專利名稱：印刷電路板及用于在印刷電路板中嵌入電池的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及印刷電路板領(lǐng)域，更具體地，涉及在印刷電路 板中嵌入電池。
背景技術(shù)：
印刷電路板(PCB)構(gòu)成電子器件的主要功能部分。PCB具有印 刷在介電襯底上的導(dǎo)線。印刷該導(dǎo)線是為了構(gòu)成互連與PCB集成的各 種電子元件的電路圖案。所述電子元件可以是電阻器、電容器、二極 管、晶體管、集成電路(IC)等等。另外，PCB需要向與PCB集成的 電子元件供電的電源。
存在用于對(duì)電子器件中與PCB集成的電子元件提供諸如電池的電 源的現(xiàn)有方案。 一種此類現(xiàn)有方案包括在電子器件中提供常規(guī)電池包 (battery package)。在此類方案中，將常規(guī)電池包單獨(dú)地附著于PCB并 向與PCB集成的電子元件供電。通過使用接觸或焊接來實(shí)現(xiàn)常規(guī)電池 包與電子元件之間的連接。所述常規(guī)電池包可以是常規(guī)可再充電電池 或印刷在諸如紙張的柔性襯底上的電池。
然而，此類方案的缺點(diǎn)在于與電子器件中的PCB分離地提供常規(guī) 電池包。保持電池與PCB分離可能需要用于電池與電子器件之間的連 接的特殊附著，而具有用于連接的特殊附著是不適宜的。因此，需要 有一種新PCB和一種用于在PCB中嵌入電池的新方法。


附圖中通過示例而非限制性地示出本發(fā)明，其中相同的附圖標(biāo)記 指示類似的元件，在附圖中-.圖1是依照本發(fā)明實(shí)施方案的印刷電路板的側(cè)視圖。 圖2是依照本發(fā)明實(shí)施方案的印刷電路板的俯視圖。 圖3是示出依照本發(fā)明實(shí)施方案的用于在印刷電路板中嵌入電池 的方法的流程圖。
技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到圖中的元件是為了簡潔和清楚起見而示出 的，并且不一定按比例繪制。例如，圖中的某些元件的尺寸可以相對(duì) 于其它元件放大以幫助改善對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案的理解。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的各種實(shí)施方案提供了一種印刷電路板和一種用于在印刷 電路板中嵌入電池的方法。該方法包括將電池連接到第一內(nèi)部焊盤和 第二內(nèi)部焊盤，以及形成用于電連接第一內(nèi)部焊盤和第一外部焊盤的 第一電池觸點(diǎn)。該方法還包括將第一電池觸點(diǎn)電隔離，以及形成用于 電連接第二內(nèi)部焊盤和第二外部焊盤的第二電池觸點(diǎn)。
本發(fā)明的各種實(shí)施方案還提供了一種印刷電路板。該印刷電路板 包括多個(gè)核心層和嵌在所述多個(gè)核心層中的兩個(gè)之間的電池。該印刷 電路板還包括連接到第一電池接觸焊盤的第一外部焊盤和連接到第二 接觸焊盤的第二外部焊盤。
在詳細(xì)地描述依照本發(fā)明的用于在印刷電路板中嵌入電池的特定 方法之前，應(yīng)注意到本發(fā)明主要在于與用于在印刷電路板中嵌入電池 的方法有關(guān)的方法步驟和裝置元件的組合。因此，已在附圖中通過常 規(guī)符號(hào)適當(dāng)?shù)乇硎玖怂鲅b置元件和方法步驟，所述附圖僅示出了與 理解本發(fā)明有關(guān)的那些特定細(xì)節(jié)，以便不會(huì)由于對(duì)具有本說明書權(quán)益
的本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說容易顯而易見的細(xì)節(jié)而使本公開不清 楚。
在本文獻(xiàn)中，諸如第一和第二等的關(guān)系術(shù)語可以用來僅將一個(gè)實(shí)體或動(dòng)作與另一實(shí)體或動(dòng)作區(qū)分開而不一定要求或暗示此類實(shí)體或動(dòng)
作之間的任何實(shí)際的此類關(guān)系或順序。術(shù)語"包括"("comprises," "comprising," or any other variation thereof)意在涵蓋非排他性包含內(nèi) 容，以便包括一列要素的工藝、方法、物件或裝置不僅包括那些要素， 而且可以包括未明確列出或?yàn)榇祟惞に?、方法、物件或裝置所固有的 其它要素。前面是"包括"的要素在沒有更多限制的情況下不排除包 括該要素的工藝、方法、物件或裝置中的其它相同要素的存在。
如本文所使用的，術(shù)語"另一"被定義為至少第二以上。如本文 所使用的，術(shù)語"包含"和/或"具有"被定義為包括。
圖1是依照本發(fā)明實(shí)施方案的印刷電路板(PCB) 100的側(cè)視圖。 PCB 100包括多個(gè)核心層，如外部核心層102和內(nèi)部核心層104。即使 圖1中僅示出了兩個(gè)核心層，本發(fā)明實(shí)施方案也可以包括超過兩個(gè)核 心層。示例性實(shí)施方案可以包括四個(gè)核心層。在任何情況下，每個(gè)核 心層都用于提供布線(routing)、電源或接地。
PCB 100還包括集成在內(nèi)部核心層104上的電池106。如本領(lǐng)域的 普通技術(shù)人員所已知的，術(shù)語電池被定義為存儲(chǔ)能量并使能量以電的 形式可用的器件。如本文所使用的，術(shù)語電池意指通常稱為電化學(xué)電 池的單體電池器件。在本發(fā)明實(shí)施方案的示例性電池中，電池是能夠 經(jīng)受高達(dá)200。C的溫度的高溫鋰電池。在任何情況下，電池都能夠經(jīng)受 的溫度是這樣的溫度，即電池能夠忍耐PCB制造工藝期間產(chǎn)生的溫度。
電池106包括第一電池接觸焊盤112和第二電池接觸焊盤114。 PCB 100的外部核心層102包括第一外部焊盤108和第二外部焊盤110。 第一外部焊盤108和第二外部焊盤110分別為第一電池接觸焊盤112 和第二電池接觸焊盤114提供外部連接。此外，內(nèi)部核心層104包括 第一內(nèi)部焊盤116和第二內(nèi)部焊盤118。第一內(nèi)部焊盤116連接到第一 電池接觸焊盤112，而第二內(nèi)部焊盤118連接到第二電池接觸焊盤114。在一個(gè)實(shí)施方案中，第一電池接觸焊盤112是電池106的印刷陽極， 而第二電池接觸焊盤114是電池106的印刷陰極。
通過使用導(dǎo)電介質(zhì)120來實(shí)現(xiàn)連接。導(dǎo)電介質(zhì)120的實(shí)例包括導(dǎo) 電環(huán)氧樹脂、焊料等等。在本發(fā)明實(shí)施方案中，導(dǎo)電介質(zhì)120是由 Structure Probe公司制造的Kwik-StikTM銀膠。在任何情況下，導(dǎo)電介 質(zhì)120都用于在電池106與內(nèi)部核心層104之間載送電信號(hào)。
第一電池接觸通孔122將第一外部焊盤108電連接到第一內(nèi)部焊 盤116。類似地，第二電池接觸通孔124將第二外部焊盤110電連接到 第二內(nèi)部焯盤118。在本發(fā)明實(shí)施方案中，第一外部焊盤108、第二外 部焊盤110、第一內(nèi)部焊盤116以及第二內(nèi)部焊盤118是金屬的。因而， 第一外部焊盤108、第二外部焊盤110、第一內(nèi)部焊盤116以及第二內(nèi) 部焊盤118是導(dǎo)電的。
在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中，外部焊盤108、 110包括金屬銅材料。 在本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中，內(nèi)部焊盤116、 118也包括金屬銅材料。在 本發(fā)明一個(gè)實(shí)施方案中，通過鍍銅而使通孔122、 124導(dǎo)電。在任何情 況下，都可以將通孔122、 124機(jī)械地鉆到PCB100中。
PCB 100還包括設(shè)置在所述多個(gè)核心層之間的一個(gè)或多個(gè)半固化 片層。如圖1所示，半固化片層126存在于外部核心層102與內(nèi)部核 心層104之間。如本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所已知的，半固化片意指嵌 在用來粘合PCB的多個(gè)核心內(nèi)層的玻璃纖維織物中的部分固化的環(huán)氧 樹脂。在本發(fā)明特定實(shí)施方案中，半固化片層126包括玻璃纖維型號(hào) 為7628的稱為FR4的阻燃(FR)材料，所述玻璃纖維型號(hào)7628意指 半固化片層126具有200 g/n^的重量、0.190mm的厚度以及17/12經(jīng)/ 緯。
在一個(gè)實(shí)施方案中，在將電池106嵌在PCB IOO中之前，用黑色氧化物涂層來涂敷PCB 100的所述多個(gè)核心層中的每一個(gè)。在此類實(shí)
施方案中，有選擇地去除一部分黑色氧化物涂層以防止對(duì)電池集成的 任何障礙。
PCB 100還包括多個(gè)電子元件(未示出)和多個(gè)孔(未示出)。 將所述電子元件連接以構(gòu)成電路。集成在PCB上的電子元件的實(shí)例包 括但不限于電容器、電阻器、二極管、晶體管以及集成電路(IC)。 所述孔可以鍍銅并提供所述多個(gè)電子元件的電連接。在任何情況下， 電池106都為存在于PCB IOO中的電子元件供電。
圖2是依照本發(fā)明實(shí)施方案的PCB IOO的俯視圖。如圖2所示， 除第一外部焊盤108和第二外部焊盤IIO之外，PCB IOO的俯視圖包括 第一銅跡線(trace) 202和第二銅跡線204。第一銅跡線202將第一外 部焊盤108電連接到外部核心層102上的第一電池接觸通孔122，以便 提供陰極。第二銅跡線204將第二外部焊盤110電連接到外部核心層 102上的第二電池接觸通孔124，以便提供陽極。在一個(gè)實(shí)施方案中， 所述銅跡線是寬度約為0.25mm的導(dǎo)電金屬銅。
圖3是示出了依照本發(fā)明實(shí)施方案的用于在PCB中嵌入電池的方 法的流程圖。在步驟302，將電池連接到PCB的內(nèi)部核心層上的第一 內(nèi)部焊盤和第二內(nèi)部焊盤。將電池連接到第一內(nèi)部焊盤和第二內(nèi)部焊 盤的步驟包括將第一電池接觸焊盤連接到第一內(nèi)部焊盤，以及將第二 電池接觸焊盤連接到第二內(nèi)部焊盤。在一個(gè)實(shí)施方案中，通過使用諸 如導(dǎo)電環(huán)氧樹脂、焊料等的導(dǎo)電介質(zhì)來執(zhí)行連接。在實(shí)施方案中，如 上所述，所述導(dǎo)電介質(zhì)是Kwik-StikTM銀膠。
在一個(gè)實(shí)施方案中，通過利用層壓工藝來將存在于PCB中的多個(gè) 核心層、 一個(gè)或多個(gè)半固化片層和嵌在PCB中的電池層壓在一起。在 一個(gè)實(shí)施方案中，層壓工藝是FR4壓合(press)工藝。就這一點(diǎn)而論， 可以在18rC下執(zhí)行FR4壓合工藝約1小時(shí)。作為選擇，可以在約181。C下執(zhí)行FR4壓合工藝約40 45分鐘。在其它實(shí)施方案中，可以根據(jù) 所述多個(gè)核心層中使用的襯底而在約15(TC 約23(TC范圍內(nèi)的溫度下 執(zhí)行FR4壓合工藝。在任何情況下，如上所述，"約"都被定義為本 領(lǐng)域的普通技術(shù)人員所理解的"接近于"。例如，在上面的一個(gè)實(shí)施
方案中，該術(shù)語被定義為在一小時(shí)之內(nèi)和18rc之內(nèi)。
繼續(xù)參照圖3，在步驟304，在存在于外部核心層上的第一外部焊 盤與第一內(nèi)部焊盤之間形成第一電池觸點(diǎn)。鉆出第一電池接觸通孔以 形成第一電池觸點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，雖然可以使用例如銀的其它 元素，但通過將第一電池接觸通孔鍍銅來使得第一電池接觸通孔導(dǎo)電， 對(duì)銅的提及并不意欲對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案具有限制性。在實(shí)施方案中， 也可以鉆多個(gè)孔并將其鍍銅。銅可以通過利用化學(xué)鍍來鍍敷并可以隨 后進(jìn)行電鍍。
在步驟306，將第一電池觸點(diǎn)電隔離。在一個(gè)實(shí)施方案中，將第 一電池觸點(diǎn)電隔離包括有選擇地蝕刻第一電池觸點(diǎn)周圍的導(dǎo)電層。執(zhí) 行第一電池觸點(diǎn)的電隔離是為了將第一電池接觸通孔與PCB的所述多 個(gè)孔隔離。
在步驟308，在存在于外部核心層上的第二外部焊盤與第二內(nèi)部 焊盤之間形成第二電池觸點(diǎn)。鉆出第二電池接觸通孔以形成第二電池 觸點(diǎn)。在一個(gè)實(shí)施方案中，雖然可以使用例如銀的其它元素，但通過 用銅來覆蓋第二電池接觸通孔而使第二電池接觸通孔導(dǎo)電，對(duì)銅的提 及并不意欲對(duì)本發(fā)明實(shí)施方案具有限制性。在一個(gè)實(shí)施方案中，在覆 蓋第二電池接觸通孔之前，在第一電池觸點(diǎn)的頂部和底部施加鍍敷掩 模?？梢酝ㄟ^用銅對(duì)第二電池接觸通孔進(jìn)行化學(xué)鍍來執(zhí)行用銅來覆蓋 第二電池接觸通孔。在化學(xué)鍍之后，去除鍍敷掩模并將其重新施加在 第一電池觸點(diǎn)的頂部和底部。然后，用銅對(duì)第二電池接觸通孔進(jìn)行電 鍍并從第一電池觸點(diǎn)的頂部和底部去除鍍敷掩模。施加所述鍍敷掩模 是為了防止第二電池接觸通孔的化學(xué)鍍和電鍍期間銅沉積在第一電池觸點(diǎn)上。鍍敷掩模的實(shí)例包括但不限于Kapton膠帶和光致成像 (photoimageable)薄膜。
可以參照圖1和2來描述圖3的方法。就這一點(diǎn)而論，在一個(gè)實(shí) 施方案中，通過使用導(dǎo)電介質(zhì)120將第一電池接觸焊盤112連接到第 一內(nèi)部焊盤116并將第二電池接觸焊盤114連接到第二內(nèi)部焊盤118， 而在內(nèi)部核心層104上集成電池106。通過使用層壓工藝，將外部核心 層102、半固化片層126和內(nèi)部核心層104與電池106層壓在一起。鉆 出第一電池接觸通孔122，隨后通過利用化學(xué)鍍和電鍍來將其鍍銅。通 過有選擇地從第一電池接觸通孔122的頂部蝕刻導(dǎo)電層，將第一電池 接觸通孔122電隔離。鉆出第二電池接觸通孔124，然后用銅覆蓋。在 用銅覆蓋第二電池接觸通孔124之前，在第一電池接觸通孔122的頂 部和底部施加鍍敷掩模。用銅來對(duì)第二電池接觸通孔124進(jìn)行化學(xué)鍍。 在化學(xué)鍍之后，去除鍍敷掩模并將其再次施加在第一電池接觸通孔122 的頂部和底部上。然后，用銅對(duì)第二電池接觸通孔124進(jìn)行電鍍，并 在電鍍之后從第一電池接觸通孔122的頂部和底部去除鍍敷掩模。
在PCB 100中嵌入電池106之后，在PCB 100上繪制電路圖案， 隨后進(jìn)行圖案鍍敷、蝕刻及其它現(xiàn)有制造工藝以加工PCB 100。
在本發(fā)明實(shí)施方案中，將被嵌入PCB的電池是可再充電電池，例 如電池106。在嵌入可再充電電池的同時(shí)，可以同時(shí)鉆出第一電池接觸 通孔和第二電池接觸通孔并對(duì)其進(jìn)行電鍍。所述電池可能由于第一電 池接觸通孔和第二電池接觸通孔的同時(shí)電鍍而放電。然而，在PCB中 嵌入電池之后可以將電池再充電。
因此，如上所述，本發(fā)明提供了一種新的PCB和一種用于在PCB 中嵌入電池的方法。由于將電池嵌入PCB中，所以使用該P(yáng)CB的電子 器件不需要向電子器件供電的單獨(dú)電池。而且，由于外部核心層上的 焊盤的存在，不需要用單獨(dú)的接觸和焊接來將電子元件連接到電池。可以預(yù)期，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員雖然可能受到例如可利用時(shí)間、 現(xiàn)有技術(shù)以及經(jīng)濟(jì)因素等的激發(fā)而進(jìn)行大量的努力和許多設(shè)計(jì)選擇， 但當(dāng)受到本文公開的構(gòu)思和原理引導(dǎo)時(shí)，將輕易地能夠用最少的實(shí)驗(yàn) 生成此類軟件指令和程序及ic。
在前述說明書中，已參照特定實(shí)施方案描述了本發(fā)明及其權(quán)益和 優(yōu)點(diǎn)。然而，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到在不脫離所附權(quán)利要 求書所闡述的本發(fā)明的范圍的情況下，可以進(jìn)行各種修改和變更。因 此，說明書和附圖應(yīng)被視為說明性的而非限制性的，并且所有此類修 改意在包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。權(quán)益、優(yōu)點(diǎn)、問題的解決方案以及可 能引起任何權(quán)益、優(yōu)點(diǎn)或解決方案出現(xiàn)或變得更加明顯的要素不應(yīng)被 理解為任何或所有權(quán)利要求的關(guān)鍵的、要求的、必不可少的特征或要 素。本發(fā)明僅由所附權(quán)利要求書來限定，所附權(quán)利要求書包括在本申 請待決期間進(jìn)行的任何修改和公告的那些權(quán)利要求的所有等價(jià)物。
權(quán)利要求
1. 一種用于在印刷電路板中嵌入電池的方法，該方法包括將所述電池連接到第一內(nèi)部焊盤和第二內(nèi)部焊盤，其中所述第一內(nèi)部焊盤和所述第二內(nèi)部焊盤存在于所述印刷電路板的多個(gè)核心層的內(nèi)部核心層上；在所述第一內(nèi)部焊盤與第一外部焊盤之間形成第一電池觸點(diǎn)，其中所述第一外部焊盤存在于外部核心層上；將所述第一電池觸點(diǎn)電隔離；以及在所述第二內(nèi)部焊盤與第二外部焊盤之間形成第二電池觸點(diǎn)，其中所述第二外部焊盤存在于外部核心層上，其中所述第一電池觸點(diǎn)提供所述第一內(nèi)部焊盤與所述第一外部焊盤之間的電連接，并且所述第二電池觸點(diǎn)提供所述第二內(nèi)部焊盤與所述第二外部焊盤之間的電連接。
2. 權(quán)利要求l所述的方法，該方法還包括在將所述電池連接到所 述第一內(nèi)部焊盤和所述第二內(nèi)部焊盤之前，用黑色氧化物涂層來涂敷所述多個(gè)核心層中的每一個(gè)。
3. 權(quán)利要求l所述的方法，其中將所述電池連接到所述第一內(nèi)部焊盤和所述第二內(nèi)部焊盤包括使用導(dǎo)電介質(zhì)將第一電池接觸焊盤與所 述第一內(nèi)部焊盤相連以及將第二電池接觸焊盤與所述第二內(nèi)部焊盤相連。
4. 權(quán)利要求l所述的方法，該方法還包括 將一個(gè)或多個(gè)半固化片層插在所述多個(gè)核心層之間；以及 層壓所述多個(gè)核心層和所述一個(gè)或多個(gè)半固化片層， 其中所述層壓在15(TC 230'C范圍內(nèi)的溫度下執(zhí)行。
5. 權(quán)利要求l所述的方法，該方法還包括在所述印刷電路板上建立多個(gè)孔；以及 利用化學(xué)鍍和電鍍將所述多個(gè)孔中的每一個(gè)鍍銅。
6. 權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述第一電池觸點(diǎn)包括 在所述印刷電路板上建立第一電池接觸通孔；以及利用化學(xué)鍍和電鍍將所述第一電池接觸通孔鍍銅。
7. 權(quán)利要求l所述的方法，其中將所述第一電池觸點(diǎn)電隔離包括從所述第一電池觸點(diǎn)有選擇地蝕刻導(dǎo)電層。
8. 權(quán)利要求l所述的方法，其中形成所述第二電池觸點(diǎn)包括 在所述印刷電路板上建立第二電池接觸通孔； 在所述第一電池觸點(diǎn)的兩個(gè)表面上施加鍍敷掩模；以及 用銅來覆蓋所述第二電池接觸通孔，其中用銅來覆蓋所述第二電池接觸通孔包括利用化學(xué)鍍將所述第二電池接觸通孔鍍銅； 去除施加在所述第一電池觸點(diǎn)的兩個(gè)表面上的所述鍍敷掩模； 將所述鍍敷掩模重新施加在所述第一電池觸點(diǎn)的兩個(gè)表面上； 用銅對(duì)所述第二電池接觸通孔進(jìn)行電鍍；以及 去除施加在所述第一電池觸點(diǎn)的兩個(gè)表面上的所述鍍敷掩模。
9. 一種印刷電路板，該印刷電路板包括 多個(gè)核心層；電池，嵌在所述多個(gè)核心層中的兩個(gè)之間，其中所述電池具有第一電池接觸焊盤和第二電池接觸焊盤；第一外部焊盤，連接到所述第一電池接觸焊盤，其中所述第一外 部焊盤存在于所述印刷電路板的外部核心層上；以及第二外部焊盤，連接到所述第二電池接觸焊盤，其中所述第二外 部焊盤存在于所述印刷電路板上的所述外部核心層上。
10.權(quán)利要求9所述的印刷電路板，還包括第一電池接觸通孔，用于提供所述第一外部焊盤與第一內(nèi)部焊盤 之間的電連接，其中所述第一內(nèi)部焊盤存在于所述多個(gè)核心層的內(nèi)部 核心層上；以及第二電池接觸通孔，用于提供所述第二外部焊盤與第二內(nèi)部焊盤 之間的電連接，其中所述第二內(nèi)部焊盤存在于所述內(nèi)部核心層上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種印刷電路板(100)和一種用于在印刷電路板中嵌入電池(106)的方法(302、304、306、308)。該方法包括將電池連接到內(nèi)部核心層(104)上的第一內(nèi)部焊盤(116)和第二內(nèi)部焊盤(118)以及在第一外部焊盤(108)與第一內(nèi)部焊盤(116)之間形成第一電池觸點(diǎn)(122)。該方法還包括將第一電池觸點(diǎn)(122)電隔離(306)以及在第二外部焊盤(110)與第二內(nèi)部焊盤(118)之間形成第二電池觸點(diǎn)(124)。
文檔編號(hào)H05K1/18GK101524004SQ200780038013
公開日2009年9月2日 申請日期2007年9月10日 優(yōu)先權(quán)日2006年10月10日
發(fā)明者加里·R·布爾漢斯, 截維·J·邁爾, 約爾格·L·加西亞, 約翰·C·巴龍 申請人:摩托羅拉公司