异向导电的聚合物基体制造技术

一种异向导电聚合物基体，包括具有导电元的一聚合物层，导电元沿聚合物层的厚度方向伸展，上述的导电元包括一导电材料涂层，以及用于制备此聚合物基体的工艺．（*该技术在2006年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
本专利技术是关于一种异向导电的聚合物基体，它用来提供具有小间距的电子元件之间的电连接，即其中电子元件上的触点或端接垫以极小的间距排列。更确切地说，本专利技术异向导电的聚合物基体，在极小间距上，具有均匀间隔的电导体穿过，它们彼此绝缘，而导电体是用聚合物基体内所含的异导涂料粘合的。本专利技术还涉及这种异向导电的基体的制备方法。小型电子元件，例如集成电路片或器件、印刷线路板的端接垫、液晶显示器等，一般都具有其外引线与一定的器件的电连接部位。在许多情况下，每种电连接之间所要求的间距相当小，也就是说，在0.1mm数量级的基片上，相邻的接点之间必须保持电绝缘。电连接这种元件的一项技术是利用分布器件面上的触点矩阵(也称作“倒装晶片”器件)。在这种器件中，这样的触点与外引线的连接通常是把矩阵的连接部位对准外引线的连接部位，并通过诸如重熔焊使两组连接部位金属键合。在这种情况下，连接部位矩阵在沿器件表面上经常包含金属隆起或突出点。这种技术一般具有严重缺点。第一，待连接的电子器件之间的热膨胀系数可能变化很大，检测和使用组件时，在遇到温度的循环变化过程中，这可能对在连接部位之间的金属键产生物理应力。第二，通常必须散去器件通电时产生的热。这种最为行之有效的散热手段之一是通过把器件上的热向衬底传递，这种最好的方法可通过使半导体或电子器件与诸如陶瓷封装达到最大的接触来完成。但就倒装晶片器件而言，封装周围的接触面积常常限于金属键合的面积，它仅占器件总面积百分之五以下，因而严重阻碍了器件向邻近衬底的散热。第二种技术是基于使用导电颗粒提供必要的接触。这种颗粒包含在聚合物(一般是粘合剂)体系中，以便颗粒表面从粘合剂一面延伸到另一面。当要制备电连接件时，向接触区施加压力，压缩或使颗粒变形，以便使电接触达到最大。当触点还是在小间距上时，这项技术有着严重缺点。这是因为在导体之间，这一系统有着不规则的间距。空隙或颗粒的成束是常有的，因而导致小间距触点区短路。与此相比，本体系提供了极其均匀的导体间距，便于在小间距触点区使用，且不发生短路。另外，本导体通道极均匀的高度和可变性，以及由此降低施于稳定触点区所必须的结合力，是与这些先有技术截然不同的，而且是以前达不到的优点。本专利技术提供了一种异向导电的聚合物基体，它包括最好是天然粘结性的聚合物层或膜，它具有大量的均匀间距而彼此绝缘的导电元穿过。导电元的侧面被导电涂层限定，因而使电流通过聚合物层，但不沿其主表面导电，除非需要这种导电模式。电导体的绝缘性允许沿粘合层穿过厚度方向导电，而不允许沿粘合层主表面的方向导电，即异向性。使用导电涂层作为电导体而不使用粒状导体，在粘合剂的电活化作用中，由于导体高度的均匀性和可变形性，允许大大地减小压力，并且均匀的间距可减少短路的可能性。当上述聚合物基体以带状置于适宜的具有大量平行而又分隔的导电镶条的背底上时，导电镶条只允许沿胶带的平面导电，所得的胶带也可用于彼此物理分隔开来的电子器件的连接。本专利技术还涉及及制备本专利技术异向导电的聚合物基体的优选方法。该方法包括以下步骤a)在一个低表面能的衬底上，含有大量的离散凸台，至少在一部分凸台上沉积一导体涂层;b)在该衬底上沉积一层非导电聚合物，致使大量的离散凸台限定了大量的穿过聚合物层的绝缘导电元;c)从聚合物上除去衬底，其中导电涂层仍保持在聚合物上。d)将导电材料从离散的绝缘导电元之间的聚合物表面上除去。用这种方法可得到穿过聚合物基体的定向导电元件的均匀矩阵。实质上，聚合物基体由此显示了异向导电性，也就是通过聚合物层导电。由于限定导电元的导电涂层可制得极很薄，因此，其可变形性可接近聚合物本身的性能。这样，由于不必对固体粒料进行压缩，树脂的电活性所必须的粘合压力也就基本上小于先有的技术体系。而且，均匀的间距允许用于具有极小间隔触点的电子元件的连接。简要说明附图。图1说明了本专利技术各向异性导电聚合物的生产方法;图2是由图1描述的方法而制成的基体的等距离视图;图3是用来制备诸如芯片和印刷线路板之间的电接触的异向导电基体的侧示图;图4说明了在形成导电元中，利用一种保护层膜组份的第二种工艺技术;图5是一个透视图，用来说明使用图2的基体进行连接，使电子器件与印刷线路板之间电接触。为了制成本专利技术的聚合物基体，首先制备一个具有低表面能特性的衬底，也就是一个防粘表面，这种材料的实例是低表面能聚合物薄膜，例如聚乙烯和聚四氟乙烯。这种衬底要有足够的结构完整性，以维持大量的均匀离散的凸台，在涂覆上聚合物时，这些凸台将适于形成穿过聚合层的导电元。离散的凸台可用多种适宜的方法制成，一种优选的方法是将衬底与一个诸如不锈钢网接触，与网孔相对应的就是网具备的所需的凸台尺寸和均匀的间隔，一般使用化工机械，这在图1中加以说明。图(A)中，在中温和中压下，使不锈钢网1与薄膜衬底2物理接触，由此使薄膜2实际上从网孔3中挤出，从而形成了以均匀矩阵分布的大量离散凸台4，如图1(B)所示。形成所需要衬底的最佳方法是，先用一装置诸如金刚石车床，在一诸如丙烯酸的刚性塑料板材上制成型板。这种机器具有极小的误差，以便在极小的间距中制成多种型板矩阵。然后可用丙烯酸板制备金属型板，取代图1(A)的不锈钢网。换言之，金属板可用金刚石切削，以提供所需的型板。一旦所需的离散凸台4的型板在衬底2上形成，将含凸台部分的表面沉积上一层示于图(c)中的导电涂层5。这种涂层最好由金属构成，例如铝、铜、镍、银、金、锡等等。最好使用蒸汽沉积法或非电的沉积法沉积一“晶种”涂层。晶种涂层只是一导电表面，在其表面可电镀金属。然后，可用常规的电镀法在晶种层上电镀。晶种涂层和电镀的总厚度一般可从大约100 至0.005英寸。随着厚度的增加，导体壁变得坚硬，并且不易变形，从而降低了接触效率。在得到金属层5以后，将聚合物基体6涂覆到镀层表面，如图(D)所示，接着从复合材料中用简单的方法，如通过剥离除去衬底2，其中导电涂层5可通过聚合物6保留下来(图1(E))。最好在复合材料的后部也涂上聚合物，以使导电材料层5被完全封装在聚合物6(图(F))内。由于通常在成品中不需要导体5之间凹陷部分7的金属层，所以，可通过几种技术中的任一种来除去该金属层。一种优选方法可以很简单地在涂覆聚合物以后，从不需要的区域磨掉聚合物和导电涂层。导电顶层也可用同样的方法除去(图1(G))。图2是一个已制成的异向导电基体透视图，其侧视图示于图1(G)。在这种特殊的情况下，如图所示，导电元5是延伸穿过聚合物层6的圆筒形。图1方法的另一替换方法具有从(A)至(C)的同样步骤，如图4所示，不需要的导电涂层可用常规方法腐蚀掉，该方法为首先将一保护层8涂覆于每个导电体(图4(D));随后腐蚀掉所有未用保护层膜覆盖的区域，例如9;接着如果这种材料与所用的材料不相容，就除去保护膜层(图4(E))。然后将聚合物6涂覆于基体表面，以使大量离散凸台4穿过聚合物组成大量的导电元5(图4(F))。当聚合物层6从衬底2上脱出后，覆盖于离散凸上的导电材料将穿过聚合物层涂在通路的侧面上，因为导电材料与离散凸台之间的粘结力小于导电材料和聚合物之间的粘结力(图4(G))。然后，复合材料可按图1的方法完成。然而还有另一个替换方法涉及在衬底上涂覆聚合物基体，而离散的凸台4之间的导电材料7未从该衬本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种异向导电的聚合物基体，它包括含有大量导电元穿过的聚合物层，均匀的间距使得导电元彼此间相互绝缘，上述导电元包括一导电材料涂层，导电元穿过膜层的厚度方向从一面伸出，上述的导电元使电流沿上述胶粘剂层的厚度方向导通。

【技术特征摘要】
US 1985-11-6 796,3301.一种异向导电的聚合物基体，它包括含有大量导电元穿过的聚合物层，均匀的间距使得导电元彼此间相互绝缘，上述导电元包括一导电材料涂层，导电元穿过膜层的厚度方向从一面伸出，上述的导电元可使电流沿上述胶粘剂层的厚度方向导通。2.根据权利要求1的导电聚合物基体，其中所述的导电材料选自由铝、铜、镍、银、金、锡和钯中的一种金属组成。3.根据权利要求2的导电聚合物基体，其中所述的金属横断从大约100 至大约250，000 。4.根据权利要求1的导电聚合物基体，其中所述的导电元为管形。5.根据权利要求4的导电聚合物基体，其中所述的管形导电元的侧面限定至少有一个角。6.根据权利要求1的导电聚合物基体，其中所述的聚合物层包括一种弹性体。7.根据权利要求1的导电聚合物基体，其中所述的聚合物层包括一种胶粘剂。8.根据权利要求7的导电聚合物基物，其中所述的胶粘剂选自具有玻璃化转变温度从大约-20℃到大约200℃的一种聚酯和一种酰胺胶粘剂。9.根据权利要求7的导电聚合物基体，其中所述的胶粘剂包括一种可固化的环氧树脂。10.根据权利要求7的导电聚合物基体，其中所述的粘合剂包括一种热粘性胶粘剂，它在40℃或更高温度时，表现出至少75克力的探针粘度值。11.根据权利要求7的导电聚合物基体，其中所述的胶粘剂包括一种或多种丙烯酸聚合物，以及1)一种丙烯酸酯单体提供至少50摩尔%的上述的至少一种胶粘剂层的一种或多种丙烯酸聚合物。2)上述一种或多种丙烯酸聚合物具有一种从-10℃至-80℃的Tg或重均Tg，以及3)上述的至少一种胶粘剂层具有a)探针粘度值在20℃时，小于75gf。b)探针粘度值在至少50℃范围内上限时，至少为75gf;在40℃，30天后，其值保持一常数，以及c)在65℃时，剪切值至少为25分钟，以及上述的至少一种胶粘剂层很好地粘到一干净的衬底上，在上述50℃的范围内的任何温度能够接触得上。12.根据权利要求11的导电聚合物基体，其中所述的丙烯酸聚合物是由一种或多种丙烯酸共聚物单体组成，其中有一种可共聚的单体的50摩尔%...

【专利技术属性】
技术研发人员：罗伯特S里来克，扎姆斯G伯格，
申请(专利权)人：明尼苏达州采矿和制造公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]