DE69839204T2

DE69839204T2 - Leitfähiges Elastomer zur Pfropfung auf ein elastisches Substrat

Info

Publication number: DE69839204T2
Application number: DE1998639204
Authority: DE
Inventors: David R. Nashua Crotzer; Arthur G. New Bedford Michaud; Mark G. Little Common Hanrahan; Neill N. Greenville Silva
Original assignee: Thomas and Betts International LLC
Current assignee: ABB Installation Products International LLC
Priority date: 1997-09-16
Filing date: 1998-09-15
Publication date: 2009-03-12
Anticipated expiration: 2018-09-16
Also published as: CA2245413A1; DE69839204D1; CA2245413C; EP0909118A2; EP0909118A3; CN1213947A; EP0909118B1; JPH11167812A; JP3441981B2; CN1113586C

Description

GEBIET DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen elastisch leitfähige Vorrichtungen und insbesondere ein elektrisch leitfähiges Elastomer zum Aufpfropfen auf elastische Substrate, thermoplastische Substrate, duroplastische Substrate und Metallsubstrate.
HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Die Elektronikindustrie hat sich bis zu dem Punkt entwickelt, an dem eine elektronische Schaltungsanordnung in einer großen Anzahl von neuen Produkten vorhanden ist. Viele von diesen neuen Produkten werden in Umgebungen verwendet, in denen elastische Eigenschaften erforderlich sind, beispielsweise damit ein Produkt in einen eingeschränkten oder schwierig zu erreichenden Bereich passt. Es ist manchmal auch erwünscht, dass eine elektronische Schaltungsanordnung an einem Material mit elastischen Eigenschaften befestigt wird.
Das Patent 3 971 610 der Vereinigten Staaten offenbart elektrische Kontakte und Verbindungselemente, die aus elastischen Elastomeren bestehen und die einen Kohlenstoff- oder Metallfüllstoff enthalten. Der Metallfüllstoff kann aus Silber bestehen und kann in verschiedenen Konfigurationen wie z. B. Pulver, Fasern, geschnitzelter Draht und Flocken verwendet werden.
Das Patent 5 600 099 der Vereinigten Staaten offenbart elektrische Bauelemente, die aus einer leitfähigen Fläche oder Oberfläche gebildet sind, die auf eine Substratoberfläche chemisch aufgepfropft ist. Das auf das Substrat aufgepfropfte leitfähige Material besteht aus leitfähigen Partikeln wie z. B. Silber oder einem anderen Metall, die jeweils mit einem leitfähigen oder nicht-leitfähigen Polymermaterial beschichtet sind. Die Partikel sind innerhalb einer Aufschlämmung enthalten und werden auf die Substratoberfläche aufgebracht.
Es wäre erwünscht, ein verbessertes elektrisch leitfähiges Material mit elastischen Eigenschaften bereitzustellen. Insbesondere wäre es erwünscht, ein elektrisch leitfähiges Elastomer zum Aufpfropfen auf ein elastisches Substrat bereitzustellen.
Die elektronische Schaltungsanordnung für die meisten heutigen elektronischen Produkte wird typischerweise auf Leiterplatten vorgesehen. Die meisten Leiterplatten werden aus Duroplastmaterialien wie beispielsweise FR4^TM hergestellt, das Epoxid und Glasfasern enthält. Es liegt an diesen Bestandteilselementen, dass Duroplastmaterialien starre Eigenschaften aufweisen. Solche starren Eigenschaften sind für viele Anwendungen erforderlich, in denen eine elektronische Schaltungsanordnung verwendet wird.
Eine Leiterplatte besitzt typischerweise elektrisch leitfähige Leiterbahnen, die darauf ausgebildet sind, um elektrische Verbindungen zwischen elektronischen Bauelementen, die auf der Leiterplatte montiert sind, herzustellen. Diese elektrisch leitfähigen Leiterbahnen werden typischerweise durch einen Ätzprozess ausgebildet, in dem ein Kupferlegierungsmaterial auf eine Oberfläche der Leiterplatte aufgebracht wird und dann Teile des Kupferlegierungsmaterials weggeätzt werden, wodurch das restliche Kupferlegierungsmaterial belassen wird, damit es als elektrisch leitfähige Leiterbahnen wirkt. Dieser Ätzprozess ist typischerweise zeit- und arbeitsintensiv. Die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen brechen auch häufig, wenn die Leiterplatte gebogen wird oder aufgrund der Änderung der thermischen und/oder Feuchtigkeitsbedingungen verzogen wird. Folglich wäre es vorteilhaft, ein Material bereitzustellen, das verwendet werden kann, um elektrisch leitfähige Leiterbahnen auf einer Leiterplatte auszubilden, das leicht aufgebracht wird und den meisten Umgebungsbedingungen flexibel standhalten kann.
Eine elektronische Schaltungsanordnung kann auch auf flexiblen Schichtschaltkreisen bereitgestellt werden. Solche flexiblen Schichtschaltkreise werden typischerweise aus thermoplastischen Materialien wie beispielsweise KAPTON^TM hergestellt, das Harzfasern enthält. Diese Harzfasern geben den flexiblen Schichtschaltkreisen ihre flexiblen Qualitäten.
Ein flexibler Schichtschaltkreis wird typischerweise durch Laminieren mindestens einer elektrisch leitfähigen Kupferlegierungsleiterbahn zwischen zwei Platten einer thermoplastischen Schicht wie beispielsweise KAPTON^TM hergestellt. Ein Klebstoff wird häufig verwendet, um sicherzustellen, dass die zwei Platten der Schicht aneinander befestigt bleiben. Dieser Laminierungsprozess beinhaltet mehrere Schritte und erfordert eine genaue Ausrichtung der Platten der thermoplastischen Schicht und der elektrisch leitfähigen Kupferlegierungsleiterbahnen, da typischerweise Öffnungen in den Platten der thermoplastischen Schicht vorhanden sind, um den Zugang zu den elektrisch leitfähigen Kupferlegierungsleiterbahnen zu ermöglichen. Es ist auch häufig der Fall, dass die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen nach wiederholter Biegung des flexiblen Schichtschaltkreises brechen. Folglich wäre es vorteilhaft, ein Material bereitzustellen, das verwendet werden kann, um elektrisch leitfähige Leiterbahnen auf einem flexiblen Schichtschaltkreis auszubilden, das leicht aufgebracht wird und einer wiederholten Biegung des flexiblen Schichtschaltkreises standhalten kann.
Eine Leiterplatte stellt elektrische Verbindungen zwischen elektronischen Bauteilen bereit, die auf der Leiterplatte montiert sind. Die elektronischen Bauteile weisen elektrisch leitfähige Zuleitungen oder Anschlüsse auf, die typischerweise an elektrisch leitfähige Durchgangslöcher bzw. Kontaktstellen gelötet sind, die auf der Leiterplatte ausgebildet sind. Die elektrisch leitfähigen Zuleitungen oder Anschlüsse eines elektronischen Bauteils sind ein Teil der Kapselung eines Halbleiterchips, der tatsächlich die ganze elektronische Schaltungsanordnung enthält, die dem elektronischen Bauteil zugeordnet ist. Die Kapselung eines Halbleiterchips umfasst die Herstellung von elektrisch leitfähigen Drahtbondverbindungen zwischen elektrisch leitfähigen Kontaktpunkten auf dem Halbleiterchip und elektrisch leitfähigen Zuleitungen oder Anschlüssen eines keramischen, Kunststoff- oder irgendeiner anderen Art von Gehäuse.
Der Bedarf für das Kapseln eines Halbleiterchips ist zweifach. Erstens ist das Gehäuse eines elektronischen Bauteils ein Wärmeableiter für den im Gehäuse enthaltenen Halbleiterchip. Zweitens stellt das Gehäuse eines elektronischen Bauteils elektrisch leitfähige Zuleitungen und Anschlüsse bereit, durch die das elektronische Bauteil an einer Leiterplatte bereitgestellt werden kann.
Ein Hauptmangel eines Halbleiterchipgehäuses ist die Leiterplattenfläche, die das Gehäuse erfordert. Das heißt, die Größe eines Halbleiterchipgehäuses ist häufig zwei- oder dreimal die Größe des Halbleiterchips, der darin enthalten ist. Die zusätzliche Fläche, die durch das Gehäuse verbraucht wird, könnte für mehr Schaltungsanordnung auf der Leiterplatte verwendet werden.
Ein weiterer Mangel eines Halbleiterchipgehäuses ist das Potential für einen Ausfall oder Bruch der elektrisch leitfähigen Drahtbondverbindungen zwischen den elektrisch leitfähigen Kontaktpunkten am Halbleiterchip und den elektrisch leitfähigen Zuleitungen oder Anschlüssen des Gehäuses. Ferner sind die elektrisch leitfähigen Drahtbondverbindungen und die elektrisch leitfähigen Zuleitungen oder Anschlüsse des Gehäuses für Rauschen anfällig und induzieren Ausbreitungsverzögerungen in Signalen, die darüber laufen.
Folglich wäre es vorteilhaft, ein Mittel bereitzustellen, durch das ein Halbleiterchip elektrische Verbindungen mit elektrisch leitfähigen Kontaktstellen auf einer Leiterplatte herstellen kann, ohne eine umfangreiche Kapselung des Halbleiterchips zu erfordern. Insbesondere wäre es vorteilhaft, ein Material bereitzustellen, das verwendet werden kann, um direkte elektrische Verbindungen zwischen elektrisch leitfähigen Kontaktpunkten an einem Halbleiterchip und elektrisch leitfähigen Kontaktstellen an einer Leiterplatte herzustellen.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung stellt eine elastische Schaltung bereit mit: einem Substrat mit einer äußeren Oberfläche, wobei das Substrat aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material ausgebildet ist; und einem leitfähigen Elastomer, das direkt auf mindestens einen Teil der äußeren Oberfläche des Substrats thermisch aufgepfropft ist, wobei das leitfähige Elastomer eine äußere Oberfläche aufweist und aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material mit einer Menge von leitfähigen Flocken ausgebildet ist, mit dem das Elastomer durchsetzt ist, und entweder das nicht-leitfähige elastische Material mit einer Menge von leitfähigen Partikeln durchsetzt ist, so dass zumindest einige der leitfähigen Partikel entlang der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers vorhanden sind, oder diese in die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers eingebettet sind, so dass sich mindestens ein Teil der leitfähigen Partikel über die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers hinaus erstreckt.
In einer Anwendung wird das leitfähige Elastomer auf ein elastisches Substrat aufgepfropft, um elektrisch leitfähige Leiterbahnen zu bilden. In einer anderen Anwendung wird das leitfähige Elastomer auf ein elastisches Substrat aufgepfropft, das als Telefon-, Computer- oder Rechnertastenfeld verwendet wird. In noch einer weiteren Anwendung wird das leitfähige Elastomer auf ein elastisches Substrat aufgepfropft, um eine Abschirmung gegen ungewollte elektrische und Magnetfelder zu bilden. Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufpfropfen eines leitfähigen Elastomers auf ein elastisches Substrat bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Vorsehen des Substrats, wobei das Substrat eine äußere Oberfläche aufweist, wobei das Substrat aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material ausgebildet ist; Aufbringen eines leitfähigen Elastomers auf die äußere Oberfläche des Substrats, wobei das leitfähige Elastomer eine äußere Oberfläche aufweist und aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material mit einer Menge von leitfähigen Flocken gebildet ist, mit denen das Elastomer durchsetzt ist, und entweder das nicht-leitfähige elastische Material mit einer Menge von leitfähigen Partikeln durchsetzt ist, so dass mindestens einige der leitfähigen Partikel entlang der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers vorhanden sind, oder diese auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers aufgebracht sind; Unterziehen des Substrats und des leitfähigen Elastomers einem thermischen Prozess, so dass Polymerketten in dem nicht-leitfähigen elastischen Material des leitfähigen Elastomers auf Polymerketten in dem nicht-leitfähigen elastischen Material des Substrats aufgepfropft werden; so dass mindestens einige der auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers aufgebrachten leitfähigen Partikel in die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers eingebettet werden und mindestens ein Teil der der leitfähigen Partikel sich über die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers hinaus erstreckt, nachdem das Substrat und das leitfähige Elastomer dem thermischen Prozess unterzogen sind.
Die vorliegende Erfindung stellt auch ein Verfahren zum Aufpfropfen eines leitfähigen Elastomers auf ein duroplastisches oder thermoplastisches Substrat bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Vorsehen eines Substrats, wobei das Substrat eine äußere Oberfläche aufweist, wobei das Substrat aus einem nicht-leitfähigen duroplastischen oder thermoplastischen Material ausgebildet ist; Aufbringen eines leitfähigen Elastomers auf die äußere Oberfläche des Substrats, wobei das leitfähige Elastomer eine äußere Oberfläche aufweist und aus einem Gemisch eines nicht-leitfähigen elastischen Materials, einer Menge von leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines duroplastischen oder thermoplastischen Materials und einer Menge von leitfähigen Partikeln gebildet ist, mit denen entweder das Gemisch durchsetzt ist, so dass mindestens einige der leitfähigen Partikel entlang der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers vorhanden sind, oder die auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers aufgebracht sind; und Unterziehen des Substrats und des leitfähigen Elastomers einem thermische Prozess, so dass Polymerketten in dem leitfähigen Elastomer auf Polymerketten in dem Substrat aufgepfropft werden; so dass zumindest einige der auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers aufgebrachten leitfähigen Partikel in die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers eingebettet werden und zumindest ein Teil der leitfähigen Partikel sich über die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers hinaus erstreckt, nachdem das Substrat und das leitfähige Elastomer dem thermischen Prozess unterzogen sind.
Außerdem stellt die vorliegende Erfindung ein Verfahren zum Aufpfropfen eines leitfähigen Elastomers auf ein Metallsubstrat bereit, wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Vorsehen eines Substrats, wobei das Substrat eine äußere Oberfläche aufweist, wobei das Substrat aus einem leitfähigen Edelmetallmaterial ausgebildet ist; Aufbringen eines leitfähigen Elastomers auf die äußere Oberfläche des Substrats, wobei das leitfähige Elastomer eine äußere Oberfläche aufweist und aus einem Gemisch eines nicht-leitfähigen elastischen Materials, einer Menge von leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines leitfähigen thermoplastischen Polymermaterials, eines leitfähigen Metallmaterials und einer Menge an leitfähigen Partikeln gebildet ist, mit denen entweder das nicht-leitfähige elastische Material durchsetzt ist, so dass zumindest einige der leitfähigen Partikel entlang der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers vorhanden sind, oder die auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers aufgebracht sind; und Unterziehen des Substrats und des leitfähigen Elastomers einem thermischen Prozess, so dass Polymerketten im leitfähigen Elastomer auf Polymerketten im Substrat aufgepfropft werden; so dass zumindest einige der auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers aufgebrachten leitfähigen Partikel in die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers eingebettet werden und zumindest ein Teil der leitfähigen Partikel sich über die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers hinaus erstreckt, nachdem das Substrat und das leitfähige Elastomer dem thermischen Prozess unterzogen sind.
Angesichts des Vorangehenden ist es leicht ersichtlich, dass die Hauptaufgabe der vorliegenden Erfindung darin besteht, ein elektrisch leitfähiges Elastomer zum Aufpfropfen auf ein elastisches Substrat, ein thermoplastisches Substrat, ein duroplastisches Substrat und ein Metallsubstrat bereitzustellen.
Die vorstehend angegebene Hauptaufgabe sowie weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung leichter ersichtlich, die in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen gelesen werden soll.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Um ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung zu erleichtern, wird nun auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen. Diese Zeichnungen sollten nicht als Begrenzung der vorliegenden Erfindung aufgefasst werden, sondern sollen nur beispielhaft sein.
1 ist eine perspektivische Ansicht eines elastischen Substrats mit mehreren integrierten Schaltungsbauteilen, die mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen elektrisch verbunden sind, die mit einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.
2 ist eine Querschnittsansicht des in 1 gezeigten elastischen Substrats mit dem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung.
3 ist eine Kantenansicht des in 1 gezeigten elastischen Substrats in einem verformten Zustand für die Zwecke der Demonstration, dass das elektrisch leitfähige Elastomermaterial immer noch seine beabsichtigte Funktion erfüllen kann, während es verformt ist.
4 ist eine Querschnittsansicht eines Tastenfeldes mit einer elastischen Abdeckung und mit einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial, das auf die elastische Abdeckung aufgepfropft ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
5 ist eine perspektivische Ansicht einer elastischen EMI-Abschirmung mit einem elastischen Substrat und einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial, das auf eine Oberfläche des elastischen Substrats aufgepfropft ist, gemäß der vorliegenden Erfindung.
6 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite der in 5 gezeigten elastischen EMI-Abschirmung.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 5 gezeigten elastischen EMI-Abschirmung in einem Ausführungsbeispiel.
8 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 5 gezeigten elastischen EMI-Abschirmung in einem weiteren Ausführungsbeispiel.
9 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 5 gezeigten elastischen EMI-Abschirmung in noch einem weiteren Ausführungsbeispiel.
10 ist eine Querschnittsansicht eines Abschnitts der in 5 gezeigten elastischen EMI-Abschirmung in einem weiteren Ausführungsbeispiel.
11 ist eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen und leitfähigen Leiterbahnen, die darauf mit einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.
12 ist eine perspektivische Ansicht einer flexiblen Schicht mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen und einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Leiterbahnen, die darauf mit einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial gemäß der vorliegenden Erfindung ausgebildet sind.
13 ist eine Querschnittsansicht eines duroplastischen oder eines thermoplastischen Substrats mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial mit eingebetteten leitenden Einkerbungspartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
14 ist eine Querschnittsansicht eines duroplastischen oder eines thermoplastischen Substrats mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial mit eingebetteten leitfähigen Eindringpartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
15 ist eine Querschnittsansicht eines duroplastischen oder eines thermoplastischen Substrats mit einem darauf aufgepfropften leitfähigen Elastomermaterial mit leitenden Einkerbungspartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
16 ist eine Querschnittsansicht eines duroplastischen oder eines thermoplastischen Substrats mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial mit leitenden Eindringpartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
17 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Leiterplatte mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen, auf die ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial aufgepfropft ist, um elektrische Verbindungen mit elektrisch leitfähigen Kontaktpunkten an einem Halbleiterchip herzustellen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
18 ist eine Querschnittsansicht einer Leiterplatte in auseinandergezogener Anordnung mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen, auf die ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial aufgepfropft ist, um elektrische Verbindungen mit elektrisch leitfähigen Kontaktpunkten an einem Halbleiterchip herzustellen, gemäß der vorliegenden Erfindung.
19 ist eine Querschnittsansicht eines Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterialsubstrats mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial mit eingebetteten leitfähigen Einkerbungspartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
20 ist eine Querschnittsansicht eines Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterialsubstrats mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial mit eingebetteten leitfähigen Eindringpartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
21 ist eine Querschnittsansicht eines Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterialsubstrats mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial mit leitfähigen Einkerbungspartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
22 ist eine Querschnittsansicht eines Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterialsubstrats mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial mit leitfähigen Eindringpartikeln gemäß der vorliegenden Erfindung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ERFINDUNG
Mit Bezug auf 1 ist eine perspektivische Ansicht eines elastischen Substrats 10 mit mehreren daran montierten Bauteilen 12 einer integrierten Schaltung gezeigt. Die Bauteile 12 der integrierten Schaltung sind mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 (nur eine für Erläuterungszwecke gezeigt) elektrisch verbunden. Die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 sind aus einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial ausgebildet, das direkt auf das elastische Substrat 10 aufgepfropft ist.
Das elastische Substrat 10 kann aus einem von vielen elastischen Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silikonkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk. Das elastisches Substrat 10 weist elektrisch leitfähige Durchgangslöcher 16 auf, die darin ausgebildet sind. Die Bauteile 12 der integrierten Schaltung weisen elektrisch leitfähige Zuleitungen 18 auf, die sich davon erstrecken. Die Bauteile 12 der integrierten Schaltung sind am elastischen Substrat 10 durch Kontaktieren der leitfähigen Zuleitungen 18 mit den elektrisch leitfähigen Durchgangslöchern 16 und Zusammenlöten derselben durch viele bekannte herkömmliche Verfahren montiert. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial ist direkt auf das elastische Substrat 10 aufgepfropft, um die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 auszubilden, die sich zwischen den elektrisch leitfähigen Durchgangslöchern 16 erstrecken, wodurch elektrische Verbindungen zwischen den Bauteilen 12 der integrierten Schaltung hergestellt sind. Es sollte beachtet werden, dass in einem alternativen Ausführungsbeispiel das elektrisch leitfähige Elastomermaterial sich zwischen anderen Kontaktbereichen als Durchgangslöchern, wie beispielsweise Oberflächenmontagekontaktstellen oder Leiterplattenkantenkontakten, erstrecken kann.
Mit Bezug auf 2 ist eine Querschnittsansicht des elastischen Substrats 10 mit dem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 14 gezeigt. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 umfasst ein Gemisch eines elastischen Materials 20 und einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken 22. Das elastische Material 20 kann aus einem von vielen elastischen Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silikonkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk. Die leitfähigen Flocken 22 können aus vielen verschiedenen Arten von elektrisch leitfähigen oder Halbleitermaterialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Flocken 22 aus vielen verschiedenen Arten von leitenden, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitfähigen oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die Größe der leitfähigen Flocken 22 kann in Abhängigkeit von dem Pegel an Leitfähigkeit, der erforderlich ist, und der Größe der elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 variieren. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 wird auf das elastische Substrat 10 durch einen thermischen Aufpfropfprozess aufgepfropft, der typischerweise mit der Bereitstellung des elastischen Substrats 10 in einem vollständig gehärteten Zustand beginnt. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 wird auf dem elastischen Substrat 10 in einem ungehärteten Zustand durch Sprühbeschichten, Walzenbeschichten, Übertragungskissendruck oder irgendeines von einer Vielfalt von anderen bekannten Verfahren abgeschieden. Das elastische Substrat 10 und das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 werden dann einem thermischen Zyklus unterzogen, wodurch das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 vollständig gehärtet und auf das elastische Substrat 10 aufgepfropft wird. Während dieses thermischen Aufpfropfprozesses werden Polymerketten im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 14 auf Polymerketten im elastischen Substrat 10 aufgepfropft, um eine starke chemische Bindung zu bilden. Im ungehärteten Zustand sind das elastische Material 20 und die leitfähigen Flocken 22 typischerweise in einem Lösungsmittel, beispielsweise TOLUOL^TM, suspendiert, das während des thermischen Zyklus verdampft. Es sollte beachtet werden, dass der Aufpfropfprozess alternativ eine Bestrahlungs- oder Kompressionsbindung beinhalten kann, um das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 vollständig zu härten und auf das elastische Substrat 10 aufzupfropfen.
Die leitfähigen Flocken 22, mit denen das elastische Material 20 des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 14 durchsetzt ist, stellen einen niedrigen spezifischen Widerstand bereit, selbst wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 durch Expansion oder Kompression verformt wird, da der Oberflächenbereich der leitfähigen Flocken 22 groß genug ist, damit ein elektrischer Kontakt zwischen benachbarten leitfähigen Flocken 22 hergestellt wird, wenn solche Verformungen auftreten. Während einer Längsausdehnung des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 14 wird beispielsweise die Länge des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 14 erhöht, während die Dicke des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 14 verringert wird. Die Verringerung der Dicke bringt benachbarte leitfähige Flocken 22 näher zusammen, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass die großen Oberflächenbereiche von benachbarten leitfähigen Flocken 22 miteinander in physikalischen und daher elektrischen Kontakt kommen. Die Vergrößerung der Länge führt zu einer seitlichen Bewegung der leitenden Flocken 22, wodurch verursacht wird, dass die großen Oberflächenbereiche von benachbarten leitfähigen Flocken 22 aneinander reiben oder kratzen, so dass ein physikalischer und daher elektrischer Kontakt zwischen benachbarten leitfähigen Flocken 22 aufrechterhalten wird.
Mit Bezug auf 3 ist eine Kantenansicht des elastischen Substrats 10 gezeigt, an dem die Bauteile 12 der integrierten Schaltung angebracht sind und auf das das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 aufgepfropft ist. Das elastische Substrat 10 und das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 sind beide für Zwecke der Demonstration, dass das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 immer noch seine beabsichtigte Funktion erfüllt, während es verformt ist, in einem verformten Zustand gezeigt. Das heißt, trotz der Tatsache, dass das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 verformt ist, hält das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 immer noch elektrische Verbindungen zwischen den Bauteilen 12 der integrierten Schaltung aufrecht.
Der Härtenennwert des elastischen Materials 20 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 14 liegt typischerweise im Bereich zwischen 40 und 80 auf der Shore-A-Skala. Ein solcher Härtenennwert ermöglicht, dass das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 auf mindestens 33% seiner Form in Ruhe ausgedehnt oder komprimiert wird. Wenn eine solche Verformung auftritt, wirken die leitfähigen Flocken 22, mit denen das elastische Material 20 des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 14 durchsetzt ist, zusammen, wie vorstehend beschrieben, um einen niedrigen spezifischen Widerstand über das ganze elektrisch leitfähige Elastomermaterial 14 aufrechtzuerhalten. Es wurde gezeigt, dass ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial, das auf ein elastisches Substrat gemäß der vorliegenden Erfindung aufgepfropft wurde, einen Widerstand im Bereich von 20–30 mOhm während Messungen aufrechterhält, die während einer Verformung des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials innerhalb der vorstehend beschriebenen Grenzen durchgeführt wurden.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass, obwohl das elastische Substrat 10 vorstehend mit daran angebrachten mit Zuleitungen versehenen Bauteilen 12 der integrierten Schaltung gezeigt wurde, es auch möglich ist, die vorliegende Erfindung in einer Umgebung zu verwenden, in denen diskrete Bauteile oder Oberflächenmontagebauteile verwendet werden. Obwohl nur ein einlagiges elastisches Substrat 10 vorstehend gezeigt wurde, ist es ferner auch möglich, die vorliegende Erfindung an mehrlagigen elastischen Substraten oder gedruckten Leiterplatten zu verwenden.
Eine spezielle Anwendung, in der das vorstehend beschriebene elektrisch leitfähige Elastomermaterial nützlich wäre, ist ein Telefon-, Rechner- oder Computertastenfeld, wobei eine elektrische Verbindung durch Drücken einer Taste auf dem Tastenfeld hergestellt werden muss. Ein solches Tastenfeld ist mit einem elastischen Material wie beispielsweise Silikonkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk konstruiert und ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial ist auf eine Oberfläche dieses elastischen Materials gemäß dem vorstehend beschriebenen Prozess aufgepfropft. Wenn eine Taste des Tastenfeldes gegen eine elektrisch leitfähige Kontaktoberfläche gedrückt wird, wie z. B. eine elektrisch leitfähige Kontaktfläche auf einer Leiterplatte, wird folglich eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial und dem elektrisch leitfähigen Kontakt hergestellt.
Mit Bezug auf 4 ist eine Querschnittsansicht eines Telefon-, Rechner- oder Computertastenfeldes 30 mit einer elastischen Abdeckung 32 mit darin ausgebildeten Tasten 34 gezeigt. An der Unterseite der Abdeckung 32 unter jeder der Tasten 34 ist ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial 36 auf die elastische Abdeckung 32 aufgepfropft.
Eine gedruckte Leiterplatte 38 ist unter der Abdeckung 32 angeordnet und elektrisch leitfähige Leiterbahnen 40 sind an der gedruckten Leiterplatte 38 unter den Tasten 34 ausgebildet. Wenn eine Kraft F auf eine der Tasten 34 der elastischen Abdeckung 32 beispielsweise von einem menschlichen Finger 42 aufgebracht wird, kommt folglich das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 36 mit einer entsprechenden der elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 40 in elektrischen Kontakt.
Eine weitere spezielle Anwendung, in der das vorstehend beschriebene elektrisch leitfähige Elastomermaterial nützlich wäre, ist eine Abschirmung für eine elektromagnetische Störung (EMI) oder andere derartige Zwecke. Eine solche Abschirmung ist mit einem elastischen Material wie beispielsweise Silikonkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk konstruiert und ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial ist auf eine Oberfläche dieses elastischen Materials gemäß dem vorstehend beschriebenen Prozess aufgepfropft. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial stellt eine elektrisch leitfähige Abschirmung zum Verhindern der Ausbreitung von ungewollten elektrischen und Magnetfeldern für EMI oder andere Zwecke bereit.
Mit Bezug auf 5 ist eine perspektivische Ansicht einer elastischen EMI-Abschirmung 50 zum Abschirmen von ungewollten elektrischen und Magnetfeldern von einer passenden Leiterplattenanordnung 52 gezeigt. Die elastische EMI-Abschirmung 50 wird mit einem elastischen Material wie beispielsweise Silikonkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk hergestellt, das gemäß der speziellen Anwendung geformt wird. Das elastische Material wird dann mit einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial beschichtet. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial kann auf entweder eine innere 54 oder eine äußere 56 Oberfläche des elastischen Materials gemäß dem vorstehend beschriebenen Prozess aufgepfropft werden. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial kann auch auf sowohl die innere 54 als auch die äußere 56 Oberfläche aufgepfropft werden.
Die passende Leiterplattenanordnung 52 umfasst eine elektronische Leiterplatte 58 mit einer Vielzahl von daran montierten elektronischen Bauteilen 60. Die Leiterplatte 58 ist in einem Gehäuse 62 wie beispielsweise einem Mobiltelefongehäuse montiert. Die elastische EMI-Abschirmung 50 ist so geformt, dass sie die elektronischen Bauteile 60 an der Leiterplatte 58 abdeckt und umschließt. Die elastische EMI-Abschirmung 50 kann an entweder der Leiterplatte 58 oder am Gehäuse 62 durch viele Verfahren, einschließlich Löten, Klebstoffen oder aufgebrachten Drucks, befestigt werden, wie nachstehend beschrieben.
Mit Bezug auf 6 ist eine perspektivische Ansicht der Unterseite der elastischen EMI-Abschirmung 50 gezeigt. Entlang der gesamten Kante der elastischen EMI-Abschirmung 50 befindet sich eine Lippe 64. Wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial auf die innere Oberfläche 54 der elastischen EMI-Abschirmung 50 aufgepfropft wird, kann ein zusätzliches elektrisch leitfähiges Material auf die innere Oberfläche 54 im Bereich der Lippe 64 aufgebracht werden. Wie nachstehend im Einzelnen beschrieben, kann dieses zusätzliche elektrisch leitfähige Material die Form von elektrisch leitfähigen Eindring- oder Einkerbungspartikeln annehmen. Diese Partikel dienen zum Sicherstellen, dass eine elektrische Verbindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial und entweder der Leiterplatte 58 oder dem Gehäuse 62 hergestellt wird, wenn die elastische EMI-Abschirmung 50 damit in Kontakt gebracht wird.
Mit Bezug auf 7 ist eine Querschnittsansicht der elastischen EMI-Abschirmung 50 im Bereich der Lippe 64 gezeigt. Die elastische EMI-Abschirmung 50 umfasst ein elastisches Substrat 66 mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 68. Das elastische Substrat 66 kann aus einem von vielen elastischen Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silikonkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk. Ähnlich zum elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 14, das in 2 beschrieben ist, umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 68 ein Gemisch eines elastischen Materials 20 und einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken 22. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 68 umfasst auch eine Menge von elektrisch leitfähigen Einkerbungspartikeln 70, die in die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 68 eingebettet sind. Die leitfähigen Einkerbungspartikel 70 werden vorzugsweise auf die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 68 vor einem thermischen Zyklus aufgebracht, so dass die Partikel 70 an dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 68 befestigt werden, wenn es vollständig härtet. Die Einkerbungsnatur der leitfähigen Einkerbungspartikel 70 stellt ein Mittel bereit, durch das ein Isolationsoxid, das auf der elektrisch leitfähigen Oberfläche gebildet worden sein kann, welche mit der Lippe 64 der elastischen EMI-Abschirmung 50 in Kontakt kommen soll (d. h. die Leiterplatte 58 oder das Gehäuse 62), auf die Seite geschoben werden kann, so dass eine verbesserte elektrische Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche und dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 68 der elastischen EMI-Abschirmung 50 gebildet werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die leitfähigen Einkerbungspartikel 70 andere Verunreinigungen wie z. B. Fasern und Partikel, die auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche vorhanden sein können, auf die Seite schieben können.
Die leitfähigen Einkerbungspartikel 70 können aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen oder halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Einkerbungspartikel 70 aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitfähigen oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die leitfähigen Einkerbungspartikel 70 weisen typischerweise eine mittlere Partikelgröße von 50 μm auf.
Mit Bezug auf 8 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der elastischen EMI-Abschirmung 50 im Bereich der Lippe 64 gezeigt. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel besitzt das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 68 eine Menge an elektrisch leitfähigen Eindringpartikeln 72, die in die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 68 eingebettet sind. Die leitfähigen Eindringpartikel 72 werden vorzugsweise auf die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 68 vor einem thermischen Zyklus aufgebracht, so dass die Partikel 72 am elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 68 befestigt werden, wenn es vollständig härtet. Die eindringende Art der leitfähigen Eindringpartikel 72 stellt ein Mittel bereit, durch das ein Isolationsoxid, das auf einer elektrisch leitfähige Oberfläche gebildet worden sein kann, die mit der Lippe 64 der elastischen EMI-Abschirmung 50 in Kontakt kommen soll (d. h. die Leiterplatte 58 oder das Gehäuse 62), so durchdrungen werden kann, dass eine verbesserte elektrische Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche und dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 68 der elastischen EMI-Abschirmung 50 gebildet werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die leitfähigen Eindringpartikel 72 andere Verunreinigungen wie z. B. Fasern und Partikel, die auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche vorhanden sein können, durchdringen können.
Ähnlich zu den leitfähigen Einkerbungspartikeln 70 können die leitfähigen Eindringpartikel 72 aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen oder halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Eindringpartikel 72 aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitenden oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die leitfähigen Eindringpartikel 72 weisen typischerweise eine mittlere Partikelgröße von 40 μm auf.
Mit Bezug auf 9 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der elastischen EMI-Abschirmung 50 im Bereich der Lippe 64 gezeigt. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 68 ein Gemisch eines elastischen Materials 20, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken 22 und einer Menge der elektrisch leitfähigen Einkerbungspartikel 70. Das heißt, die leitfähigen Einkerbungspartikel 70 sind auf dem elastischen Substrat 66 zusammen mit dem elastischen Material 20 und den leitenden Flocken 22 abgeschieden. Die Verteilung der leitfähigen Einkerbungspartikel 70 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 68 ist als nahe der Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 68 gezeigt, da die leitfähigen Einkerbungspartikel 70 wahrscheinlicher als die leitfähigen Flocken 22 während des Aufbringens des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 68 vom elastischen Substrat 66 abprallen. Das heißt, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 68 auf das elastische Substrat 66 durch Sprühbeschichten aufgebracht wird, prallen die leitfähigen Einkerbungspartikel 70 wahrscheinlicher vom elastischen Substrat 66 ab als die leitfähigen Flocken 22. Dieser Ort für die leitfähigen Einkerbungspartikel 70 ist natürlich auf der Basis ihrer Funktionalität (z. B. um Oxid auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche auf die Seite zu schieben) bevorzugt. Die Menge der leitfähigen Einkerbungspartikel 70 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 68 muss typischerweise nur nominal 5 Gewichts-% sein, um ihre korrekte Funktionalität sicherzustellen.
Mit Bezug auf 10 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren Ausführungsbeispiels der elastischen EMI-Abschirmung 50 im Bereich der Lippe 64 gezeigt. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 68 ein Gemisch eines elastischen Materials 20, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken 22 und einer Menge der leitfähigen Eindringpartikel 72. Das heißt, die leitfähigen Eindringpartikel 72 sind auf dem elastischen Substrat 66 zusammen mit dem elastischen Material 20 und den leitfähigen Flocken 22 abgeschieden. Die Verteilung der leitfähigen Eindringpartikel 72 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 68 ist als nahe der Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 68 gezeigt, da die leitfähigen Eindringpartikel 72 wahrscheinlicher als die leitfähigen Flocken 22 während des Aufbringens des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 68 vom elastischen Substrat 66 abprallen. Das heilt, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 68 auf das elastische Substrat 66 durch Sprühbeschichten aufgebracht wird, prallen die leitfähigen Eindringpartikel 72 wahrscheinlicher vom elastischen Substrat 66 ab als die leitfähigen Flocken 22. Dieser Ort für die leitfähigen Eindringpartikel 72 ist natürlich auf der Basis ihrer Funktionalität (z. B. um Oxid auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche zu durchdringen) bevorzugt. Die Menge der leitfähigen Eindringpartikel 72 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 68 muss typischerweise nur nominal 5 Gewichts-% sein, um ihre korrekte Funktionalität sicherzustellen.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass beliebige der vorstehend beschriebenen elektrisch leitfähigen Elastomermaterialien, einschließlich jener mit elektrisch leitfähigen Eindring- und Einkerbungspartikeln, für eine beliebige Anzahl von Anwendungen verwendet werden können, wobei eine elektrisch leitfähige Oberfläche, Leiterbahn, Beschichtung oder ein anderes elektrisch leitfähiges Element mit elastischen Eigenschaften erforderlich ist. Ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial kann beispielsweise auf ein elastisches Substrat für die Zwecke des Ausbildens einer leitfähigen Ebene für Abschirmungs- oder Erdungszwecke oder dergleichen aufgepfropft werden. Die Dichte und Gruppierung der leitfähigen Flocken in den vorstehend beschriebenen elektrisch leitfähigen Elastomermaterialien sind derart, dass äußerst wirksame Abschirmungs- oder Erdungsschichten bereitgestellt werden können.
Mit Bezug nun auf 11 ist eine perspektivische Ansicht einer Leiterplatte 10 mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit Anschlüssen 13 an mehreren entsprechenden Oberflächenmontagebauteilen 12' einer integrierten Schaltung gezeigt. Die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 sind mit elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 (nur eine für Erläuterungszwecke gezeigt) elektrisch verbunden. Die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 und die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 sind mit einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial ausgebildet, das direkt auf die Leiterplatte 10 aufgepfropft ist.
Die Leiterplatte 10 kann aus einem von vielen verschiedenen Typen von duroplastischen Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise FR4^TM. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial wird direkt auf das duroplastische Material der Leiterplatte 10 aufgepfropft, um die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 und die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 auszubilden. Elektrische Verbindungen zwischen den elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 und den Anschlüssen 13 an den Oberflächenmontagebauteilen 12' der integrierten Schaltung können einfach durch Drücken der Anschlüsse 13 an den Oberflächenmontagebauteilen 12' der integrierten Schaltung gegen die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 hergestellt werden. Die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 sehen elektrische Verbindungen zwischen den elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 und daher zwischen den Oberflächenmontagebauteilen 12' der integrierten Schaltung vor.
Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial umfasst ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials und eines duroplastischen Materials. Das elastische Material kann ein beliebiges einer Vielfalt von elastischen Materialien wie beispielsweise Silikonkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk sein. Die leitfähigen Flocken können aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen oder halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Flocken aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitfähigen oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die Größe der leitfähigen Flocken kann in Abhängigkeit von dem Pegel an Leitfähigkeit, der erforderlich ist, und der Größe der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 und der elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 variieren.
Das thermoplastische Elastomermaterial kann ein beliebiges einer Vielfalt von thermoplastischen Elastomeren sein, wie beispielsweise VITON^TM. Das thermoplastische Elastomermaterial stellt eine Brückenfunktion zwischen dem elastischen Material und dem duroplastischen Material im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial bereit. Das heißt, wie nachstehend genauer beschrieben, werden Polymerketten im thermoplastischen Elastomermaterial auf Polymerketten im elastischen Material und im duroplastischen Material aufgepfropft, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial auf die Leiterplatte 10 aufgepfropft wird.
Unter der Annahme, dass die Leiterplatte 10 aus dem duroplastischen Material FR4^TM hergestellt ist, das Epoxid und Glasfasern umfasst, ist das duroplastische Material auch FR4^TM. Diese Beziehung zwischen der Art von duroplastischem Material im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial und der Materialart der Leiterplatte 10 stellt sicher, dass sich eine starke chemische Bindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial und der Leiterplatte 10 bildet, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial auf die Leiterplatte 10 aufgepfropft wird. Das heißt, wie nachstehend genauer beschrieben, werden Polymerketten im duroplastischen Material des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials auf Polymerketten im duroplastischen Material der Leiterplatte 10 aufgepfropft, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial auf die Leiterplatte 10 aufgepfropft wird.
Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial wird auf die Leiterplatte 10 durch einen thermischen Aufpfropfprozess aufgepfropft, der typischerweise mit der Bereitstellung der Leiterplatte 10 in einem vollständig gehärteten Zustand beginnt. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial wird auf der Leiterplatte 10 in einem ungehärteten Zustand durch Sprühbeschichten, Walzenbeschichten, Übertragungskissendrucken oder irgendeines von einer Vielfalt von anderen bekannten Verfahren abgeschieden. Die Leiterplatte 10 und das elektrisch leitfähige Elastomermaterial werden dann einem thermischen Zyklus unterzogen, wodurch das elektrisch leitfähige Elastomermaterial vollständig gehärtet und auf die Leiterplatte 10 aufgepfropft wird. Während dieses thermischen Aufpfropfprozesses werden Polymerketten im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial auf Polymerketten in der Leiterplatte 10 aufgepfropft, um eine starke chemische Bindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial und der Leiterplatte 10 zu bilden. Im ungehärteten Zustand sind das elastische Material, die leitfähigen Flocken, das thermoplastische Elastomermaterial und das duroplastische Material typischerweise in einem Lösungsmittel, beispielsweise TOLUOL^TM, suspendiert, das während des thermischen Zyklus verdampft. Es sollte beachtet werden, dass der Aufpfropfprozess alternativ Bestrahlungs- oder Kompressionsbinden beinhalten kann, um das elektrisch leitfähige Elastomermaterial vollständig zu härten und auf die Leiterplatte 10 aufzupfropfen.
Die leitfähigen Flocken im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial stellen einen niedrigen spezifischen Widerstand bereit, selbst wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial durch Ausdehnung oder Kompression verformt wird, da der Oberflächenbereich der leitfähigen Flocken groß genug ist, damit ein elektrischer Kontakt zwischen benachbarten leitfähigen Flocken hergestellt wird, wenn solche Verformungen auftreten. Während einer Längsausdehnung des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials wird beispielsweise die Länge des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials erhöht, während die Dicke des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials verringert wird. Die Verringerung der Dicke bringt benachbarte leitfähige Flocken näher zusammen, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass die großen Oberflächenbereiche von benachbarten leitfähigen Flocken miteinander in physikalischen und daher elektrischen Kontakt kommen. Die Vergrößerung der Länge führt zu einer seitlichen Bewegung der leitfähigen Flocken, wodurch bewirkt wird, dass die großen Oberflächenbereiche von benachbarten leitfähigen Flocken aneinander reiben oder kratzen, so dass ein physikalischer und daher elektrischer Kontakt zwischen benachbarten leitfähigen Flocken aufrechterhalten wird.
Der Härtenennwert des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials liegt typischerweise im Bereich zwischen 40 und 80 auf der Shore-A-Skala. Ein solcher Härtenennwert ermöglicht, dass das elektrisch leitfähige Elastomermaterial auf mindestens 33% seiner Form in Ruhe ausgedehnt oder komprimiert wird. Wenn eine solche Verformung stattfindet, wirken die leitfähigen Flocken, mit denen das elektrisch leitfähige Elastomermaterial durchsetzt ist, zusammen, wie vorstehend beschrieben, um einen niedrigen spezifischen Widerstand über das ganze elektrisch leitfähige Elastomermaterial aufrechtzuerhalten. Es wurde gezeigt, dass ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial, das auf eine Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung aufgepfropft wurde, einen Widerstand im Bereich von 20–30 mOhm während Messungen aufrechterhält, die während einer Verformung des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials innerhalb der vorstehend beschriebenen Grenzen durchgeführt wurden.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass, obwohl die Leiterplatte 10 vorstehend mit entsprechenden zuleitungslosen Oberflächenmontagebauteilen 12' der integrierten Schaltung gezeigt wurde, es auch möglich ist, die vorliegende Erfindung in einer Umgebung zu verwenden, in der diskrete oder ansonsten mit Zuleitungen versehene Bauteile verwendet werden. Obwohl nur eine einlagige Leiterplatte 10 vorstehend gezeigt wurde, ist es ferner auch möglich, die vorliegende Erfindung an mehrlagigen Leiterplatten zu verwenden.
In einem alternativen Ausführungsbeispiel könnte das vorstehend beschriebene elektrisch leitfähige Elastomermaterial in Verbindung mit einem flexiblen Schichtschaltkreis verwendet werden. Mit Bezug auf 12 ist eine perspektivische Ansicht einer flexiblen Schicht 100 mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 102 und einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 104, die daran ausgebildet sind, gezeigt. Die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 104 sehen elektrische Verbindungen zwischen den elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 102 vor. Die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 102 und die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 104 sind mit einem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial ausgebildet, das direkt auf die flexible Schicht 100 aufgepfropft ist.
Die flexible Schicht 100 kann aus einer von vielen verschiedenen Arten von thermoplastischen Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise KAPTON^TM. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial wird direkt auf das thermoplastische Material der flexiblen Schicht 100 aufgepfropft, um die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 102 und die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 104 auszubilden.
Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial umfasst ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials und eines thermoplastischen Materials. Das elastische Material kann ein beliebiges einer Vielfalt von elastischen Materialien sein, wie beispielsweise Silikonkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk. Die leitfähigen Flocken können aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen oder halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Flocken aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitfähigen oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die Größe der leitfähigen Flocken kann in Abhängigkeit von dem Pegel an Leitfähigkeit, der erforderlich ist, und der Größe der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 102 und der elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 104 variieren.
Das thermoplastische Elastomermaterial kann ein beliebiges von einer Vielfalt von thermoplastischen Elastomeren sein, wie beispielsweise VITON^TM. Das thermoplastische Elastomermaterial stellt eine Brückenfunktion zwischen dem elastischen Material und dem thermoplastischen Material im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial bereit. Das heißt, wie nachstehend genauer beschrieben, werden Polymerketten im thermoplastischen Elastomermaterial auf Polymerketten im elastischen Material und im thermoplastischen Material aufgepfropft, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial auf die flexible Schicht 100 aufgepfropft wird.
Unter der Annahme, dass die flexible Schicht 100 aus dem thermoplastischen Material KAPTON^TM hergestellt wird, das Harzfasern umfasst, ist das thermoplastische Material im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial auch KAPTON^TM. Diese Beziehung zwischen der Art des thermoplastischen Materials im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial und der Materialart der flexiblen Schicht 100 stellt sicher, dass sich eine starke chemische Bindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial und der flexiblen Schicht 100 bildet, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial auf die flexible Schicht 100 aufgepfropft wird. Das heißt, wie nachstehend genauer beschrieben, werden Polymerketten im thermoplastischen Material des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials auf Polymerketten im thermoplastischen Material der flexiblen Schicht 100 aufgepfropft, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial auf die flexible Schicht 100 aufgepfropft wird.
Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial wird auf die flexible Schicht 100 durch einen thermischen Aufpfropfprozess aufgepfropft, der typischerweise mit der Bereitstellung der flexiblen Schicht 100 in einem vollständig gehärteten Zustand beginnt. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial wird auf der flexiblen Schicht 100 in einem ungehärteten Zustand durch Sprühbeschichten, Walzenbeschichten, Übertragungskissendrucken oder irgendeines von einer Vielfalt von anderen bekannten Verfahren abgeschieden. Die flexible Schicht 100 und das elektrisch leitfähige Elastomermaterial werden dann einem thermischen Zyklus unterzogen, wodurch das elektrisch leitfähige Elastomermaterial vollständig gehärtet und auf die flexible Schicht 100 aufgepfropft wird. während dieses thermischen Aufpfropfprozesses werden Polymerketten im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial auf Polymerketten in der flexiblen Schicht 100 aufgepfropft, um eine starke chemische Bindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial und der flexiblen Schicht 100 zu bilden. Im ungehärteten Zustand sind das elastische Material, die leitfähigen Flocken, das thermoplastische Elastomermaterial und das thermoplastische Material im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial typischerweise in einem Lösungsmittel, beispielsweise TOLUOL^TM, suspendiert, das während des thermischen Zyklus verdampft. Es sollte beachtet werden, dass der Aufpfropfprozess alternativ Bestrahlungs- oder Kompressionsbinden beinhalten kann, um das elektrisch leitfähige Elastomermaterial vollständig zu härten und auf die flexible Schicht 100 aufzupfropfen.
Wie vorstehend beschrieben, stellen die leitfähigen Flocken im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial einen niedrigen spezifischen Widerstand bereit, selbst wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial durch Ausdehnung oder Kompression verformt wird, da der Oberflächenbereich der leitfähigen Flocken groß genug ist, damit ein elektrischer Kontakt zwischen benachbarten leitfähigen Flocken hergestellt wird, wenn solche Verformungen auftreten. Während einer Längsausdehnung des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials wird beispielsweise die Länge des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials erhöht, während die Dicke des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials verringert wird. Die Verringerung der Dicke bringt benachbarte leitfähige Flocken nahe zusammen, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass die großen Oberflächenbereiche von benachbarten leitfähigen Flocken miteinander in physikalischen und daher elektrischen Kontakt kommen. Die Vergrößerung der Länge führt zu einer seitlichen Bewegung der leitfähigen Flocken, wodurch bewirkt wird, dass die großen Oberflächenbereiche von benachbarten leitfähigen Flocken aneinander reiben oder kratzen, so dass ein physikalischer und daher elektrischer Kontakt zwischen benachbarten leitfähigen Flocken aufrechterhalten wird.
Der Härtenennwert des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials liegt typischerweise im Bereich zwischen 40 und 80 auf der Shore-A-Skala. Ein solcher Härtenennwert ermöglicht, dass das elektrisch leitfähige Elastomermaterial auf mindestens 33% seiner Form in Ruhe ausgedehnt oder komprimiert wird. Wenn eine solche Verformung auftritt, wirken die leitfähigen Flocken, mit denen das elektrisch leitfähige Elastomermaterial durchsetzt ist, zusammen, wie vorstehend beschrieben, um einen niedrigen spezifischen Widerstand über das ganze elektrisch leitfähige Elastomermaterial aufrechtzuerhalten. Es wurde gezeigt, dass ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial, das auf eine Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung aufgepfropft wurde, einen Widerstand im Bereich von 20–30 mOhm während Messungen aufrechterhält, die während einer Verformung des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials innerhalb der vorstehend beschriebenen Grenzen durchgeführt wurden.
Elektrische Verbindungen können mit den elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 102 und/oder den elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 104 einfach durch Drücken einer elektrisch leitfähigen Oberfläche wie beispielsweise einer Testsonde gegen die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 102 und/oder die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 104 hergestellt werden. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial verformt sich unter einem Druck, der durch eine solche elektrisch leitfähige Oberfläche aufgebracht wird, und kehrt in seine ursprüngliche Form zurück, wenn der Druck entfernt wird.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass für beide der vorstehend beschriebenen elektrisch leitfähigen Elastomermaterialien es möglich ist, weitere Materialien zum elektrisch leitfähigen Elastomermaterialgemisch hinzuzufügen, die ermöglichen, dass innigere elektrische Verbindungen zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial und irgendeiner elektrisch leitfähigen Kontaktoberfläche hergestellt werden.
Mit Bezug auf 13 ist eine Querschnittsansicht entweder eines duroplastischen oder eines thermoplastischen Substrats 200 mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 202 gezeigt. Wenn das Substrat 200 ein duroplastische Substrat ist, umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 202 ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials und eines duroplastischen Materials. Wenn das Substrat 200 ein thermoplastisches Substrat ist, umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 202 ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials und eines thermoplastischen Materials.
In Anbetracht dessen, dass das Substrat 200 entweder ein duroplastisches oder ein thermoplastisches Substrat ist, kann das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 202 ferner eine Menge an elektrisch leitfähigen Einkerbungspartikeln 204 umfassen, die in die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 202 eingebettet sind. Die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 werden vorzugsweise auf die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 202 vor einem thermischen Zyklus aufgebracht, so dass die Partikel 204 am elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 202 befestigt werden, wenn es vollständig härtet. Die Einkerbungsnatur der leitfähigen Einkerbungspartikel 204 stellt ein Mittel bereit, durch das ein Isolationsoxid, das auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche gebildet worden sein kann, die mit dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 202 in Kontakt kommen soll, auf die Seite geschoben werden kann, so dass eine verbesserte elektrische Verbindung zwischen der elektrisch leitfähigen Oberfläche und dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 202 gebildet werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 andere Verunreinigungen wie z. B. Fasern und Partikel, die auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche vorhanden sein können, auf die Seite schieben können.
Die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 können aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen oder halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitfähigen oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 weisen typischerweise eine mittlere Partikelgröße von 50 μm auf.
Mit Bezug auf 14 ist eine Querschnittsansicht entweder eines duroplastischen oder thermoplastischen Substrats 200 mit dem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 202 gezeigt. In Anbetracht dessen, dass das Substrat 200 entweder ein duroplastisches oder thermoplastisches Substrat ist, kann das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 202 ferner eine Menge an elektrisch leitfähigen Eindringpartikeln 206 umfassen, die in die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 202 eingebettet sind. Die leitfähigen Eindringpartikel 206 werden vorzugsweise auf die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 202 vor einem thermischen Zyklus aufgebracht, so dass die Partikel 206 am elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 202 befestigt werden, wenn es vollständig härtet. Die eindringende Art der leitfähigen Eindringpartikel 206 stellt ein Mittel bereit, durch das ein Isolationsoxid, das sich auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche gebildet haben kann, die mit dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 202 in Kontakt kommen soll, so durchdrungen werden kann, dass eine verbesserte elektrische Verbindung zwischen dieser elektrisch leitfähigen Oberfläche und dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 202 gebildet werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die leitfähigen Eindringpartikel 206 andere Verunreinigungen wie z. B. Fasern und Partikel, die auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche vorhanden sein können, durchdringen können.
Die leitfähigen Eindringpartikel 206 können aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen oder halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Eindringpartikel 206 aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitfähigen oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die leitfähigen Eindringpartikel 206 weisen typischerweise eine mittlere Partikelgröße von 40 μm auf.
Mit Bezug auf 15 ist eine Querschnittsansicht entweder eines duroplastischen oder thermoplastischen Substrats 200 mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 210 gezeigt. Wenn das Substrat 200 ein duroplastisches Substrat ist, umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 210 ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines duroplastischen Materials und einer Menge der elektrisch leitfähigen Einkerbungspartikel 204 (für Zwecke der Figurdeutlichkeit sind nur die Einkerbungspartikel gezeigt). Das heißt, die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 sind auf dem Substrat 200 zusammen mit dem Rest der Materialien im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 210 abgeschieden. Wenn das Substrat 200 ein thermoplastisches Substrat ist, umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 210 ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines thermoplastischen Materials und einer Menge der elektrisch leitfähigen Einkerbungspartikel 204 (für die Zwecke der Figurdeutlichkeit sind nur die Einkerbungspartikel gezeigt). Das heißt, die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 sind auf dem Substrat 200 zusammen mit dem Rest der Materialien im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 210 abgeschieden.
Die Verteilung der leitfähigen Einkerbungspartikel 204 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 210 ist als nahe der Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 210 gezeigt, da die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 während des Aufbringens des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 210 wahrscheinlich vom Substrat 200 abprallen. Das heißt, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 210 auf das Substrat 200 durch Sprühbeschichten aufgebracht wird, prallen die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 wahrscheinlich vom Substrat 200 ab. Dieser Ort für die leitfähigen Einkerbungspartikel 204 ist natürlich auf der Basis ihrer Funktionalität (z. B. um Oxid auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche auf die Seite zu schieben) bevorzugt. Die Menge der leitfähigen Einkerbungspartikel 204 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 210 muss typischerweise nur nominal 5 Gewichts-% sein, um ihre korrekte Funktionalität sicherzustellen.
Mit Bezug auf 16 ist eine Querschnittsansicht entweder des duroplastischen oder thermoplastischen Substrats 200 mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 220 gezeigt. Wenn das Substrat 200 ein duroplastisches Substrat ist, umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 220 ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge von elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines duroplastischen Materials und einer Menge der elektrisch leitfähigen Eindringpartikel 206 (für Zwecke der Figurendeutlichkeit sind nur die Eindringpartikel gezeigt). Das heißt, die leitfähigen Eindringpartikel 206 sind auf dem Substrat 200 zusammen mit dem Rest der Materialien im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 220 abgeschieden. Wenn das Substrat 200 ein thermoplastisches Substrat ist, umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 220 ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge von elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines thermoplastischen Materials und einer Menge der elektrisch leitfähigen Eindringpartikel 206 (für Zwecke der Figurendeutlichkeit sind nur die Eindringpartikel gezeigt). Das heißt, die leitfähigen Eindringpartikel 206 sind auf dem Substrat 200 zusammen mit dem Rest der Materialien im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 220 abgeschieden.
Die Verteilung der elektrisch leitfähigen Eindringpartikel 206 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 220 ist als nahe der Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 220 gezeigt, da die leitfähigen Eindringpartikel 206 während des Aufbringens des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 220 wahrscheinlich vom Substrat 200 abprallen. Das heißt, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 220 auf das Substrat 200 durch Sprühbeschichten aufgebracht wird, prallen die leitfähigen Eindringpartikel 206 wahrscheinlich vom Substrat 200 ab. Dieser Ort für die leitfähigen Eindringpartikel 206 ist natürlich auf der Basis ihrer Funktionalität (z. B. um Oxid auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche zu durchdringen) bevorzugt. Die Menge der leitfähigen Eindringpartikel 206 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 220 muss typischerweise nur nominal 5 Gewichts-% sein, um ihre korrekte Funktionalität sicherzustellen.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass beliebige der vorstehend beschriebenen elektrisch leitfähigen Elastomermaterialien, einschließlich jener mit elektrisch leitfähigen Eindring- und Einkerbungspartikeln, für eine beliebige Anzahl von Anwendungen verwendet werden können, in denen eine elektrisch leitfähige Oberfläche, Leiterbahn, Beschichtung oder ein anderes elektrisch leitfähiges Element mit elastischen Eigenschaften erforderlich ist. Ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial kann beispielsweise auf ein duroplastisches oder thermoplastisches Substrat für Zwecke des Ausbildens einer leitfähigen Ebene für Abschirmungs- oder Erdungszwecke oder dergleichen aufgepfropft werden. Die Dichte und Gruppierung der leitfähigen Flocken in den vorstehend beschriebenen elektrisch leitfähigen Elastomermaterialien sind derart, dass äußerst wirksame Abschirmungs- oder Erdungsschichten bereitgestellt werden können.
Mit Bezug auf 17 ist eine perspektivische Ansicht eines Abschnitts einer Leiterplatte 10 mit einer Vielzahl von elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 zur Herstellung von elektrischen Verbindungen mit elektrisch leitfähigen Kontaktpunkten 13 an einem Halbleiterchip 16 gezeigt. Die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 weisen elektrisch leitfähige Leiterbahnen 14 auf, die sich davon erstrecken, um elektrische Verbindungen mit anderen Bauelementen (nicht dargestellt) auf der Leiterplatte 10 herzustellen. Ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial ist direkt auf die Oberfläche der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufgepfropft, um die Herstellung der elektrischen Verbindungen zwischen den elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 auf der Leiterplatte 10 und den elektrisch leitfähigen Kontaktpunkten 13 am Halbleiterchip 16 zu erleichtern.
Die Leiterplatte 10 kann aus einer von vielen verschiedenen Arten von Material hergestellt werden, das typischerweise für solche Zwecke verwendet wird, wie beispielsweise FR4^TM. Die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 und die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 werden aus einem Edelmetallmaterial oder Edelmetallverbundmaterial hergestellt, wie beispielsweise einer mit Gold plattierten Kupferlegierung. Die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 und die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 können auf der Leiterplatte 10 durch irgendeines der allgemein bekannten Verfahren ausgebildet werden, wie beispielsweise direkte chemische Abscheidung und Photoresistätzen.
Die elektrisch leitfähigen Kontaktpunkte 13 befinden sich an der Unterseite des Halbleiterchips 16 und können aus einer beliebigen Art von elektrisch leitfähigem Material ausgebildet werden. Solche elektrisch leitfähigen Kontaktpunkte 13 werden typischerweise aus Gold ausgebildet.
Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial wird direkt auf das Edelmetallmaterial oder Edelmetallverbundmaterial der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufgepfropft. Wie nachstehend genauer beschrieben, erleichtert das elektrisch leitfähige Elastomermaterial die Herstellung der elektrischen Verbindungen zwischen den elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 auf der Leiterplatte 10 und den elektrisch leitfähigen Kontaktpunkten 13 am Halbleiterchip 16 durch Ermöglichen, dass die elektrisch leitfähigen Kontaktpunkte 13 am Halbleiterchip 16 gegen ein elektrisch leitfähiges verformbares Material pressen, so dass jeder der elektrisch leitfähigen Kontaktpunkte 13 am Halbleiterchip 16 mit einer entsprechenden der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 auf der Leiterplatte 10 in innigem Kontakt steht. Mit Bezug auf 18 ist beispielsweise eine Querschnittsansicht der Leiterplatte 10, des Halbleiterchips 16 und einer gewissen zugehörigen Montagehardware 300 in auseinandergezogener Anordnung gezeigt. Die Leiterplatte 10 weist die daran ausgebildeten elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 auf (die elektrisch leitfähigen Leiterbahnen 14 sind für Zwecke der Figurendeutlichkeit nicht gezeigt) und jede der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 weist ein direkt darauf aufgepfropftes elektrisch leitfähiges Elastomermaterial 302 auf. Der Halbleiterchip 16 weist die elektrisch leitfähigen Kontaktpunkte 13 auf, die an dessen Unterseite ausgebildet sind. Die Montagehardware 300 umfasst einen Wärmeableiter 304, eine Sicherungsplatte 306, ein Paar von Montageschrauben 308 und ein entsprechendes Paar von Montagemuttern 310. Es sollte beachtet werden, dass die Montagehardware 300 nur für Erläuterungszwecke gezeigt ist und dass statt dessen zahlreiche andere Montageschemen verwendet werden können.
Wenn die Montagemuttern 310 an den Montagebolzen 308 festgezogen werden, drückt der Wärmeableiter 304 den Halbleiterchip 16 in Richtung der Leiterplatte 10. Folglich werden die elektrisch leitfähigen Kontaktpunkte 13 am Halbleiterchip 16 gegen das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 gedrückt, das auf die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 an der Leiterplatte 10 aufgepfropft ist. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302, das auf jede elektrisch leitfähige Kontaktstelle 11 aufgepfropft ist; ist elastisch, so dass das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 sich leicht an die Form eines entsprechenden elektrisch leitfähigen Kontaktpunkts 13 am Halbleiterchip 16 und den dadurch aufgebrachten Druck anpasst, wodurch ein inniger Kontakt zwischen jedem der elektrisch leitfähigen Kontaktpunkte 13 am Halbleiterchip 16 und dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 302, das auf eine entsprechende elektrisch leitfähige Kontaktstelle 11 auf der Leiterplatte 10 aufgepfropft ist, sichergestellt wird. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 ist insofern elastisch, als es sich unter dem Druck, der durch einen elektrisch leitfähigen Kontaktpunkt 13 am Halbleiterchip 16 aufgebracht wird, verformt und in seine ursprüngliche Form zurückkehrt, wenn der Druck entfernt wird.
Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 umfasst ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines leitfähigen thermoplastischen Polymermaterials und eines Edelmetalls oder Edelmetallverbundmaterials. Das elastische Material kann irgendeines von einer Vielfalt von elastischen Materialien sein, wie beispielsweise Silikonkautschuk oder Fluorsilikonkautschuk. Die leitfähigen Flocken können aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen oder halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Flocken aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitfähigen oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die Größe der leitfähigen Flocken kann in Abhängigkeit von dem Pegel an Leitfähigkeit, der erforderlich ist, und der Größe der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 variieren.
Das thermoplastische Elastomermaterial kann ein beliebiges von einer Vielfalt von thermoplastischen Elastomeren sein, wie beispielsweise VITON^TM. Das thermoplastische Elastomermaterial stellt eine Brückenfunktion zwischen dem elastischen Material und dem leitfähigen thermoplastischen Polymermaterial bereit. Das heißt, wie nachstehend genauer beschrieben, werden Polymerketten im thermoplastischen Elastomermaterial auf Polymerketten im elastischen Material und im leitfähigen thermoplastischen Polymermaterial aufgepfropft, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 auf die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufgepfropft wird.
Das leitfähige thermoplastische Polymermaterial ist eine leitfähige thermoplastische Polymerkette mit einem Kettenkern aus thermoplastischem Material mit einem leitfähigen Material an den Enden von zumindest einigen, wenn nicht allen der Zweige, die sich vom Kettenkern aus thermoplastischem Material weg erstrecken. Folglich ist der Kettenkern aus thermoplastischem Material nicht leitfähig, aber die äußeren Bereiche der Kette, die durch die Enden der Zweige definiert sind, sind dies. Der Kettenkern aus thermoplastischem Material stellt zusammenhängende Bindungen für das leitfähige Material an den Enden der Zweige bereit, die sich vom Kettenkern aus thermoplastischem Material weg erstrecken.
Das leitfähige thermoplastische Polymermaterial stellt eine Brückenfunktion zwischen dem thermoplastischen Elastomermaterial und dem Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial bereit. Das heißt, wie nachstehend genauer beschrieben, werden Polymerketten im leitfähigen thermoplastischen Polymermaterial auf Polymerketten im thermoplastischen Elastomermaterial und im Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial aufgepfropft, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 auf die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufgepfropft wird.
Das thermoplastische Material, das den Kettenkern bildet, kann aus irgendeinem von einer Vielfalt von thermoplastischen Materialien ausgebildet werden, wie beispielsweise ULTEM^TM. Das leitfähige Material an den Enden der Zweige, die sich vom Kettenkern aus thermoplastischem Material weg erstrecken, ist ein Edelmetall, wie beispielsweise Silber. Es sollte beachtet werden, dass sich das leitfähige Material in einem ionischen Zustand befindet.
Wenn die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aus einer mit Gold plattierten Kupferlegierung hergestellt werden, muss das Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial nicht auch eine mit Gold plattierte Kupferlegierung sein. Das heißt, das Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 302 kann ein beliebiges einer Vielfalt von Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterialien sein, wie beispielsweise mit Silber beschichtete Kohlenstofffasern. Es reicht aus, dass die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 und das Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 302 beide Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterialien sind, um sicherzustellen, dass sich eine starke chemische Bindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 302 und den elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 bildet, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 auf die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufgepfropft wird. Das heißt, wie nachstehend genauer beschrieben, werden Polymerketten im Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 302 auf Polymerketten im Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufgepfropft, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 auf die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufgepfropft wird.
Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 wird auf die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 durch einen thermischen Aufpfropfprozess aufgepfropft, der typischerweise mit der Bereitstellung des Edelmetalls oder Edelmetallverbundmaterials der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 in einem vollständig gehärteten Zustand beginnt. Das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 wird auf den elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 in einem ungehärteten Zustand durch Sprühbeschichten, Walzenbeschichten, Übertragungskissendrucken oder irgendeines von einer Vielfalt von anderen bekannten Verfahren abgeschieden. Die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 und das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 werden dann einem thermischen Zyklus unterzogen, wodurch das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 vollständig gehärtet und auf die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufgepfropft wird. Während dieses thermischen Aufpfropfprozesses werden Polymerketten im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 302 auf Polymerketten im Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial der elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufgepfropft, um eine starke chemische Bindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 302 und den elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 zu bilden. Im ungehärteten Zustand sind das elastische Material, die leitfähigen Flocken, das thermoplastische Elastomermaterial, das leitfähige thermoplastische Polymermaterial und das Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial typischerweise in einem Lösungsmittel, beispielsweise TOLUOL^TM, suspendiert, das während des thermischen Zyklus verdampft. Es sollte beachtet werden, dass der Aufpfropfprozess alternativ Bestrahlungs- oder Kompressionsbinden beinhalten kann, um das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 vollständig zu härten und auf die elektrisch leitfähigen Kontaktstellen 11 aufzupfropfen.
Die leitfähigen Flocken im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 302 stellen einen niedrigen spezifischen Widerstand bereit, selbst wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 durch Ausdehnung oder Kompression verformt wird, da der Oberflächenbereich der leitfähigen Flocken groß genug ist, damit ein elektrischer Kontakt zwischen benachbarten leitenden Flocken hergestellt wird, wenn solche Verformungen auftreten. Während einer Längsausdehnung des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 302 wird beispielsweise die Länge des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 302 erhöht, während die Dicke des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 302 verringert wird. Die Verringerung der Dicke bringt benachbarte leitfähige Flocken näher zusammen, wodurch die Wahrscheinlichkeit erhöht wird, dass die großen Oberflächenbereiche von benachbarten leitfähigen Flocken miteinander in physikalischen und daher elektrischen Kontakt kommen. Die Vergrößerung der Länge führt zu einer seitlichen Bewegung der leitfähigen Flocken, wodurch bewirkt wird, dass die großen Oberflächenbereiche von benachbarten leitfähigen Flocken aneinander reiben oder kratzen, so dass ein physikalischer und daher elektrischer Kontakt zwischen benachbarten leitfähigen Flocken aufrechterhalten wird.
Der Härtenennwert des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 302 liegt typischerweise im Bereich zwischen 40 und 80 auf der Shore-A-Skala. Ein solcher Härtenennwert ermöglicht, dass das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 auf mindestens 33% seiner Form in Ruhe ausgedehnt oder komprimiert wird. Wenn eine solche Verformung auftritt, wirken die leitfähigen Flocken, mit denen das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 22 durchsetzt ist, zusammen, wie vorstehend beschrieben, um einen niedrigen spezifischen Widerstand über das ganze elektrisch leitfähige Elastomermaterial 22 aufrechtzuerhalten. Es wurde gezeigt, dass ein elektrisch leitfähiges Elastomermaterial, das auf elektrisch leitfähige Kontaktstellen auf einer Leiterplatte gemäß der vorliegenden Erfindung aufgepfropft wurde, einen Widerstand im Bereich von 20–30 mOhm während Messungen aufrechterhält, die während einer Verformung des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 302 innerhalb der vorstehend beschriebenen Grenzen durchgeführt wurden.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass, obwohl vorstehend gezeigt wurde, dass das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 beim Erleichtern der Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen elektrisch leitfähigen Kontaktstellen auf einer Leiterplatte und elektrisch leitfähigen Kontaktpunkten an einem Halbleiterchip nützlich ist, das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 auch verwendet werden kann, um die Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen elektrisch leitfähigen Kontaktstellen auf einer Leiterplatte und elektrisch leitfähigen Anschlüssen an mit Zuleitungen versehenen oder zuleitungslosen integrierten Schaltungen zu erleichtern. Ferner kann das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 302 auf flexible Metallmaterialien aufgepfropft werden, die in flexiblen Schichtschaltkreisen und dergleichen verwendet werden.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass es möglich ist, weitere Materialien zum elektrisch leitfähigen Elastomermaterialgemisch hinzuzufügen, um die Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 302 und irgendeiner elektrisch leitfähigen Kontaktoberfläche weiter zu erleichtern.
Mit Bezug auf 19 ist eine Querschnittsansicht eines Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterial-Substrats 400 mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 gezeigt. Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 402 ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines leitfähigen thermoplastischen Polymermaterials und eines Edelmetalls oder Edelmetallverbundmaterials. Gemäß der vorliegenden Erfindung, wie vorstehend beschrieben, bildet sich auch, da sowohl das Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterial-Substrat 400 als auch das Edelmetall oder Edelmetallverbundmaterial im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 tatsächlich beide Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterialien sind, eine starke chemische Bindung zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 und dem Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterial-Substrat 400, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 402 auf das Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterial-Substrat 400 aufgepfropft wird.
Um die Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 und irgendeiner elektrisch leitfähigen Kontaktoberfläche weiter zu erleichtern, kann das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 402 ferner eine Menge von elektrisch leitfähigen Einkerbungspartikeln 404 umfassen, die in die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 402 eingebettet sind. Die leitfähigen Einkerbungspartikel 404 werden vorzugsweise auf die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 402 vor einem thermischen Zyklus aufgebracht, so dass die Partikel 404 am elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 befestigt werden, wenn es vollständig härtet. Die Einkerbungsnatur der leitfähigen Einkerbungspartikel 404 stellt ein Mittel bereit, durch das ein Isolationsoxid, das sich auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche gebildet haben kann, die mit dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 in Kontakt kommen soll, auf die Seite geschoben werden kann, so dass eine verbesserte elektrische Verbindung zwischen dieser elektrisch leitfähigen Oberfläche und dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 gebildet werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die leitfähigen Einkerbungspartikel 404 andere Verunreinigungen wie z. B. Fasern und Partikel, die auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche vorhanden sein können, auf die Seite schieben können.
Die leitfähigen Einkerbungspartikel 404 können aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen oder halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Einkerbungspartikel 404 aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitfähigen oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die leitfähigen Einkerbungspartikel 404 weisen typischerweise eine mittlere Partikelgröße von 50 μm auf.
Mit Bezug auf 20 ist eine Querschnittsansicht des Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterial-Substrats 400 mit dem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 gezeigt. Um die Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 und irgendeiner elektrisch leitfähigen Kontaktoberfläche weiter zu erleichtern, kann das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 402 ferner eine Menge an elektrisch leitfähigen Eindringpartikeln 406 umfassen, die in die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 402 eingebettet sind. Die leitfähigen Eindringpartikel 406 werden vorzugsweise auf die Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 402 vor einem thermischen Zyklus aufgebracht, so dass die Partikel 406 am elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 befestigt werden, wenn es vollständig härtet. Die eindringende Art der leitfähigen Eindringpartikel 406 stellt ein Mittel bereit, durch das ein Isolationsoxid, das sich auf einer elektrisch leitfähigen Oberfläche gebildet haben kann, die mit dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 in Kontakt kommen soll, so durchdrungen werden kann, dass eine verbesserte elektrische Verbindung zwischen dieser elektrisch leitfähigen Oberfläche und dem elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 402 gebildet werden kann. Es sollte beachtet werden, dass die leitfähigen Eindringpartikel 406 andere Verunreinigungen wie z. B. Fasern und Partikel, die auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche vorhanden sein können, durchbohren können.
Die leitfähigen Eindringpartikel 406 können aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen oder halbleitenden Materialien hergestellt werden, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Alternativ können die leitfähigen Eindringpartikel 406 aus vielen verschiedenen Arten von leitfähigen, halbleitenden oder isolierenden Materialien hergestellt werden, die mit anderen leitfähigen oder halbleitenden Materialien beschichtet oder durchsetzt sind, wie beispielsweise Silber, Nickel oder Kohlenstoff. Die leitfähigen Eindringpartikel 406 weisen typischerweise eine mittlere Partikelgröße von 40 μm auf.
Mit Bezug auf 21 ist eine Querschnittsansicht des Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterial-Substrats 400 mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 410 gezeigt. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 410 ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge an elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines leitfähigen thermoplastischen Polymermaterials, eines Edelmetalls oder Edelmetallverbundmaterials und einer Menge der elektrisch leitfähigen Einkerbungspartikel 404 (für die Zwecke der Figurendeutlichkeit sind nur die Einkerbungspartikel gezeigt). Das heißt, die elektrisch leitfähigen Einkerbungspartikel 404 sind auf dem Substrat 400 zusammen mit dem Rest der Materialien im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 410 abgeschieden.
Die Verteilung der leitfähigen Einkerbungspartikel 404 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 410 ist als nahe der Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 410 gezeigt, da die leitfähigen Einkerbungspartikel 404 während des Aufbringens des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 410 wahrscheinlich vom Substrat 400 abprallen. Das heißt, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 410 auf das Substrat 400 durch Sprühbeschichten aufgebracht wird, prallen die leitfähigen Einkerbungspartikel 404 wahrscheinlich vom Substrat 400 ab. Dieser Ort für die leitfähigen Einkerbungspartikel 404 ist natürlich auf der Basis ihrer Funktionalität (z. B. um Oxid auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche auf die Seite zu schieben) bevorzugt. Die Menge der leitfähigen Einkerbungspartikel 404 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 410 muss typischerweise nur nominal 5 Gewichts-% sein, um ihre korrekte Funktionalität sicherzustellen.
Mit Bezug auf 22 ist eine Querschnittsansicht des Edelmetall- oder Edelmetallverbundmaterial-Substrats 400 mit einem darauf aufgepfropften elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 420 gezeigt. In diesem speziellen Ausführungsbeispiel umfasst das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 420 ein Gemisch eines elastischen Materials, einer Menge von elektrisch leitfähigen Flocken, eines thermoplastischen Elastomermaterials, eines leitfähigen thermoplastischen Polymermaterials, eines Edelmetalls oder Edelmetallverbundmaterials und einer Menge der elektrisch leitfähigen Einkerbungspartikel 406 (für Zwecke der Figurendeutlichkeit sind nur die Eindringpartikel gezeigt). Das heißt, die leitfähigen Eindringpartikel 406 sind auf dem Substrat 400 zusammen mit dem Rest der Materialien im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 420 abgeschieden.
Die Verteilung der leitfähigen Eindringpartikel 406 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 420 ist als nahe der Oberfläche des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 420 gezeigt, da die leitfähigen Eindringpartikel 406 während des Aufbringens des elektrisch leitfähigen Elastomermaterials 420 wahrscheinlich vom Substrat 400 abprallen. Das heißt, wenn das elektrisch leitfähige Elastomermaterial 420 auf das Substrat 400 durch Sprühbeschichten aufgebracht wird, prallen die leitfähigen Eindringpartikel 406 wahrscheinlich vom Substrat 400 ab. Dieser Ort für die leitfähigen Eindringpartikel 406 ist natürlich auf der Basis ihrer Funktionalität (z. B. um Oxid auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche zu durchbohren) bevorzugt. Die Menge der leitfähigen Eindringpartikel 406 im elektrisch leitfähigen Elastomermaterial 420 muss typischerweise nur nominal 5 Gewichts-% sein, um ihre korrekte Funktionalität sicherzustellen.
An diesem Punkt sollte beachtet werden, dass beliebige der vorstehend beschriebenen elektrisch leitfähigen Elastomermaterialien, einschließlich jener mit elektrisch leitfähigen Eindring- und Einkerbungspartikeln, für eine beliebige Anzahl von Anwendungen verwendet werden können, in denen eine elektrisch leitfähige Oberfläche, Leiterbahn, Beschichtung oder ein anderes elektrisch leitfähiges Element mit elastischen Eigenschaften erforderlich ist.
Die vorliegende Erfindung soll im Schutzbereich nicht durch die hierin beschriebenen speziellen Ausführungsbeispiele begrenzt werden. Tatsächlich sind verschiedene Modifikationen der vorliegenden Erfindung zusätzlich zu den hierin beschriebenen für Fachleute aus der vorangehenden Beschreibung und den zugehörigen Zeichnungen ersichtlich. Folglich ist der Schutzbereich der Erfindung durch die beigefügten Ansprüche definiert.

Claims

Eine elastische Schaltung umfassend: ein Substrat (66) mit einer äußeren Oberfläche, wobei das Substrat aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material gebildet ist; und ein leitfähiges Elastomer (68), das thermisch direkt auf zumindest einen Teil der äußeren Oberfläche des Substrats (66) aufgepfropft ist, wobei das leitfähige Elastomer (68) eine äußere Oberfläche besitzt und aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material (20), das mit einer Menge leitfähiger Flocken (22) in dem Elastomer durchsetzt ist, und einer Menge leitfähiger Partikel (70, 72), mit dem entweder das nicht leitfähige elastische Material (20) so durchsetzt ist, dass zumindest einige der leitfähigen Partikel (70, 72) entlang der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) vorliegen, oder die in der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) so eingebettet sind, dass sich zumindest ein Teil der leitfähigen Partikel (70, 72) über die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) erstreckt, gebildet ist.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei das Aufpfropfen des leitfähigen Elastomers (68) auf das Substrat (66) des weiteren mittels Bestrahlung erfolgt.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei das Aufpfropfen des leitfähigen Elastomers (68) auf das Substrat (66) des weiteren durch Kompression erfolgt.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Flocken (22) aus einem festen leitfähigen Material gebildet sind.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Flocken (22) aus einem semi-leitfähigen Material gebildet sind, das mit einem leitfähigen Material beschichtet ist.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Flocken (22) aus einem nicht-leitfähigen Material gebildet sind, das mit einem leitfähigen Material beschichtet ist.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Partikel (70) eine gerundete äußere Oberfläche besitzen, um etwaige Oxide oder andere Fremdkörper, die sich auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche ausgebildet haben könnten, zur Seite zu schieben, wenn die elastische Schaltung mit der leitfähigen Kontaktoberfläche gekoppelt wird.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 7, wobei die abgerundeten leitfähigen Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 50 μm besitzen.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Partikel (72) eine zackige äußere Oberfläche besitzen, um etwaige Oxide oder andere Fremdstoffe, die sich auf einer leitfähigen Kontaktoberfläche ausgebildet haben könnten, zu durchdringen, wenn die elastische Schaltung mit der leitfähigen Kontaktoberfläche gekoppelt wird.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 9, wobei die zackigen leitfähigen Partikel eine durchschnittliche Partikelgröße von 40 μm besitzen.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Partikel (70, 72) aus einem festen leitfähigen Material gebildet sind.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Partikel (70, 72) aus einem semi-leitfähigen Material gebildet sind, das mit einem leitfähigen Material beschichtet ist.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die leitfähigen Partikel (70, 72) aus einem nicht-leitfähigen Material gebildet sind, das mit einem leitfähigen Material beschichtet ist.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltung eine Platine umfasst, wobei das Substrat (66) aus einem nicht-leitfähigen duro plastischen Material gebildet ist, und wobei das leitfähige Elastomer (68) des weiteren ein thermoplastisches Elastomermaterial und ein Duroplastmaterial aufweist.
Die elastische Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltung einen flexiblen Schichtschaltkreis umfasst, wobei das Substrat (66) aus einem nicht-leitfähigen thermoplastischen Material gebildet ist, und wobei das leitfähige Elastomer (68) des weiteren ein thermoplastisches Elastomermaterial und ein thermoplastisches Material aufweist.
Die Schaltung gemäß Anspruch 1, wobei die Schaltung ein elektrisches Verbindungssystem umfasst, wobei das Substrat (66) aus einem leitfähigen Metallmaterial gebildet ist und wobei das leitfähige Elastomer (68) des weiteren ein thermoplastisches Elastomermaterial, ein leitfähiges thermoplastisches Polymermaterial und ein leitfähiges Metallmaterial umfasst.
Die Schaltung gemäß Anspruch 16, wobei das leitfähige thermoplastische Polymermaterial eine leitfähige thermoplastische Polymerkette ist, die einen thermoplastischen Materialkettenkern umfasst mit einem leitfähigen Material an den Enden von zumindest einige Zweigen, die sich von dem thermoplastischen Materialkettenkern weg erstrecken.
Ein Verfahren zum Pfropfen eines leitfähigen Elastomers (68) auf ein elastisches Substrat (66), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Zurverfügungstellen eines Substrats (66), wobei das Substrat (66) eine äußere Oberfläche besitzt und aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material gebildet ist; Aufbringen eines leitfähigen Elastomers (68) auf die äußere Oberfläche des Substrats (66), wobei das leitfähige Elastomer (68) eine äußere Oberfläche besitzt und aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material (20), das mit einer Menge leitfähiger Flocken (22) in dem Elastomer (68) durchsetzt ist, und einer Menge leitfähiger Partikel (70, 72), die entweder das nicht-leitfähige elastische Material (20) derart durchsetzen, dass zumindest einige der leitfähigen Partikel (70, 72) entlang der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) vorlie gen, oder die auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) aufgebracht werden, gebildet wird; Aussetzen des Substrats (66) und des leitfähigen Elastomers (68) einem thermischen Prozess, so dass Polymerketten in dem nicht-leitfähigen elastischen Material (20) des leitfähigen Elastomers (68) auf Polymerketten in dem nicht-leitfähigen elastischen Material (20) des Substrats (66) aufgepfropft werden; so dass zumindest einige der auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) aufgebrachten leitfähigen Partikel (70, 72) in der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) eingebettet werden und sich zumindest ein Teil der leitfähigen Partikel (70, 72) über die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) erstrecken, nachdem das Substrat (66) und das leitfähige Elastomer (68) dem thermischen Prozess ausgesetzt worden sind.
Ein Verfahren zum Pfropfen eines leitfähigen Elastomers (68) auf ein duroplastisches oder thermoplastisches Substrat (66), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Zurverfügungstellen eines Substrats (66), wobei das Substrat (66) eine äußere Oberfläche besitzt und aus einem nicht-leitfähigen duroplastischen oder thermoplastischen Material gebildet ist; Aufbringen eines leitfähigen Elastomers (68) auf die äußere Oberfläche des Substrats (66), wobei das leitfähige Elastomer (68) eine äußere Oberfläche besitzt und aus einer Mischung aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material, einer Menge leitfähiger Flocken (22), einem thermoplastischen Elastomermaterial, einem duroplastischen oder thermoplastischen Material und einer Menge leitfähiger Partikel (70, 72), mit der die Mischung entweder so durchsetzt ist, dass zumindest einige der leitfähigen Partikel (70, 72) entlang der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) vorliegen, oder die auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) aufgebracht werden, gebildet wird; und Aussetzen des Substrats (66) und des leitfähigen Elastomers (68) einem thermischen Prozess, so dass Polymerketten in dem leitfähigen Elastomer (68) auf Polymerketten in dem Substrat (66) aufgepfropft werden; so, dass zumindest einige der auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) aufgebrachten leitfähigen Partikel (70, 72) in der äußeren Ober fläche des leitfähigen Elastomers (68) eingebettet werden und sich zumindest ein Teil der leitfähigen Partikel (70, 72) über die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) erstrecken, nachdem das Substrat (66) und das leitfähige Elastomer (68) dem thermischen Prozess ausgesetzt worden sind.
Ein Verfahren zum Pfropfen eines leitfähigen Elastomers (68) auf ein metallisches Substrat (66), wobei das Verfahren die Schritte umfasst: Zurverfügungstellen eines Substrats (66), wobei das Substrat (66) eine äußere Oberfläche besitzt und aus einem leitfähigen Edelmetallmaterial gebildet ist; Aufbringen eines leitfähigen Elastomers (68) auf die äußere Oberfläche des Substrats (66), wobei das leitfähige Elastomer (68) eine äußere Oberfläche besitzt und aus einer Mischung aus einem nicht-leitfähigen elastischen Material, einer Menge leitfähiger Flocken (20), einem thermoplastischen Elastomermaterial, einem leitfähigen thermoplastischen Polymermaterial, einem leitfähigen metallischen Material und einer Menge leitfähiger Partikel (70, 72), mit der das nicht-leitfähige elastische Material entweder so durchsetzt ist, dass zumindest einige der leitfähigen Partikel (70, 72) entlang der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) vorliegen, oder die auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) aufgebracht werden, gebildet wird; und Aussetzen des Substrats (66) und des leitfähigen Elastomers (68) einem thermischen Prozess, so dass Polymerketten in dem leitfähigen Elastomer (68) auf Polymerketten in dem Substrat (66) aufgepfropft werden; so dass zumindest einige der auf die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) aufgebrachten leitfähigen Partikels (70, 72) in der äußeren Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) eingebettet werden und sich zumindest ein Teil der leitfähigen Partikel (70, 72) über die äußere Oberfläche des leitfähigen Elastomers (68) erstrecken, nachdem das Substrat (66) und das leitfähige Elastomer (68) dem thermischen Prozess ausgesetzt worden sind.