專利名稱：包含介電發(fā)泡聚合物的電子裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及包含介電發(fā)泡聚合物的電子裝置和制作這種裝置的工藝。
在電子工藝中，人們一直期望在電了部件例如電路板、多芯片組件芯片測(cè)試裝置等等中增加電路密度而又不降低電性能(例如交擾)，而且還要增加信號(hào)在這些部件中的傳播速度。實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的一種方法是減小部件所用的聚合物絕緣體的介電常數(shù)。減小聚合物絕緣體的介電常數(shù)的方法是用充氣微孔使聚合物發(fā)泡。
使聚合物發(fā)泡的現(xiàn)有技術(shù)中必須包括使可熱分解粒子分散到單體反應(yīng)混合物中去的技術(shù)。然后，這種混合物被加熱以使之聚合并使粒子熱分解成氣體。在聚合物樹(shù)脂中，氣體膨脹形成微孔。不幸的是，這種工藝使微孔在整個(gè)本內(nèi)分布不均勻而且大小也不一致。這將使得在整個(gè)聚合物樹(shù)脂體內(nèi)介電常數(shù)形成不能令人接受的變化。
提供一種用于電子部件的經(jīng)過(guò)改善的發(fā)泡介電聚合物是本發(fā)明的目的。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)將在下邊的敘述中弄明白。
本發(fā)明涉及一種用于把電流傳送到電子部件上去的電子裝置，該電子部件包含有帶有電路的介電發(fā)泡熱固聚合物。聚合物用下述步驟發(fā)泡(a)使溶劑中的可交連預(yù)反應(yīng)物(單體或者低聚物)溶體聚合，(b)在溶劑的相分離期間使聚合物交連(凝膠)，(c)從已發(fā)泡的已交連的聚合物中去掉溶劑。理想的聚合物是聚氰尿酸鹽(polycya-nurate)。理想的電子裝置包括一個(gè)集成電路芯片測(cè)試探針和用于進(jìn)行封裝的無(wú)管腳接插件。
在下邊的詳細(xì)說(shuō)明和附圖中，將對(duì)本發(fā)明進(jìn)更為徹底的敘述。


圖1是本發(fā)明的電子裝置的探針測(cè)試構(gòu)造形態(tài)的原理圖。
圖2—4示出了用于制造該探針測(cè)試構(gòu)造的工藝。
圖5的剖面圖示出了本發(fā)明的電子裝置的無(wú)管腳接插件的形態(tài)。
本發(fā)明涉及一種用于在電子部件之間分配電信號(hào)的電子裝置，上述電子部件包含具有眾多的電路的介電發(fā)泡熱固聚合物。發(fā)泡聚合物有許多均勻地分布于整個(gè)聚合物連續(xù)體中的小氣泡。
參看圖1。圖1中示出了本發(fā)明的一種電子裝置(一個(gè)測(cè)試探針)的一個(gè)形態(tài)。一般說(shuō)測(cè)試探針具有探針頭10。探頭10有許多被拉長(zhǎng)了的導(dǎo)電細(xì)線20，這些導(dǎo)是細(xì)線已嵌入介電發(fā)泡熱固聚合物22中。導(dǎo)線20具有用于使探針接觸電路上邊的測(cè)試位置的自由端。上述測(cè)試位置諸如大片26的集成電路芯片24上的C4焊球或者鋁焊盤(pán)。但是，探針可被用于測(cè)試別的電子裝置。被拉長(zhǎng)的導(dǎo)線20的另外一端與空間變換器(或扇出基板)28電接觸。在理想的形態(tài)下空間變換器28是一個(gè)多電平的金屬/陶瓷基板一個(gè)多電平的金屬/聚合物基板或者一個(gè)印刷電路板，被用作(典型地說(shuō))集成電路芯片的封裝的基板。在理想的狀態(tài)下，空間變換器28具有一個(gè)由許多層電介膜組成的表面層30。上述介電膜理想地說(shuō)是一些聚合物膜諸如聚酰亞胺膜和多層導(dǎo)體膜，例如銅導(dǎo)體層。一種用于制造多層構(gòu)造以形成空間變換器28的工藝在1991年5月3號(hào)備案的美國(guó)專利應(yīng)用叢書(shū)No.07/695,368中有所闡述，其題目是“多層薄膜構(gòu)造和制造該構(gòu)造的并行處理方法(Multi—Layer Thin Film Struc-ture and Parallel Processing Method for FabricatingSame)”。上述文章被送發(fā)給了本發(fā)明的代理人，它所講授的內(nèi)容我們收編進(jìn)來(lái)以供參考。空間變換器28有許多管腳34。管腳34是用在集成電路芯片封裝基板上邊的標(biāo)準(zhǔn)管腳。管腳34被插到在第2個(gè)空間變換器38的基板中的插座36或者電鍍穿通孔中去。插座36是一種管腳網(wǎng)格陣列(PGA)插座諸如常常被配置于電子計(jì)算機(jī)的印刷電路板上以接收來(lái)自封裝基板的管腳的那種形式。第2個(gè)空間變換器38可以是任何第2級(jí)集成電路封裝基板，例如可以是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的印刷電路板。在空間變換器38的相反的表面上配置有許多電連有同軸電纜的接插件。換言之，插座36可以是一個(gè)零插入力(ZIF)接插件或者插座36可以被變換器38中的穿透孔來(lái)代替。在變換器38中，穿透孔具有環(huán)繞側(cè)壁的導(dǎo)電材料，諸如電鍍穿透孔。
用L形夾子44使空間變換器28對(duì)空間變換器38保持在固定位置上。整個(gè)第1和第2空間變換器的組合體用組合體托架46保持在對(duì)大片26的固定位置上，組合體托架46是集成電路測(cè)試工具的一部分。
現(xiàn)在參看圖2—4。這些圖中示出了本發(fā)明的測(cè)試探針頭部形態(tài)的實(shí)用的制作工藝。在其上邊有接觸焊盤(pán)52的空間變換器的基板50被放到絲焊工具上。焊盤(pán)52的上表面用蒸發(fā)法，濺射法或用軟金(soft gold)或者鎳/金(Ni/Au)電鍍法以形成一個(gè)用于熱聲球焊的合適的表面。也可以應(yīng)用別的焊結(jié)技術(shù)諸如熱壓焊技術(shù)、超聲焊技術(shù)、激光焊技術(shù)等等。一種通用的自動(dòng)絲焊機(jī)56被修改為把金絲，金的合金絲，銅絲，合金銅絲，鋁絲，鉑絲，鎳絲或者鈀絲54球焊到焊盤(pán)52上。金屬細(xì)絲理想的是直徑要小于0.005英寸。如果用的是金之外的其他金屬，則要用電鍍法，或者無(wú)電鍍膜法、濺射法、電子速蒸發(fā)法或者工藝中所熟知的任何其他涂覆技術(shù)給金屬絲被覆上一層薄的鈍化金屬諸如Au、Cr，Co或者Pd。焊機(jī)56具有金屬絲58，就像在常用的絲焊設(shè)備中那樣，金屬絲由金屬絲儲(chǔ)存器供給。圖2示出了絲焊機(jī)56和焊盤(pán)52相接觸的情況。來(lái)自絲焊機(jī)56的主機(jī)的電極的放電用于使金屬絲頂端熔于焊盤(pán)52上。
圖3畫(huà)出了絲焊機(jī)從基板50的表面撤開(kāi)和金屬絲58被吐出以留下已連到焊盤(pán)52的金屬絲59的情況。金屬絲59被定位為與垂直方向成一個(gè)角度。這個(gè)角度理想的是5—60度。接下來(lái)金屬絲被刀刃60刻上一個(gè)機(jī)械刻痕(或裂痕)。刀刃60開(kāi)動(dòng)，金屬絲58被夾住，絲焊機(jī)56往上升起。金屬被拔起并在刻痕或裂痕處斷開(kāi)。
一種可供選擇的方法是用激光或者放電來(lái)熔化金屬絲的頂端以在金屬絲的頂端形成一個(gè)小球。用于這種目的技術(shù)在技術(shù)方面是人所共知的。一種分束(split—beam)激光傳送系統(tǒng)用于把激光能量定位到用于形成小球的單根金屬絲上，這樣作可使相鄰金屬絲對(duì)激光能量的吸收降至最低以免使之變形。
我們來(lái)看圖4。在絲焊工藝完成之后，一個(gè)鑄模62被放到基板50的表面上。在溶劑中具有一種或幾種可交連預(yù)反應(yīng)物的、容量可控的低粘滯溶體64被注入鑄模而且允許不穩(wěn)定(在細(xì)金屬絲之間流動(dòng)而不損傷這些細(xì)絲直到表面變成水平)。
液態(tài)溶體64由溶于溶劑中的(某些)可交連預(yù)反應(yīng)物(單體或者低聚物)組成。合適的可交連預(yù)反應(yīng)物包括單體和低聚物。用于探針頭的合適的熱固聚合物包括環(huán)氧樹(shù)脂，多種非飽和聚酯，多種聚酰亞胺(源自多種雙馬來(lái)酰亞胺(bis—maleimides)或者各種雙納德酰亞胺(bisnad—imides))、多種聚氰尿酸鹽(polycyanurates)和多種熱固聚合物(源于(酚/甲醛)、(脲/甲醛)或(三聚氰酰胺/甲醛))。其他的適用的熱固聚合物對(duì)那些在這種技術(shù)工作中的熟練的人來(lái)說(shuō)是很熟悉的。人們所期望的熱固聚合物的合適的可交連預(yù)反應(yīng)物(單體或低聚物)被溶解到一種非聚合物溶劑中，理想的是有機(jī)溶劑。理想的溶劑所具有的溶解度參數(shù)(極性相互作用和氫結(jié)合兩者(應(yīng)接近于可交連預(yù)反應(yīng)物的溶解度參數(shù)。這些溶解度參數(shù)可借助那些人們所熟知的技術(shù)迅速地進(jìn)行計(jì)算，比如由Van Krevelen等人在題為“聚合物的性質(zhì)、它們的估算和與化學(xué)結(jié)構(gòu)的關(guān)系”(Properties ofPolymers，Their Estimation and Correlation WithChemieal Structure”，Elservier Scientific Publishing Co.，1976)的書(shū)所揭示的那些技術(shù)。為了便于參考，它的一些發(fā)現(xiàn)，我們收編了進(jìn)來(lái)。理想地說(shuō)，溶劑的溶解度參數(shù)將不接近于熱固聚合物產(chǎn)品的溶解度參數(shù)以把產(chǎn)品對(duì)溶劑的吸收降到最小。對(duì)于環(huán)氧樹(shù)酯聚合物的合適的溶劑包括乙烷、環(huán)乙烷和二氧化碳。對(duì)于聚氰尿酸鹽產(chǎn)品合適的溶劑包括多種環(huán)乙烷。對(duì)于本發(fā)明的工藝的其他的合適的溶劑對(duì)那些在技術(shù)上熟悉的人來(lái)說(shuō)是眾所周知的。
溶液中也可包括一些交連劑以使聚合物產(chǎn)品交連。這些交連劑有諸如環(huán)氧樹(shù)酯—原胺胨或者劉易斯酸(Lewis acids)、強(qiáng)堿性難以還原的金屬氧化物類混合物或者過(guò)渡(transition)金屬混合物。其他的適宜的交連劑對(duì)那些在這些技術(shù)方面擅長(zhǎng)的人來(lái)說(shuō)是眾所周知的。溶液中還可以包括其他組分，諸如用于增強(qiáng)交連的催化劑。這樣的催化劑有三乙基胺，多種有機(jī)酸和酐(anhy—drides)。
一般地說(shuō)，反應(yīng)溶體接下來(lái)被加熱以使單體/低聚物進(jìn)行聚合。由于反應(yīng)混合物是低粘滯性且穩(wěn)定的溶體，故可以在使之聚合的工序之前或者在聚合工序期間將其注入或壓入型?；蜩T模以形成本發(fā)明的電子裝置。如果利用的是二氧化碳或者其他的低沸點(diǎn)的溶劑，則在工藝的聚合和凝膠化期間必須將反應(yīng)混合物保持在壓力這下諸如放在一個(gè)玻璃容器內(nèi)。隨著聚合物的分子重量的增加，溶劑在聚合環(huán)境中更不易溶解了。在云點(diǎn)上，溶劑將開(kāi)始從已聚合的產(chǎn)品中進(jìn)行相分離。這兒所使用的相分離這個(gè)詞兒意味著一種由兩個(gè)易混合的液體形成的溶液物理變化為兩種不可混合的液體，這兩種不可混合的液體已經(jīng)結(jié)合成兩種持續(xù)的單獨(dú)的相位。在相分離工藝期間，一般地說(shuō)，這兩種不可混合的液體在結(jié)合之前將形成一種懸浮膠體。
在相分離期間，工藝中呈現(xiàn)出一種凝膠作用。這作所使用的凝膠這個(gè)詞兒意味著使聚合物交連以把反應(yīng)溶劑從一種液體變成一種膠體，這種膠體有彈性、不流動(dòng)并在整個(gè)膠體內(nèi)不允許產(chǎn)生氣泡。在相分離期間，聚合物的凝膠作用俘獲了聚合物體內(nèi)極小的一些溶劑氣泡。這些氣泡或者溶劑儲(chǔ)藏器在整個(gè)聚合物體內(nèi)均勻地分布，而且在凝膠化之后永久地固定在聚化物體內(nèi)的那個(gè)位置上。凝膠化的開(kāi)始可由熟練的專業(yè)人員預(yù)言。在一種形態(tài)下，聚合物的玻璃化應(yīng)先于相分離出現(xiàn)以在相分離期間把氣泡的大小限制為約0.1μm，為的是形成一個(gè)清澈的體聚合物。
在完成了聚合物交連和溶液的相分離之后，就從聚合物中去掉溶劑以形成發(fā)泡聚合物。把聚合物加熱到約100—250℃的高溫，時(shí)間約1—2個(gè)小時(shí)就可去掉溶劑。還有一種可替代的辦法，把聚合物沉浸于非溶劑的液體中可以去掉溶劑。合適的非溶劑液體包括甲醇、水、丙酮和鏈烷，諸如戊烷或者乙烷。當(dāng)把二氧化碳用作反應(yīng)溶劑的時(shí)候，簡(jiǎn)單地把聚合物曝露于大氣環(huán)境中就可以去掉它。其他的從反應(yīng)產(chǎn)品中去掉溶劑氣泡以形成發(fā)泡熱固聚合物的方法對(duì)熟練的專業(yè)人員是熟知的。
本發(fā)明的發(fā)泡熱固聚合物在整個(gè)聚合物體內(nèi)有均勻分布的微孔以提供一個(gè)均一的介電常數(shù)。而且，用改變?nèi)軇O性和矯正各種條件的辦法可以調(diào)整(從亞微米(約0.1μm)到大約30μm)微孔的大小。這樣得到的聚合物應(yīng)力低，熱穩(wěn)定性高而且改善了堅(jiān)韌性。
現(xiàn)在參看圖5。圖5中示出了一個(gè)無(wú)管腳接插件，它是本發(fā)明的電子裝置的一個(gè)替換形態(tài)。
插接件70一般地說(shuō)具有眾多的細(xì)的導(dǎo)電體(金屬細(xì)絲)72。這些細(xì)絲被配置于發(fā)泡介電熱固聚合物合成物74中并從接插件的一邊76延伸另一邊78，每一導(dǎo)體72理想的是有一般說(shuō)在76一側(cè)為球形的頂端80，在78一側(cè)則有著扁的球形82。導(dǎo)體82理想的是金，金的合金或者銅合金，而金屬絲的粗細(xì)，形狀和間隔則可以修改以優(yōu)化用于特定應(yīng)用的接插件。
接插件被配置于成對(duì)的電子部件84和86之間，諸如一個(gè)集成電路芯片和一個(gè)多芯片組件之間。部件84和86上帶有電接觸焊盤(pán)88和90。部件84和86對(duì)夾在它們之間的接插件來(lái)說(shuō)就如箭頭所標(biāo)明的那樣相互壓向?qū)Ψ?。發(fā)泡熱固合成物74起著一個(gè)彈簧的作用、推壓分別處于部件84和86頂端接觸表面80和82就撞擊成對(duì)的接觸80和90，以此來(lái)保持良好的電接觸。
接插件可以用許多技術(shù)上所共知的方法來(lái)制造。恰當(dāng)?shù)卣f(shuō)，上邊所說(shuō)的工藝已被利用，除了一點(diǎn)金屬絲被連到一個(gè)犧牲品基板上而不是空間變換器的基板上。犧牲品基板理想的是銅，銅/因瓦合金/銅，或者銅/鉬銅。銅之外的其他材料可以應(yīng)用，諸如鋁，硬塑料或者鋼。在發(fā)泡聚合物已完全被矯正之后，采用把它放入硫酸浴槽中以分解溶去基板的辦法來(lái)去掉基板。硫酸的超聲攪拌有助于促進(jìn)對(duì)銅基板的腐蝕并使得銅基板上的金鍍膜從構(gòu)造的表面上脫落，使留下的球形頂端的表面露了出來(lái)。
本發(fā)明的其他的電子裝置包括封裝裝置。這些裝置對(duì)熟練的專業(yè)人員是很熟悉的，而且可由這兒所講解的工藝來(lái)制造。
下邊的例子是本發(fā)明的某些合成物的準(zhǔn)備和使用方法的詳細(xì)講述。詳細(xì)的準(zhǔn)備屬于舉例說(shuō)明的范疇并用于舉例說(shuō)明，準(zhǔn)備的更為一般地?cái)⑹鲆殃U述于上。這兒所舉的例子僅僅是為了說(shuō)明的目的，并不能引伸為對(duì)本發(fā)明的范圍的限制。
例1把0.95gms的等效分子重量為342g/mole的環(huán)氧樹(shù)脂，1.49gms的二胺化合物矯正劑(Air Products Inc公司出售的DACM—20)和3gms的環(huán)乙烷放到一個(gè)小玻璃瓶子內(nèi)并把它們攪拌成為均質(zhì)的(大約要10分鐘)。之后，把混合物放到費(fèi)舍爾—波特(Fisher—Porter)反應(yīng)器中并加熱到160℃。在交連網(wǎng)狀物形成開(kāi)始之前，混合物一直保持為均質(zhì)。交連網(wǎng)狀物形成時(shí)，環(huán)乙烷變成了非溶劑并進(jìn)行相分離。在冷卻之后，已經(jīng)交連了的聚合物被放進(jìn)一個(gè)真空烤箱并加熱到180℃，時(shí)間為8個(gè)小時(shí)，以除掉已發(fā)生相分離的非溶劑，同時(shí)留下了大小為5—10μm的許多微孔。
例2把6.5gms的氰尿酸鹽樹(shù)酯(購(gòu)自Ciba Gigy的L—10)與3.0gms的環(huán)乙烷進(jìn)行泥漿化。用加熱的辦法，使混合物變成均質(zhì)。把混合物放到一個(gè)型模中去并在壓力下加熱到200℃以使聚合物交連。然后，從具有微孔大小為5—20μm的發(fā)泡交連聚合物中除去溶劑。
盡管本發(fā)明已就一些特定的形態(tài)進(jìn)行了說(shuō)明，但這些特定形態(tài)的細(xì)節(jié)并不能解釋為一些限制。因?yàn)楹茱@然，各種各樣的形態(tài)，改變和修正都可被劃分為沒(méi)有偏離本發(fā)明的宗旨和范疇。而且，大家應(yīng)當(dāng)明白，這些等效形態(tài)被延伸為包括在本發(fā)明的范疇之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于把電流分配給電子部件的電裝置，該裝置由帶有電路的發(fā)泡熱固聚合物組成。發(fā)泡聚合物由下述工序形成(a)使可交連預(yù)反應(yīng)物的溶體在溶劑中聚合；(b)在溶劑的相分離期間使聚合和凝膠化；(c)從聚合物中除去溶劑。
2.權(quán)利要求1的裝置，其特征是發(fā)泡聚合物是已交連的環(huán)氧樹(shù)脂或已交連的聚氰尿酸鹽(polycyanurate)。
3.權(quán)利要求1的裝置，其特征是溶劑是乙烷，環(huán)乙烷或者二氧化碳。
4.權(quán)利要求1的裝置，其特征是用加熱已交連聚合物的方法除去溶劑。
5.權(quán)利要求1的裝置，其特征是電路是一種直徑小于0.005英寸的細(xì)絲。
6.權(quán)利要求5的裝置，其特征是發(fā)泡聚合物具有大小約為0.1—10μm的一種微孔。
7.一種用于制造電裝置的工藝，該裝置具有第一1和第2個(gè)表面，由發(fā)泡交連聚合物組成而且有許多導(dǎo)電細(xì)絲從第1表面延伸到第2表面。上述工藝包括以下工序(a)把可交連預(yù)反應(yīng)物的溶體倒入帶有許多導(dǎo)電細(xì)絲的溶劑中；(b)使溶體聚合；(c)在溶劑相分離期間使聚合物凝膠化；和(d)從發(fā)泡聚合物中除去溶劑以形成電裝置。
8.權(quán)利要求7的工藝，其特征是上述細(xì)絲的直徑小于0.005英寸。
9.權(quán)利要求7的工藝，其特征是上述聚合物是已交連的環(huán)氧樹(shù)脂或已交連的聚氰尿酸鹽。
10.權(quán)利要求7的工藝，其特征是上述溶劑是乙烷，環(huán)乙烷或者二氧化碳。
11.權(quán)利要求7的工藝，其特征是上述溶劑用使聚合物加熱的辦法除掉。
12.權(quán)利要求7的工藝，其特征是用非溶劑洗滌聚合物的辦法除掉溶劑。
13.權(quán)利要求7的工藝，其特征是用將聚合物曝露于大氣中的辦法除掉溶劑。
14.權(quán)利要求8的工藝，其特征是發(fā)泡聚合物具有大小為約0.1—10μm的微孔。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于在電子部件之間分配電信號(hào)的電子裝置，該裝置由帶有眾多的電路的介電發(fā)泡熱固聚合物組成。
文檔編號(hào)C08J9/28GK1131747SQ95120550
公開(kāi)日1996年9月25日 申請(qǐng)日期1995年12月5日 優(yōu)先權(quán)日1994年12月20日
發(fā)明者詹姆斯·魯普頓·海德里克, 席大元 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司