JP2010528491A - 絶縁された導電性接点を金属パッケージを貫通するように形成するプロセス - Google Patents

Abstract

絶縁された導電性接点を金属基板を貫通するように形成する方法であり、この方法は、少なくとも一つのビアを、基板を貫通して作成するステップを含む。各ビアの側壁（群）をクリーニングし、そして非導電層で被覆する。非導電層は、陽極酸化により、又は誘電体の薄膜堆積により形成される。非導電層で被覆した後に、導電性インク又はエポキシなどのような導電性フィラーをビア内に配置する。本方法に従って形成されるハウジング部品も教示される。

Description

本発明は概して、電気的に絶縁された接点を金属基板内に形成する方法、及び本明細書に開示する方法により形成された、電気的に絶縁された接点を含む装置に関する。

金属は、コンシューマ電子機器を含む非常に多くの種類の製品のハウジングとして頻繁に使用される。アルミニウムは、時々使用される一つの金属であり、この場合、アルミニウムは陽極酸化されることが多い。アルミニウムパッケージの場合、これらのパッケージは機械加工することができる、又は押し出し成形することができる。化学的安定性及び機械的堅牢性を高めるために、アルミニウムを陽極酸化して、堅い絶縁性酸化アルミニウム層を数ミクロンの厚さに形成することができる。陽極酸化によって、アルミニウムの酸化を防止する堅い表面が得られる。陽極酸化処理は、染料を注入して、パッケージに色を付けることができる。

電気的に絶縁された接点を形成する方法は、ビアを金属基板内に形成することにより始まる。ビアは側壁を含み、側壁には電気絶縁層が形成される。ビアには導電性フィラーが充填される。
電気絶縁層を形成する方法の一つの例が陽極酸化である。別の例が薄膜堆積法である。
一つの例では、ビアは、電気絶縁層を形成する前にクリーニングすることができる。

絶縁された複数の導電性接点を含むハウジング部分のようなパッケージも提供される。該ハウジング部分は、金属基板により形成される部分を含むことができる。絶縁された導電性接点は基板内に、ビアを基板内に形成することにより形成される。ビアの側壁は、電気絶縁材料により被覆される。
本発明のこれらの例、及び他の例は、以下に更に詳細に説明される。

本明細書における記述では、添付の図面が参照され、これらの図面では、同様の参照番号は同様の構成要素を、幾つかの図を通じて指す。
絶縁された電気接点を金属基板内に形成するための一連の操作の例を示すフローチャートである。 絶縁された電気接点を金属基板内に形成するための一連の操作の第２の例を示すフローチャートである。 ビアを基板内に形成する様子を模式的に示す。 基板内のビアをクリーニングする様子を模式的に示す。 基板内のビアの側壁を陽極酸化する様子を模式的に示す。 図３Ｃのビアに導電材料を充填する様子を模式的に示す。 複数のビアを基板のポケット領域に形成する様子を模式的に示す。 基板のポケット領域の複数のビアをクリーニングする様子を模式的に示す。 複数のビアの側壁を陽極酸化する様子を模式的に示す。 複数のビアに導電材料を充填する様子を模式的に示す。 複数のビアに導電材料を充填する様子を模式的に示す。 導電材料で充填されたポケットを、導電材料で充填されたビアとともに模式的に示す。 ビアがパッケージ内に形成されている状態の陽極酸化済みの金属パッケージの模式図である。

開示するのは、絶縁された一つ以上の電気接点を金属基板内に形成する方法である。ビアを金属基板内に、ドリルで穴を開けて形成する。ビアの側壁(群)はエッチングを使用してクリーニングすることができる。非導電性コーティングをビア側壁に形成する。一つの例では、ビア側壁を陽極酸化する。別の例では、ビア側壁を、膜堆積プロセスを使用して誘電体で被覆する。次に、導電材料をビアに充填する。一つの例では、導電材料は導電性インクである。別の例では、導電材料は導電性エポキシである。ビア側壁は非導電性であるので、電気信号及び／又は電流が導電材料を通過することができ、この場合、信号及び／又は電流によって基板の本体が接地されることがない、または信号及び／又は電流が漏れ出して基板の本体に流れ込むことがない。

図１を参照すると、絶縁された接点を形成する一つの例に関連する操作を表わす模式フローチャートが示される。操作２によれば、金属基板が提供される。この例では、金属は、陽極酸化が容易であることからアルミニウムであるが、チタン及びニオビウムのような他の金属も容易に陽極酸化することができる。操作３では、少なくとも一つのビアを基板内に形成する。ビア（群）はレーザ、パルスレーザ、ドリル、ＥＤＭなどを使用して形成することができる。ビアを形成した後、ビアの側壁（又は、例えば一つの連続壁が形成される場合の側壁）を操作４でクリーニングする。操作４では、基板全体をクリーニングすることもできる。クリーニング技術の例として、これらには制限されないが、高圧エアスプレー、超音波クリーニング、ファイングリット研磨、及び／又は化学エッチングを挙げることができる。化学エッチングの例が、水酸化ナトリウムアルカリエッチングである。操作５では、ビアの側壁を陽極酸化する。操作５では、基板が陽極酸化されていなかった場合に、当該基板を陽極酸化することもできる。タイプI又はタイプIIの陽極酸化を使用することができる。本明細書に示す例では、基板全体を、ビアが形成された後に陽極酸化する。しかしながら、基板は、いずれのビアをも形成する前に陽極酸化してもよい。操作６では、ビアに導電材料を充填する。導電材料の例として、商品名Ａｎａｐｒｏで販売されているインクのような導電性インク、又は商品名Ｍａｓｔｅｒｂｏｎｄで販売されているエポキシのような導電性エポキシを挙げることができる。商品名Ａｎａｐｒｏで販売されているエポキシは、比較的低い粘度を有する溶媒に分散させた銀ナノ粒子を含む。

図１に示す方法により形成され、かつ絶縁された電気接点は、非常に多くの種類の用途に使用することができ、これらの用途として、これらには制限されないが、アンテナ及びタッチセンサを挙げることができる。
図２を参照すると、絶縁された電気接点を形成する別の例に関連する操作を表わす模式フローチャートが示される。操作２及び３は、図１に関して説明した操作と同じである。ビアを操作３で形成した後、操作４では、ビアの側壁を、従来の薄膜堆積プロセスをビア側壁に対して実行することができるようにクリーニングする。操作７では、ビアを誘電体で被覆する。誘電体をビア側壁に堆積させるために、多くの薄膜堆積技術のいずれの薄膜堆積技術を使用してもよい。例えば、化学気相成長法（ＣＶＤ）を使用して、二酸化シリコン層をビア側壁に堆積させてもよい。操作６では、ビアに、図１に関して既に説明した導電材料を充填する。

図３Ａ〜３Ｄを参照すると、基板内に形成され、かつ絶縁された接点を有する金属基板１４が示される。図示のように、基板１４は陽極酸化されておらず、かつ誘電体材料で被覆されてもいない。本明細書に示さない別の例では、基板１４は陽極酸化、又は誘電体で被覆されていてもよい。頻繁に、このような基板は、コンシューマ向け電子機器パッケージに使用され、そしてアルミニウムにより形成される場合がある。基板１４は第１面１６及び第２面１８を含む。基板１４は、この例では、０．３〜１．０ｍｍの範囲とすることができる厚さを有する。図示のように、レーザ４６を使用して、ビア３０を形成することができる。レーザ４６の一つのタイプが、円形パターン又は螺旋パターンを使用するダイオード励起固体パルスレーザである。３０ｋＨｚのパルス繰り返しレート、及び約６０ナノ秒のパルス幅を有するＮｄ：ＹＡＧレーザ３５５ｎｍのスポット２２が円錐状ビアの機械加工に有用であることが判明している。他のレーザを使用してもよく、そして他の技術を使用してビア３０を形成してもよい。ビア３０を形成することができる他の方法の例については、上の記述を参照されたい。

ビア３０は円錐状に形成することができる。ビア３０は、側壁３４と、第１開口４０と、そして第２開口４４と、を含む。開口４０及び４４の各開口は、２０〜２００マイクロメートル（μｍ）の範囲とすることができる。一つの例では、開口４０は、約９０〜１００マイクロメートル（μｍ）の範囲の直径であり、そして開口４４は、約３０〜４０マイクロメートル（μｍ）の範囲の直径である。記述した例では、多くのビアが、図５に示すアレイのようなパターニングされた離間アレイを形成することができ、この離間アレイは、例えば１００ミクロンの間隔を有する。開口４４は、目視検査時に検出することが困難となる可能性がある。開口４４は、面１８を、例えば種々の表面仕上げ法で処理することによって更に隠れてしまう可能性があり、これらの表面仕上げ法の一例がビーズブラスト法である。

ビア側壁３４はクリーニングすることができる。上に述べたように、非常に多くの種類のクリーニング方法を使用することができる。側壁３４が陽極酸化されることになる例では、側壁３４をクリーニングすることにより、側壁３４の陽極酸化性を向上させることができる。
図３Ｂを参照すると、側壁３４が陽極酸化される、又は誘電体材料で被覆される。図３Ｂでは、要素４９は、操作４に関して説明したクリーニングに用いられるアプリケータ、及び操作７による堆積が行なわれるときの操作７の誘電体材料のアプリケータの両方を模式的に表わしている。

ビア側壁３４を陽極酸化する場合、図３Ｃの例に示すように、基板１４全体を、側壁３４を陽極酸化すると同時に陽極酸化するとより効率的である。この場合、ビア側壁３４を含む基板１４全体を一斉にクリーニングすることもできる。上に述べたように、タイプI又はタイプIIの陽極酸化を使用することができる。側壁３４を陽極酸化することにより、絶縁層、この場合は絶縁スリーブ４８が側壁３４に形成される。図２の例では、ビア３０を形成する工程の前に陽極酸化されている金属基板を提供し、次に薄膜をビア側壁３４に堆積させるとより効率的である。

基板１４がビア３０を形成する工程の前に陽極酸化されていない場合、第１面１６及び第２面１８は、側壁３４と同時に陽極酸化することができる。基板１４がアルミニウムにより形成される例では、陽極酸化プロセスで５ミクロン〜７５ミクロンの厚さの酸化アルミニウム表面６０を形成することができる。絶縁スリーブ４８を形成する陽極酸化層の厚さは、約５ミクロンの厚さとすることができ、そして開口４４を完全に閉じてしまわないようにするべきである。

図３Ｄを参照すると、導電性フィラー材料５０がビア３０に充填されている。導電性フィラー材料５０の一つの例が、商品名Ａｎａｐｒｏで販売されている銀ナノ粒子液体導電性インクであり、このインクはビア３０内で乾燥する。ビア３０に充填材料５０を種々の形態の充填方法を使用して充填することができる。Ａｎａｐｒｏの場合、インクジェット法を使用することができる。使用することができる別の充填材料は商品名Ｍａｓｔｅｒｂｏｎｄで販売されており、このＭａｓｔｅｒｂｏｎｄは２成分導電性エポキシであり、このエポキシはビア３０内に注入することができる。Ｍａｓｔｅｒｂｏｎｄは液体であり、そしてＭａｓｔｅｒｂｏｎｄを注入された後にビア３０内で硬化する。充填材料５０は導電性であり、そして処理済みの側壁３４は非導電性であるので、絶縁された導電性接点が形成される。電気信号は充填材料５０を、基板１４と短絡することなく通過することができる。また、複数のビアを設ける場合、複数セットのビアは、他の複数のビアから絶縁された状態とすることができるので、異なる電気信号が異なる充填ビアを通過するようにすることができる。

図４Ａ〜４Ｅは、電気的に絶縁された接点を形成する別の実施形態を示している。図示のように、基板１４は、厚さ２０の基板１４内に延在するポケット２４を含むので、ポケット２４の位置の基板は厚さ２２を有する。ポケット２４は基板１４内に、方法の一部として形成することができ、又は基板１４は、ポケット２４が基板内に予め形成された状態で提供することができる。図示の例では、ポケット２４は基板１４内に形成されて、ポケット２４の側壁２６及び基部２８は導電性基板１４を露出した状態のままになっている。図４Ａ〜４Ｅに示す例では、ビア３０は基板１４内の、ポケット２４の基部２８に形成される。また、この例では、ビア３０はアプリケータ４８によって、図３Ａ〜３Ｄの例と同様の方法でクリーニングされる。ポケット２４の側壁２６は、ビア側壁３４と同時にクリーニングすることができる。

図４Ｃに示すように、側壁２６、基部２８、及びビア側壁３４を陽極酸化することができる。この場合、基板１４全体を、側壁２６、基部２８、及びビア側壁３４を陽極酸化するときに陽極酸化するとより効率的である。代替案として、アルミニウムを使用する別の例では、基板は、ポケット２４及び／又はビア３０を形成する前に陽極酸化してもよい。この代替例では、側壁２６、基部２８、及びビア側壁３４を誘電体材料で、例えばＣＶＤ法を使用して被覆することができる。

図４Ｄ及び４Ｅを参照すると、導電性フィラー５０がビア３０内に配置されている。導電性フィラーは、図４Ｄに示すように、複数のビア３０内に離散して配置することができ、又は図４Ｅに示すように、複数のビア３０内にまとめて配置することができる。図４Ｆに示すように、ポケット２４に導電材料５２を更に充填することができる。導電材料５２は導電材料５０と同じ、又は異なる材料とすることができる。

図５は、陽極酸化済みの金属パッケージを示しており、この金属パッケージは、絶縁された電気接点を含む領域６４を有するハウジング部品６２とすることができる。領域６４は、絶縁された電気接点を記号化した一連の斑点を含むものとして示されるが、当該領域が実際に適用される場合には、絶縁された電気接点は、領域６４内に示す斑点よりも視覚化することが更に困難となり得る。領域６４は、携帯電話機のアンテナとして使用することができ、又は別の例では、領域６４との物理的な接触が、電子機器をオン、もしくはオフにするように作用することができる。また、英数字記号群を絶縁された電気接点群に関連付けて、キーセンサとして機能するようにすることができる。これらのセンサは、パッケージ又はハウジング部品６２の一部としての外観を呈し得るが、実際には、絶縁された一つ以上の電気接点と接触する構造になっている。

上に説明した実施形態について記述して、本発明に対する理解が容易になるようにしてきたが、これらの実施形態は本発明を制限するものではない。むしろ、本発明は、添付の請求項の範囲に包含される種々の変形物及び等価構造を含むものであり、これらの請求項の範囲は、最も広義に解釈され、法律によって許容される限りの全てのこのような種々の変形物及び等価構造を含む。

Claims (12)

1. 電気的に絶縁された接点を金属基板内に形成する方法であって、
   ビアを前記金属基板内に形成するステップであって、前記ビアが少なくとも一つの側壁を含む、前記ビアを形成するステップと、
   誘電体スリーブを前記ビアの前記少なくとも一つの側壁に形成するステップと、
   前記誘電体スリーブを形成した後に、前記ビアに導電材料を充填するステップと、
   を含む、方法。
2. 前記誘電体スリーブを形成する前に、前記ビアの前記少なくとも一つの側壁をエッチングプロセスでクリーニングするステップを更に含む、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記誘電体スリーブは、陽極酸化又は化学気相成長法により形成される、請求項１又は請求項２に記載の方法。
4. 前記基板はアルミニウムにより構成され、そして前記アルミニウムは、前記ビアを形成して前記誘電体スリーブを形成する前に陽極酸化される、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 前記基板は、前記基板内に形成されるポケットを含み、前記ポケットは、少なくとも一つの側壁及び基部を含み、そして前記ビアは、前記ポケットの前記基部に形成される、請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記ポケットは導電材料で充填される、請求項５に記載の方法。
7. 前記導電材料は、導電性インク、又は銀ナノ粒子液体導電性エポキシである、請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記ビアは、９０〜２００マイクロメートルの範囲の第１の直径を有する第１端部と、２０〜５０マイクロメートルの範囲の第２の直径を有する第２端部と、を含む、請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記ビアは、レーザドリル法により形成される、請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 電気的に絶縁された接点を有するハウジング部品であって、前記電気的に絶縁された接点の各接点が、請求項１乃至９のいずれかに記載の方法を使用して形成される、ハウジング部品。
11. 前記複数の絶縁された電気接点を使用するアンテナの一部を含む、請求項１０に記載のハウジング部品。
12. 前記複数の電気的に絶縁された接点のうちの少なくとも一つの接点がオン／オフスイッチとして動作する、請求項１０に記載のハウジング部品。

Images