專利名稱：在由絕緣層分開的兩個導(dǎo)電層之間產(chǎn)生接觸的方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及使得有可能在由絕緣層分開的兩個導(dǎo)電層之間產(chǎn)生接觸的方法。
更具體地，本發(fā)明涉及在由不太導(dǎo)電的層分開的兩個導(dǎo)電層之間產(chǎn)生歐姆接觸或熱接觸的簡單、快速和非常便宜的方法。
在以下的說明中，接觸一定是指在兩層之間的任何連接的區(qū)域，它優(yōu)選地允許在由較低傳導(dǎo)性的中間層分開的這兩個較多傳導(dǎo)的層之間有電流(歐姆接觸)或熱量(熱接觸)傳送，所有這些層的集合，以后被稱為系統(tǒng)，以及中間層以后被稱為支撐。
較傳導(dǎo)的層，例如，可以是，由鋁、銅或合金制成的多層的金屬層，或薄膜，或金屬圖案。
中間層，例如，可以是膠帶層，介質(zhì)，絕緣薄膜，擠壓層，聚合物或具有介質(zhì)的和/或傳導(dǎo)性質(zhì)的任何其它材料，任何提供在兩個較傳導(dǎo)的層之間的絕緣的較低的電阻率的層，或一組多個這種類型的層。
本專利申請更具體地涉及雙面的、可彎曲的印刷電路板型多層系統(tǒng)，它包括在支撐介質(zhì)的每一面上的金屬圖案，在某些點必須歐姆接地所述金屬圖案，以便提供電路的功能。
最簡單的接觸方法(例如通過沖壓)只包含傳導(dǎo)層之間的物理(機械)接觸。
這些快速的和便宜的方法通常對于以下的系統(tǒng)是足夠的它不太受到機械上的作用力，或只需要較低的可靠度或?qū)τ诤穸葲]有限制，或機械上很堅固，運行在低的電流強度或在高頻，或它的功能容忍接觸的歐姆特性的變化，或它的組成支持相當(dāng)良好的接觸質(zhì)量。
接觸是通過撕去支撐和把這些層變形而產(chǎn)生的。例如，這是在商店里發(fā)現(xiàn)的防盜電路中使用的、產(chǎn)生接觸的方法的事例。介質(zhì)是高彈性的，以及具有收縮效應(yīng)，有利于保持金屬薄膜的物理的或鄰近的接觸。
在更復(fù)雜和更昂貴的方法中間，可以闡述通過鉚接的機械的接觸方法，這個方法是加上一個零件，它通過夾緊造成機械連接。這種接觸是通過撕去支撐而產(chǎn)生的，并且由附加的零件造成接觸。
對于最復(fù)雜的和最昂貴的方法，可以得到良好的歐姆質(zhì)量的接觸，但是其代價是該方法很費事，并在構(gòu)成系統(tǒng)本身的步驟的按時間順序以及用于這個系統(tǒng)的材料的選擇方面受到限制。該接觸是通過支撐開孔和形成金屬間的混合物而產(chǎn)生的。這些方法的本質(zhì)是粘接力。
這是半導(dǎo)體或混合多層型接觸方法的事例，這些方法在于系統(tǒng)的中間支撐中的通孔，這些通孔在第一金屬層開口，以及在其中沉積金屬合金，構(gòu)成系統(tǒng)的第二導(dǎo)電層，這些步驟通常由熱處理來補充，允許通孔中的金屬間的連接最佳化。
在這些復(fù)雜的和昂貴的方法中間，也有一些有可能得到在無接觸的預(yù)先制造的系統(tǒng)上的良好的歐姆質(zhì)量的接觸的方法，但是它的代價是附加的、常常是昂貴的和困難的步驟和有可能提供層間連接的補充附加的中間材料，這種連接的性能、它的隨時間的防腐、和它的可靠度。接觸是通過切割支撐和加上中間材料而產(chǎn)生的。這些方法的原理是粘接。
這是在印刷電路板上制造接觸的方法的事例，它在于在分開導(dǎo)電層的支撐上開通孔，以及在通孔中沉積金屬合金，形成接觸；該方法常常補充以熱處理，允許在導(dǎo)電層之間金屬間的連接最佳化。例如，也闡述了對于最近的可彎曲的印刷電路板所使用的的解決辦法，其中使用切割來開通孔，以及使用導(dǎo)電膠作為中間材料，這種材料的溢流提供了接觸。
“機械接觸”方法或“金屬間混合物接觸”類型的方法的主要問題是不可能同時得到良好的歐姆接觸和非常低的制造成本，基本上用于某些應(yīng)用項或用于某些產(chǎn)品。
純機械接觸的弱點在于接觸的暫時性，取決于沖壓或“鉚接”的質(zhì)量。壓力是這些方法的基本原理。原先沒有通孔的中間支撐降低接觸的質(zhì)量。環(huán)境限制條件，如以后的疊層，也是這些接觸可靠度的決定因素。最后，支撐材料的選擇是對于這種類型的接觸的可靠度的限制因素和關(guān)鍵。
在現(xiàn)有技術(shù)中，至今為止還沒有可采用的接觸的低成本/性能二重性。
本發(fā)明提出使得有可能得到在具有被至少一個降低導(dǎo)電性的中間層(例如，絕緣支撐)分開的至少兩個導(dǎo)電層的多層系統(tǒng)中可靠的接觸的制造方法，而同時保持非常低的制造成本。
本發(fā)明的目的，更具體地，是在由絕緣層分開的兩個導(dǎo)電層之間產(chǎn)生至少一個接觸的方法，特別是其特征在于，由這些層形成的復(fù)合物被按壓在由垂直于復(fù)合物表面所施加的超聲激勵的裝置與固定的裝置之間，擱在復(fù)合物上的該固定裝置的面具有至少一個凸出部分，能夠在施加超聲期間使復(fù)合物變形，以便于允許在每個凸出部分的區(qū)域中絕緣層流動和開孔，然后造成在這個同一個凸出部分的區(qū)域中金屬層的接觸和焊接。
按照另一個特征，在施加超聲停止以后，壓力被保持在由超聲激勵的裝置與固定的裝置之間，這允許絕緣層流動，直至絕緣層冷卻和固化為止。
按照另一個特征，承載每個凸出部分的固定裝置的表面具有與凸出的脊背結(jié)合在一起的徑向三角形通道。
按照另一個特征，方法在于在傳遞滾輪與接受器滾輪之間傳送復(fù)合物，固定裝置具有旋轉(zhuǎn)的滾輪的形式，它的軸平行于傳遞滾輪和卷繞器的軸，以及它的側(cè)面被刻蝕，并以適合于復(fù)合物行進通過的相同的速度轉(zhuǎn)動。
本發(fā)明把機械方法的優(yōu)點(因為不用提供材料以及方法是快速的)與金屬間復(fù)合物接觸方法的優(yōu)點(因為它導(dǎo)致要被連接的層的金屬互相滲透)集中在一起。
本發(fā)明特別適用于用可彎曲的印刷電路板制造的鍵盤，或基于印刷電路板型諧振電路的微電子芯片轉(zhuǎn)換器，本發(fā)明可應(yīng)用于任何類型的系統(tǒng)。
本發(fā)明公開了在電子器件與導(dǎo)電薄膜系統(tǒng)之間的同時的和直接的接觸的可能性。
本發(fā)明的目的是配備有接觸的系統(tǒng)的局部的剪切的方法，隨后通過加熱和在其中導(dǎo)電層是物理接觸的區(qū)域形成超聲焊接型接觸。這種工具和它的材料的形成被仔細地設(shè)計，以便允許進行以下所有的操作切割支撐的加熱，把位于支撐的任一側(cè)的導(dǎo)電層放置成互相面對，以及將它們進行焊接。
優(yōu)選地，系統(tǒng)具有厚度小于100微米(典型地是25微米)的熱塑支撐，以及由鋁制成的、厚度小于幾十微米(典型地在10與50微米之間)的、位于支撐的任一側(cè)的金屬圖案。
在優(yōu)選實施例中，方法被實施于單項設(shè)備，它使得有可能以逐步的模式同時產(chǎn)生多個接觸。一個變例實施例在于連續(xù)地在滾輪或切片系統(tǒng)上產(chǎn)生接觸。
通過絕緣支撐的焊接接觸的產(chǎn)生具有許多優(yōu)點，使得有可能消除前面闡述的所有的或某些問題。這是因為在這種情況下，接觸是完全歐姆的(小于0.1毫歐姆的電阻)和在機械上對抗疊接，熱循環(huán)，以及上述的產(chǎn)品的機械限制條件(鍵盤等)。
因此，接觸可靠性的問題可得以解決。
另一個優(yōu)點是接觸的精度，它的定位的應(yīng)變可被減小到最小值，小于200微米。
在更復(fù)雜的事例中，多層系統(tǒng)具有由絕緣層(例如由PTF制成)分開的兩個金屬層(例如由鋁制成)。
通過參照附圖閱讀以下的說明將更好的了解本發(fā)明，以及其它特性和優(yōu)點將呈現(xiàn)出，其中-

圖1a到1c顯示在實施按照本發(fā)明的方法的三個階段期間使用的裝置的橫向截面圖；-圖2顯示被使用來實施按照本發(fā)明的方法的、由超聲激勵的裝置和兩個固定的裝置的等角投影圖；-圖3顯示在一系列技術(shù)中用于實施按照本發(fā)明的方法的設(shè)備的變例實施例的示意的截面圖。
圖1a到1c顯示，在基本上圓形的單個焊接使得有可能電連接多層復(fù)合物的頂面和底面的簡單的事例中，實施按照本發(fā)明的方法的不同的步驟。
這個多層復(fù)合物101由可熔化的絕緣層104分開的導(dǎo)電的上部金屬層102和導(dǎo)電的下部金屬層103組成。如圖1a所示，它被安裝在活動部分105(它是由超聲激勵的裝置，被稱為“聲極”)與固定的裝置106(后面被稱為術(shù)語“砧臺”)之間，這兩個部分被放置成一個疊放在另一個的上面。
按照已知的技術(shù)的聲極是可以由超聲發(fā)生器設(shè)置成振動的部分。在本發(fā)明的情況下，這個超聲使得聲極縱向地振動，所以，在圖1b上從底部到頂部地振動。
砧臺106的上表面以一種方式做成凹槽，這將在后面描述以及在圖上用鋸齒107顯示出，它的位置指向聲極的下部平面。
在這個安裝階段以后，如圖1a所示，裝置進行運行，這樣超聲使得聲極105在它的下降期間振動，或在它一接觸到復(fù)合物就運行。復(fù)合物被放置在聲極與砧臺106之間的壓力下，砧臺放在復(fù)合物101的下部表面上。
在超聲的影響下，復(fù)合物加熱，以及熱塑層104軟化。施加超聲的持續(xù)時間，它的幅度和它的頻率按照復(fù)合物101的特征，如果需要的話，連同幾個測試(是容易和快速地實施的)來確定。
復(fù)合物101因此被軟化，當(dāng)聲極到達砧臺時，砧臺的上端的凸出部分使得復(fù)合物變形。
當(dāng)兩個金屬層僅僅變形而沒有撕去時，中央的熱塑層流到指向凸出部分的區(qū)域；流動和軟化的組合允許兩個金屬層在這個區(qū)域合在一起。
最后，切向力使得兩個金屬層蠕變和焊接(通過表面滲透)。
當(dāng)達到焊接時，停止聲極的操作而同時保持在砧臺與聲極之間的壓力，如圖1c所示。
這個壓力在對于熱塑層的冷卻與重新固化所必須的時間期間被保持，如圖1c所示。在該冷卻結(jié)束時，焊接108被保留，圍繞金屬層的中間熱塑層在被按壓的地方被固化。
圖2，作為例子，顯示兩個被放置在公共的聲極203下面的、相同的特定砧臺201和202，所述聲極沒有特別的特征。
這兩個砧臺，作為例子，具有圓柱形式，以及在它們的上面部分有一個三角形截面的徑向凹槽形式的切口。這些凹槽向砧臺的上面的中心會聚，并終結(jié)在挖空的圓形部分205，它主要被用來實行這些凹槽的機械加工。這些凹槽的后壁在它們的上面部分合在一起形成脊背206，被設(shè)計成在由脊背施加的重大的壓力的作用下滲透到復(fù)合物和接著到中間的塑料層的開孔。
這種機械加工可以實行以使得脊背206都是處在垂直于砧臺的水平面內(nèi)，這是最容易做到的。然而，在優(yōu)選實施例中，機械加工將被實行以使得脊背206具有朝向砧臺的上面的中心的向下的斜坡，以便實行它們滲透到復(fù)合物的動作。
這樣，通過具有這種形式的砧臺得到的接觸實際上將呈現(xiàn)一組花瓣的形式，在所述的實施例中是12個，形成變圓的三角形，它們的位置指向共同的中心。
如圖2所示，大尺寸的聲極可以結(jié)合多個砧臺被使用，圖2上是2個砧臺，以便同時產(chǎn)生多個接觸。如果需要的話，具有不同的圖形和截面的砧臺可被使用，這取決于要被產(chǎn)生的接觸。
在上述的實施例中，方法基本上間斷地工作，以便在一個接一個地安裝和拆卸的零件上形成接觸。
在變例實施例中，如圖3所示，本發(fā)明建議使用這種方法在特定的系統(tǒng)中行進通過的較長長度的多層復(fù)合物上連續(xù)地或幾乎連續(xù)地形成接觸。
為此，這個復(fù)合物從傳遞滾輪301上解開，以便傳送到焊接設(shè)備，然后當(dāng)進行完焊接時它被纏繞到接受器滾輪302。
配備有其聲極304的超聲焊接設(shè)備303被放置在兩個滾輪之間非纏繞的復(fù)合物的一個面上。
至于砧臺305，它被放置在與聲極相反的、另一個面上。
在這個變例實施例中，砧臺305具有滾輪的形式，它的軸平行于傳遞滾輪和接受器滾輪以及卷繞器301和302的軸，它在轉(zhuǎn)動時永久地擱放在復(fù)合物的下表面上，以避免不斷地摩擦這個砧臺。
當(dāng)希望在復(fù)合物上產(chǎn)生接觸的地方達到所述復(fù)合物與砧臺305之間的接觸點時，聲極304很快被降低，以便在運行時按壓在它本身與砧臺305之間的復(fù)合物101上。
為了能夠以參照圖1描述的方式產(chǎn)生接觸，旋轉(zhuǎn)砧臺305的表面具有適當(dāng)?shù)奈g刻，例如縱向溝槽，或一系列的點，使得有可能得到想要的變形。
超聲在相當(dāng)短的持續(xù)時間內(nèi)以相當(dāng)大的強度施加到聲極304上，以便如果可能的話，不打斷復(fù)合物101在傳遞滾輪301與接收器滾輪302之間的運動。
然而，取決于復(fù)合物101的、所使用的材料的結(jié)構(gòu)，尺寸和特性的限制條件，操作逐步地進行，在對于產(chǎn)生接觸所必須的時間內(nèi)停止這個復(fù)合物的運動。聲極也被做成伴隨復(fù)合物的運動，在接觸步驟期間以相同的速度線性地位移，然后當(dāng)操作結(jié)束時把它再次返回。
按照本發(fā)明的方法對于制造鍵盤電路，更具體地在相應(yīng)于圖3的連續(xù)制造的方案中，是特別有用的。
權(quán)利要求
1．在被中間層(104)分開的兩個導(dǎo)電層(102,103)之間產(chǎn)生至少一個接觸的方法，其特征在于，由這些層形成的復(fù)合物(101)被按壓在由垂直于復(fù)合物表面所施加的超聲激勵的裝置(105)與固定的裝置(106)之間，擱在復(fù)合物上的該固定裝置的面具有至少一個凸出部分，能夠在施加超聲期間使復(fù)合物變形，以便于允許在每個凸出部分的區(qū)域中絕緣層流動和開孔，然后造成在這個同一個凸出部分的區(qū)域中金屬層的接觸和焊接。
2．按照權(quán)利要求1的方法，其特征在于，在停止施加超聲以后，在由超聲激勵的裝置與固定的裝置之間保持壓力，這允許絕緣層流動，直至絕緣層冷卻和固化為止。
3．按照權(quán)利要求1或2的任一項的方法，其特征在于，承載每個凸出部分的固定裝置(201)的表面具有與凸出的脊背(206)結(jié)合在一起的徑向三角形通道(204)。
4．按照權(quán)利要求1或2的任一項的方法，其特征在于，在傳遞滾輪(301)與接受器滾輪(302)之間傳送復(fù)合物，以及固定裝置具有旋轉(zhuǎn)的滾輪(305)的形式，它的軸平行于傳遞滾輪和卷繞器的軸，以及它的側(cè)面被刻蝕，并以適合于復(fù)合物行進通過的相同的速度轉(zhuǎn)動。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于在由絕緣層分開的兩個電路層之間建立接觸的方法,它在于把由這三層形成的復(fù)合物(101)被按壓在由垂直于復(fù)合物平面的超聲激勵的聲極(105)與前面的接觸點(106)之間,其中與復(fù)合物的接觸面呈現(xiàn)凸出的脊背(107)。在壓力和超聲的作用下,脊背使復(fù)合物變形,造成絕緣層蠕變。當(dāng)電路層成為接觸時,在絕緣層被去除以后,通過超聲的作用,電路層互相焊接在一起。本發(fā)明使得能夠以低廉的成本在兩個電路層之間產(chǎn)生理想的歐姆接觸。
文檔編號B21D43/02GK1304636SQ0080082
公開日2001年7月18日 申請日期2000年4月25日 優(yōu)先權(quán)日1999年5月10日
發(fā)明者P·馬丁 申請人:格姆普拉斯公司