專利名稱：枝狀互連系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及兩個構件的互連，采用枝狀體用于這種互連。在更具體的方面，本發(fā)明涉及用枝狀體來互連兩個構件，兩構件形成一種牢固的、基本上永久性的連結。在更具體的方面，本發(fā)明在用枝狀互連的液晶平板顯示器中特別有用，這種枝狀互連形成一種永久的互連。
枝狀互連技術已經發(fā)展到了在各種應用中都很實用的程度。在共同授予賓德拉(Bindra)等人的美國專利U.S.5,137,461中詳細說明了枝狀連結和枝狀體的成形。在形成枝狀連結時，首先形成枝狀體，這種枝狀體材料一般是鈀，不過也可以用其它材料。枝狀體形成在有待互連的構件之一的一個表面上，然后在要被互連的另一個構件的表面上形成枝狀體容納和固定材料。這種枝狀體容納和固定材料也可以是枝狀體，不過更常用焊料；也可利用其它的非金屬材料如導電的環(huán)氧樹脂作為枝狀體容納和固定材料。這些枝狀體以一種給定的型式形成，并且枝狀體容納和固定材料以同樣給定的型式在另一個構件的一面上形成。施加力將兩個構件推壓在一起，因而這些枝狀體被迫進入或刺入枝狀體容納材料內，以形成一種互連。一般而言，采用機械壓力來施加這種力。這些連接可以是臨時性的或者是永久性的。例如，在試驗裝置中臨時性的連接是有用的；而在為獲得裝置的操作功能來將一個元件結合到另一個元件上時，永久性的互連是有用的。當連接是永久性的時，應當保持所述力，同時將兩個構件推壓在一起，以確保連接的持久性；或者，換一種說法，保持該力以確保連接不會無故地脫開。按照常規(guī)的現(xiàn)有技術的實踐，這種力是通過夾緊裝置施加的，并可以加入一些彈性體、剛性構件和機構以便引入、調節(jié)和保持該力并將兩個構件推壓在一起。這種技術一般為電纜、插件、插件板、元件、芯片及其它類似的電路元件提供了良好的連接。
但是，使用夾緊裝置具有某些局限性。例如，如果大量的枝狀體與枝狀體容納和固定材料設置在一個大面積上，則在每一個枝狀連接處就難以保持同等的力，并且這種難度隨面積的增加而增加。另外，如果一些主要表面具有很小的橫截面積，也會造成困難。而且，要求主要表面必須能讓光通過，這也會引起一些枝狀體的接觸問題。這些問題中的首要問題在于，在使用夾具的地方，施加足夠力以便良好接觸是難以實現(xiàn)的，并且，即使實現(xiàn)了施加足夠力，也會造成力的不均勻分布和出現(xiàn)表面偏離平面的變形。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種枝狀互連的技術，其中可將基本上均勻的力施加到枝狀連接件上，并且良好的連接導致它能抵擋無故的拆開。
按照本發(fā)明，提供了一種利用枝狀體或枝狀體技術將具有第一面的第一構件連接到具有第二面的第二構件上的技術。為了形成這種連接，枝狀體以一種給定的構型在第一構件的一個面上形成。優(yōu)選地，枝狀體是用鈀制成，不過它們也可以用其它材料如鎳、銅、鈷、鐵等金屬制成。這些枝狀體在一個面上以一種給定的構型形成。枝狀體容納和固定材料在第二構件的一個面上形成，其構型基本上與枝狀體在一個面上的給定構型一致。枝狀體容納和固定材料優(yōu)選地是焊料，不過也可以用其它材料、例如第二組枝狀體或甚至一種環(huán)氧樹脂(如果要求導電連接，它可以是一種導電環(huán)氧樹脂)作為枝狀體容納和固定材料。
然后，將第一和第二構件放在一個彼此相對的位置，以第一構件一個面上的枝狀體與第二構件一個面上的枝狀體容納和接合材料接觸。然后圍繞枝狀體及枝狀體容納和接合材料在第一和第二面之間設置一個氣密密封件，該密封件在第一和第二部件之間形成一個密封的室。此后，在該密封室內抽真空，因而使兩個構件上的環(huán)境大氣壓力將兩個構件彼此相對地推壓，這將使枝狀體嵌入枝狀體容納和接合材料內，從而形成它們之間的互連。然后從兩個構件上拆下抽真空的裝置并將其中保持真空的氣密室密封，以使大氣壓力在兩個構件上保持一個恒定而持續(xù)的力，從而保證了枝狀體及枝狀體容納和接合材料之間的持續(xù)可靠的接合。
為了增強或改善這些枝狀體與枝狀體容納和固定材料之間的結合并因此保證一種永久性的互連，在一個實施方案中，這些枝狀體與枝狀體容納和固定材料各含有一種組分，這種組分可以在其間形成一種金屬間化合物。例如，當優(yōu)選的鈀作為枝狀體材料使用時，如果用一種鉛/錫或鉛/銦焊料或者確實含錫或銦的任何焊料，那么將形成一種金屬間化合物。這將增強枝狀體與枝狀體容納和固定材料之間的結合，因而提高永久結合的可靠性。


圖1是部件分解圖，稍微簡略地示出本發(fā)明用于連接一種平板液晶顯示器的兩個構件的一個實施方案。
圖2是圖1中的兩塊平板處于接合位置時的縱向剖面圖；圖3是類似于圖2的視圖，示出平板的兩個構件與嵌入枝狀體容納和接合材料內的枝狀體接合并且保持真空；和圖4是本發(fā)明的另一個實施方案的縱向剖面圖。
按照本發(fā)明，采用枝狀體技術使一對構件互連，該技術是通過在一個構件的面上形成枝狀體及在另一個構件的面上以相應型式形成枝狀體容納和固定材料，以便借助這些枝狀體與枝狀體容納材料接觸而使兩個部件接合在一起，從而提供一種氣密密封件來在兩個構件之間限定一個室，并且然后用一個氣泵將該室抽真空，因而使作用在構件相對側面上的大氣壓力能將枝狀體壓入枝狀體容納和固定材料內。在圖1-3中示出這種技術，用于本發(fā)明制造平板液晶顯示器的一個實施方案，雖然這僅僅是它可以應用的一個實施例，但在兩個構件需要結合起來并且在它們之間可以限定一個氣密室的任何地方，這種技術都是實用的。
現(xiàn)在參看附圖，并且暫且參看圖1-3，圖中示出一個平板液晶顯示(LCD)的顯示器并且總體用標號10表示。在圖1中以分解圖示出平板10，在圖2中以縱向剖面圖形式示出在形成真空之前的平板10，在圖3中示出抽真空之后的平板10。平板顯示器10包括一個上構件12和一個下構件14。(正如這里所用的，上和下僅僅是表示如附圖中所示的位置，可以理解，構件12和14可以按任何彼此相對的位置利用和/或組裝)。
平板10還包括許多含有液體顯示材料的組件16，它們以一種常規(guī)方式(圖中未示出)用導線連接在一起以形成LCD顯示器，并且設置在板12和14之間。上構件12具有一些枝狀體18，它們以一種重復的型式在上構件12的一個面19上形成。正如在上面授權的美國專利U.S.5,137,461中所述，這些枝狀體優(yōu)選地是用鈀制造。但是，也可以用其它材料來制造這些枝狀體，如鎳、銅、鈷、鐵或其它材料，它們形成一種象針一樣的針狀結構，這種結構是比較堅硬的并且可以壓入一種枝狀體容納材料、如焊料內。在下構件14的一個面21上形成許多焊料突出部20。焊料突出部20以與由枝狀體18所形成的型式相符合的型式在面21上形成。優(yōu)選地，這種焊料是鉛一錫焊料，不過正如現(xiàn)在將要說明的，其它焊料及實際上其它枝狀體容納材料都可以使用。
如圖2所示，上板12和下板14組裝在一起，它們的面19和21成并列關系，枝狀體18接觸焊料球20。組件16設置在構件12和14之間和隔離球24之間。優(yōu)選地，隔離球是玻璃球并用于在構件12和14處于最終操作位置時使它們之間保持適當?shù)拈g距。通常，用于LCD顯示器的構件12和14之間的間距在約0.5毫米和2毫米之間。
設置了一個氣密性的彈性密封件，其一部分以26示出，該密封件26圍繞上構件12和下構件14的外周邊設置并接合構件12和14，以便分別在構件12和14的面19和21之間提供一個氣密室28。用于密封件26的一種特別有用的材料是環(huán)氧樹脂，不過也可以用其它的材料如天然橡膠和合成橡膠。組件16和隔離球24設置在這個空間內。設置了一臺真空泵30，該泵30經過閥34通過一根真空管道32連接到氣密室28中。然后開動真空泵以將氣密室28內抽真空。當室28被抽真空時，作用在上構件12和下構件14兩個相對側上的壓力如圖3中箭頭所指示將枝狀體18壓入焊料球20內。不要求極高的真空度，真空度高到足以使大氣壓力將枝狀體18壓入焊料球20并使構件12和14的面19和21壓住板16和隔離球24就夠了。對于該用途，約為1乇的真空度就足夠了。
利用真空，可以對構件12和14的整個表面施加基本上均勻的壓力，而使枝狀體18牢固地接合在焊料球20內。這種枝狀互連在上述專利5,137,461中已充分說明了。
一旦抽取到合適的真空度，就將閥34關閉，而使真空管道32密封，以便在氣密室28中保持真空，并因此使構件12和14上維持壓力以保持一個良好的緊密密封。
現(xiàn)在參看圖4，圖4示出供平板液晶顯示器用的本發(fā)明的另一個實施方案。除了枝狀體18是在組件16的一個面上形成而不是在上構件12的一個面上形成之外，這個實施方案與圖1-3的實施方案相同。在抽真空時大氣壓力的作用是相同的。
通過挑選用于枝狀體和焊料的材料，使得能形成一種金屬間化合物，可以改善或提高枝狀體18和焊料20之間機械結合的強度。例如，如果枝狀體材料是鈀而焊料是含錫焊料，則在枝狀體連接件到焊料20的界面處可以形成一種金屬間化合物(PdSn)。這可以通過將焊料加熱到超過液相溫度來完成，此時金屬間化合物Pd-Sn迅速形成，因此在枝狀體和焊料之間提供化學或分子結合以及機械結合。這將保證在真空度失去或降低的情況下，在接合處有附加的強度。的確，在某些情況下，這種金屬間化合物可以提供一種足夠強的接合，以便在沒有真空的條件下實現(xiàn)某些元件的永久互連。
如果對枝狀體和焊料選用不同的材料，可以形成其它的金屬間化合物。例如，在焊料中可以用銦代替錫，或是除了用錫之外再加銦，在這種情況下可以形成銦-鈀結合。其它的材料如鎳、銅、鈷和鐵可以同錫或銦形成金屬間的結合。
在另一實施方案中，為了形成金屬間結合或更強的結合，枝狀體可以鍍一層例如錫以助于形成金屬間結合，或者枝狀體可以鍍一層金，金很容易同各種材料包括鈀、錫和銦形成金屬間結合。不管怎樣，通過挑選用于枝狀體的材料和枝狀體容納和固定材料，利用加熱可以形成各種金屬間化合物以強化結合。
另外，有可能用焊料之外的材料來形成枝狀體容納材料。例如，可以將第二種型式的枝狀體鍍在下構件20的面21上而不是焊料上，并且如專利5,137,461中所述可以形成枝狀體-枝狀體連接。此外，如果采用鍍錫，可以形成將使結合強化的金屬間化合物。另外，可以用環(huán)氧樹脂代替焊料，并且如果在任何要求導電的特別用途中，可以用導電環(huán)氧樹脂。如果用環(huán)氧樹脂，則不適于形成金屬間化合物。
至此，已描述了本發(fā)明的優(yōu)選實施方案。但是，考慮到上述描述，可以理解，這種描述只是通過實施例作出的，本發(fā)明不限于此處所述的具體實施方案，并且在不脫離下述權利要求所述的本發(fā)明實際精神的條件下可以進行各種調整、修改和變換。
權利要求
1.一種將具有第一面的第一構件連接到具有第二面的第二構件上的方法，它包括以下步驟以給定的構型設置從所述第一面伸出的枝狀體，以相當于所述給定構型的構型在所述第二面上設置枝狀體容納和接合材料，以并置關系放置所述各構件，使枝狀體與枝狀體容納和接合材料接觸，圍繞枝狀體與枝狀體容納和接合材料在第一面和第二面之間設置一個基本上氣密的密封件，因而在該氣密密封件之內第一和第二構件之間形成密封室，和在密封室內抽取真空，因而使枝狀體能嵌入枝狀體容納和接合材料內以形成它們之間的互連。
2.如權利要求1所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體容納和接合材料是焊料。
3.如權利要求1所述的發(fā)明，其特征在于在所述室內第一和第二構件之間設置至少一個隔離裝置。
4.如權利要求3所述的發(fā)明，其特征在于在第一和第二構件之間有許多隔離裝置。
5.如權利要求1所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體與枝狀體容納和接合材料各包括第一和第二構型，這些構型形成一種金屬間化合物；并且在抽取真空之后，將枝狀體與枝狀體容納和接合材料加熱，以形成所述金屬間化合物。
6.如權利要求5所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體包括鈀。
7.如權利要求6所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體容納和接合材料包括一種含錫或銦的焊料。
8.如權利要求5所述的發(fā)明，其特征在于所述顆粒是圓球。
9.如權利要求1所述的發(fā)明，其特征在于真空至少低至1乇。
10.如權利要求1所述的發(fā)明，其特征在于設置第三構件，該第三構件接合所述第一和第二構件中的一個、提供氣密密封件的一部分并且受到環(huán)境壓力的作用。
11.一種具有第一面的第一構件和具有第二面的第二構件的復合結構，它包括以給定的構型從第一面伸出的枝狀體，以相當于所述給定構型的構型位于第二面上的枝狀體容納和接合材料，所述第一和第二構件成并置關系，在第一和第二面之間圍繞枝狀體與枝狀體容納和接合材料的基本上氣密的密封件，因而在所述氣密密封件內第一和第二構件之間形成密封室，和在密封室內的真空；通過作用于第一和第二構件上的環(huán)境壓力使枝狀體嵌入枝狀體容納和接合材料內并保持在其中，以便在它們之間形成一種互連。
12.如權利要求11所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體容納和接合材料是焊料。
13.如權利要求11所述的發(fā)明，其特征還在于在所述室內第一和第二構件之間設置至少一個隔離裝置。
14.如權利要求13所述的發(fā)明，其特征在于在第一和第二構件之間有許多隔離裝置。
15.如權利要求11所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體與枝狀體容納和接合材料各包括第一和第二構型，這些構型在枝狀體與枝狀體容納和接合材料之間形成一種金屬間化合物。
16.如權利要求15所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體包括鈀。
17.如權利要求16所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體容納和接合材料包括一種含錫或銦的焊料。
18.如權利要求15所述的發(fā)明，其特征在于所述顆粒是圓球。
19.如權利要求11所述的發(fā)明，其特征在于真空至少低至1乇。
20.一種具有第一面的第一構件和具有第二面的第二構件的復合結構，它包括以給定構型從第一面伸入設置在第二面上的枝狀體容納和固定材料中的枝狀體，并且枝狀體與枝狀體容納材料包括在該枝狀體與枝狀體容納和固定材料的界面處形成金屬間化合物的元素。
21.如權利要求20中所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體是鈀。
22.如權利要求21中所述的發(fā)明，其特征在于枝狀體容納材料是一種含錫焊料，而所述金屬間化合物是PdSn。
全文摘要
一種利用枝狀體將第一構件連接到第二構件上的技術。將第一和第二構件放置在彼此相對的位置上,使第一構件一個面上的枝狀體與第二構件一個面上的枝狀體容納和接合材料接觸。然后圍繞枝狀體與枝狀體容納和接合材料在第一和第二構件之間形成一個密封室。此后,在密封室內抽取真空,因而使作用在兩個構件上的環(huán)境大氣壓力將兩個構件彼此相對地推壓,這將使枝狀體嵌入枝狀體容納和接合材料內,以便在它們之間形成互連。
文檔編號H01R4/26GK1193200SQ97125540
公開日1998年9月16日 申請日期1997年12月12日 優(yōu)先權日1996年12月30日
發(fā)明者A·P·恩格拉漢姆, J·A·莫拉, D·B·斯托內 申請人:國際商業(yè)機器公司