DE4113954A1

DE4113954A1 - Matrix-verbindungsglied

Info

Publication number: DE4113954A1
Application number: DE4113954A
Authority: DE
Inventors: Barbara E Arnio; Lynn E Burdick; Mark J Owens; Mike St Lawrence; Scott Simpson
Original assignee: Rogers Corp
Current assignee: CIRCUIT COMPONENTS, INC., TEMPE, ARIZ., US
Priority date: 1990-04-27
Filing date: 1991-04-29
Publication date: 1991-10-31
Also published as: US5071359A; JPH04230984A

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Verbindung von Matritzen (arrays) von elektrischen Kontaktanschlußflächen.

Es sind verschiedene übliche Verfahren zur Verbindung von Chips mit integrierter Schaltung (IC) an ein Multichip-Modul, ein IC- Chippaket oder eine Leiterplatte bekannt. Sie umfassen das Flip-Chip-Löten, eine Drahtverbindung und ein automatisches Filmbonden zum direkten Anbringen des IC-Chip. Verschiedene be kannte Verfahren zur Verbindung von IC-Chippaketen an eine Lei terplatte sind ebenfalls bekannt. Sie umfassen das Auflötver fahren zu Paketen ohne oder mit Anschlüssen und die Verbindung von Steuergittermatrizen mit Lötpin bzw. -stift. Diese Verfah ren führen zu nicht lösbaren Verbindungen. Verschiedene Buch sentypen können für diese IC-Chippakete verwendet werden, diese können eine Lötung erfordern und nehmen einen beträchtlichen wertvollen Raum der Leiterplatte ein. Diese Verfahren bilden ebenfalls nicht lösbare Verbindungen. Verfahren mit lösbaren Verbindungen sind ebenfalls bekannt.

Im allgemeinen liegt die Besonderheit dieser Erfindung in einem elektrischen Verbindungsglied zur lösbaren Verbindung mit einer Matrix von Kontaktanschlußflächen auf einer Oberfläche. Dieses Verbindungsglied umfaßt ein vorgeformtes tafelförmiges Teil aus einem elastischen Polymer, das mit einer Reihe von Öffnungen versehen ist, durch die sich jeweils eine galvanisierte Auflage aus einem elektrisch leitenden Metall erstreckt. Ein einstücki ges Ende jeder dieser Auflagen steht über die Oberfläche des tafelförmigen Teils nach außen vor. Diese vorstehenden Enden sind so geformt, daß sie die elektrischen Kontaktflächen für die lösbare Verbindung mit den Anschlußflächen bilden.

Bei den bevorzugten Ausführungsformen ragen diese Auflagen auf den entgegengesetzten Seiten der Tafel über die entsprechenden Oberflächen hervor. Die Öffnungen sind vorzugsweise feine in kurzem Abstand angeordnete Öffnungen, die sich über die Fläche des tafelförmigen Teils in der X- und Y-Richtung erstrecken.

Die Öffnungen befinden sich vorzugsweise im spitzen Winkel zur Richtung der Dicke des tafelförmigen Teils; der Winkel beträgt typischerweise weniger als etwa 15° und kann vorzugsweise etwa 5 bis 15° betragen um einen guten Schleifkontakt zu erhalten. Der Durchmesser der Öffnungen beträgt vorzugsweise 101,6 µm (4 mil) oder weniger und der Abstand ist vorzugsweise ausreichend, um die Matrizen der Kontaktanschlußflächen miteinander zu ver binden, die einen Abstand von weniger als 635 µm (25 mil) auf weisen. Der bevorzugte Abstand der Öffnungen beträgt 203,2 µm (8 mil) oder weniger. Vorzugsweise liegt das Verhältnis von Ab stand zur Dicke des elastischen Polymers im Bereich von etwa 0,8 bis etwa 1,7. Vorzugsweise hat dieses elastische Polymer einen Durometer-Wert von etwa 30 bis etwa 60. Das elastische Polymer ist vorzugsweise eben.

Die Metallauflagen füllen vorzugsweise die Öffnung (indem sie einen einstückigen festen Stopfen bilden) oder sind auf die Wände der Öffnungen begrenzt. Die Auflagen, die durch die vor stehenden Enden dieser Auflagen gebildet werden, können ring förmige Kontakte bilden. Die Auflagen können neben der Öffnung auf der Oberfläche des Substrats aufliegen. Das bevorzugte Ma terial für diese Metallauflagen ist Kupfer, wohingegen das be vorzugte Material für die elastische Polymertafel Silikon ist. Die Dicke der elastischen Polymertafel beträgt vorzugsweise 127 µm (5 mil) oder weniger.

Diese Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zur Her stellung des elektrischen Verbindungsglieds, das die Ausbildung einer Reihe von Öffnungen in einem vorgeformten tafelförmigen Teil aus einem elastischen Polymer und das anschließende Auf tragen eines Metalls in den Öffnungen in der Weise umfaßt, daß die einstückigen Enden der Metallauflagen über die Oberfläche des tafelförmigen Teils nach außen vorstehen, um elektrische Kontaktoberflächen zur lösbaren Verbindung der Anschlußflächen zu bilden.

Die Metallauflagen ragen vorzugsweise auf den entgegengesetzten Seiten der Tafel über die entsprechenden Oberflächen hinaus.

Diese Öffnungen werden vorzugsweise durch Laserbohren gebildet. Die Metallauflagen können durch Galvanisieren oder stromloses Plattieren oder eine Kombination davon gebildet werden. Die Auflagen können beispielsweise gebildet werden, indem auf eine Zucht- bzw. Impfschicht eines stromlos plattierten oder im Va kuum aufgedampften Metalls galvanisiert wird.

Wenn die Metallauflagen die Öffnung füllen, umfaßt das Verfah ren vorzugsweise die Schaffung einer dünnen Metallschicht auf einer Oberfläche der elastischen Polymertafel vor der Ausbil dung der Öffnungen; das Formen von Öffnungen, indem durch die unbedeckte Oberfläche der elastischen Polymertafel gebohrt wird, um die Metallschicht freizulegen; die Verwendung dieser Schicht als elektrische Verbindung; das Galvanisieren von Me tall in die Öffnungen, um diese Öffnungen so zu füllen, daß die Enden der gefüllten Öffnungen nach außen über die unbedeckte Oberfläche der elastischen Polymertafel vorstehen; die Entfer nung der Metallschicht, um die entsprechende Oberfläche der elastischen Polymertafel freizulegen und elektrisch zu isolie ren; die zeitweilige elektrische Verbindung der gefüllten Öff nungen auf der vorher unbedeckten Oberfläche; das Plattieren bzw. Galvanisieren von Metall auf den Enden der gefüllten Öff nungen in dieser entsprechenden Oberfläche, so daß sie nach außen über diese Oberfläche vorstehen, und die anschließende Entfernung dieser zeitweiligen elektrischen Verbindung.

Das Verfahren kann auch die Schaffung einer Metallschicht auf jeder entgegengesetzten Oberfläche der elastischen Polymerta fel, um vor der Bildung der Öffnungen ein Verbundmaterial zu schaffen; die Bildung der Öffnungen durch Bohren durch die Dicke dieses Verbundmaterials; das Aufbringen von Metall auf die Wände der Öffnungen durch ein Auftragungsverfahren im Va kuum, wie Bedampfen oder Kathodenzerstäubung; das Plattieren bzw. Galvanisieren von Metall auf die mit Metall überzogenen Wände und um die Enden der Öffnungen, so daß um die Enden jeder Öffnung Ränder gebildet werden, die nach außen über die entge gengesetzten Oberflächen des Verbundmaterials vorstehen; und die Entfernung dieser Metallschichten von den entgegengesetzten Oberflächen der elastischen Polymertafel umfassen.

Das Verfahren kann vor der Ausbildung der Öffnungen auch das Auftragen einer Ätzabdeckschicht auf die Metallschichten umfas sen. Nach dem Galvanisieren werden die Metallschichten und die Abdeckschicht von den entgegengesetzten Oberflächen der elasti schen Polymertafel entfernt.

Diese Erfindung liefert ein kostengünstiges Verbindungsglied, das die lösbare Verbindung sehr dichter Matrizen von Kontaktan schlußflächen ermöglicht (z. B. 254 µm (10 mil) Abstand oder we niger). Diese Kontakte schaffen innerhalb eines großen Berei ches der Kompression die Schleifwirkung für den positiven Kon takt und eine hohe Compliance, und zwar eine gute Verbindung mit in Verbindung stehenden Gegenständen mit einem großen Ab messungsbereich der Dicke. Durch die erreichbaren geringen Ab standswerte können Verbindungsglieder gebildet werden, bei denen die Ausrichtung des Verbindungsgliedes mit den Kontaktan schlußflächen nicht erforderlich ist. Es ist auch keine Aus richtung während der Herstellung erforderlich; somit können die Besonderheiten, Durchgangslöcher oder Durchgänge, z. B. durch eine exakte Schaltvorrichtung des Laserstrahls oder der Ab deckung bzw. Maske (nachfolgend als Maske bezeichnet) geschaf fen werden. Die Herstellung ist ökonomisch und kann automati siert werden. Außerdem sorgt die hier beschriebene Anwendung der Galvanisierungsschritte für eine im wesentlichen einheitli che Ausdehnung der Kontakte oberhalb der Oberfläche des elasti schen Polymers. Der Abstand kann 635 µm (25 mil) betragen, der Winkel zur Lotrechten beträgt etwa 15°, der Lochdurchmesser kann 508 µm (20 mil) betragen.

Weitere Besonderheiten und Vorteile dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen deutlich.

Die beigefügten Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine vergrößerte Perspektivansicht des erfindungsgemä ßen Verbindungsglieds,

Fig. 2 eine stark vergrößerte Perspektivansicht des Verbin dungsglieds, bei dem die Wände der Öffnungen mit Metall galvanisiert sind,

Fig. 2a einen Schnitt entlang der Linie 2a-2a des in Fig. 2 ge zeigten Verbindungsglieds,

Fig. 3 eine stark vergrößerte Perspektivansicht des Verbin dungsglieds, bei dem die Öffnungen mit Metall gefüllt sind,

Fig. 3a einen Schnitt entlang der Linie 3a-3a des in Fig. 3 ge zeigten Verbindungsglieds,

Fig. 4-4f das Verfahren zur Herstellung des Verbindungs glieds,

Fig. 5-5e ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Verbin dungsglieds,

Fig. 6-6c ein weiteres Verfahren zur Herstellung des Verbin dungsglieds.

Matrix-Verbindungsglied

In Fig. 1 ist eine Perspektivansicht des erfindungsgemäßen Ver bindungsglieds gezeigt, die ein dünnes Substrat 2 aus einem elastischen Polymer (z. B. 127 µm (5 mil) dick), das eine Reihe feiner (z. B. ein Durchmesser von 101,6 µm (4 mil)), im kurzen Abstand angeordneter (z. B. 203,2 µm (8 mil) Abstand), winkliger (z. B. 10°, im Bezug auf die Oberfläche des elastischen Poly mers) mit Metall galvanisierter Vorsprünge 4 umfaßt, die sich durch das elastische Polymer erstrecken, die den Kontakt zu den Matrizen der Kontaktanschlußflächen (nicht gezeigt) herstellen können.

In den Fig. 2 und 2a ist ein stark vergrößerter Abschnitt der Ausführungsform des Verbindungsglieds 10 gezeigt, das eine Matrix feiner im engen Abstand angeordneter Durchgangslöcher 12 in einem elektrisch isolierenden Substrat 14 aus einem elasti schen Polymer umfaßt. Das Substrat 14 ist vorzugsweise ein dün nes festes Silikon-Elastomer. Seine Dicke beträgt typischer weise etwa 127 µm (5 mil). Es kann behandelt werden, um seine Adhäsion an Metall zu verbessern.

Durchgangslöcher 12 erstrecken sich durch die Dicke des Sub strats 14. Die Innenwände der Löcher 12 sind mit einem Galvani sierungsmetall überzogen (typischerweise eine Kupferplattie rung, gefolgt von Schichten aus Nickel und Gold zum Schutz vor äußeren Einflüssen und für einen geringen Kontaktwiderstand). Die Metallplattierung bildet einen gewölbten Rand 16 oberhalb der Öffnungen an beiden Seiten des Durchgangslochs, um den elektrischen Kontakt mit den Matrizen der Kontaktanschlußflä chen (nicht gezeigt) herzustellen.

Die Durchgangslöcher 12 sind typischerweise in einem spitzen Winkel von weniger als etwa 15°, z. B. 5 bis 15° zur Senkrechten zur Ebene der Oberfläche des Substrats 14 angeordnet, um die Verbindung der Matrizen der Kontaktanschlußflächen zu erleich tern, und schaffen einen guten Schleifkontakt und ein gutes Rückstellvermögen ohne ständige Deformation. Die Löcher können auch senkrecht zum Substrat sein. Im allgemeinen sind sie nahe zueinander in einem Abstand P von etwa 76,2 bis 101,6 µm (3-4 mil) angeordnet; bei diesem Abstand ist das Verbindungsglied 10 zur Verbindung von Matrizen der Kontaktanschlußflächen mit einem Abstand von 254 µm (10 mil) geeignet (und zwar Anschluß flächen von 127 µm (5 mil) bei einem Abstand von 127 µm (5 mil) zwischen den Anschlußflächen). Das Seitenverhältnis der Löcher (und zwar das Verhältnis von Dicke zum Durchmesser) beträgt vorzugsweise weniger als 5 : 1, um die Galvanisierung zu erleich tern. Bei einem Loch mit einer Dicke von 127 µm (5 mil) (und zwar ein Loch, das sich durch die Dicke eines 127 µm (5 mil) dicken Substrats erstreckt) beträgt der Lochdurchmesser typi scherweise etwa 25,4 bis 50,8 µm (1-2 mil).

Fig. 3 und 3a zeigen einen stark vergrößerten Abschnitt einer zweiten Struktur des Verbindungsglieds 18, bei dem die Durchgangslöcher 24 vollständig mit dem galvanisierten Metall gefüllt sind, um einen festen Stopfen zu bilden. Die Enden 24 der gefüllten Durchgangslöcher ragen an den entsprechenden Oberflächen des elastischen Polymersubstrats 20 über die Öff nungen heraus, so daß sie Anschlüsse zur elektrischen Verbin dung der Matrizen der Kontaktanschlußflächen bilden. Die Abmes sungen des Verbindungsglieds 18 sind die gleichen wie die beim Verbindungsglied 10 beschriebenen.

Die erfindungsgemäßen Verbindungsglieder können angepaßt wer den, so daß sie eine zuverlässige, lösbare Verbindung von z. B. Chips an Keramik- oder Kunststoff-Chippakete, von Chippaketen an Leiterplatten oder von Leiterplatten an andere Leiterplatten bilden. Die Abstandswerte können im Bereich von etwa 76,2 µm (3 mil), wodurch eine Alternative zu Verbindungsverfahren wie dem automatischen Filmbonden oder der Drahtverbindung geschaffen wird, die dauerhafte Verbindungen für Chips an Chippakete sind, bis zu Abstandswerten von etwa 635 µm (25 mil) liegen, wodurch eine Alternative zu Verbindungsverfahren, wie dem Auflötverfah ren, den Steuergitter-Matrizen mit Lötpin, dem Flip-Chip-Löten, oder der Matrizenverbindung geschaffen wird, die elastische Po lymersubstrate verwenden, wie es z. B. in US-Patent Nr. 47 93 814 beschrieben ist (auf die Bevollmächtigte der vorliegenden Anmeldung übertragen), die üblicherweise zur Verbindung von Chippaketen an Leiterplatten verwendet werden.

Im allgemeinen werden bei einem gegebenen Abstand die Dicke des elastischen Polymers, das Seitenverhältnis des Durchgangslochs oder des Durchgangs und das Formanpassungsvermögen des elastischen Polymers so ausgewählt, daß das Verbindungsglied ausreichend elastisch ist, um einen guten Schleifkontakt zu schaffen und eine lösbare Verbindung ohne Deformation der Kontaktvorsprünge zu ermöglichen. Geringere Abstände und Seitenverhältnisse und eine geringere Dicke des elastischen Polymers reduzieren im allgemeinen die Elastizität des Verbindungsglieds. Vorzugsweise liegt das Verhältnis von Abstandswert zur Dicke des elastischen Polymers im Bereich von etwa 0,8 bis etwa 1,7. Vorzugsweise hat das elastische Polymer einen Durometer-Wert im Bereich von etwa 30 bis etwa 60. Die Dicke des elastischen Polymers beträgt typischerweise von 50,8 bis 508 µm (2-20 mil), kann jedoch viel größer sein.

Die Herstellung der Verbindungsglieder, wie sie detailliert in den nachfolgenden Beispielen beschrieben wird, umfaßt im allge meinen das Galvanisieren eines Metalls in das Durchgangsloch oder den Durchgang, der im elastischen Polymer gebildet ist, um die Kontaktvorsprünge zu schaffen. Dieser Metallkontakt muß ausreichend an das elastische Polymer gebunden oder von diesem aufgenommen werden, so daß er sich nicht ablöst und heraus fällt. Das Metall an den Vorsprüngen neigt oft dazu, sich in champignonähnlicher Form aufzuwölben, so daß es auf der Ober fläche des Substrats aufliegt und den Metallkontakt an Ort und Stelle hält (z. B. wie in Fig. 3a). Es ist ebenfalls ein wichti ger Aspekt dieser Erfindung, daß das galvanisierte Metall durch Ausbildung eines Durchgangslochs oder eines Durchgangs in mi kroskopischem Niveau an das elastische Polymer befestigt ist, wobei dieses Durchgangsloch keine vollkommen glatten Seiten wände aufweist. Diese Löcher können z. B. durch Laserbohrung ge bildet werden. Das nachfolgende Galvanisieren dieser Durch gangslöcher oder Durchgänge schafft mikroskopische mechanische Verriegelungen, die das Metall an das flexible Polymer befesti gen. Dieser Verriegelungsmechanismus ermöglicht es, daß die Me tallkontakte sogar in den Fällen an das elastische Polymer be festigt sind, bei denen das Galvanisierungsverfahren keine champignonartige Auflage auf die Oberfläche des elastischen Po lymers bildet (wie z. B. in Fig. 2a).

Ein größeres Seitenverhältnis kann im allgemeinen angewendet werden, wenn leere Durchgangslöcher verwendet werden, bei denen die Metallauflagen auf die Wände der Öffnung begrenzt sind und eine Öffnung bleibt, im Gegensatz zu den Verbindungsgliedern, die in Blinddurchgängen gebildet werden und wenn feste Stopfen geschaffen werden. Bei Durchgangslöchern kann das Galvanisie rungsmedium während des gesamten Galvanisierungsverfahrens durch dieses Loch zirkulieren. Bei Verbindungsgliedern mit einem leeren Durchgangsloch muß man sehr sorgfältig sein, um die Bildung von Blasen zu verhindern, ein Problem, das mit steigendem Seitenverhältnis zunimmt. Trotzdem sind für diese Durchgangslöcher Seitenverhältnisse von 30 zu 1 erhältlich, bei denen die Auflagen auf die Wände begrenzt sind. Bei Blinddurch gangslöchern sind im allgemeinen Seitenverhältnisse von bis zu 10 zu 1 erreichbar.

Herstellung

Die oben beschriebenen Verbindungsglieder können durch ein Ver fahren hergestellt werden, das das Galvanisieren der Durch gangslöcher oder Durchgänge in einer vorgeformten Tafel aus einem elastischen Polymer umfaßt. Vorzugsweise wird vor der Ausbildung der Löcher oder Durchgänge ein Verbundmaterial ge bildet, bei dem die elastische Polymertafel auf zumindest einer Oberfläche einen leitenden Überzug aufweist, der als elektri scher Kontakt zur Galvanisierung innerhalb der Löcher oder Durchgänge dienen kann. Die folgenden Beispiele dienen der Er läuterung. Die allgemeinen Lehren dieser Beispiele können in unterschiedlicher Weise miteinander kombiniert werden.

Beispiel 1

In den Fig. 4-4f ist ein Verfahren zur Herstellung des Ver bindungsglieds gezeigt, das für den in Fig. 2 gezeigten Typ be vorzugt ist. Wie es in Fig. 4 gezeigt ist, sind auf die obere und untere Oberfläche des Substrats aus Silikon-Elastomer 34 Metallschichten 30, 32, wie Kupfer, aufgebracht, z. B. durch ein Beschichtungsverfahren im Vakuum, wie Verdampfung oder Katho denzerstäubung, um das Verbundmaterial zu bilden. In Fig. 4a ist jede Kupferschicht 30, 32 mit einer Ätzabdeckschicht 36, 38 überzogen. Wie es in Fig. 4b gezeigt ist, werden als nächstes die Durchgangslöcher 40 geschaffen (es ist ein einzelnes Loch gezeigt), indem die obere Oberfläche des Verbundmaterials einem Laserstrahl ausgesetzt wird. Dieser Strahl kann auf eine Maske auftreffen, um mit einer einzigen Bestrahlung gleichzeitig ein Muster von z. B. 100 Löchern im Substrat zu bilden, wobei eine Anzahl von Bestrahlungen angewendet wird, um die komplette Matrix der Löcher zu bilden. Die Ausbildung der Löcher erfordert jedoch keine geschickte Arbeit oder geschicktes Aus richten, sondern es kann eher eine einfache exakte Schaltvor richtung z. B. für die Lasermaske oder das Substrat mit Compu terregelung verwendet werden.

Wenn die Löcher 40 geschaffen wurden, wird, wie in Fig. 4c ge zeigt ist, eine Kupferschicht 42 sowohl auf die Abdeckschicht 36, 38, Kupfer 42′, als auch auf die Wände der Löcher, Kupfer 42′′ im Vakuum aufgetragen, um eine elektrische Verbindung für die nachfolgende Galvanisierung zu erzeugen. Wie es in Fig. 4d gezeigt ist wird anschließend das Kupfer 42′, das auf der Ober seite der Abdeckschicht aufgebracht wurde, z. B. durch Läppen oder Abschmelzen mit Laser entfernt, wobei das Kupfer 42′′ auf den Wänden des Lochs verbleibt, ohne daß die gesamte Abdeck schicht entfernt wird. Danach wird auf die Wände der Löcher eine Kupferschicht 44 galvanisiert, wie es in Fig. 4e gezeigt ist, wobei die Kupferschichten 30, 32 auf jede Oberfläche des Silikon-Elastomers als elektrische Verbindungen zum Kupfer 42′′ verwendet werden, das mit Kathodenzerstäubung auf die Wände der Löcher aufgebracht wurde. Dies bildet um jedes Loch einen Rand 46 aus galvanisiertem Kupfer, der über die Oberfläche des ela stischen Polymers vorsteht, als auch eine Kupferauflage auf den Wänden der Löcher. Danach werden zum Schutz der Kupferbasis vor Umwelteinflüssen und für einen geringen Kontaktwiderstand nach einander auf den Rand 46 und die Wände der Löcher Schichten aus Nickel 48 und Gold 50 galvanisiert.

Wie es in Fig. 4f gezeigt ist wird die Abdeckschicht 36, 38 nach den Galvanisierungsverfahren von beiden Oberflächen ent fernt und die ursprünglichen Kupferschichten 30, 32 auf den Oberflächen des elastischen Polymers werden kurzzeitig geätzt, wobei die Plattierung aus Nickel 48 und Gold 50 als Ätzabdeck schicht wirkt, die die Wände der Löcher schützt. Die Oberflä chen des elastischen Polymers 34 werden somit freigelegt. Das abschließende Ergebnis ist eine Silikontafel mit Durchgangslö chern, die mit Kupfer galvanisiert und mit Nickel und Gold überzogen sind und einen Durchmesser von 25,4 bis 50,8 µm (1 bis 2 mil) und einen Abstand von 76,2 bis 101,6 (3 bis 4 mil) aufweisen. Die galvanisierten Kupferzylinder stehen etwas über die Oberflächen der Silikontafel vor.

Das so gebildete Verbindungsglied ist besonders zur Verbindung von IC-Chips vorteilhaft, da es eine lösbare elektrische Ver bindung mit sehr hoher Kontaktdichte liefert. Bei Verwendung wird von einer größeren Platte ein Stück abgeschnitten, das mit den Außenabmessungen der zu verbindenden Matrizen der Kontakt anschlußflächen übereinstimmt. Es wird dann zwischen die Matri zen geklemmt, wobei eine relativ geringe Klemmkraft angewendet wird. Das Abgleichen des Verbindungsgliedes ist aufgrund der möglichen hohen Abstandswerte nicht erforderlich. Es ist klar, daß auch abgleichbare Kontakte unter Anwendung der hier genann ten Verfahren hergestellt werden können.

Veränderungen im oben beschriebenen Verfahren sind ebenfalls möglich. Zum Beispiel können einige der Galvanisierungsverfah ren vor der Entfernung des im Vakuum aufgebrachten Kupfers durchgeführt werden, damit das Kupfer in den Löchern den Schritt der Laserbehandlung oder des Läppens übersteht.

Es können für die Metallschicht neben dem elastischen Polymer substrat zwei verschiedene Metalle verwendet werden, und das Metall kann durch Kathodenzerstäubung auf die Oberfläche der Abdeckschicht aufgebracht werden. Zum Beispiel können das er stere Kupfer und das letztere Aluminium sein. Auf diese Weise können selektive chemische Ätzmittel (z. B. Natriumhydroxid im Falle von Kupfer und Aluminium) verwendet werden, um eine Me tallschicht ohne Einfluß auf die andere zu entfernen. Dieses Verfahren könnte verwendet werden, wenn z. B. kein ätzfestes Me tall (Gold oder Nickel) auf die Kupferplattierung in den Wänden der Löcher aufgebracht wurde.

Während der Laserbohrung kann unter dem Verbundmaterial eine feste Metallplatte angeordnet werden, um das Metall durch Ab schmelzen mit Laser oder durch Verdampfen des Metalls von die ser Platte in den Löchern abzulagern, wodurch die zweite Be dampfung im Vakuum eliminiert wird. Wenn der Öffnungswinkel steigt, muß man in diesem Fall vorsichtig sein, um die Zerstö rung der hinteren Oberfläche des elastischen Polymers durch Re flexion des Laserlichts vom Metall zu vermeiden.

Ein stromloses Plattieren kann verwendet werden, um das Metall auf dem elastischen Polymersubstrat aufzutragen. In diesem Fall müssen die Abdeckschicht und das elastische Polymer den alkali schen Lösungen für das stromlose Plattieren standhalten können.

Anstelle des Läppens des Metalls von der Abdeckschicht vor dem Plattieren kann zwischen der ersten Abdeckschicht und der zwei ten Metallschicht eine zweite Abdeckschicht verwendet werden. In diesem Fall sollten die Abdeckschichten in verschiedenen Lösungsmitteln löslich sein. Die zweite durch Kathodenzerstäu bung aufgebrachte Metallschicht sollte ebenfalls dünn sein, z. B. 10^-5 cm (1000 Angström) oder weniger, damit das Lösungs mittel durch die Abdeckschicht hindurchdringen kann. Bei diesem Verfahren würde die zweite Abdeckschicht aufgelöst, wodurch die zweite durch Kathodenzerstäubung aufgebrachte Metallschicht entfernt wird, jedoch nicht das im Vakuum aufgebrachte Metall in den Löchern für das nachfolgende Galvanisieren.

Nach dem Bohren der Löcher mit Laserstrahl kann das elastische Polymersubstrat gedehnt und für nachfolgende Behandlungs schritte in einem Rahmen gehalten werden. Dies verringert das Seitenverhältnis der Löcher (durch Verringerung der Dicke des elastischen Polymers). Es ist ebenfalls möglich, daß das ela stische Polymer die hohlen galvanisierten Metallzylinder fest in ihrer Position hält, wenn der Tafel die Spannung entzogen wird.

Es können auch die Durchgangslöcher galvanisiert werden, um diese Durchgangslöcher vollständig zu füllen, wodurch das Ver bindungsglied des in Fig. 3 beschriebenen Typs entsteht.

Beispiel 2

In den Fig. 5-5e ist ein Verfahren zur Herstellung des Ver bindungsglieds gezeigt, das für den in Fig. 3 gezeigten Typ be vorzugt ist. Wie es in dieser Fig. 5 gezeigt ist, wird eine leitende Metallfolie 54, z. B. Kupfer, auf die Unterseite einer vorgeformten Platte 56 aus Silikon-Elastomer laminiert, um das Verbundmaterial zu bilden. Blinddurchgänge 58 (Durchmesser 25,4 bis 50,8 µm (1-2 mil), ein Durchgang ist gezeigt) werden an schließend gebildet, indem mit einem Laser durch die Oberseite der elastischen Polymerplatte gebohrt wird, bis die Kupfer schicht 54 erreicht ist, wie es in Fig. 5a gezeigt ist. Wie in Fig. 5b gezeigt wird anschließend in den Durchgängen 58 Kupfer galvanisiert, um feste Kupfersegmente 60 zu bilden, die die ge bohrten Löcher vollständig füllen und von der oberen Oberfläche des elastischen Polymers 56 nach außen vorstehen, um eine cham pignonförmige Kuppel 62 zu bilden. Auf diese Kuppel werden dann nacheinander Schichten aus Nickel 64 und Gold 66 galvanisiert.

Wie es in Fig. 5c gezeigt ist, wird nach dem Galvanisierungs verfahren die leitende Kupferfolie 54 von der Unterseite des elastischen Polymers durch chemisches Ätzen entfernt. Dieser Schritt legt die Unterseite 68 des Kupfersegments 60 frei, das das Durchgangsloch füllt. Wie es in Fig. 5d gezeigt ist, wird auf die obere Oberfläche des elastischen Polymers, z. B. durch Auftragen im Vakuum gefolgt vom Galvanisieren oder durch Ver wendung eines leitenden Klebematerials oder einer leitenden Farbe (z. B. Silberpartikel in einem Polymerbindemittel wie Saran® und einem Lösungsmittel) eine leitende Schicht 70 aufge bracht, um eine ausreichende elektrische Leitfähigkeit zu den festen Kupfersegmenten zu sichern, damit die Unterseite 68 des Segments 60 galvanisiert werden kann. Danach wird auf diese eine Kupferschicht 72, gefolgt von Nickel 74 und Gold 76 galva nisiert, um auf dieser Seite ebenfalls champignonförmige Kup peln zu bilden. Diese leitende Schicht 70 wird, wie es in Fig. 5e gezeigt ist, entfernt, wenn das Galvanisieren der Schichten 72, 74, 76 durchgeführt wurde.

Veränderungen des oben beschriebenen Verfahrens sind ebenfalls möglich. Zum Beispiel können das elastische Polymer und die leitende Metallfolie gebildet werden, indem eine halbflüssige Form des elastischen Polymers auf der leitenden Folie gehärtet wird. Das Verfahren kann auch durchgeführt werden, indem die leitende Schicht im Vakuum auf das Elastomer aufgebracht wird und danach auf die Oberseite des Metalls bis zur gewünschten Dicke galvanisiert wird.

Das Metall für die leitende Folie kann von dem für die Füllung der Durchgangslöcher verwendeten Metall verschieden sein. Zum Beispiel kann die leitende Folie Aluminium und das in die Durchgangslöcher galvanisierte Metall Kupfer sein. Auf diese Weise kann das Aluminium leicht entfernt werden, ohne die gal vanisierten Kupfersegmente zu beschädigen.

Beispiel 3

In den Fig. 6-6c ist ein Verfahren beschrieben, das für die Herstellung eines Verbindungsglieds des in Fig. 3 gezeigten Typs vorteilhaft ist. Wie es in Fig. 6 gezeigt ist, wird das Substratmaterial 78 aus dem elastischen Polymer z. B. durch Auf tragen in Vakuum mit einer metallischen (vorzugsweise Kupfer-) Folienschicht 80 versehen, um das Verbundmaterial zu bilden. Ein Blinddurchgang 82 wird durch Laserbestrahlung gebildet, wie es in Fig. 6a gezeigt ist. Beim Laserbohren kann die leitende Folie mehr oder weniger abgeschmolzen werden, um für das nach folgende Galvanisieren eine reine Oberfläche zu schaffen und eine Bohrung für das Galvanisieren zu bilden. Das heißt, der Laser bohrt teilweise in die Kupferschicht 80. Wie es in Fig. 6b gezeigt ist, werden danach in diese Bohrung eine Goldschicht 82 und eine Nickelschicht 84 galvanisiert. Auf diese Nickel schicht 84 wird in diesen Durchgang Kupfer 86 galvanisiert, bis eine champignonförmige Kuppel 92 an der oberen Oberfläche des Substrats über die Öffnung vorsteht. Danach werden auf diesen Vorsprung eine Schicht aus Nickel 88 und Gold 90 aufgebracht. Schließlich wird, wie es in Fig. 6c gezeigt ist, das Kupfer 80 entfernt, wobei das galvanisierte Gold 82 als Abdeckschicht verwendet wird. Somit schützt die Bohrung, die mit einem von Kupfer verschiedenen Metall überzogen ist, das Kupfer 86 wäh rend des Ätzens der Metallfolie 80 (und zwar Kupfer), wobei ein Vorsprung zurückbleibt, der sich von der Oberfläche des elasti schen Polymers nach außen erstreckt.

Veränderungen des oben beschriebenen Verfahrens umfassen die Verwendungsmöglichkeit anderer Plattierungen, z. B. wäre Lötzinn eine sehr kostengünstige Alternative zu den vorher beschriebe nen Galvanisierungen mit Nickel und Gold. Lötzinn wirkt auch gut, wenn die Pfeiler während des Ätzens der Kupferschicht ge schützt werden.

Andere Ausführungsformen sind möglich. Zum Beispiel können ge mäß dieser Erfindung Verbindungsglieder geschaffen werden, die Kontakte aufweisen, die von nur einer Seite des elastischen Po lymersubstrats vorstehen.

Für andere Anwendungszwecke kann das tafelförmige Teil aus an deren Polymeren bestehen. Bei Hochtemperaturanwendungen, wie das Einbrennen von Buchsen bei IC-Chips kann z. B. ein Fluorpo lymer oder Polyamid angewendet werden und der Schmelzpunkt ein gestellt werden, indem die geeignete Mischung von Harzen mit unterschiedlichen Schmelzpunkten vorgenommen wird, so daß das Substrat ausreichend weich wird, um die nötige Compliance zu erhalten, jedoch eine ausreichende Fließfestigkeit beibehält, um diesen guten elektrischen Kontakt aufrechtzuerhalten. Dieses Verbindungsglied ist für diese Einbrennzwecke besonders vor teilhaft, da es eine Eignung für Temperaturen erreicht, die sonst bei Polymersystemen nicht erhältlich sind.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung eines lösbaren elektrischen Ver bindungsgliedes, das zwischen Kontaktmatrizen entgegenge setzter Teile eingesetzt werden kann, um eine elektrische Verbindung zwischen diesen Teilen vorzunehmen, wobei das Verbindungsglied ein tafelförmiges Polymerteil mit einer Vielzahl von Öffnungen ist, durch die sich Leiter aus gal vanisierten Metallauflagen erstrecken, gekennzeich net durch:
Schaffung eines vorgeformten tafelförmigen Polymerteils mit einer ersten und einer zweiten Seite, die entgegenge setzt zueinander gerichtet sind;
Schaffung einer Metallschicht auf der Oberfläche der er sten Seite des tafelförmigen Teils;
Ausbildung von Öffnungen durch das tafelförmige Teil von der zweiten Seite des tafelförmigen Teils, wobei sich die Öffnungen durch das Polymerteil zur Metallschicht er strecken, so daß die Metallschicht zur Innenseite der Öff nung hin freigelegt wird;
Verbindung der Metallschicht mit einer geeigneten Span nungsquelle;
Auftragen von Metall in den Öffnungen durch Galvanisierung auf den freigelegten Abschnitt der Metallschicht innerhalb der Öffnung; und
ausreichende Entfernung der Metallschicht, um die erste Seite des tafelförmigen Teils freizulegen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Auftragens eine Auflage bildet, die nach außen über die zweite Seite des tafelförmigen Teils vorsteht, so daß auf der zweiten Seite ein erhöhter elek trischer Kontakt gebildet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:
zeitweilige elektrische Verbindung der galvanisierten Me tallkontakte an der zweiten Seite mit einer geeigneten Spannungsquelle;
Auftragen von Metall durch Galvanisierung, so daß das gal vanisierte Metall nach außen über die erste Seite vor steht, um auf der ersten Seite des tafelförmigen Teils einen erhöhten elektrischen Kontakt zu bilden, und
Entfernung der zeitweiligen elektrischen Verbindung.

4. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch:
Bildung der Öffnungen, so daß sie sich teilweise in die Metallschicht erstrecken und eine Bohrung bilden;
Auftragen von einem oder mehreren ätzfesten Metallen und einem Metall in dieser Reihenfolge, die so aufgetragen werden, daß sie sich durch die Öffnung über die zweite Seite des tafelförmigen Teils erstrecken, und
Entfernung der Metallschicht, um das erste ätzfeste Metall freizulegen, so daß auf der ersten Seite ein erhöhter Kon taktbereich gebildet wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das ätzfeste Metall Lötzinn ist.

6 . Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Schritt des Auftragens die Öffnungen mit dem aufgetragenen Metall füllt.

7. Verfahren zur Herstellung eines lösbaren elektrischen Ver bindungsgliedes, das zwischen Kontaktmatrizen entgegenge setzter Teile eingesetzt werden kann, um die elektrische Verbindung zwischen diesen Teilen vorzunehmen, wobei die ses Verbindungsglied ein tafelförmiges Polymerteil mit einer Vielzahl von Öffnungen umfaßt, durch die sich Leiter einer galvanisierten Metallauflage erstrecken, gekenn zeichnet durch die Schritte:
Schaffung des vorgeformten tafelförmigen Polymerteils mit einer ersten und einer zweiten Seite, die entgegengesetzt zueinander gerichtet sind;
Schaffung einer Metallschicht auf jeder entgegengesetzten ersten und zweiten Seite des tafelförmigen elastischen Po lymerteils, um ein Verbundmaterial zu bilden;
Bildung von Öffnungen durch die Dicke des Verbundmateri als;
Auftragen von Metall auf den Wänden der Öffnungen und in einem elektrischen Kontakt mit einer der Metallschichten;
Verbindung der Metallschicht mit einer geeigneten Span nungsquelle;
Galvanisieren von Metall auf die mit Metall überzogenen Wände; und Entfernung der Metallschichten von den entgegengesetzten Seiten des tafelförmigen Teils.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß es eine Galvanisierung umfaßt, die um die Enden jeder Öffnung einen Rand bildet, der nach außen über die entge gengesetzten Seiten des Verbundmaterials vorsteht.

9. Verfahren nach Anspruch 7 oder 8, gekennzeichnet durch:
Auftragen einer Ätzabdeckschicht auf die Metallschichten vor der Bildung der Öffnungen und
Entfernung der gesamten Metallschichten und der Abdeck schichten von den entgegengesetzten Seiten.

10. Verfahren nach einem der Ansprüche 7 bis 9 dadurch ge kennzeichnet, daß beim Auftragungsschritt Metall auf die Wände der Öffnungen aufgebracht wird, ohne die Öffnun gen zu füllen.

11. Verfahren nach Anspruch 10 dadurch gekennzeichnet, daß der Auftragungsschritt ringförmige elektrische Kon taktbereiche bildet, die sich von der Seite des tafelför migen Teils nach außen erstrecken.

12. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Auftragungsschritt eine Auf lage bildet, die auf dem Rand des tafelförmigen Teils, der die Öffnung umgibt, aufliegt.

13. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen durch Laserbohren gebildet werden.

14. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Bereich des tafelför migen Teils feine in engem Abstand angeordnete Öffnungen gebildet werden, die sich in der X- und Y-Richtung er strecken.

15. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser der Öffnungen 152,4 µm (6 mil) oder weniger beträgt.

16. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen in einem Abstand von etwa 304,8 µm (12 mil) oder weniger ausgebildet wer den.

17. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Dicke des tafelförmigen Teils 508 µm (20 mil) oder weniger beträgt.

18. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen einen spitzen Win kel zur Richtung der Dicke des tafelförmigen Teils aufwei sen.

19. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Winkel weniger als 15° be trägt.

20. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Verhältnis des Abstands zur Polymerdicke im Bereich von etwa 0,38 bis etwa 1,7 liegt.

21. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das tafelförmige Teil ein ela stisches Polymerteil ist.

22. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das tafelförmige Teil aus Sili kon, Fluorpolymer und Polyamid ausgewählt ist.

23. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das tafelförmige Teil einen Du rometer-Wert von etwa 30 bis etwa 60 aufweist.

24. Verbindungsglied, dadurch gekennzeichnet, daß es nach dem Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche herge stellt wurde.

25. Einzelnes tafelförmiges elektrisches Verbindungsglied zum lösbaren Einsetzen zwischen Matrizen von Kontaktanschluß flächen auf Seiten entgegengesetzter Teile, um zwischen den entsprechenden Kontaktanschlußflächen auf den entge gengesetzten Teilen eine elektrische Verbindung zu bilden, wobei das Verbindungsglied ein vorgeformtes tafelförmiges Teil umfaßt, das entgegengesetzt gerichtete freigelegte Seiten und eine Reihe von im wesentlichen geraden vorge formten Öffnungen aufweist, die sich durch die Dicke des tafelförmigen Teils erstrecken, durch die sich Leiter einer galvanisierten Metallauflage erstrecken, um elek trisch leitende Bahnen zu bilden, dadurch gekennzeichnet, daß:
das tafelförmige Teil ein elastisches tafelförmiges Poly merteil ist, das sich bei Kompression örtlich deformieren und bei Wegfall der Kompression zurückformen kann;
die elektrisch leitenden Bahnen auf zumindest einer Seite des tafelförmigen Teils als Schleifkontakte aufgebaut sind, wobei diese Kontakte durch kontinuierliche, in situ galvanisierte elektrisch leitende durchgehende Metallauf lagen in den Öffnungen gebildet werden, wobei sich diese Auflagen von einer Seite des vorgeformten elastischen Po lymerteils zu dessen anderer Seite erstrecken;
die durchgehenden Auflagen einstückige Enden aufweisen, die axial über die entsprechende Seite des elastischen ta felförmigen Teils nach außen vorstehen,
die einstückig galvanisierten vorstehenden Enden geformt und freigelegt sind, um eine lösbare elektrische Schleif verbindung mit den entsprechenden Kontaktanschlußflächen zu ermöglichen, wenn das elastische tafelförmige Teil beim Zusammenbau zusammengedrückt wird.

26. Verbindungsglied nach Anspruch 25, dadurch gekenn zeichnet, daß die vorstehenden Enden der Metallaufla gen im Verhältnis zu den durchgehenden Abschnitten der Auflagen vergrößert sind, wobei sie um die Öffnungen auf der Seite des tafelförmigen elastischen Polymerteils auf liegen.

27. Verbindungsglied nach Anspruch 26, dadurch gekenn zeichnet, daß
die vergrößerten vorstehenden Enden der Metallauflagen kuppelförmig sind,
das elastische tafelförmige Teil einen Durometer-Wert im Bereich von etwa 30 bis 60 aufweist,
die Öffnungen feine in engem Abstand angeordnete Öffnungen sind, die sich über einen Bereich des tafelförmigen Teils in der X- und Y-Richtung erstrecken,
der Durchmesser der Öffnungen 152,4 µm (6 mil) oder weni ger beträgt,
der Abstand der Öffnungen 304,8 µm (12 mil) oder weniger beträgt, und
die Öffnungen einen Winkel von weniger als etwa 15° zur Richtung der Dicke des elastischen tafelförmigen Teils aufweisen.