专利名称：枝状互连系统的制作方法
技术领域：
本发明一般涉及两个构件的互连，采用枝状体用于这种互连。在更具体的方面，本发明涉及用枝状体来互连两个构件，两构件形成一种牢固的、基本上永久性的连结。在更具体的方面，本发明在用枝状互连的液晶平板显示器中特别有用，这种枝状互连形成一种永久的互连。
枝状互连技术已经发展到了在各种应用中都很实用的程度。在共同授予宾德拉(Bindra)等人的美国专利U.S.5,137,461中详细说明了枝状连结和枝状体的成形。在形成枝状连结时，首先形成枝状体，这种枝状体材料一般是钯，不过也可以用其它材料。枝状体形成在有待互连的构件之一的一个表面上，然后在要被互连的另一个构件的表面上形成枝状体容纳和固定材料。这种枝状体容纳和固定材料也可以是枝状体，不过更常用焊料；也可利用其它的非金属材料如导电的环氧树脂作为枝状体容纳和固定材料。这些枝状体以一种给定的型式形成，并且枝状体容纳和固定材料以同样给定的型式在另一个构件的一面上形成。施加力将两个构件推压在一起，因而这些枝状体被迫进入或刺入枝状体容纳材料内，以形成一种互连。一般而言，采用机械压力来施加这种力。这些连接可以是临时性的或者是永久性的。例如，在试验装置中临时性的连接是有用的；而在为获得装置的操作功能来将一个元件结合到另一个元件上时，永久性的互连是有用的。当连接是永久性的时，应当保持所述力，同时将两个构件推压在一起，以确保连接的持久性；或者，换一种说法，保持该力以确保连接不会无故地脱开。按照常规的现有技术的实践，这种力是通过夹紧装置施加的，并可以加入一些弹性体、刚性构件和机构以便引入、调节和保持该力并将两个构件推压在一起。这种技术一般为电缆、插件、插件板、元件、芯片及其它类似的电路元件提供了良好的连接。
但是，使用夹紧装置具有某些局限性。例如，如果大量的枝状体与枝状体容纳和固定材料设置在一个大面积上，则在每一个枝状连接处就难以保持同等的力，并且这种难度随面积的增加而增加。另外，如果一些主要表面具有很小的横截面积，也会造成困难。而且，要求主要表面必须能让光通过，这也会引起一些枝状体的接触问题。这些问题中的首要问题在于，在使用夹具的地方，施加足够力以便良好接触是难以实现的，并且，即使实现了施加足够力，也会造成力的不均匀分布和出现表面偏离平面的变形。
因此，本发明的目的是提供一种枝状互连的技术，其中可将基本上均匀的力施加到枝状连接件上，并且良好的连接导致它能抵挡无故的拆开。
按照本发明，提供了一种利用枝状体或枝状体技术将具有第一面的第一构件连接到具有第二面的第二构件上的技术。为了形成这种连接，枝状体以一种给定的构型在第一构件的一个面上形成。优选地，枝状体是用钯制成，不过它们也可以用其它材料如镍、铜、钴、铁等金属制成。这些枝状体在一个面上以一种给定的构型形成。枝状体容纳和固定材料在第二构件的一个面上形成，其构型基本上与枝状体在一个面上的给定构型一致。枝状体容纳和固定材料优选地是焊料，不过也可以用其它材料、例如第二组枝状体或甚至一种环氧树脂(如果要求导电连接，它可以是一种导电环氧树脂)作为枝状体容纳和固定材料。
然后，将第一和第二构件放在一个彼此相对的位置，以第一构件一个面上的枝状体与第二构件一个面上的枝状体容纳和接合材料接触。然后围绕枝状体及枝状体容纳和接合材料在第一和第二面之间设置一个气密密封件，该密封件在第一和第二部件之间形成一个密封的室。此后，在该密封室内抽真空，因而使两个构件上的环境大气压力将两个构件彼此相对地推压，这将使枝状体嵌入枝状体容纳和接合材料内，从而形成它们之间的互连。然后从两个构件上拆下抽真空的装置并将其中保持真空的气密室密封，以使大气压力在两个构件上保持一个恒定而持续的力，从而保证了枝状体及枝状体容纳和接合材料之间的持续可靠的接合。
为了增强或改善这些枝状体与枝状体容纳和固定材料之间的结合并因此保证一种永久性的互连，在一个实施方案中，这些枝状体与枝状体容纳和固定材料各含有一种组分，这种组分可以在其间形成一种金属间化合物。例如，当优选的钯作为枝状体材料使用时，如果用一种铅/锡或铅/铟焊料或者确实含锡或铟的任何焊料，那么将形成一种金属间化合物。这将增强枝状体与枝状体容纳和固定材料之间的结合，因而提高永久结合的可靠性。
图1是部件分解图，稍微简略地示出本发明用于连接一种平板液晶显示器的两个构件的一个实施方案。
图2是图1中的两块平板处于接合位置时的纵向剖面图；图3是类似于图2的视图，示出平板的两个构件与嵌入枝状体容纳和接合材料内的枝状体接合并且保持真空；和图4是本发明的另一个实施方案的纵向剖面图。
按照本发明，采用枝状体技术使一对构件互连，该技术是通过在一个构件的面上形成枝状体及在另一个构件的面上以相应型式形成枝状体容纳和固定材料，以便借助这些枝状体与枝状体容纳材料接触而使两个部件接合在一起，从而提供一种气密密封件来在两个构件之间限定一个室，并且然后用一个气泵将该室抽真空，因而使作用在构件相对侧面上的大气压力能将枝状体压入枝状体容纳和固定材料内。在图1-3中示出这种技术，用于本发明制造平板液晶显示器的一个实施方案，虽然这仅仅是它可以应用的一个实施例，但在两个构件需要结合起来并且在它们之间可以限定一个气密室的任何地方，这种技术都是实用的。
现在参看附图，并且暂且参看图1-3，图中示出一个平板液晶显示(LCD)的显示器并且总体用标号10表示。在图1中以分解图示出平板10，在图2中以纵向剖面图形式示出在形成真空之前的平板10，在图3中示出抽真空之后的平板10。平板显示器10包括一个上构件12和一个下构件14。(正如这里所用的，上和下仅仅是表示如附图中所示的位置，可以理解，构件12和14可以按任何彼此相对的位置利用和/或组装)。
平板10还包括许多含有液体显示材料的组件16，它们以一种常规方式(图中未示出)用导线连接在一起以形成LCD显示器，并且设置在板12和14之间。上构件12具有一些枝状体18，它们以一种重复的型式在上构件12的一个面19上形成。正如在上面授权的美国专利U.S.5,137,461中所述，这些枝状体优选地是用钯制造。但是，也可以用其它材料来制造这些枝状体，如镍、铜、钴、铁或其它材料，它们形成一种象针一样的针状结构，这种结构是比较坚硬的并且可以压入一种枝状体容纳材料、如焊料内。在下构件14的一个面21上形成许多焊料突出部20。焊料突出部20以与由枝状体18所形成的型式相符合的型式在面21上形成。优选地，这种焊料是铅一锡焊料，不过正如现在将要说明的，其它焊料及实际上其它枝状体容纳材料都可以使用。
如图2所示，上板12和下板14组装在一起，它们的面19和21成并列关系，枝状体18接触焊料球20。组件16设置在构件12和14之间和隔离球24之间。优选地，隔离球是玻璃球并用于在构件12和14处于最终操作位置时使它们之间保持适当的间距。通常，用于LCD显示器的构件12和14之间的间距在约0.5毫米和2毫米之间。
设置了一个气密性的弹性密封件，其一部分以26示出，该密封件26围绕上构件12和下构件14的外周边设置并接合构件12和14，以便分别在构件12和14的面19和21之间提供一个气密室28。用于密封件26的一种特别有用的材料是环氧树脂，不过也可以用其它的材料如天然橡胶和合成橡胶。组件16和隔离球24设置在这个空间内。设置了一台真空泵30，该泵30经过阀34通过一根真空管道32连接到气密室28中。然后开动真空泵以将气密室28内抽真空。当室28被抽真空时，作用在上构件12和下构件14两个相对侧上的压力如图3中箭头所指示将枝状体18压入焊料球20内。不要求极高的真空度，真空度高到足以使大气压力将枝状体18压入焊料球20并使构件12和14的面19和21压住板16和隔离球24就够了。对于该用途，约为1乇的真空度就足够了。
利用真空，可以对构件12和14的整个表面施加基本上均匀的压力，而使枝状体18牢固地接合在焊料球20内。这种枝状互连在上述专利5,137,461中已充分说明了。
一旦抽取到合适的真空度，就将阀34关闭，而使真空管道32密封，以便在气密室28中保持真空，并因此使构件12和14上维持压力以保持一个良好的紧密密封。
现在参看图4，图4示出供平板液晶显示器用的本发明的另一个实施方案。除了枝状体18是在组件16的一个面上形成而不是在上构件12的一个面上形成之外，这个实施方案与图1-3的实施方案相同。在抽真空时大气压力的作用是相同的。
通过挑选用于枝状体和焊料的材料，使得能形成一种金属间化合物，可以改善或提高枝状体18和焊料20之间机械结合的强度。例如，如果枝状体材料是钯而焊料是含锡焊料，则在枝状体连接件到焊料20的界面处可以形成一种金属间化合物(PdSn)。这可以通过将焊料加热到超过液相温度来完成，此时金属间化合物Pd-Sn迅速形成，因此在枝状体和焊料之间提供化学或分子结合以及机械结合。这将保证在真空度失去或降低的情况下，在接合处有附加的强度。的确，在某些情况下，这种金属间化合物可以提供一种足够强的接合，以便在没有真空的条件下实现某些元件的永久互连。
如果对枝状体和焊料选用不同的材料，可以形成其它的金属间化合物。例如，在焊料中可以用铟代替锡，或是除了用锡之外再加铟，在这种情况下可以形成铟-钯结合。其它的材料如镍、铜、钴和铁可以同锡或铟形成金属间的结合。
在另一实施方案中，为了形成金属间结合或更强的结合，枝状体可以镀一层例如锡以助于形成金属间结合，或者枝状体可以镀一层金，金很容易同各种材料包括钯、锡和铟形成金属间结合。不管怎样，通过挑选用于枝状体的材料和枝状体容纳和固定材料，利用加热可以形成各种金属间化合物以强化结合。
另外，有可能用焊料之外的材料来形成枝状体容纳材料。例如，可以将第二种型式的枝状体镀在下构件20的面21上而不是焊料上，并且如专利5,137,461中所述可以形成枝状体-枝状体连接。此外，如果采用镀锡，可以形成将使结合强化的金属间化合物。另外，可以用环氧树脂代替焊料，并且如果在任何要求导电的特别用途中，可以用导电环氧树脂。如果用环氧树脂，则不适于形成金属间化合物。
至此，已描述了本发明的优选实施方案。但是，考虑到上述描述，可以理解，这种描述只是通过实施例作出的，本发明不限于此处所述的具体实施方案，并且在不脱离下述权利要求所述的本发明实际精神的条件下可以进行各种调整、修改和变换。
权利要求
1.一种将具有第一面的第一构件连接到具有第二面的第二构件上的方法，它包括以下步骤以给定的构型设置从所述第一面伸出的枝状体，以相当于所述给定构型的构型在所述第二面上设置枝状体容纳和接合材料，以并置关系放置所述各构件，使枝状体与枝状体容纳和接合材料接触，围绕枝状体与枝状体容纳和接合材料在第一面和第二面之间设置一个基本上气密的密封件，因而在该气密密封件之内第一和第二构件之间形成密封室，和在密封室内抽取真空，因而使枝状体能嵌入枝状体容纳和接合材料内以形成它们之间的互连。
2.如权利要求1所述的发明，其特征在于枝状体容纳和接合材料是焊料。
3.如权利要求1所述的发明，其特征在于在所述室内第一和第二构件之间设置至少一个隔离装置。
4.如权利要求3所述的发明，其特征在于在第一和第二构件之间有许多隔离装置。
5.如权利要求1所述的发明，其特征在于枝状体与枝状体容纳和接合材料各包括第一和第二构型，这些构型形成一种金属间化合物；并且在抽取真空之后，将枝状体与枝状体容纳和接合材料加热，以形成所述金属间化合物。
6.如权利要求5所述的发明，其特征在于枝状体包括钯。
7.如权利要求6所述的发明，其特征在于枝状体容纳和接合材料包括一种含锡或铟的焊料。
8.如权利要求5所述的发明，其特征在于所述颗粒是圆球。
9.如权利要求1所述的发明，其特征在于真空至少低至1乇。
10.如权利要求1所述的发明，其特征在于设置第三构件，该第三构件接合所述第一和第二构件中的一个、提供气密密封件的一部分并且受到环境压力的作用。
11.一种具有第一面的第一构件和具有第二面的第二构件的复合结构，它包括以给定的构型从第一面伸出的枝状体，以相当于所述给定构型的构型位于第二面上的枝状体容纳和接合材料，所述第一和第二构件成并置关系，在第一和第二面之间围绕枝状体与枝状体容纳和接合材料的基本上气密的密封件，因而在所述气密密封件内第一和第二构件之间形成密封室，和在密封室内的真空；通过作用于第一和第二构件上的环境压力使枝状体嵌入枝状体容纳和接合材料内并保持在其中，以便在它们之间形成一种互连。
12.如权利要求11所述的发明，其特征在于枝状体容纳和接合材料是焊料。
13.如权利要求11所述的发明，其特征还在于在所述室内第一和第二构件之间设置至少一个隔离装置。
14.如权利要求13所述的发明，其特征在于在第一和第二构件之间有许多隔离装置。
15.如权利要求11所述的发明，其特征在于枝状体与枝状体容纳和接合材料各包括第一和第二构型，这些构型在枝状体与枝状体容纳和接合材料之间形成一种金属间化合物。
16.如权利要求15所述的发明，其特征在于枝状体包括钯。
17.如权利要求16所述的发明，其特征在于枝状体容纳和接合材料包括一种含锡或铟的焊料。
18.如权利要求15所述的发明，其特征在于所述颗粒是圆球。
19.如权利要求11所述的发明，其特征在于真空至少低至1乇。
20.一种具有第一面的第一构件和具有第二面的第二构件的复合结构，它包括以给定构型从第一面伸入设置在第二面上的枝状体容纳和固定材料中的枝状体，并且枝状体与枝状体容纳材料包括在该枝状体与枝状体容纳和固定材料的界面处形成金属间化合物的元素。
21.如权利要求20中所述的发明，其特征在于枝状体是钯。
22.如权利要求21中所述的发明，其特征在于枝状体容纳材料是一种含锡焊料，而所述金属间化合物是PdSn。
全文摘要
一种利用枝状体将第一构件连接到第二构件上的技术。将第一和第二构件放置在彼此相对的位置上,使第一构件一个面上的枝状体与第二构件一个面上的枝状体容纳和接合材料接触。然后围绕枝状体与枝状体容纳和接合材料在第一和第二构件之间形成一个密封室。此后,在密封室内抽取真空,因而使作用在两个构件上的环境大气压力将两个构件彼此相对地推压,这将使枝状体嵌入枝状体容纳和接合材料内,以便在它们之间形成互连。
文档编号H01R4/26GK1193200SQ97125540
公开日1998年9月16日 申请日期1997年12月12日 优先权日1996年12月30日
发明者A·P·恩格拉汉姆, J·A·莫拉, D·B·斯托内 申请人:国际商业机器公司