使用化學方法移植的電氣裝置的制作方法

專利名稱：使用化學方法移植的電氣裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及電氣裝置，更具體地說，涉及使用化學方法移植的導電涂層的裝置。
背景技術：
在制造電子或電氣裝置和電路時，如在制造印刷電路板時那樣，通常，導電通道和接觸區域是用化學腐蝕和照相平版印刷方法，以及用電鍍的方法制造的。在用電鍍方法時，例如要在電路板、裝置等的電氣接頭或接觸區域上形成一個或多個金屬層。這些制造方法是眾所周知的和廣泛被采用的。然而，這些制造方法卻需要許多處理工序和專用的制造設備，這就增加了制造過程和最終產品的成本和復雜性。
發明梗概本發明在一個方面提供了一種具有利用化學方法移植到支承基片上的導電涂層或導電層的電氣裝置，以便形成一個與下面的基片材料永久地固定在一起的耐久的導電表面。本發明可以具體為一個具有接觸表面的電氣接點，該接觸點表面是利用化學方法移植至支承基片上的導電層的一部分。基片可以為剛性的或撓性的單層或多層的電路板，其移植的接觸區域的預期圖案與集成電路或其他電子裝置或電氣上與該電路板連接的組件的圖案相適應。電路板的導電通道也可以移植到基片上。該基片也可以是開關或其他電氣或電子裝置的一個元件，在該元件上，利用化學移植方法形成一個或多個電氣接頭。在另一方面，本發明具體化為一個電氣屏蔽或接地平面，該平面例如，可以設在電路板上，或其他支承結構上，以提供一個屏蔽的盒子或接地平面。本發明還可提供一種屏蔽密封等。
為了適應未來的電氣裝置或電路的要求，該基片材料可以是導電的或不導電的，還可以是剛性的、撓性的或彈性的。導電層由用化學方法粘結在一起的導電聚合物基體或包含有導電粒子的不導電聚合物基體組成。每一個導電粒子都涂有一層聚合物材料，該聚合物涂層利用化學方法互相粘接在一起，并與基片表面粘接。為了適應特定的應用場合，該移植的層可以為單一的一個材料層，也可以為不同材料的二層或多層。
一般，聚合物涂層的粒子放在灰漿內，然后將該灰漿涂在支承基片表面預期的區域上。該灰漿可用許多不同的方法涂在基片表面上，例如可用浸泡、絲網印刷和噴涂方法。使所加的涂層加熱干燥，在基片表面上形成用化學方法粘接在一起的導電層。導電涂層也可用其他方法涂敷，例如，滾子涂敷、刷子刷、轉移花筒印刷、噴墨印刷和霧化噴射。
為了形成一個粗糙的和硬化的表面，借以使在配合的電氣接頭表面上的氧化物或其他污染層能彌溫開來，使接觸電阻減至最小，可以在導電的移植表面上形成一個均勻的導電粒子層。粒子狀表面接頭正是1994年12月2日提出的懸而未決(Co-pending)的美國專利申請第08/349042號的題目(律師卷號為AUG-C-556XX)。
附圖的說明

圖1a和1b表示一個實施例，在該實施例中，體現本發明的一個移植的電氣尾銷插入并保留在導電的孔中；圖2表示一個實施例，其中根據本發明的彈性圓環壁與通過該圓環插入的電氣引線接觸；圖3表示根據本發明制造的可控的阻抗接頭；圖4表示使用本發明的印刷電路板；圖5為沿著圖4的5-5線所取的截面圖；圖6表示根據本發明制造的撓性電路板；圖7表示使用本發明的板對板連接器；
圖7a為圖7的連接器的接頭結構的一種形式的部分縱剖面圖；圖8表示根據本發明制造的棱邊卡式連接器；圖9a至9d表示使用本發明的尾銷相互連接裝置的相應視圖；圖10表示使用本發明的測試探頭；圖11a和11b表示使用本發明的彈性體相互連接裝置；圖12a至12d表示使用本發明的電氣開關裝置；圖13表示使用本發明的聲波或微波裝置；圖14表示根據本發明制造的噴涂金屬的膜片；圖15表示使用本發明的電氣屏蔽盒；圖16用圖解法表示根據本發明的一種制造方法。
詳細說明在以上的例子中，用化學移植的方法在基片表面上形成導電區域或導電表面。移植技術在一篇題為“利用純化學的方法移植聚合物(Grafting ofPolymer by Purely Chemical Means”(Polymer News，第11卷，11/12號，19-25頁)中作了說明。這里引入這篇文獻供參考。
將要移植至基片上的導電材料由導電粒子(例如，銀或其他金屬)組成，每一個粒子都涂敷了一層導電的或不導電的聚合物材料。在一個優選實施例中，這些粒子包含在一種灰漿或其他載體內，該載體將這些粒子涂敷在基片表面上。例如，可將含有這些粒子的灰漿絲網印刷在或噴射在基片上，形成預期的導電區域。該涂敷的材料在一定的溫度下加熱一段時間。該溫度和時間應足夠將液體載體除去，并使這些粒子能以化學方法粘接在一起，并以化學方法與基片表面粘接。可以任意地，例如利用無電鍍的方法，將金屬(例如，銅)鍍在移植層上。為了形成具有預期的導電率的層，導電粒子彼此應足夠地接近。為了使聚合物基體中的密堆積導電粒子之間導電，使該移植層產生預期的導電率水平，當在導電粒子上采用不導電的聚合物涂層時，該涂層應足夠薄，并具有足夠低的電阻率。當采用導電聚合物時，通常，該移植層的導電率水平比較高。
這些粒子也可以擠壓或用其他方法作在均質的導電材料中，如圖16所示。導電粒子送入擠壓機中，擠壓機生產出預期形狀的經均勻擠壓的材料。
一般，導電層的厚度在大約0.1微米至大約2微米的范圍內。對于不導電涂層，一般，粒子涂層的厚度約為10-50埃，而對于導電涂層，約為10-250埃。一般，沒有涂層的粒子的導電率根據國際極銅標準(IACS)大約為50-104％。對于不導電的粒子涂層，一般，涂層粒子的導電率根據IACS為20-60％，而對于導電粒子涂層，其徐層粒子的導電率根據IACS大約為60-110％。
下面給出一些具有一個或多個由化學方法移植的涂層構成的導電區域的電氣裝置的例子。
參見圖1a和1b，圖中示出一個印刷電路板10，它具有電鍍的通孔12。該通孔12與以已知方式設在電路板上的或在電路板內的一個或多個電路通道14進行電氣連接。與電鍍通孔的電氣連接是由銷子16實現的。銷子16由熱固性材料制成的芯子18組成，該銷子16具有移植至其圓柱形表面上的導電層20和銷子16的圓的末端22。銷子在初始條件下的尺寸可允許將銷子插入該電鍍孔中，然后將銷子加熱，使銷子的芯子18膨脹得足夠大，以便在該移植的導電表面20和該通孔的四周的電鍍材料之間形成不漏氣的密封。熱固性材料在加熱膨脹以后保持在膨脹狀態，因此可以達到永久的不漏氣密封。銷子16也可作成另外的形狀，以便與要與之形成永久電氣連接的其他電氣接頭元件配合。
參見圖2，圖中示出一個移植的圓環30，它與印刷電路板34的電路通道32連接。該圓環中心有一孔，該孔穿透該電路板，而電氣或電子裝置的引線插入該孔中。移植圓環由諸如硅橡膠等材料制成的彈性芯子組成，在該芯子的表面上具有用化學方法移植上去的撓性的導電材料。穿透該圓環的孔直徑比要通過該孔插入的電氣引線或銷子的直徑略小一些，這樣，在插入的引線和包圍圓環之間形成壓緊力，將該引線保持在規定的位置上。可以根據與要和電路板連接的裝置的引線圖案相適應的圖案來設置一排彈性圓環。
導電涂層的撓性和彈性足夠，不會妨礙芯子材料的彈性。當該圓環與相配合的電氣引線接觸時，圓環可以壓縮，而當脫離配合接觸時，圓環可以膨脹，不會使該圓環表面上的導電涂層剝離或產生裂紋。
將該芯子材料模制成所希望的形狀即可制出彈性的相互連接圓環。最好，通過化學移植的方法對圓環表面進行金屬噴鍍，然后在金屬噴鍍層的表面上加上粒子層。在加粒子層之前，可以在該金屬噴鍍層上隨意地無電鍍銅或其他金屬。
參見圖3，圖中示出一個導電元件40，它具有與電路板46的信號極板44連接的信號接頭42和與電路板的接地極板50連接的接地接頭48。一般，導電元件由接頭材料(例如，磷青銅或銅鈹合金)制成。沿著該接頭元件的一部分設有絕緣層51，而在該絕緣層51上移植一個導電層53，以形成接地平面。這樣構成的接頭結構具有可控制的電氣阻抗，該阻抗由所使用的尺寸和材料決定。
圖4和5表示一個多層印刷電路板60，它具有三個內部導電圖案62，用以構成預期的電路圖形。其中，三個導電圖案中的一個，通過64或通孔與導電元件電氣連接，如圖所示。在電路板的一個表面上設有一排導電接頭66。在一個或二個電路板外表面上還設有電路通道的圖案。多層電路板的所有導電元件都可以通過化學移植方法獲得。另一個可供選擇的方案是，某些導電元件可用其他方法形成，而某些導電元件用移植法形成。
圖6表示一個撓性的電路板70，它在撓性基片表面上具有一排平行的通道72和用移植方法作出的接觸區域74。在相對的撓性電路板的表面上，以及在多層電路板結構的埋層中，可以設置同樣的電路通道和/或接觸區域。
圖7表示了另一個實施例。圖中表示了一個直角的板對板連接器。該連接器包括一個由適當的絕緣材料制成的連接器體80，在該連接器體的第一表面82上具有許多排列成預期圖案、并通過導電通道86與設在該連接體的垂直表面90上的相應接觸區域88電氣連接的導電接觸區域84。在使用時，接觸區域84與印刷電路板100的相應接觸區域配合，而接觸區域88與印刷電路板102的相應接觸區域配合。利用一個適當的機構(沒有示出)保持二個電路板和連接器體的相互連接裝配。這種裝配方式在連接器技術中是熟知的。
接觸區域和通道，用化學的方法移植到該連接器體的下表面上。其上作有接觸區域的連接器體的表面可具有升高的基座區域，并且該升高的基座區域可以具有彈性層，導電層即設在該彈性層上。參見圖7a，導電層81移植在升高基座85上的彈性層83上。導電層81與相應的通道87電氣上相互連接。另外一種可供選擇的方案是，連接器體80可由彈性或彈性體材料制成，在該接觸區域與相應的電路板接合過程中，連接器體80受壓縮，而產生接觸壓力。另一種方法是，可將接觸區域和相應的通道作在支承在剛性材料上的一塊彈性片上。
參見圖8，圖中示出一個棱邊卡式連接器。該連接器包括一個由彈性體材料制成的體110。該連接器體110具有許多升高的脊骨112，在每一個升高的脊骨上設有移植的導體114。導體在連接器體相應的側面上向下延伸，如圖所示，然后，通過該連接器體底部的開口，并從底部開口處起，沿著該連接器體的底面延伸。接觸區域與連接器的接觸區域相適應的電路板或電路卡插入該連接器體中，與連接器的相應接觸區域115接合。在圖示棱邊卡式連接器的相對側面上均有連接器，以便與雙側電路板或電路卡的相對二排接觸區域接合。應該承認，本發明也可提供單側的連接器，以便與單側的電路卡接合和接觸。為了適應不同的電氣和電子相互連接的應用情況和形狀，也可設想各種不同的其他的連接器形狀。
圖9a至9d表示另一個實施例，其中在凹形插口或相互連接件的孔內設有移植的導電區域。相互連接件體120具有許多貫穿它的孔122，每一個孔122具有移植的導電表面124，用于與相配合的連接器128的相應的電氣插頭126進行電氣接觸。相互連接件孔的每一個導電區域的終端在環形接觸區域130的背面上，以便與相應的電路板或其他相互連接裝置配合。每一個連接器孔均有一個向外擴張口形的入口部分132，該入口部分也有導電涂層。
參見圖10，圖中示出一個電氣測試探頭，它具有探頭體140，在探頭體的一端固定著一個彈性的環形探頭尖端142。該尖端為具有移植的導電表面的彈性體球。探頭體具有導電表面，或可以由導電材料(例如金屬)制成。探頭體夾持在適當的夾具內，使其尖端能放在接觸區域上，并使該尖端壓緊接觸區域，以便與接觸區域進行電氣接合。
帶有移植導電表面的彈性體球也可用相互連接的裝置來具體實現，如圖11a和11b所示。球150保持在適當的殼體(沒有示出)內，而殼體則放在具有導電極板154的印刷電路板152和具有導電極板158的電子裝置156之間。用力克服彈性體球的偏置作用，將該電子裝置推向印刷電路板，則該電子裝置和印刷電路板的極板區域通過放在中間的導電球相互連接。適當的插口機構(沒有示出)可使該電子裝置保持與該印刷電路板接觸嚙合。
本發明還可以用于制造電氣開關(例如圖12a到12d所示的開關)。在每一個這種開關中，導電的接觸區域被移植至由塑料或其他不導電材料制成的作動器上。在開關殼體上的電氣終端可以為通常的沖壓金屬結構，而這些終端的接觸區域，根據特定的開關接頭形狀的不同，可以在開關作動器動作時，有選擇地接合，使開關關閉或打開。另一種可供選擇的方案是，設在殼體上的開關終端可以是用化學方法移植的。圖12a表示一個按鈕開關，在該開關中，在作動器162上設有移植的導電接觸區域160。在手動壓下作動器時，該接觸區域與開關終端的面對該接觸區域的接觸區域164接合。應當理解，為了得到預期的開關動作，可以設置不同的開關形狀。圖12b表示一個滑動開關，在該開關的相應末端上，滑動的作動器166包括移植的接觸區域167。圖12c表示一個搬扭開關，在該開關中，肘節機構168包括移植的接觸區域170。圖12d表示具有移植的導電通道的開關外殼或殼體，這些導電通道形成了該開關的電氣終端和接觸區域。在圖12d的結構中，通過多個模制過程可以制成移植的終端171。塑料桿上移植了導電涂層，然后，將這些桿模壓在塑殼體173中。這些桿上設有移植的接觸區域175(如圖所示)，它們與移植的終端電氣上連接。由肘節機構179驅動的導電窄片177使終端175有選擇地相互連接。
本發明也可在表面波裝置中具體實現，如圖13所示(例如，用于表面聲波或微波的應用場合)。在一般為鋁制成的基片上作有由一種或多種適合于聲波或微波傳播的材料制成的圖案。對于聲波裝置，一般該圖案由銻和鉍制成，它們二者可以沉積和用化學方法移植至陶瓷基片上。
圖14表示又一個實施例，其中，在不導電的基片表面上(在圖示實施中，它是園頂形狀的)，利用化學移植的方法作出導電圖案181。膜片對預期的特性(例如，熱、振動或壓力)敏感，并可以偏轉或變形，使該圖案181的導電通道產生相對運動，以產生電氣上可感覺的信號變化。
圖15表示一個電子電路板的盒子或殼體。該盒子具有電氣屏蔽層，這些屏蔽層由化學移植方法作在該殼體或盒子的二個半邊的內表面上。一般，該殼體利用，例如塑料模壓方法制成二個半邊200和202，而其形狀設計成可在其內放入一塊電路板204。為了提供射頻干擾(RFI)和/或電磁干擾(EMI)屏蔽，該殼體的內表面上移植了導電涂層206。一般，屏蔽涂層是通過篩選，然后接著加熱，使涂層受催化作用，并形成移植層而涂敷在該殼體的內表面上的。本發明不是僅限于已經特別表示和說明的內容，對于技術熟練的人們，可以有另外的實現方式，而不會偏離本發明的范圍。
權利要求書按照條約第19條的修改1、一種電氣裝置，它包括具有一個表面的基片；一個由許多導電粒子組成的導電層，每一個導電粒子均有一個導電涂層；該粒子的導電涂層用化學方法粘接在一起，并與該基片表面粘接。
2、如權利要求1所述的電氣裝置，其特征在于，該導電層由許多導電粒子構成，每一個導電粒子具有一個導電的聚合物涂層。
3、一種電氣材料，它包括具有一個表面的基片；一個導電涂層，它用化學方法與該基片表面粘接，該導電涂層由包含有導電粒子的、用化學方法粘接的導電聚合物基體構成。
4、如權利要求3所述的電氣材料，其特征在于，該基片是不導電的。
5、如權利要求4所述的電氣材料，其特征在于，該基片是剛性的。
6、如權利要求4所述的電氣材料，其特征在于，該基片是撓性的。
7、如權利要求4所述的電氣材料，其特征在于，該導電涂層涂敷在該基片表面的經過選擇的區域上。
8、如權利要求3所述的電氣材料，其特征在于，該基片是導電的。
9、如權利要求3所述的電氣材料，其特征在于，它還包括設置在該導電層上面的另外一個導電層。
10、如權利要求3所述的電氣材料，其特征在于，該導電粒子為金屬。
11、如權利要求3所述的電氣材料，其特征在于，該基片是撓性的，并且該導電涂層是撓性的。
12、一種電氣相互連接裝置，它包括一個由熱固性材料制成的細長的體，其形狀與相應的電氣接頭元件配合；一個導電層，它利用化學方法移植至該熱固性材料表面的至少一部分上；該熱固性材料的尺寸可允許將它插入相配合的電氣接頭元件中，并且隨著所加的熱量而膨脹，在該移植的導電表面和電氣接頭元件的相配合的導電表面之間形成永久的不漏氣密封。
13、一種電氣相互連接裝置，它包括至少一個圓環，該圓環具有彈性的芯子和用化學方法移植至其上的導電層；該圓環設置在基片上的孔的周圍，并與該孔對準，該圓環的導電層與基片上的導電元件進行電氣接觸；穿透該圓環的孔比穿過該孔插入的電氣終端的尺寸小，這樣，在插入的電氣終端和包圍的圓環之間形成壓緊力。
14、一種電氣相互連接裝置，它包括一個由剛性材料制成的基片，在該基片一個表面的至少一部分上具有彈性材料；和該導電材料用化學方法移植至該彈性材料的暴露表面上，形成一個撓性的導電接觸區域，所述導電材料由包含有導電粒子的、用化學方法粘接的聚合物基體組成。
權利要求
1.一種電氣裝置，它包括具有一個表面的基片；由許多導電粒子組成的導電層，每一個粒子均有涂層；該粒子的涂層用化學方法粘接在一起，并與該基片表面粘接。
2.如權利要求1所述的電氣裝置，其特征在于，該導電層由許多導電粒子組成，每一個導電粒子均有一個聚合物涂層。
3.如權利要求2所述的電氣裝置，其特征在于，該聚合物涂層為導電的聚合物徐層。
4.如權利要求2所述的電氣裝置，其特征在于，該聚合物涂層為不導電的聚合物涂層。
5.一種電氣材料，它包括具有一個表面的基片；一個導電涂層，該涂層用化學方法與該基片表面粘接，該涂層由包含有導電粒子的用化學方法粘接的聚合物基體構成。
6.如權利要求5所述的電氣材料，其特征在于，該聚合物基體是導電的。
7.如權利要求5所述的電氣材料，其特征在于，該聚合物基體是不導電的。
8.如權利要求5所述的電氣材料，其特征在于，該基片是不導電的。
9.如權利要求8所述的電氣材料，其特征在于，該基片是剛性的。
10.如權利要求8所述的電氣材料，其特征在于，該基片是撓性的。
11.如權利要求8所述的電氣材料，其特征在于，該用化學方法粘接的導電涂層涂敷在該基片表面的一個或多個選擇的區域上。
12.如權利要求5所述的電氣材料，其特征在于，該基片是導電的。
13.如權利要求5所述的電氣材料，其特征在于，它還包括一個設置在用化學方法粘接的導電層上面的金屬層。
14.如權利要求5所述的電氣材料，其特征在于，該導電粒子為金屬。
15.如權利要求5所述的電氣材料，其特征在于，該基片是撓性的，并且該用化學方法粘接的導電涂層是撓性的。
16.一種電氣相互連接裝置，它包括一個由熱固性材料制成的細長的體，其形狀可與相應的電氣接頭元件配合；一個導電層，它用化學方法移植至芯子材料表面的至少一部分上；該芯子的尺寸可允許將它插入相配合的電氣接頭元件，并且可以隨著所加熱量而膨脹，從而在移植的導電表面和電氣接頭元件的相配合的導電表面之間形成永久的不漏氣的密封。
17.一種電氣相互連接裝置，它包括至少一個圓環，該圓環具有一個彈性芯子和用化學方法移植至其上的導電層；該圓環放置在基片上的孔的周圍，并與該孔對準，該圓環的導電層與該基片上的導電元件進行電氣接觸；穿透該圓環的孔比穿過該孔插入的電氣終端的尺寸小，這樣，在插入的引線和包圍的圓環之間產生壓緊力。
18.一種電氣相互連接裝置，它包括一個由剛性材料制成的基片，在該基片一個表面的至少一部分上具有由彈性材料制成的第二基片；和一種導電材料，它用化學方法移植至該有二基片的暴露表面上，形成撓性的導電接觸區域。
全文摘要
本發明提供了一種電氣裝置，它具有一個導電涂層或導電層(20)。該導電層是利用化學方法移植至支承結構(18)上的，從而形成了一個與其下面的基片材料永久連接耐久的導電表面。該移植的層(20)可以在電氣接頭(16)中具體體現，也可以作為電路板(60)和各種電氣和電子裝置及元件的電氣通道(72)和接觸區域(66)而具體實現。在另一個實施例中，該移植的層(20)可以設在射頻干擾(RFI)/電磁干擾(EMI)屏蔽平面或接地平面內。
文檔編號H05K3/38GK1167563SQ95196550
公開日1997年12月10日 申請日期1995年11月30日 優先權日1994年12月2日
發明者戴維·R·克羅特澤, 馬克·G·漢拉恩, 查爾斯·S·皮克爾斯 申請人:奧加特有限公司