CN108695286B - 具有经由间隔颗粒与载体连接的构件的封装体 - Google Patents

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Abstract

一种封装体(100)包括至少部分导电的载体(102)、安装在所述载体(102)上的无源构件(106)以及至少部分导电的连接结构(108)，所述连接结构(108)将所述载体(102)与构件(106)电连接，并且包括被配置用于将载体(102)与所述构件(106)间隔开的间隔颗粒(170)。

Description

具有经由间隔颗粒与载体连接的构件的封装体
技术领域
本发明涉及多种封装体和一种制造封装体的方法。
背景技术
用于电子构件、特别是电子芯片的诸如模制结构的传统包封材料已经发展到封装体不再显著妨碍构件的性能的水平。在封装体制造期间包封电子构件可以保护它们免受环境影响。
然而，还有潜在的空间在保持高精度加工的同时降低制造成本并使加工简单化。此外，制造可靠地防止其组成之间层离的封装体变得越来越具有挑战性。
发明内容
可能需要一种制造可高效防止层离的可靠封装体的方法。
根据一个示例性实施例，提供了一种封装体，其包括至少部分导电的载体、安装在所述载体上的无源构件和至少部分导电的连接结构，所述连接结构将所述载体与所述构件电连接并且包括被配置用于将所述载体与所述构件间隔开的间隔颗粒。
根据另一个示例性实施例，提供了一种封装体，包括：板型载体，其包括由凹部分隔开的第一载体区段和第二载体区段；构件，其具有通过连接结构的第一部分与所述第一载体区段电连接的第一表面部分，并且具有通过所述连接结构的第二部分与所述第二载体区段电连接的第二表面部分，所述连接结构被配置用于通过保持至少10μm的最小距离而将所述载体与所述构件间隔开；以及包封构件的至少一部分的包封材料。
根据又一示例性实施例，提供了一种制造封装体的方法，所述方法包括：将电子构件安装在完全导电的载体上，并形成至少部分导电的连接结构，所述连接结构将载体与构件电连接并且包括将载体与构件间隔开的间隔颗粒。
根据一个示例性实施例，提供了一种封装体，其中，可以精确地限定构件与所述构件所安装到的载体之间的最小距离。这可以通过包含在连接结构中的间隔颗粒实现，所述连接结构电连接和机械连接载体和构件。可以以足够的浓度和足够的尺寸添加这种间隔颗粒，以确保一个或两个以上间隔颗粒位于构件与载体之间的最小间隙的区域中。因此，间隔颗粒可以以超过临界距离的距离防止构件接近载体，在所述临界距离之下，层离倾向显著增加。结果证明，具有这种间隔颗粒的连接结构的配置允许精确地限定载体与构件之间的最小距离，使其不降低到构件与载体之间可能发生层离而具有高风险的这样的低值。因此，由间隔颗粒保证的保持一定的最小距离可提高封装体的电可靠性和机械可靠性。特别地，即使在高温和非常低的温度下以及在经历了大量的温度循环之后，由于保持了构件与载体之间的最小距离，这样的封装体在构件与载体之间仍然没有层离。因此，提供了一种具有优异的可靠性特征并且因此也适用于要求苛刻的汽车应用等的封装体。特别地，这样的制造构思能够生产具有包封的表面贴装的无源构件的高性能的封装体。高度有利的是，间隔颗粒可以直接嵌入导电连接结构中，而不是作为单独的间隔结构提供。这使得制造过程简单，并且封装体紧凑且高效。
进一步示例性实施例的描述
在下文中，将说明封装体和方法的进一步示例性实施例。
在本申请的上下文中，术语“构件”可以特别表示当安装在载体上时实现封装体中的电子功能的任何电子构件。特别地，构件可以实施为诸如电容、电感或欧姆电阻的无源构件。然而，构件也可能是有源构件。
在本申请的上下文中，术语“无源构件”可以特别表示不需要能量源来执行它的预期功能的任何电子构件。无源构件可以是不能通过另一电信号来控制电流的构件。电阻器、电容器、电感器和变压器特别可以都被认为是无源构件。
在本申请的上下文中，术语“间隔颗粒”可以特别表示具有限定的尺寸的固体，优选不可压缩的颗粒，由于它们存在于载体与构件之间的间隙中而能够保持(特别是限定)载体与构件之间的足够的距离。例如，间隔颗粒可以具有限定的形状和/或一个或两个以上限定的尺寸。例如，间隔颗粒可以是球体、立方体、圆柱体、锥体、不规则体等。
在一个实施例中，间隔颗粒具有至少10μm、特别是至少30μm的直径(特别是最大直径)。在下面进一步详细描述的实验研究中已经证明，特别是当间隔颗粒具有至少30μm的直径时，可以明显地改善对封装体的保护，使载体与构件之间不会出现不期望的层离。然而，在某些应用中，当使用尺寸至少为10μm的间隔颗粒时，可能已经获得了层离性能的改善。与此相反，没有间隔颗粒可能导致载体与构件之间的距离例如仅为2μm至3μm，这可能导致不期望的层离，即使在没有热循环的情况下或者在没有非常高或非常低的温度的情况下。
在一个实施例中，间隔颗粒具有不超过200μm的直径(特别是最大直径)。已经证明，当间隔颗粒的直径变得太大时，例如由于导电连接结构中空穴的形成，构件与载体之间的高可靠性的电耦合可再次降低。因此，为了确保非常高的可靠性，将间隔颗粒的尺寸限制为不超过200μm是有利的。
在一个实施例中，间隔颗粒具有大致球形形状。已经证明，使用具有球形形状的间隔颗粒在防止层离方面取得了非常好的效果。球形间隔颗粒也可以在形状和直径方面高精度地制造，并且可以以简单的方式制造。无论球形间隔颗粒的取向如何，它将始终保持载体与构件之间预定义的最小距离。然而，作为球形间隔颗粒的替代方式，也可以提供矩形体形状的间隔颗粒等等。作为球形间隔体的进一步的替代方式，间隔颗粒也可以具有椭圆形横截面。在一个优选的实施例中，至少80％的间隔颗粒在直径方面的差异小于20％、特别是小于10％。
在一个实施例中，连接结构包括至少部分导电的胶，间隔颗粒嵌入所述至少部分导电的胶中。在所提及的实施例中，导电胶可以与间隔颗粒混合。在固化连接结构的这种材料时，导电胶将提供构件与载体之间的电连接以及构件与载体之间的粘合。同时，间隔颗粒可以在构件与载体之间保持可限定的间距。
例如，所述至少部分导电的胶可以被实施为含有导电颗粒的电绝缘胶。优选地，导电颗粒比间隔颗粒小，以便经由导电颗粒可靠地确保从载体到构件的直接的导电路径。关于所述至少部分导电的胶的组成，特别优选的是，所述胶由电绝缘胶(例如环氧树脂基胶)组成，导电颗粒(例如非特定地切碎的银等)可以分散在所述电绝缘胶中，导电颗粒提供导电性。
替代性地，胶本身也可以是导电的。
间隔颗粒也可以可选地有助于导电连接结构的导电性以及因此也有助于构件与载体之间的电耦合。
在另一个实施例中，连接结构包括焊料(而不是胶)，间隔颗粒嵌入所述焊料中。在这样的一个实施例中，例如可以使用焊膏作为可焊接材料并且将焊膏与间隔颗粒混合。此时，焊料组分可以用于提供机械粘合和电耦合，并且间隔颗粒可以保持然后通过焊料连接结构连接的构件与载体之间的限定的距离。
在一个实施例中，间隔颗粒包括以下组中的至少一种：完全导电的间隔颗粒、完全电绝缘的间隔颗粒以及具有电绝缘芯和至少部分地覆盖所述芯的导电涂层的间隔颗粒。因此，在一个实施例中，整个间隔颗粒可以是导电的，例如可以是金属珠。在另一个实施例中，间隔颗粒可以整个是电介质的，例如可以是硅氧化物颗粒。然而，在又一实施例中，提供了具有电介质芯(例如由硅氧化物制成)的间隔颗粒，其被导电涂层(例如金属镀层)覆盖。在后面提到的实施例中，所述涂层可以有助于构件与载体之间的电耦合，而芯材料则可以根据另一功能(例如散热能力)来优化。
在一个实施例中，载体包括由凹部分隔开的第一载体区段和第二载体区段，其中，构件具有通过连接结构的第一部分与第一载体区段电连接的第一表面部分以及具有通过连接结构的第二部分与第二载体区段电连接的单独的第二表面部分。因此，构件可以具有与构件的两个端子相对应的两个表面部分。为了连接所述构件的两个端子，可以提供连接结构的相应区段，其将相应端子耦合到载体的相应部分。因此，可以在封装体中提供两个(或更多个)不同的耦合区域，这两个(或全部)耦合区域都包括用于保持相应距离的间隔颗粒。两个单独的耦合区域中的所述距离可以相同，从而确保构件与载体(例如载体板)之间的平行布置。
在一个实施例中，由间隔颗粒保持的最小距离可以对应于超过20μm的接合线距离。特别地，连接结构可以包括具有限定所述最小距离的直径的间隔颗粒。载体与构件之间的最小距离可以表示为接合线距离并且可以不同于间隔颗粒的直径。例如，当间隔颗粒的直径为30μm时，接合线距离仍然可以是25μm，这是因为载体与构件之间的最小厚度的区域可能与存在间隔颗粒的区域间隔开。实验结果证明，超过20μm的接合线距离可确保可靠地防止不期望的层离。
在一个实施例中，所述构件是表面贴装装置(SMD：Surface Mounted Device)构件。因此，所述构件可以是安装在载体的表面上的构件。然而，根据一个示例性实施例，这样的表面贴装构件仍然可以在安装之后被包封，如下所述。
所述构件(其可以是无源构件)可以从由电容器、欧姆电阻和电感组成的组中选择。其它无源构件也可以被实施。在一个优选的实施例中，构件是陶瓷电容器。这样的陶瓷电容器可以用作平滑电容器，用于平滑例如由可以安装在同一载体上的电子芯片提供的电信号。这样的陶瓷电容器可以具有两个端子，所述两个端子经由连接结构的单独的、独立的和电解耦的部分与载体的不同区段连接。
在一个实施例中，载体是引线框架或另一个完全导电的载体。引线框架可以是被图案化(例如冲压或蚀刻)以便形成它的各个区段的铜板。这样的引线框架可以是平坦的。更一般地，载体可以被实施为平坦的板型载体，使得载体的平坦主表面可以经由连接结构平行于与载体连接的构件的平坦主表面布置。均匀的形状和尺寸的间隔颗粒有助于载体与构件之间的这种平行布置，这附加地增加了制造的封装体的可靠性和重复性。
在一个实施例中，所述封装体包括包封构件、连接结构、和载体的一部分的包封材料。另外，电子芯片可以由相同的或另一种包封材料结构包封。通过这样的包封材料，可以实现构件与载体的机械保护以及封装体内部相对于电子环境的电解耦。为了尝试使用环境友好性材料，与其它模制化合物相比，使用环保模制化合物作为包封材料可能是有利的。然而，令人惊讶地发现，在构件与载体之间存在薄连接结构的情况下，这种环保模制化合物的层离方面的问题特别明显。因此，当使用环保模制化合物时，用于保持载体与构件之间的预定义的最小距离(例如至少10μm或至少30μm)的间隔颗粒的存在是特别有利的。
更一般地，包封材料可以包括由模制化合物和层合材料组成的组中的至少一种。在一个优选的实施例中，包封材料是模制化合物。对于通过模制进行包封来说，可以使用塑料或陶瓷材料。包封材料可以包括环氧树脂材料。例如用于提高热导率的填料颗粒(例如SiO2、Al2O3、Si3N4、BN、AlN、金刚石等)可以嵌入包封材料的环氧树脂基基质中。然而，层合封装也是可能的。
在一个实施例中，封装体附加性地包括与(例如无源)构件安装在同一载体上的电子芯片。优选地，(例如无源)构件和电子芯片(其可以是有源构件)可以被电耦合和/或可以在功能上协作。这样的电子芯片可以例如是传感器芯片或功率半导体芯片，其可以与构件安装在同一载体上，并且可以在功能上和电上与构件耦合。在一个实施例中，构件和电子芯片由共同的连续包封材料结构包封。在另一个实施例中，构件和载体的相应部分可以由第一包封体包封，而电子芯片和载体的相应的其它部分可以由另一个包封体包封。
在一个实施例中，构件和电子芯片侧向间隔开地安装在载体的不同区段处。在这样的一个实施例中，载体的安装电子芯片的部分和载体的安装所述构件的部分可以并置或可以在空间上分隔开。然而，这些部分也可至少部分重叠。例如，电子芯片可以安装在载体的完全封闭或包围安装所述构件的区域的部分上。
在一个实施例中，电子芯片是传感器芯片，特别是磁传感器芯片。在这样的一个实施例中，传感器芯片可以感测感测信号并且可以生成相应的电信号。所述电信号可以由所述构件接收，例如可以由电容器型构件平滑。在所提及的磁传感器芯片的示例中，磁传感器芯片可以例如是能够检测封装体的环境中的磁场的霍尔传感器类型。例如，这样的磁传感器芯片可以在汽车应用中实施，例如用于感测发动机的曲轴或凸轮轴。特别是对于这样的汽车应用，要求封装体具有极高的可靠性，从而通过间隔颗粒对层离倾向进行高效抑制对于这样的应用特别有利。
在一个实施例中，最小距离是由间隔颗粒的直径限定的。因此，至少一些刚性不可压缩的间隔颗粒可以进入载体与构件之间的间隙，其中载体和构件可以具有相对的且(至少基本上)平行的主表面。因此，在所述间隙中存在一个或两个以上间隔颗粒可以保持最小间隙尺寸并因此保持载体到构件的最小距离。在这样的一个实施例中，载体与构件之间的最小距离可以与间隔颗粒的直径(例如恒定或最大直径)相同。然而，载体到构件的最小距离与间隔颗粒的最大直径不同(例如略小)也是可能的(例如当构件相对于载体略微倾斜并在间隙的一部分内存在一个或两个以上间隔颗粒时)。
在一个实施例中，所述方法还包括使用上述封装体作为系统级封装体的组成或一部分来制造系统级封装体。相应地，封装体可以被配置为系统级封装体(SiP：System inPackage)或其一部分。这样的系统级封装体可以使用上述类型的在载体上具有包封的构件的封装体来形成具有附加的电子功能的更大的系统。因此，这样的系统级封装体可以被封装在更大的封装外壳或包封材料中。因此，系统级封装体可以由封闭在单个模块或封装体中的多个集成电路组成。SiP可以执行多种电子功能，并且可以例如在移动电话等内使用。包含集成电路的裸片可以垂直堆叠在载体上并且可以内部被电连接。一个示例性SiP可以包含与无源构件、例如可以全部安装在同一载体上的一个或两个以上电阻器和/或电容器组合的多个芯片(例如专用处理器、存储器等)。
结果证明，由于提供间隔颗粒而在构件与载体之间保持例如至少20μm的限定厚度的根据一个实施例的封装体使得可明显地抑制层离倾向：它在175℃下以及在-50°与+150°之间的1000次温度循环下坚持2000小时。因此，根据一个示例性实施例的封装体也可以满足汽车应用的苛刻要求。这特别适用于使用无卤的环保模制化合物的被包封的封装体。
在连接结构中，例如可将70质量百分比至90质量百分比的银颗粒嵌入约10质量百分比至30质量百分比的非导电胶中。该至少部分粘合胶可以与间隔颗粒混合。例如，相对于所述至少部分导电的胶，可以提供处于1质量百分比与30质量百分比之间、更特别地处于3质量百分比与10质量百分比之间的间隔颗粒。这种银基胶可被分配在例如引线框型载体上，然后可以将构件(特别是陶瓷电容器)附接到所述银基胶上。胶可以在180℃的温度下固化，从而获得封装体。随后可以通过诸如环保模制化合物的包封材料包封的如此获得的封装体在构件与载体之间具有最小间距，并且还通过优选具有均匀尺寸的间隔颗粒可靠地防止不期望的过度倾斜。
作为银胶的替代物，也可以使用具有其它金属颗粒(特别是切碎的颗粒)的胶，例如铜胶或锌胶。
另一种替代物是作为焊接材料(例如焊膏)提供的连接结构材料，所述连接结构材料具有配置用于耐受典型焊接温度的间隔颗粒。例如，锆氧化物间隔颗粒适合于这样的一个实施例。
可以用于其它实施例的替代性载体可以是例如衬底、陶瓷衬底、层状衬底、IMS(绝缘金属衬底，Insulated Metal Substrate)等任何转接板。
在多个实施例中，封装体可以被配置为半桥、共射共基电路、由场效应晶体管和双极晶体管彼此并联连接构成的电路、或功率半导体电路。因此，根据示例性实施例的封装构型与各种不同的电路概念的要求兼容。
在一个实施例中，封装体被配置为由引线框架连接的功率模块、晶体管外形(TO：Transistor Outline)电子器件、四方扁平无引线封装体(QFN：Quad Flat No LeadsPackage)电子器件、小外形(SO：Small Outline)电子器件、小外形晶体管(SOT：SmallOutline Transistor)电子器件以及薄型小外形封装体(TSOP：Thin Small OutlinePackage)电子器件组成的组中的一种。因此，根据一个示例性实施例的封装体与标准封装概念完全兼容(特别是与标准TO封装概念完全兼容)，并且外观上呈现为常规电子器件，这是高度便利用户的。在一个实施例中，所述封装体被配置为功率模块，例如，模制成型的功率模块。例如，电子器件的一个示例性实施例可以是智能功率模块(IPM：IntelligentPower Module)。
在一个优选的实施例中，电子芯片被配置为控制器芯片、处理器芯片、存储器芯片、传感器芯片或微机电系统(MEMS：Micro-ElectroMechanical System)。在一个替代性的实施例中，电子芯片也可被配置为功率半导体芯片。因此，电子芯片(例如，半导体芯片)可以用于例如汽车领域中的功率应用，并且例如可以具有至少一个集成的绝缘栅双极晶体管(IGBT：Insulated-Gate Bipolar Transistor)和/或至少一个其它类型的晶体管(例如MOSFET、JFET等)和/或至少一个集成二极管。这样的集成电路元件可以采用例如硅技术或基于宽带隙半导体(例如碳化硅、氮化镓或硅上氮化镓)制成。半导体功率芯片可以包括一个或两个以上的场效应晶体管、二极管、逆变器电路、半桥、全桥、驱动器、逻辑电路、其它装置等。
可以使用半导体衬底、优选硅衬底作为形成电子芯片的基础的衬底或晶片。替代性地，可以提供硅氧化物或另一绝缘体衬底。也可以实现锗衬底或III-V族半导体材料。例如，示例性实施例可以以GaN或SiC技术实施。根据一个示例性实施例的半导体装置可以被配置为微机电系统(MEMS)、传感器等。
此外，示例性实施例可以利用诸如适当的蚀刻技术(包括各向同性和各向异性蚀刻技术、特别是等离子体蚀刻、干蚀刻、湿蚀刻)、图案化技术(其可涉及光刻掩模)、沉积技术(例如化学气相沉积(CVD：Chemical Vapor Deposition)、等离子体增强化学气相沉积(PECVD：Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition)、原子层沉积(ALD：Atomic LayerDeposition)、溅射等)的标准半导体加工技术。
从结合附图所作的以下描述和所附权利要求书，本发明的上述和其它目的、特征和优点将变得显见，附图中相同的部件或元件由相同的附图标记表示。
附图说明
所包括的附图示出了示例性实施例，以提供对示例性实施例的进一步理解并构成说明书的一部分。
在附图中：
图1示出了根据一个示例性实施例的封装体的剖视图，其中，通过实施为部分导电的胶的连接结构将无源构件与载体连接。
图2示出了遭受层离的传统封装体的剖视图。
图3示出了根据一个示例性实施例的坚固而不层离的封装体的剖视图。
图4示出了关于作用在遭受层离的传统封装体上的机械负载的仿真结果。
图5示出了根据一个示例性实施例的关于作用在坚固而不层离的封装体上的机械负载的仿真结果。
图6示出了根据一个示例性实施例的坚固而不层离的封装体的剖视图。
具体实施方式
图中的图示是示意性的。
在更加详细地描述进一步的示例性实施例之前，将概述本发明人开发示例性实施例所基于的一些基本考虑。
根据本发明的一个示例性实施例，提供了一种用于制造具有改进的坚固性的封装体(例如SiP封装体)的方法，所述方法基于表面贴装装置(SMD：Surface Mounted Device)胶与胶中的大的间隔颗粒的组合。所述间隔颗粒保持通过包括胶和间隔颗粒的导电连接结构连接的构件与载体之间的最小距离，而且因此已经证明所述间隔颗粒能够可靠地防止构件与载体之间的不期望的层离。由此，封装体的机械可靠性和电可靠性可以显著提高。从而，提供了一种用于通过降低胶合界面处的层离倾向来增加封装体坚固性的有利的SMD胶合工艺。例如，这对于SiP封装体或磁传感器封装体来说是非常有利的。
传统上，SMD部件互连工艺会发生弱点而使得甚至在对可靠性来说非常关键的区域中也存在高的层离风险。由于胶接合线的厚度难以控制，这导致了工艺不稳定。因此，这种在包封材料、例如模制壳体内具有SMD部件的封装体要通过严格的层离标准面临重大挑战。
根据一个示例性实施例，可以通过使用具有大间隔颗粒(例如具有在20μm与200μm之间的范围内的直径)的SMD胶来克服这种传统缺点。这种连接结构允许获得应力消除、因此层离显著减少的机械坚固的SiP封装体或传感器封装体。此外，由于利用间隔胶的工艺流程得到简化、由于通过间隔颗粒确保了接合线厚度以及由于没有必要加以控制，相应的制造方法可能更高效。
此外，示例性实施例允许获得改善的可靠性特性。间隔胶支持增加的接合线厚度以及支持稳定的接合线厚度，以使应力解耦、因此降低了层离风险。这使得开发的具有处于集成的电路封装体壳体内的SMD部件的封装体变型能够通过层离标准。
另外，层离问题也会从例如构件的端子之间的关键区域移除，这些区域可能对金属迁移问题等敏感。
这样的构思的一个有利应用是磁传感器封装体内的一个或两个以上SMD陶瓷电容器。然而，通过所描述的制造过程可以解决各种不同类型的封装体。因此，其它示例性实施例可以例如涉及芯片封装体内的SMD、SiP(系统级封装体)、包套封装体(package inpackage)等。
例如，间隔颗粒的直径可以在20μm或30μm至200μm的范围内。优选的最小接合线厚度可以在20μm之上的范围内，其中，对于某些封装体类型，10μm之上的接合线厚度可能已经足够。有实验证据证明，接合线厚度的这些值(通常为20μm或在某些实施例中甚至为10μm)可能是SMD端子与引线框架或另一个载体之间的胶合连接达到显著增加的机械坚固性的起点。
合适的间隔材料可以例如是导电胶(这意味着具有金属片填料颗粒、例如银、金、镍、合金等的典型的封装体胶)中的非导电的间隔颗粒(例如硅、二氧化硅、陶瓷、聚合物)。在另一个实施例中，可以使用导电的(例如金属的)间隔颗粒，例如由银、铜、镍、合金等制成的颗粒。这提供了通过非导电胶内的间隔颗粒产生导电性的机会。在又一个示例性实施例中，可以使用金属镀覆的有机间隔颗粒，例如，塑料芯焊球(例如，镀铜或镀锡)。这可以允许在板上热循环(TCoB：Thermal Cycling on Board)可靠性方面获得改善的跌落测试。
因此，一个示例性实施例允许在SiP封装体或磁传感器封装体内提供改进的SMD胶合工艺而显著增加了结合的抗层离的机械坚固性并且提高了可靠性。这可以使得SiP封装体的形成具有更坚固的特性和简化的工艺流程。这样的间隔胶概念能够制造强大的封装体，例如满足严格的层离标准的磁传感器封装体。封装体可以以特别简单的方式制造，而且具有增强的机械坚固性和增加的可靠性。
图1示出了根据一个示例性实施例的封装体100的剖视图。在封装体100中，无源构件106与完全导电的载体102(例如图案化的金属板，例如由铜制成的引线框架)电耦合。所述耦合通过实施为填充有不可压缩的固体球形间隔颗粒170的部分导电的胶的导电连接结构108来建立。
导电板型载体102在此被配置为由铜制成的引线框架，并且包括由载体102中的凹部146或通孔分隔开的第一载体区段142和第二载体区段144。更具体地讲，作为用于提供载体102的基础的金属板可以被图案化(例如被冲压)，使得通孔被创建为将载体102的其余载体区段间隔开的凹部146。这里作为被实施成陶瓷电容器或另一无源电子件的表面贴装装置(SMD)的构件106具有通过连接结构108的第一部分150与第一载体区段142电连接的第一表面部分(对应于第一端子151)。此外，构件106具有通过连接结构108的第二部分156与第二载体区段144电连接的第二表面部分(对应于第二端子153)。这样，构件106通过连接结构108的两个单独的隔开部分150、156被表面贴装在载体102上。隔开部分150、156和构件106一起跨过载体区段142、144之间的凹部146。
至少部分导电的连接结构108包括球形间隔颗粒170，所述球形间隔颗粒170被配置用于将载体102与构件106间隔开例如大约20μm的距离d(其也可以称为接合线距离)。这可以通过将间隔颗粒170配置成具有例如至少30μm的直径D来实现。尽管d和D不一定(但可以)完全相同(例如由于略微倾斜的现象)，但球形间隔颗粒170的直径D对最小距离d具有显著的影响。尽管间隔颗粒170的其它尺寸D是可能的，但D应当优选地不会显著下降到10μm以下，以便高效地抑制构件106与载体102之间在它们的最薄的连接部分的区域中的高度不期望的层离。另一方面，间隔颗粒170不应该具有显著高于200μm的直径D，因为这可能对连接结构108的均匀性具有不利的影响，可能导致形成空穴等。除了间隔颗粒170之外，连接结构108可以包括至少部分导电的胶。所述至少部分导电的胶在这里实施为含有片状导电(例如银)颗粒132(见放大细节177)的电绝缘胶130(例如环氧树脂基胶)。胶130可以通过固化而硬化。导电颗粒132具有不规则的形状并且比间隔颗粒170具有小得多的直径。
除此之外，封装体100还包括电子芯片112(诸如ASIC，专用集成电路)，所述电子芯片112通过另外的导电连接结构155也安装在载体102上。所述另外的导电连接结构155可以例如是焊接连接或者通过导电胶进行的连接。替代性地，所述另外的导电连接结构155也可以被实施为导电连接结构108，即具有间隔颗粒170。从图1可以看出，构件106和电子芯片112侧向间隔开地安装在载体102的不同区段114、116处。在一个应用中，电子芯片112可以是能够基于霍尔效应感测周围的磁场的磁传感器芯片。当待由电子芯片112感测的磁性元件(未示出)被充分地引入到电子芯片112的空间附近时，电子芯片112可以产生相应的电信号。通过所述信号，可以电检测到磁性元件的存在。为了提高感测信号的质量，电信号可以经由载体102传输到实施为陶瓷电容器的构件106。构件106可以平滑并由此改善电信号。
封装体100还包括包封材料110，所述包封材料110可以例如是模制化合物。包封材料110可以包封无源构件106、连接结构108、电子芯片112以及载体102的至少一部分。
间隔颗粒170的不同实施例是可能的，如图1中的细节190所示意性地示出的。例如，间隔颗粒170可以是完全导电的间隔颗粒170，例如金属球(参看附图标记192)。在这样的一个实施例中，间隔颗粒170可以有助于连接结构108的导电性，使得甚至可以使用电绝缘胶130并且甚至可以省去导电填料颗粒132。因此，间隔颗粒170可以由诸如金属的导电材料组成。在另一个示例性实施例中，可以使用完全电绝缘的间隔颗粒170，参见附图标记194。当间隔颗粒170还应满足另外的功能、例如还应该具有高热导率以去除热量时，这样的一个实施例可能是有利的(因为它可以增大选择间隔颗粒170的材料的设计自由)。在后面提到的实施例中，胶130应该是导电的(即，胶130本身和/或胶中的导电颗粒132)，以整体上提供连接结构108的导电性。因此，间隔颗粒170可以由诸如锆氧化物的电绝缘材料组成。在又一示例性实施例中，可以将间隔颗粒170实施成具有电绝缘的芯172(具有可自由调节的功能，例如导热性)和覆盖或涂覆所述芯172的导电涂层174。在后面提到的实施例中，间隔颗粒170也可以有助于连接结构108的导电性。因此，例如由锆氧化物制成的电介质的芯172可以由诸如金属层的导电涂层174覆盖。所述金属层可以通过镀覆形成。后面提到的实施例还可以使用高温稳定电介质材料形成间隔颗粒170的一部分。所述电介质材料由于涂层174而附加性地有助于构件106与载体102之间的电连接。
仍然参照图1，构件106利用之间的连接结构108以至少20μm的限定的最小间距安装在载体102上。构件106与载体102之间的整个间隙连续填充有导电连接结构108。从图1可以看出，一些间隔颗粒170夹置在载体102与构件106之间，因此在两者之间保持最小距离d的同时确保构件106基本无倾斜地安装在载体102上。
在同一载体102上安装电子芯片112。在操作期间，实施为磁霍尔传感器的电子芯片112测量周围的磁性元件并产生指示磁性元件的存在的相应的电信号。所述电信号由电容器型构件106平滑。
即使当环保模制型化合物被用作包封构件106和电子芯片112的包封材料110时，图1中所示的封装体100的可靠性也非常高。
尽管附图中未示出，但根据另一个示例性实施例的封装体100可以根据图1配置，但不同之处在于，连接结构108可以实施为含有间隔颗粒170的焊膏而不是(如图1中那样)使用至少部分导电的可固化的胶130。当焊料用于提供连接结构108的导电性时，间隔颗粒170可以有利地由耐受焊接温度的材料制成，以便在焊接时保持它们的形状。例如，间隔颗粒170此时可以由锆氧化物制成。
图2示出了遭受层离的传统封装体206的剖视图。
更具体地讲，图2示出了安装在载体202上的构件200，在它们之间具有连接结构204。所描述的封装体206由环保模制化合物型包封材料210包封。从图2可以看出，即使在没有热循环负载或没有将封装体210加热到高温以模拟在封装体206的实际使用期间的苛刻条件时，构件200与载体202之间也会发生显著的层离(参看附图标记220)。因此，图2中所示的封装体206不适合于例如要求苛刻的汽车应用。
图3示出了根据一个示例性实施例的坚固而不层离的封装体100的剖视图。
与图2不同，图3示出了利用根据一个示例性实施例的封装体100进行的相应测量。图3中示出了球形间隔颗粒170的横截面。它们具有厚度例如为30μm的尺寸并且因此在构件106与载体102之间保持例如至少20μm的显著的间距。应该提到的是，图3中所示的间隔颗粒170的横截面不一定是以最大厚度展现间隔颗粒170的，这是因为间隔颗粒170的取向和位置是任意的，从而所示出的横截面视图并不一定会在它们的全直径处切割它们。从图3可以看出(见附图标记179)，当间隔颗粒170已经被添加到含有切碎的银颗粒132的电绝缘的胶130时，不会发生层离。这不仅适用于封装体100的在图2的传统封装体206已经失效的无应力状态，而且当对封装体100施加高温应力或温度循环时，这种防止层离的作用也得以保持。
图4示出了关于作用在传统封装体206、如图2所示的传统封装体上的机械负载的仿真结果，传统封装体206遭受层离。
在图4的左侧(见A)，可以看到模型化的封装体210的三维视图。图4中间的图像(见B)涉及胶顶侧，而图4的右侧的图像(见C)涉及胶底侧。可以看出，最大应力施加在胶顶侧。
图5示出了根据一个示例性实施例的关于作用在坚固而不层离的封装体100上的机械负载的仿真结果。
与图4相比，根据一个示例性实施例的对封装体100进行的仿真相应地显示出，在示例性实施例中，应力、因此层离倾向可以显著降低。图5的三幅图像(见A、B、C)对应于图4的相应的三幅图像(见A、B、C)。从图5的中间的图像(见B)中可以看出，胶顶侧仍然低于它的破坏极限。
图6示出了根据一个示例性实施例的在施加应力之后的坚固而不层离的封装体100的剖视图。所述应力在温度170℃下持续500小时。从图6可以看出，间隔颗粒170防止了层离，从而通过了应力测试。保持30μm的胶厚度。因此，可以获得显著降低的层离倾向。此外，由于在关键区域没有发生层离，因此涉及银迁移的风险较低。
应当指出，术语“包括”不排除其它元件或特征，并且单数形式“一个”不排除多个。还可以组合结合不同实施例描述的元件。还应当指出，附图标记不应被解释为限制权利要求的范围。此外，本申请的范围不限于说明书中描述的过程、机器、制造和物质组成、手段、方法和步骤的特殊实施例。因此，所附权利要求旨在其范围内包括这样的过程、机器、制造、物质组成、手段、方法或步骤。

Claims (18)

1.一种封装体(100)，包括：
·至少部分导电的载体(102)；
·安装在所述载体(102)上的无源构件(106)；
·至少部分导电的连接结构(108)，其将所述载体(102)与所述无源构件(106)电连接并且包括被配置用于将所述载体(102)与所述无源构件(106)间隔开的间隔颗粒(170)；
·其中，所述连接结构(108)包括至少部分导电的胶，所述间隔颗粒(170)嵌入所述至少部分导电的胶中；
·其中，所述间隔颗粒(170)的间隔材料是聚合物；以及
·其中，所述载体(102)包括包含由凹部(146)分隔开的第一载体区段(142)和第二载体区段(144)的平坦主表面，所述无源构件(106)具有包含第一表面部分(148)和第二表面部分(152)的平坦主表面，其中，第一表面部分(148)通过连接结构(108)的至少部分位于第一表面部分与第一载体区段之间的间隙中的第一部分(150)与所述第一载体区段(142)电连接，并且第二表面部分(152)通过连接结构(108)的至少部分位于第二表面部分与第二载体区段之间的间隙中的单独的第二部分(156)与所述第二载体区段(144)电连接，使得所述载体的平坦主表面与所述无源构件的平坦主表面相对且至少大致平行。
2.根据权利要求1所述的封装体(100)，其中，所述封装体包括以下特征中的至少一个：
·其中，所述间隔颗粒(170)具有至少10μm的直径(D)；
·其中，所述间隔颗粒(170)具有不超过200μm的直径(D)。
3.根据权利要求2所述的封装体(100)，其中，所述间隔颗粒(170)具有至少30μm的直径(D)。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述间隔颗粒(170)具有大致球形形状。
5.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述至少部分导电的胶是内含有导电颗粒(132)的电绝缘胶(130)。
6.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述间隔颗粒(170)包括以下组中的至少一种：完全导电的间隔颗粒(170)、完全电绝缘的间隔颗粒(170)以及具有电绝缘的芯(172)和至少部分覆盖所述芯(172)的导电涂层(174)的间隔颗粒(170)。
7.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，由所述间隔颗粒(170)所保持的所述载体(102)与所述无源构件(106)之间的最小距离(d)为至少20μm。
8.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述无源构件(106)是表面贴装装置构件。
9.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述载体(102)是完全导电的。
10.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述载体(102)是引线框架。
11.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述封装体(100)包括包封所述无源构件(106)、所述连接结构(108)、和所述载体(102)的一部分的包封材料(110)。
12.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述封装体(100)包括安装在所述载体(102)上的电子芯片(112)。
13.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述载体(102)与所述无源构件(106)之间的最小距离(d)是由间隔颗粒(170)的直径(D)限定的。
14.根据权利要求1至3中任一项所述的封装体(100)，其中，所述封装体(100)被配置为系统级封装体。
15.一种封装体(100)，包括：
·板型载体(102)，其包括包含由凹部(146)分隔开的第一载体区段(142)和第二载体区段(144)的平坦主表面；
·无源构件(106)，其具有包含第一表面部分(148)和第二表面部分(152)的平坦主表面，其中，第一表面部分(148)通过连接结构(108)的至少部分位于第一表面部分与第一载体区段之间的间隙中的第一部分(150)与所述第一载体区段(142)电连接，并且
第二表面部分(152)通过连接结构(108)的至少部分位于第二表面部分与第二载体区段之间的间隙中的单独的第二部分(156)与所述第二载体区段(144)电连接，使得所述载体的平坦主表面与所述无源构件的平坦主表面相对且至少大致平行；
·所述连接结构(108)被配置用于通过保持至少10μm的最小距离(d)将所述载体(102)与所述无源构件(106)间隔开；
·包封所述无源构件(106)的至少一部分的包封材料(110)；
·其中，所述连接结构(108)包括至少部分导电的胶，间隔颗粒(170)嵌入所述至少部分导电的胶中；以及
·其中，间隔颗粒(170)的间隔材料是聚合物。
16.根据权利要求15所述的封装体(100)，其中，所述连接结构(108)包括具有限定最小距离(d)的直径(D)的间隔颗粒(170)。
17.根据权利要求15至16中任一项所述的封装体(100)，其中，所述连接结构(108)将所述载体(102)与所述无源构件(106)以至少20μm的最小距离(d)间隔开。
18.根据权利要求15至16中任一项所述的封装体(100)，其中，所述连接结构(108)将所述载体(102)与所述无源构件(106)以至少30μm的最小距离(d)间隔开。
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