用于接触垫的开放式网状物电支撑件及制造方法与流程

1.本发明涉及但不限于用于至少一个电接触垫的电支撑件。本发明还涉及制造这种支撑件的方法。


背景技术：

2.已知的电支撑件使得能够向或从至少一个电接触垫(例如芯片的接触垫)进行电传导。一些支撑件可以用作印刷电路板pcb之间的插入件。


技术实现要素：

3.本发明的各个方面和实施例在所附权利要求中阐述。本发明的这些和其它方面和实施例也在此描述。
附图说明
4.现在将参考附图通过示例的方式描述本公开的各方面，在附图中：
5.图1a是纵向截面的正视图，其示意性地示出了根据本公开的用于至少一个电接触垫的未受到负载的电支撑件；
6.图1b是纵向剖面的正视图，其示意性地示出了图1a的支撑件承受载荷的情况；
7.图2a是纵向截面的正视图，其示意性地示出了未受到载荷的根据本发明的第一示例性电支撑件；
8.图2b是纵向剖面的正视图，其示意性地示出了图2a的支撑件承受载荷的情况；
9.图3a是纵向截面的正视图，其示意性地示出了未经受载荷的根据本发明的第二示例性电支撑件；
10.图3b是纵向剖面的正视图，其示意性地示出了图3a的支撑件承受载荷的情况；
11.图4示意性地示出了本公开的各个方面中的任一个的支撑件的制造方法的示例步骤。
12.在附图中，类似的元件具有相同的附图标记。
具体实施方式
13.概述
14.本公开涉及但不限于用于至少一个电接触垫的电支撑件。该支撑件包括绝缘粘弹性基体，在该绝缘粘弹性基体中部分地嵌入有由导电材料制成的至少一个可弹性变形的结构。每个结构形成开放式网状物(open web)，例如泡沫、网络、台架(scaffolding)或格架(lattice)。每个结构包括基本上对应于嵌入基体中的结构的一部分的刚性部分和基本上对应于基体外部的连接到电接触垫的结构的一部分的较柔性部分。
15.该基体基本上提供了支撑件的厚度、结构的机械增强和结构的化学稳定性。
16.每个结构是导电的，并且开放式网状物提供了到接触垫的多个电触点，以及到接
触垫和从接触垫出来的多个导电路径。
17.每个结构都是可弹性变形的，并且未嵌入基体中的较柔性部分提供了当支撑件承受载荷时经受的变形的顺应性。然而，刚性部分加强了结构抵抗载荷下的过度压缩，并限制了对支撑件的磨损损坏。
18.基体可以包含疏水材料，并且可以提供阻挡层，并且可以密封载体以防湿气和其它污染物。
19.示例性实施例的详细说明
20.图1a和1b示意性地示出了用于至少一个电接触垫2的电支撑件1。
21.该支撑件1包括绝缘粘弹性基体3。
22.该支撑件1还包括至少一个由导电材料制成的可弹性变形的结构4。
23.如图1a和1b所示，每个结构4形成开放式网状物。在本公开的上下文中，开放式网状物是指在其间留有空间的互连元件，例如泡沫、网络(例如梁或线(strings)的网络)、台架(例如梁或线的台架)或格架(例如梁或线的格架)。
24.每个结构4是导电的，并且开放式网状物提供了电触到接触垫2的多个点44，以及传导至和来自接触垫2的多个导电路径。
25.每个结构4至少部分地嵌入基体3中。在图1a中，支撑件1具有厚度t1；在图1b中，支撑件1具有厚度t2，然而，基体3的厚度t可以提供支撑件1的基本厚度，即，支撑件1的大部分厚度t1或t2由基体3的厚度t形成，并且即使在支撑件1受到载荷l(如图1b所示)时，t也基本恒定。在一些非限制性的例子中，
26.t≥0.5
×
t1，和/或
27.t≥0.5
×
t2。
28.基体3还为至少一个结构4提供机械加强，并为至少一个结构4提供化学稳定性。该基体3能够保持开放式网状物结构4的结构稳定性。基体3能够保持开放式网状物结构4的互连元件之间的空间。
29.每个结构4至少包括：
30.嵌入绝缘基体3内的芯部5，和
31.至少一个连接部6，其延伸出绝缘基体3并且被配置为连接到至少一个电接触垫2。
32.每个结构4包括基本上对应于该结构4的芯部5的刚性部分43。该刚性部分43加强了结构4，以抵抗在施加到支撑件1的载荷l下的过度压缩，如图1b所示。应当理解，在一些示例中，刚性部分43可以延伸到基体3的外部。
33.替代地或附加地，每个结构4还包括至少一个较柔性部分42，其基本上对应于结构4的至少一个连接部6。每个结构4都是可弹性变形的，并且基本上未嵌入到基体3中的较柔性部分42提供了支撑件1在受到载荷l时所经受的变形的顺应性，如图1b所示，其中t2＜t1。基体3能够保持和增强开放式网状物结构4的弹性顺应性。应当理解，在一些示例中，较柔性部分42可以嵌入基体3中。
34.至少一个较柔性部分42基本上提供了电触到接触垫2的多个点点44，以及传导至和来自接触垫2的多个导电路径(与刚性部分43结合)。
35.在一些实例中，粘弹性基体3由包含疏水性弹性体的材料制成。基体3可以提供阻挡层，并且可以密封支撑件1，使其不受湿气和其它污染物的影响。
36.在一些示例中，结构4包括由碳基材料制成的结构。在这样的示例中，碳基结构的材料可以包括碳同素异形体。所述碳同素异形体可以包括以下中的至少一种：
37.一种或多种碳纳米管(cnt)；
38.一种或多种碳纳米芽(carbon nanobuds)；
39.一种或多种碳豆荚结构(carbon peapods)；
40.一种或多种石墨烯化的一种或多种cnts；
41.一种或多种3d纳米结构，其包含石墨烯和cnts的混合物；
42.玻璃碳；
43.石墨烯；
44.一种或多种富勒烯；
45.一种或多种石墨片状物(graphitic foliates)；和/或
46.碳纳米泡沫。
47.cnt可以是单壁的或者可以包括多个/种壁和直径。非限制性实例包括双壁碳纳米管(dwnts)和/或多壁碳纳米管(mwcnts)中的至少一种。
48.如上所述，cnt可以与其他碳同素异形体杂化，并且其他碳同素异形体的非限制性实例包括富勒烯、石墨片状物、石墨烯，由此形成其他形态，例如碳纳米芽、碳豆荚结构、石墨烯化的cnts、石墨烯和cnts 3d纳米结构。3d纳米结构的非限制性实例包括台架、泡沫和网络，例如柱状石墨烯。cnts可以通过其自身连接，和/或通过联结或交联而与其他碳同素异形体集成。所有上述组合可以结合到玻璃碳中。
49.在一些示例中，碳基结构可以包括cnt的高度有序网络。替代地或附加地，如图2a和2b所示，碳基结构4可以包括cnt的随机网络7。在一些示例中，cnt的随机网络可以包括cnt海绵。
50.替代地或附加地，如图3a和3b所示，碳基结构可以包括玻璃碳纳米点阵8和/或cnt纳米点阵8。
51.在一些实施例中，玻璃碳纳米点阵8进一步包括金属薄层以增强纳米点阵的导电性。该金属薄层可以包括铅、铂、金或钛中的至少一种的薄层，但也可以展望其它金属。
52.替代地或附加地，可以在不同类型的cnts中选择一种或多种cnts，以便获得所述一个或多个结构4的适当的机械和电学特性。所述不同类型的cnts包括具有不同数量的壁、不同手性、不同束或线直径和/或不同表面化学性质的cnts中的至少一种。应该理解，手性可以直接影响cnts的电特性，但也可以间接影响cnts的尺寸和稳定性。应当理解，表面性质可能对cnt如何导电以及cnt如何在它们之间、与其他碳同素异形体和/或与基体反应有影响。表面性质也可以有助于结构的结构拓扑和稳定性，并且可以有助于结构在周围基质内的整合。
53.作为非限制性实例，替代地或附加地，所述结构可以包括由纳米丝和/或纳米纤维制成的结构。纳米丝和/或纳米纤维可由以下至少一种组成：
54.一种或多种金属(非限制性实例包括银、钨、镍、铜、金、锌、铂、锡和相关合金)；
55.半导体(非限制性实例包括硅、磷化铟、氮化镓或碳)；和/或
56.超导体(例如钇钡铜氧化物(yttrium barium copper，ybco))。
57.替代地或附加地，该结构可以包括由纳米丝和/或纳米纤维制成的结构，该纳米丝
和/或纳米纤维由绝缘体(非限制性示例包括sio2和tio2)构成。非导电纳米丝和/或纳米纤维可以用于改善结构的机械性能。
58.在一些示例中，刚性部分43可以包括比较柔性部分42中的梁或线更粗的梁或线45(例如，图2a和2b以及图3a和3b)。替代地或附加地，刚性部分43可以包括比较柔性部分42更多的梁或线46，其基本上垂直于至少一个电接触垫2(例如，图3a和3b)。在一些示例中，刚性部分43可以包括比较柔性部分42更高密度的网状物47(例如图2a和2b)。替代地或附加地，刚性部分43可以包括比较柔性部分42更多的网状物互连结构(例如图2a和2b)。差异可以包括通过不同交联剂和接头获得的碳同素异形体之间的拓扑结构和互连的差异，以便形成具有不同密度和合适机械性质的3d架构。
59.替代地或附加地，与较柔性部分42中的cnts相比，刚性部分43可以包括一种或多种不同类型的cnts，区别可以包括如上所述的不同壁、手性、直径和/或表面化学中的至少一种。
60.替代地或附加地，与较柔性部分42相比，刚性部分43可以包括碳同素异形体(cnts、石墨烯和如已经陈述的混合物)的不同组合，差异还可以包括通过不同的交联剂和接头获得的碳同素异形体之间的拓扑结构和互连的差异，以便形成具有不同密度和合适的机械性质的3d架构。差异还可以包括碳同素异形体的表面性质与较柔性部分42中的碳同素异形体的表面性质相比的差异，表面性质可以有助于结构的架构拓扑和结构的稳定性以及结构与周围基质的适当集成和结构的导电性。
61.可选地或附加地，刚性部分可以包括比较柔性部分更高的cnt密度。可选地或附加地，刚性部分可包括比较柔性部分更高密度的纳米点阵(nanolattice)。
62.如图2a、2b、3a和3b所示，支撑件1可以被构造成支撑例如仅一个垫2的两个阵列20。如图1a和1b所示，支撑装置1可以被构造成仅支撑一个阵列20。
63.如图2a、2b、3a和3b所示，支撑件1可以被配置为至少一个电接触垫2的两个阵列20之间的插入件。图2a、2b、3a和3b所示的阵列20仅包括一个垫2，但是应当理解，每个阵列20可以包括多个垫2。
64.如图2a、2b、3a和3b所示，结构4的连接部42可以连接到两个阵列20的第一阵列20。结构4还包括第二连接部48，其延伸出绝缘基体3并被配置成连接到所述两个阵列20的第二阵列20。
65.如图1a和1b所示，多个电接触垫2可以节距p分开。在一些示例中，p可设为：
66.0＜p≤0.3mm(即300μm)。
67.如下文更详细地解释，根据本发明的支撑件的制造方法实现支撑件的可缩放性，使得在一些实例中，节距p可为：
68.0＜p≤0.01mm(10pm)，或
69.0＜p＜0.001mm(即亚微米节距)。
70.可以设想其它尺寸，并且节距p可以大于0.3mm(300μm)。
71.可选地或附加地，绝缘粘弹性基体3的厚度t可设为：
72.0＜t≤0.3mm(即300μm)。
73.如已经陈述的，根据本公开的制造支撑件的方法使得支撑件能够具有可缩放性，使得在一些示例中，厚度t可以为：
74.0＜t≤0.01mm(10pm)，或
75.0＜t＜0.001mm(即亚微米厚度)。
76.可以设想其它尺寸，并且厚度t可以大于0.3mm(300μm)。
77.本公开还涉及电气装置，其包括本公开的任何方面的电支撑件1和连接到该支撑件1的结构4的连接部42(或48，当存在时)的至少一个电接触垫。
78.图4示意性地示出了用于至少一个电接触垫的电支撑件的制造方法100。
79.该方法100包括：
80.在s1中，制造由导电材料制成的至少一个可弹性变形的开放式网状物结构；以及
81.在s2中，制造绝缘粘弹性基体。
82.在s2中，执行制造以使得所述结构至少包括嵌入在绝缘基体内的芯部，以及从绝缘基体延伸出来并被配置成连接到电接触垫的至少一个连接部。在s2中，执行制造以使得所述结构包括基本上对应于该结构的芯部的刚性部分和基本上对应于该结构的至少一个连接部的至少一个较柔性部分。
83.该方法100可以被执行以制造本公开的任何方面的支撑件1。
84.如上所述，所述一个或多个结构可包括一种或多种cnts，所述cnts可以是单壁的或可以包括多个/种壁和直径。该cnts可以与其他碳同素异形体杂化，并且其他碳同素异形体的非限制性实例包括富勒烯、石墨片状物、石墨烯，由此形成其他形态，例如碳纳米芽、碳豆荚结构、石墨烯化的cnts、石墨烯和/或cnts 3d纳米结构。该3d纳米结构的非限制性实例包括台架、泡沫和网络，例如柱状石墨烯。cnts可以通过其自身连接，和/或通过联结或交联而与其他碳同素异形体集成。所有上述组合可以结合到玻璃碳中。所述一个或多个结构还可以包括由纳米丝和/或纳米纤维制成的结构。
85.在一些非限制性实例中，在s1中制造一个或多个结构可包括使一个或多个结构能够在高度有序的网络或随机网络中自组装。替代地或附加地，在s1中制造一个或多个结构可包括通过3d光刻来设计(engineering)一个或多个初始结构并利用热解来获得一个或多个最终结构。替代地或附加地，在s1中制造一个或多个结构和在s2中制造基体可包括通过将一个或多个结构嵌入绝缘粘弹性基体内部并利用热解获得一个或多个结构而通过3d光刻来设计一个或多个初始结构。
86.该方法100使得支撑件能够按比例缩放至预定和期望的尺寸。替代地或附加地，方法100能够使得支撑件的机械、化学和/或导电特性设计成预定和期望的特性。
87.在一些实施例中，在s1中，该结构的制造进一步包括在玻璃碳纳米点阵上沉积金属薄层以增强纳米点阵的导电性。金属薄层可以包括铅、铂、金或钛中的至少一种的薄层，但是可以设想其它金属。在一些非限制性示例中，沉积金属薄层可以通过原子层沉积(atomic layer deposition，ald)来执行，但是可以设想其他方法。
88.本公开的任何方面的支撑件可以被配置为在以下应用中的至少一个中使用：
89.平面栅格阵列(land grid array，lga)，
90.板对板连接器，例如插入器，
91.板对线(board-to-flex)连接器，例如插入器，
92.专用集成电路(asic)，
93.具有高达数千个i/o引脚的装置，和/或
94.用于倒装芯片集成电路(ic)组件的各向异性导电膜。
95.上述示例是非限制性的，并且可以设想其它应用。