具有低介电常数材料的基板和模制方法与流程

本发明涉及一种具有低介电常数的连接器或基板和制作具有低介电常数的连接器或基板的方法。特别地，本发明涉及一种基板，所述基板包括低介电常数的可注塑成型的热塑性材料、热塑性复合材料、热固材料、热固复合材料或其组合并且在相邻的高速信号线路之间提供结构整体性和介电屏蔽。

背景技术：

尽管已知的连接器可以在相邻的导体之间提供隔离，但是朝更高的信号速度和电子部件和连接器的小型化的持续趋势增加导体之间的寄生串扰。这使得在该环境中已知连接器的效用出现问题。

高速数据应用要求减少的损耗和相邻的信号线路串扰以保持信号完整性。电子部件的小型化和较近的信号线路可以加剧损耗，因此在设计和制造用于目前的和高速的互连的互连连接器方面存在新挑战。为在超高速部件和互连器中保持信号完整性，需要可模制的并且能够进行大量制造的低介电常数和较低损耗的材料。

由于上述原因，并且由于本领域的技术人员在读取和理解本说明书时将显而易见的下述其它原因，在本领域中需要可替代的绝缘材料和将其用于集成电路和其它的基板和连接器中的方法。

技术实现要素：

实施例涉及连接器和/或基板，诸如但是不受限于，印刷电路板，印刷电路板支撑高速传导路径或信号线路并且利用低介电常数(Dκ)可注塑成型的聚合物制成，所述聚合物诸如但是不受限于以下材料：热塑性材料、热塑性复合材料、热固材料、热固复合材料或其组合。低介电常数复合物向连接器和/或基板提供结构整体性，并且在相邻的高速信号线路之间提供介电屏蔽。减少的介电常数和减少的损耗正切注塑成型聚合物通过在块体形塑性材料中形成空隙或孔隙而产生，因而增加空气或空隙含量，并且因而减小复合物的密度和整体介电常数。在相邻的传输线路之间的屏蔽件中引入的该多孔性减少串扰和其它的损耗，同时在更加缩小的连接器/基板设计中保持信号完整性。

实施例涉及用于高速信号线路的注塑成型连接器。连接器包括在其中具有空隙的壳体。利用以下材料，壳体被模制或以其它方式制造，即热塑性材料、热塑性复合材料、热固材料、热固复合材料或其组合。壳体在相邻的高速信号线路之间提供介电屏蔽。壳体还向连接器提供结构整体性。空隙形成在壳体中以增加其多孔性。空隙至少部分地填充空气，从而将壳体的有效介电常数减少至低于未充填的或无孔的材料的介电常数，该材料诸如为热塑性材料、热塑性复合材料、热固材料、热固复合材料或其组合。壳体的多孔性减少信号线路之间的串扰，允许较高的信号传播速度和减少的功率消耗。

实施例涉及一种用于形成连接器或基板的壳体的复合物，所述壳体支撑改进的信号完整性的传导路径。复合物包括形成在材料中或添加至材料的空隙，以减少材料的密度并且减少复合物的有效介电常数。空隙至少部分地填充空气或具有小于2的介电常数的其它气体。复合物的多孔性减少有效介电常数，结果由于壳体在相邻的传导路径之间提供屏蔽，所以这减少了由壳体支撑的线路之间的串扰。

在一个实施例中，复合物中的空隙的尺寸在0.1微米和5000微米之间。

在一个实施例中，复合物的空隙体积在0％和90％之间，并且大于0％。

在一个实施例中，多孔材料或复合物的有效介电常数在2和5之间。

在一个实施例中，含有空气的中空玻璃球体(HGS)整体形成至材料中。

在一个实施例中，空隙包括结合至材料中的包括气体或可膨胀的颗粒；当暴露给热时，包括气体的颗粒膨胀，借此材料的有效介电常数可以通过包括气体的颗粒的膨胀而被改变。

在一个实施例中，通过注入超临界流体而形成空隙，超临界流体诸如但是不受限于CO₂或N₂，其中：超临界流体的作用类似于发泡添加剂，在整个复合物中产生多孔性。

实施例涉及一种制作用于形成连接器或基板的壳体的复合物的方法，所述壳体支撑在较高信号速度下的改进信号完整性的传导路径。所述方法包括在材料中形成空隙以减少材料的密度，因而减小复合物的有效介电常数，空隙包括空气或具有小于2的介电常数的其它气体。

实施例涉及一种用于形成连接器或基板的壳体的复合物，所述壳体支撑高速线路或导体。复合物包括如下材料，所述材料包括上述方法中的两个或多个，诸如但是不受限于，HGS和超临界流体或HGS和可膨胀颗粒。

与通过示例的方式图示本发明的原理的附图结合，从优选实施例的以下更详细的描述中，本发明的其它特征和优点将显而易见。

附图说明

图1是表示根据本发明的具有空隙的低电介质复合物的示意图。

图2是注塑成型工艺的图解视图，其中超临界流体被引入低介电常数材料中以形成本发明的复合物。

图3是本发明的说明性材料的图像，示出了在其中一体形成的中空玻璃球体(HGS)。

图4是表示复合物中的颗粒的示意图，示出的颗粒在暴露至热的情况下膨胀。

图5是基于多孔性或空隙体积的多孔/发泡聚合物的预测介电常数的曲线图。

图6是可以使用本发明的低电介质材料的典型的连接器的立体图。

具体实施方式

根据本发明的原理的说明性实施例的描述旨在联系附图来研读，附图被认为是整个书面描述的需要考虑的部分。在本发明的本文中公开的实施例的描述中，方向或定向的任何描述仅旨在方便描述，并且不意在以任何方式限制本发明的范围。相关术语，诸如"下"、"上"、"水平的"、"竖直的"、"高于"、"低于"、"向上"、"向下"、"顶部"和"底部"以及其衍生词(例如，"水平地"、"向下地"、"向上地"等)应该理解为表示之后描述的或如所讨论的图所示的定向。这些相关术语仅方便描述，并且除非明确地如此指示，否则不要求设备在特定定向上构造或操作。除非以其他方式明确描述，否则术语，诸如"附接"、"接附"、"连接"、"联接"、"互连"和类似术语，表示以下关系，即通过中间结构，结构直接地或间接地固定或附接到彼此，以及可移动或刚性附接关系。此外，本发明的特征和益处通过参考优选实施例而被描述。这些实施例被足够详细地描述以能使本领域的技术人员实践本发明，并且应该理解其它实施例可以被利用并且工艺的、电气的或机械的改变可以在没有脱离本发明范围的情况下而进行。相应地，本发明特别应该不受限于该优选实施例，优选实施例描述了特征的一些可能的非限制性组合，这些特征可以单独存在或在其它特征组合中；本发明的范围仅被随附权利要求和其等同例限定。

本文中描述的实施例是连接器和/或基板，诸如但是不受限于，利用具有低介电常数(Dκ)的可注塑成型的聚合物复合材料或其它熔化可加工材料制成的互连器，所述材料诸如但是不受限于热塑性材料、热塑性复合材料、热固材料、热固复合材料或其组合，所述连接器支持用于高速信号传输的噪声和/或串扰降低。低介电常数复合物向连接器和/或基板提供结构整体性，并且在相邻的高速信号线路之间提供介电屏蔽。减少的介电常数和减少的损耗正切通过在块体形塑性材料中添加空隙、空隙空间或孔隙10(图1)而产生，因而增加现有的空气或空隙含量，并且减小材料的有效介电常数。在相邻的传输线路之间的屏蔽件中引入的该多孔性减少串扰和其它的损耗，并且在更加缩小的连接器/基板设计中保持信号完整性。在多个实施例中，当聚合物材料是可注塑成型的时并且当聚合物材料具有其它需要的特性时，可以获得复合物的改进结果，所述特性诸如但是不受限于，较低的热变形和较高的模量。典型的材料包括，但是不受限于，液晶聚合物(LCP)、聚(对苯硫醚)poly(p-phenylene sulfide)(PPS)、聚对苯二甲酸丁二醇酯(PBT)、聚酰胺(尼龙)、氟化聚合物、其它高性能聚合物材料、和适合于连接器和屏蔽应用的其它材料或其组合。

低介电常数复合物的实现方式允许继续缩放连接器和基板。绝缘材料容纳信号线或导体并且将传导路径(端子、传导路径等)彼此分离。随着连接器和基板被缩小并且信号线定位成更靠近到一起，绝缘电介质已经变细至如下程度，其中串扰降低了信号传播速度并且增加功率消耗，从而不利地影响互连性能。利用相同粗细程度的低介电常数复合物代替传统绝缘材料减少了该障碍。

如本文中所示和所述，聚合物材料被改变成包括孔隙或空隙，所述孔隙或空隙至少部分地填充有空气或具有低介电常数的其它气体以形成复合材料。该介电常数小于2、小于1.5、在1和2之间、或其任何组合或子组合。例如，由于空气的介电常数(Dk)稍微地高于1，未充填的或无孔的聚合物材料(大致具有高于4的介电常数)的介电常数可以通过在聚合物材料中结合空隙而被降低，所述空隙至少部分地填充空气。因此，包括聚合物材料和空隙的聚合复合物(也被称为聚合物基体)具有比没有空隙的聚合物材料更低的有效Dk。这允许利用具有较低的Dk的聚合复合物制成连接器和/或基板。该材料的介电常数大于1、小于6、在1和6之间、或其任何组合或子组合。

获得具有低介电常数的可模制聚合复合物的一个方法是，通过注入诸如超临界流体的发泡剂，从而将孔隙一体形成至聚合物材料中。

根据本发明的一些实施例，发泡聚合复合物用作在连接器或基板中的绝缘材料。聚合物材料表示包括具有提供强度和结构整体性的性质的材料，诸如但是不受限于，其特征为具有较高可延展性、较低弹性模量和较低压缩屈服强度中的至少一个的材料。然而，根据本发明，能够被发泡的任何聚合物材料都适于使用。

发泡聚合物材料的使用有利地在连接器或基板中提供比未发泡的相同聚合物材料更低的介电常数的绝缘复合物。所述发泡聚合复合物的低介电常数允许其有利于用于连接器和/或基板中，在连接器和/或基板中，串扰/噪声通常地是成问题的。

发泡聚合复合物具有许多优点。例如，与用于连接器或基板中的具有大于3.0的介电常数的常规热塑性材料或热塑性复合材料不同，用于本发明的多孔绝缘材料中的聚合复合物可以具有小于3.0的低介电常数。

通过使聚合物材料发泡，在聚合复合物中形成空隙或室。很明显，发泡聚合复合物复合材料的特征在于在其中分布的室的数量和尺寸。如本文中所用，室表示空气或其它气态或流体成分的包封区域，所述其它气态或流体成分诸如但是不受限于氮或二氧化碳。室的尺寸由气体的包封区域的标称直径而确定。优选地，根据本发明的室的尺寸不大于100微米，不小于0.1微米，在0.1微米和100微米之间或其任何组合或子组合。在示出的实施例中，期望具有较小的室尺寸，使得聚合复合物可以用于连接器和/或基板的信号线之间的电介质或屏蔽壳体中，诸如但是不受限于较薄的壁或较小的沟。

在一个实施例中，超临界流体用于将聚合物材料转换成发泡聚合复合物。超临界流体的该用途便于在发泡聚合复合物中形成亚微米和微米量级的室。当气体在其临界点上方经受压力和温度的组合时，气体被确定在超临界状态中(并且被称为超临界流体)，使得其密度接近液体的密度(即，液态和气态共存)。许多化合物和元素可以被转换成超临界状态以用于形成发泡聚合复合物。

优选地，超临界流体被从包括但是不受限于N₂、CO₂和/或其组合的一组中选择。虽然可以使用这些和其它流体，但是优选的是包括具有较低临界压力和处于或接近室温的较低临界温度的流体，临界压力优选地低于100大气压。进一步地，优选的是流体是无毒的和不燃烧的。同样地，流体不应该使使用的聚合物材料或周围的传导路径的性质劣化。对于一个实施例，由于CO₂相对于大部分聚合物材料以及用于制造连接器或基板的其它材料的相对惰性，使用了超临界流体CO₂。此外，CO₂的临界温度是31℃并且临界压力是7.38兆帕(MPa)(72.8大气压(atm))。因而，当CO₂分别地经受高于7.38MPa(72.8atm)的压力和31℃的温度的组合时，其处于超临界状态中。

现在参照图2，示出用于生成本发明的发泡复合物的说明性方法。在所述方法的第一步骤中，如上所述的聚合物材料被加载进入挤出机104的料斗102中，并且使用定位在圆筒110中的塑化螺钉108输送通过传输区段106。材料沿着注塑成型机100的传输区段106被输送，并且随着材料移动通过传输区段106，使用来自螺钉和挤出圆筒的壁之间的材料的剪切粒子的摩擦力和/或任何适当的加热机构而被加热(例如，来自剪切的热或来自电源的热)。在传输区段106中，通过适当尺寸的喷嘴或多个喷嘴114，超临界流体112被引入材料中。超临界流体在如上所述的适当温度和压力下被引入。通过控制气流速度或压力，喷嘴直接地控制进入传输区段106中的超临界流体112的量。可以使用泵(未示出)连同背压调节器或任何其它适当的控制单元(未示出)来实现控制超临界流体112的压力或流量。在一个实施例中，泵具有两个操作模式，即，恒定压力和恒定流量。在恒定压力模式中使用适当尺寸的泵允许控制超临界流体112的室的形成。

经由滑道和门的适当系统，所产生的融化复合物(负载有超临界流体的材料)被引导进入注塑成型机100的一个或多个模具中。由于负载超临界流体熔融物离开传输区段106并且进入模具(多个模具)中而形成的快速压降导致材料的发泡(即，超临界流体的室的成核现象)，从而形成具有多孔性或空隙体积的微室注塑成型部件，多孔性或空隙体积是以聚合物材料的空隙的总体积的百分比计的体积，所述体积在0％至90％之间，并且大于0％，小于90％，在10％和70％之间，在20％和50％之间，是30％或其任何组合或子组合。

超临界发泡工艺用于部件的重量和材料减少，减少扭曲，并且减少在制造时熔化的聚合物的粘性。所述工艺尚未用于生产发泡复合物，所述发泡复合物用于低介电常数的连接器或基板中以在相邻的高速信号线之间提供介电屏蔽。

获得具有低介电常数的可模压聚合复合物的另一方法是，通过将包括一体形成空气或其它气体或气体组合的球体，所述气体诸如但是不受限于空气、氧、二氧化碳、氮、氩和氦，并且被包封在由诸如但是不受限于玻璃或陶瓷的材料制成的壳中，如图3所示。

中空玻璃球体(HGS)是较低密度的添加剂，该添加剂被添加至聚合复合物以在连接器或基板中提供比不包括球体的相同聚合物材料更低的介电常数的绝缘材料。以与玻璃纤维用于常规模制的塑料中的方式相同的方式，中空玻璃球体还用于提供机械加固。具有一体形成球体的聚合物材料结合空气的介电常数(稍微地高于1.0)和玻璃壳的加固性质与聚合复合物的机械强度。聚合复合物成为用于由包括空气的聚合物材料构成的多孔结构的基体。由于具有一体的HGS的该聚合复合物的低介电常数缓解了噪声/串扰问题，所以允许用于噪声和/或串扰通常地成问题的连接器或基板中。

浸渍HGS的聚合物材料具有许多优点。例如，与用于连接器或基板中的常规热塑性材料或热塑性复合材料不同，用于本发明的多孔绝缘复合物中的HGS浸渍聚合物材料可以产生低介电常数。

HGS通过将聚合物材料与球体组合或混合而被添加。明显地，聚合复合物的特征在于在其中分布的球体的数量和尺寸。球体的尺寸通过气体的包封区域的标称直径而确定。优选地，根据本发明的球体的尺寸不大于5000微米，不小于1微米，在1微米和5000微米之间，在10微米和2000微米之间，或其任何组合或子组合。在说明性实施例中，期望具有较小的球体尺寸，使得聚合复合物可以用于较薄的壁或较小的沟中。只要与壁或沟的宽度相比，最大球体尺寸是非常小的(例如1/10或更小)，则在壁或沟的机械整体性没有潜在地有害减少的情况下，可以提供足够的电绝缘。

由于空气或其它气体填充球体的使用允许能够形成具有更复杂几何形状的高度填充连接器和/或基板，所以空气或其它气体填充球体的使用是有利的。玻璃球体一体形成至聚合物材料中以形成聚合复合物生成能够支撑连接器和/或基板的整个结构整体性。

参见图4，获得具有低介电常数的可模压聚合复合物的另一方法是通过将可膨胀颗粒400一体形成至聚合物材料中，颗粒包括，但是不受限于氮、空气、二氧化碳、氧、氩或氦。

诸如但是不受限于由Akzo Nobel以Expancel Microspheres的名称售卖的颗粒或微球是如下的添加剂，所述添加剂被添加至聚合物材料以在连接器或基板中提供比未充填的或无孔的材料更低的介电常数的复合物。具有一体形成的颗粒的该聚合复合物的较低介电常数允许用于噪声/串扰可能成问题的连接器或基板中。

浸渍有较低Dk的颗粒以形成聚合复合物的聚合物具有许多优点。例如，与用于连接器或基板中的常规热塑性材料或热塑性复合材料不同，用于本发明的多孔绝缘材料中的粒子浸渍聚合复合物可以具有低介电常数。

优选地，根据该实施例的空隙的尺寸不大于100微米，不小于0.1微米，在0.1微米和100微米之间或其任何组合或子组合。在说明性实施例中，期望具有小的空隙尺寸，使得聚合复合物可以用于较薄的壁或较小的沟中。只要与壁或沟的宽度相比，聚合复合物的最大空隙尺寸是较小的，则可以提供足够的电绝缘。

在制造过程中，具有可膨胀颗粒的可模压聚合物材料暴露给热，导致可膨胀粒子膨胀以在复合物中产生较低密度的区域。

可膨胀颗粒的一体形成提供通过改变热暴露和/或其它的处理参数来调节介电常数的方法，这又使颗粒和所产生的较低密度区域可控制地膨胀，导致复合物的较低有效Dk。

经由滑道和门的适当系统，负载有可膨胀颗粒的所产生的融化材料被引导进入注塑成型机100的一个或多个模具中。这导致具有多孔性或空隙体积的注塑成型部件，空隙体积在0％到90％之间，大于0％，小于90％，在10％和70％之间，在20％和50％之间，是30％或其任何组合或子组合。

无论多孔聚合复合物的制造方法如何，填充空气的复合物的有效Dk或Dk_eff可以使用以下公式被预测：

其中：

v＝空隙体积含量

Dk_l＝空气的介电常数

Dk₂＝聚合物介质的介电常数

Dk_eff＝有效介电常数

图5示出复合物的Dk_eff可以通过改变空隙体积分数而被调整，空隙体积分数被使用的发泡剂、超临界流体、球体或颗粒的含量影响。LCP材料的Dk_eff由502表示。PPS材料的Dk_eff由504表示。

通过本发明的低介电常数复合物获益的连接器的示例由图6示出。该连接器600是包括高速信号线602和包覆成型壳体604的模块化系统。当使用没有引起的空隙或室的聚合物材料时，连接器遭受降低信号完整性并且增加功率消耗的串扰，从而不利地影响连接器的性能。

聚合复合物，包括但是不受限于，聚合物材料，所述聚合物材料已经被发泡，浸渍有球体或浸渍有其它的较低Dk的颗粒以降低复合物的介电常数的聚合物材料的使用可以使用传统的加工和制造方法被模制、挤出或以其它方式组装。

尽管本发明已经参照一个或多个实施例而被描述，但是本领域的技术人员将理解可以在没有脱离本发明的范围的情况下，进行各种改变，并且等同例可以被其元件替代。另外，在没有脱离本发明的实质范围的情况下可以进行许多修改以使得具体的位置或材料适应本发明的教导。因此，本发明并不意在受限于作为用于执行本发明的最好模式公开的特定实施例，而是本发明将包括落入随附权利要求的范围中的所有实施例。另外，在详细描述中所指出的所有数值将被理解为精确值和近似值都被明确指出。