各向异性导电和导热结构制造技术

本发明专利技术提供了一种导电结构（３０），包括具有第一表面（３４）和第二表面（３６）的介质基体（３２）。至少一条通路（４０）从基体的第一表面延伸到基体的第二表面。在至少一条通路中形成导电件（４５），它包括导电元（４２）和可选的粘合剂。导电元具有最大的尺寸为：（ｉ）至少约为通路长度的５％，和，（ｉｉ）至少约为通路宽度的１０％。每一条通路中导电元的尺寸、形状和数量，以及粘合剂的成分都可以选择，以对于特殊应用提供一种具有可控制的电和／或热导电性以及可控制的模数的导电元。（*该技术在2017年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
各向异性导电和导热结构专利技术背景专利
本专利技术主要涉及具有大的相隔很近的导电触点位置阵列的诸如集成电路器件之类的电子元件的电和/热互连。特别地本专利技术是一种由电介质材制成的各向异型的传导基体，至少有一个导电和/或导热元(element)通过介质材料延伸，以通过基体沿至少一个方向提供电气和/或热传导。更具体地说，本专利技术是一种弹性基体，具有至少一个通路，所述通路包含由导气和/或导热元制成的传导件(member)，更好是在一种聚合物粘合剂中。传导电元具有最大的尺寸是：(ⅰ)通过基体的通路长度的大约5％到大约120％，和(ⅱ)通路宽度的大约10％到100％。导电元的尺寸和形状以及粘合剂和基体材料的性质可以选择，以在每一个通路中提供导电件，它们具有特定的电学和/或热学性质，以及硬度，以在电子器件的接触位置之间形成可靠的互连。相关技术的描述为了在高密度电气连接时减轻与C-4或焊料珠连接系统相关联的许多问题，希望在电子器件和器件所电气互连和机械安装的封装之间具有柔性的连接。现有技术中已知许多用于气连接的各向异性的例子导电插入物，它们由有回弹力的介质基体材料构成，具有横向延伸贯穿的导电元的离散结构。虽然介质基体材料的性质在电气互连中起主要的作用，但还应该知道导电元的性质对由有回弹力的插入物提供的连接的质量具有显著影响。例如，连接器中的导电件必需足够的回弹力，以适应要互连的电子器件上的触点之间高度差，防止在易碎的触点上不适当的应力以及提供可再度使用的用于测式和焊接(burn-in)应用的结构。但是，在有回弹力的连接系统中的导电件必须足够坚硬，以提供触点擦拭以穿透器件上的配对触点上的表面薄膜、碎片以及氧化物层，以使接触电阻最小。例如，5,049,085号美国专利(授权给Reylek)描述了一种各向异性的导电聚-->合物基体，包括聚合物层和薄膜(最好事实上粘合剂，并有多个导电件贯穿其间。最好设计为管状的导电件最好由淀积在聚合物层中的孔口壁上的金属制成，厚度大约100到大约0.005英寸(0.013cm)。’85号专利指出，当导电表面的厚度增加时，导电件壁变得更硬和更不能变形，这由于无法适应要互连的电子器件的配对触点的高度和形状的变化而降低了接触效率。为了适应配对触点中的这种高度/形状的变化，在现有技术中熟知，在具有回弹力的基体中的导电件可以包括(在有回弹力的粘合料中的导电粉末)。例如，4,008,300号美国专利(授于Ponn)描述了用于电路板之类的互连的多个导电件。将由在有回弹力的液体媒介物中的导电粉末的浆料构成的导电材料填入弹性基体中产生的缝隙中，使导电材料突出在弹性基体的表面之上。由’300号专利中描述的连接器中的有回弹力的触点提供的压力接合的连接保护了精密的电子器件在连接过程中不被破坏，并且适应配对的触点的形状和结构的变化，但是在弹性媒介物中的导电粉末的组合不能提供坚硬得足以在配对的触点上提供较好的擦拭作用的导电件。类似的缺少擦拭作用可以从授予Casciotte等人的5,037,312号美国专利描述的连接器中预见到，其中，弹性基体材料中的导电件由载有导电微粒的有回弹力的凝胶体构成。授予Calhoun的5,275,856号美国专利中描述了一种导电粘性带，具有至少一个柔软的载体带，它具有压在粘附层上的较低粘性表面。带由多个穿孔构成，每一个穿孔都填了导电微粒。导电微粒可以包括金属、涂敷了金属的聚合体微粒和石墨。’856号专利的例子中使用的微粒的费氏微筛尺寸是大约2.2到大约7μm，并且微粒被放置在粘性基体的通路中，它的最大宽度是大约0.1mm，深度是至少0.5mm。导电粘性带能够在其厚度上载有大约10amps/cm2的电流。在较好的应用中，Calhoun的‘856号专利中的穿孔不仅包含导电微粒，还有有机粘合剂，它可以将每一个穿孔中的微粒粘结为耐用的柱状导电件。可以选择粘合剂以影响导电件的性质，例如，当构成连接时允许柱体毁损(collapse)，提供回弹力，或添加到由粘性层提供的粘性结合物。当使用时，典型地，粘合剂贡献从导电件体积的大约1到大约50％，虽然导电微粒的体积部分可以调节以控制导电率。‘856号专利指出，当中的导电微粒是软性的，施加给要互连的电子器件上的配对的触点的适度的手的压力可以弄平微粒，以提供较小的平坦的导电区域，其-->中每一个微粒和另一个微粒或电极接触。因此，与上述具有导电微粒的其它传统的连接器系统那样，’856中的导电件保护精密的电子器件在连接的过程中不受破坏，并且适应配对的触点的形状和结构的变化。但是，弹性媒介物中的导电粉末的组合均匀地分布接触压力，并且还不够坚硬得可在接触表面上提供较高局部压力，以在表面上产生擦拭作用。另外，在通路中的小微粒之间的接触点多样化可以期望对于电流流动产生过高的电阻。因此，在本领域中需要这样的导电件，它具有回弹力以提供再使用性以及适应电子器件上的配对触点的形状和结构的变化，但是保留了某种程度的刚性，以提供较高的局部压力，并在配对触点的表面提供擦拭作用。导电件还应该在配对触点之间传导足够数量的电流和/热能，并必须对于电流和/或热能流具有较低的阻力。专利技术概述本专利技术是一种导电结构，包含具有第一表面和第二表面，或至少一条将第一表面连接到第二表面的通路的介质基体。通路容纳导电件，导电件包括导电和/或导热元，它们最好在粘合剂中。导电元的最大尺寸是：(ⅰ)贯穿基体的通路的长度的至少大约5％，较好地大约5％到大约120％，(ⅱ)通路的宽度的至少大约10％，较好地大约10％到100％。导电元可以都全部容纳在通路中，或延伸到通路外面，超出基体的表面。选择导电元的尺寸和粘合剂的性质以提供导电件，其模数为大约1MPa到大约200MPa，较好地为大约2MPa到大约50MPa。本专利技术的连接器可以用于连接通常位于基体的第一表面上的第一电气或电子器件上的第一导电表面和通常位于基体的第二表面上的第二电气或电子器件上的第二导电表面。本专利技术还包括一种方法，用于制造导电结构，该方法可以包括：形成具有至少一个通路的基体材料，在基体的表面上覆盖导电和/或导热元的浆料(它们最好在粘合剂中)，从而导电元和/或导电元与粘合剂进入基体材料中的通路以从基体材料的表面去除多余的浆料，从而导电元素和/或导电元素与粘合剂保留在通路中。粘合剂(通过有的话)可以通过适当的方式固化(用热、在室温、用光化学辐射等等)因此。通过任何已知的方法，包括例如机械打孔或激光钻孔，或通过在具有离散突出物结构的模具上浇注基体材料，通路可以在基体材料中形成。-->形成在基体材料中的导电件中的导电元比用于传统的导电件中的微粒大许多。增大元素的尺寸意味着，就平均而言，传统的系统相比，在任何一个通路中导电元的数量较少。假设一个给定的导电元型号和粘合剂，在较大的导电元之间的微粒之间的摩擦和抵触(interference)提供了一种导电件，它比包含较大数量的极细微粒的传统的连接器中的导电件更硬(例如，具有更大的模数)，同时又比固体导电件保留了更大的柔顺性。导电元的回弹性使本专利技术的导电结构可以再用，基体中的每一个导电元都可以适应电子器件上的配对的触点的形状和结构的变化。但是，较大的导电元或固化的粘合剂/导电元素具有有限的横本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种导电结构（３０），其特征在于包括：具有第一表面（３４）和第二表面（３６）的介质基体（３２）；至少一条通路（４０），它从所述介质基体的所述第一表面延伸到所述介质基体的所述第二表面；在所述通路中的导电件（４５），其中所述导电件包 含至少一个导电元（４２），它最大的尺寸为：（ｉ）至少是所述通路长度的大约５％，以及（ｉｉ）至少是所述通路宽度的约１０％。

【技术特征摘要】
US 1996-5-17 08/651,1851．一种导电结构(30)，其特征在于包括：具有第一表面(34)和第二表面(36)的介质基体(32)；至少一条通路(40)，它从所述介质基体的所述第一表面延伸到所述介质基体的所述第二表面；在所述通路中的导电件(45)，其中所述导电件包含至少一个导电元(42)，它最大的尺寸为：(ⅰ)至少是所述通路长度的大约5％，以及(ⅱ)至少是所述通路宽度的约10％。2．如权利要求1所述的导电结构，其特征在于所述导电件还包含聚合物粘合剂。3．如权利要求2所述的连接结构，其特征在于所述导电件模数为大约1MPa到大约200MPa。4．一种电子组件，其特征在于包括：(a)连接器，包括具有第一表面和第二表面的薄片状基体(32)，其中所述基体由弹性材料制成；至少一条通路(40)，从所述基体的所述第一表面延伸到所述基体的所述第二表面；在所述基体的所述至少一条通路中的导电件(45)，其中所述导电件包含粘合剂和至少一种导电元(42)，所述导电元最大尺寸为：(ⅰ)是所述通路长度的大约5％到大约120％，(ⅱ)是所述通路宽度的大约10％到大约100％，其中所述导电部件模数在粘合剂固化后为大约1MPa到大约100MPa；以及(b)所述基体的所述第一表面(34)上的第一电子器件(10)和所述基体的所述第二表面(36)上的第二电子器件(20)；所述第一电子器件通过所述基体中的所述至少一个导电件和所述第二电子器件相互电气连接。5．如权利要求4所述的电子装置，其特征在于还包含夹紧件，它使所述第一电子装置和所述第二电子装置压力接合，以使所述基体和所述导电件中的至少一个发生偏移，并在所述第一电子装置和所述第二电子装置之间提供互连。6．一种连接器，其特征在于包括：-->基体(32)，具有第一表面(34)和第二表面(36)，其中所述基体由硅树脂材料制成；多条通路(40)，从所述基体的所述第一表面延伸到所述基体的所述第二表面；所述基体中的至少一条所述通路中的导电件(45)，其中所述导电件包括导电元(42)、催化剂和按体积大约1％到大约50％的粘合剂，其中所述导电元的最大尺寸为：(ⅰ)所述通路的长度的大约10％到大约50％，和，(ⅱ)所述通路宽度的大约50％，其中所述导电件在粘合剂的固化后的模数为大约2Mpa到大约30MPa。7．一种使所述第一电子装置(10)上的第一触点位置(14)和所述第二电子装置(20)上的第二触点位置(24)互连的方法，其特征在于包括下述步骤：(a)提供一连接器(30)，它包括具有第一表面(34)和第二表面(36)的基体(32)，其中基体由弹性材料制成；从所述基体的...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特S雷利克，
申请(专利权)人：美国三M公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]