CN101944675B - 电连接器的复合组件及制造该复合组件的方法 - Google Patents
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Abstract
一种电连接器(100)的复合组件(200)包括导电基体(202，302)和电镀层(204，304，418)。导电基体(202，302)配置为形成电连接器(100)的导电通道。电镀层(204，304，418)沉积到导电基体(202，302)上且包括电介质材料(406)。一种制造电连接器(100)的复合组件(200)的方法(700)，该方法(700)包括提供包括电介质材料(406)的液体电镀槽(404)，并将导电基体(202，302)的至少一部分浸入液体电镀槽(404)。方法(700)还包括在液体电镀槽(404)和导电基体(202，302)之间施加电势，并且将包括电介质材料(406)的电介质层(204，304，418)电镀到导电基体(202，302)上。
Description
技术领域
在此描述的主题的一个或多个实施例一般涉及绝缘和/或聚合物材料在导电基体上的电沉积以形成电连接器的复合组件。
背景技术
为保护金属元件，例如防腐蚀和酸，公知工业例如汽车工业使用电涂，或者“e-涂覆”。电涂也用来增强金属元件外形的美观。一般地，e-涂覆系统用电或金属基体与包括聚合物的液体电镀槽间的电压差将聚合物沉积到金属基体上。
不断增长的对电子元件的小型化、性能改善以及成本和重量的减小的需求，已经促使对新材料和制造方法的认真研究，以便满足这些需求。为提高高速电连接器的信号质量，可沿着或者接近连接器的信号通路和/或在该连接器和另一配合连接器之间的配合接口上包含容性元件。例如，某些公知的连接器安装在电路板上，电容安装在接近连接器的印刷电路板上并且沿着由连接器延伸过电路板的信号通路安装。然而，增加分立电容到电路板，会占用电路板上有限的可用面积的额外面积。
其它公知连接器包括分离、分立的电容，其用公知的制造方法，例如焊接，耦接到连接器中的信号通路。然而，将分离电容连接到信号通路，可能导致信号通路的电气阻抗和电容与电路板整体阻抗的匹配问题。此外，由于焊料和连接器的信号通路间的连接点会脆化且容易断裂，因此焊接需要考虑导入可靠性风险。
某些公知的电容性元件通过在导电带上覆盖电介质材料的薄膜层得以产生。电介质材料在导电带上的附着力一般较弱，由此导致电介质材料从导电带上脱离。另外，电介质材料在导电带上扩散可能不均匀，导致电介质材料在导电带上弥散不均匀。
在一些应用中，需要电气绝缘以防止金属导体间传导电流。在某些公知的制造方法中，注模法，过模制法，和/或浸涂法用来在导电体上提供绝缘。然而，由于空间误差控制限制、在这些公知的方法中包含的相对高的成本，和/或对涂层厚度控制的不足，这些公知方法对一些产品可能不满足。另外，一些公知的涂层比希望的涂层厚和/或薄以便提供充分的绝缘性能。相对于可用作绝缘涂层的注塑制品，由于该制品的最小壁厚倾向于相对较大，因此该制品一般在许多应用中太大。
发明内容
通过本文描述的复合组件及制造该复合组件的方法，提供一种解决方案，该解决方案为电连接器的信号通路提供内在的或集成电容元件，并且在不增加和某些公知制造方法相关的重量、价格，误差的情况下，为导电元件提供绝缘和/或保护。电连接器的复合组件包括导电基体和电镀层。导电基体配置为形成电连接器的导电通路。电镀层沉积到导电基体上并包括电介质材料。
附图说明
图1是根据一个实施例的将复合组件作为接触器的电连接器的透视图；
图2是根据一个具体实施例的图1中所示的接触器的剖视图；
图3是根据另一个实施例的接触器的剖视图；
图4是根据一个实施例的电镀系统图；
图5是根据一个实施例的化学反应沉积系统图；
图6是根据一个实施例示出第一和第二覆盖层厚度相对于时间的曲线图；
图7是根据一个实施例将电介质层电镀到导电基体的方法的流程图；
图8是根据一个实施例将电介质层电化学沉积到导电基体的方法的流程图。
具体实施方式
图1是根据一个实施例的将复合组件作为接触器102的电连接器100的透视图。连接器100仅仅是用来示出可结合在此描述的主题的一个或多个实施例的多种设备的一个例子。图1所示的连接器100不打算将本文描述的所有实施例限制为连接器100。连接器100包括几个接触器102。接触器102包括导电材料并为连接器100提供导电通道以传输电压和/或电流。例如，接触器102可以是与电路板(未示出)或另一个连接器传输电子数据信号的信号接触器，将连接器100的电磁屏蔽电气连接到参考地的接地接触器，传输电能到连接器100和/或从连接器100传输电能的电力接触器，诸如此类。根据一个实施例，接触器102是电容性接触器。
图2是根据一个具体实施例的接触器的剖视图。接触器102可以是由复合组件200形成的多层电容性接触器。例如，接触器102可具有由导电层介电层形成的集成或内在的电容元件。复合组件200包括被介电层204隔开的导电基体202。导电基体202包括例如金属，合金或碳基材料等导电材料或由例如金属，合金或碳基材料等导电材料形成。例如，导电基体202可由铜(Cu)或铜合金形成。介电层204沉积到一个或多个导电基体202上。介电层204可以是或者包括具有相对高介电常数(Dk)的材料。例如，介电层204可包括或由一种或多种介电常数(Dk)大于3.0的材料形成。替代地，介电层204中的介电材料的介电常数(Dk)可至少为4.2。在另一个例子中，介电层204中的介电材料的介电常数(Dk)可至少为100。这些材料在本申请中被称为“高介电材料”。替代地，介电层204可具有低介电常数(Dk)的材料。例如，介电层204可具有3.0或更低的介电常数(Dk)。
在一个实施例中，介电层204电镀或“e-涂覆”到一个或多个导电基体202上。例如，通过将介电材料电镀到导电基体202上或同时将介电材料和聚合物电镀到导电基体202上，介电层204可被电镀到导电基体202上。在另一个实施例中，通过活性前体物质的化学反应，介电层204被沉积。活性前体物质在导电基体202上或其表面反应。该反应使介电层204沉积到导电基体202上。
图3是根据另一个实施例的接触器300的剖视图。接触器300和接触器102(示于图1)相似，其中一处不同在于，接触器300包括导电基体302，该导电基体上布置有几个交替的介电层304和导电层306的层。介电层304可和高介电层204(示于图2)类似。导电层306和/或导电基体302可以是沉积到介电层304和/或导电基体302上的金属或金属合金薄层。
图4是根据一个实施例的电镀系统400的图。电镀系统400用于“电涂”至少部分导电基体402，例如导电基体202和/或302(示于图2和图3)。液体电镀槽404设置在容器412中。液体电镀槽404可以是包括电介质材料406例如悬浮于电镀槽404中的陶瓷材料的液体电镀槽。替代地，液体电镀槽404可以是包括以气体形态扩散的电介质材料406的气体电镀槽。例如，液体电镀槽404可以是化学气相沉积(CVD)、等离子体增强CVD(PECVD)或其它类型的气相沉积室中的气体。
液体电镀槽404中的电介质材料406可具有高介电常数(Dk)，例如大于3.0，3.9，4.2或100。仅仅作为例子，电介质材料406可以是钛酸钡(BaTiO3)，氧化铪或二氧化铪(HfO2)，和/或氧化铝或三氧化二铝(Al2O3)。可作电介质材料406的其它材料包括金属氧化物，云母材料，云母玻璃，硅酸铪(HfSiO4)，钛酸钡铌(Ba6Ti2Nb8O30)，铅铪酸盐(PbHfO3)，铅镁铌酸(Pb3MgNb2O9)，铅偏钽酸盐(PbTa2O6)，硫化铅(PbS)，钛酸铅(PbTiO3)，铅锆(PbZrO3)，氮化铪硅酸盐(HfSiON)，钽氧化物(Ta2O5)，二氧化锆(ZrO2)，二氧化钛(TiO2)，钛酸锶(SrTiO3)，三氧化钨(WO3)，硅酸锆(ZrSiO4)，和/或钛酸钙(CaTiO3)。液体电镀槽中的电介质材料406也可具有低介电常数(Dk)，例如3.0或更低。例如，电介质材料406可以包括氮化硼(BN)，碳酸镁(MgCO3)，和/或金刚石。
液体电镀槽404还包括溶剂408，电介质材料406扩散到该溶剂中。例如，液体电镀槽404可包括液体溶剂408，电介质材料406的颗粒混合到溶剂408中作为溶质。在一个实施例中，液体电镀槽404包括陶瓷材料，例如钛酸钡(BaTiO3)，作为电介质材料406。陶瓷材料可以扩散到酒精，例如乙醇液体溶剂408中。其它可用于溶剂408的材料的例子包括丙酮，水及其它类似物。在一个实施例中，液体电镀槽404包括作为电介质材料406的二氧化铪(HfO2)以及作为溶剂408的丙酮或水。在一个实施例中，二氧化铪(HfO2)的颗粒配有在将二氧化铪(HfO2)混合到丙酮或水之前的氧化铝(Al2O3)涂层。氧化铝(Al2O3)可帮助将二氧化铪(HfO2)更均匀扩散到丙酮或水中。仅作为例子，氧化铝(Al2O3)的涂层可以大约有0.5到9纳米厚。替代地，可使用不同的厚度和/或涂层。
在一个实施例中，电镀槽404包括聚合物材料410。例如，除了电介质材料406以外，电镀槽404还可包括扩散到溶剂408中的聚合物颗粒。聚合物材料410可以是丙烯酸材料，环氧材料，和/或热塑材料。如下文所述，在一个实施例中，聚合物材料410和电介质材料406共同沉积到导电基体402上。替代地，电镀槽404不包括聚合物材料410，在没有聚合物材料410的情况下，电介质材料406沉积到导电基体402上。
导电基体402至少部分地插入到电镀槽404中。例如，在电镀槽404是液体电镀槽的实施例中，导电基体402可下降到电镀槽404中。替代地，在电镀槽404是气体电镀槽的实施例中，导电基体402可放入容纳气体电镀槽的容器412中。
导电基体402和诸如电池或供电电源的电源414耦接。反向导电电极416也至少部分地插入到电镀槽404中。反向电极416和电源414耦接。电源414施加电势于导电基体402和反向电极416之间。例如，电源414可能在导电基体402和反向电极416之间施加电势。在示出的实施例中，电源414施加正电荷到反向电极416上并施加负电荷到导电基体402上。替代地，负电荷可施加到反向电极416上而正电荷施加到导电基体402上。在导电基体402和反向电极416和/或电镀槽404间的电势使得电介质和/或聚合物材料406，410被电镀到导电基体402上。在一个例子中，被充负电荷的导电基体402将电介质材料406和/或聚合物材料410朝向导电基体402驱使。
在一个实施例中，电介质和/或聚合物材料406，410被共同电镀到导电基体402上作为电镀绝缘层418。电介质层204和/或电介质层304(示于图2和图3中)可如绝缘层418那样进行沉积。例如，电介质和聚合物材料406，410可以同步或同时沉积到导电基体402上。替代地，在没有聚合物材料410的情况下，只有电介质材料406沉积到导电基体402上。例如，如果电镀槽404不包括聚合物材料410，则电介质材料406可单独沉积到导电基体402上。
同其它的将电介质和聚合物材料406，410覆盖到导电基体402上的技术相比较，将电介质和/或聚合物材料406，410电镀到导电基体402上可提高电介质和/或聚合物材料406，410的附着力。另外，电介质和/或聚合物材料406，410的电镀会导致在整个绝缘层418内电介质和/或聚合物材料406，410的电介质和/或聚合物颗粒的分布大致统一或均匀。例如，在绝缘层418内的电介质和聚合物材料406，410的扩散或分布可以大致均匀。
在导电基体402上具有绝缘层418后，一个或多个附加的导电层，例如导电基体202，导电基体302和/或导电层306(示于图2和图3)，可以沉积到绝缘层418。在一个实施例中，导电基体402和绝缘层418被置入另一个具有包括导电物质，例如金属或合金离子或颗粒溶液的电镀槽(未示出)中。在导电基体402和反向电极416之间施加电势。和图3中的接触器300类似，重复地交替电镀导电层和绝缘层418以便形成层状结构。
图5是根据一个实施例的化学反应电镀系统500的图。为了将电介质层502沉积到基体504上，利用沉积系统500使两种或多种物质发生化学反应。在示出的实施例中，电介质层502可以和一个或多个电介质层204和/或电介质层304(示于图2和图3中)相似，基体504可以和导电基体202，302和/或导电层306(示于图2和图3中)相似。
系统500包括放置液体槽508的容器506。液体槽508包括两种或多种化学反应物，这些化学反应物互相反应而形成电介质层502。槽508可以是气体和/或液体槽。在一个实施例中，槽508中的反应物包括一种或多种活性前体物质510，512。仅用作例子，化学反应活性前体物质510或512可以是包括水的液体槽508中的氯化铪(HfCl4)。活性前体物质510，512是为了将电介质层502的一种或多种组分沉积到基体504上而反应的物质。在一个实施例中，活性前体物质510，512可以分别是前体硼酸(H2BO3)和二甲基甲酰胺(DMF)，它们通过反应沉积到导电基体504表面来形成例如氮化硼(BN)那样的具有更低介电常数(Dk)的物质。替代地，活性前体物质512可以是包括水和硼酸和/或DMF的水溶液。
基体504至少部分插入槽508中。导电性反向电极516插入槽508中并和诸如电池或供电电源的电源518连接。基体504也和电源518连接。利用电源518，电势施加到基体504和反向电极516之间。电势驱使活性前体物质510，512移向基体504，以便活性前体物质510，512互相发生化学反应来形成电介质层502。例如，活性前体物质510，512可以在基体504表面520或表面附近互相反应。活性前体物质510，512的反应在基体504上形成电介质材料的覆盖层并产生一种或多种副产品514。在包括作为活性前体物质510，512的氯化铪(HfCl4)和水的槽508中，活性前体物质510，512反应形成氧化铪(HfO2)的电介质层502。盐酸(HCI)可形成为副产品514留在槽508中。替代地，活性前体物质510，512可生成不同的副产品514。
在基体504上形成电介质层502后，一个或多个附加导电层，例如导电基体202(示于图2)和/或导电层306(示于图3)，可以沉积到电介质层502。在一个实施例中，附加的导电层利用上面描述的电镀法进行沉积。一个或多个附加的电介质层502随后形成在附加导电层上。
图6是根据一个实施例示出第一和第二覆盖层厚度600，602相对于时间的曲线图。第一和第二覆盖层厚度600，602沿着以秒为单位代表时间的横轴604和以微米为单位代表距离的纵轴606进行表示。第一和第二覆盖层厚度600，602可代表沉积到导电基体402或504(示于图4和图5)上的电介质层418或502(示于图4和图5中)的厚度。基于一个或多个用于沉积电介质层418或502到导电基体402或504上的过程参数，可以定制电介质层418或502的第一或第二覆盖层厚度600或602。例如，第一或第二覆盖层厚度600或602可基于沉积时间和/或反向电极416，516(示于图4和图5)和导电基体402，504之间的电势。
在示出的实施例中，第一覆盖层厚度602代表当反向电极416，516(示于图4和图5)和导电基体402，504之间的电压为50伏时，沉积到导电基体402或504(示于图4和图5)上的电介质层418或502(示于图4和图5)的厚度。第二覆盖层厚度602代表当反向电极416，516和导电基体402，504之间的电压为60伏时，沉积到导电基体402或504上的电介质层418或502(示于图4和图5)的厚度。在更高的电压下沉积电介质层418或502可导致更厚的电介质层418或502。如图6所示，除了在100秒和200秒之间的沉积时间段以外，在此沉积时间段内第一和第二覆盖层厚度600，602大致相等，对于横轴604代表的大部分沉积时间内，第二覆盖层厚度602大于第一覆盖层厚度600。当电压上升时，驱动电介质材料406(示于图4)，聚合物材料410(示于图4)，和/或活性前体物质510，512(示于图5)到导电基体402或504的电磁力也会增加。当电磁力增加时，沉积到导电基体402或504的电介质材料406，聚合物材料410，或活性前体物质510，512的量也会增加。
电介质层418或502(示于图4和图5中)的厚度可被控制，以便在容性元件的导电元件或层间获得需要的间隔。例如，为了使导电基体202(示于图2)间的电介质层204(示于图2)具有预置的厚度，可以精密地控制第一或第二覆盖层厚度600或602。为改变电子元件的质量或重量，可控制第一或第二覆盖层厚度600或602。例如，如果电介质层418或502沉积到导电基体402或504上作为绝缘或腐蚀防护层，则可以控制第一或第二覆盖层厚度600或602，来确保电介质层418或502足够厚，使导电基体402或504电气绝缘和/或足以保护导电基体402或504免于腐蚀。
图7是根据一个实施例将电介质层电镀到导电基体的方法700的流程图。方法700可用在制造电连接器的复合组件方面。在步骤702，提供液体电镀槽。液体电镀槽包括扩散到电镀槽的液体溶剂中的陶瓷材料。例如，可提供具有电介质材料406(示于图4)的液体电镀槽404(示于图4)。在一个实施例中，液体电镀槽可包括聚合物材料，例如聚合物材料410(示于图4)。
在步骤704，至少部分导电基体浸入液体电镀槽中。例如，导电基体402(示于图4)可部分地置入液体电镀槽404(示于图4)中。
在步骤706，施加电势使电介质层沉积到导电基体上。例如，可在导电基体402(示于图4)和反向电极416(示于图4)间施加电势。如上所述，电势驱使电镀槽404(示于图4)中的陶瓷和/或聚合物材料406，410(示于图4)移向导电基体402并在导电基体402上形成电镀电介质层418(示于图4)。
图8是根据一个实施例将电介质层电化学沉积到导电基体的方法800的流程图。方法800可用在制造电连接器的复合组件方面。在步骤802，提供液体电镀槽。液体电镀槽包括一种或多种活性前体物质510，512(示于图5)。
在步骤804，至少部分导电基体浸入液体电镀槽中。例如，导电基体504(示于图5)可部分地置入液体电镀槽508(示于图5)中。
在步骤806，通过液体电镀槽中导电基体表面的前体物质的化学反应，电介质层沉积到导电基体上。例如，如前所述，在反向电极516(示于图5)和导电基体504(示于图5)间施加电势来驱使前体物质510，512(示于图5)移向导电基体504，并且，前体物质510，512发生化学反应以便将电介质层502(示于图5)沉积到导电基体504上。
根据本文描述的一个或多个实施例，电介质层418，502(示于图4和图5)可在导电基体402，504(示于图4和图5)上形成均匀的涂层。电介质层418，502可沉积到导电基体402，504上来为电连接器的接触器或其它导电元件形成内在的或集成容性元件。替代地，电介质层418，502可沉积到导电基体402，504上来为导电基体402，504提供电气绝缘。例如，电介质层418，502可沉积到并覆盖导电基体402，504的暴露部分。为了防止导电基体402，504的暴露部分和其它元件间的电气短路，电介质层418，502可沉积到导电基体402，504的暴露部分。为保护包括导电基体402，504的连接器的用户免于触电，电介质层418，502可沉积到导电基体402，504的暴露部分。例如，如果导电基体402，504用于装置中以在该装置的元件间传输电能，当使用导电基体402，504传输电流时，电介质层418，502可覆盖导电基体402，504，来保护用户免于触电。
电介质层418，502(示于图4和图5)可沉积到导电基体402，504(示于图4和图5)上，保护导电基体402，504免于腐蚀。例如，为了防止导电基体402，504的金属或合金遭受腐蚀，电介质层418，502可沉积到并覆盖导电基体402，504的暴露部分。
本文描述的材料的尺寸，种类，各种元件的定位，以及各种元件的数目和位置的目的是限定特定实施例的参数，并不作为限制而仅是实施例。对于阅读过上文的本领域技术人员而言，权利要求范围和精神内的许多其它实施例及其变形都是显而易见的。因此，本申请主题的保护范围应参考从属权利要求，以及与该权利要求等同的主题的全部范围来决定。在从属权利要求中，术语“包括(including)”和“其中(inwhich)”分别等同于普通英语中的术语“包括(comprising)”和“其中(wherein)”。而且，在接下来的权利要求中，术语“第一”，“第二”和“第三”等仅用作标记，并非打算将这些数字要求强加到其对象上。而且，接下来的权利要求的限制没有被写为装置加功能格式，并且，不打算基于35U.S.C§112第6段进行解释，直到这些权利要求限定明确地使用词组“用于...的装置”时才可以，其中省略号的内容为功能描述而无进一步的结构特征。
Claims (8)
1.一种电连接器(100)的复合组件(200)，该复合组件(200)包括：
导电基体(302)，该导电基体配置为形成所述电连接器(100)的导电通道；以及
分别沉积在所述导电基体(302)的两侧上的电镀层(204，304，418)，所述电镀层(204，304，418)包括电介质材料(406)；以及
沉积到每个电镀层(204，304，418)上远离所述导电基体(302)的导电材料(306)，其中所述导电基体(302)、所述电镀层(204，304，418)，和所述导电材料(306)形成内在的电容性元件。
2.根据权利要求1所述的复合组件(200)，其中所述电介质材料(406)具有大于3.0的介电常数。
3.根据权利要求1所述的复合组件(200)，其中，所述电介质材料(406)包括钛酸钡(BaTiO3)、氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硼(BN)、金属氧化物、云母材料、云母玻璃、硅酸铪(HfSiO4)、钛酸钡铌(Ba6Ti2Nb8O30)、铅铪酸盐(PbHfO3)、铅镁铌酸(Pb3MgNb2O9)、铅偏钽酸盐(PbTa2O6)、硫化铅(PbS)、钛酸铅(PbTiO3)、铅锆(PbZrO3)、氮化铪硅酸盐(HfSiON)、钽氧化物(Ta2O5)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、钛酸锶(SrTiO3)、三氧化钨(WO3)、硅酸锆(ZrSiO4)，或者钛酸钙(CaTiO3)中的至少一个。
4.根据权利要求1所述的复合组件(200)，其中所述电介质材料(406)包括聚合物(410)。
5.一种制造电连接器(100)的复合组件(200)的方法(700)，该方法(700)包括：
提供包括电介质材料(406)的液体电镀槽(404)；
将导电基体(302)的至少一部分浸入所述液体电镀槽(404)；
在所述液体电镀槽(404)和所述导电基体(202，302)之间施加电势；
将电介质层(204，304，418)分别电镀到所述导电基体(302)的两侧上，所述电介质层(204，304，418)包括所述电介质材料(406)；以及
将导电材料(306)沉积到每个电镀层(204，304，418)上远离所述导电基体(302)，其中所述导电基体(302)、所述电镀层(204，304，418)，和所述导电材料(306)形成内在的电容性元件。
6.根据权利要求5所述的方法(700)，其中所述电介质材料(406)具有大于3.0的介电常数。
7.根据权利要求5所述的方法(700)，其中所述电介质材料(406)是钛酸钡(BaTiO3)、氧化铪(HfO2)、氧化铝(Al2O3)、氮化硼(BN)、金属氧化物、云母材料、云母玻璃、硅酸铪(HfSiO4)、钛酸钡铌(Ba6Ti2Nb8O30)、铅铪酸盐(PbHfO3)、铅镁铌酸(Pb3MgNb2O9).铅偏钽酸盐(PbTa2O6)、硫化铅(PbS)、钛酸铅(PbTiO3)、铅锆(PbZrO3)、氮化铪硅酸盐(HfSiON)、钽氧化物(Ta2O5)、二氧化锆(ZrO2)、二氧化钛(TiO2)、钛酸锶(SrTiO3)、三氧化钨(WO3)、硅酸锆(ZrSiO4)，或者钛酸钙(CaTiO3)中的至少一个。
8.根据权利要求5所述的方法(700)，其中所述提供操作包括提供具有陶瓷材料(406)和聚合物(410)的液体电镀槽(404)，所述电镀操作包括将所述陶瓷材料(406)和所述聚合物(410)共同沉积到所述导电基体(202，302)上。
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