DE69701392T2

DE69701392T2 - Elektrische und thermische anisotrop leitende struktur

Info

Publication number: DE69701392T2
Application number: DE69701392T
Authority: DE
Inventors: S. Reylek
Original assignee: Minnesota Mining and Manufacturing Co
Current assignee: 3M Co
Priority date: 1996-05-17
Filing date: 1997-04-04
Publication date: 2000-10-12
Anticipated expiration: 2017-04-05
Also published as: MY117494A; WO1997044861A1; US5890915A; EP0898794A1; EP0898794B1; DE69701392D1; JP2000511339A; TW416132B; CN1219292A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG

Gebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft prinzipiell eine elektrische und/oder thermische gegenseitige Verbindung elektrischer Komponenten, wie z. B. von IC-Schaltungseinrichtungen, die ein großes Array eng beabstandeter leitender Kontaktstellen aufweisen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine anisotropisch leitende Matrix aus dielektrischem Material mit mindestens einem sich durch diese erstreckenden elektrisch und/oder thermisch leitendem Element zur Schaffung elektrischer und/oder thermischer Leitfähigkeit in mindestens einer Richtung durch die Matrix hindurch. Noch spezieller ausgedrückt, betrifft die vorliegende Erfindung eine elastomere Matrix mit mindestens einem Durchgangsloch, das ein leitendes Teil enthält, welches elektrisch und/oder thermisch leitende Elemente aufweist, vorzugsweise in einem polymeren Binder. Die leitenden Elemente haben eine maximale Bemessung von: (i) ungefähr 5% bis ungefähr 120% der Länge der Durchgangslöcher durch die Matrix, und (ii) ungefähr 10% bis ungefähr 100% der Breite des Durchgangslochs. Die Größe und Form der leitenden Elemente sowie die Eigenschaften des Binders und des Matrix- Materials können derart gewählt werden, dass in jedem Durchgangsloch ein leitendes Teil geschaffen wird, das bestimmte elektrische und/oder thermische Eigenschaften und eine Steifigkeit dahingehend hat, dass eine zuverlässige gegenseitige Verbindung zwischen den Kontaktstellen der elektronischen Einrichtungen geschaffen wird.

Beschreibung des technischen Zusammenhangs

Zur Beseitigung zahlreicher der Probleme, die bei C-4- oder Lötkugel- Verbindungssystemen auftreten, und um dennoch eine hohe Dichte der elektrischen Verbindungen zu erzielen, ist es wünschenswert, eine flexible Verbindung zwischen einer elektronischen Einrichtung und dem Paket zur Verfügung zu haben, mit der die Einrichtung elektrisch verbunden und mechanisch befestigt ist. Auf dem Gebiet sind zahlreiche Beispiele für anisotrop leitende Zwischenteile zur elektrischen Verbindung bekannt, die ein elastisches dielektrisches Matrix-Material mit einer diskreten Konfiguration leitender Elemente aufweisen, die sich quer durch dieses erstrecken. Obwohl die Eigenschaften des dielektrischen Matrix-Materials eine signifikante Rolle bei der elektrischen Verbindung spielen, ist ebenfalls bekannt, dass auch die Eigenschaften der leitenden Elemente eine signifikante Auswirkung auf die Qualität der Verbindung haben, welche durch das elastische Zwischenteil erzeugt wird.
Beispielsweise müssen die leitenden Teile in dem Konnektor hinreichend elastisch sein, um Unterschiede in der Höhe aufzunehmen, die unter den Kontakten der miteinander zu verbindenen elektronischen Einrichtungen bestehen, so dass eine unnötige Belastung der empfindlichen Kontakte vermieden wird, und um eine wiederverwendbare Struktur für Test- und Einbrenn-Anwendungsfälle zu schaffen. Die leitenden Teile in dem elastischen Verbindungssystem müssen jedoch hinreichend steif sein, um einen Kontakt-Schleifeffekt zu erzeugen, damit Flächen-Filme, Verunreinigungen und Oxid-Schichten auf den einander zugeordneten Kontakten der Einrichtungen durchdrungen werden können und somit ein Kontakt- Widerstand minimiert wird.
Beispielsweise beschreibt U.S.-Patent Nr. 5,049,085 von Reylek eine anisotropisch leitende Polymer-Matrix, mit einer Polymer-Schicht oder einem Polymer-Film, vorzugsweise adhäsiver Beschaffenheit, durch die sich mehrere leitende Teile erstrecken. Die leitenden Teile, die vorzugsweise röhrenförmig ausgebildet sind, bestehen vorzugsweise aus Metallen, das auf die Wände der Öffnungen in der Polymer-Schicht mit einer Dicke von ungefähr 100 A bis ungefähr 0,005 Inch (0,013 cm) aufgetragen ist. Tn dem Patent '085 wird erwähnt, dass, wenn die Dicke der leitenden Teile zunimmt, die Leiter-Wand steifer und weniger verformbar wird, wodurch die Kontakt-Effizienz verschlechtert wird, da es nicht möglich ist, Abweichungen der Höhe und Form der einander zugeordneten elektrischen Kontakte der miteinander zu verbindenden elektronischen Einrichtungen aufzunehmen.
Um derartige Höhen-/Form-Abweichungen der einander zugeordneten Kontakte aufzunehmen, können, wie auf dem Gebiet weithin bekannt ist, die leitenden Teile in der elastischen Matrix ein leitendes Pulver in einem elastischen Binder aufweisen. Beispielsweise beschriebt das U.S.-Patent Nr. 4,008,300 von Penn ein Mehr-Leiter-Element zur gegenseitigen Verbindung von Schaltplatinen und dgl. Leitendes Material, das aus einer Schlempe eines leitenden Pulver in einem Träger aus elastischer Flüssigkeit besteht, wird in die Spalten eingeführt, die in einer elastomeren Matrix erzeugt werden, wobei das leitende Material über die Oberfläche der elastomeren Matrix vorsteht. Die durch Druck in Zusammengriff gebrachten Verbindungen, die durch die elastischen Kontakte in dem Leiter gemäß dem Patent '300 gebildet werden, schützen empfindliche elektronische Einrichtungen vor Beschädigung während der Verbindungsvorgänge und nehmen Abweichungen der Form und Struktur einander zugeordneter Kontakte auf, jedoch schafft die Kombination eines leitenden Pulvers in einem elastomeren Träger kein leitendes Teil mit hinreichender Steifigkeit, um die erforderliche Schleifaktion an den Oberflächen der einander zugeordneten Kontakte zu erzeugen. Ein ähnlicher Mangel an Schleifaktion ist von dem Konnektor gemäß dem U.S.-Patent Nr. 5,037,312 von Casciotti et al. zu erwarten, bei dem die leitenden Teile in der elastomeren Matrix aus einem elastischen Gel bestehen, das mit leitenden Partikeln geladen ist.
Das U.S.-Patent Nr. 5,275,856 von Calhoun beschreibt ein elektrisch leitendes Klebeband mit einer Fläche geringer Anhaftung, die an einer Klebschicht anliegt. Das Band ist mit mehreren Perforationen versehen, von denen jede mit elektrisch leitenden Partikeln gefüllt ist. Die leitenden Partikeln können Metalle, metallbeschichtete Polymer-Partikeln und Graphit enthalten. Die bei dem Beispiel des Patents '856 verwendeten Partikeln hatten eine Fisher-Sub-Sieb-Größe von ungefähr 2, 2 bis ungefähr 7 um, und die Partikeln wurden in Durchgangslöcher in der adhäsiven Martrix platziert, die eine maximale Breite von ungefähr 0,1 mm und eine Tiefe von mindestens 0,5 mm hatten. Das leitende adhäsive Band war imstande, über seine Dicke hinweg ungefähr 10 amp/cm² zu leiten.
Bei bevorzugten Anwendungsfällen enthalten die Perforationen in dem Patent '856 von Calhoun ferner nicht nur die leitenden Partikeln, sondern auch einen organischen Binder, der die Partikeln in jeder Perforation zu dauerhaften, säulenartigen leitenden Teilen binden kann. Der Binder kann derart gewählt werden, dass er die Eigenschaften des leitenden Teils beeinflusst, z. B. ein Kollabieren der Spalten ermöglicht, wenn eine Verbindung hergestellt wird, Elastizität zu erzeugen oder die von der adhäsiven Schicht erzeugte adhäsive Verbindung zu verstärken. Bei der Verwendung trägt der Binder typischerweise von ungefähr 1 bis ungefähr 50% zu dem Volumen des leitenden Teils bei, obwohl die Volumen-Anteile des leitenden Partikulats eingestellt werden können, um die elektrische Leitfähigkeit zu steuern.
In dem Patent '856 wird festgestellt, dass, wenn die leitenden Partikeln in den Durchgangslöchern weich sind, ein moderater, von Hand aufgebrachter Druck auf die einander zugeordneten Kontakte der miteinander zu verbindenden elektronischen Einrichtungen die Partikeln flachmachen kann, um einen kleinen, flachen leitenden Bereich zu bilden, in dem jeder Partikel einen anderen Partikel oder eine Elektrode kontaktiert. Somit schützen wie bei den oben erläuterten anderen herkömmlichen Konnektor-Systemen mit leitenden Partikeln die leitenden Teile gemäß dem Patent '856 empfindliche elektronische Einrichtungen vor Beschädigung während der Verbindungs-Vorgänge und nehmen Abweichungen in Form und Struktur einander zugeordneter Kontakte auf. Die Kombination eines leitenden Pulvers in einer elastomeren Einrichtung verteilt jedoch den Kontakt-Druck gleichförmig und ist nicht hinreichend starr, um an den Kontaktflächen hohe lokale Drücke zu erzeugen, aufgrund derer eine Schleifaktion an den Flächen erzielt würde. Ferner wäre von den zahlreichen Kontaktpunkten unter den kleinen Partikeln in den Durchgangslöchern zu erwarten, dass sie einen übermäßig hohen Widerstand gegenüber einem Stromfluss verursachen.
Somit besteht auf dem Gebiet ein Bedarf an einem leitenden Teil, das die Elastizität aufweist, um eine Wiederverwendbarkeit zu ermöglichen und Abweichungen in der Form und Struktur der einander zugeordneten Kontakte an elektronischen Einrichtungen aufzunehmen, anderseits jedoch ein Maß an Steifigkeit beizubehalten, um einen hohen lokalen Druck und eine Schleifaktion an der Oberfläche der einander zugeordneten Kontakte zu ermöglichen. Das leitende Teil muss ferner beträchtliche Ausmaße elektrischen Stroms und/oder thermischer Energie zwischen einander zugeordneten elektrischen Kontakten leiten, und es muss einen hohen Widerstand gegenüber elektrischem und/oder thermischen Energiefluß haben.

ÜBERBLICK ÜBER DIE ERFINDUNG

Bei der vorliegenden Erfindung handelt es sich um eine leitende Struktur, die eine dielektrische Matrix mit einer ersten und einer zweiten Fläche und mindestens einen Durchlass oder ein Durchgangsloch aufweist, der bzw. das die erste Fläche mit der zweiten Fläche verbindet. Das Durchgangsloch enthält ein leitendes Teil, das elektrisch und/oder thermisch leitende Elemente aufweist, vorzugsweise in einem Binder. Die leitenden Elemente haben eine maximale Bemessung von: (i) mindestens ungefähr 5%, vorzugsweise ungefähr 5% bis ungefähr 120% der Länge der Durchgangslöcher durch die Matrix, und (ii) mindestens ungefähr 10%, vorzugsweise ungefähr 10% bis ungefähr 100% der Breite des Durchgangslochs. Die Elemente können vollständig in dem Durchgangsloch enthalten sein, oder sie können sich aus dem Durchgangsloch heraus und über die Oberfläche der Matrix heraus erstrecken. Die Bemessungen der Elemente und die Eigenschaften des Binders werden derart gewählt, dass ein leitendes Teil mit einem Modul von ungefähr 1 MPA bis ungefähr 200 MPa, vorzugsweise ungefähr 2 MPa bis ungefähr 50 MPa geschaffen wird. Der Konnektor gemäß der Erfindung kann verwendet werden, um eine erste leitende Fläche an einer ersten elektrischen oder elektronischen Einrichtung, die generell an der ersten Fläche der Matrix angeordnet ist, mit einer zweiten leitenden Fläche an einer zweiten elektrischer oder elektroni schen Einrichtung, die generell an der zweiten Fläche der Matrix angeordnet ist, zu verbinden.
Mit der vorliegenden Erfindung wird ferner ein Verfahren zum Ausbilden der leitenden Struktur angegeben, das folgendes umfassen kann: Ausbilden eines Matrix-Materials mit mindestens einem Durchgangsloch, Aufschichten einer Schlempe elektrisch und/oder thermisch leitender Elemente, vorzugsweise in einem Binder, auf eine Oberfläche der Matrix derart, dass die Elemente und/oder die Elemente und der Binder in das Durchgangsloch in dem Matrix-Material eintreten, und Entfernen der überschüssigen Schlempe von der Oberfläche des Matrix-Material derart, dass die Elemente und/oder die Elemente und der Binder in dem Durchgangsloch verbleiben. Der Binder, falls vorhanden, kann dann durch ein beliebiges geeignetes Verfahren gehärtet werden, und zwar unter Wärme, bei Raumtemperatur, mittels aktinischer Strahlung und dgl. Die Durchgangslöcher können durch ein beliebiges bekanntes Verfahren in dem Matrix-Material ausgebildet werden, darunter z. B. mechanisches Stanzen oder Laserbohren, oder Gießen des Matrix-Materials in eine Form mit einer Anordnung diskreter Vorsprünge.
Die leitenden Elemente in den im Matrix-Material ausgebildeten Teilen sind signifikant größer als die Partikeln, die bei herkömmlichen leitenden Teilen verwendet werden. Die erhöhte Element-Größe bedeutet, dass sich im Durchschnitt verglichen mit herkömmlichen Systemen eine relativ kleine Anzahl leitender Elemente in jedem der Durchgangslöcher befindet. Nimmt man einen gegebenen Typ eines leitenden Elements und eines Binders an, bildet die zwischen den Partikeln bestehende Reibung und die Interferenz zwischen den größeren Elementen ein leitendes Teil, das, obwohl es mehr Flexibilität beibehält als ein flexibles Teil, steifer ist, d. h. einen größeren Modul hat, als die Teile bei herkömmlichen Konnektoren, die eine große Anzahl extrem feiner Partikeln aufweisen.
Die elastischen Eigenschaften der leitenden Elemente machen die leitende Struktur gemäß der Erfindung wiederverwendbar, und jedes Element in der Matrix kann Abweichungen der Form und Struktur der einander zugeordneten Kontakte an elektronischen Einrichtungen aufnehmen. Die großen Elemente und die gehärtete Binder-/Elemente-Kombination haben jedoch in dem Durchgangsloch eine beschränkte laterale Freiheit und widerstehen einer Bewegung aneinander vorbei, und sie bilden eine säulenartige starre Struktur, um die Schleifaktion an den Oberflächen der einander zugeordneten Kontakte zu verbessern. Die reduzierte Anzahl großer leitender Elemente in jedem Durchgangsloch führt dazu, dass weniger Punkte eines Element-zu-Element-Kontaktes bestehen, wodurch der Reihen-Widerstand reduziert wird, der Kontakt-Druck zwischen den einzelnen Elementen und den Kontaktstellen erhöht wird, und im Vergleich mit herkömmlichen leitenden Teilen, die große Anzahlen kleiner Elemente aufweisen, die Stromleitfähigkeit erhöht wird. Da der Inter-Flächen- Widerstand von der aufgebrachten Kraft abhängt, reduzieren die großen Partikeln auch den Druck, der zum Herstellen eines Kontakts mit niedrigem Widerstand erforderlich ist.

KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN

Fig. 1 zeigt eine schematische Ansicht elektronischer Einrichtungen, die mittels der leitenden Struktur gemäß der Erfindung miteinander verbunden werden können;
Fig. 2 zeigt eine Querschnittsansicht des Konnektors gemäß der Erfindung bei der Verwendung zur gegenseitigen Verbindung einer ersten elektronischen Einrichtung und einer zweiten elektronischen Einrichtung;
Fig. 2A zeigt eine perspektivische Draufsicht einer leitenden Struktur gemäß der Erfindung mit Durchgangslöchern, die im wesentlichen quadratischen Querschnitt haben;
Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der leitenden Struktur gemäß der Erfindung bei der Verwendung zur gegenseitigen Verbindung einer ersten elektronischen Einrichtung und einer zweiten elektronischen Einrichtung;
Fig. 4 zeigt eine perspektivische Ansicht der leitenden Struktur gemäß der Erfindung mit großen leitenden Mulden;
Fig. 4A zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform einer elektronischen Anordnung gemäß der Erfindung;
Fig. 5A zeigt eine Ausgestaltung eines diamanten-maschinierten und elektroformierten Metall-Werkzeugs, das zum Formen einer elastomeren Matrix für die leitende Struktur gemäß Beispiel 1 verwendet wurde;
Fig. 5B zeigt ein Profil der Vorsprünge des Werkzeugs gemäß Fig. 5A;
Fig. 6 zeigt eine schematische Querschnittsansicht eines leitenden Teils gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 7A zeigt ein Diagramm des Kontakt-Widerstandes gegenüber dem aufgebrachten Druck bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konnektors nach der Beschreibung von Beispiel 1;
Fig. 7B zeigt ein Diagramm des Kontakt-Widerstandes bei einem aufgebrachten Druck von 100 psi (0,69 MPa) bei einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Konnektors nach der Beschreibung von Beispiel 1;
Fig. 8 zeigt eine schematische Querschnittsansicht des leitenden Teils gemäß der vorliegenden Erfindung;
Fig. 9 zeigt ein Diagramm des Kontakt-Widerstandes gegenüber dem durchschnittlichen Partikel-Durchmesser bei einer leitenden Struktur gemäß der Erfindung; und
Fig. 10 zeigt ein Diagramm des Kontakt-Widerstandes gegenüber dem durchschnittlichen Partikel-Durchmesser bei einer leitenden Struktur gemäß der Erfindung.

DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN

Die leitende Struktur gemäß der Erfindung wird typischerweise zwischen einer ersten elektronischen Einrichtung mit einem ersten Set elektronischer Kontakte und einer zweiten elektronischen Einrichtung mit einem zweiten Set elektronischer Kontakt platziert, und es wird Druck aufgebracht, um eine elektrische und/oder thermische gegenseitige Verbindung zu erzeugen. Als Beispiel zeigt Fig. 1 eine erste elektronische Schaltungsplatine 10 mit einem Array metallischer Schaltungs-Leiterbahnen 12 auf einer Oberfläche der Platine, wobei die Platine mit einem ersten Set von Kontakten 14 versehen ist. Eine zweite elektronische Schaltungsplatine 20 weist ein Set metallischer Leiterbahnen 22 auf einer Oberfläche der Platine auf und ist mit einem zweiten Set elektronischer Kontakte 24 versehen. Gemäß Fig. 2-3 kann der Konnektor 30 gemäß der Erfindung zur elektrischen und/oder thermischen Verbindung des ersten Sets von Kontakten 14 auf der ersten Schaltungsplatine 10 mit dem zweiten Set von Kontakten auf der zweiten Schaltungsplatine 20 verwendet werden. Der elektrische Konnektor 30 gemäß der Erfindung kann eine Matrix 32 mit einer ersten Fläche 34 und einer zweiten Fläche 36 aufweisen. Bei dieser Ausführungsform enthält die Matrix 32 mindestens ein und vorzugsweise mehrere Durchgangslöcher 40, die sich von der ersten Fläche 34 der Matrix 32 zu der zweiten Fläche 36 der Matrix erstrecken. Die Durchgangslöcher 40 enthalten leitende Elemente 42 und wahlweise einen (nicht gezeigten) Binder. Wenn eine Verbindungskraft F aufgebracht wird, um die erste Schaltungsplatine 10 gegen die zweite Schaltungsplatine 20 zu drücken, wirken die zwischenliegenden leitenden Elemente 42 miteinander, mit dem die Matrix bildenden Material und mit den wahlweise vorhandenen Bindern derart zusammen, dass eine säulenartige Struktur gebildet wird, die in dem Konnektor 30 als leitendes Teil 45 wirkt. Die leitenden Teile bilden dann eine elektrische und/oder thermische gegenseitige Verbindung zwischen den Kontakten 14 und den Kontakten 24 an den elektronischen Einrichtungen. Die Kontakte an den miteinander zu verbindenden elektronischen Einrichtungen können eine große Vielfalt an Formen haben. Jede Einrichtung, die einen Kontakt mit einer Form oder Struktur aufweist, welche mit den leitenden Teilen zusammenwirkt, kann als Verbindungspunkt verwendet werden. Zum Beispiel können Metallstreifen, Lötkugeln und Kombinationen aus beiden in die leitenden Teile hineinragen oder an diesen befestigt sein, um eine gegenseitige Verbindung zu schaffen. Wie im folgenden noch detaillierter erläutert wird, können die Steifigkeits- sowie die elektrischen und/oder thermischen Eigenschaften der leitenden Teile 45 auf bestimmte Kontakt-Formen und Verbindungs- Anwendungsfälle hin feinabgestimmt werden. Beispielsweise können, wie in dem U.S.-Patent Nr. 5,049,085 von Reylek angemerkt, die Wände der Durchgangslöcher mit einer Beschichtung aus Metall versehen sein, um die Leitfähigkeit zu erhöhen.
Die Durchgangslöcher 40 bilden typischerweise ein Array oder ein repetierendes Muster in dem Matrixteil 32, obwohl dieses nicht notwendigerweise durchgehend gleiche Abstände aufweisen muss. Der Abstand der Durchgangslöcher 40 in dem Array kann ferner je nach dem beabsichtigten Anwendungsfall weit variieren, obwohl die Durchgangslöcher 40 nicht um weniger als einen Minimal-Abstand zueinander angeordnet sein sollten, um Kurzschlüsse unter den leitenden Teilen in unterschiedlichen Durchgangslöchern 40 zu vermeiden, wenn diese bei der Verwendung zusammengedrückt werden. Es ist möglich, die Durchgangslöcher 40 in der Matrix 32 nur in Bereichen auszubilden, die den miteinander zu verbindenden Kontakten 14,24 entsprechen. Jedoch sind die leitenden Teile in den Durchgangslöchern 40 typischerweise in einem regelmäßigen Array mit einem feineren Abstand angeordnet als die einander zugeordneten Kontakte 14,24 über die gesamte Matrix 32 hinweg, wodurch die Notwendigkeit entfällt, das konduktive Array speziell auf die Kontakte an den miteinander zu verbindenden elektronischen Schaltungsplatinen oder Einrichtungen auszurichten.
Die Durchgangslöcher 40 in der Matrix 32 können je nach dem beabsichtigten Anwendungsfall eine Vielfalt von Geometrien aufweisen. Zusätzlich zu den im wesentlichen zylindrischen Formen, die in Fig. 2 im Querschnitt gezeigt sind, können die Durchgangslöcher 40 regelmäßige oder unregelmäßige Formen haben. Als Beispiel zeigt Fig. 2A eine weitere Ausführungsform einer Matrix 32, die ein regelmäßiges Array von Durchgangslöchern 40 mit quadratischem Querschnitt aufweist. Zu den weiteren verwendbaren Querschnittsformen zählen z. B. Kegel, Pyramiden, hemisphärische Formen, Quadrate, Kuben, Polyeder, Quader oder Kombinationen aus diesen, und natürlich auftretende Variationen von diesen. Wenn der Konnektor gemäß der Erfindung, wie in Fig. 2 gezeigt, zum gegenseitigen Verbinden eng beabstandeter (z. B. ungefähr 0,6 mm bis ungefähr 0,2 mm auseinanderliegender) Elektroden verwendet wird, kann jedes Durchgangsloch typischerweise einen Durchmesser von weniger als ungefähr 0,2 mm, vorzugsweise von weniger als ungefähr 0,05 mm haben, und die Durchgangslöcher von einen Abstand von Mittelpunkt zu Mittelpunkt von weniger als ungefähr 0,2 mm haben, ohne dass die Gefahr von Kurzschlüssen besteht.
Der Abstand und die Geometrie der leitenden Teile in den Durchgangslöchern kann je nach dem beabsichtigten Anwendungsfall weit variieren. Zum Beispiel können gemäß Fig. 4 zur Schaffung einer gegenseitigen elektrischen Verbindung zwischen bestimmten (nicht gezeigten) elektronischen Einrichtungen bei dem elektrischen Konnektor 130 gemäß der Erfindung die Durchgangslöcher 140, die sich von der ersten Fläche 134 zu der zweiten Fläche 136 in der Matrix 132 erstrecken, muldenartig ausgebildet sein. Die leitenden Teile 145 sind dann leitende Kanäle, die verwendet werden können, um einen Kontakt an einer ersten Einrichtung nahe der ersten Fläche 134 mit einem Kontakt an einer zweiten Einrichtung nahe der zweiten Fläche 136 zu verbinden. Ferner hat das muldenartige leitende Teil 145 einen exponierten leitenden Bereich, der auch zum Bilden elektrischer und/oder thermischer Verbindungen entlang einer dritten Fläche 135 verwendet werden kann, die im wesentlichen normal zu der Ebene der ersten und zweiten Flächen 134,136 des Konnektors 130 verläuft.
Zum Beispiel kann gemäß Fig. 4A ein erstes Array von Schaltungs- Leiterbahnen 160 an einer ersten Schaltungsplatine 162 mit einem zweiten Array von Schaltungs-Leiterbahnen 260 an einer zweiten Schaltungsplatine 262 verbunden werden, wobei die erste Schaltungsplatine 162 generell normal zu der zweiten Schaltungsplatine 262 verläuft. Die Schaltungs-Leiterbahnen 260 kontaktieren den exponierten leitenden Bereich des leitenden Teils 145 entlang der dritten Fläche 135 der Matrix 132, während die Schaltungs-Leiterbahnen 160 das leitende Teil an der (nicht gezeigten) zweiten Fläche 136 der Matrix 132 kontaktieren. Bei einer derartigen Anordnung übt ein Klemmteil 270 eine Kompressivkraft aus, um die Matrix 132 und die Schaltungsplatinen 162,262 unter Druck in Eingriff zu bringen, und zwar in einer ersten Richtung von der ersten Fläche 134 zu der zweiten Fläche 136, und in einer zweiten Richtung, die generell normal zu einer Ebene der dritten Fläche 135 verläuft. Das unter Druck erzeugte Eingreifen spannt die Matrix derart vor, dass eine sichere elektrische und/oder thermische gegenseitige Verbindung zwischen den Leiterbahnen 160 und den Leiterbahnen 260 geschaffen wird.
Die Anordnung und Form der leitenden Elemente in den Durchgangslöchern kann je nach dem beabsichtigten Anwendungsfall weit variieren. Beispielsweise können bei dem Konnektor 30 gemäß Fig. 2 die leitenden Elemente 42 im wesentlichen sphärische Partikel, Blättchen oder Teile von Drähten mit z. B. kreisförmigen oder rechteckigen Querschnitten sein, die übereinander und aneinander in den Durchgangslöchern 40 gestapelt sind. Bei dem Konnektor 130 gemäß Fig. 4 können die leitenden Elemente 142 z. B. im wesentlichen größere Stücke von Drähten sein, die übereinander in den Durchgangslöchern 140 angeordnet sind. (Fig. 4 zeigt viele Beispiele für Formen der leitenden Elemente.) Falls es erforderlich ist, elektrische oder thermische Verbindungsstellen vorzusehen, können sich Drähte, Teile von Drähten, oder dünne metallische Streifen oberhalb oder unterhalb der Ebene der Matrix erstrecken. Unabhängig davon, welche Anordnung leitender Elemente für einen bestimmten Anwendungsfall gewählt wird, sollten die leitenden Elemente in den Durchgangslöchern derart angeordnet und beabstandet sein, dass sie sich in den Teilen einander kontaktieren und eine serielle und parallele elektrische und/oder thermische Verbindung mit niedrigem Widerstand bilden, wenn die erste elektronische Einrichtung und die zweite elektronische Einrichtung durch Druck in Eingriff gebracht werden.
An der Oberfläche der Matrix kann eine Schutzabdeckungsbeschichtung vorgesehen sein, um die leitenden Elemente vor Kontamination oder Korrosion zu schützen, und/oder um einen zusätzlichen mechanischen Halt für die leitenden Elemente zu bilden.
Das für die Matrix gewählte Material muss ein dielektrisches Material sein, und es muss geeignete Eigenschaften aufweisen, um die Form und Steifigkeit der Leitenden Teile in den Durchgangslöchern aufrechtzuerhalten, damit eine zuverlässige elektrische und/oder thermische Verbindung beibehalten wird. Als Matrix-Material haben sich thermoplastische Materialien, thermoplastische Elastomere oder wärmehärtbare Materialien mit hinreichender struktureller Integrität zur Handhabung während des Zusammenfügens als zweckmäßig erwiesen. Bei einigen Anwendungsfällen, insbesondere wenn starre metallische Kontakte in die Durchgangslöcher eingeführt werden müssen, um den Kontakt mit den leitenden Teilen herzustellen, kann die Matrix aus einem steiferen Material hergestellt werden, z. B. einem keramischen Material oder einem spritzgegossenen Kunststoff, um die Kontakte in Position zu führen. Falls ein Anhaften an der zugeordneten Fläche der Matrix gewünscht ist, kann das Matrix- Material ein wärme-klebrigmachbares, haftklebendes, heißschmelzbares oder mit Epoxid-Matrix versehenes Material sein, wie in den U.S.- Patenten Nr. 5,049,085 und 5,275,856 beschrieben.
Vorzugsweise ist die Matrix ein Elastomer wie z. B. ein Silicium, ein Fluorelastomer, Urethan, Acrylat, Butyl-Rubber oder Latex. Ein Silicium- Elastomer wird bevorzugt, wobei ein Polyvinylsiloxan besonders vorzuziehen ist. Ein besonders bevorzugtes Siloxan-Material ist das Polyorganosiloxan gemäß der mitanhängigen und miteingereichten U.S.-Anmeldung Nr. 08/649,594 von Biernath et al. Die Binder sind vorzugsweise bei Raumtemperatur härtbar, um die dimensionale Integrität des Formteils beizubehlaten, können jedoch auch mittels Wärme härtbar sein.
Silicium-Elastomere können leicht in einem Werkzeug oder einer Form gegossen und daraus entfernt werden, um die perforierte Matrix-Struktur zu bilden. Ferner sorgen die Hochtemperatur-Betriebseigenschaften und die niedrige Kriech-Charakteristik von Silicium für Stabilität. Zur Verwendung mit der vorliegenden Erfindung sind Vinylsiloxane besonders geeignet dahingehend, dass die Wärme Widerstandsfähigkeit, eine akkurate Reproduktion der Form-Merkmale und eine gute Formlösbarkeits- Charakteristik bieten, so dass die Herstellung erleichtert wird.
Die leitenden Elemente, die in jedem Durchgangsloch in der Matrix enthalten sind, können elektrisch oder thermisch leitende Partikeln und Kombinationen von diesen aufweisen. Zu den möglichen leitenden Elementen zählen Metalle, wie z. B. Kupfer, Gold, Silber, Nickel, Wolfram, Zinn, Blei, Palladium, Wismuth, Indium, Gallium und Legierungen aus diesen. Zu den leitenden Elementen können auch metallisierte Polymere oder metallisierte Keramiken zählen, z. B. Aluminiumoxid, Silica, Glas, Polyimid, Polystyrol, Polyetherimid und Graphit. Zu den leitenden Elementen können auch nichtmetallische, thermisch leitende Materialien wie z. B. Aluminiumoxid, Beryllerde oder Bornitrid zählen. Die leitenden Elemente können in zahlreichen Formen vorgesehen sein, wie z. B. als Partikeln, Drähte, Filamente, filmumwickelte Textilstränge und metallisierte Blättchen. Die Elemente können eine weite Vielfalt regelmäßiger oder unregelmäßiger Formen haben, wie z. B. die Form von Kugel, Stäbchen, Flocken und Filamenten. Unter den obigen Partikeln werden für die elektrische Verbindung Metall-Partikeln bevorzugt, z. B. massives Nickel oder Kupfer, silberbeschichtetes Nickel oder Kupfer, reines Silber, auf Graphit aufgetragenes Nickel, Gold auf Nickel, und Mischungen aus diesen. Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten Partikeln haben eine Knoop- Härte von ungefähr 20 bis ungefähr 7000, vorzugsweise ungefähr 50 bis ungefähr 3000.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten leitenden Elemente weisen vorzugsweise eine rauhe Außenfläche mit einer großen Anzahl von Härteelementen oder scharfen Oberflächenmerkmalen mit kleinem Radius auf. Von den Härteelementen oder scharfen Oberflächenmerkmalen wird erwartet, dass sie eine "Schleifaktion" erzeugen, die durch die Oxide und die Verunreinigungen an den Kontaktstellen einer elektronischen Einrich tung schneidet, um die Qualität der elektrischen Verbindung zwischen dem Kontakt und dem leitenden Partikel in dem Durchgangsloch zu verbessern.
Die bei der vorliegenden Erfindung verwendeten leitenden Elemente haben eine durchschnittliche maximale Bemessung von mindestens ungefähr 5%, vorzugsweise ungefähr 10% bis ungefähr 120%, und besonders bevorzugt ungefähr 25% bis ungefähr 50% der Länge der Durchgangslöcher durch die Matrix von deren erster Fläche zu deren zweiter Fläche, d. h. entlang der Richtung des Stromflusses zwischen den miteinander verbundenen elektronischen Einrichtungen. Die Elemente haben ferner eine durchschnittliche maximale Bemessung von mindestens ungefähr 20% der Breite der Durchgangslöcher, vorzugsweise ungefähr 20% bis ungefähr 100%, und besonders bevorzugt ungefähr 50% der Breite der Löcher. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung kann die Element- Größe-Verteilung durch jede auf dem Gebiet bekannte Einrichtung gemessen und berechnet werden, wie z. B. mittels der von Olympus unter der Handelsbezeichnung Cue-2 erhältlichen Bildanalysevorrichtung, mittels Luft-Klassifizierung oder mittels Sieben.
Vorzugsweise befindet sich nur eine kleine Anzahl leitender Elemente oder sogar nur ein einziges Element in jedem Durchgangsloch. Die Elemente können innerhalb des Durchgangslochs angeordnet sein, oder sie können aus dem Durchgangsloch herausragen und sich über die Oberfläche der Matrix hinaus erstrecken. Wie bereits erwähnt, bildet eine kleine Anzahl relativ großer Elemente pro Durchgangsloch ein leitendes Teil, das als eine "Säule" wirkt, die eine größere Steifigkeit hat als leitende Teile, die aus einer großen Anzahl feiner Partikeln bestehen. Die Cluster großer leitender Elemente erzeugen hohe Oberflächendrücke aufgrund der zwischen den Elementen bestehende Reibung und Interferenz sowie aufgrund der Adhäsion an dem Binder, falls ein solcher verwendet wird. Wenn sich die Größe der leitenden Elemente den Bemessungen des Durchgangslochs annähert, hat die begrenzte laterale Freiheit die Auswirkung, dass die Elemente einer unter Druck erfolgenden Bewegung aneinander vorbei widerstehen, und dass hohe lokale Kontakt-Drücke erzeugt werden, die eine Kontakt-Kontamination durchbrechen und einen zuverlässigen Kontakt mit der Kontaktstelle an der elektronischen Einrichtung schaffen.
Während jedoch die kleine Anzahl leitender Elemente viele der Eigenschaften eines massiven leitenden Teils bietet, ist das mehrere Elemente aufweisende leitende Teil gemäß der Erfindung anpassungsfähig genug, um sich auf die unterschiedlichen Höhen der einander zugeordneten Kontaktstellen an den miteinander zu verbindenden elektronischen Einrichtungen einzustellen. Der Großteil der Anpassungsfähigkeit der leitenden Teile gemäß der vorliegenden Erfindung resultiert aus der Interaktion zwischen den leitenden Elementen und der Relativbewegung zwischen diesen, und nicht aus einem Biegen oder einem Zusammendrücken von Elementen wie bei herkömmlichen Materialien mit massiven leitenden Teilen.
Aufgrund der kleineren Anzahl leitender Elemente wird ferner ein leitendes Teil gebildet, dessen elektrische Eigenschaften im Vergleich mit leitenden Teilen, die aus großen Anzahlen feiner Partikeln bestehen, eher wie diejenigen eines massiven leitenden Teils beschaffen sind, z. B. was den niedrigen Widerstand und die erhöhte Stromleitfähigkeit betrifft. Da die leitenden Teile in jedem Durchgangsloch so leitend gemacht werden können, wie es der Füller zulässt, kann mit der vorliegenden Erfindung ohne die Gefahr eines Kurzschlusses eine gute elektrische Leitfähigkeit erzielt werden. Im Gegensatz dazu beruhen herkömmliche Systeme auf magnetischen oder anderen Ausricht-Vorgängen, um Anisotropie zu erzeigen. Bei diesen Vorgängen werden gewöhnlich niedrige Partikel- Dichten verwendet, um das Potential von Kurzschlüssen zu reduzieren, so dass hier die elektrische Leitfähigkeit begrenzt ist.
Das in dem Durchgangsloch angeordnete leitende Teil weist vorzugsweise die oben beschriebenen leitenden Partikeln und einen Binder auf. Wenn er verwendet wird, trägt der Binder typischerweise ungefähr zu 1% bis ungefähr 50% zu dem Volumen des Durchgangslochs bei. Zweckmäßige Binder können polymere Materialien enthalten, z. B. Rubber-Harze wie etwa Styrolbutadien und ABS-Copolymere, wärmehärtbare Harze wie etwa Epoxy-Harze und Cyanatester, thermoplastische Harze wie etwa Phenoxys, Polysulfone, Polyethersulfone und Polyvinylacetalharze, FluorSiliciume und Fluorelastomere. Die Binder können auch Mischungen aus wärmehärtbaren und thermoplastischen Harzen gemäß U.S-Patent Nr. 4,769, 399 enthalten. Die für die Zwecke der vorliegenden Erfindung gewählten Binder haben vorzugsweise thermoplastische Eigenschaften, und es wird ein Polyvinylsiloxan bevorzugt.
Die Eigenschaften des gehärteten Binders und die Größe und Form der leitenden Elemente können derart gewählt werden, dass ein leitendes Teil mit einem Modul erzeugt wird, das für einen bestimmten Anwendungsfall geeignet ist. Beispielsweise wird das leitende Teil typischerweise mit einer größeren Widerstandsfähigkeit gegenüber Verformung hergestellt als die Matrix, um den Druck auf das leitende Teil zu konzentrieren und dadurch die Kontaktkraft zu verbessern. Wie bereits erwähnt, kann die Matrix dann auch starrer ausgebildet werden als die leitenden Teile und die Kontakte an den elektronischen Einrichtungen in die Durchgangslöcher führen. Ein Beispiel wäre eine Einrichtung mit Kugel-Gitter-Arrays oder ande ren vorstehenden Kontakten, die präzise über einzelnen leitenden Teilen positioniert werden müssen. In einem derartigen Fall wirken die vorstehenden Kontakte als die Kontaktdruck-Konzentratoren. Der Konnektor gemäß der Erfindung kann somit dahingehend konzipiert werden, dass er in den leitenden Teilen, der Matrix oder beiden eine mechanische Anpassungsfähigkeit zeigt. Die leichte Kompression der leitenden Teile bei Druck verbessert die elektrische Leitfähigkeit durch die Dicke der Struktur hindurch.
Der Modul des leitenden Teils in einem Durchgangsloch kann auch durch Hinzufügen eines Festkörper-Elements eingestellt werden, wie z. B. durch teilweises Füllen des Durchgangslochs mit einem Metall, das eine niedrige Schmelztemperatur hat, und Füllen des Restes des Durchgangslochs mit leitenden Elementen in einem Binder (siehe Beispiel 3 unten und Fig. 8). Das die niedrige Schmelztemperatur aufweisende Metall ist vorzugsweise ein Lötmittel, wie z. B. ein Silber-Lötmittel, ein Blei-Lötmittel oder ein Amalgam.
Die leitenden Teile gemäß der vorliegenden Erfindung sollten einen Modul von ungefähr 1 MPa bis ungefähr 200 MPa haben, vorzugsweise ungefähr 2 MPa bis ungefähr 50 MPa und besonders bevorzugt ungefähr 3 MPa bis ungefähr 30 MPa, um zu gewährleisten, dass die leitenden Elemente in jedem Teil in festem Kontakt mit der Kontaktstelle an der elektronischen Einrichtung verbleiben, und dass sie durch Oxid-Formationen und Verunreinigungen an der elektronischen Einrichtung schneiden, um die Qualität der elektrischen Verbindung zu verbessern. Die Moduln der Matrix und der leitenden Teile gemäß der vorliegenden Erfindung können durch jede auf dem Gebiet bekannte Vorrichtung gemessen werden, z. B. durch einen Feder-Tester, der von Larson, Inc. unter der Warenbezeichnung Model Super DHT erhältlich ist.
Bei elektronischen Anwendungsfällen, bei denen zwei Komponenten durch Druck in Eingriff gebracht werden, ist der Konnektor gemäß der vorliegenden Erfindung besonders zweckmäßig als vorübergehendes oder dauerhaftes Zwischenteil zwischen den Komponenten. Beispielsweise kann die vorliegende Erfindung für das Testen und Einbrennen elektronischer Einrichtungen verwendet werden, sowie für dauerhafte elektrische Verbindungen zwischen Einrichtungen und gedruckten Schaltungsplatinen. Falls der Abstand der Arrays leitender Teile hinreichend fein ist, können direkte Verbindungen zwischen bloßliegenden IC-Schaltungs-Chips und ihren Substraten hergestellt werden.
Zum Verbinden einer ersten Kontaktstelle an einer elektronischen Einrichtung mit einer zweiten Kontaktstelle an einer zweiten elektronischen Einrichtung mittels des elektrischen Konnektors gemäß der Erfindung wird die erste elektronische Einrichtung auf eine erste Fläche der Matrix des Konnektors platziert, und die zweite elektronische Einrichtung wird auf eine zweite Fläche der Matrix des Konnektors platziert, d. h. der Konnektor wird zwischen die erste Kontaktstelle und die zweite Kontaktstelle platziert (siehe Fig. 2). Die erste Kontaktstelle wird in Kontakt mit mindestens einem Durchgangsloch oder einer Gruppe von Durchgangslöchern platziert, die die leitenden Teile enthalten. Die zweite Kontaktstelle wird in Kontakt mit mindestens einem entsprechenden Durchgangsloch oder einer Gruppe von Durchgangslöchern platziert. Dann wird durch ein beliebiges herkömmliches Mittel Druck ausgeübt, wie z. B. durch Verlagerung eines starren Gehäuses mit einer Presse, oder durch Federbelastung, um die Matrix des Konnektors und die leitenden Teile vorzuspannen oder zu sammenzupressen und eine sichere gegenseitige elektrische Verbindung zwischen der ersten Kontaktstelle und der zweiten Kontaktstelle zu erzeigen.
Je nach dem beabsichtigten Anwendungsfall und dem Typ der elektronischen Einrichtung, der Größe und Form der Durchgangslöcher und der Größe und Form der leitenden Teile kann der aufgebrachte Druck weit variieren, bei den meisten Anwendungsfällen ist jedoch normalerweise ein Druck von mehr als ungefähr 25 psi (0,17 MPa) erforderlich, um eine elektrische Verbindung mit hinreichend niedrigem Widerstand (z. B. weniger als ungefähr 1 ohm(Ω)) herzustellen. Der aufgebrachte Druck kann jedoch im Bereich von ungefähr 5 psi (0,034 MPa) bis ungefähr 1000 psi (6,9 MPa) liegen, und liegt vorzugsweise zwischen ungefähr 50 psi (0,34 MPa) und ungefähr 200 psi (1,28 MPa).
Gemäß Fig. 9-10 wird durch die größeren leitenden Elemente gemäß der Erfindung, die eine durchschnittliche maximale Element-Bemessung von mehr als ungefähr 15 um und vorzugsweise zwischen ungefähr 50 um und ungefähr 300 um haben und die in Durchgangslöchern mit einer Länge von ungefähr 0,025 Inch (0,064 cm) und einer Breite von ungefähr 0,005 Inch (0,013 cm) platziert sind, Widerstände von weniger als ungefähr 0,1 Ω bei aufgebrachten Drücken von ungefähr 25 psi (0,17 MPa) bis ungefähr 200 psi (1,38 MPa) erzeugt.
Der Konnektor gemäß der Erfindung kann auf viele verschiedene Arten hergestellt werden. Ein bevorzugtes Verfahren zum Ausbilden der Matrix besteht darin, zuerst mittels einer Vorrichtung wie z. B. einer Diamant- Drehmaschine ein Muster in einem starren Kunststoff-Bahnmaterial, wie z. B. Acryl, auszubilden. Derartige Maschinen haben extrem feine Toleran zen, so dass eine Vielfalt von Muster-Arrays mit extrem feinem Abstand erzeugt werden kann. Die Acryl-Bahn kann dann zur Herstellung eines Metall-Musters verwendet werden, oder es kann eine Metall-Platte einem Diamant-Drehvorgang unterzogen werden, um ein Werkzeug mit dem erforderlichen Muster von Vorsprüngen mit hohem Aspekt-Verhältnis zu bilden, das zum Ausbilden einer Matrix, deren Durchgangslöcher die gewünschten Geometrien aufweisen, erforderlich ist. Pyramiden-Muster und resultierende Löcher und Durchgangslöcher mit Aspekt-Verhältnissen von zwei oder mehr können mittels Diamant-Maschinen mit sehr engen Toleranzen erzeugt werden. Die Dicke des auf dem Werkzeug ausgebildeten Films wird durch die Höhe der Vorsprünge gesteuert. Das Werkzeug kann auch durch Laser-Bohren von Löchern und Gießen von Polymer oder Metall in die Löcher zwecks Bilden von Vorsprüngen an dem Werkzeug ausgebildet werden.
Dann wird die Matrix durch Guss ausgebildet, oder indem in anderer Weise ein geeignetes polymeres oder dielektrisches Material auf die Vorsprünge in dem Muster-Array an der Metall-Platte aufgebracht wird. Die Vorsprünge an der Metall-Platte sind typischerweise verjüngt ausgebildet, derart, dass das Polymer um die Vorsprünge herumfließt, um an den Stellen der Vorsprünge Löcher zu erzeugen. Das Ergebnis dieses Formungsvorgangs ist eine siebartige Struktur mit offenen Löchern oder Durchgangslöchern von einer Hauptfläche zur anderen.
Im Anschluss an den Gieß-Schritt wird die gehärtete Polymer-Matrix von der Metall-Platte abgenommen. Die Durchgangslöcher werden mit leitenden Elementen gefüllt oder beschichtet, um durch die Struktur hindurch verlaufende leitende Teile zu bilden. Diese leitenden Teile können auf viele verschiedene Arten in den Durchgangslöchern ausgebildet werden. Ty pischerweise wird einen schlempenartige Mischung aus leitenden Elementen und einem Binder mittels einer Klingen-Beschichtungsvorrichtung zwangsweise in die Durchgangslöcher eingeführt. Nach dem Entfernen der überschüssigen Schlempe von den ersten und zweiten Flächen der Matrix wird der Bindern bei Bedarf gehärtet, um in jedem Durchgangsloch leitende Teile zu bilden. Das Härten kann durch beliebige geeignete Mittel erfolgen, wie z. B. thermisch, durch Einwirkung von Feuchtigkeit oder Einwirkung von Strahlung.
Ein weiteres Verfahren zum Herstellen der Matrix besteht darin, dass zuerst das polymere dielektrische Material auf einen oder mehrere Release- Liner aufgetragen und gehärtet wird. Dann erfolgt eine Laser-Perforation oder ein mechanisches Stanzen durch den oder die Liner und die Matrix hindurch, um die Durchgangslöcher zu bilden. Die die leitenden Elemente enthaltende Schlempe wird dann unter Einwirkung von Wärme und Druck aufgebracht, um die Partikeln in die Durchgangslöcher zu zwingen. Ein drittes Verfahren besteht darin, die leitenden Teile in einem geeigneten Array auf einem Release-Liner auszubilden und dann das Array mit dem Matrix-Material zu beschichten, um den fertigen Konnektor zu bilden.
Die vorliegende Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele, die lediglich illustrativen Charakter haben und keine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung darstellen, weiter veranschaulicht.

BEISPIELE

Beispiel 1

Ein diamant-maschiniertes Substrat 200 wurde gemäß dem in Fig. 5A gezeigten Design hergestellt. Ein erstes Muster 202 aus 406 Nuten wurde über eine Distanz von 4,9818 Inch (12,654 cm) ausgebildet, und ein zweites, identisches Nuten-Muster 204 wurde normal zu dem ersten Muster ausgebildet, um ein Design mit kreuzenden Schnittpunkten zu bilden. Das Substrat wurde verwendet, um ein elektroplatiertes Nickel- Gießwerkzeug mit den Vorsprüngen gemäß Fig. 5B zu bilden (A = 0,0071 cm, B = 0,064 cm, C = 0,0182 cm, D = 0,0275 cm, α = 9º55').
Ein Vinylsiloxan-Elastomer-Eindruckmaterial, das von Minnesota Mining and Manufacturing Co. (3M) unter der Warenbezeichnung 3M #7302H erhältlich ist, wurde durch Squeegee-Bearbeitung mit einer Polymer- Klinge in das Werkzeug gemäß Fig. 5B eingeführt. Das Vinylsiloxan wurde für ungefähr 10 Minuten bei Raumtemperatur gehärtet und von dem Werkzeug abzogen, um eine perforierte bahnartige Matrix zu bilden. Wie von den Abmessungen des oben erläuterten Werkzeugs diktiert, hatte die Matrix eine Dicke von ungefähr 0,025 Inch (0,064 cm) und enthielt ein Array von Durchgangslöchern mit einem Abstand von ungefähr 0,0108 Inch (0,027 cm), die an einem ersten Ende eine Breite von ungefähr 0,0072 Inch (0,0183 cm) und an einem zweiten Ende von 0,0028 Inch (0,0071 cm) hatte.
Eine schlempenartige Mischung aus Vinylsiloxan-Binder-Lösung, erhältlich von General Electric Co. unter der Warenbezeichnung GE RTV #645, ungefähr 1 PPM Platin-Katalysator und 7 Gew.-%, basierend auf dem Anteil an Binder, eines Hydrid-Vernetzers, und 85 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht von Partikeln und Binder, von Novamet Lot # 93-224 "Coarse-Grade"-Nickelpartikeln mit Silberbeschichtung wurde über die Oberfläche der Matrix verteilt.
Gemäß dem Hersteller hatten die Silber-Partikeln Durchmesser im Bereich von ungefähr 25 bis ungefähr 75 Mikron. Der durchschnittliche Partikel- Durchmesser betrug 53,9 Mikron, gemessen durch die von Olympus unter der Warenbezeichnung Cue-2 vertriebenen Bild-Analysevorrichtung. Somit hatten bei dem Beispiel die leitenden Partikeln eine durchschnittliche Partikel-Größe von ungefähr 8% der Dicke der Matrix und 50% der Breite des Durchgangslochs.
Die Partikel-Größe wurde mittels des folgenden Verfahrens gemessen: Die Partikeln wurde auf einer Glasplatte platziert, und zwar in einer einzigen Lage und voneinander isoliert. Die Glasplatte wurde dann unter einem Mikroskop platziert, und nachdem man das gewünschte Bild erhalten hatte, wurde die Analysevorrichtung verwendet, um die Partikel-Größe- Verteilung zu bestimmen. Das Analyse-Programm wurde unter Verwendung des Autoroute-Befehls benutzt, wobei eine voreingestellte Datei verwendet wurde. Es wurden für jede Probe dreißig separate Bilder gemacht, und das Histogramm der durchschnittlichen Entsprechungen der dreißig Bilder wurde als Partikel-Größe-Verteilung angenommen. Es wurden die Daten zu der durchschnittlichen Partikel-Größe-Verteilung verwendet, die von der Bild-Analysevorrichtung erzeugt wurden.
Filme aus Polytetrafluorethylen (PTFE), die von DuPont unter der Warenbezeichnung Teflon vertrieben werden, wurden über und unter der perforierten Matrix platziert, und eine Walze wurde verwendet, um die Mi schung zu veranlassen, in die Durchgangslöcher in der Matrix zu strömen. Die PTFE-Filme wurden entfernt, und sämtliche Mischungs-Rückstände wurden von der Oberfläche der Bahn mit einer Glasplatte weggewischt. Der Binder wurde dann für 2 Minuten bei 85ºC gehärtet, um einen fertigen Konnektor zu bilden. Eine (nicht maßstabsgerechte) schematische Wiedergabe eines typischen leitenden Teils 245 in dem Durchgangsloch 240 mit leitenden Elemente 242 ist in Fig. 6 gezeigt (wobei der Binder nicht gezeigt ist).
Streifen des fertiggestellten Konnektors wurden auf ungefähr 5,1 mm mal 38 mm mal 0,0635 mm geschnitten und bei Raumtemperatur in einem Larson-Federtester Model Super DHT geprüft, indem erhöhte Drücke aufgebracht wurden, während die resultierenden Verlagerungen aufgezeichnet wurden. Der resultierende Modul der Konnektor-Struktur betrug 5,2 MPa bei 0,3% Spannung und eine Belastung von 0,75 MPa.
Ein Konnektor mit einer Länge von 0,20 Inch (0,051 cm) und einer Breite von 1,5 Inch (3,81 cm), während die Durchgangsloch-Reihen gegenüber den Kontakt-Pads um 30º geneigt waren, wurde zwecks elektrischen Testens zwischen zwei starren gedruckten Schaltungsplatinen platziert, mit 50 goldplatierten Pads bei einem Abstand von 0,032 Inch (0,081 cm). Die Aufbringung des Drucks erfolgte mittels eines Feder-Testers Larson Model Super DHT für Raumumgebungs-Test und eine federbelasteten Einrichtung für umgebungsgemäße Tests.
Der elektrische Vier-Draht-Widerstand wurde für jedes der 50 elektrischen Kontakt-Paare bei verschiedenen aufgebrachten Drücken gemessen. Der Mittelwert und der Bereich der Widerstände über einen Bereich von Kontakt-Drücken ist in Fig. 7A gezeigt, und die bei 100 psi (0,69 MPa) abgenommen Daten sind in Fig. 7B gezeigt.
Die Bahn wurde zwischen zwei Polyimid aufweisenden gedruckten Schaltungsplatinen platziert, die Edelstahlfedern aufwiesen und von diesen druckbeaufschlagt waren, wobei die Federn auf eine Edelstahl-Leiste an der Rückseite jeder Platine drückten. Der Druck wurde für 1800 Stunden konstant auf 100 psi (0,69 MPa) gehalten, und ferner wurde der elektrische Widerstand gegenüber der Zeit bei 85ºC und einer relativen Feuchtigkeit von 85% und bei einem thermischen Zyklus von -55ºC bis +125ºC gemessen. Die Ergebnisse sämtlicher umgebungsgemäßen Tests waren wie folgt: Der mittlere Widerstand bei 85ºC/85% RH betrug ungefähr 30 mΩ mit einem Bereich von ungefähr 15 mΩ; und bei einem thermischen Zyklus unter -55ºC bis +125ºC betrug der thermische Widerstand 45 mΩ mit einem Bereich von 60 mΩ.

Beispiel 2

Ein Konnektor wurde mittels des Verfahrens gemäß Beispiel 1 hergestellt. Das Nickel-Gießwerkzeug hatte ein feineres Abstands-Muster als kegelstumpfförmigen Pyramiden als in Beispiel 1, wobei Durchgangslöcher mit einem Abstand von 0,0031 Inch (0,0079 cm), einer Länge von 0,004 Inch (0,0102 cm) und einer Durchgangsloch-Breite hergestellt wurde, die sich von 0,0015 Inch (0,0038 cm) auf 0,0021 Inch (0,0053 cm) verjüngte. Die leitenden Elemente, die aus Gold ausgebildet waren, hatten einen Durchmesser von ungefähr 10-20 Mikron. In diesem Fall hatten die Elemente eine durchschnittliche Größe von ungefähr 60% der Breite und ungefähr 15% der Länge des Durchgangslochs. Die Matrix- und Binder- Materialien und die Verfahren zum Herstellen und Härten waren die gleichen wie in Beispiel 1.
Ein Konnektor von 0,20 Inch (0,51 cm) mal 0,4 Inch (1,02 cm) mit einem Durchgangsloch-Winkel von 30º zu den Kontakt-Pads wurde zwecks elektrischen Testens zwischen zwei starre gedruckte Schaltungsplatinen mit 50 goldplatierten Kontakten unter einem Abstand von 0,008 Inch (0,0203 cm) platziert. Der elektrische Widerstand wurde für jeden der Kontakte mittels eines Vier-Draht-Verfahrens über einen Bereich ausgeübter Drücke gemessen. Die durchschnittlichen Kontakt-Widerstände für 50 Kontakte reichten von 0,080 Ohm bei einem aufgebrachten Druck von 300 psi (2,1 MPa) bis 0,123 Ohm bei 100 psi (0,69 MPa).

Beispiel 3

Es wurde ein Konnektor mittels des gleichen Nickel-Gießwerkzeugs wie in Beispiel 1 hergestellt. Die Herstellung der leitenden Teile erfolgte durch einen Squeegee-Vorgang in Lötpaste (ESP Solder Plus - SN63RA-A) mittels einer Rasierklinge zwecks Füllen der Löcher von einer Seite her. Als nächstes wurde eine Schlempe aus Silicium des Typs GE RTV 645 und massiven Silber-Partikeln mit einem Mikro-Durchmesser von 170 bei 85% Gew-%, basierend auf dem Gesamtgewicht von Partikeln und Binder, mittels einer Rasierklinge in das größere Ende der Durchgangslöcher gedrückt. Die Bahn wurde dann zwischen zwei Bahnen aus Polyimid platziert, und zwar auf einer 300ºC heißen Platte, um das Lötmittel zu schmelzen und das Silicium in der Schlempe zu härten. Das Feststoff- Lötmittel-Element füllte das Durchgangsloch von dem kleinen Ende zu einer Tiefe von ungefähr 0,015 Inch (0,0381 cm) oder ungefähr 60% der Länge und 100% der Breite des Durchgangslochs. Die mit Partikeln gefüllte Schlempe füllte die verbleibende Länge der Durchgangslochs. Eine (nicht maßstabsgerechte) schematische Wiedergabe eines typischen leitenden Teils 345 mit leitenden Elementen 342 und einem Festkörper- Lötmittel-Element 350 im Durchgangsloch 340 in der Matrix 332 ist in Fig. 8 (ohne Binder) gezeigt.
Ein Konnektor von 0,20 Inch (0,51 cm) mal 1 Inch (2,54 cm) mit einem Durchgangsloch-Winkel von 30º zu den Kontakt-Pads wurde zwecks elektrischen Testens zwischen zwei starre gedruckte Schaltungsplatinen mit 31 goldplatierten Kontakten unter einem Abstand von 0,032 Inch (0,0081 cm) platziert. Der elektrische Widerstand wurde für jeden der Kontakte mittels eines Vier-Draht-Verfahrens über einen Bereich ausgeübter Drücke gemessen. Die durchschnittlichen Kontakt-Widerstände für 31 Kontakte betrugen 0,020 Ohm bei einem aufgebrachten Druck von 300 psi (2,07 MPa), 0,023 Ohm bei 200 psi (1,38 MPa), und 0,032 Ohm bei 100 psi (0,69 MPa).

Beispiel 4

Polysiloxan-Harz des Typs 3M 7302H wurde in ein Array von Nuten in einer Nickel-Form gegossen, und zwar einer Form mit einem Abstand von 0,0108 Inch (0,0274 cm) und mit einer Nuten-Geometrie, die eine Breite von 0,0072 Inch (0,0183 cm) an der Oberseite, die sich auf 0,0028 Inch (0,0071 cm) an der Unterseite verjüngte, und eine Tiefe von 0,025 Inch (0,064 cm) aufwies. Eine zusätzliche Dicke von 0,015 Inch (0,0381 cm) von Harz wurde auf die Oberseite der Kanäle gegossen, um diese von einer Seite her einzuschließen. Im Anschluss an eine Raumtemperatur- Härtung für ungefähr 10 Minuten (600 S) wurde das gewellte Material aus der Nickel-Form entfernt. Die Kanäle wurden dann mit einer leitenden Schlempe gefüllt, indem das Material in die Kanäle gewalzt und gedrückt wurde. Die Schlempe bestand aus Polymethylsiloxan GE RTV 645 mit einem Platin-Katalysator von 1 ppm und 7 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht des Binders, eines Hydrid-Vernetzers, gemischt mit zu 15% mit Silber beschichteten Novamet-"Coarse-Grade"-Nickel-Kugelkörpern (mittlerer Durchmesser = 54 um) bei 85 Gew-%, basierend auf dem Gesamtgewicht von Binder und Partikeln. Die Oberfläche der gewellten Struktur wurde abgeschabt, um jegliches überschüssiges leitende Material von der Oberfläche zu entfernen, welches eine leitende Brücke zwischen den Kanälen verursachen würde. Die gefüllte Struktur wurde dann bei 85ºC für 5 Minuten (300 s) gehärtet. Nachdem die Struktur abgekühlt war, wurde eine zusätzliche Schicht von Harz des Typs 3M 7302 auf die Seite der Struktur gegossen, von der aus die Kanäle gefüllt worden waren, um eine Gesamt-Dicke von ungefähr 0,06 Inch (0,152 cm) zu erzeugen. Die Struktur wurde über die Kanäle hinweg geschnitten, um Konnektoren mit einer Höhe von 1,25 (0,318 cm) zu bilden. Diese Konnektoren wissen eine einzelne Reihe isolierter leitender Durchgangslöcher auf, die über ihre Dicke eine Länge von 0,125 Inch (0,3175 cm) hatten.
Es wurde der Kontakt-Widerstand des Konnektors gemessen. Die Messungen wurden durchgeführt, indem der Konnektor zwischen die beiden Testplatten gedrückt wird und eine 4-Sonden-Widerstandsmessung für jede der 50 Leiterbahnen an den Test-Platinenen verwendet wird, und zwar für verschiedene Kontaktkräfte. Die Leiterbahnen hatten eine Breite von 0,016 Inch (0,041 cm), waren goldplatiert und waren unter einem Abstand von 0,032 Inch (0,0813 cm) an geordnet. Der durchschnittliche Kontaktwiderstand bei einem aufgebrachten Druck von 0,25 MPa betrug 325±128 mΩ, und bei 0,5 MPa betrug er 157± 44 mΩ.

Beispiel 5

Ein Konnektor wurde mittels des gleichen Vorgangs hergestellt wie in Beispiel 4, jedoch mit einer Schlempe aus Polymethylsiloxan GE RTV 645 mit einem Platin-Katalysator mit 1 ppm und 7 Gew.-% eines Hydrid-Vernetzers, gemischt mit reinen Silber-Kugelkörpers mit einem mittleren Durchmesser von 85 Gew.-%, basierend auf dem Gesamtgewicht von Binder und Partikeln. Der durchschnittliche Kontaktwiderstand bei einem aufgebrachten Druck von 0,25 MPa betrug 103±35 mΩ, und bei 0,50 MPa betruger 74±21 mΩ. Diese Daten zeigen bei diesem Beispiel im Vergleich mit Beispiel 4 niedrigere Widerstände für die größeren Partikeln an.

Beispiel 6

Ein Konnektor wurde mittels des gleichen Verfahrens wie in Beispiel 4 hergestellt und getestet, wobei jedoch eine Kombination aus flachem Draht und Metallpartikeln verwendet wurde, um die leitende Schlempe zu bilden. Die Schlempe bestand aus Polymethylsiloxan GE RTV 645 mit einem Platin-Katalysator mit 1 ppm und 7 Gew.-% eines Hydrid-Vernetzers, gemischt mit einer Mixtur aus einen mittleren Durchmesser von 53,9 aufweisenden, als "Coarse Grade" vorliegenden Novamet Lot # 93- 224 aus 15 Gew.-% Silber, aufgetragen auf 85-Gew.-% Nickel-Partikeln, basierend auf einem Gesamt-Gewicht von Binder und Partikeln, und einem einzelnen flachen sauerstoff-freien Kupferdraht, mit einer firmenty pischen Metallbeschichtung von Hudson International mit der Serien-Nr. 58022 und Querschnittsbemessungen von 0,0015 Inch (0,0038 cm) mal 0,026 (0,0660 cm) in jeder Nut. Die flachen Drähte wurden derart ausgerichtet, dass sie über die volle Länge jeder Nut verliefen. Die elektrischen Messungen wurden in der gleichen Weise wie in Beispiel 4 durchgeführt. Der durchschnittliche gemessene Widerstand betrug 25 mΩ bei einem Druck von 1,4 MPa.

Beispiel 7

Eine Vinylsiloxan-Binderlösung, erhältlich von General Electric unter der Warenbezeichnung GE RTV 645, 1 PPM Platin-Katalysator und ungefähr 7 Gew.-% Hydrid-Vernetzer wurde auf einer klebekraftabweisenden Fläche bis zu einer Dicke von ungefähr 0,025 Inches (0,064 cm) aufgetragen. Die gewünschte Dicke wurde Verstreichen der Flüssigkeit bis zu einer Höhe erzielt, die durch um die Probe herum angeordnete Abstandhalter gesteuert wurde. Massive Silber-Partikeln mit einem Durchmesser von 13 Mikron bzw. 100 Mikron wurden dem flüssigen Polymer mit den maximalen Gewichtsanteilen beigemischt, die noch eine gute Ausbreitbarkeit gewährleisteten (siehe die nachstehende Tabelle 1). Das Material wurde dann für 2 Minuten (120 s) bei 85ºC gehärtet.
Ein ähnliches Set von Konnektor-Proben wurde mit einer Polyvinylsiloxan- Flüssigkeit des Typs 3M 7302H zubereitet, die bei Raumtemperatur für 10 Minuten (600 s) gebildet und gehärtet wurde.
Die resultierenden Bahnen wurden zu Proben von 0,185 Inch (0,470 cm) mal 0,185 Inch (0,470 cm) mal 0,025 Inch (0,064) geschnitten. Die Pro ben wurden bei Raumtemperatur in einem Larson-Federtester Model Super DHT getestet, indem verschiedene Drücke aufgebracht wurden und die resultierenden Verlagerungen aufgezeichnet wurden. Die in Tabelle 1 aufgeführten Modul-Werte sind die Flanken der Dehnungs-Spannungs- Kurven bei den betreffenden Belastungen. Es wurde beobachtet, dass die Moduln sich mit ansteigender Dehnung erhöhten, was für vernetzte Elastomere typisch ist. TABELLE 1

Beispiel 8

Es wurde ein erster Konnektor mit 9,7 cm² und einer Dicke von 0,064 gemäß der Beschreibung von Beispiel 1 zubereitet.
Ein vergleichbarer Konnektor mit identischen Abmessungen wurde unter Verwendung einer Silicium-Bahn ohne leitende Durchgangslöcher herge stellt. Die Bahn wurde aus einem Silicium ausgebildet, das von 3M unter der Warenbezeichnung 7302H erhältlich ist.
Eine mit Silber gefüllte Silicium-Bahn, die von Chomerics Inc., Woburn, MA, unter der Warenbezeichnung Cho-Seal #1220 erhältlich ist und die eine bekannte thermische Leitfähigkeit aufweist, wurde als Kontroll-Probe verwendet. Dies 0,053 cm dicke Bahn war, wie sich zeigte, mit kleinen Partikeln geladen, die generell einen Durchmesser von weniger als 12 Mikron hatten, wobei einige Partikeln einen Durchmesser von bis zu 50 Mikron hatten.
Die Konnektoren wurden zwischen einer Wärmequelle (einem Aluminium- Block von 1,905 · 1,905 · 5,08 cm) mit einem elektrischen Heizelement, erhältlich von der Vulcan Co., und einer Wärmesenke (einem Aluminium- Block von 15,24 · 7,62 · 30,5 cm). Die Konnektoren wurden derart geschnitten, dass sie eine Fläche von 1,905 · 5,08 cm des Heiz-Blocks bedeckten. Wärmekoppler wurden in den Heiz-Block und die Wärmesenke nahe der Konnektor-Grenzfläche eingeführt. Ein digitales Thermometer wurde verwendet, um die Temperatur der Wärmequelle und der Wämesenke zu messen. Das Heizelement wurde mit einer Gleichstrom-Energiequelle (63,1 V, 0,43 A, 27,1 W) verbunden. Die Wärmequelle wurde mittels einer Presse des Typs von Carver Laboratory mittels mehrerer aufgebrachter Drücke von 0,69, 1,38 und 2.07 MPa durch Druck in Eingriff mit dem Konnektor gebracht; mit Ausnahme der Kontrolle, bei der nur ein Test mit 1,38 MPa erfolgte. Zwischen den Heiz-Block und die Presse wurde ein Isolier-Block platziert, und eine Faser-Isolierung wurde verwendet, um das gesamte System gegenüber der Umgebung zu isolieren. Die gemessene thermische Leitfähigkeit basiert einzig auf adiabatischer Leitung (d. h. sämtliche Energie wird zu und durch den Konnektor übertragen).
Die thermische Leitfähigkeit basierte auf der statischen Temperaturdifferenz, die bei den aufgebrachten Drücken gemessen wurde.
Gleichung zur thermischen Leitfähigkeit:
k = Q·t /A·ΔT
wobei
k = thermische Leitfähigkeit, mW/cm · ºC
Q = Energie-Eingabe, mW
t = Dicke, cm
A = Oberflächenbereich, cm²
ΔT = Temperaturdifferenz, ºC
Der in der Literatur angeführte Wert für die thermische Leitfähigkeit des mit Silber gefüllten Siliciums Cho-Seal #1220 beträgt 6,93 mW/cmºC, und der Messwert en Konnektor von Beispiel 1 und des zum Vergleich herangezogenen Elements 3M 7302H ohne Durchgangslöcher ist in der nachstehenden Tabelle 2 aufgeführt. TABELLE 2
Die Verwendung thermisch und elektrisch leitender Durchgangslöcher hat im Vergleich zu der Bahn ohne leitende Durchgangslöcher erwiesenermaßen die thermische Leitfähigkeit um ungefähr den Faktor zwei erhöht.
Die thermische Leitfähigkeit der Cho-Seal-Bahn und des Konnektors gemäß der vorliegenden Erfindung waren ähnlich, obwohl bei dem Cho- Seal-Material die Partikel-Ladung pro Gewichtseinheit beträchtlich höher war und durchgehend in der Bahn vorhanden war. Die Partikel-Ladung wurde bei dem Cho-Seal-Konnektor auf ungefähr 70 Gew.-% geschätzt und bei dem Konnektor gemäß der Erfindung auf ungefähr 50 Gew.-% geschätzt, basierend auf dem Gesamtgewicht der Proben. Dies lässt die vergrößerte Effizienz der thermischen Leitfähigkeit bei mit großen Partikeln gefüllten Durchgangslöchern gegenüber Systemen erkennen, bei denen kleine Partikeln verwendet werden.

Claims

1. Leitende Struktur (30) mit:

einer dielektrischen Matrix (32) mit einer ersten Fläche (34) und einer zweiten Fläche (36);

mehreren Durchgangslöchern (40), die sich von der ersten Fläche der Matrix zu der zweiten Fläche der Matrix erstrecken;

leitenden Teilen (45) in jeweiligen Durchgangslöchern, wobei die leitenden Teile zwei oder mehr leitende Elemente (42) aufweisen, deren maximale Bemessung wie folgt beschaffen ist: (1) ungefähr 5% bis ungefähr 120% der Länge eines Durchgangslochs, und (ii) ungefähr 10% bis 100% der Breite des Durchgangslochs.

2. Leitende Struktur gemäß Anspruch 1, bei der das leitende Teil ferner einen Polymer-Bindemittel aufweist.

3. Leitende Struktur gemäß Anspruch 2, bei der das leitende Teil einen Modul von ungefähr 1 MPa bis ungefähr 200 MPa hat.

4. Elektronische Vorrichtung mit:

(a) einem Konnektor mit:

einer bahnartigen Matrix gemäß Anspruch 1 mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, wobei die Matrix ein elastomeres Material aufweist;

leitenden Teilen (45) in den jeweiligen Durchgangslöchern der Matrix, wobei die leitenden Teile ein Bindemittel und zwei oder mehr leitende Elemente (42) aufweisen, wobei die leitenden Elemente eine wie folgt beschaffene maximale Bemessung haben: (i) ungefähr 5% bis ungefähr 120% der Länge des Durchgangslochs, und (ii) ungefähr 10% bis 100% der Breite des Durchgangslochs, wobei das leitende Teil nach dem Aushärten des Bindemittels einen Modul von ungefähr 1 MPa bis ungefähr 100 MPa hat;

(b) einer ersten elektronischen Einrichtung auf der ersten Fläche (34) der Matrix und einer zweiten elektronischen Einrichtung (20) auf der zweiten Fläche der Matrix, wobei die erste Einrichtung durch mindestens ein leitendes Teil in der Matrix elektronisch mit der zweiten Einrichtung verbunden ist.

5. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 4, ferner mit einem Klemmteil, das unter Druck an der ersten elektronischen Einrichtung und der zweiten elektronischen Einrichtung angreift, um mindestens die Matrix und/oder das leitende Teil vorzuspannen und eine Verbindung zwischen der ersten elektronischen Einrichtung und der zweiten elektronischen Einrichtung zu schaffen.

6. Konnektor (30) mit:

einer Matrix gemäß Anspruch 1 mit einer ersten Fläche (34) und einer zweiten Fläche (36), wobei die Matrix ein Siliciummaterial aufweist;

mit mehreren Durchgangslöchern (40), die sich von der ersten Fläche der Matrix zu der zweiten Fläche der Matrix erstrecken;

leitenden Teilen (45) in jeweiligen Durchgangslöchern in der Matrix, wobei die leitenden Teile leitende Elemente (42), einen Katalysator und ungefähr 1% bis ungefähr 50% Volumenanteile eines Bindemittels aufweisen, wobei die maximale Bemessung der leitenden Elemente wie folgt beschaffen ist: (i) ungefähr 10% bis ungefähr 50 der Länge des Durchgangslochs, und (ii) ungefähr 50% der Breite des Durchgangslochs, wobei das leitende Teil nach dem Aushärten des Bindemittels einen Modul von ungefähr 2 MPa bis ungefähr 30 MPa hat.

7, Verfahren zum Verbinden einer ersten Kontaktstelle (14) an einer ersten elektronischen Einrichtung (10) mit einer zweiten Kontaktstelle (24) an einer zweiten elektronischen Einrichtung (20), mit den folgenden Schritten:

(a) Bereitstellen eines Konnektors (30) gemäß Anspruch 6 mit einer Matrix (32) gemäß Anspruch 1 mit einer ersten Fläche (34) und einer zweiten Fläche (36), wobei die Matrix aus einem elastomeren Material ausgebildet ist, mit Durchgangslöchern (40), die sich von der ersten Fläche der Matrix zu der zweiten Fläche der Matrix erstrecken; leitenden Teilen (45) in den Durchgangslöchern, wobei die leitenden Teile ein Bindemittel und leitende Elemente (42) aufweisen, wobei die leitenden Elemente eine wie folgt beschaffene maximale Bemessung haben: (i) ungefähr 5 % bis ungefähr 120% der Länge des Durchgangslochs, und (ii) ungefähr 10% bis 100% der Breite des Durchgangslochs, wobei das leitende Teil nach dem Aushärten des Bindemittels einen Modul von ungefähr 2 MPa bis ungefähr 100 MPa hat;

(b) Ausrichten der ersten Kontaktstelle mit mindestens einem Durchgangsloch an der ersten Fläche der Matrix des Konnektors;

(c) Ausrichten der zweiten Kontaktstelle mit mindestens einem Durchgangsloch auf der zweiten Fläche der Matrix des Konnektors, wobei das mindestens eine Durchgangsloch auf der zweiten Fläche der Matrix dem mindestens einen Durchgangsloch auf der ersten Fläche der Matrix entspricht;

(d) Aufbringen von Druck auf die erste elektronische Vorrichtung und die zweite elektronische Vorrichtung zum Vorspannen der Matrix und des Konnektors und zum Verbinden der ersten Kontaktstelle und der zweiten Kontaktstelle.

8. Konnektor (130) mit:

(a) einer Matrix (132) mit einer ersten Fläche (134) in einer ersten Ebene, einer zweiten Fläche (136) in einer zweiten Ebene, die im wesentlichen parallel zu der ersten Ebene verläuft, und einer dritten Fläche (135) in einer dritten Ebene, die im wesentlichen senkrecht zu den ersten und zweiten Ebenen verläuft;

(b) Mulden (140), die sich von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche erstrecken, wobei die Mulden eine Öffnung aufweisen, die von der dritten Fläche her zugänglich ist;

(c) leitenden Teilen (145) in den Mulden der Matrix, wobei die leitenden Teile ein Bindemittel und zwei oder mehr leitende Elemente (142) aufweisen, wobei die maximale Bemessung mindestens eines der leitenden Elemente wie folgt beschaffen ist: (i) ungefähr 5% bis ungefähr 120% der Länge des Durchgangslochs, und (ii) ungefähr 10% bis 100% der Breite des Durchgangslochs, und wobei das leitende Teil einen Modul von ungefähr 2 MPa bis ungefähr 100 Mpa hat;

(d) einer ersten elektronischen Einrichtung auf der ersten Fläche der Matrix und einer zweiten elektronischen Einrichtung auf der dritten Fläche der Matrix, wobei die erste Einrichtung durch mindestens ein leitendes Teil in der Matrix elektronisch mit der zweiten Einrichtung verbunden ist.

9. Konnektor nach Anspruch 8, ferner mit einem Klemmteil zum druckbeaufschlagten Angreifen an der Matrix in einer von der ersten Fläche zu der zweiten Fläche verlaufenden ersten Richtung und in einer senkrecht zu der dritten Fläche verlaufenden zweiten Richtung.

10. Leitende Vorrichtung mit:

(a) einem Konnektor mit:

einer bahnartigen Matrix mit einer ersten Fläche und einer zweiten Fläche, wobei die Matrix aus einem elastomeren Material ausgebildet ist;

mehreren Durchgangslöchern, die sich von der ersten Fläche der Matrix zu der zweiten Fläche der Matrix erstrecken;

leitenden Teilen in den jeweiligen Durchgangslöchern der Matrix, wobei die leitenden Teile ein Bindemittel und zwei oder mehr leitende Elemente aufweisen, wobei mindestens eines der leitenden Elemente eine wie folgt beschaffene maximale Bemessung hat: (i) ungefähr 5% bis ungefähr 120% der Länge des Durchgangslochs, und (ii) ungefähr 10% bis 100% der Breite des Durchgangslochs, und wobei das leitende Teil nach dem Aushärten des Bindemittels einen Modul von ungefähr 2 MPa bis ungefähr 100 MPa hat;

(b) einer Wärmequelle an der ersten Fläche der Matrix und einer Wärmesenke an der zweiten Fläche der Matrix, wobei die Quelle durch mindestens ein leitendes Teil in der Matrix thermisch mit der Senke verbunden ist.