電子設備及其制造方法

專利名稱：電子設備及其制造方法
技術領域：
本發明涉及一種包括電絕緣材料的底板(body)和電子部件的電子設備，該電子設備的底板包括用于將該部件電連接到其它部件的電導線圖形、和/或用于外部連接的接觸裝置。
本發明還涉及一種制造電子設備的方法，該電子設備包括裝備有電導線圖形的電絕緣材料的底板，所述方法包括以下步驟-為載體在第一面上裝備該電導線圖形，并且在相對的第二面上裝備犧牲層；-在該載體的第一面上安裝第一電子部件，此外還提供從該部件到該導線圖形中的接觸焊盤的電連接；-在成型(moulding)處理的過程中，在該載體的第一面上提供該電絕緣材料的底板；以及-除去該載體的犧牲層。
背景技術：
這樣的電子設備和這樣的方法從US-A5738797中是已知的。在已知的設備中，電子部件是電阻。這里底板與載體的粘結的改善之處在于，在提供該底板之前犧牲層被預先蝕刻，由此允許在該底板中機械地固定導線。
其缺點是，在該底板中包含電子部件限制了用于該底板的材料的選擇。特別地，熱塑性材料不總是足夠地粘附到嵌入的部件和/或導線。這可能導致該導線與該底板的分層。如果更多的部件將被嵌入在該底板中，該問題將更加突出。

發明內容
為此，第一個目的是提供一種在開始段落中提到的那種電子設備，其中防止了這個問題，并且其仍然可以具有最適用于其應用的形狀。
該第一個目的被實現，其中，底板裝備有通孔或者空腔，其中存在電子部件，該部件通過一個附著層附著到該底板上，所述附著層裝備有用于將該部件電連接到其它部件的電導線圖形、和/或用于外部連接的接觸裝置，其中至少一個電導線延伸進該底板中，并且連接到被嵌入在該底板中、并且至少部分地暴露于該底板的表面上的另一個導線。
本發明的設備解決了以下的問題，即，該部件處于電絕緣材料的底板之外，但是不在該底板的形狀之外。相反地，該底板裝備有一個通孔。該部件可以由于該附著層而被固定在該通孔中。該附著層因此是第二底板。其將被機械地和/或化學地固定到底板上。該附著層可以完全地密封該部件，但是這不是優選的。據本發明人的看法，空氣的存在適合于防止機械應力。如果該附著層將底板中的通孔填充，那么在熱膨脹系數上的差別可能使得在該導線的平面的橫向方向上這樣的機械應力增加。此外，如果該附著層不填充該通孔，并且因此與該底板相比具有降低了的厚度，那么其可以被該底板更容易地過成型(overmold)。這改善了在兩者之間的粘附，因為該附著層可以充分地延伸進該底板中。非密封的另一個優點是對于該部件改善了靈活性。特別地，對于光學應用，而且對于各種感測應用，自由表面是高度地優選的。
該附著層可以從各種類型的材料中選擇。適當的材料是能夠在平版印制處理中形成圖形的材料，諸如光致抗蝕劑材料或者等效物，諸如感光性苯并環丁烯(benzocyclobutene)、阻焊劑等等。一種供選擇的材料是將被平緩地加熱熔化，例如到大約100℃，并且此后被固化的材料。這樣的材料例如是丙烯酸酯(arcylate)，如本身地在未預先公布的申請WO-IB 03/02292(PHNL020471)中描述的。其具有下列優點，即，在熔化中部件將陷進該附著層中。然后不僅任何的焊錫或者金屬球狀物使得電連接到圖形中的導線，而且也建立了該部件到該附著層的粘附。這樣的層將延伸到該底板中。由于固化的可能性，該附著層可以被交聯到該底板的材料。其它適當的材料是例如那些在半導體器件封裝過程中用于底層填料的材料。
在一個適當的實施例中，該底板還包括嵌入的部件，其被作為未密封的部件電連接到相同的電導線圖形。通常，需要不同尺寸的各種類型的部件。這個實施例對于制造業是有益的，其中所有的部件可以在相同的處理過程中安裝，隨后它們中的某些將被密封在該底板中，但是其它的不用。因此，成本降低的同時也提供了靈活性。
在另一個實施例中，從一組光有源(optically active)的和光敏(optically sensitive)的部件中選擇該部件。這樣的部件包括光電二極管、激光二極管、發光二極管、圖像傳感器、可變焦距透鏡和顯示器。本發明的設備允許以非常有效的方式集成上述的部件。電絕緣材料的底板中存在的通孔允許光通過該通孔中的孔徑進入或/和出去。如應該明白的，這個部件本身可以裝備有適當的光學透明的封裝，諸如玻璃板。
在其另一個變型中，該底板的電絕緣材料是光學透明材料，并且存在一個通過該透明材料的底板到該部件的光路。這允許將光學組件作為該電子設備的一部分提供。適當的例子包括光傳輸、基于傳感器的輸入優化的光輸出、包括用于拷貝保護的集成電路和用于將能量傳輸給該集成電路的光電二極管的光盤、照相機、和包括光學及其它功能性的模塊。非常適當的實施例包括發光二極管和顯示器的組合，其中該二極管被用于背光。
該變型具有許多的功能優點。首先，所有相關的部件都直接地附著于同一個載體，也就是該底板。由此降低了現有技術的公差界限，其中該公差界限來源于部件到板的附著和該板到底板的附著兩者。此外，可以優化導線圖形的設計，使得光學元件位于相對于顯示器盡可能有利的位置上。
在另一個實施例中，該導線圖形在第一和第二平面上延伸，所述平面包括一個不等于180°的角度。這個實施例具有許多優點。首先，任何部件都可以被放置在考慮到其功能或者考慮到小型化而最有利的位置上。其次，任何部件可以相對于附著于載體的平面被放置在想要的角度之下。這例如適用于附著于導線圖形或者被設計為該導線圖形的一部分的天線。這也非常適用于光有源的和光敏的部件。第三，該部件可以被提供在不同的平面中，以便將相互干擾減到最小。此外，可以提供空腔，外部部件可以被置于其中并且然后電連接。
優選的是，該另一個導線是該導線圖形的一部分。如應該明白的，該另一個導線可以是依照要求的任何形狀，并且被依照要求分割或者延伸。然后，優選的是，該導線圖形被機械地固定在該底板和該附著層中。這可以例如借助于在提及的現有技術文獻中提出的方法來實現。此外，該導線圖形最好是包括許多條形的導線，該條形導線每個具有至少一個比其寬度更大尺寸的部位。這樣的部位適合于作為接觸焊盤。該導線圖形可以被調整，以便對應于集成電路的球狀矩陣排列圖形。本發明設備的一個優點是，部件可以從兩個面附著在該圖形的導線上，即，在提供該底板之前，在第一個面上，并且在提供該底板之后，在第二個面上。
該底板可以具有考慮到其應用而希望的任何形狀。其有可能是該設備的結構元件，以此作為導線圖形的載體、作為元件的載體以及用于該設備的定義。特別地，其可以提供作為該設備的一部分的不同的部件之間的相互關系。該設備可以包括附加的部件，但是不需要包括超出該底板、部件和附著層的任何東西。
除了該電絕緣材料的底板之外，可以存在另一個底板。有可能光學透明的底板是由光學不透明的底板環繞的，但是更適合于以想要的化學和熱穩定性來密封部件。特別地，所希望的是包括任何更先進的部件，諸如集成電路和其它以諸如環氧樹脂這樣的熱固性材料制成的半導體器件。考慮到其在半導體工業中的廣泛使用，這種材料具有最優化的密封性能。為了提供想要的形狀和功能性，優選的是使用熱塑性材料，諸如PPS。在另一個實施例中，這樣的另一個底板中的一種是可彎曲的。這允許包含可彎曲的薄片，其可以化學地和機械地連接到該電絕緣材料的底板。
為了提高具有該底板的設備的功能性，希望在導線圖形中提供互連。這樣的互連可以以不同的方式實現，但是大多數都有利地被隱藏在該底板中。這可以通過提供分立元件來實現，所述分立元件可以被用作跨接(cross-over)。該元件同時地可以橋接另一個導線，該另一個導線位于由該跨接相互連接的第一和第二導線之間的區域。分立元件的第一個例子是模塊，第二個例子是鍵合線。
該分立元件將具有到第三導線足夠的距離，以便具有足夠的絕緣。此外，有效相交的區域可以被做成非常小，因為對于空氣橋(airbridge)的穩定性所需要的機械強度是不需要的。如果模塊被用作分立的部件，其穩定性來自于除了導電互連之外的其它的組成部分。如果鍵合線被用作該分立元件，那么相交的部位無論如何是很小的。
使用分立元件的優點是，如果無論如何要在底板中提供其它的無源和有源的元件，那么不需要附加的處理步驟。該分立元件可以被選擇，以便與用于其它元件的連接的連接技術兼容。
對于供選擇的能夠以薄膜技術實現的跨接連接，分立元件的使用進一步是優選的。首先，如果使用薄膜技術，那么在該跨接連接和該第三導線之間的距離相對較小；所提供的層相對較薄。其次，如果不消除機械固定的影響，用薄膜技術提供的該層將產生阻礙。
分立元件的另一個優點是導線可以形成微帶線(microstrip)。在此處，一個用于電壓供應的互連裝備有接地的鄰近導線。以這樣的方式，可以降低導線的電損耗。沒有什么阻止并行使用一對分立元件，使得該微帶線的全部互連都是以同樣的方法連續。在使用模塊的情況下，不同的跨接連接可以被集成進單個的模塊中。
對于底板也限定了形狀的模塊來說，分立元件的使用是特別地優選的。在這樣的模塊中，導線的密度相對較低，使用一個或者少量的分立元件就足夠了。
分立元件、特別是鍵合線的另一個優點是，它們可以被選擇以使得成為包括許多的鍵合線和許多的導線的結構的一部分。這樣，鍵合線的長度被選擇以便提供想要的電感。在一個適當的實施例中，在除去犧牲層之后，鍵合線可以被同樣應用在第二面上。同樣地，這個第二面然后可以被裝備電絕緣材料。最終得到的設備然后將被在面上接觸。
在功能性上另外的增長可以借助于結合一個屏蔽來實現。這個屏蔽，特別是用于防止電磁干擾的，可以被提供在一個或多個底板四周。一種適當的提供該屏蔽的方式是首先提供導電有機材料層，然后鍍上導電聚合物。一種適當的導電有機材料例如是聚(3，4-乙二氧基)噻吩(poly-(3，4-ethylenedioxy)thiophene)。這個材料以及其衍生物可以借助于濕化學沉積方法被施加在一個表面上，其中該材料與多元酸混合，諸如聚苯乙烯磺酸(polystyrenesulphonic acid)。通過添加光化學的引發劑，無需附加的掩模就可以按照想要的圖形而構成屏蔽。這樣的屏蔽可以在除去犧牲層之后被提供。但是，優選地，這樣使用該屏蔽，即首先提供第一底板，該第一底板仍然保留某些暴露的導線，然后提供該屏蔽，該屏蔽連接到相應數目的所述暴露的導線。
在鍍覆之后，可以提供另一個底板，該另一個底板能夠密封該屏蔽。如將顯而易見的，對于該屏蔽的應用來說，存在非密封的部件并不是嚴格上必需的。
在另一個實施例中，帶有電導線圖形的附著層是引線框(leadframe)。該引線框被適當地連接到嵌入的另外的導線，例如，借助于焊錫或者導電粘合劑。引線框的優點是，其允許在組裝之前放置(多個)部件。作為選擇，該引線框可以連接到一些另外的導線。所述另外的導線最好是被機械地固定在絕緣材料的底板中，并且是在集成的處理中形成的。
本發明的第二個目的是提供一種在開始段落中提到的那種制造方法，借助于該制造方法能夠提供本發明的設備，并且能夠克服現有技術的缺點。
這個目的被實現，其中該方法包括以下步驟-為載體在第一面上裝備電導線圖形，并且在相對的第二面上裝備犧牲層；-在該第一面上提供一個附著層；-在該載體的第一面上安裝第一電子部件，此外還提供從該部件到該導線圖形中的接觸焊盤的電連接；-在成型處理的過程中，在該載體的第一面上提供電絕緣材料的底板，使得該第一部件被保留在該底板之外；以及
-至少部分地除去該載體的犧牲層。
附著層的提供允許在該底板之外提供該第一電子部件，而不會危害機械穩定性。
犧牲層的除去優選地至少部分地通過蝕刻來實現。如本領域技術人員將明白的，各種材料可以用于該犧牲層。在一個版本中，該犧牲層是不同于該電導線的材料。例如，其可以是Al、或者Ni、或者Si，或者包括這些材料的任何一種的合金、或者無機材料。在另一個版本中，在該犧牲層和該電導線之間存在一個隔離層。如果該導線包括Cu或者NiPd，或者兩者都有，那么適當的隔離層例如是Al或者其合金。在這種情況下，不需要完全地除去該犧牲層。為了實現這樣，在集成進該設備之前，可以在該犧牲層的頂上提供一個掩模。
在提供該模具之前，也可以部分地實施除去該犧牲層。因此，該導線圖形能夠被隱藏在除去了該犧牲層的那些區域中。這允許在該底板中從一個面提供一個覆蓋通孔的橋。
可以在該底板中實現導線的機械固定，其中在提供該底板和該附著層之前，該犧牲層被預先蝕刻。
在一個適當的實施例中，在提供該底板之前，第二電子部件被裝在該載體的第一個面上，此后第二部件被密封在該底板中。這具有下列好處，即，第一和第二部件兩者可以被在一個處理過程中安裝。這降低了組裝成本和復雜性，并且限制了任何公差界限。此外，而不是不重要的，這樣允許在提供該底板之前進行某些測試。如果該犧牲層被電絕緣、或者包括一個靠近于導線的電絕緣層，那么能夠擴展測試。
在另一個實施例中，該附著層是一個引線框，并且該附著層和第一電子部件被同時地安裝，然后在該引線框和該導線圖形之間實現電連接。


將參考附圖進一步解釋本發明的設備和方法的這些和其它的方面，在附圖中圖1-4示出對本發明設備在其制造的不同階段的鳥瞰圖；
圖5示出對本發明的設備的鳥瞰圖；圖6示出從另一個方向對該設備的鳥瞰圖。
相同的參考數字在不同的附圖中將被用于同樣的部分。這些附圖不是按比例繪制的，而純粹是概略的。這些附圖僅僅示出一個例子，同時其它落在本發明的范圍內的例子對于本領域技術人員將是顯而易見的。
具體實施例方式
圖1示出帶有第一犧牲層12和電導線11的圖形的載體30。該第一層包括例如Al，而導線包括銅。對于隨后提供的絕緣材料的機械固定被實現，其中在提供該絕緣材料之前，以導線作為蝕刻掩模，Al被輕微地蝕刻。這導致想要的鉆蝕(underetch)量。作為選擇，該第一層包括Cu，而導線11包括Au、Ni和Cu的疊層，其中Au和Ni層優選地薄于該Cu層。在此處，用鍍覆處理而不是蝕刻處理來提供導線11。在此處，光致抗蝕劑被用于限定導線圖形。因此，在該光致抗蝕劑的孔徑中的側壁包括一個相對于該第一層12不等于90度的角度，導線11具有隨著到該第一層12的距離的增加而增加的直徑。該角度例如是在60和85度之間。這導致固定。該導線包括具有更大寬度的區域31、32，其適合于用作鍵合焊盤。
圖2示出第二階段，從那以后，一個附著層13被提供在該載體30上。在這種情況下，該附著層13包括阻焊劑，并且被以想要的圖形提供，該想要的圖形留下鍵合焊盤31、32，并且盡可能地暴露其它的區域。
圖3示出第三階段，從那以后，部件20被提供在該載體30上。在這種情況下，該部件是一個發光二極管，但是，這不是必需的。此外，優選的是，在這個階段安裝了多個部件。一個基于導線11的圖形而定義的安裝步驟的使用減少了在組裝過程中任何公差界限。特別地，對于共同地定義一個功能實體的部件，這個公差的降低將導致更高的產品質量。
圖4示出在制造過程中的第三個階段，從那以后，提供了電絕緣材料的底板40。在這種情況下，該底板40包括環氧樹脂。
圖5和6示出該結果的設備10，從那以后，該第一層12已經被除去。現在該部件20被以機械地穩固的方式通過存在的該附著層13而保留在該設備10中，該附著層13被部分地過成型，從而更好地保留在該底板40中。在此處，導線11存在于該底板的表面上，并且可以包括另一個用于連接到外部部件或者一個外部板的接觸焊盤。作為選擇，可以存在一個天線或者彎曲的薄片。很清楚，該底板整個地可以再次被以任何一種想要的形狀密封在另一個模具中。
權利要求
1.一種包括電絕緣材料的底板的電子設備，所述電絕緣材料的底板裝備有通孔或者空腔，其中存在電子部件，所述部件通過附著層附著在所述底板上，所述附著層裝備有用于將所述部件電連接到其它部件的電導線圖形、和/或用于外部連接的接觸裝置，至少一個電導線延伸進所述底板中，并且被電連接到另一個被嵌入在所述底板中、并且至少部分地暴露于所述底板的表面上的導線。
2.根據權利要求1所述的設備，其中所述底板還包括嵌入的部件，所述嵌入的部件被電連接到相同的電導線圖形。
3.根據權利要求1所述的設備，其中從一組光有源的和光敏的部件中選擇所述部件。
4.根據權利要求3所述的設備，其中所述底板的電絕緣材料是光學透明材料，并且存在通過所述透明材料的底板到所述部件的光路。
5.根據權利要求1所述的設備，其中所述導線圖形在第一和第二平面中延伸，所述平面包括一個不等于180°的角度。
6.根據權利要求5所述的設備，其中所述第一平面中的導線包括用于電連接到外部設備的接觸裝置，并且所述部件被連接到位于所述第二平面中的導線。
7.根據權利要求6所述的設備，其中所述部件被從一組光有源的和光敏的部件中選擇。
8.根據權利要求1所述的設備，其中所述電導線被機械地固定在所述底板和/或所述附著層中。
9.根據權利要求1所述的設備，還裝備有一個集成的屏蔽。
10.一種制造電子設備的方法，所述電子設備包括裝備有電導線圖形的電絕緣材料的底板，所述方法包括步驟-為載體在第一面上裝備所述電導線圖形，并且在相對的第二面上裝備犧牲層；-在所述第一面上提供一個附著層；-在所述載體的第一面上安裝第一電子部件，此外還提供從所述部件到所述導線圖形中的接觸焊盤的電連接；-在成型處理過程中，在所述載體的第一面上提供所述電絕緣材料的底板，使得所述第一部件被保留在所述底板之外，以及-至少部分地除去所述載體的犧牲層。
11.根據權利要求10所述的方法，其特征在于，在提供所述底板之前，第二電子部件被安裝在所述載體的第一面上，此后第二部件被密封在所述底板中。
全文摘要
該電子設備包括電絕緣材料的底板(40)，其裝備有通孔或者空腔。在該空腔或者通孔中存在電子部件(20)。這個部件通過附著層(13)附著在該底板上。這個附著層的表面裝備有用于將該部件電連接到其它部件的電導線圖形、和/或用于外部連接的接觸裝置。至少一個電導線延伸到該底板的表面上。
文檔編號H01L33/00GK1868243SQ200480030061
公開日2006年11月22日 申請日期2004年10月11日 優先權日2003年10月15日
發明者文森特·J·J·范蒙特福特, 弗朗西斯庫斯·G·C·韋爾韋格, 羅埃爾·H·L·屈斯特斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司