專利名稱：用于電互連的無線導(dǎo)電復(fù)合物的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用來在導(dǎo)電元件之間形成導(dǎo)電連接的導(dǎo)電膠。本發(fā)明還涉及利用上述導(dǎo)電膠在導(dǎo)電元件之間形成導(dǎo)電連接的方法。
用來在導(dǎo)電元件(即芯片上的終端焊點(diǎn)和與印刷在電路板上的電路有關(guān)的焊點(diǎn))之間形成導(dǎo)電連接的導(dǎo)電復(fù)合物在本技術(shù)領(lǐng)域中是眾所周知的。本技術(shù)領(lǐng)域早就知道諸如鉛錫合金之類的含有易熔合金的常規(guī)焊劑。但這些材料要求包含焊藥以清除焊接金屬表面上存在的氧化物。這些酸性焊藥材料對(duì)如此被電連接的貴重的電氣元件是有腐蝕性的且通常用溶劑來清除。但諸如CFC之類的傳統(tǒng)的焊藥清除溶劑就環(huán)保而言是不宜采用的，而且使用這些焊藥材料使制造工藝復(fù)雜化。于是在需要連接現(xiàn)代電氣和電子器件如計(jì)算機(jī)中所用的昂貴電氣元件的電氣設(shè)備中，焊藥材料的應(yīng)用越來越少。
鑒于易熔合金的這一已知的缺點(diǎn)，已開發(fā)了新的導(dǎo)電膠。這些膠通常包含導(dǎo)電金屬粉末及熱凝樹脂材料。這種材料被涂于電氣元件然后加熱以形成電連接。在加熱過程中，熱凝樹脂發(fā)生固化。雖然已知采用非氧化金屬作為這些新膠中的導(dǎo)電粉末從而無需采用焊藥，但這種材料的特征是其不可重新熔化的不良性質(zhì)。本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員知道，當(dāng)熱凝樹脂固化時(shí)，形成了交聯(lián)結(jié)構(gòu)。具有交聯(lián)結(jié)構(gòu)的聚合物不能被重新熔化或溶解。于是，可能非常昂貴的這樣進(jìn)行電連接的元件在有必要時(shí)就不能僅僅用加熱或重新溶解導(dǎo)電膠的方法來輕易地?cái)嚅_和重新連接。
在此處用作參考的美國(guó)專利5062896中描述了一個(gè)最新發(fā)展，它提供了本領(lǐng)域的一個(gè)重要進(jìn)展。896專利涉及一種復(fù)合聚合物焊膠，它包含一種低熔點(diǎn)金屬合合粉末填充劑，上述合金的熔點(diǎn)低于200℃，濃度在焊膠總重量中占約85％-93％重量。
896專利膠的成分包括作為第二組分的熱塑性聚合物。本專利所提供的熱塑性聚合物代表了本技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)展。896專利膠的熱塑性聚合物使膠可重新熔化。正如本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員所知，熱塑性聚合物不會(huì)固化成三維網(wǎng)絡(luò)。這種熱塑性聚合物(在896專利中最好是一種聚酰亞胺硅氧烷[poly(imide siloxane)])由于基本上不交聯(lián)而可重新熔化或重新溶解。
包含在896專利膠中的第三組分是一種揮發(fā)性有機(jī)溶劑，其沸點(diǎn)高于合金粉末的熔點(diǎn)但低于復(fù)合膠的最高回熔溫度。
最后，896復(fù)合膠的第四也是最后一個(gè)主要組分是一種過渡性焊藥材料，它是一種沸點(diǎn)在約140℃-200℃之間的脂肪族一元羧酸(monocarboxylic acid)。但應(yīng)指出的是，諸如2-甲氧基苯甲酸(2-methoxybenzoic acid)之類的芳香族一元羧酸也可以使用。焊藥材料的一般含量為約0.5％-1.5％重量比。
雖然896專利膠復(fù)合物(它可包含表面活化劑之類的可選組分)代表了本技術(shù)領(lǐng)域的一個(gè)重要進(jìn)展，解決了與金屬粉末-聚合物復(fù)合物的回熔有關(guān)的問題，但它未能克服與現(xiàn)有技術(shù)的材料有關(guān)的其它主要問題。亦即，與涉及第四種主要過渡焊藥材料并對(duì)焊膠所電連接的昂貴電子元件有有害腐蝕作用的酸性液體有關(guān)的問題并未提到。
正如其中采用熔點(diǎn)低于200℃的金屬所表明的，由于其中包含可氧化的金屬，故在896專利膠中必須包含焊藥組分。因此，896專利膠所提供的技術(shù)進(jìn)展并沒有論及所有與現(xiàn)有技術(shù)導(dǎo)電互連材料有關(guān)的問題。
發(fā)展了一種新的導(dǎo)電膠，它克服了與現(xiàn)有技術(shù)用來電連接導(dǎo)電元件的導(dǎo)電組分有關(guān)的問題。于是，本申請(qǐng)的導(dǎo)電膠不僅使膠可以重新熔化，而且還借助于省去其中的焊藥材料而解決了與酸性焊藥有關(guān)的問題。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種導(dǎo)電膠。此膠包含熱塑性聚合物、導(dǎo)電金屬粉末和有機(jī)溶劑體系。
根據(jù)本發(fā)明，描述了一種導(dǎo)電復(fù)合物。此復(fù)合物至少包含復(fù)合物總體積的30％的導(dǎo)電金屬粉末。
根據(jù)本發(fā)明，提供了一種使柔性(flexible)襯底電路化以制作柔性電路的方法。在此法中，諸如集成芯片和表面安裝器件之類的電子元件借助于本發(fā)明的導(dǎo)電膠而被固定在柔性襯底上。此膠在熱的影響下被轉(zhuǎn)變成本發(fā)明的導(dǎo)電復(fù)合物。
根據(jù)本發(fā)明，提出了一種被稱為多芯片元件疊片的多層結(jié)構(gòu)的互連方法。在此法中，由用本申請(qǐng)的導(dǎo)電膠在恰當(dāng)?shù)臒岷蛪毫ο氯劢釉谝黄鸬某蓪?duì)的多層結(jié)構(gòu)組成的多層結(jié)構(gòu)(它可以是熱塑性的例如一種聚酰胺)利用開孔(即通孔或閉孔)被電互連起來。
根據(jù)本發(fā)明，公開了一種將引線框中的集成電路(IC)芯片表面安裝到電路板上去的方法。
在此法中，引線框或諸如電容器或電阻器的表面安裝器件的導(dǎo)電引線用本發(fā)明的膠組分在加熱的情況下轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電復(fù)合物而被電連接到電路板的焊點(diǎn)上。
最后根據(jù)本發(fā)明，建立了一種將裸露的集成電路芯片直接固定到電路板上的方法。在此方法中，裸露的集成芯片被面朝下地排列，使其終端I/O焊點(diǎn)同電路板表面上的導(dǎo)電焊點(diǎn)相接觸。有效數(shù)量的本發(fā)明的膠被置于芯片I/O焊點(diǎn)和電路板導(dǎo)電焊點(diǎn)之間。將膠加熱以形成導(dǎo)電復(fù)合物從而在芯片和電路板之間形成導(dǎo)電路徑。
參照附圖可更好地了解上述的發(fā)明，其中

圖1剖面圖示出了用本發(fā)明的膠和復(fù)合物在二層電路之間獲得孔對(duì)孔互連的情況；圖2示意圖示出了用本發(fā)明的導(dǎo)電膠和復(fù)合物提供引線框中集成電路芯片到電路板的表面安裝的情況；以及圖3是利用本發(fā)明的導(dǎo)電膠和復(fù)合物在集成電路芯片和電路板之間進(jìn)行倒裝片固定以提供二個(gè)元件之間的固定和電連接的示意圖。
本發(fā)明的導(dǎo)電膠是一種含有三種組分的復(fù)合物。第一組分是一種熱塑性聚合物，此聚合物可以是例如選自具有重復(fù)結(jié)構(gòu)分子式的熱塑性聚合物，其中至少一半選自硫、氧、氮、硅、烷基和苯基。導(dǎo)電膠的熱塑性聚合物的重復(fù)結(jié)構(gòu)單元可包括上述的一半以上。
熱塑聚合物可以是一種均聚物即單個(gè)單體重復(fù)的聚合物，或是一種分段共聚物或至少具有三個(gè)不同的均聚物及其混合物的分段共聚物。本發(fā)明熱塑聚合物預(yù)期中的分段共聚物包括那些至少含有二種以分段形式出現(xiàn)的共單體的共聚物。以分段形式出現(xiàn)的共單體是共聚物，它包含鄰接于至少一種不同單體的重復(fù)單體單元的第一單體的重復(fù)單體單元區(qū)，單體單元長(zhǎng)度可以相同，或可從一種單體單元變成許多單體單元而具有不同長(zhǎng)度。本發(fā)明的分段共聚物最好分別包括由非極性和極性單元組成的軟和硬重復(fù)單體區(qū)。在本發(fā)明預(yù)期的導(dǎo)電膠熱塑聚合物的最佳均聚物中有聚砜、聚烯烴和聚丙烯酸脂。本發(fā)明預(yù)期的分段共聚物包括諸如聚(酰亞胺尿素)、聚(醚硅氧烷)、聚(酰亞胺硅氧烷)、聚(苯乙烯丁二烯)、聚(苯乙烯異戊二烯)、聚(丙烯腈丁二烯)、聚氨脂和聚(乙烯乙酸乙烯脂)之類的共聚物。
上節(jié)所述的許多種最佳分段共聚物都是熱塑性彈性體。這種聚合物綜合了熱塑性和彈性體的優(yōu)點(diǎn)而沒有其附帶的缺點(diǎn)。亦即，與經(jīng)典彈性體不同，熱塑性彈性體可以重新熔化和重新成形。同樣，與經(jīng)典熱塑性不同，熱塑性彈性體能以良好的彈性恢復(fù)而被拉伸。
所有用作導(dǎo)電膠組分的熱塑性聚合物都需具有良好的熱穩(wěn)定性。為此，熱塑性聚合組分的分解溫度最好至少約200℃。熱塑分解溫度至少約為300℃更好。
本發(fā)明導(dǎo)電膠的第二組分是一種導(dǎo)電金屬粉末。這種導(dǎo)電金屬粉末最好是一種熔點(diǎn)一般至少約為200℃的無氧化物的粉末狀金屬。術(shù)語“無氧化物”意味著金屬或者不形成氧化物，或者形成氧化物但此氧化物不明顯地起電導(dǎo)絕緣作用。于是，最好用金、銀、錫、鎳、釕、銠、鈀、鉑和銥作為“無氧化物”金屬。無氧化物金屬可用無氧化物金屬元素、至少二種無氧化物金屬元素的合金或者表面無氧化物覆蓋的單個(gè)無氧化物金屬元素或至少二種無氧化物金屬元素的合金來提供?！胺勰币庵覆还苁菃蝹€(gè)顆粒還是較小顆粒的團(tuán)粒，直徑或主要尺寸通常小于50μm的顆粒。
以純粹形式或涂覆形式單獨(dú)使用或以合金方式使用的無氧化物金屬層最好是銀或金。
本技術(shù)領(lǐng)域的熟練人員都知道，為了防止某些無氧化物金屬擴(kuò)散進(jìn)入可氧化的金屬核，可能需要擴(kuò)散勢(shì)壘層。例如，在涂金之前，常常在銅核的表面加入鈷(最好是鈷和磷的合金)。這防止了金涂層在升高了的溫度下擴(kuò)散進(jìn)入銅。
雖然比上述的無氧化物金屬稍差，但第二組分也可以是帶有涂以無氧化物金屬的例如有機(jī)聚合物或無機(jī)材料的核的復(fù)合物。
在這一實(shí)施例中，核是一種有機(jī)聚合材料，有機(jī)聚合物最好是聚苯乙烯膠乳球狀顆粒。
在另一實(shí)施例中，核是一種無機(jī)材料，無機(jī)材料是一種氧化物形式的粉末狀固體，如二氧化硅、氧化鋁、氧化鋯或氧化鈦、硼酸鹽、鈦酸鹽、硅酸鹽、碳化物、氮化物或其它陶瓷材料。
導(dǎo)電金屬粉末的平均尺寸最好不大于約20μm。用于本發(fā)明導(dǎo)電膠中的金屬粉末的平均尺寸不大于約10μm更好。金屬粉末的平均尺寸不大于5μm則還要好。
本申請(qǐng)導(dǎo)電膠的第三組分是一種最好至少有一種極性有機(jī)溶劑的有機(jī)溶劑體系。用在本發(fā)明導(dǎo)電膠中的極性有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)范圍在氣壓下最好約為130℃-300℃。極性有機(jī)溶劑在大氣壓下的沸點(diǎn)在約150℃-250℃范圍內(nèi)更好。
符合上述要求的極性溶劑非專有性地可以是酯類、醚、酰胺、內(nèi)酯或砜。于是，二甲基己二酸酯和苯甲酸乙酯之類的酯類；苯乙酮和2-甲氧乙基醚之類的醚；包括二甲基乙酰胺的酰；包括N-甲基吡咯烷酮的內(nèi)酯；以及以二甲基亞砜為例的砜，都在本發(fā)明膠可用的極性溶劑的范圍內(nèi)。
應(yīng)該承認(rèn)，雖然本發(fā)明的膠最好包括至少一種極性有機(jī)溶劑(最好是上述一種極性溶劑)但它也可包括在一種以上的上述溶劑。亦即，溶劑可以是二個(gè)或更多個(gè)極性有機(jī)溶劑的混合物。也可以不僅包括一種或更多種極性有機(jī)溶劑，而且還包括一或更多種非極性溶劑。
在非極性有機(jī)溶劑與至少一種極性溶劑結(jié)合使用的最佳實(shí)施例中，非極性有機(jī)溶劑最好是液態(tài)碳?xì)浠衔?。采用液態(tài)芳香族碳?xì)浠衔锔?。?yōu)先用于本發(fā)明膠中作為極性溶劑組分一部分的最佳芳香族碳?xì)浠衔镉卸妆胶腿谆健?br> 導(dǎo)電膠也可以有選擇地包含抗腐蝕劑、表面活化劑之類的額外組分。但要強(qiáng)調(diào)的是，導(dǎo)電膠不含任何焊藥材料。
本發(fā)明第二種情況的目標(biāo)在于一種導(dǎo)電復(fù)合物。此導(dǎo)電復(fù)合物包含一種無氧化物金屬。無氧化物金屬最好占復(fù)合物總體積的至少約30％。復(fù)合物的金屬組分具有用于導(dǎo)電膠中的前述導(dǎo)電金屬粉末的特性。導(dǎo)電金屬粉末的最佳實(shí)施例與前述導(dǎo)電膠的粉末狀金屬的最佳實(shí)施例完全相同。
無氧化物金屬包含至少導(dǎo)電復(fù)合物總體積的約40％更好。
導(dǎo)電復(fù)合物的第二組分是一種熱塑性聚合物。用在導(dǎo)電復(fù)合物中的熱塑聚合物與導(dǎo)電膠的熱塑組分完全相同。復(fù)合物的熱塑聚合物具有包含其最佳實(shí)施例的導(dǎo)電膠的熱塑聚合物的特性。
本發(fā)明的導(dǎo)電復(fù)合物借助于對(duì)膠進(jìn)行加熱而由本發(fā)明的導(dǎo)電膠組成。加熱的同時(shí)可提供固定壓力以使電氣元件的固定得到改善或更易進(jìn)行。具體地說，導(dǎo)電膠被分布在二個(gè)或更多個(gè)電氣元件的導(dǎo)電引線之間。將膠的溫度升到超過溶劑的沸騰溫度，使溶劑從膠中被驅(qū)出。應(yīng)該了解，壓力不一定要是大氣壓?？杉诱婵找越档腿軇┑姆悬c(diǎn)。
在另一實(shí)施例中，在將導(dǎo)電膠轉(zhuǎn)換成復(fù)合物的工序中，清除溶劑的步驟涉及動(dòng)態(tài)氣體交換。本技術(shù)領(lǐng)域熟練人員所知的這一方法使溶劑可借助于大氣壓下低于其沸點(diǎn)的蒸發(fā)來清除。此工序通常在氮或其它惰性氣體流中進(jìn)行。
用二種連接工藝中的任何一種，可以完成形成導(dǎo)電互連的工序。在第一種工序中，膠被分布，然后在高于熱塑聚合物玻璃轉(zhuǎn)化溫度的溫度下加壓。在這一第一工序中，溶劑蒸發(fā)，熱塑聚合物流動(dòng)并形成導(dǎo)電連接。在第二種工序中，膠首先在低于熱塑聚合物玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)的溫度下被干燥(即清除溶劑)。然后借助于將溫度升高到高于熱塑聚合物的玻璃轉(zhuǎn)化溫度而完成向?qū)щ姀?fù)合物的轉(zhuǎn)變。如上所述的這一工序是時(shí)間和溫度的函數(shù)。顯然，固定溫度(即膠所暴露其中的溫度)越高，所需要的時(shí)間就越短。最佳固定條件依賴于待要形成的特定結(jié)構(gòu)以及熱塑聚合物的玻璃轉(zhuǎn)化溫度。
導(dǎo)電復(fù)合物可包含一種或更多可選組分。這些可選組分可以包括例如抗腐蝕劑、表面活化劑之類。由本發(fā)明的導(dǎo)電膠所形成的導(dǎo)電復(fù)合物，同膠一樣，不含有焊藥試劑。
選擇配方的準(zhǔn)則基于下列三方面的平衡(i)聚合物/金屬?gòu)?fù)合物的導(dǎo)電性質(zhì)；(ii)聚合物/金屬/溶劑膠的流變行為；以及(iii)聚合物在填充金屬和隨所需應(yīng)用而變的其它襯底上的濕潤(rùn)和附著特性。
至于電導(dǎo)率，在金屬/絕緣體/金屬隧穿中起“電子陷阱”的離子性雜質(zhì)應(yīng)足夠低，以便在所需應(yīng)用規(guī)定的電流范圍內(nèi)保持線性的電流(I)對(duì)電壓降(V)的行為。電導(dǎo)率(σ)對(duì)溫度(T)也應(yīng)表現(xiàn)為金屬狀，而不是在無序系統(tǒng)中所觀察到的那種電導(dǎo)率隨溫度降低，亦即應(yīng)遵守logσ-T1/4定律。而且，液氦溫度下的電阻率應(yīng)盡可能低。為得到良好的附著，聚合物應(yīng)濕潤(rùn)金屬填充物，應(yīng)濕潤(rùn)所需應(yīng)用規(guī)定的襯底材料，且聚合物的楊氏模量在25℃下最好應(yīng)大于0.1GPa。膠應(yīng)該化合成使就其流變行為而言，其非牛頓粘度在約3000-5000泊的范圍內(nèi)，且第一正常應(yīng)力差應(yīng)盡可能低，呈現(xiàn)低的彈性反沖。而且，與平常粘滯彈性和非牛頓液體呈現(xiàn)穩(wěn)定粘度相反，當(dāng)承受剪切加工時(shí)，膠應(yīng)表現(xiàn)粘度下降。
本發(fā)明的另一種情況的目標(biāo)在于涉及到在電氣元件和器件的制備中使用新穎導(dǎo)電膠的工藝，其中的膠被轉(zhuǎn)變成本發(fā)明的復(fù)合物。一種這樣的工藝涉及到至少一個(gè)柔性電氣元件襯底固定于電氣元件。這種采用本發(fā)明導(dǎo)電膠的固定導(dǎo)致柔性襯底上的電氣裝置，得到柔性電路。
在此工藝中，本發(fā)明的導(dǎo)電膠提供在電路化柔性襯底導(dǎo)電表面和電氣元件導(dǎo)電表面之間。這樣分布的膠隨后承受足夠長(zhǎng)時(shí)間的熱和壓力，以便將導(dǎo)電膠轉(zhuǎn)變成導(dǎo)電復(fù)合物并形成連接。最好將膠在最少約為5psi的壓力下加熱到高于聚合物玻璃轉(zhuǎn)化溫度的溫度。得到的產(chǎn)品在柔性襯底和電氣元件之間提供了電連接以得到柔性電路。
本發(fā)明的導(dǎo)電膠和復(fù)合物的第二用途是其在制作所謂“孔對(duì)孔”多層結(jié)構(gòu)互連的工藝中的應(yīng)用。此工藝如圖1所示。通示于10處的層包含如6處所示的鍍銅的通孔8。層10包括參考號(hào)4所示的沿X方向的金屬線以及5處所見的沿Y方向的金屬線。層10配備有由介電層2所圍繞的接地平面3。層10還包含附著表面7。
利用本發(fā)明的導(dǎo)電膠，層10與第二層50進(jìn)行電互連。具體地說，在通孔8中這樣地排列導(dǎo)電膠的液滴12，使它們伸到含有7所示的附著介電質(zhì)的頂表面之上和底表面之下。為了將層10電連接到層50，層50也同樣地在其一個(gè)或更多個(gè)通孔中填以導(dǎo)電膠液滴，隨后進(jìn)行前述的干燥工序，再在恰當(dāng)壓力下將二層對(duì)準(zhǔn)并壓到一起，并將溫度升到聚合物玻璃轉(zhuǎn)化溫度以上，使各層通孔中的膠連接并熔融以形成導(dǎo)電復(fù)合物。
本發(fā)明導(dǎo)電膠和復(fù)合物的另一重要用途是在表面安裝制造工藝中。圖2示出了導(dǎo)電膠和復(fù)合物的這種用途。在圖2中，絕緣襯底電路板20(它可能是有機(jī)聚合物或陶瓷之類)配備有多個(gè)本技術(shù)領(lǐng)域稱為焊點(diǎn)的終端點(diǎn)，在圖2中示以焊點(diǎn)22和24。焊點(diǎn)22和24利用電線26和27同引線框25中的集成電路芯片電連接，于是在襯底板20和集成電路芯片25之間提供電連接。利用本發(fā)明的導(dǎo)電膠，這一連接被做成永久性的。如圖2所示，排列在引線26和27以及焊點(diǎn)22和24之間的膠滴21和23分別承受高于聚合物玻璃轉(zhuǎn)化溫度的高溫和足夠的負(fù)荷(最好至少等于芯片25和引線26和27的總重量)，以形成本發(fā)明的復(fù)合物。
本發(fā)明的導(dǎo)電膠和復(fù)合物的又一用途是在此處列為參考的美國(guó)專利4434434所述的倒裝片安裝工藝中。這種安裝代表了計(jì)算機(jī)工藝中的一大進(jìn)展。倒裝片安裝借助于不同于在其中布線的方法，使集成電路芯片可直接固定在電路板上。導(dǎo)電膠的應(yīng)用因而代表了計(jì)算機(jī)和其它尖端電子器件制造中的一個(gè)大的進(jìn)展即對(duì)布線太消耗勞力和空間因而造成昂貴而費(fèi)時(shí)有所改進(jìn)。
在本發(fā)明的工藝中，倒裝片安裝采用本發(fā)明的導(dǎo)電膠來完成。參照?qǐng)D3可最好地解釋此工藝，圖中示出了這種安裝的草圖。芯片30被倒轉(zhuǎn)即面朝下，使其表面上的焊點(diǎn)34與電路板32(有時(shí)也稱為襯底)的焊點(diǎn)36對(duì)準(zhǔn)。少量的導(dǎo)電膠38被分布在焊點(diǎn)34和焊點(diǎn)36之間，使其間存在電連接。隨后使整個(gè)裝置承受提高的溫度和壓力，最好至少約為5psi，以便將膠轉(zhuǎn)化成本發(fā)明的導(dǎo)電復(fù)合物，使這一電連接永久化。
作為變通，倒裝片工藝也可涉及將膠沉積在襯底焊點(diǎn)上，或芯片焊點(diǎn)上，或襯底和芯片二者的焊點(diǎn)上。隨后將膠干燥，然后將二個(gè)表面對(duì)準(zhǔn)并在壓力下于高于熱塑聚合物玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)的溫度下連接起來，以便快速且基本完美無缺地得到所需的電連接器件。
上述各種應(yīng)用強(qiáng)調(diào)了與本發(fā)明的膠和復(fù)合物有關(guān)的本技術(shù)領(lǐng)域的進(jìn)展。組成膠體成分的各組分的獨(dú)特組合，可以方便地轉(zhuǎn)變成永久性復(fù)合物，使電氣和電子器件在相對(duì)適度的溫度和壓力條件下進(jìn)行電連接而對(duì)電氣和電子器件沒有附帶的損傷。還要強(qiáng)調(diào)的是，雖然復(fù)合物的形成造成了“永久性”電連接，借助于加熱到超過復(fù)合物熱塑組分玻璃轉(zhuǎn)化點(diǎn)的溫度，這些連接可以容易地?cái)嚅_而不損傷復(fù)合物所連接的各個(gè)元件。
下列各例被用來說明本發(fā)明的范圍。由于這些例子僅僅是為了說明的目的而給出的，本發(fā)明不應(yīng)被認(rèn)為局限于此。
例1制備了聚(酰亞胺硅氧烷)的苯乙酮溶液，其中的聚(酰亞胺硅氧烷)為溶液總重量的28％。將長(zhǎng)寬約為1-5μm而厚度約為1μm的顆粒尺寸變化的銀金屬片狀粉末加入此溶液。銀顆粒在銀和聚(酰亞胺硅氧烷)的總重量中占87％。87％的重量濃度是不考慮苯乙酮溶劑的重量而計(jì)算得到的。
借助于在Mueller(商標(biāo))高剪切力混合器中的高剪切力下混合此懸浮液，得到的聚(酰亞胺硅氧烷)-苯乙酮溶液中的銀顆粒懸浮液被制成膠。
在上述膠成分的倒裝片安裝(FCA)應(yīng)用中，膠在涂金的襯底上被分布成約100μm高的直徑為100μm的圓形物，中心間距為200μm。圖形陣列為11×11。得到的圓形物陣列在2.5磅的固定負(fù)載下于340℃被連于另一個(gè)涂金的襯底。此結(jié)構(gòu)的總電阻為≤1μΩ/cm2。得到的11×11陣列的附著強(qiáng)度為3000psi。
例2對(duì)完全一樣的溶劑，相似于例1，將28％重量比的聚(酰亞胺硅氧烷)的N-甲基吡咯烷酮(NMP)溶液與顆粒尺寸為1-5μm的金顆粒進(jìn)行組合。加入到聚(酰亞胺硅氧烷)溶液中的金顆粒量使金顆粒重量占金和聚(酰亞胺硅氧烷)總重量的92％。這一百分比與NMP溶劑的重量無關(guān)。
如例1那樣，在Mueller(商標(biāo))高剪切力混合器中承受混合之后，聚(酰亞胺硅氧烷)-NMP溶液中的金懸浮液被轉(zhuǎn)變成膠。
此膠被用于與例1所述相同的FCA應(yīng)用中。對(duì)于2.75磅的固定負(fù)載，附著強(qiáng)度為3200psi。
例3在高剪切力混合器中將一種含有13％重量比的聚(酰亞胺硅氧烷)、68％重量比的長(zhǎng)和寬尺寸3-10μm而厚度約為1μm的尺寸變化的銀片狀粉末、以及19％重量比的苯乙酮的混合物進(jìn)行合成以制成膠。此膠被分布在圖2所示表面安裝應(yīng)用例子那樣的環(huán)氧樹脂上已清除表面氧化物的銅焊點(diǎn)上。膠被分布在以間距1.27mm分成14個(gè)焊點(diǎn)二行的1.65mm2矩形的28個(gè)圖形上。一個(gè)28腳的VSOP(非常小的外形封裝件)被安裝在濕膠上。此零件被干燥，然后在220℃下固化10分鐘。得到的元件對(duì)板的附著是每線0.6磅。
權(quán)利要求
1.一種導(dǎo)電膠，它包含熱塑性聚合物、導(dǎo)電金屬粉末和有機(jī)溶劑體系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的膠，其特征是上述的熱塑性聚合物選自其重復(fù)結(jié)構(gòu)單元至少包括一半選自硫、氧、氮、硅、烷基和苯基構(gòu)成的組中的熱塑性物質(zhì)構(gòu)成的組中。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的膠，其特征是上述熱塑性聚合物是一種均聚物、一種分段共聚物或一種至少具有三種不同的均聚物分段及其混合物的分段共聚物。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的膠，其特征是分段長(zhǎng)度從一個(gè)單體單元到許多單元而改變。
5.根據(jù)權(quán)利要求3的膠，其特征是上述熱塑性聚合物是一種選自聚砜、聚烯烴和聚丙烯酸脂構(gòu)成的組中的均聚物。
6.根據(jù)權(quán)利要求3的膠，其特征是上述熱塑性聚合物是一種選自聚(酰亞胺尿素)、聚(醚硅氧烷)、聚(酰亞胺硅氧烷)、聚(苯乙烯丁二烯)、聚(苯乙烯異戊二烯)、聚(丙烯腈丁二烯)、聚(乙烯乙酸乙烯脂)和聚氨脂的分段共聚體。
7.根據(jù)權(quán)利要求1的膠，其特征是上述導(dǎo)電金屬粉末選自由無氧化物元素金屬、至少二種無氧化物元素金屬的合金、涂有無氧化物元素金屬的固體和涂有至少由二種無氧化物元素金屬所組成的合金的固體所構(gòu)成的組中。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的膠，其特征是上述導(dǎo)電金屬粉末是一種選自金、銀、錫、鎳、釕、銠、鈀、鉑、銥的元素金屬和上述二個(gè)或更多個(gè)的合金。
9.根據(jù)權(quán)利要求7的膠，其特征是上述導(dǎo)電金屬粉末是一種涂有選自由金、銀、錫、鎳、釕、銠、鈀、鉑、銥和上述二個(gè)或更多個(gè)的合金所構(gòu)成的組中的固體。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的膠，其特征是上述固體選自由有機(jī)聚合物、不帶表面氧化物的金屬和無機(jī)材料所構(gòu)成的組中。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的膠，其特征是上述有機(jī)聚合物是聚苯乙烯乳膠球，而上述無機(jī)材料選自由氧化硅、氧化鋁、氧化鈦、氧化鋯、硼酸鹽、鈦酸鹽、硅酸鹽、碳化物和氮化物所構(gòu)成的組中。
12.根據(jù)權(quán)利要求1的膠，其特征是上述有機(jī)溶劑體系包含至少一種極性有機(jī)溶劑。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的膠，其特征是上述有機(jī)極性溶劑選自酯、醚、酰胺、內(nèi)酯和砜。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的膠，其特征是上述極性有機(jī)溶劑選自由二甲基己二酸酯、苯甲酸乙酯、苯乙酮、2-甲氧乙基醚、二甲基乙酰胺、N-甲基吡咯烷酮、二甲基亞砜及其混合物所構(gòu)成的組中。
15.根據(jù)權(quán)利要求12的膠，其特征是包括選自由第二有機(jī)極性溶劑、非極性溶劑及其混合物所構(gòu)成的組中的第二溶劑。
16.根據(jù)權(quán)利要求15的膠，其特征是上述非極性溶劑選自由二甲苯和三甲基苯所構(gòu)成的組中。
17.一種導(dǎo)電復(fù)合物，它包含至少約30％體積的導(dǎo)電金屬粉末以及熱塑性聚合物，上述體積百分比是對(duì)上述金屬粉末和上述熱塑物質(zhì)的總體積而言。
18.根據(jù)權(quán)利要求17的復(fù)合物，其特征是上述導(dǎo)電金屬粉末選自由無氧化物元素金屬、至少二種無氧化物元素金屬的合金、涂有無氧化物元素金屬的固體和涂有至少由二種無氧化物元素金屬組成的合金的固體所構(gòu)成的組中。
19.根據(jù)權(quán)利要求18的復(fù)合物，其特征是上述導(dǎo)電金屬粉末是一種選自由金、銀、錫、鎳、釕、銠、鈀、鉑、銥的元素金屬和上述二個(gè)或更多個(gè)的合金所構(gòu)成的組中。
20.根據(jù)權(quán)利要求19的復(fù)合物，其特征是上述導(dǎo)電金屬粉末是一種涂有選自由金、銀、錫、鎳、釕、銠、鈀、鉑、銥的一種金屬和上述二個(gè)或多個(gè)組成的合金所構(gòu)成的組中的固體。
21.根據(jù)權(quán)利要求20的復(fù)合物，其特征是上述固體選自由有機(jī)聚合物、不帶表面氧化物的金屬和無機(jī)材料所構(gòu)成的組中。
22.根據(jù)權(quán)利要求17的復(fù)合物，其特征是上述熱塑性聚合物選自其重復(fù)結(jié)構(gòu)單元至少包括一半選自硫、氧、氮、硅、烷基、苯基構(gòu)成的組中的熱塑物質(zhì)所構(gòu)成的組。
23.根據(jù)權(quán)利要求22的復(fù)合物，其特征是上述熱塑性聚合物是一種均聚體、一種分段共聚體或一種帶有至少三種不同均聚體分段及其混合物的分段共聚體。
24.根據(jù)權(quán)利要求23的復(fù)合物，其特征是分段的長(zhǎng)度從一個(gè)單體單元到許多個(gè)單元而變化。
25.根據(jù)權(quán)利要求24的復(fù)合物，其特征是上述熱塑性聚合物是一種選自由聚砜、聚烯烴、聚丙烯酸脂及其混合物所構(gòu)成的組中的均聚物。
26.根據(jù)權(quán)利要求25的復(fù)合物，其特征是上述熱塑性聚合物是一種選自由聚(酰亞胺尿素)、聚(醚硅氧烷)、聚(酰亞胺硅氧烷)、聚(苯乙烯丁二烯)、聚(苯乙烯異戊二烯)、聚(丙烯腈丁二烯)、聚(乙烯乙酸乙烯脂)、聚氨脂及其混合物所構(gòu)成的組中的分段共聚物。
27.一種制造柔性電路的工藝，它包含用權(quán)利要求1的導(dǎo)電膠使電氣元件同電路化柔性襯底接觸，并隨后將上述襯底加熱到高于聚合物玻璃轉(zhuǎn)化溫度的溫度。
28，一種電連接帶有一個(gè)或更多個(gè)通孔的多層結(jié)構(gòu)的工藝，它包含將權(quán)利要求1的導(dǎo)電膠置入上述通孔中；對(duì)準(zhǔn)上述通孔；在大氣或真空中加熱以清除溶劑；以及對(duì)準(zhǔn)相鄰各層的通孔并將上述裝置加熱到至少約為150℃的溫度。
29.一種進(jìn)行表面安裝的工藝，它包含使引線框的引線與相應(yīng)的襯底電路板焊點(diǎn)進(jìn)行電接觸，從而在上述引線和上述焊點(diǎn)之間存在電接觸；將權(quán)利要求1的導(dǎo)電膠涂在上述焊點(diǎn)上；以及將上述裝置加熱到高于聚合物玻璃轉(zhuǎn)化溫度的溫度。
30.一種將集成芯片固定在電路板上的工藝，它包含將權(quán)利要求1的上述導(dǎo)電膠分布在上述芯片、上述電路板或二者的焊點(diǎn)上并對(duì)準(zhǔn)上述芯片和上述板的上述焊點(diǎn)；并將裝置加熱到高于上述聚合物玻璃轉(zhuǎn)化溫度的溫度。
31.權(quán)利要求30的工藝，其特征是上述膠在上述對(duì)準(zhǔn)步驟之前先在低于上述聚合物玻璃轉(zhuǎn)化溫度的溫度下進(jìn)行干燥。
全文摘要
公開了一種導(dǎo)電膠,它包含一種熱塑性聚合物、一種導(dǎo)電金屬粉末以及一個(gè)有機(jī)溶劑體系。本發(fā)明還包括一種導(dǎo)電復(fù)合物,它包含前述的熱塑性物質(zhì)和金屬,其中的金屬至少占復(fù)合物總體積的30%。此復(fù)合物由膠在提高了的溫度下形成。此膠在使膠轉(zhuǎn)變?yōu)閺?fù)合物的工藝條件下被用于涉及電氣和電子元件電連接的工藝中。
文檔編號(hào)C09J125/06GK1182770SQ9612172
公開日1998年5月27日 申請(qǐng)日期1996年11月20日 優(yōu)先權(quán)日1996年11月20日
發(fā)明者拉維·F·薩拉夫, 朱迪斯·馬里·茹爾丹, 米切爾·安索尼·嗄尼絲, 理查德·本托·布斯, 史蒂芬·保羅·奧斯切德, 埃莫努爾·I·考泊, 卡洛斯·J·桑普賽蒂 申請(qǐng)人:國(guó)際商業(yè)機(jī)器公司