RU2008105246A

RU2008105246A - Контактный узел на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом и способ его изготовления

Info

Publication number: RU2008105246A
Application number: RU2008105246/09A
Authority: RU
Inventors: Александр Иванович Таран (RU); Александр Иванович Таран; Андрей Александрович Белов (RU); Андрей Александрович Белов
Original assignee: Александр Иванович Таран (RU); Александр Иванович Таран; Андрей Александрович Белов (RU); Андрей Александрович Белов
Priority date: 2008-02-14
Filing date: 2008-02-14
Publication date: 2009-08-20
Also published as: RU2374793C2

Abstract

1. Контактный узел на встречных контактах, состоящий, по крайней мере, из двух плоских контактов, связанных между собой электрически и механически соединительным элементом, выполненным в виде перемычки из электропроводящего материала, при этом каждый из упомянутых контактов размещен на плоской поверхности одного из двух копланарных носителей, контакты ориентированы навстречу друг другу и совмещены друг с другом относительно общей оси, ортогональной копланарным носителям и проходящей через центры контактов, а зазор между копланарными носителями встречных контактов и вокруг соединительного элемента заполнен диэлектрическим материалом, отличающийся тем, что соединительный элемент выполнен в виде капилляра с торцевыми фланцами, заполненного частично или полностью электропроводящим связующим материалом, втянутым в упомянутый капилляр со встречных контактов, на которых он был размещен предварительно, под действием капиллярных сил, возникающих при переходе связующего электропроводящего материала в жидкое состояние при технологическом воздействии в процессе сборки контактного узла, с образованием после прекращения технологического воздействия механически стойкого электропроводящего соединения между встречными контактами, причем упомянутый капилляр выполнен в виде отверстия, покрытого внутри упомянутым смачиваемым электропроводящим связующим материалом, в плоскопараллельной пластине из диэлектрического материала, которая является носителем капиллярного соединительного элемента и размещена в зазоре между копланарными носителями встречных контактов, причем продольная ось капилляра проходи

Claims

1. Контактный узел на встречных контактах, состоящий, по крайней мере, из двух плоских контактов, связанных между собой электрически и механически соединительным элементом, выполненным в виде перемычки из электропроводящего материала, при этом каждый из упомянутых контактов размещен на плоской поверхности одного из двух копланарных носителей, контакты ориентированы навстречу друг другу и совмещены друг с другом относительно общей оси, ортогональной копланарным носителям и проходящей через центры контактов, а зазор между копланарными носителями встречных контактов и вокруг соединительного элемента заполнен диэлектрическим материалом, отличающийся тем, что соединительный элемент выполнен в виде капилляра с торцевыми фланцами, заполненного частично или полностью электропроводящим связующим материалом, втянутым в упомянутый капилляр со встречных контактов, на которых он был размещен предварительно, под действием капиллярных сил, возникающих при переходе связующего электропроводящего материала в жидкое состояние при технологическом воздействии в процессе сборки контактного узла, с образованием после прекращения технологического воздействия механически стойкого электропроводящего соединения между встречными контактами, причем упомянутый капилляр выполнен в виде отверстия, покрытого внутри упомянутым смачиваемым электропроводящим связующим материалом, в плоскопараллельной пластине из диэлектрического материала, которая является носителем капиллярного соединительного элемента и размещена в зазоре между копланарными носителями встречных контактов, причем продольная ось капилляра проходит через центры упомянутых встречных контактов ортогонально поверхностям упомянутых носителей встречных контактов, а упомянутые торцевые фланцы капилляра, находящиеся на поверхностях упомянутого плоскопараллельного носителя капиллярного соединительного элемента, совмещены встык со встречными контактами и связаны механически и электрически с ними тонким слоем упомянутого связующего электропроводящего материала.

2. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутый электропроводящий связующий материал выполнен из припоя, а упомянутое технологическое воздействие является термическим.

3. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутый электропроводящий связующий материал является гелеобразным и смачивающим внутреннюю поверхность капилляра, его упомянутые фланцы и упомянутые встречные контакты, как в процессе, так и после прекращения технологических и иных воздействий.

4. Контактный узел по п.2 или 3, отличающийся тем, что упомянутый электропроводящий связующий материал, предварительно перед сборкой упомянутых контактных узлов, размещен внутри капиллярного отверстия.

5. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутые встречные контакты смещены относительно друг друга в плоскостях своих носителей, а продольная ось капиллярного соединительного элемента, проходящая через центры контактов, наклонена под углом α<90° к поверхностям, несущим эти контакты.

6. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что капиллярный соединительный элемент выполнен цилиндрической формы.

7. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что капиллярный соединительный элемент выполнен в форме усеченного конуса, причем меньший раструб капилляра соединен с одним встречным контактом, а больший раструб капилляра соединен с другим встречным контактом.

8. Контактный узел по п.7, отличающийся тем, что упомянутые встречные контакты смещены относительно друг друга в плоскостях своих носителей, а продольная ось капиллярного соединительного элемента, выполненного в форме усеченного конуса, проходящая через центры контактов, наклонена к плоскостям, несущим эти контакты под углом β<90°

9. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что капиллярный соединительный элемент выполнен многоканальным.

10. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что капиллярный соединительный элемент представляет собой пористую структуру, проницаемую для электропроводящего связующего материала, в процессе технологического воздействия при сборке контактного узла,

11. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена в форме поверхности вращения относительно продольной оси капилляра.

12. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена таким образом, что сечения, ортогональные продольной оси капилляра, являются многоугольниками.

13. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена таким образом, что сечения, ортгональные продольной оси капилляра являются гладкими замкнутыми кривыми.

14. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что внутренняя поверхность капиллярного соединительного элемента выполнена таким образом, что сечения, ортогональные продольной оси капилляра, являются эллипсами.

15. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что на поверхностях встречных контактов выполнены технологические выступы с нанесенным на них связующим электропроводящим материалом, при этом упомянутые технологические выступы контактного узла входят в капилляр частично или полностью с двух его сторон, обеспечивая взаимное самосовмещение упомянутых встречных контактов и капиллярного соединительного элемента в процессе сборки контактного узла.

16. Контактный узел по п.15, отличающийся тем, что технологический выступ, по крайней мере, на одном из встречных контактов упомянутого контактного узла, выполнен в виде выступа сферической формы из связующего электропроводящего материала, частично или полностью размещаемого в капилляре в процессе совмещения при сборке контактного узла.

17. Контактный узел по п.15, отличающийся тем, что оба упомянутых встречных контакта имеют идентичные по размеру и форме технологические выступы.

18. Контактный узел по п.15, отличающийся тем, что оба упомянутых встречных контакта имеют различные по размерам и форме технологические выступы, а сопряженные с ними раструбы капиллярного соединительного элемента выполнены различными по размерам и форме и комплементарными соответствующим технологическим выступам на встречных контактах.

19. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутый плоскопараллельный носитель капиллярного соединительного элемента выполнен в виде пленки из эластичного материала.

20. Контактный узел по п.19, отличающийся тем, что упомянутая пленка выполнена из полиимида.

21. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что вокруг капиллярного соединительного элемента, выполненного в упомянутом плоскопараллельном носителе из диэлектрического материала, имеются отверстия, заполненные адгезивной композицией, обеспечивающей склеивание копланарных носителей контактов в местах, свободных от контактов.

22. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутый плоскопараллельный носитель из диэлектрического материала, в котором сформированы капиллярные соединительные элементы, выполнен в виде жесткой пластины, имеющей термомеханические характеристики, одинаковые с термомеханическими характеристиками носителей встречных контактов.

23. Контактный узел по п.22, отличающийся тем, что носитель капиллярных соединительных элементов выполнен или из стекла, или из окисленного кремния.

24. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что носители капиллярных соединительных элементов и встречных контактов выполнены из одного и того же материала.

25. Контактный узел по п.24, отличающийся тем, что обе упомянутые несущие поверхности со встречными контактами выполнены или из кремния, или из арсенида галлия, или из другого полупроводникового материала, которые, помимо встречных контактов, дополнительно имеют на своих поверхностях активные и/или пассивные компоненты и проводящие дорожки, выполненные по планарным технологиям микроэлектроники.

26. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что на поверхностях плоскопараллельного носителя капиллярных соединительных элементов расположены проводящие дорожки, связывающие между собой, по крайней мере, два капиллярных соединительных элемента.

27. Контактный узел по п.26, отличающийся тем, что на поверхностях упомянутого плоскопараллельного носителя капиллярного соединительного элемента размещены шины питания и шины земли.

28. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что носитель капиллярных соединительных элементов выполнен в виде плоскопараллельной пластины из электропроводящего материала, покрытого тонким слоем изоляционного материала, включая внутренние поверхности отверстий, причем капиллярные соединительные элементы, а также активные и/или пассивные компоненты и проводящие дорожки, выполнены поверх упомянутого тонкого слоя изоляционного материала.

29. Контактный узел по п.28, отличающийся тем, что проводящая основа носителя капиллярных соединительных элементов выполнена или из меди, или из алюминия.

30. Контактный узел по п.29, отличающийся тем, что проводящая основа носителя капиллярных соединительных элементов, выполненная или из меди, или из алюминия, используется в качестве шины земли.

31. Контактный узел по п.1, отличающийся тем, что упомянутые носители встречных контактов, а также носитель капиллярных соединительных элементов, размещенный между упомянутыми носителями встречных контактов, выполнены из различных материалов, имеющих одинаковые термомеханические характеристики.

32. Способ изготовления контактного узла на встречных контактах с капиллярным соединительным элементом, выполненного в соответствии с п.1 формулы изобретения, включающий:

нанесение на один из плоских контактов тонкопленочных слоев металлизации и припоя;

изготовление заготовки соединительного элемента для упомянутых встречных контактов и ее облуживание припоем;

облуживание упомянутым припоем ответного плоского контакта;

совмещение встречных плоских контактов с заготовкой соединительного элемента относительно общей оси, проходящей через центры упомянутых встречных контактов, до их соприкосновения, с фиксацией совмещения на время пайки;

нагрев зоны соприкосновения упомянутых встречных контактов и заготовки соединительного элемента до плавления нанесенного припоя;

снижение температуры в зоне пайки до отверждения упомянутого припоя между упомянутыми встречными контактами с образованием соединительного элемента контактного узла на встречных контактах;

отличающийся тем, что:

заготовка соединительного элемента для встречных контактов выполнена в виде металлизированного капиллярного отверстия в диэлектрической пленке, выходы которого ограничены торцевыми фланцами на поверхностях упомянутой диэлектрической пленки, а капиллярное отверстие облужено упомянутым припоем, заодно с торцевыми фланцами, при этом продольная ось капиллярного отверстия совпадает с упомянутой осью соответствующих плоских встречных контактов;

упомянутая диэлектрическая пленка, являющаяся носителем упомянутого облуженного капиллярного отверстия, в процессе сборки контактного узла, размещается между упомянутыми носителями встречных контактов таким образом, чтобы продольная ось упомянутого капиллярного отверстия проходила через центры упомянутых встречных контактов ортогонально поверхностям упомянутых носителей встречных контактов и облуженного капиллярного отверстия;

после чего сближают носители встречных контактов с обеих сторон упомянутого носителя облуженного капиллярного отверстия вдоль упомянутой оси до соприкосновения встречных контактов с упомянутыми торцевыми фланцами облуженного капиллярного отверстия;

область между упомянутыми носителями встречных контактов вакуумируется до 0,1 атм с одновременным фиксированием взаимного положения носителей встречных контактов и носителя облуженного капиллярного отверстия, размещенного между ними;

доводят температуру в упомянутой области до температуры плавления припоя, обеспечивая подъем расплавленного припоя в облуженное капиллярное отверстие с встречных контактов, облуженных упомянутым припоем;

в процессе охлаждения и отверждения припоя в капиллярном отверстии, а также в зазорах между торцевыми фланцами капиллярного отверстия и соответствующими встречными контактами, формируется капиллярный соединительный элемент между упомянутыми встречными контактами, обеспечивая жесткую фиксацию припоя в металлизированном капиллярном отверстии упомянутого капиллярного соединительного элемента контактного узла, в процессе последующих технологических воздействий и в процессе эксплуатации его в составе микроэлектронной аппаратуры;

при этом высота подъема припоя в капиллярном соединительном элементе в процессе формирования капиллярного соединительного элемента определяется формулой:

где ρ₀=8540 кг/м³, α=21·10⁶°С^-1;

h - высота поднятия расплавленного припоя в капиллярном соединительном элементе;

γ - коэффициент поверхностного натяжения припоя;

θ - угол смачиваемости припоя;

α - коэффициент линейного расширения припоя;

ρ₀ - плотность припоя при нормальных условиях;

Т_о - температура припоя в градусах Кельвина при нормальных условиях;

Т_n - температура расплавленного припоя в градусах Кельвина.

33. Способ по п.32, отличающийся тем, что на упомянутом плоском контакте, расположенном на одной из несущих поверхностей, и/или на ответном встречном плоском контакте, расположенном на другой несущей поверхности, сформированы облуженные выступы, частично или полностью входящие в отверстие упомянутого капиллярного соединительного элемента, которые используются в качестве элементов взаимного базирования упомянутых встречных контактов и капиллярного соединительного элемента.

34. Способ по п.33, отличающийся тем, что выступы на встречных контактах, частично или полностью входящие в отверстия капиллярного соединительного элемента, выполнены в виде идентично отформованных доз припоя.

35. Способ по п.32, отличающийся тем, что одна из упомянутых несущих поверхностей с контактами является поверхностью кристалла ИС с контактами, а другая упомянутая поверхность, несущая ответные контакты, является поверхностью с ответными контактами коммутационной подложки.