和圖8示出的涂敷的三維PCBA被插入殼體中。
[0025]圖16為側視圖，示出了導電粘結劑被送入位于殼體中的涂敷的三維PCBA的內部空間。
[0026]圖17為位于殼體中的示例性PCB設備的剖視圖。
[0027]圖18為位于殼體中的示例性PCB設備的剖視圖。

【具體實施方式】
[0028]下文為實施本發(fā)明的當前已知的最佳方式的詳細說明。本說明書并非意在限定，而僅僅是出于示出本發(fā)明主要宗旨的目的。
[0029]如圖1-3所示，根據(jù)本發(fā)明的至少一個實施例的示例性印刷電路板設備(“PCB設備”)100包括印刷電路板組件(“PCBA”)102和電磁干擾(“EMI”)屏蔽部件104。本發(fā)明的實施例可包括多種PCBA。在示出的實施方式中，PCBA102包括具有第一相對剛性部108、第二相對剛性部110以及相對柔性部112的印刷電路板(“PCB”)106。多個電子元件114可安裝在PCB106上，所述多個電子元件中的一些會輻射EMI。這樣的電子元件114可包括但不局限于電容器、電阻器、電感器、晶體管、二極管、變壓器、集成電路、混合子組件和連接器。接地觸頭115 (圖6)在圖示的實施方式中位于PCB106的縱向端，但是在其它實施方式中也可位于其它任何合適的位置處。將在下文中更具體說明的示例性EMI屏蔽部件104包括非導電材料116和導電粘結劑118。非導電材料116阻止導電粘結劑118與PSBA導體和電子元件直接電接觸。非導電材料116可為涂覆在PCBA102的絕大部分表面上并且還遵循電子元件114的相應形狀的薄層形式，而導電粘結劑占據(jù)了由PCBA102限定的并且還沒有被非導電材料116層占據(jù)的內部空間126(圖7和8)。PCB設備100可通過導線、連接器、和/或PCB102的釬焊到其它部分的柔性延展部與底層裝置的其余部分(例如聲音處理器的其余部分)連接。
[0030]PCB106可包括傳統(tǒng)的部件，例如塑料基底(例如聚酰胺、玻璃纖維和環(huán)氧樹脂復合材料)和導電跡線，并且如本領域技術人員已知曉的那樣還可包括通過連接手段彼此連接的多個層。例如，PCB106可包括接地平面(未示出)，除了 PCB106的接地功能，所述PCB106還在PCBA102的與EMI屏蔽部件104相反的一側上提供EMI屏蔽。在圖示的實施方式中，第一 PCB部108、第二 PCB部110、和位于第一 PCB部108和第二 PCB部110上的電子元件114限定第一 PCBA部102-1和第二 PCBA部102-2，并且柔性部112限定第三PCBA部102-3。
[0031]在圖示的實施例中的非導電材料116形成為遵循PCB106的拓撲結構的薄層(例如大約0.005mm至0.250mm的厚度)，從而涂覆了電子元件114和PCB106的未被電子元件覆蓋的部分。由于非導電材料116遵循PCBA102的拓撲結構，因此非導電材料層的厚度將為恒定或至少大致恒定。在非導電材料116被施加之后將PCBA102彎曲、折疊或其它再塑形的情況下，非導電材料也應該具有足夠的柔性以能夠防止最終會導致短路的裂紋出現(xiàn)。合適的非導電材料116的一個示例為以Parylene為商品名稱銷售的化學氣相淀積的聚(對二甲苯)的聚合物。在很多情況下，PCBA102的兩側將在氣相淀積過程中均被涂覆。其它合適的非導電材料包括但不局限于氨基甲酸乙酯。
[0032]導電粘結劑118可為這樣的粘結劑:除了導電性外(例如，在一些實施方式中導電率大約2X10_4至1Χ10_3Ω.cm)，還具有相對高的粘結強度(例如在一些實施方式中，具有大約100-1500psi的搭接剪切強度、和對于2mmX2mm的硅晶片具有大約5_20kg/片的晶片剪切強度)，還具有相對高的粘性(例如，在一些實施方式中為大約2000至200000厘泊)，并且機械上比較穩(wěn)定，當它固化(或“硬化”)時不會收縮或僅僅會出現(xiàn)最低限度的收縮。這些性能允許導電粘結劑118在粘結劑固化后完全填充包括具有在涂敷的電子元件114之間的間隙124(圖5和6)的內部空間126(圖7和8)。如此，PCBA102的各電子元件114彼此EMI屏蔽。這些性能還確保了 EMI屏蔽部件104的固化的導電部分將粘結至非導電材料116和其它期望的結構(例如接地觸頭115和PCB106的沒有涂覆非導電材料的相鄰表面)。本發(fā)明不局限于任何特定的導電粘結劑，因此合適的示例包括金屬填充的環(huán)氧樹脂(即具有金屬顆粒的環(huán)氧樹脂)和金屬填充的有機硅粘結劑(即具有金屬顆粒的有機硅粘結劑)。合適的金屬顆粒包括但不局限于銀顆粒。
[0033]本發(fā)明還包括制造具有包括非導電材料和導電粘結劑的EMI屏蔽部件的PCB設備、例如示例性PCB設備100的方法。一個示例性方法示出在圖4-10中。
[0034]首先參見圖4，示例性的PCBA102以二維(或平面)形態(tài)示出。盡管PCBA102具有厚度、即PCB106和電子元件114的組合厚度，但當PCB的所有部分(例如圖4中PCB106的部分108、110和112)共面時，PCBA被認為處于二維形態(tài)。
[0035]轉至圖5和6，PCBA102的表面可例如通過化學氣相淀積、噴涂、或其它適當?shù)墓に囃扛灿蟹菍щ姴牧?16。PCB106的具有接地觸頭115的部分可被掩模，該部分會形成未涂覆區(qū)120和122。換句話而言，PCBA102的頂面(在圖示的定向上)的絕大部分被涂敷有非導電材料116。未涂敷的接地觸頭115最終將向導電粘結劑118提供電接觸點，以用于將EMI屏蔽部件104接地。在一個或多個接地觸頭位于PCB上的其他位置處(例如位于相鄰的電子元件之間)的其它實施方式中，這些位置也將被掩模以在這些接地觸頭上形成未涂敷區(qū)。如上所述，非導電材料116形成遵循PCB106的拓撲結構的薄層。如上文參考圖1-3所述的那樣，薄的、共形的涂層使得相鄰電子元件114之間的間隙124在進一步的工藝步驟后填充有導電粘結劑118，以在相鄰電子元件之間提供EMI屏蔽。
[0036]具有非導電材料116 (或“涂敷的PCBA”)的PCBA102然后可通過折疊、彎曲或其它適當?shù)姆椒◤膱D5和6示出的二維形態(tài)向圖7和8示出的三維(或非平面)形態(tài)再塑形。在圖示的實施例中，涂敷的PCBA被再塑形為涂敷的PCBA部102-1和102-2彼此面對面的大致的U形構造。第一相對剛性部108和第二相對剛性部110彼此平行，并且相對柔性部112被彎曲、折疊或以其它方式再塑形為U形基底。在這種構造中，涂敷的PCBA部102-1、102-2和102-3共同限定將在隨后被導電粘結劑118填充的內部空間(或“空間”)126。圖示的實施例中的內部空間126的大小大致等于第一 PCB相對剛性部108和第二 PCB相對剛性部110之間的體積減去電子元件114所占據(jù)的體積，并且包括間隙124。非導電材料116也占據(jù)了第一相對PCB剛性部108和第二相對PCB剛性部110之間的體積的一部分，但是這部分體積可以忽略不計。
[0037]為此，并且參考圖9和10，三維構造并且被涂敷的PCBA102此時可插入具有模具(未示出)的固定結構128。內部空間126(圖7和8)然后可填充以導電粘結劑118。換句話而言，導電粘結劑118將占據(jù)由PCBA部102-1、102-2和102-3和涂層116限定的、包括各電子元件114之間的間隙124的全部空間，如圖1-3所示。導電粘結劑118將被允許固化或者將固化(例如通過將溫度提高至室溫以上)，由此完成EMI屏蔽部件104。PCB設備100然后可從固定結構128和模具移出。此后，PCB設備100可插入將應用PCB設備100的裝置的殼體或箱體130 (或殼體或箱體的部分，例如耳蝸植入聲音處理器殼體的部分)，如圖1OA所示。
[0038]上述描述的示例性方法概括為圖11示出的流程圖。首先，將非導電材料施加至二維PCBA (步驟S01)。涂敷的PCBA然后再塑形為三維構造(步驟S02)，并且向由三維PCBA限定的內部空間填充導電粘結劑(步驟S03)。在此應當說明的是，“非導電材料”和“再塑形“的步驟可互換，如圖12所示，其中，非導電材料層的形成過程(例如化學氣相淀積過程)允許所述層在三維PCBA上形成。在圖12中，PCBA再塑形為三維結構(步驟S04)，然后將非導電材料施加至三維PCBA(步驟S05)上，并且向由三維PCBA限定的內部空間填充導電粘結劑(步驟S06)。
[0039]在此應當說明的是，本發(fā)明不局限于具有剛性一柔性一剛性構造的三部分式PCB組件、或不局限于示例性的U形。通過示例性的而非限定性的方式，圖13和14示出的示例性PCB設備10a和10b大致類似于PCB設備100，并且類似的部件由類似的附圖標記所指代。然而，在此，圖13示出的PCBA102a包括具有附加的柔性部112a和附加的相對剛性部109的PCB106a。轉至圖14示出的PCB設備100b，PCBA102b包括具有通過柔性部112b連接并且彼此面對面但沒有彼此平行的剛性部108b和IlOb的PCB106b。PCB設備10b還具有由非導電材料薄層和導電粘結劑形成的EMI屏蔽部件104，其中，所述薄層涂敷了 PCBA102b的絕大部分表面并且還遵循電子元件的相應形狀，導電粘結劑占據(jù)了由PCBA102b限定的但還沒有被非導電材料層占據(jù)的內部空間。
[0040]在一些情況下，在將PCBA插入將使用PCBA的裝置的殼體或箱體(或殼體或箱體的部分，例如耳蝸植入聲音處理器殼體的部分)后，導電粘結劑可添加至三維構造的并且被非導電材料涂敷的PCBA。例如圖15-17所示，在將三維構造的并且被非導電材料涂敷的PCBA102插入殼體130后，導電粘結劑118可分配入由PCBA限定的內部空間126 (參見圖7和8)。導電粘結劑118還可分配入殼體130的壁和PCB設備100之間的空間，以提供附加的EMI屏蔽和結構完整性。轉至圖18示出的示例性的PCB設備100c，在PCB106的另一側還具有電子元件114和/或裸露的導體的那些情況下，非導電材料116可施加至PCBA102的兩側。
[0041]盡管本文公開的本發(fā)明已經(jīng)以上述優(yōu)選實施例的方式予以描述，但是上述優(yōu)選實施例的多種修改和/或補充將對本領域技術人員是顯而易見的。通過助示例而非限定的方式，本發(fā)明包括說明書中公開的各種類型和實施例中的元素的未被描述的任意組合。本發(fā)明還包括含有上述描述的PCB設備的聲音處理器。本發(fā)明的范圍延及所有這樣的修改和/或補充，并且本發(fā)明的范圍僅由下述提出的權利要求所限定。
【權利要求】
1.一種印刷電路板設備，其包括: 印刷電路板組件第一部分，其包括印刷電路板第一部分和位于所述印刷電路板第一部分上的至少一個電子元件，和 印刷電路板組件第二部分，其包括印刷電路板第二部分和位于所述印刷電路板第二部分上的至少一個電子元件； 非導電共形涂層，其位于所述印刷電路板組件第一部分的一側的至少絕大部分上和所述印刷電路板組件第二部分的一側的至少絕大部分上； 所述印刷電路板組件第一部分和所述印刷電路板組件第二部分相對于彼此定位成使得所述印刷電路板第一部分面向所述印刷電路板第二部分，并且在所述印刷電路板組件第一部分上的非導電涂層和所述印刷電路板組件第二部分上的非導電涂層之間限定內部空間；以及 填充所述內部空間的導電粘結劑。
2.根據(jù)權利要求1所述的印刷電路板設備，其中， 所述印刷電路板第一部分和/或所述印刷電路板第二部分為剛性的。
3.根據(jù)權利要求1所述的印刷電路板設備，其中， 所述印刷電路板第一部分和/或所述印刷電路板第二部分為平面的。
4.根據(jù)權利要求1所述的印刷電路板設備，其中， 所述印刷電路板第一部分和所述印刷電路板第二部分基本上平行于彼此。
5.根據(jù)權利要求1所述的印刷電路板設備，進一步包括: 從所述印刷電路板組件第一部分延伸至所述印刷電路板組件第二部分的印刷電路板組件第三部分。
6.根據(jù)權利要求1所述的印刷電路板設備，其中， 所述非導電涂層包括選自包括聚(對二甲苯)的聚合物和聚氨酯的組的非導電材料。
7.根據(jù)權利要求1所述的印刷電路板設備，其中， 所述導電粘結劑包括高粘度導電粘結劑。
8.根據(jù)權利要求1所述的印刷電路板設備，其中， 所述導電粘結劑包括選自包括金屬填充的環(huán)氧樹脂和金屬填充的有機硅粘結劑的組的導電粘結劑。
9.根據(jù)權利要求1所述的印刷電路板設備，其中， 位于所述印刷電路板第一部分上的所述至少一個電子元件包括多個第一電子元件。
10.根據(jù)權利要求9所述的印刷電路板設備，其中， 在所述多個第一電子元件中的相鄰電子元件之間限定有間隙；并且 所述導電粘結劑位于所述間隙中。
11.一種制作印刷電路板設備的方法，該方法包括步驟: 利用導電粘結劑填充由三維印刷電路板組件限定的內部空間，所述三維印刷電路板組件在朝向所述內部空間的那側的絕大部分上具有非導電共形涂層。
12.根據(jù)權利要求11所述的方法，該方法進一步包括步驟: 利用非導電材料涂敷二維印刷電路板組件；以及 在所述涂敷步驟之后，將涂敷的所述二維印刷電路板組件再塑形為所述三維印刷電路板組件。
13.根據(jù)權利要求11所述的方法，該方法進一步包括步驟: 將二維印刷電路板組件再塑形為所述三維印刷電路板組件；以及 在所述再塑形步驟之后，利用非導電材料涂敷所述三維印刷電路板組件。
14.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中， 所述三維印刷電路板組件包括第一部分、面向第一部分的第二部分、以及連接所述第一部分和所述第二部分的第三部分。
15.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中， 所述第一部分和所述第二部分是剛性的并且所述第三部分是柔性的。
16.根據(jù)權利要求14所述的方法，其中， 所述第一部分和所述第二部分大致彼此平行。
17.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中， 所述非導電涂層包括選自包括聚(對二甲苯)的聚合物和聚氨酯的組的非導電材料。
18.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中， 所述導電粘結劑包括高粘性的導電粘結劑。
19.根據(jù)權利要求11所述的方法，其中， 所述導電粘結劑包括選自包括金屬填充的環(huán)氧樹脂和金屬填充的有機硅粘結劑的組的導電粘結劑。
20.根據(jù)權利要求12或13所述的方法，該方法進一步包括步驟: 在涂覆之前，將所述印刷電路板組件的具有接地觸頭的部分掩模。
【文檔編號】H05K1/11GK104303606SQ201280073257
【公開日】2015年1月21日 申請日期:2012年5月18日 優(yōu)先權日:2012年5月18日
【發(fā)明者】L·P·帕爾默 申請人:領先仿生公司