CN105390439A - 形成复合材料的方法以及用于形成复合材料的装置 - Google Patents
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Abstract
公开了形成复合材料的方法以及用于形成复合材料的装置。提供了形成复合材料的方法。所述方法可以包括:将悬浮液布置为与载体物理接触,其中,所述悬浮液可以包括电解质以及所述复合材料的第一成分的多个颗粒;引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上,其中,可以在各沉淀的颗粒之间形成多个空间;以及在所述多个空间的至少一部分中通过电镀从所述电解质形成所述复合材料的第二成分。
Description
技术领域
各个实施例一般涉及形成复合材料的方法以及用于形成复合材料的装置。
背景技术
半导体器件可以包括若干不同的材料,以便受益于它们的性质(例如物理参数(比如导电率和/或导热率))上的差异。通过示例的方式,半导体可以与金属结构组合,以便利用它们的导电率上的差异,例如,(相对厚的)导电金属层(例如铜层)可以被布置在半导体硅晶片上。可以主要地被利用在与半导体组合的材料中的参数可以被提及为主要参数。
然而,性质上的差异可能在半导体器件的制造和/或使用期间招致问题。例如,不同的材料(例如铜和硅)可能在它们的热延展系数(CTE)上不同。半导体器件的温度改变可能因此导致器件中的机械张力,并且最终可能例如归因于材料中的一个中的或两种材料之间的连接中的损坏而在器件中出现缺陷。
金属层可以是以使金属层更柔韧的方式形成的,以使得其可以例如通过(例如使用等离子体沉积或多孔印制)使层薄和/或多孔而服从硅的热延展。然而,这样的层的导电率(和导热率)以及热容量通常与固体厚金属层的相比更低得多。
作为目的在于尽可能多地保留想要的性质(例如高导电率和/或导热率)的替换,在消弥不想要的性质上的差异(例如具有金属的和半导体的热延展系数之间的热延展系数)的同时,可以例如提供复合材料来代替固体的厚金属层。
典型地,可以例如使用高压和高温借助烧结来形成复合材料(例如包括铜和碳的复合材料)。然而,可能不能够在不会通过所牵涉的高的压力和温度损坏载体的情况下对载体(诸如硅晶片(例如被处理的和/或结构化的硅晶片))执行烧结处理。
发明内容
提供了形成复合材料的方法。所述方法可以包括:将悬浮液布置为与载体物理接触,其中,所述悬浮液可以包括电解质以及所述复合材料的第一成分的多个颗粒;引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上,其中,可以在所沉淀的颗粒之间形成多个空间;以及在所述多个空间的至少一部分中通过电镀来从所述电解质形成所述复合材料的第二成分。
附图说明
在附图中,相同的参考标号一般贯穿不同的视图提及相同的部分。附图并不一定按比例,相反重点一般被放在图解本发明的原理上。在下面的描述中,参照下面的附图描述本发明各个实施例,在附图中:
图1A至图1C示出碳铜复合材料的抛光切割图像的轮廓绘图;
图2A和图2B示出根据各个实施例的形成复合材料的方法的两个阶段,并且图2C示出可以被用在各个实施例中的纤维;
图3A和图3B的每个示出使用根据各个实施例的形成复合材料的方法所形成的复合材料;
图4示出根据各个实施例的形成复合材料的方法的阶段;
图5示出用于执行根据各个实施例的形成复合材料的方法的实验设置的照片,以及涂覆有通过根据各个实施例的形成复合材料的方法所获得的复合材料的晶片的照片;
图6示出根据各个实施例的形成复合材料的方法的示意图;
图7示出作为碳纤维的百分比的函数的碳铜复合材料的热延展系数的图线;
图8示出作为导热率的函数的碳铜复合材料的热延展系数的变化;以及
图9示出可视化用于各种铜复合材料的导热率和CTE的参数配对的图线。
具体实施方式
下面的详细描述提及随附附图,附图通过说明的方式示出其中可以实践本发明的具体细节和实施例。
词语“示例性”在此被用于意味着“充当示例、实例或说明”。在此被描述为“示例性”的任何实施例或设计不一定被理解为较之其它实施例或设计是优选的或有利的。
关于在一侧或表面“之上”形成的沉积材料所使用的词语“之上”在此可以被用于意味着所沉积的材料可以被“直接形成在所意指的侧或表面上”(例如与之直接接触)。关于在一侧或表面“之上”所形成的沉积材料所使用的词语“之上”在此可以用于意味着可以在所意指的侧或表面上“间接地”形成沉积材料,其中一个或多个附加层被布置在所意指的侧或表面与沉积材料之间。
如在此使用的术语“悬浮液”可以被理解为意味着固体颗粒和液体的不均匀混合物,其中,固体颗粒可以贯穿液体而被分散并且在密度上可以充分大和/或充分的不同以用于沉淀出现。不均匀性可以提及悬浮液的成分(即固体颗粒和液体)是不均匀的,而固体颗粒在液体中的空间分布可以是均匀的。
如在此所使用的术语“沉淀”可以被理解为意味着悬浮液中的固体颗粒在它们混入于其中的液体中趋于平稳并且变为抵靠于壁垒的趋势。这可以归因于它们响应于作用于它们之上的力而通过液体的运动:这些力可以例如是重力、离心加速或浮力。换言之,在其中悬浮液被布置在更低壁垒上的情况下,例如,如果颗粒的密度比液体的密度更高,则颗粒可以通过遵从重力而停留到更低壁垒上而沉淀出悬浮液;在其中(例如附加的)顶部壁垒被布置在顶部上或在液体的顶部处的情况下,例如,如果颗粒的密度低于液体的密度,则颗粒可以通过遵从浮力而停留到顶部壁垒上而沉淀出悬浮液;并且在其中壁垒(例如,作为容器的侧壁)环绕液体并且液体或液体和容器的组合例如借助于旋转液体(并且可选地,容器)经受离心力的情况下,例如,如果颗粒的密度高于液体的密度,则颗粒可以通过遵从离心力停留到环绕的壁垒上而沉淀出悬浮液。
术语电沉积、电镀和镀制可以在此用作同义词,并且可以理解为提及其中电解质中的电流被用于将电解质中所溶解的金属离子沉积在电极中的一个上的处理。结果,所沉积的金属离子可以形成固体金属的层或结构。
图1A至图1C示出碳铜复合材料115的抛光切割图像的轮廓绘图100、101和102。
图1A中所示的复合材料115可能已经通过将复合材料115的第一成分的颗粒114(例如碳纤维114或涂覆有金属层的碳纤维114)填充到在载体110中形成的腔体112中而被形成。这也可以被提及为颗粒114(例如第一成分)的堆叠(例如纤维114的堆叠,例如碳纤维114的堆叠)。为了描述颗粒(例如碳纤维)114中的一些的单独特征,利用114a至114c来标记它们。复合材料的第二成分116(例如铜)也具有利用索引号116a至116c标记的若干区域以易于引用各单独的区域。
在利用颗粒(例如碳纤维)114将腔体112填充达到复合材料115的想要的厚度(例如几百微米)之后,电解质118可以至少被布置在腔体112中。
可以提供电源(未示出)。电源的端子(未示出)中的一个可以被电连接到载体110,由此形成第一电极(例如阴极,如果使用电源的负端子的话)。电源的另一端子可以被电连接到另一电极(未示出)(例如阳极,如果使用电源的正端子的话),其可以被布置为与电解质118物理接触以及电接触。应用到电极的电压(例如DC电压)可以引起电流通过电解质,并且可以引起电解质的金属离子(例如铜离子)在各电极中的一个上累积。在铜离子的情况下,它们可以累积在阴极上,在此情况下,累积在载体110上以及在布置在载体110的腔体112中的颗粒(例如碳纤维)114上。颗粒(例如碳纤维)114可以被物理地或电连接到载体110,并且因此表示电极的一部分。从另一电极(例如阳极)转移到该电解质的金属离子可以补充沉积出电解质118的金属离子。通过示例的方式,所述另一电极可以是铜电极,并且电解质可以是硫酸铜。换言之,可以执行复合材料的第一成分114的颗粒之间和/或周围以及载体110上的复合材料的第二成分116的电沉积。
复合材料的第二成分116的电沉积可以是扩散受限的:在其中由来自所述另一电极的金属离子来快速和/或容易地补充所沉积的金属离子的电解质118的区域(例如具有对所述另一电极的紧密接近的区域,例如第一成分的颗粒114的堆叠的顶部上或附近的区域)中,可以厚地并且快速地形成金属层。在其中仅缓慢地或根本不补充所沉积的金属离子的电解质118的其它区域(例如远离所述另一电极的区域,例如第一成分的颗粒114的堆叠的底部上或附近的区域)中,仅可以形成薄金属层或实质上不形成金属层。例如,甚至在复合材料的闭合层可能已经形成在第一成分114的颗粒的顶部上之后,电解质填充的腔体124(参见图1B)可以保留于其中复合材料的第二成分116可能并未形成在第一成分114的各颗粒之间。结果,具有例如几百微米的想要的厚度的复合材料的扩散受限形成可能导致例如关于导电率和/或导热性和/或热容量具有劣化的性能的多孔复合材料115。
在图1A和图1B中可以找到复合材料115的扩散受限形成的示例。在图1A中,在可以部分地填充腔体112的颗粒(例如纤维)114的堆叠的顶部处的颗粒(例如碳纤维)114a周围,在未示出但是可以位于图的顶部的所述另一电极附近,可能已经形成复合材料的第二成分116的相对厚的涂层116a。在堆叠的中间,在颗粒(例如纤维)114b周围,涂层116b可以是更薄的,并且在颗粒(例如纤维)114的堆叠中进一步向下(例如在颗粒(例如纤维)114c周围)的第二成分116c的涂层还可以是更薄的。
为了形成图1A、图1B和图1C中示出的复合材料,可能已经使用了所谓的脉冲电镀。虽然在典型电镀处理中,DC电压可以作为连续DC电压而被供给到电解质118,但是在脉冲电镀中,可以间歇地(换言之,作为电压脉冲)供给DC电压。供给电压的时间可以被提及为ON(导通)时间,并且电压不被供给到电解质118的时间可以被提及为OFF(断开)时间。为了形成图1A和图1B的复合材料,ON时间对于OFF时间的持续时间的比率可能已经近似为1/3。形成图1A中的复合材料可能已经耗费近似30分钟。脉冲电镀可以在OFF时间期间为金属离子的扩散提供时间。
图1B示出如果(具有上面描述的参数的)脉冲电镀继续直到各颗粒(例如纤维)114之间的空间也能够通过所电镀的复合材料115的第二成分116被填充并且进一步利用锡焊料122填充腔体,则可以形成的复合材料。并未填充有复合材料的第二成分116的多个腔体124可以保留,以使得可以形成多孔铜碳复合材料115。
如果脉冲电镀的参数被调整以具有更低得多的ON时间与OFF时间的比率(例如ON时间/OFF时间=1/50或1/100),则可以避免腔体124的形成。图1C中示出使用这样的近似1/50的比率所形成的铜碳复合材料的示例。在此,可以几乎完全借助利用复合材料115的第二成分116(例如铜)的电镀来填充复合材料的第一成分的各颗粒114(例如碳纤维)之间的空间。然而,其间不发生第二成分116的形成的长OFF时间(与ON时间相关)导致极其长的总处理时间,这将使得用于形成厚复合材料层的这样的处理在经济上无吸引力。例如,用于形成图1C的复合材料的处理时间近似60小时。
图1A至图1C中的载体110上的复合材料115可以被看作为形成复合材料115的结构,例如,其可以形成在载体110上/中形成的导电线路的部分。形成这样的结构可能要求首先形成并且然后利用颗粒(例如纤维)114均匀地填充结构(例如腔体112)。当电解质118被填充时,需要谨慎(例如,可能不得不提供将颗粒(例如纤维)保持到位的专用器件),以确保颗粒(例如纤维)当其被填充时不被电解质及其携带的冲力(impulse)冲洗出结构。这样的处理的自动化可能是困难的。
在各个实施例中,提供了用于形成复合材料的方法,其可以减轻或避免上面提到的问题。
在各个实施例中,提供了一种方法,其可以允许在复合材料的第一成分的各颗粒之间和/或在复合材料的第二成分内和/或在复合材料的第一成分和复合材料的第二成分的各颗粒之间实质上没有腔体的情况下形成复合材料,并且其可以允许在比常规方法更短的处理时间内形成复合材料。
在各个实施例中,在促使电解质与载体接触之后,复合材料的第一成分的颗粒的层和/或结构可以形成在载体上和/或形成在载体中。因此可能的是,可以避免当促使电解质与载体接触时由复合材料的第一成分的颗粒形成的层和/或结构的损坏,并且避免提供专用部件来防止损坏。
在各个实施例中,复合材料的第一成分的颗粒可以被均匀地分布在电解质中(分布的均匀性可以提及复合材料的第一成分的颗粒在电解质中的均匀的空间分布),并且颗粒的薄层可以借助颗粒沉淀出电解质由此停留在载体上而形成。可以借助电镀在各颗粒之间并且在颗粒与载体之间形成复合材料的第二成分。颗粒的层可以足够薄以避免电镀是扩散受限的。可以通过重复颗粒的沉淀以及电镀的处理来实现复合材料的想要的厚度。
在各个实施例中,颗粒可以是纤维(例如碳纤维)。可以比利用在图1A至图1C的上下文中所描述的碳纤维填充的腔体更薄得多的颗粒的层可以允许碳纤维的长度与颗粒的层的xy方向(参见图7)的更好的对准。由于碳纤维的CTE可以具有对它们的几何形状的强依赖性(沿着它们的长度低,并且沿着它们的厚度很高),因此与在更大容积中更随机地定向的碳纤维的情况相比,这可以允许在复合材料中达到更低的CTE。
图2A和图2B示出根据各个实施例的形成复合材料115的方法的两个阶段200、201。
如图2A所示,可以提供包括复合材料115的第一成分的多个颗粒114以及电解质118的悬浮液。悬浮液118、114可以被布置为与载体110物理接触。复合材料115的第一成分的颗粒114(其也可以被简单地提及为“颗粒”;更进一步地,参考标号114可以被用于这两者、第一成分的颗粒以及第一成分自身)可以沉淀在载体110上,由此形成所沉淀的颗粒114的层。在各沉淀的颗粒114之间(即在所沉淀的颗粒114的层中),可以形成填充有电解质118的多个空间228(图3A中更清楚地示出)。可以执行电镀处理。由此,可以从多个空间228的至少一部分中的电解质118形成复合材料115的第二成分116(见例如图3A或图3B)。因此,可以形成包括第一成分114和第二成分116的复合材料115,例如复合材料115的层。
在各个实施例中,载体110可以是其上要形成复合材料115的任何种类的载体110。载体110可以例如由半导体制成或包括半导体(例如晶片,例如硅晶片)。替换地,载体110可以是或可以包括导电材料(例如铜和铝等),或者载体110可以制成于或包括电介质材料,或者可以由电介质材料(例如玻璃或陶瓷)制成。特别是,如果载体110的基本材料并非是导电的,则载体110可以包括导电层(例如金属层)。导电层可以例如包括金属(例如铜、银和铬中的至少一个)。导电层也可以被提及为种子层。在各个实施例中,载体110可以是印刷电路板。
在各个实施例中,颗粒114可以例如至少沿着它们的各维度中的一个具有低热延展系数(CTE)。颗粒114可以例如包括碳,或者颗粒114可以实质上由碳构成。颗粒114可以例如是碳纤维114。碳纤维可以例如包括石墨。参见图7以及针对关于碳纤维颗粒114可以如何影响复合材料115的CTE的细节的对应描述。颗粒114可以例如是碳纳米管。颗粒114可以例如包括金刚石、石墨或无定形碳,或者实质上由金刚石、石墨或无定形碳构成。颗粒114可以包括或实质上构成于其它导电材料和/或导热材料(例如金属和/或金属合金,例如镍、铬、铁、铂、钨、钯、锰、铂-铱和铁-镍(例如因瓦)等)中一个或多个,或者非金属材料(如氮化硼(其在其晶格的至少一个平面中可以具有低的甚至负的CTE)或氮化铝))。
取决于想要的性质(例如高导电率和/或导热率),可以选取复合材料115的第一成分的颗粒114的材料,以使得复合材料115的第一成分的颗粒114的材料的想要的性质(主要参数)与复合材料115的第二成分116的想要的性质相比至多劣化可容忍的量(这可以被看作替代,因为可以替代仅形成于复合材料115的第二成分116的结构而使用复合材料115)。图9中示出用于关于针对对载体110的CTE进行近似的优点而可以容忍的主要参数的劣化的示例。在此,针对各种复合材料在两幅图线900、901中示出CTE和导热率的参数配对(可以如图8中示出那样限定x、y和z方向)。被标记成“目标区块”的区域可以指示关于CTE和导热率的想要的参数范围。
在各个实施例中,复合材料115的第一成分的颗粒114可以具有从大约1μm至大约15μm(例如从大约3μm至大约8μm,例如5μm左右)的范围中的直径。在其它实施例中,颗粒114可以小于或大于所指定的范围。在其中复合材料115的第一成分的颗粒114可以包括纤维(例如碳纤维)的各个实施例中,纤维114可以具有从大约1μm至大约15μm(例如从大约3μm至大约8μm,例如5μm左右)的范围中的直径以及从大约10μm至大约100μm(例如从大约20μm至大约50μm,例如30μm左右)的范围中的长度。在其它实施例中,纤维114可以比所指定的范围更薄或更厚,更长或更短。在其中复合材料115的第一成分的颗粒114可以包括碳纳米管的各个实施例中,碳纳米管114可以具有从大约1nm至大约10nm(例如从大约1nm至大约2nm)的范围中的直径,以及可以是直径的几千至几百万倍的长度(例如从大约1μm至大约3mm(例如从大约20μm至大约50μm,例如30μm左右)的范围中的长度)。在其它实施例中,碳纳米管114可以比所指定的范围更薄或更厚,更长或更短。
在各个实施例中,复合材料的第一成分的颗粒114(例如碳纤维)可以是未涂覆的,如在图2C中在顶部示出那样。在各个其它实施例中,复合材料的第一成分的颗粒114(例如碳纤维)可以涂覆有涂层113,如在图2C的底部示出那样。在其中颗粒114的成块的材料并非导电的情况下,可以特定地应用涂覆。颗粒114可以例如涂覆有金属或金属合金。换言之,金属或金属合金(例如金属层113)可以至少部分地(例如完全地)涂覆复合材料115的第一成分的颗粒114。涂层113可以包括铜、镍、铬、钯和锰中的至少一个或者由铜、镍、铬、钯和锰中的至少一个构成。涂层113可以具有比颗粒114(例如纤维114,例如碳纤维114)的直径更小得多的厚度。涂层113的厚度可以在从颗粒114的直径的大约1%至大约25%的范围中(例如在从大约5%至大约15%的范围中)。
在各个实施例中,可以在形成所沉淀的颗粒114的单个层期间并且在形成复合材料115期间使用多于一种类型的颗粒114。不同的类型的颗粒114可以具有不同的沉淀速度但是可比较的大小,或者更快沉淀的颗粒可以更小。这可以实质上导致颗粒114的沉淀层中的不同颗粒114的分离,其中具有更高沉淀速度的颗粒被布置得更靠近载体110。
替换地,不同的类型的颗粒114可以具有实质上可比较的沉淀速度。在此情况下,不同的类型的颗粒114可以实质上同时沉淀出电解质118,由此形成所沉淀的颗粒114的层,其可以是不同的类型的颗粒114的中的颗粒114的混合物,例如均匀混合物。如果更慢地沉淀的颗粒114更小,例如比更快地沉淀的颗粒114更小得多,则也可以获得所沉淀的颗粒114的层中的所沉淀的颗粒114的这样的实质上均匀混合物。在该情况下,更快地沉淀的颗粒114可以沉淀出电解质118,由此形成主要包括更大、更快地沉淀的颗粒114的所沉淀的颗粒114的层。所沉淀的颗粒114的层可以包括各沉淀的颗粒114之间的空间228。更慢地沉淀的颗粒114可以至少部分地进入这些空间228然后沉淀,由此形成所沉淀的颗粒114的层,其可以是不同的类型的颗粒114中的颗粒114的混合物(例如均匀混合物)。
在各个实施例中,悬浮液118、114可以被布置在容器236中。载体110也可以被布置在容器236中。载体110可以例如被布置在容器236的底部上,并且其上要形成复合材料115的载体110的一侧可以面向上(即背对容器236的底部)。当电解质118或悬浮液118、114被布置在容器236中时,电解质118或悬浮液118、114可以完全地或部分地覆盖载体110(例如载体110的背对容器236的底部的一侧)。
在各个实施例中,电解质118可以首先被布置在容器236中(例如被填充到容器236中),并且复合材料115的第一成分的颗粒114可以然后被添加到电解质118以形成悬浮液114、118。替换地,颗粒114可以首先被布置在容器236中(例如填充到容器236中),并且电解质118可以然后被添加到颗粒114以形成悬浮液114、118。
在各个实施例中,在电解质118和颗粒114混合以形成悬浮液114、118之后,可以以颗粒114被实质上均匀分布在电解质118中的这样的方式来处理(例如移动)悬浮液114、118。如果颗粒114中的每一个到其最近的邻近物的距离实质上独立于颗粒114在电解质118中的位置,则复合材料115的第一成分的颗粒114在电解质中的分布可以被看作是均匀的。颗粒114可以分布在电解质118的整个容积上。这意味着在颗粒114的均匀的分布状态下,颗粒的至少一部分可以漂浮在电解质118中。
通过示例的方式,为了获得实质上均匀的分布,可以移动具有悬浮液114、118的容器236。替换地,容器236可以保持静止,而可以仅移动(例如搅拌)悬浮液114、118,或者可以组合容器236的移动和悬浮液114、118自身的移动。在各个实施例中,均化器226可以用于电解质118中的颗粒114的分布的均匀化。均化器226可以例如包括摇动器,其引起悬浮液可以在被布置在(容器236中的)载体110上之前被布置于并且均匀化于其中的容器236或/和配制器(未示出)振动、摇动、倾斜、旋转或执行可以适合用于达到颗粒114在电解质118中的均匀分布的任何其它运动。在配制器中用手搅拌并且将悬浮液114、118倾倒到容器236中可以达成颗粒114在电解质118中的足够均匀的分布。然而,在各个实施例中,可能想要进行均匀化的自动化。均化器226可以被配置为搅拌器件226(在图2A中,作为示例,均化器226形成为捣拌器226),其适合用于以如下这样的方式将悬浮液114、118设置和/或保持在运动中:在容器236和/或配制器可以保持静止的同时,可以实现颗粒114在电解质118中的均匀分布。在各个实施例中,均化器226(例如搅拌器件226)的一部分可以移动通过电解质118。在此情况下,该部分可以以实质上随机的方式移动,以使得可以不对悬浮液114、118给出偏好方向。搅拌器件可以例如包括一个或多个螺旋桨、喷射口或捣拌器等。在各个实施例中,可以防止可能将颗粒引导到偏好的方向上的悬浮液114、118的成块运动(例如旋转或层流)。例如借助于创建湍流而不是层流,具有多个螺旋桨、喷射口或捣拌器等的搅拌器件可以比具有单个螺旋桨、喷射口或捣拌器等的搅拌器件更容易达成均匀分布。可以例如通过在相反方向上旋转的螺旋桨或通过彼此相向的喷射口来创建湍流。搅拌器件可以以其可以分别对容器236或/和配制器中的悬浮液114、118进行均匀化的这样的方式而被布置在容器236或配制器处。
搅拌器件可以被布置为均匀化容器236和/或配制器中的悬浮液114、118。如果悬浮液114、118形成(并且可能地均匀化)在配制器中,则悬浮液114、118可以此后被布置在(容器236中的)载体110上作为具有均匀分布的颗粒114的悬浮液114、118,或悬浮液114、118可以(例如进一步或首次)在容器236中被均匀化。
在各个实施例中,在电解质118中可以实质上是均匀分布的复合材料115的第一成分的颗粒114的量可以近似是用于形成对于接下来要被形成的层而言想要的厚度(其可以与复合材料115的想要的总厚度不同)的复合材料115的第一成分的颗粒114的层所必须的量。换言之,可以均匀地分布在电解质118中的实质上所有颗粒114可以被用于形成颗粒114的一个层,并且借助随后的电镀而用于形成复合材料115的一个层。
在各个实施例中,在实现颗粒114的均匀分布之后,可以从悬浮液114、118移除均化器226的至少一部分。
在将包含与载体110物理接触的电解质118中实质上均匀分布的颗粒114的悬浮液114、118布置在例如载体110上、在载体110之下或与载体110并置之后,在各个实施例中,可以使得复合材料115的第一成分的颗粒114能够沉淀出(还被提及为趋于平稳于)悬浮液114、118。例如,可以停止均化器226,以使得悬浮液114、118可以变为静止,并且颗粒114可以遵从作用于它们的其余的力而自由地在电解质118中移动。在沉淀期间,可以防止悬浮液114、118的成块运动(例如旋转或流动),以便防止颗粒在特定地方偏好地沉淀。例如,在沉淀期间悬浮液114、118的旋转可能导致与在悬浮液114、118的中心附近相比具有更多的在悬浮液114、118的外周界附近沉淀的颗粒114的所沉淀的颗粒114的层。然而,至少在沉淀的初始阶段期间,在各个实施例中,悬浮液114、118的湍涌随机运动可能出现。不过,可以获得颗粒114在所沉淀的层中的均匀分布。
在各个实施例中,对颗粒114起作用并且引起它们沉淀出悬浮液114、118的力可以是重力。因此,颗粒114可以遵从重力并且下沉到容器236的底部。如果颗粒114具有比电解质118更高的密度,则情况可能如此。在容器236的底部处(并且在电解质118的底部处并且与电解质118物理接触),载体110可以被布置成其上要形成复合材料115的一侧面朝上(即朝向悬浮液114、118)。载体110可以实质上被水平地布置。因而,颗粒114可以在载体110的其上要形成复合材料115的一侧上形成所沉淀的颗粒114的层。
在各个实施例中,对颗粒114起作用并且引起它们沉淀出悬浮液114、118的力可以是浮力。因此,颗粒114可以遵从浮力并且漂浮到电解质118的顶部。在电解质118的顶部处并且与电解质物理接触,载体110可以被布置成其上要形成复合材料115的一侧面朝下(即朝向悬浮液114、118)。载体110可以实质上被水平地布置。因而,颗粒114可以在载体110的其上要形成复合材料115的一侧上形成所沉淀的颗粒114的层。
在各个实施例中,对颗粒114起作用并且引起它们沉淀出悬浮液114、118的力可以是离心力。因此,颗粒114可以遵从离心力,并且移动到电解质118的外周界。在电解质118的外周界处并且与电解质物理接触,载体110可以被布置成其上要形成复合材料115的一侧面朝向容器236的中心(即朝向悬浮液114、118)。载体110可以实质上被垂直地布置。因而,颗粒114可以在载体110的其上要形成复合材料115的一侧上形成所沉淀的颗粒114的层。
在各个实施例中,可以借助可以例如促进湿化的表面活性剂(如酒精或活化剂)来加速或延迟复合材料115的第一成分的颗粒114的沉淀。
在各个实施例中,所沉淀的颗粒114可以形成颗粒114的层。换言之,可以从关于引起沉淀的力所作用的方向(即在重力和浮力的情况下在垂直方向上,在离心力的情况下在径向方向上)可能为非均匀的颗粒114的实质上均匀的分布来形成颗粒114的分布,其中颗粒114在当遵从对它们起作用的力时它们碰到壁垒的情况下在悬浮液114、118的容积的一部分中累积,并且将悬浮液114、118的其余容积实质上留存为颗粒的实质上的空白,但是颗粒114的分布在实质上与引起沉淀的力所作用的方向垂直的方向上可以是均匀的。换言之,在层内,颗粒114可以是均匀分布的。在各个实施例中,更大的颗粒114归因于容积与表面的比率而可以首先沉淀(例如在遵从重力的情况下,更大的颗粒可以首先下沉到底部)。稍后沉淀的更小的颗粒114可以将它们自身布置于所沉淀的更大的颗粒114之间。
在各个实施例中,将超声和/或其它种类的振动应用到悬浮液114、118,载体110和/或容器236可以导致颗粒114的更紧凑和/或更均匀的分布。
在各个实施例中,实质上颗粒114中的每一个可以直接或间接地与载体110物理接触。换言之,最接近于载体110的颗粒114的层的颗粒114可以抵靠于载体110,即,它们可以与载体110直接物理接触。进一步远离载体110的颗粒可能或许仍然与载体110直接接触(例如,如果它们相对于载体110倾斜),以及/或者它们可以和与载体110直接物理接触的其它颗粒114物理接触。
在各个实施例中,颗粒114的层的厚度可以在从大约1μm至大约50μm的范围中(例如在从大约5μm至30μm(例如从大约10μm至大约20μm)的范围中)。层厚度可以取决于颗粒114的厚度,例如层的厚度可以是颗粒114的厚度的倍数(例如小的倍数),例如小于或等于碳纤维的厚度的十倍。通过示例的方式,对于具有大约5μm的厚度(例如直径)的碳纤维而言,层可以具有大约30μm的厚度,其将与碳纤维114的厚度的六倍对应。颗粒114的层可以足够薄以避免电镀的扩散限制。
在沉淀期间和/或沉淀之后,在各个实施例中,可以在各颗粒114之间形成多个空间228。空间228可以被填充有电解质118。复合材料115的第一成分的颗粒114的层对于要与空间228外部的电解质118流体连通的实质上所有的空间228而言可以是足够薄的。在各个实施例中,这可能是在颗粒114的所沉淀的层的电镀之前、并且还在电镀期间以及甚至在电镀之后的情况。
在沉淀期间和/或沉淀之后,在各个实施例中,复合材料的第二成分116(例如金属层116)可以被电镀(换言之,借助于电镀而沉积,或者再换言之,以电解方式沉积,还被提及为流电(galvanic)沉积或电解沉积)在复合材料115的第一成分的颗粒114的至少一部分上并且在载体110上。换言之,复合材料115的第一成分的颗粒114的至少一部分可以被涂覆有复合材料的第二成分116(例如金属)。再换言之,借助于电镀处理,可以在多个空间228的至少一部分中从电解质118形成复合材料115的第二成分116。
在各个实施例中,电沉积可以被执行得足够长并且具有相邻adjacent颗粒114的复合材料115的第二成分116的层进行加入join的足够高的沉积速率,由此实质上填充空间228。换言之,可以形成包含第一成分114和第二成分116的、实质上固体、实质上无孔的复合材料115。这可以例如提供良好的导电率和/或良好的导热率。
替换地,例如,如果复合材料115的多孔结构是想要的,则可以在填充所有空间228之前放弃电镀。在复合材料115的多孔结构中,其余空间228可以仍然与电解质118流体连通。在形成复合材料115并且移除电解质118之后,复合材料115的多孔性可以被用于利用第三材料(例如焊料)进行填充。在各个实施例中,其它参数(例如颗粒114的大小和/或构成)可以变化。在图3B中示出这种情况的示例,在下面将进一步更详细地对此进行描述。
在各个实施例中,可以在实质上所有颗粒114已经沉淀出电解质118之后执行电镀处理。在其它实施例中,可以在颗粒114中的至少一些仍在沉淀的同时执行电镀处理。换言之,可以在仅已经形成颗粒114的层的一部分之后开始电镀。在此情况下,电镀可以继续,直到悬浮液114、118中的实质上所有颗粒114已经停留在层中为止,或可以在所有颗粒114已经停留之前放弃电镀。
在各个实施例中,电解质118可以是金属电解质(例如金属盐,例如铜电解质、锌电解质、金电解质、银电解质、镍电解质或任何其它合适的金属电解质)。电解质可以例如包括硫酸铜(II)(CuSO4)、硫酸镍(II)(NiSO4)、硝酸银(AgNO3)、氰化银(AgCN)和氰化金钾(K[Au(CN)2])等中的至少之一。
在各个实施例中,可以提供电源234a、234b,其被配置为将电压供给到第一电极232并且供给到第二电极。第一电极232可以是阳极,并且第二电极可以是阴极。第一电极232和第二电极可以被布置为物理地接触电解质118。第一电极232可以例如被布置为沉浸到电解质118中(例如,在其中载体110可以被布置在容器236的底部或一侧上的情况下)或被布置在容器236的底部处(例如在其中载体110可以被布置在电解质的顶部处的情况下)。第一电极232可以包括金属。第二电极可以包括载体110。除了载体110以外,第二电极可以还包括与载体110物理接触并且电接触的颗粒114。例如,与载体110直接或间接物理接触的复合材料115的第一成分的所有导电颗粒114可以形成阴极的一部分。在电介质颗粒114的情况下,颗粒114可以被涂覆有导电涂层113,以使得当它们与载体110直接或间接物理接触时,它们可以形成阴极的一部分。可以例如借助于针状接触231来电接触载体110。在其中载体110的成块材料不导电的情况下,可以在种子层处电接触载体110。
在各个实施例中,电力源234a、234b可以提供DC电压。第一电极232可以被配置为接收正电压并且可以因此被看作阳极232。载体110可以接收负电压(相对于电解质118并且相对于第一电极232的负电势),并且可以因此被看作阴极。当电力被开启switch
on并且正电压和负电压被分别供给到阳极232和阴极时,电流可以借助于移动离子而流过电解质118。电解质118的金属离子可以朝向阴极流动并且可以沉积在那里以形成金属层。所沉积的离子可以被从阳极232补充到电解质118。阳极232可以包括匹配电解质的金属,即阳极232可以包括与电解质以金属盐的形式所包括的相同的金属元素。在各个实施例中,阳极232可以包括铜,并且电解质118可以包括铜盐(例如硫酸铜(II)(CuSO4))。在其它实施例中,在例如如以上列出那样的相应的匹配电解质的情况下,阳极可以例如包括的银、镍和金等。
在各个实施例中,第一电极232可以以其到颗粒114的层的距离对于颗粒114的层的任何区域而言实质上相同的这样的方式被配置并且布置。
在各个实施例中,各电极之间的电压差可以在从大约2V至大约10V(例如在3V至8V之间,例如在4V至6V之间)的范围中。
在各个实施例中,电压差可以随时间经过而被保持恒定(或可以维持恒定电流)。这可以引起复合材料115的第二成分116的连续形成。
在各个其它实施例中,电压差可以被供给为电压脉冲。这可以引起复合材料115的第二成分116的脉冲化的(换言之,不连续的)形成,因为复合材料115的第二成分116仅可以在ON时间期间形成。电压脉冲可以具有从大约1Hz至大约1kHz的范围中的频率。ON时间对于OFF时间的比率可以是1或更小,例如,ON时间对于OFF时间的比率可以是1/3至1/10。
在复合材料115的薄层的形成期间缺少扩散限制可以使得能够使用高电流,这可以导致高沉积率。例如,根据各个实施例,每分钟近似1μm的所沉淀的颗粒114可以使它们之间的空间228被填充有复合材料115的第二材料116。
作为复合材料的形成并非扩散受限的结果,在各个实施例中,与在用于具有长OFF时间的脉冲化电镀的图1C的情况下的上下文中在上面所描述的相比,从复合材料的若干(薄)层形成的(厚)复合材料115可以被形成得更快得多。而在上面的示例中,形成具有近似200μm的厚度的复合材料115要求大约60小时的脉冲化电镀,具有大约10μm的厚度的层(其可以足够薄以使得复合材料115的第二成分116的形成并非为扩散受限)的电镀可以在几分钟(例如10分钟左右)中完成。构建具有大约200μm的厚度的复合材料115的结构可能因此要求近似200分钟,这与如果不得不借助于OFF时间对于ON时间的高比率来避免第二成分116的扩散受限的形成则将要求的60小时相比更少得多。
在各个实施例中,可以自动地处理载体110,以用于在其上形成复合材料115。
在载体110上(例如在载体110上直接地)形成的复合材料115例如可以具有与复合材料115的第二成分116的CTE相比更接近载体110(例如载体110的半导体材料)的CTE的CTE。
如在图3A中和在图3B中示出那样,在各个实施例中,为了获得复合材料115的更厚的结构(例如更厚的层),以下的处理的序列可以被重复至少一次:形成具有颗粒114在电解质118中的实质上均匀的分布的悬浮液114、118的处理;将悬浮液114、118布置为与载体110物理接触的处理;引起颗粒114的沉淀的处理;以及电镀处理。以此方式,可以获得从大约1μm(例如从序列的单次执行形成)至大约1mm(例如从序列的若干次执行形成)的例如从大约50μm至大约150μm的复合材料115的总厚度。
在各个实施例中,借助于形成若干单独层的堆叠来形成复合材料115可以使得能够在各单独层之间使参数变化。通过示例的方式,底部层(即在载体110上或在载体110附近的层)可以包括具有实质上填充有复合材料的第二成分116的空间228的复合材料115,并且一个或多个顶部层(即背对载体110的一个或多个层)可以例如借助在实质上填充所有空间228之前停止电镀而被形成为多孔层。其余空间228可以被用于利用焊料来填充空间228并且用于借助焊接来形成电连接。
在各个实施例中,除了多孔性之外的其它参数可以在各单独的层之间变化,例如关于复合材料115的第一成分114的参数。通过示例的方式,颗粒114的大小、形状和/或构成可以变化。这在图3B示出,其中,底部层的复合材料115a可以包由以第一材料制成的复合材料115a的第一成分的颗粒114a。复合材料115a可以进一步包括复合材料115a的第二成分116。然而,中间层的复合材料115b可以包括由第二材料制成的复合材料115b的第一成分的颗粒114b。复合材料115b可以进一步包括复合材料115b的第二成分116。在其中第二成分116可以从复合材料115的一个层到下一层而变化的情况下,电解质118将需要从第一层的形成到第二层的形成而变化。
在各个实施例中,包括复合材料115的若干层的复合材料115可以具有被选取为使得获得复合材料115的想要的性质的层的参数,例如,可以选取构成、颗粒大小(例如纤维厚度和/或纤维长度)、颗粒涂层、层厚度和/或层多孔性,以使得可以获得想要的导电率、导热率、热容量等。
在各个实施例中并且如在图4中示出那样,可以构造可以根据在图2A至图3B的情况下的上下文中所描述的方法而形成的复合材料115。例如,复合材料115可以在载体110上形成二维结构。
在各个实施例中,可以借助于在载体110上对二维结构进行图案化来形成复合材料115的二维结构。通过示例的方式,其中可能想要形成复合材料115的区块可以留作未被涂覆的,以使得导电材料(例如裸露金属)可以暴露于具有颗粒114的电解质118。其中设想为不形成复合材料115的其它区块可以具有形成于其上的电介质442(例如二氧化硅或任何其它合适的电介质)。在电镀期间,复合材料115的第二成分116可以仅形成在与阴极(即与未涂覆的载体110)电接触的各颗粒周围或其之间。换言之,复合材料115可以仅形成在这些区域中,其中颗粒114与阴极电接触。可能已经沉淀到电介质层上的这些颗粒114可以不与阴极电接触,并且因此可能未被涂覆。在复合材料的现有层上的复合材料的下一层的形成之前,可以移除已经沉淀到其中设想不形成复合材料115的区域上(例如被涂覆有电介质442的区域上)的颗粒114。例如,它们可以被搅拌到电解质118中,以便再次形成颗粒114在电解质118内的均匀分布,或者它们可以例如连同电解质118的移除一起被完全从载体110和/或容器236移除。
附加地,二维结构可以被构形于载体110中,例如,开孔(例如凹入、小孔或腔体)444可以被形成在载体110中,或者突起(例如壁)(未示出)可以被形成在载体110上。在各个实施例中,所沉淀的颗粒114可以被布置在载体110面朝向电解质110的所有表面上,并且复合材料115可以被仅形成在载体110的如下区域中:所述区域通过让它们没有电介质材料442(例如电介质涂层)而针对复合材料115的形成被预先限定。在图4中示出的示例中,复合材料115可以仅形成在开孔444中。在具有在载体110上形成的突起(例如壁)的示例中,复合材料可以仅被形成在突起(例如壁)上。
图6示出根据各个实施例的形成复合材料的方法的示意图600。
所述方法可以包括:将悬浮液布置为与载体物理接触,其中所述悬浮液包括电解质以及所述复合材料的第一成分的多个颗粒(在6010中)。
可能进一步包括的是:引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上,其中在各沉淀的颗粒之间形成多个空间(在6020中)。
可能进一步包括的是:在所述多个空间的至少一部分中通过电镀来从所述电解质形成所述复合材料的第二成分(在6030中)。
图7在两幅图线700、701中示出可以是低的或者甚至是负的碳纤维114沿着它们的长度的热延展系数可以如何影响复合材料115的CTE。在复合材料115中,如在两幅图线700、701之间的示图702中示意性地示出的那样,碳纤维的长度占优地沿着x方向和/或y方向而定向,并且纤维的厚度占优地沿着z方向而定向。因而,如果复合材料115的容积包括0%的碳纤维114(在顶部图线700中由聚丙烯腈制成的所谓的PAN类型纤维以及在底部图线701中由石油沥青制成的所谓的沥青类型纤维),则复合材料115的CTE可以在16.5·10-6/K左右的值开始,并且CTE可以针对xy方向随着碳纤维114的增加的百分比而下降。在z方向上,碳纤维114的CTE可能高于铜的CTE,导致如果复合材料115的容积包括多于0%的碳纤维114则比纯铜的CTE值更高的CTE值。
在各个实施例中,从复合材料115的薄层构建复合材料115的想要的厚度可以增加(与直接构建复合材料115的厚层相比)在它们的长度在x方向和/或y方向(在xy平面内)的情况下定向的碳纤维114的部分。在例如图2A和图2B中,xy平面将平行于载体110。平行于载体的xy平面可以是其中在服从关于导电率、导热率等的其它约束的同时想要尽可能接近地匹配复合材料115的CTE和载体110的CTE的平面,而在z方向上匹配复合材料115的CTE和载体110的CTE可能是更不重要的。
然而,在各个实施例中,(与纯材料(例如纯铜)相比)可能重要的是尽可能多地保留复合材料115的其它性质(例如导电率和/或导热率),并且这可以应用于z方向以及xy方向。
作为用于使复合材料115中的碳纤维114的百分比变化可能对除了CTE之外的性质所具有的影响的示例,在图8中在两幅图线800、801中示出作为导热率的函数的CTE的变化。一般地,复合材料中的碳纤维114的增加的百分比(跟随从顶部到底部所绘制的线从0%增加达到70%)可以导致CTE在xy方向上的减小并且同时导致(在xy方向和z方向这两者上)导热率的减小。然而,如在图线800中示出那样,特定类型的碳纤维(例如短空间等级沥青类型碳纤维)可能至少在xy方向上并不示出在导热率上的随着减小的CTE的减小。通过选择适当类型的碳纤维(例如关于纤维大小、纤维所基于的材料、纯度等),因此可能的是可以附加地影响复合材料中的导热率。类似的推论可以应用于其它性质,例如应用于导电率等。
在各个实施例中,提供了形成复合材料的方法。所述方法可以包括:将悬浮液布置为与载体物理接触,其中所述悬浮液可以包括电解质以及所述复合材料的第一成分的多个颗粒。所述方法可以进一步包括:引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上,其中在所沉淀的颗粒之间形成多个空间;以及在所述多个空间的至少一部分中通过电镀来从所述电解质形成所述复合材料的第二成分。
在各个实施例中,在引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀之前,所述复合材料的所述第一成分的颗粒可以被均匀地或实质上均匀地分布在所述电解质中。
在各个实施例中,所述复合材料的所述第二成分可以是固体材料。
在各个实施例中,可以在所述悬浮液被布置为与所述载体物理接触之前,造成所述复合材料的所述第一成分的颗粒在所述电解质中的均匀分布。
在各个实施例中,可以在所述悬浮液被布置为与所述载体物理接触之后,造成所述复合材料的所述第一成分的颗粒在所述电解质中的均匀分布。
在各个实施例中,其中,引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上可以包括:允许所述颗粒借助于重力沉淀在所述载体上,所述载体可以被布置在所述悬浮液之下。
在各个实施例中,其中,引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上可以包括:允许所述颗粒借助于浮力沉淀在所述载体上,所述悬浮液可以被布置在所述载体之下。
在各个实施例中,其中,引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上可以包括:将离心力应用到所述悬浮液,以使得遵从离心力的所述颗粒可以沉淀在所述载体上,所述悬浮液和所述载体可以被并置地布置。
在各个实施例中,所述电解质可以包括金属或金属合金。
在各个实施例中,所述电解质可以包括铜。
在各个实施例中,所述电解质可以包括硫酸铜。
在各个实施例中,所述第二成分可以包括铜。
在各个实施例中,所述第二成分可以由铜构成。
在各个实施例中,所述复合材料的所述第一成分的颗粒可以包括碳。
在各个实施例中,所述复合材料的所述第一成分的颗粒可以由碳构成。
在各个实施例中,所述复合材料的所述第一成分的颗粒可以包括碳纤维。
在各个实施例中,所述碳纤维可以被涂覆有金属。
在各个实施例中,所述金属可以包括铜、镍、铬、钯和锰中的至少之一。
在各个实施例中,所述载体可以包括硅。
在各个实施例中,所述载体可以包括晶片。
在各个实施例中,所述载体可以包括印刷电路板。
在各个实施例中,电镀可以被执行为所述复合材料的所述第二成分的连续形成。
在各个实施例中,电镀可以被执行为所述复合材料的所述第二成分的脉冲化形成。
在各个实施例中,可以借助于重复如下的方法步骤来形成所述复合材料的多个层:将所述悬浮液布置为与所述载体物理接触,引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀,以及通过电镀至少一次来形成所述复合材料的所述第二成分。
在各个实施例中,与用于形成所述复合材料有关的至少一个参数可以在方法的执行与方法的至少一次重复之间变化。
在各个实施例中,所述至少一个参数可以包括或者可以是所述复合材料的所述第一成分的颗粒的材料。
在各个实施例中,所述至少一个参数可以包括或者可以是所述复合材料的所述第一成分的颗粒的大小。
在各个实施例中,所述至少一个参数可以包括或者可以是所述电解质、以及所述第一电极的材料。
在各个实施例中,所述复合材料的所述第一成分的所述多个颗粒可以包括至少两种不同的类型的颗粒。
在各个实施例中,提供了形成复合材料的方法。所述方法可以包括:在晶片(例如硅晶片)上布置包括铜电解质和碳纤维的悬浮液,其中,所述悬浮液可以与所述晶片物理接触。所述方法可以进一步包括:引起所述碳纤维沉淀在所述晶片上,其中,可以在所述碳纤维中的至少一些之间形成多个空间;以及在所述多个空间的至少一部分中通过电镀来从所述铜电解质形成铜。
在各个实施例中,提供了用于在载体上形成复合材料的装置。所述装置可以包括容器。其可以进一步包括:电解质,被布置在所述容器中,其中,所述电解质可以被配置为与所述载体物理接触;均化器,其可以被配置为在电解质中均匀分布所述复合材料的第一成分的颗粒;以及电力源,其可以被配置为将电压供给至第一电极并且供给至第二电极。所述第一电极和所述第二电极可以被布置为物理地接触所述电解质,所述第一电极可以包括金属,并且所述第二电极可以包括所述载体。
在各个实施例中,所述装置可以进一步包括:配制器,其可以被配置为将所述电解质布置在所述容器中。
在各个实施例中,所述均化器可以包括至少一个螺旋桨。
在各个实施例中,所述均化器可以包括至少一个喷射口。
在各个实施例中,所述均化器可以被配置为在所述配制器内将所述复合材料的所述第一成分的颗粒均匀地分布在所述电解质中。
虽然已经参照具体实施例特定地示出并且描述了本发明,但是本领域技术人员应当理解,在不脱离由所附权利要求限定的本发明的精神和范围的情况下,可以在其中作出形式和细节上的各种改变。本发明的范围因此由所附权利要求指示,并且因此意图涵盖落入权利要求的等同物的意义和范围内的所有改变。
针对各方法提供了本公开的各个方面,并且针对装置提供了本公开的各个方面。将理解的是,装置的基本性质对于方法而言也成立并且反之亦然。因此,为了简明,可能已经省略了这样的性质的重复描述。
Claims (20)
1. 一种形成复合材料的方法,包括:
将悬浮液布置为与载体物理接触,其中,所述悬浮液包括电解质以及所述复合材料的第一成分的多个颗粒;
引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上,其中,在各沉淀的颗粒之间形成多个空间;以及
在所述多个空间的至少一部分中通过电镀从所述电解质形成所述复合材料的第二成分。
2. 如权利要求1所述的方法,
其中,在引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀之前,所述复合材料的所述第一成分的颗粒实质上均匀地分布在所述电解质中。
3. 如权利要求2所述的方法,
其中,在所述悬浮液被布置为与所述载体物理接触之前,造成所述复合材料的所述第一成分的颗粒在所述电解质中的均匀分布。
4. 如权利要求2所述的方法,
其中,在所述悬浮液被布置为与所述载体物理接触之后,造成所述复合材料的所述第一成分的颗粒在所述电解质中的均匀分布。
5. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述载体被布置在所述悬浮液之下;以及
其中,引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上包括:允许所述颗粒借助重力沉淀在所述载体上。
6. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述悬浮液被布置在所述载体之下;以及
其中,引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上包括:允许所述颗粒借助浮力沉淀在所述载体上。
7. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述悬浮液和所述载体被并置地布置;以及
其中,引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀在所述载体上包括:将离心力应用到所述悬浮液,以使得遵从所述离心力的所述第一材料的颗粒沉淀在所述载体上。
8. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述电解质包括金属或金属合金。
9. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述电解质包括铜。
10. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述复合材料的所述第一成分的颗粒包括碳。
11. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述复合材料的所述第一成分的颗粒包括碳纤维。
12. 如权利要求11所述的方法,
其中,所述碳纤维涂覆有金属。
13. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述载体包括晶片。
14. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述载体包括印刷电路板。
15. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述电镀被执行为所述复合材料的所述第二成分的脉冲化形成。
16. 如权利要求1所述的方法,
其中,借助于重复以下方法步骤来形成所述复合材料的多个层:将所述悬浮液布置为与所述载体物理接触,引起所述复合材料的所述第一成分的颗粒沉淀,以及通过电镀至少一次来形成所述复合材料的第二成分。
17. 如权利要求16所述的方法,
其中,与用于形成所述复合材料有关的至少一个参数在方法步骤的执行与方法步骤的至少一次重复之间变化。
18. 如权利要求1所述的方法,
其中,所述复合材料的所述第一成分的所述多个颗粒包括至少两种不同的类型的颗粒。
19. 一种形成复合材料的方法,包括:
在晶片上布置包括铜电解质和碳纤维的悬浮液,其中,所述悬浮液与所述晶片物理接触;
引起所述碳纤维沉淀在所述晶片上,其中,在所述碳纤维中的至少一些之间形成多个空间;以及
在所述多个空间的至少一部分中通过电镀来从所述铜电解质形成铜。
20. 一种用于在载体上形成复合材料的装置,包括:
容器;
电解质,被布置在所述容器中,其中,所述电解质被配置为与所述载体物理接触;
均化器,其被配置为在电解质中均匀地分布所述复合材料的第一成分的颗粒;
电力源,其被配置为将电压供给至第一电极并且供给至第二电极;
其中,所述第一电极和所述第二电极被布置为物理地接触所述电解质;以及
其中,所述第一电极包括金属,并且所述第二电极包括所述载体。
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Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5283116A (en) * | 1990-04-17 | 1994-02-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Sheet feeding member having a film containing inorganic powder |
US6010610A (en) * | 1996-04-09 | 2000-01-04 | Yih; Pay | Method for electroplating metal coating(s) particulates at high coating speed with high current density |
US20050109626A1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-26 | Ursus Kruger | Electrolytic process for depositing a graduated layer on a substrate, and component |
US20070051049A1 (en) * | 2004-05-19 | 2007-03-08 | Takashi Yamaguchi | Method for manufacturing grinding wheel containing hollow particles along with abrasive grains |
US20070251088A1 (en) * | 2006-04-26 | 2007-11-01 | Akira Susaki | Substrate processing method and apparatus |
Family Cites Families (9)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2896657B2 (ja) * | 1996-06-28 | 1999-05-31 | 旭ダイヤモンド工業株式会社 | ドレッサ及びその製造方法 |
US6376098B1 (en) * | 1999-11-01 | 2002-04-23 | Ford Global Technologies, Inc. | Low-temperature, high-strength metal-matrix composite for rapid-prototyping and rapid-tooling |
US6699379B1 (en) * | 2002-11-25 | 2004-03-02 | Industrial Technology Research Institute | Method for reducing stress in nickel-based alloy plating |
US20040154925A1 (en) * | 2003-02-11 | 2004-08-12 | Podlaha Elizabeth J. | Composite metal and composite metal alloy microstructures |
DE102006043163B4 (de) * | 2006-09-14 | 2016-03-31 | Infineon Technologies Ag | Halbleiterschaltungsanordnungen |
US20080131658A1 (en) | 2006-12-05 | 2008-06-05 | Vijay Wakharkar | Electronic packages and components thereof formed by co-deposited carbon nanotubes |
JP5676279B2 (ja) * | 2009-02-02 | 2015-02-25 | 日本碍子株式会社 | 粒子の固着方法及び粒子固着体の製造方法 |
US8673445B2 (en) * | 2009-07-17 | 2014-03-18 | Nissei Plastic Industrial Co. Ltd. | Composite-plated article and method for producing same |
US20140057127A1 (en) | 2012-08-22 | 2014-02-27 | Infineon Technologies Ag | Method for processing at least one carbon fiber, method for fabricating a carbon copper composite, and carbon copper composite |
-
2014
- 2014-08-25 US US14/467,106 patent/US9683306B2/en active Active
-
2015
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Patent Citations (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5283116A (en) * | 1990-04-17 | 1994-02-01 | Canon Kabushiki Kaisha | Sheet feeding member having a film containing inorganic powder |
US6010610A (en) * | 1996-04-09 | 2000-01-04 | Yih; Pay | Method for electroplating metal coating(s) particulates at high coating speed with high current density |
US20050109626A1 (en) * | 2003-10-24 | 2005-05-26 | Ursus Kruger | Electrolytic process for depositing a graduated layer on a substrate, and component |
US20070051049A1 (en) * | 2004-05-19 | 2007-03-08 | Takashi Yamaguchi | Method for manufacturing grinding wheel containing hollow particles along with abrasive grains |
US20070251088A1 (en) * | 2006-04-26 | 2007-11-01 | Akira Susaki | Substrate processing method and apparatus |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
CN105390439B (zh) | 2019-01-25 |
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