專利名稱：用于柔性互連封裝的系統的制作方法
技術領域：
本發明涉及封裝系統，并更具體地涉及柔性互連封裝系統。
背景技術：
由于許多消費者電子器件的尺寸縮小，因此封裝系統變得日益重要。例如，蜂窩電話變得越來越小，以滿足消費者希望便攜式電話重量輕且易于攜帶的愿望。這些器件還必須提供消費者所要求的全部特征和功能。對于蜂窩電話通常要求有鍵盤、顯示器和發聲器。可以預料，最新式的電話將包括紅外線(IR)接口、視頻能力和用于增加安全性的指紋傳感器。進而，消費者器件越來越小的進步以及特征的改進正在超越蜂窩電話的技術水平，達到諸如個人數字助理(PDA)和筆記本計算機的技術水平。
器件越來越小的趨勢已著重強調各種用于把各個內部系統組件集成在器件殼體內的封裝系統。然而，常規封裝技術利用剛性電路板，以便固定組件并把組件電耦合在一起。結果，對于在殼體內在何處且如何布置組件以及所述組件在殼體外表面如何面對消費者，存在著限制。
電子封裝中一個最重要的問題是封裝問題和互連集成電路(IC)。IC是電子系統控制的核心，并且由于它們一般對電氣、機械、物理和化學的影響敏感，因此需要封裝工程師對它們認真考慮。同樣地，IC封裝是生產現代系統的過程的中間環節。
圖1示出電子封裝的三個階段。封裝(IC封裝)的第一階段是IC芯片120組裝到IC包裝122中。IC包裝是保證對IC芯片進行環境保護的殼體，并且為下一階段互連提供完全的測試和高產量的組裝。IC包裝提供對IC芯片互連的第一工序。IC芯片通過引線接合、自動帶接合(TAB)或使用倒裝片沖擊方法而耦合到外部包裝引腳。
封裝的第二階段可以描述為IC包裝組裝到承載電路板124上。承載電路板一般由單層或多層剛性基板組成，并設計得承載IC包裝，以便提供對主印刷電路板(PCB)或底板126的下一階段互連。
IC包裝122和承載電路板124之間的互連接合一般通過焊球、IC插座和/或焊接片而有可能形成。當承載電路板124最終連接到主板(PCB)126時，完成封裝的第三階段。因而，目前的封裝系統提供用于封裝和互連電子組件的剛性封裝結構系統。
圖2示出把電氣組件耦合到主電路板的另一常規技術。例如，電氣組件為指紋傳感器。電氣組件102安裝到較小的包括連接器106的剛性印刷電路板104上。主印刷電路板108還包括連接器110。接口電纜112把小電路板104耦合到主電路扳108。接口電纜112包括分別與連接器106和110配合的配合連接器114、116。因而，小電路板104和相關的連接器106、114用于把組件102耦合到主電路板108。
對于上述封裝系統，容易發現存在幾個局限性。例如，把組件102連接到主電路板108比較昂貴，因為它需要其上安裝組件102的小電路板104以及與接口電纜112配合的連接器106、114。進而，該技術導致尺寸和柔性上的局限性，這是因為電路板104和相關連接器(106、114)的尺寸限制在殼體中何處以及如何布置組件102，而且限制所述組件在器件外表面如何面對用戶。
因此，希望有一種允許組件耦合在一起的封裝系統，此系統不受現有封裝系統所存在的制約和限制。
發明內容
本發明包括柔性互連封裝系統。本系統利用柔性印刷電路板作為主基板材料。在一個實施例中，使用標準模型連接粘合劑(導電的或非導電的)，把組件安裝或連接到所述基板。所述組件的接合片用諸如引線接合、球/凸塊方法、自動帶接合(TAB)、或任何其它用于集成電路的應用接合工藝的技術，連接到柔性基板的導電通路片(conductive trace pad)。所述封裝包括為預制包裝形式的塑料轉移成型，所述預制包裝提供物理支撐和保護，并且在組件和基板之間實現可靠的連接。
使用本發明的封裝系統提供超過常規系統的幾個優點。在常規系統中，IC器件通常必須與主電路板的方向一致。然而，本發明的封裝系統允許電路彎曲，從而提供一種實際上以任意方向放置器件的方法。例如，組件可布置得與主電路板分開，并且組件相對于主電路板的方向實際上是任意的。例如，組件可以是用于蜂窩電話中的指紋傳感器。本發明的封裝系統允許指紋傳感器布置得與主電路板分開，并且在蜂窩電話的外表面上暴露和確定方向，以便提供最好的傳感器位置供蜂窩電話用戶使用。
進而，所述封裝系統允許器件通過位于電路板上的單個接插件而耦合到主電路板，從而，從電路容易接近并且快速連接和斷開所述器件。這使用戶容易更換，且不需把器件送回制造商。所述封裝系統可應用于所有類型的電子器件、光學器件、接觸/壓力器件和任何其它類型的傳感器或電氣組件。
因而，已經消除對傳感器在指定外殼(蜂窩電話、PDA等)上放置的限制。例如，根據本發明一個或多個實施例所提供的優點，蜂窩電話設計者現在能在外殼任意位置上自由地選擇傳感器組件的安裝位置。由于所述封裝系統容易從主電路板連接和斷開，因此，傳感器可以被最終用戶更換或者可以在現場使用地點更換。因而，器件不必送回服務中心，并且用戶不必花許多天來等待修復所述器件。
在本發明的一個實施例中，提供一種用于耦合電氣組件的柔性互連裝置。所述電氣組件具有至少一個接觸片，所述互連裝置包括柔性基板；以及柔性基板中的至少一個導電通路，其中，至少一個導電通路具有暴露的接觸區，所述接觸區直接電耦合到所述至少一個接觸片。
在本發明的另一個實施例中，提供一種用于把指紋傳感器柔性耦合到外部電路的柔性互連裝置。所述互連裝置包括具有一個或多個導電通路的柔性基板，所述導電通路在一端形成連接器。所述連接器與耦合到外部電路的相應連接器配合。指紋傳感器連接到所述基板并具有傳感器表面。指紋傳感器具有引線接合到導電通路的傳感器觸點。所述裝置還包括耦合到指紋傳感器之下的基板底部的模制包裝，模制包裝形成允許暴露指紋傳感器的傳感器表面以供用戶接近的敞口頂部空腔。
結合以下附圖并根據以下詳細描述，可以更加容易地理解本發明的前述幾個方面和相應優點，在附圖中圖1示出電子封裝的三個階段；圖2示出常規封裝系統的視圖；圖3示出根據本發明構造的柔性互連封裝系統的一個實施例的視圖；圖4示出根據本發明構造的封裝系統的一個實施例的側視圖；圖5示出根據本發明構造的柔性互連封裝系統的第三實施例的視圖；圖6示出根據本發明構造的柔性互連封裝系統的第四實施例的視圖；圖7示出根據本發明構造的柔性互連封裝系統的第五實施例的視圖；圖8示出使用根據本發明的柔性互連封裝系統的三個器件。
具體實施例方式
本發明包括克服常規封裝系統限制的柔性互連封裝系統。例如，在一個實施例中，所提供的柔性封裝系統包括柔性基板和預先模制的或后組裝的模制塑料包裝，所述塑料包裝形成用于容納指紋傳感器的敞口空腔。此種柔性封裝系統可用于蜂窩電話或其它便攜式電子器件的殼體內，以便在器件殼體的外表面設置傳感器，同時把傳感器電耦合到其方向與傳感器方向不同的內電路板。
上述封裝系統適合于形狀因數非常小的器件，并且生產成本相對較低。進而，在傳感器損壞的情況下，容易更換封裝系統。例如，當指紋傳感器和諸如鑰匙或硬幣的硬材料放在裝有蜂窩電話的口袋里時，指紋傳感器容易被硬材料損傷。
典型實施例圖3示出根據本發明構造的柔性互連封裝系統200的一個實施例。系統200包括通常用202表示的基板材料。基板202包括頂部基板部分204和底部基板部分206。示出的電子組件208固定到頂部基板部分204上。在一個實施例中，組件208使用(導電的或不導電的)高溫模片附著環氧樹脂固定到基板204上。在另一個實施例中，組件208使用導電的或不導電的高溫膠帶固定。然而，任何適當的連接方式可用于把組件208固定到的基板204上。
一組通常用210表示的導電通路位于頂部和底部基板部分204和206之間。導電通路在組件208和邊緣連接器212之間傳遞電信號。邊緣連接器212構造得連接位于主電路板上的配合連接器(未示出)。導電通路由銅或其它適當的導電材料構成。在一個實施例中，通路層疊在頂部和底部基板部分之間。然而，其它工藝可用于把導電通路和基板結合在一起。例如，有可能把導電通路嵌入到單個基板部分中。
在圖3所示的實施例中，只有一層導電通路。然而，有可能包括多層導電通路，在這，每層用輔助基板材料或其它適當柔性材料分隔和/或孤立。因而，有可能形成使用多層導電通路發送信號的復合電路，其中，所述多層導電通路具有電耦合不同層上通路的導電通道。
在邊緣連接器212上，除去頂部基板部分中的一部分，以暴露導電通路的接觸區214。接觸區214與配合連接器的相應接觸區配合，以使電信號從封裝系統200傳送到主電路板。如果需要，接觸區可以是鍍金的。邊緣連接器212包括連接到接觸區214之下底部基板部分206的加強筋206。加強筋用于加強邊緣連接器212，并使之保持相對扁平或平直。
頂部基板部分還包括用218表示的間斷，在此間斷處除去一段頂部基板。頂部基板204被除去的段暴露出通路210的區域，所述區域稱作通路片220。頂部基板部分被除去的段的位置靠近組件208。
組件208包括接觸片222，接觸片222耦合到組件208的內電路線路并且用于使組件連接到其它電路。在本發明的一個實施例中，接合引線224在接觸片222和通路片220之間接合。接合引線用常規接合技術連接。基于以下幾個原因，引線接合技術是用于器件互連的優選方法。第一，由于與任何互連方法相比，每根金引線連接的成本是最低的，因此接合引線成本低。第二，金引線是柔性的，并可根據所需的環形順序、環形高度、或其它技術所不能提供的其它形狀而定形或成形。第三，接合片可被電鍍。柔性基板上的銅片非常適合于鍍金或淀積金。這允許與金引線100％的兼容性，從而通過熱聲學工藝完成的金-金接合是非常可靠的。最后，容易使用接合機器，因為它們是可在任何指定組裝鑄造工廠使用的標準機器，并且所述工藝是標準的和低成本的，從而可支持無限的容量要求。
為了滿足接合工藝的溫度要求，柔性基板部分204和206包括高溫基板材料。在一個實施例中，基板部分包括聚酰亞胺材料。例如，聚酰亞胺材料可以是稱作“Kapton”的材料，此材料具有大約-200～+300℃的使用溫度范圍。適用于作為柔性基板部分204和206的另一材料稱作“無粘性Kapton”。此材料具有大約-200～+350℃的使用溫度范圍。然而，柔性基板材料并不局限于上述材料，并可包括其使用溫度可承受引線接合工藝或焊接工藝的任何柔性材料。因而，在一個實施例中，柔性基板材料基本上是具有薄片層銅通路的聚酰亞胺基板基礎材料，所述銅通路用于在硅器件和外部邊緣觸點之間互連。
在安裝接合引線之后，提供包封部分(未示出)以覆蓋和保護接合引線222、接觸片222和通路觸點220。包封部分在此文的另一段落中更詳細地討論。進而，圖3封裝系統沒有按比例示出，這是因為以224示出的封裝系統部分可以比示出的長得多，從而允許組件布置得距邊緣連接器212的距離可以改變。這允許封裝系統提供最大的柔性，這是因為基板部分是柔性的并允許彎曲和扭曲以便組件222的方向朝著所需要的方向，而與邊緣連接器212的方向無關。
圖4示出根據本發明構造的封裝系統300的一個實施例的側視圖。封裝系統300分別包括頂部和底部基板部分302和304。系統300還包括導電通路區306、靜電放電區308和預制包裝310。
封裝系統300包括傳感器組件312。在一個實施例中，傳感器組件是指紋傳感器，并且包括傳感器區314和一個或多個傳感器觸點316。一個或多個傳感器觸點316允許從傳感器區獲得的數據傳遞到其它電路。如果需要，傳感器組件也可包括其它類型的IC傳感器。
導電通路區306包括一個或多個導電通路326，導電通路326具有一個或多個通路觸點318。例如，頂部基板部分302包括暴露所述一個或多個通路觸點的開口。傳感器觸點和通路觸點用接合引線320耦合在一起。結果，指紋傳感器的信號經接合引線320從傳感器觸點316傳遞到通路觸點318，以便在導電通路326上傳輸。
導電通路326包括形成邊緣連接器322一部分的邊緣觸點320，邊緣連接器322允許封裝系統300耦合到作為其它電路中一部分的配合連接器。因而，指紋傳感器的信號有可能經邊緣連接器傳遞到其它電路。邊緣連接器322還可包括用于支持邊緣連接器322平直的加強筋(未示出)。
預制包裝310解決在實際封裝工藝中發生的各種限制和問題。由于在柔性基板下面的包裝310提供額外的加強支撐，因此，全部芯片接合表面區域和可接合的通路觸點318得到良好支撐。這用于阻遏在接合工藝中發生的任何彎曲動作，由此避免嚴重的封裝和/或組裝質量問題，這些問題如下所述。
A)在引線接合柔性基板時遇到的引線接合缺陷和故障，這是因為其材料表面與其它常規硬基板材料相比更“柔軟”，所述常規硬基板材料例如為金屬鉛框架和有機基片PC板。例如，當毛細管引線接合工具接觸柔性基板接合片時，為了使引線完全接合互連到硅芯片接合片，柔性基板的軟度自然地經歷從引線接合毛細管的頂端“跳起”的動作。這種現象稱為“跳動毛細管”，并且會導致各種程度和形式的引線接合不完整以及質量缺陷，如斷線、片上不粘附、粉碎性球接合、粗球、或細球等。
B)在封裝組裝工藝中的操作問題，在此工藝中，器件安裝到柔性基板上，沒有任何如本發明以上所述的增強或加強材料。因連接到柔性基板上的器件的單片或多片的偶然撞擊、沖擊或誤送，使器件受損的危險可潛在地使柔性基板遭受變形、彎曲和折皺。因而，與器件操作和誤送有關的幾個質量缺陷可直接導致器件的可靠性故障。
本發明的預制包裝用于減少或消除上述缺陷，從而實現器件和基板之間的可靠連接。預制包裝310通過提供對基板材料底部和側面的支撐而達到此結果。實際上，預制包裝310提供允許組件安裝到基板頂部上的敞口空腔。通過提供此敞口空腔，所述組件可以是諸如指紋傳感器的傳感器件，當指紋傳感器被用戶接觸時閱讀用戶數據。在預制包裝完全包封基板材料的情況下，安裝此種傳感器是不可能的，這樣也就不能接近傳感器表面。
在封裝系統300中還包括包封區324，包封區324覆蓋并保護接合引線320、傳感器觸點316和通路觸點318。包封區324可包括塑料環氧樹脂材料(團塊頂部分配(glob top)、模制等)或其它適當的材料。因而，封裝系統300提供這樣一種方法，此方法用柔性基板封裝指紋傳感器312，并且不使用單獨的電路板和輔助接口連接器就把所述傳感器電耦合到另一電路。基板302、304和接觸區306的長度選擇得允許折疊和扭曲指紋傳感器，使其方向朝著所希望的方向，而與邊緣連接器322的方向無關。
根據本發明，封裝系統300的優點是提供一種組裝好的傳感器包裝，此包裝適用于安裝在最終的產品組裝應用(即蜂窩電話、PDA、遙控鑰匙鎖等)中。由于此包裝的結構包括在指紋掃描傳感器的側面和底面周圍設置的加強物，因此，最終安裝時，所述包裝容易定位并固定到指定器件外殼的任意部件上。例如，預制包裝可固定、緊固或扣入器件殼體中所設置的槽內，這使得傳感器表面暴露在外殼上。預制包裝的獨特結構允許在封裝系統中使用指紋傳感器，因為所述包裝提供可以接近傳感器的“敞口頂部空腔”模制工藝，而不是完全包封器件，完全包封器件不允許接近傳感器。
圖5示出根據本發明構造的柔性互連封裝系統400的另一實施例的視圖。系統400包括頂部和底部基板部分402和404、以及導電通路區406。系統400用于柔性封裝指紋傳感器組件408，組件408具有傳感器區410和傳感器觸點412。通路觸點414通過頂部基板部分402分段中的間斷而暴露。
接合引線416用于把傳感器觸點412耦合到通路觸點414。包封材料418用于覆蓋并保護接合引線和相關觸點。提供導電觸電420，以使指紋傳感器組件408的信號通過傳感器觸點412、接合引線418和通路觸點414傳輸，并通過導電觸點420到達外部電路。
圖6示出根據本發明構造的柔性互連封裝系統500的另一實施例的視圖。在此實施例中，金球凸塊技術用于把指紋傳感器組件耦合到柔性互連包裝。
系統500包括環繞導電通路區506的柔性基板部分502和504。通路區506包括以508和510所示的通路觸點。通路區包括與相應通路觸點耦合的內部導電通路。例如，一個導電通路把一個以510表示的通路觸點與一個以508表示的通路觸點耦合在一起。
安裝到柔性封裝上的組件512包括組件觸點514。組件觸點514用導電球516技術耦合到通路觸點510。包封部分518用于覆蓋所述組件和通路觸點，并用于加強組件與柔性包裝的連接。
柔性封裝系統500形成以520表示的邊緣連接器。在一個實施例中，邊緣連接器520用加強筋(未示出)加強。邊緣連接器520連接到配合連接器，所述配合連接器耦合到外部電路。例如，配合連接器可以在包括主處理電路的主電路板上。從所述組件經組件觸點和導電通路傳遞的信號通過邊緣連接器而輸入到外部電路。由于封裝系統500是柔性的，因此，基板部分502、504和導電通路區506可以折疊、彎曲或扭曲，以允許組件512實際上相對于主電路板的任何方向取向。因而，殼體(即蜂窩電話殼體)內的組件位置不受主電路板的位置或方向的限制。進而，由于柔性封裝系統500不需要小電路板耦合到所述組件，因此可實現額外的尺寸和空間，并節省成本。
圖7示出根據本發明構造的柔性互連封裝系統600的另一實施例的視圖。圖7解釋柔性互連封裝系統如何包括在此封裝系統自身內互連的多個組件。
系統600包括環繞柔性導電通路區606的頂部和底部柔性基板部分602和604。組件608和610連接到頂部基板602。所述組件包括用于從所述組件傳輸信息信號的組件觸點612。
導電通路區606包括用于從所述組件到626所示邊緣連接器承載信號的導電通路616。除去624所示的一部分頂部，以暴露導電通路的通路片614。
在系統600中示出導電通路618，導電通路618把通路片620和通路片622耦合在一起。通路片(614、620、622)經接合引線632耦合到接觸片612。從所述組件流進和流出的信號流經接合引線。
對于通路618，此通路用于耦合組件608和610之間的信號。例如，從組件608經通路片622傳輸的信號通過通路片620流向組件610。因而，根據本發明提供的柔性封裝用于在多個組件之間發送信號。因此有可能在柔性互連包裝上安裝多個組件，并在那些組件之間發送信號以執行特定的功能。例如，有可能在根據本發明構造的柔性互連包裝上安裝麥克風組件和與其有關的前置放大器電路線路。因而，例如在蜂窩電話殼體內，柔性麥克風包裝容易與主電路板耦合或去耦。柔性包裝允許麥克風位于殼體中的任何地方，而與主電路板的方向無關。
圖8示出使用根據本發明的柔性互連封裝系統的三個器件。例如，在以上任一實施例中描述的封裝系統可用于把指紋傳感器耦合到蜂窩電話、PDA和智能卡內的主電路板。在所有這些器件中，柔性互連封裝允許傳感器的方向與主電路板無關，從而有可能在器件外表面實現對用戶所需的呈現。
在一個實施例中，在柔性封裝系統中包括預制包裝，以便在蜂窩電話殼體上安裝指紋傳感器。預制包裝用于在把指紋傳感器接合到柔性基板的引線接合工藝中支撐柔性基板。預制包裝包括允許指紋傳感器安裝到柔性基板的敞口頂部空腔，同時保證用戶接近指紋傳感器的傳感器表面。因而，柔性封裝系統允許指紋傳感器實際上安裝在蜂窩電話殼體的任何位置上，并且使傳感器表面暴露得供用戶接近。柔性基板允許指紋傳感器的安裝與指紋傳感器相對于所連接的主要內部電路板的方向無關。
本發明包括柔性互連封裝系統。上述實施例對于本發明是說明性的，并不用于把本發明的范圍限制在所述特定實施例上。相應地，雖然已舉例并描述本發明的一個或多個實施例，但可以理解，只要不偏離本發明的精神或基本特性，就可對本發明進行各種改變。相應地，本文的內容和描述是示例性的，但并不用于限制后附權利要求所述的本發明范圍。
權利要求
1.一種用于耦合電氣組件的柔性互連裝置，所述電氣組件具有至少一個接觸片，所述互連裝置包括柔性基板；以及柔性基板中的至少一個導電通路，其中，至少一個導電通路具有暴露的接觸區，所述接觸區直接電耦合到所述至少一個接觸片。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，電氣組件是集成電路，并且至少一個接觸片包括至少一個印模觸點。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，暴露的接觸區引線接合到至少一個印模觸點。
4.如權利要求2所述的裝置，其中，暴露的接觸區用球/凸塊方法耦合到至少一個印模觸點。
5.如權利要求2所述的裝置，其中，暴露的接觸區用自動帶接合方法而耦合到至少一個印模觸點。
6.如權利要求2所述的裝置，進一步包括覆蓋暴露接觸區和印模觸點的包封材料。
7.如權利要求6所述的裝置，其中，包封材料是預制包裝。
8.如權利要求6所述的裝置，其中，包封材料是被傳遞模塑成的。
9.如權利要求2所述的裝置，其中，柔性基板包括配置得與配合連接器配合的第二接觸區。
10.如權利要求2所述的裝置，其中，柔性基板包括第二接觸區和第三接觸區，其中，第二和第三接觸區配置得與相應的配合連接器配合。
11.提供一種把電氣組件耦合到基板材料的柔性互連裝置的方法，所述電氣組件具有至少一個接觸片，并且基板材料具有至少一個包括暴露接觸區的導電通路，本方法包括以下步驟把電氣組件固定到基板材料；以及把至少一個印模觸點引線接合到暴露的接觸區。
12.如權利要求11所述的方法，其中，引線接合的步驟是用TAB把至少一個印模觸點耦合到暴露接觸區的引線接合步驟。
13.如權利要求11所述的方法，其中，引線接合的步驟是用球/方法把至少一個印模觸點耦合到暴露接觸區的引線接合步驟。
14.如權利要求12所述的方法，進一步包括用包封材料覆蓋至少一個印模觸點和暴露接觸區的步驟。
15.一種用于把指紋傳感器柔性耦合到外部電路的柔性互連裝置，所述互連裝置包括具有一個或多個導電通路的柔性基板，所述導電通路在一端形成連接器，所述連接器與耦合到外部電路的相應連接器配合；連接到所述基板并具有傳感器表面的指紋傳感器，指紋傳感器具有引線接合到導電通路的傳感器觸點；以及耦合到指紋傳感器之下的基板底部部分的模制包裝，模制包裝形成允許暴露指紋傳感器的傳感器表面以供用戶接近的敞口頂部空腔。
16.如權利要求15所述的裝置，其中，指紋傳感器安裝到蜂窩電話的殼體上，以使傳感器表面暴露在殼體外表面上，并且其中，外部電路位于殼體內的主PCB上。
17.如權利要求16所述的裝置，其中，指紋傳感器安裝在其方向與相關主PCB的方向無關的殼體上。
全文摘要
本發明涉及一種柔性互連封裝系統。本系統提供一種包括內部通路的柔性基板材料，所述通路耦合到安裝在基板上的指紋傳感器。指紋傳感器的接合片使用諸如引線接合、球/凸塊方法、自動帶接合(TAB)、或任何其它用于集成電路的應用接合方法等，而連接到內部通路的導電通路片。最終包裝包括形成敞口空腔的預制包裝，由此允許暴露指紋傳感器的傳感器表面，以供用戶接近。
文檔編號H01L23/498GK1462071SQ0310769
公開日2003年12月17日 申請日期2003年3月26日 優先權日2002年5月31日
發明者邁克爾·曼納薩拉 申請人:富士通株式會社