專利名稱：機(jī)電裝置及制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的領(lǐng)域涉及機(jī)電裝置，特別涉及包括陀螺測試儀或加速計(jì) 類型的傳感器的裝置，其被設(shè)計(jì)為能夠安裝在飛行器或彈藥上從而可 能受到高熱和高機(jī)械應(yīng)力。
背景技術(shù)：
--般而言，這樣的組件通過模塊被表面安裝在基板上，而所述組 件粘合在模塊上。
它們也可以通過焊接被直接表面安裝在基板上或封裝包
(encapsulation package )上。
接口元件時(shí)常由于振動(dòng)、熱膨脹或甚至由于撞擊阻力的原因受到 限制。此外，這些接口組件容易引起在傳感器類型組件的層面上產(chǎn)生 偏離(drift)的偏差(bias),而上述傳感器類型組件也基于相同的原因 表現(xiàn)出可靠性方面的問題。

發(fā)明內(nèi)容
在本文中，本發(fā)明的主題是一種機(jī)電裝置，其中通過限制機(jī)械或 者熱量產(chǎn)生的應(yīng)力表面安裝這些組件，其中電子組件通過碳納米管或 者基于碳納米管的結(jié)構(gòu)添加到支撐物上，對于所述碳納米管或者基于 碳納米管的結(jié)構(gòu)可以利用其優(yōu)異的機(jī)械阻力以及極佳的導(dǎo)熱性和導(dǎo)電 性這兩方面的性能特征。
更確切地說，本發(fā)明的主題是包括至少一個(gè)表面安裝在支撐物上 的組件的機(jī)電裝置，其特征在于，其進(jìn)一步包括至少一個(gè)機(jī)械的或機(jī) 電的接口，用于基于納米管所提供的所述組件和支撐物之間的連接過 濾振動(dòng)和熱。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，該納米管是碳納米管。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，接口包括納米管薄膜。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，接口由離散的基于納米管的結(jié)構(gòu)(例
如鍵合型導(dǎo)線(bonding-type wires),薄片等)制成。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，接口進(jìn)一步提供組件和其支撐物之間 的電連接。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，接口進(jìn)一步提供組件和其支撐物之間 的熱連接。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，支撐物包含在封裝(package)中。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，接口包括定向的納米管(oriented nanotubes)層。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，裝置進(jìn)一步包括用于提供基于納米管 的接口和支撐物之間的連接的粘合元件，所述接口位于組件的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，裝置進(jìn)一步包括用于提供基于納米管 的接口和支撐物之間的連接的焊接元件，所述接口位于組件的表面上。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，粘合元件基于通常被稱為"ACAs"的有 機(jī)粘合導(dǎo)電材料。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，封裝進(jìn)一步包括用于電連接 (electrically address)所述組件的電觸頭(contacts),基于納米管的接 口提供機(jī)械和電接口的功能。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，支撐物進(jìn)一步包括用于電連接 (electrically address)所述組件的電觸頭(contacts),該裝置也包括提 供電子組件和所述電觸頭之間的電接觸的第二接口 。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，封裝包括底部基板，橫向側(cè)壁以及輔 助支撐物，電子組件通過基于納米管的接口在所述輔助支撐物的平面 機(jī)械的添加在該輔助支撐物上。 '
根據(jù)本發(fā)明的 一個(gè)變化例，輔助支撐物是印刷電路板。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，組件的類型是MEMS (微機(jī)電系統(tǒng))。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，組件是慣性傳感器。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，組件是加速計(jì)。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)變化例，組件是陀螺測量儀。
本發(fā)明的一個(gè)主題是制造根據(jù)本發(fā)明的裝置的方法，包括下述步
驟在電子組件的表面上制造基于納米管的接口； 在納米管接口 一側(cè)將電子組件表面安裝在基板上。
有利的，可以通過粘合劑的粘合來執(zhí)行表面安裝，所述粘合劑特 別的是基于包含導(dǎo)電顆粒的聚合物類型的粘合劑。


通過閱讀以下描述給出的非限制性實(shí)施例以及通過附圖，可以更 好的理解本發(fā)明，且本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見，其中
圖la以及l(fā)b示意性的顯示了本發(fā)明的第一變化例，其中基于納 米管的接口具有機(jī)械功能；
圖2示意性的顯示了本發(fā)明的包括中間表面安裝支撐物的變化例；
圖3a以及3b示意性的表示了本發(fā)明的變化例，其中基于納米管 的接口提供機(jī)械連接和電連接；
圖4說明了使用包含導(dǎo)電顆粒的聚合物的粘合劑的方法的步驟， 有利的，該步驟在根據(jù)本發(fā)明的制造裝置的方法中使用；
圖5a以及5b說明了根據(jù)本發(fā)明的示例性裝置，其包括含有MEMS 類型的組件的封裝。
具體實(shí)施例方式
納米管的優(yōu)點(diǎn)，更確切地說，此后稱作"碳納米管(CNT)"的優(yōu) 點(diǎn)，特別在于它們的以下特性 楊氏模量在1Tpa量級； 非常強(qiáng)的機(jī)械阻力，達(dá)到100GPa量級； 非常好的導(dǎo)電性。
本發(fā)明的不同變化例將使用表現(xiàn)基于納米管的接口的簡化圖示進(jìn) 行描述?？梢酝ㄟ^使用現(xiàn)有技術(shù)在組件的表面上生長納米管或者經(jīng)過 焊接或粘合技術(shù)表面安裝納米管而得到這些接口 。
還可以通過分散有納米管的溶液得到這些接口 ，在組件被表面安 裝在基板上之前，上述溶液涂在組件的表面上。 '
更確切地說，基板上被涂有含有碳納米管的溶液。在環(huán)境溫度進(jìn) 行該操作，而不是像納米管生長操作需要在更高的溫度進(jìn)行。由此，具備元件的優(yōu)異分布的非侵襲性(non-aggressive)操作提供所有電子 組件的表面上的熱傳導(dǎo)。
典型的，為制造納米管溶液，可以使用下列類型的溶劑二甲基 甲酰胺(dimethylmethylformamide ， DMF )， 或者二氯乙烷 (dichloroethane ， DCE )，或者 N-甲基-2-卩比咯啉 (N-methyl-2-pyrrolidone， NMP)，或者二氯({戈)苯(dichlorobenzene， DCB)，或者水加上十二烷基硫酸鈉(sodium dodecyl sulphate, SDS)。 用于得到最佳分布的方法如下所述
在20ml溶劑中添加大約lmg碳納米管(這些值完全是指示性的， 具體的數(shù)量可以調(diào)整和優(yōu)化，從而得到所需的導(dǎo)熱性)。 使用被稱為超聲粉碎器(sonicator)的間歇性發(fā)送超聲波的裝置以 "超聲粉碎"所述溶液。實(shí)際上，超聲波協(xié)助分離納米管的串，因 為由于范德瓦爾斯力，傾向于形成納米管的串。 在容器中對溶液進(jìn)行離心處理，從而保持未被超聲粉碎所分離的 納米管串以及其他形式的雜質(zhì)，例如金屬催化劑的殘?jiān)粼谌?器底部。
然后，以上述方式得到的溶液可以以傳統(tǒng)方式沉淀在包括電子組 件的基板的表面上。
典型的，可以通過溶液噴霧噴灑、或者微滴(microdr叩lets)、或 者通過噴墨設(shè)備而涂布溶液。
在溶劑蒸發(fā)之后，得到納米管隨機(jī)分布的納米管墊。
為了增強(qiáng)形成在電子組件表面上的碳納米管墊的熱傳導(dǎo)性，還可 以采用直接涂布的技術(shù)。
對此而言，可以使用例如電泳的技術(shù)，使用磁場，在沉積之后在 定向氣流下干燥，等等。
根據(jù)本發(fā)明，提出了使用基于這種納米材料的接口從而可以得到 熱應(yīng)力更小的組件，同時(shí)也能夠以很高的質(zhì)量接收到其控制所需的信
號
根據(jù)圖la中所示的本發(fā)明的第一變化例，電子組件11表面安裝 在基板10上，而所述基板10可以是封裝的一個(gè)整體部分，通過納米 管接口 12，提供機(jī)械的表面安裝功能。通過傳統(tǒng)導(dǎo)電元件13實(shí)現(xiàn)組件的電連接(addressing),所述導(dǎo)電元件13還連接到封裝所具備的連接 焊盤(pad) 14。
圖lb中示出了該變化例的另一種情況；連接焊盤14位于封裝的 底部平面上，即在基板平面上。
圖2中描述了根據(jù)本發(fā)明的第二變化例，裝置可以具備輔助支撐 物15，其上機(jī)械的添加電子組件ll;機(jī)械接口包括在中間支撐物和組 件之間制造的納米管。在這種情況下，封裝包括中間支撐物所處的中 間平面。
上述的本發(fā)明的變化例利用了納米管優(yōu)異的機(jī)械性能，但是也可 以同時(shí)利用納米管的電學(xué)性能。
圖3a中所示的變化例涉及使用納米管的裝置，而所述納米管既提 供機(jī)械的表面安裝功能，又提供電連接功能。根據(jù)該變化例，通過納 米管接口 123，組件11被機(jī)械和電連接在集成在基板10上的封裝上。
圖3b所示的變化例涉及使用印刷電路板類型的中間支撐物15的 配置。
有利的，納米管接口首先在其上制造的組件可以通過導(dǎo)電粘合劑 (例如ACAs類型的粘合劑)與基板相接觸。
為提供該連接，在第一步驟4a中，包含導(dǎo)電顆粒的單體溶液 (monomer solution)涂布在基板的表面上，如圖4所示。
在第二步驟4b中，單體通過加壓或通過升溫的方式被聚合，從而 產(chǎn)生基于包含導(dǎo)電顆粒的聚合體的導(dǎo)電粘合劑層。
應(yīng)當(dāng)注意，在封裝平面的組件的表面安裝可以要求在具有不同的 平面的所述組件的表面上的表面安裝。對此，必須制造具備可變長度 的納米管的接口。
對組件在封裝中表面安裝的內(nèi)容，本發(fā)明進(jìn)行了非常示意性的描述。
通常，如圖5a所示，采用的封裝在封裝的底部具有一系列的組件 Coi，其具有網(wǎng)絡(luò)連接Ri。 '
圖5b是組件Coi的其中之一的截面圖。有利的，根據(jù)本發(fā)明，組 件包括基于納米管的接口，使用導(dǎo)電粘合劑表面安裝在封裝的底部， 其制備方法如圖4所示。這樣在基板S的表面上，裝備有屬于連接網(wǎng)絡(luò)Ri的觸頭(contacts)Ci，安裝在芯片Pi上的組件Coi被機(jī)械的和電的表面安裝。
納米管接口 CTN通過包含導(dǎo)電顆粒pc的聚合物P連接到所述基板。
一般情況下，采用的組件可以基于硅或者任何其他半導(dǎo)體材料。采用的封裝可以是非常廣泛變化的類型，特別是可以是二氧化硅(siUca)，陶瓷或其他類型。
權(quán)利要求
1、一種包括支撐物(10)和至少一個(gè)表面安裝在所述支撐物上的組件(11)的機(jī)電裝置，其特征在于，其包括至少一個(gè)基于納米管(12)的用于振動(dòng)和熱過濾的機(jī)械或機(jī)電接口，所述納米管提供所述組件和所述支撐物之間的連接。
2、 如權(quán)利要求l所述的機(jī)電裝置，其特征在于，所述納米管是碳 納米管。
3、 如權(quán)利要求1或2所述的機(jī)電裝置，其特征在于，所述支撐物 進(jìn)一步包括能夠電連接所述組件的電觸頭，基于納米管的所述接口提 供機(jī)械和電接口功能。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1或2的機(jī)電和熱裝置，其特征在于，所述支撐 物進(jìn)一步包括能夠電連接所述組件的電觸頭，基于納米管的所述接口 提供機(jī)械、電和熱接口功能。
5、 如權(quán)利要求1到4中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于，所 述支撐物包含在封裝中。
6、 如權(quán)利要求1到5中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于，所 述接口包括納米管薄膜。
7、 如權(quán)利要求1到6中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于，所 述接口包括定向納米管層。
8、 如權(quán)利要求1到7中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于，其 進(jìn)一步包括粘合元件，用于提供所述組件與所述接口、以及所述支撐 物與所述接口之間的連接。
9、 如權(quán)利要求l到7中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于，其進(jìn)一步包括焊接元件，以提供所述組件與所述接口、以及所述支撐物 與所述接口之間的連接。
10、 如權(quán)利要求1到9中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于，粘合劑是基于導(dǎo)電顆粒(ACAs)的聚合物類型。
11、 如權(quán)利要求5到IO中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于， 所述封裝進(jìn)一步包括能夠電連接所述組件的電觸頭，基于納米管的所 述接口提供機(jī)械和電接口功能。
12、 如權(quán)利要求5到11中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于， 所述封裝包括對應(yīng)于所述支撐物的底部基板、側(cè)壁和輔助支撐物，所 述組件通過基于納米管的所述接口機(jī)械的添加到所述輔助支撐物的平 面上。
13、 如權(quán)利要求1到12中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于， 所述組件是微機(jī)電系統(tǒng)類型。
14、 如權(quán)利要求1到13中任一項(xiàng)所述的機(jī)電裝置，其特征在于， 所述組件是慣性傳感器類型。
15、 一種制造如權(quán)利要求1到14中任一項(xiàng)所述的裝置的方法，其 特征在于，其包括下列步驟-在組件的表面上制造基于納米管的接口 ； 在納米管接口一側(cè)將所述組件表面安裝在基板上。
16、 如權(quán)利要求15所述的制造方法，其特征在于，通過粘合來執(zhí) 行表面安裝。
17、 如權(quán)利要求16所述的制造方法，其特征在于，所述粘合劑基 于包含導(dǎo)電顆粒的聚合物。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種機(jī)電裝置及制造方法，特別涉及一種包括封裝及至少一個(gè)表面安裝在封裝中的組件的機(jī)電裝置，其特征在于，其包括至少一個(gè)基于納米管的用于在所述組件和封裝之間進(jìn)行振動(dòng)和熱過濾的機(jī)械接口。有利的，基于納米管的接口可以進(jìn)一步作為與封裝所裝備的電觸頭的電和/或熱接口。
文檔編號G01D11/00GK101639368SQ20091015163
公開日2010年2月3日 申請日期2009年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月18日
發(fā)明者C·薩諾, S·帕爾博 申請人:泰勒斯公司