CN1304636A - 在由绝缘层分开的两个导电层之间产生接触的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及用于在由绝缘层分开的两个电路层之间建立接触的方法,它在于把由这三层形成的复合物(101)被按压在由垂直于复合物平面的超声激励的声极(105)与前面的接触点(106)之间,其中与复合物的接触面呈现凸出的脊背(107)。在压力和超声的作用下,脊背使复合物变形,造成绝缘层蠕变。当电路层成为接触时,在绝缘层被去除以后,通过超声的作用,电路层互相焊接在一起。本发明使得能够以低廉的成本在两个电路层之间产生理想的欧姆接触。

Description

在由绝缘层分开的两个导电层之间产生接触的方法
本发明涉及使得有可能在由绝缘层分开的两个导电层之间产生接触的方法。
更具体地，本发明涉及在由不太导电的层分开的两个导电层之间产生欧姆接触或热接触的简单、快速和非常便宜的方法。
在以下的说明中，接触一定是指在两层之间的任何连接的区域，它优选地允许在由较低传导性的中间层分开的这两个较多传导的层之间有电流(欧姆接触)或热量(热接触)传送，所有这些层的集合，以后被称为系统，以及中间层以后被称为支撑。
较传导的层，例如，可以是，由铝、铜或合金制成的多层的金属层，或薄膜，或金属图案。
中间层，例如，可以是胶带层，介质，绝缘薄膜，挤压层，聚合物或具有介质的和/或传导性质的任何其它材料，任何提供在两个较传导的层之间的绝缘的较低的电阻率的层，或一组多个这种类型的层。
本专利申请更具体地涉及双面的、可弯曲的印刷电路板型多层系统，它包括在支撑介质的每一面上的金属图案，在某些点必须欧姆接地所述金属图案，以便提供电路的功能。
最简单的接触方法(例如通过冲压)只包含传导层之间的物理(机械)接触。
这些快速的和便宜的方法通常对于以下的系统是足够的：它不太受到机械上的作用力，或只需要较低的可靠度或对于厚度没有限制，或机械上很坚固，运行在低的电流强度或在高频，或它的功能容忍接触的欧姆特性的变化，或它的组成支持相当良好的接触质量。
接触是通过撕去支撑和把这些层变形而产生的。例如，这是在商店里发现的防盗电路中使用的、产生接触的方法的事例。介质是高弹性的，以及具有收缩效应，有利于保持金属薄膜的物理的或邻近的接触。
在更复杂和更昂贵的方法中间，可以阐述通过铆接的机械的接触方法，这个方法是加上一个零件，它通过夹紧造成机械连接。这种接触是通过撕去支撑而产生的，并且由附加的零件造成接触。
对于最复杂的和最昂贵的方法，可以得到良好的欧姆质量的接触，但是其代价是该方法很费事，并在构成系统本身的步骤的按时间顺序以及用于这个系统的材料的选择方面受到限制。该接触是通过支撑开孔和形成金属间的混合物而产生的。这些方法的本质是粘接力。
这是半导体或混合多层型接触方法的事例，这些方法在于系统的中间支撑中的通孔，这些通孔在第一金属层开口，以及在其中沉积金属合金，构成系统的第二导电层，这些步骤通常由热处理来补充，允许通孔中的金属间的连接最佳化。
在这些复杂的和昂贵的方法中间，也有一些有可能得到在无接触的预先制造的系统上的良好的欧姆质量的接触的方法，但是它的代价是附加的、常常是昂贵的和困难的步骤和有可能提供层间连接的补充附加的中间材料，这种连接的性能、它的随时间的防腐、和它的可靠度。接触是通过切割支撑和加上中间材料而产生的。这些方法的原理是粘接。
这是在印刷电路板上制造接触的方法的事例，它在于在分开导电层的支撑上开通孔，以及在通孔中沉积金属合金，形成接触；该方法常常补充以热处理，允许在导电层之间金属间的连接最佳化。例如，也阐述了对于最近的可弯曲的印刷电路板所使用的的解决办法，其中使用切割来开通孔，以及使用导电胶作为中间材料，这种材料的溢流提供了接触。
“机械接触”方法或“金属间混合物接触”类型的方法的主要问题是不可能同时得到良好的欧姆接触和非常低的制造成本，基本上用于某些应用项或用于某些产品。
纯机械接触的弱点在于接触的暂时性，取决于冲压或“铆接”的质量。压力是这些方法的基本原理。原先没有通孔的中间支撑降低接触的质量。环境限制条件，如以后的叠层，也是这些接触可靠度的决定因素。最后，支撑材料的选择是对于这种类型的接触的可靠度的限制因素和关键。
在现有技术中，至今为止还没有可采用的接触的低成本/性能二重性。
本发明提出使得有可能得到在具有被至少一个降低导电性的中间层(例如，绝缘支撑)分开的至少两个导电层的多层系统中可靠的接触的制造方法，而同时保持非常低的制造成本。
本发明的目的，更具体地，是在由绝缘层分开的两个导电层之间产生至少一个接触的方法，特别是其特征在于，由这些层形成的复合物被按压在由垂直于复合物表面所施加的超声激励的装置与固定的装置之间，搁在复合物上的该固定装置的面具有至少一个凸出部分，能够在施加超声期间使复合物变形，以便于允许在每个凸出部分的区域中绝缘层流动和开孔，然后造成在这个同一个凸出部分的区域中金属层的接触和焊接。
按照另一个特征，在施加超声停止以后，压力被保持在由超声激励的装置与固定的装置之间，这允许绝缘层流动，直至绝缘层冷却和固化为止。
按照另一个特征，承载每个凸出部分的固定装置的表面具有与凸出的脊背结合在一起的径向三角形通道。
按照另一个特征，方法在于在传递滚轮与接受器滚轮之间传送复合物，固定装置具有旋转的滚轮的形式，它的轴平行于传递滚轮和卷绕器的轴，以及它的侧面被刻蚀，并以适合于复合物行进通过的相同的速度转动。
本发明把机械方法的优点(因为不用提供材料以及方法是快速的)与金属间复合物接触方法的优点(因为它导致要被连接的层的金属互相渗透)集中在一起。
本发明特别适用于用可弯曲的印刷电路板制造的键盘，或基于印刷电路板型谐振电路的微电子芯片转换器，本发明可应用于任何类型的系统。
本发明公开了在电子器件与导电薄膜系统之间的同时的和直接的接触的可能性。
本发明的目的是配备有接触的系统的局部的剪切的方法，随后通过加热和在其中导电层是物理接触的区域形成超声焊接型接触。这种工具和它的材料的形成被仔细地设计，以便允许进行以下所有的操作：切割支撑的加热，把位于支撑的任一侧的导电层放置成互相面对，以及将它们进行焊接。
优选地，系统具有厚度小于100微米(典型地是25微米)的热塑支撑，以及由铝制成的、厚度小于几十微米(典型地在10与50微米之间)的、位于支撑的任一侧的金属图案。
在优选实施例中，方法被实施于单项设备，它使得有可能以逐步的模式同时产生多个接触。一个变例实施例在于连续地在滚轮或切片系统上产生接触。
通过绝缘支撑的焊接接触的产生具有许多优点，使得有可能消除前面阐述的所有的或某些问题。这是因为在这种情况下，接触是完全欧姆的(小于0.1毫欧姆的电阻)和在机械上对抗叠接，热循环，以及上述的产品的机械限制条件(键盘等)。
因此，接触可靠性的问题可得以解决。
另一个优点是接触的精度，它的定位的应变可被减小到最小值，小于200微米。
在更复杂的事例中，多层系统具有由绝缘层(例如由PTF制成)分开的两个金属层(例如由铝制成)。
通过参照附图阅读以下的说明将更好的了解本发明，以及其它特性和优点将呈现出，其中：
-图1a到1c显示在实施按照本发明的方法的三个阶段期间使用的装置的横向截面图；
-图2显示被使用来实施按照本发明的方法的、由超声激励的装置和两个固定的装置的等角投影图；
-图3显示在一系列技术中用于实施按照本发明的方法的设备的变例实施例的示意的截面图。
图1a到1c显示，在基本上圆形的单个焊接使得有可能电连接多层复合物的顶面和底面的简单的事例中，实施按照本发明的方法的不同的步骤。
这个多层复合物101由可熔化的绝缘层104分开的导电的上部金属层102和导电的下部金属层103组成。如图1a所示，它被安装在活动部分105(它是由超声激励的装置，被称为“声极”)与固定的装置106(后面被称为术语“砧台”)之间，这两个部分被放置成一个叠放在另一个的上面。
按照已知的技术的声极是可以由超声发生器设置成振动的部分。在本发明的情况下，这个超声使得声极纵向地振动，所以，在图1b上从底部到顶部地振动。
砧台106的上表面以一种方式做成凹槽，这将在后面描述以及在图上用锯齿107显示出，它的位置指向声极的下部平面。
在这个安装阶段以后，如图1a所示，装置进行运行，这样超声使得声极105在它的下降期间振动，或在它一接触到复合物就运行。复合物被放置在声极与砧台106之间的压力下，砧台放在复合物101的下部表面上。
在超声的影响下，复合物加热，以及热塑层104软化。施加超声的持续时间，它的幅度和它的频率按照复合物101的特征，如果需要的话，连同几个测试(是容易和快速地实施的)来确定。
复合物101因此被软化，当声极到达砧台时，砧台的上端的凸出部分使得复合物变形。
当两个金属层仅仅变形而没有撕去时，中央的热塑层流到指向凸出部分的区域；流动和软化的组合允许两个金属层在这个区域合在一起。
最后，切向力使得两个金属层蠕变和焊接(通过表面渗透)。
当达到焊接时，停止声极的操作而同时保持在砧台与声极之间的压力，如图1c所示。
这个压力在对于热塑层的冷却与重新固化所必须的时间期间被保持，如图1c所示。在该冷却结束时，焊接108被保留，围绕金属层的中间热塑层在被按压的地方被固化。
图2，作为例子，显示两个被放置在公共的声极203下面的、相同的特定砧台201和202，所述声极没有特别的特征。
这两个砧台，作为例子，具有圆柱形式，以及在它们的上面部分有一个三角形截面的径向凹槽形式的切口。这些凹槽向砧台的上面的中心会聚，并终结在挖空的圆形部分205，它主要被用来实行这些凹槽的机械加工。这些凹槽的后壁在它们的上面部分合在一起形成脊背206，被设计成在由脊背施加的重大的压力的作用下渗透到复合物和接着到中间的塑料层的开孔。
这种机械加工可以实行以使得脊背206都是处在垂直于砧台的水平面内，这是最容易做到的。然而，在优选实施例中，机械加工将被实行以使得脊背206具有朝向砧台的上面的中心的向下的斜坡，以便实行它们渗透到复合物的动作。
这样，通过具有这种形式的砧台得到的接触实际上将呈现一组花瓣的形式，在所述的实施例中是12个，形成变圆的三角形，它们的位置指向共同的中心。
如图2所示，大尺寸的声极可以结合多个砧台被使用，图2上是2个砧台，以便同时产生多个接触。如果需要的话，具有不同的图形和截面的砧台可被使用，这取决于要被产生的接触。
在上述的实施例中，方法基本上间断地工作，以便在一个接一个地安装和拆卸的零件上形成接触。
在变例实施例中，如图3所示，本发明建议使用这种方法在特定的系统中行进通过的较长长度的多层复合物上连续地或几乎连续地形成接触。
为此，这个复合物从传递滚轮301上解开，以便传送到焊接设备，然后当进行完焊接时它被缠绕到接受器滚轮302。
配备有其声极304的超声焊接设备303被放置在两个滚轮之间非缠绕的复合物的一个面上。
至于砧台305，它被放置在与声极相反的、另一个面上。
在这个变例实施例中，砧台305具有滚轮的形式，它的轴平行于传递滚轮和接受器滚轮以及卷绕器301和302的轴，它在转动时永久地搁放在复合物的下表面上，以避免不断地摩擦这个砧台。
当希望在复合物上产生接触的地方达到所述复合物与砧台305之间的接触点时，声极304很快被降低，以便在运行时按压在它本身与砧台305之间的复合物101上。
为了能够以参照图1描述的方式产生接触，旋转砧台305的表面具有适当的蚀刻，例如纵向沟槽，或一系列的点，使得有可能得到想要的变形。
超声在相当短的持续时间内以相当大的强度施加到声极304上，以便如果可能的话，不打断复合物101在传递滚轮301与接收器滚轮302之间的运动。
然而，取决于复合物101的、所使用的材料的结构，尺寸和特性的限制条件，操作逐步地进行，在对于产生接触所必须的时间内停止这个复合物的运动。声极也被做成伴随复合物的运动，在接触步骤期间以相同的速度线性地位移，然后当操作结束时把它再次返回。
按照本发明的方法对于制造键盘电路，更具体地在相应于图3的连续制造的方案中，是特别有用的。

Claims (4)

1．在被中间层(104)分开的两个导电层(102,103)之间产生至少一个接触的方法，其特征在于，由这些层形成的复合物(101)被按压在由垂直于复合物表面所施加的超声激励的装置(105)与固定的装置(106)之间，搁在复合物上的该固定装置的面具有至少一个凸出部分，能够在施加超声期间使复合物变形，以便于允许在每个凸出部分的区域中绝缘层流动和开孔，然后造成在这个同一个凸出部分的区域中金属层的接触和焊接。
2．按照权利要求1的方法，其特征在于，在停止施加超声以后，在由超声激励的装置与固定的装置之间保持压力，这允许绝缘层流动，直至绝缘层冷却和固化为止。
3．按照权利要求1或2的任一项的方法，其特征在于，承载每个凸出部分的固定装置(201)的表面具有与凸出的脊背(206)结合在一起的径向三角形通道(204)。
4．按照权利要求1或2的任一项的方法，其特征在于，在传递滚轮(301)与接受器滚轮(302)之间传送复合物，以及固定装置具有旋转的滚轮(305)的形式，它的轴平行于传递滚轮和卷绕器的轴，以及它的侧面被刻蚀，并以适合于复合物行进通过的相同的速度转动。
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