CN1199252C - 电子装置的外壳组件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电子装置(1)的外壳组件和一种包装电子装置的方法，外壳组件至少具有一个待包装的电子装置(2)，一个外部载体(3)和一个外壳框架(4)。一种起毛细作用的环氧树脂经由充填口(7)填入已装配的外壳组件，并通过其毛细作用关闭半导体芯片和外壳框架之间的空隙。

Description

电子装置的外壳组件
技术领域
本发明涉及一种电子装置的外壳组件以及一种电子装置的包装方法。
背景技术
在半导体科技中，半导体芯片配有外壳保护，并通过各种方法使其不受机械损伤和周围环境的影响。如果是用于机器安装的设备，外壳还对接下来的加工处理和安装起着至关重要的作用。外壳由注射模塑料、陶瓷外壳或塑料胶粘复合材料制成，也称为“球顶”封装(“Globetop”encapsulation)，外壳将芯片包裹于其中使其不受周围环境的影响。
发明内容
由于市场日益需求价格便宜，易于生产和可用于机器安装的外壳，并且要求这类外壳在半导体芯片的测试阶段和大量生产阶段都能使用，因此本发明的目标在于规定一种比以前的装置包装或装置封装造价更低廉而又能与目前的生产线兼容的外壳组件。
本目标通过独立权利要求中规定的保护客体的特征来实现。本发明的优点体现在从属权利要求中。
根据本发明，为达到此目的，这种电子装置的外壳组件至少具有以下元件：
——一个待包装的电子装置(例如半导体芯片)，
——一个外部接触载体，
——一个围绕着半导体芯片的外壳框架，以及
——一个下侧覆盖部件和/或顶部覆盖部件，元件之间的空隙通过充填口填入加热状态下的起毛细作用的环氧树脂。空隙部分形成一定尺寸的毛细裂缝或毛细孔。
根据本发明的外壳组件，其优点在于在生产中无需任何固定形状的物体(shaped body)，尤其是在外壳组件已具外形时。最多只需在充填起毛细作用的环氧树脂时使用支撑元件将外壳部件彼此隔开。在最简单的情况下，这样的支撑元件可以是带有电镀、压印或印制的外部触点的板状芯片载体。在这种外壳组件中，芯片的位置，即带有电子元件的芯片有效面，可以完全自由摆放。这样，在使用指尖模块时，芯片有效面朝上并可被自由接触，而对于用于机器安装的其他外壳类型，芯片有效面则被顶部覆盖部件所遮盖。
半导体芯片上接触区与外部接触区之间的接触和联系经由接触垫，通过在半导体芯片的朝上的有效区采用引线结合法来实现，或者在所谓的倒装芯片技术中，向下与外部接触载体承载材料上的相应接触垫连接。于是，本发明所述的保护装置显著具有适应性强，灵活性大，并且安装和装配成本低的特点。
在本发明的一个具体实施例中，外壳组件包括一个指尖模块(fingertip module)。由于指尖模块的顶端必须要能与半导体芯片正面有效区相接触，所以起毛细作用的环氧树脂充填口设于下侧覆盖部件上。因此，在生产过程中，外壳组件的下侧覆盖部分是朝上放置的，以便充填起毛细作用的环氧树脂。
在本发明的另一具体实施例中，指尖模块外壳组件的下侧覆盖部件可包含一个整体边缘覆盖物，其优点在于外部接触载体和保护框架这两个必需的组件结合成一个单元，从而在装配过程中就不必再进行相互调整。
在本发明的另一具体实施例中，指尖模块外壳组件的下侧覆盖部件与半导体芯片之间的空隙以及整体边缘覆盖物与半导体芯片之间的空隙都适应于环氧树脂的毛细作用。这种毛细作用的结果就是当空隙超过临界尺度时，在其中均匀分布的起毛细作用的环氧树脂将受阻而终止扩散。起毛细作用的环氧树脂的这一特质所带来的好处是无需为密封毛细裂缝或毛细孔而采取任何附加措施来防止这些开口向外的裂缝或孔会泄漏环氧树脂。
在本发明的另一具体实施例中，指尖模块在外部接触载体的接触垫和半导体芯片接触区之间具有焊接连接器。在芯片固定之后，这些焊接连接器由起毛细作用的环氧树脂协助安装于半导体芯片的上端，位于那里的接触区上，以使后者与外部接触载体的接触垫相连接。为此，半导体芯片上的接触区布置在半导体芯片的边缘区域，在将同时包含焊接连接器的热塑性封装灌注胶导入粘合连接器后，该边缘区域得以密封。
在另一具体实施例中，指尖模块的外部接触载体是一个有着扁平导体(flat conductor)的弹性多层导体带，这些扁平导体布置于一个弹性基体上，位于接触垫和外部接触区之间，并被绝缘层部分覆盖。该实施例的优点在于外部接触载体可以加以调节以适应采用指尖模块位置的空间要求。此外，还可以将外部接触载体在机器安装中组成为弹性多层导体带，成为布置和固定本发明所述外壳组件的连续传输带(continuousconveying strip)。为此，弹性多层导体带有相应的开口，可以连通指尖模块的半导体有效区。
在本发明的另一具体实施例中，外壳组件包括一个智能卡模块。在本实施例中，使用倒装芯片技术将半导体芯片布置在外部接触载体上，该外部接触载体同时构成智能卡模块的下侧覆盖部件，并带有外部接触区和接触垫。为此，接触垫的布置方式与半导体芯片接触区的布置方式相对应，以使半导体芯片的接触块(contact bump)能通过倒装芯片技术与外部接触载体的接触垫相连。
在本发明的另一具体实施例中，外壳组件具有一个用于机器装配的外壳。为此，顶部覆盖部件配有充填口和控制孔。控制孔的尺寸应适合于环氧树脂的毛细作用，以使控制孔可以用来确定半导体芯片和外壳组件间的所有孔穴(cavity)是否都已被起毛细作用的环氧树脂填满。该外壳组件的优点在于，即使孔穴尺寸大于毛细裂缝，起毛细作用的环氧树脂将其充满并使其处于控制之中，尤其是当控制孔处于顶端覆盖部件上并与待填的外壳组件孔穴相通时更是如此。于是为确保孔穴被填满，每个待填孔穴至少在顶端覆盖部件上设有一个控制孔。
一种包装至少具有一个待包装半导体芯片、一个外部接触载体和一个外壳框架的电子装置的方法，其步骤包括：
(1)装配各元件使起毛细作用的环氧树脂填入孔位于顶部；
(2)将元件加热到85至95摄氏度；
(3)将起毛细作用的环氧树脂填充进外壳组件的充填孔，使环氧树脂充入毛细裂缝和/或毛细孔；
(4)聚合环氧树脂；
(5)固化环氧树脂。
该方法的优点在于密封外壳组件时无需使用复杂的塑胶注射塑模技术或复杂的陶瓷合成建构技术。在采用该方法的情形中，只要朝外的裂缝和孔的尺寸根据本发明的要求适合于环氧树脂的毛细作用，那么可以不必密封这些朝外的裂缝和孔。在采用该方法的情形中，环氧树脂仅在环氧树脂的毛细作用有效时流动，这样，环氧树脂的扩散在毛细裂缝或毛细孔尺寸增大的边缘停止。然而，如果相应的孔穴充填口没有用环氧树脂的毛细作用关闭，而另一方面，控制开口具有毛细作用来显示孔穴是否已完全被环氧树脂填满时，该方法也可用于充填外壳组件中更大的孔穴。为此，这样的控制开口总是布置在孔穴的最顶点。
因此，在采用该方法的情形中，虽然有向外的控制开口和毛细裂缝，泄漏却不会发生，并且可以以较低的成本密封预制的半导体芯片的外壳组件而不受其几何形状的限制。此外，该方法可以最大限度地降低设备高度，同时增加装置稳定性，因而该方法可有利地用于智能卡、指尖传感器以及机器安装的外壳组件的装配。
可以用于其它步骤的所谓的“下填器”(“underfillers”)可被用作起毛细作用的环氧树脂。在该方法较佳的实施例中，为装配外壳组件的元件，前者被固定于弹性芯片载体上。这个弹性芯片载体可同时构成外部接触载体，因而外壳组件的外部接触载体可设计用于机器安装。
在该方法的一个实施例中，外壳组件经加热被固定在芯片载体上，将热塑性塑料熔化后作为热熔胶(hot melt adhesive)使用。在冷却时，所述热塑性塑胶将外壳组件粘合在芯片载体上，从而可有利地实现大批量生产。
在该方法的另一实施例中，使用双成分胶(two-component adhesive)将外壳组件固定于芯片载体上。为此，可采用校准元件(adjustingelement)对外壳组件各元件间的相对位置进行精确定位。
在该方法的另外实施例中，使用粘膜(adhesive film)将外壳组件固定于芯片载体上。该方法特别适用于包装指尖模块，尤其是在指尖模块填入，并且指尖模块的焊接连接器产生后，后者即可与芯片载体上的粘膜分离，尤其当带有粘膜的芯片载体只是用于安装外壳组件而并非被包装的电子装置的一部分时，更是如此。
以下结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。
附图说明
图1所示为依据本发明的第一具体实施例中指尖模块外壳组件的横截面示意图。
图2所示为图1中该外壳组件的分解透视图。
图3所示为依据本发明的第二具体实施例中智能卡模块外壳组件的横截面示意图。
图4所示为依据本发明的第三具体实施例中用于机器安装的外壳组件的横截面示意图。
具体实施方式
图1所示为本发明的第一具体实施例中指尖模块10外壳组件的横截面示意图。图1中的电子设备1的外壳组件实质包括待包装的半导体芯片2、外部接触载体3以及外壳框架4，其在本具体实施例中与下侧覆盖部件5整体连接。
外壳框架4和下侧覆盖部件5适合于半导体芯片2的尺寸，并组合在外壳框架4和半导体芯片2之间以及下侧覆盖部件5和半导体芯片2之间的裂缝横断面之间，横截面的尺寸与待填充的环氧树脂12的毛细作用相对应。该尺寸的裂缝在下文中称为毛细裂缝8。在本具体实施例中，起毛细作用的环氧树脂的充填口7位于下侧覆盖部件5上。所谓的“下填器”用作起毛细作用的环氧树脂。
为了从充填口7充入起毛细作用的环氧树脂，首先将外壳组件的下侧覆盖部件朝上布置于带有粘膜的载体上，并露出处于焊接连接器14上的相应开口，该粘合连接器下文将做介绍。顶端覆盖部件6具有释放出指尖模块10的有效区的开口22，。此外，焊接连接器14的接触区16是裸露的，该接触区位于半导体芯片2的边缘区域，这样就界定了顶部覆盖部件6。焊接连接器14的焊线23总是使半导体芯片的接触区16与外部接触载体3的接触垫15相连接，外部接触载体3又通过扁平导体21与外部接触区18相连。焊接连接器14区域由环氧树脂24充填，使其受到保护而不受机械损伤和周围环境的影响。外部接触载体3以多层形式存在，并具有与半导体芯片2的边缘覆盖物13相连接的弹性基体19。该弹性基体19带有接触垫15、扁平导体21、外部接触区18以及保护扁平导体21的绝缘层20。
图2所示为图1中的外壳组件的分解透视图。在图2所示的具体实施例中，外部接触载体3与顶部覆盖部件6形成一个单元，并在顶部覆盖部件6区域内具有释放指尖模块10半导体芯片2的有效表面的开口22。外部接触载体3内的第二开口26和顶部覆盖部件6使半导体芯片2的接触区16以及外部接触载体3的接触垫15可被连通，前提是第二开口26没有被环氧树脂覆盖或密封。若无侧面毛细裂缝，半导体芯片2可被安置在边缘覆盖物13内。下侧覆盖部件5与边缘覆盖物13整体连接，并在其中央具有充填口7用来充填起毛细作用的环氧树脂。位于边缘覆盖物13上的四个角孔(corner hole)27与位于顶部覆盖部件6内的相应角孔28对应，用于将指尖模块10固定在相应的电子装置上部或内部。
在边缘覆盖物13上还有两个另外孔与外部接触载体3上的孔31相对应。这些孔29和31也都用于定位和固定指尖模块成品。当采用塑料胶粘复合材料，如环氧树脂24，在半导体芯片2的接触区16与外部接触载体3的接触垫15之间形成焊接连接器后，开口26得以密封。
图3所示为依据本发明的第二具体实施例中智能插件模块25的外壳组件的横截面示意图。该外壳组件包括外壳框架4，固定于智能卡32上作为外部接触载体3。外壳框架4与智能卡32之间的连接裂缝33可由起毛细作用的环氧树脂12充填。外壳框架4和半导体芯片2之间的间隙34可成为起毛细作用的裂缝或者不经毛细作用直接形成充填口，因此外壳框架4和半导体芯片2之间距离应大于毛细裂缝。如果外壳框架4和半导体芯片2之间的空间成为充填开口或充填裂缝，那么在智能卡基体上的裂缝35的尺寸必须适合于环氧树脂的毛细作用，因此起毛细作用的环氧树脂可从外壳框架4和半导体芯片2之间从上而下填入而不从智能卡基体内的裂缝35处逸出。
半导体芯片2布置于智能卡32的倒装芯片装置内，同时形成半导体芯片区域内的外部接触载体3。在外壳框架4内，外部接触载体3的接触垫模式与半导体芯片2的接触区16的模式相对应。在接触区16与外部接触载体3上的接触垫之间，焊接块36起到电连接作用。例如，在外壳框架4定位之前，半导体芯片2与智能卡32电触连(electricallycontact-connected)，然后填入起毛细作用的环氧树脂。裂缝35在外部接触载体3的多个接触垫之间起到绝缘裂缝的作用。
为了使智能卡模块能够尽可能设计为扁平，我们不采用预成型的顶端覆盖部件，而只用一层薄保护层来保护半导体芯片的下侧。智能卡模块32也可以在外壳组件的区域内切开，因此不再需要单独的外壳框架4。另一方面，图3中所示的外壳组件的结构也可以通过将外部接触载体3下侧的外部接触区整个装置与具有相应厚度智能卡合成一个的整体来实现。这一具体实施例在图3中用虚线轮廓线39标出。
图4所示为依据本发明的第三具体实施例中用于机器安装的外壳组件的横截面示意图。该机器安装外壳组件布置为外部接触载体3上的外壳组件，同时呈现为用于大量机器安装外壳组件的芯片载体37。芯片载体37的形式可以是带有外部接触区和接触垫的弹性条或电路板。
首先，将半导体芯片2用于芯片载体37，该芯片载体采用倒装芯片技术，带有多个不同的外部接触载体区域用于多种半导体芯片2，因此半导体芯片2的接触区16与外部接触载体3的接触垫相连。然后，安放外壳框架4和顶部覆盖部件6。芯片载体37上的毛细裂缝8将接触垫彼此绝缘，并且其尺寸适合于环氧树脂12的毛细作用。半导体芯片2和外部接触载体3之间的空当也同样处理。外壳框架4和半导体芯片2之间的空间可以为任意尺寸，因为顶部覆盖部件6具有适合于环氧树脂12的毛细作用的控制孔17。
一旦外壳框架4和半导体芯片2之间的孔穴38由起毛细作用的环氧树脂填充，由于毛细作用，控制孔17将自动被环氧树脂填充，因而标志着空洞38被完全填满。因此充填口7应大于毛细裂缝，从而提供通向孔穴38的充填通道，使环氧树脂不受毛细作用阻碍而流入孔穴38。例如，这可以通过横向布置半导体芯片2上方如同一个拉长孔的开口7，或者通过顶端覆盖部件6上的开口7来实现，该开口布置在孔穴38区域中央的外部。通过这个开口，低粘性的热毛细作用环氧树脂流入开口并在毛细裂缝8及相应尺寸的控制孔17内扩散，这样充填过程在几秒种内即可完成。
由于毛细作用在外部接触载体3或芯片载体37内的裂缝8中有效，因此毛细裂缝8中不会逸出环氧树脂。因此无需采取任何密封措施，并且外壳框架4和外部接触载体3之间的连接裂缝33也可组成毛细裂缝，因而在环氧树脂充填的同时，芯片载体37和外壳框架4之间也形成机械连接，并且环氧树脂不会通过连接裂缝33流到芯片载体上。因此，该外壳组件的优越性之一就是除外壳组件本身的元件外，无需任何其他固定形状的部件用于密封和包装半导体芯片。

Claims (17)

1.一种电子装置(1)的外壳组件，其至少包括以下元件：
一个指尖模块(10)，一个外部接触载体(3)，一个围绕半导体芯片(2)的外壳框架(4)，以及一个下侧覆盖部件(5)和/或一个顶端覆盖部件(6)，元件之间的空隙由加热状态下的起毛细作用的环氧树脂(12)通过充填口(7)充填，适当尺寸的空隙形成毛细裂缝(8)或毛细孔(9)。
2.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，指尖模块(10)具有一个带有传感器区(11)的半导体芯片(2)。
3.根据权利要求1所述的外壳组件，其特征在于，指尖模块(10)具有下侧覆盖部件(5)，该部件带有用于充填环氧树脂(11)的充填口(7)。
4.根据权利要求3所述的外壳组件，其特征在于，下侧覆盖部件(5)包括整体边缘覆盖物(13)。
5.根据权利要求4所述的外壳组件，其特征在于，下侧覆盖部件(5)与半导体芯片(2)之间以及边缘覆盖物(13)与半导体芯片(2)之间的裂缝适合于环氧树脂(12)的毛细作用。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的外壳组件，其特征在于，指尖模块在外部接触载体(3)的接触垫(15)与半导体芯片(2)的接触区(16)之间具有焊接连接器(14)。
7.根据权利要求6所述的外壳组件，其特征在于，指尖模块(10)的外部接触载体(3)是一个弹性多层导体带，该多层导体带在接触垫(15)和弹性基体(19)上的外部接触区(18)之间布置有扁平导体(21)，并被绝缘层(20)部分遮盖。
8.一种电子装置(1)的外壳组件，其至少包括以下元件：
一个智能卡模块(25)，一个外部接触载体(3)，一个围绕半导体芯片(2)的外壳框架(4)，以及一个下侧覆盖部件(5)和/或一个顶端覆盖部件(6)，元件之间的空隙由加热状态下的起毛细作用的环氧树脂(12)通过充填口(7)充填，适当尺寸的空隙形成毛细裂缝(8)或毛细孔(9)。
9.一种电子装置(1)的外壳组件，其至少包括以下元件：
一机器安装外壳(30)，一个外部接触载体(3)，一个围绕半导体芯片(2)的外壳框架(4)，以及一个下侧覆盖部件(5)和/或一个顶端覆盖部件(6)，元件之间的空隙由加热状态下的起毛细作用的环氧树脂(12)通过充填口(7)充填，适当尺寸的空隙形成毛细裂缝(8)或毛细孔(9)。
10.根据权利要求9所述的外壳组件，其特征在于，机器安装外壳(30)具有带有充填口(7)和控制孔(17)的顶端覆盖部件(6)。
11.根据权利要求10所述的外壳组件，其特征在于，该控制孔(17)的尺寸适合环氧树脂(12)的毛细作用。
12.根据权利要求11所述的外壳组件，其特征在于，半导体芯片(2)布置于机器安装外壳(30)内的倒装芯片位置。
13.一种将电子装置包装在外壳组件中的方法，外壳组件至少具有以下元件：
一个待包装的半导体芯片(2)，
一个外部接触载体(3)、或一个智能卡模块(25)或一机器安装外壳(30)，以及
一个外壳框架(4)，该方法具有以下步骤：
(1)装配该外壳组件的元件(2、3、4)，使用于充填毛细作用的环氧树脂(12)的充填孔(7)处于顶部；
(2)将已装配的元件(2、3、4)加热到85至95摄氏度；
(3)将起毛细作用的环氧树脂(12)填充进外壳组件的充填孔(7)，使环氧树脂(12)充入毛细裂缝(8)和/或毛细孔(9)；
(4)聚合环氧树脂(12)；
(5)固化环氧树脂(12)。
14.根据权利要求13所述的方法，其特征在于，外壳组件固定于弹性芯片载体上以装配其元件(2、3、4)。
15.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，为了将外壳组件固定于芯片载体，应加热芯片载体，熔化热塑性塑料，用作热熔胶。
16.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，外壳组件通过双成分胶固定在芯片载体上。
17.根据权利要求13或14所述的方法，其特征在于，外壳组件通过使粘膜固定在芯片载体上。
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