CN1244831A - 转移模塑标准电子插件的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

一种转移模塑标准电子插件的方法及用该方法得到的装置。一带有连接电子器件(20)的基片(10)置于下模板(23)中,定位架(53)的端部(54)与内表面(79)接触而端部(55)与内表面(81)接触。一模塑剂料通过流道(24)进入浇道(26和27),进入模塑空腔(25),流过上表面(57)和下表面(59)并围绕基片(10)的边缘(8)。从模塑模板(23,29)的部分(77和83)和沿印刷电路板(10)的至少一边的一部分印刷电路板(10),在保护性空腔(95)内的电气触点(51)附近形成密封。装置从模具中取出后,台阶(91和93)形成了置于电气触点(51)上方的保护性罩的连接区。

Description

转移模塑标准电子插件的方法及其装置

                      发明背景

发明领域

本发明总的来说涉及封装诸如电子器件和元件等物体的改善的工艺，尤其是涉及一种转移模塑(transfer molding)标准电子插件，如个人计算机存储器插件国际协会(PCMCIA)标准电子插件(即PC插件)的改进方法和模具。

现有技术的讨论

个人计算机存储器插件国际协会(PCMCIA)是一个由300多家成员公司组成的标准团体。PCMCIA已制定了个人计算机插件(即PC插件)的电子插件尺寸标准。PC插件(PC card)的尺寸标准化是为了用于个人计算机、个人通信装置和其他电子器件。PC插件用于提供附加的记忆、存储、通信和输入/输(I/O)出能力，特别是为便携系统提供。

PCMCIA标准对于PC插件描述了物理要求、电气规范和软件体系结构。这些标准定义了三种物理尺寸的插件：I型、II型和III型。这三种型号之间的唯一区别是在于厚度上。I型、II型和III型的厚度分别是3.3、5.0和10.5毫米。这三型都采用标准68位置接插件(connector)，用于与计算机或其它装置连接。

每一种不同尺寸的PC插件有多种生产方法。每种方法基本上都包括生产印刷电路板(即PC板或基片)，其上有电子元件。围绕PC板装上框架，并在PC板的两个面上贴上盖(或罩)。如果该PC插件采用单一68位置的接插件，只需将PC板滑入框架，并将接插件锁定就位。如果该PC插件还有一“后端”接插件，该“后端”接插件一般连接在框架上，然后利用焊接加工连接到PC板上。

一般接地夹或者接在框架边上，以使PC插件与计算机的内部地线接地，或者接在PC板上。两个金属化盖板附在PC板-框架组合件上(两个面上每个面上一个)，以保护其中的电子元件。

最普通的盖板类型是涂满粘结剂的金属盖。一压力机施加热和压力，使该盖连接于框架。必须用手将该盖对准放在该组合件上，并置于压力机中在120℃下加压20秒钟。然后让其在压力机中冷却，以防止冷变形或盖从框架上翘起。该组合件总的加工时间一般是180秒。一般来说，在盖和PC板之间放置弹簧，以防止电磁干扰(EMI)问题。

另一种类型的盖是钩环盖，盖上有金属调整片，金属调整片伸过框架。金属调整片一般是弯绕在框架上。组装简单，但需要模子和压力机。两个盖用手对准置于框架上。将组合件放入压力机，施加压力，制出弯边。连接加工约需60秒，但工具成本比涂粘结剂的金属盖要高，这是因为模具的成本。

另一种类型的盖是注压盖。该方法包括围绕顶盖的边缘注模一框架，并围绕底盖的边缘注模一框架，从而免去了作为分离件的框架。将这两个盖-框架组件放在PC板相对的两面，并用超声焊接在一起。加工时间30秒，但超声焊接工序成本高。

最后的类型是“迅速扣合”结构。两个盖越过围绕PC板的框架的横条，直接迅速扣合。盖中有接地接头，这些接头可以弯曲，以便与PC板上的接点连接，而不需要焊接。加工时间约20秒。

在本技术领域，不断地需要开发成本有效的、生产满足PCMCIA标准要求的标准电子插件的方法。

                       发明概述

用公知的工艺备置一片带有一个电子元件、多个电气触点以及使电子元件与电气触点连接的金属化线路的基片。基片放置在一模塑空腔中的两个模板之间，使电气触点位于模塑空腔外。模塑空腔的尺寸符合I型、II型和III型PCMCIA标准其中之一的物理限制。两模板合在一起，与基片的每个面在靠近电气触点处形成密封。然后用转移模塑加工封装基片。封装好的基片从模塑空腔中取出之后，给电气触点罩上一保护罩，并在封装好的基片外表面上放置导电件，以防止电磁干扰(EMI)和静电放电(ESD)问题。

根据本发明的一个实施例，提供了一种转移模塑标准电子插件的方法，该方法包括以下步骤：提供带有电子元件的基片和多个沿基片的一边放置的多个电气触点，每个电气触点具有连接部分，连接部分通过金属化线路与电子元件连接；提供模塑模板，在模塑模板之间形成模塑空腔，模塑空腔中放置基片，而使电气触点位于模塑空腔之外，模塑模板与基片在多个电气触点附近形成密封；封装标准电子插件，即通过使流体模塑剂料转移进入模塑空腔，来封装电子元件、以及至少一部分金属化线路的和基片。

在本发明的另一个实施例中，提供了一个转移模塑标准电子插件，它包括一个带有一个电子元件和多个电气触点的基片，电气触点沿基片的一边放置，每个电气触点具有一连接部分，该连接部分通过金属化线路与电子元件连接，一转移模塑封装剂覆盖基片、电子元件、以及至少一部分金属化线路，使电气触点伸出封装剂之外，封装剂与基片形成密封。

                     附图简要说明

图1是按照本发明的一个实施例的一标准电子插件的透视图。

图2是按照本发明的一个实施例的一个带有一电子元件、多条金属化线路和多个电气触点的基底的顶视图。

图2A是图2区域2A的放大图。

图3是图2的基片的左视图。

图4是按照本发明的一个实施例的，图2的基片在一模具中的部分剖面的左视图。

图4A是图4的区域4A的放大图。

图5沿图4A的线5-5截开的剖面图。

图6是按照本发明的一个实施例的，图4的标准电子插件从模具中取出后的顶视图。

图6A是图6的区域6A的放大图。

图7是图6的标准电子插件的左视图。

图8是按照本发明的一个实施例的一转移模塑标准电子插件的顶视图。

图9是图8的转移模塑标准电子插件的正视图。

图10是图8的转移模塑电子插件的带部分剖面的左视图。

图11是按照本发明的另一个实施例的，图2的基片在一模具中的部分剖面的左视图。

图12是按照本发明的另一个实施例的，图11的标准电子插件从模具中取出后的顶视图。

图13是图12的标准电子插件的左视图。

图14是按照本发明的另一个实施例的一转移模塑标准电子插件的顶视图。

图15是图14的转移模塑标准电子插件的带部分剖面的左视图。

                 优选实施例的详细描述

通过在此公开的转移模塑法制作符合PCMCIA标准的标准电子插件5(即一种PC插件)。该电子插件5包括一个围绕一印刷电路板基片的转移模塑体39。一个接插件罩41接在电子插件5的前面，以包装一个标准的六十四个电气触点接插件。该接插件与印刷电路板基片的一边相接。接插件插座41上的孔42是与电气触点相对准的插头接纳体，电气触点与基片连接(在下面将更详细讨论)。接插件罩41的两端有符合PCMCIA标准的标准键槽43和45，以确保该插件5插入个人计算机插口时能恰当配合和定位。

该电子插件5的顶表面和底表面上附有导电件47。导电件47是电磁干扰和静电放电保护层或保护盖，它能防止电磁辐射从该插件中放射出去，并防止静电放电进入插件5。导电件47可以是各种材料，诸如：丝网印制在转移模塑体表面上的导电聚合物(例如环氧树脂、弹性物等)，作为标签附于表面的导电纸，用导电粘结剂附接的标签，附于表面的金属化非纺织纤维，插在表面中的常规的金属箔或片，导电带，金属基涂料等。

参见图2、2A和3，按照本发明的标准插件5的原始构件是一个分层基片10。基底10是一常规印刷导线板(PWB或印刷电路板(PCB))，典型的这类板是多层的(例如4或6层)。不过，该基片可以是单层基片乃至任何层数的多层基片，只要层数能满足模塑后基片在PCMCIA标准的物理限制之内即可。基片10包括多条镀金属的通路49，这些通路穿过基片10延伸，使多层之间相互连接。具有集成电路(未示出)的电子器件20附于基片10的上表面57上。根据所生产的PC插件的类型(fax/调制解调器，存储器等)，可在分层基底上附有多个电子器件或元件。沿基片10的一边，附有多个电触点51(即六十八个标准电触点)。

在一个实施例中，电子器件20的集成电路通过多个与金属化线路22连接的连接脚21与多个连接指18连接。金属化线路22可穿过基片的厚度和沿基片的各层延伸。多个电气触点51沿基片的至少一边设置，而且也与连接触指18连接。典型地，三十四个电气触点51沿基片10的一侧面与上表面57连接，三十四个电气触点51沿基片10的该侧面与下表面59连接。一个定位架(spacer)53附接在基片10上与电子触点51相对的一侧。定位架53的作用将在下面与模塑加工一起讨论。

图2A是图2的2A区域的拉近放大图，显示了几个电气触点51与基片10的上表面57上的连接触指18的连接。在一实施例中，每个电气触点51有个用于与连接触指18连接的连接部分61，一个配合部分63，用于与位于该标准电子插件5所要插入的个人计算机插口中的相应的插头(未示出)配合，以及一个密封部分67。配合部分63伸出基片10的边缘75之外，以便接纳接插件罩41并伸出在下面将要描述的模塑空腔之外。配合部分63可如图所示折成C-形，触点元件65向里弯曲(见图4A)，以便与插头(未示出)在其插入配合部分63后保持电接触良好，或者，配合部分可以是圆形或是接插件技术领域一般公知的其他构形。

每个电气触点51的连接部分61与连接触指18焊接(图2A)。密封部分67置于电子触点51的连接部分61和配合部分63之间。在每个电触点上，密封部分67由两个狭窄部分69和71以及位于这两个狭窄部分之间的延长部分73构成，在一实施例中，两个狭窄部分和延长部分73从基片10的边缘75向里退进，以便由基片10支持配合部分63的一部分，直至接插件罩41被放置在电气触点51上。

下面是按照本发明的转移模塑工艺的两个实施例。通过转移模塑加工实现基片10的塑料封装。在该转移模塑加工中，作为本领域普通技术人员会懂得，将多个基片放在一个打开的多空腔模子里，每个空腔里一个基片。当模子合上后，两个模部分(通常称为“压模板”或“半模”)合在一起围绕着这些基片。模子中的多个空腔通过一树状通道(即流道)阵列连接到一中央储料处(即加料室)，塑料由此处加入。通常，“浇道”(即狭窄的流道)正处于每个空腔的进口处，以控制塑料进入空腔的流速和注入速度，并使得容易除去从完成的部件中溢出的固化在流道里的塑料材料。

在典型的转移模塑加工中，将粉末或粒状塑料放入中央储料器并用压头压挤。模子和储料器通常是热的。热和压的组合使塑料液化并通过树状流道和浇道流入各个模塑空腔，随后在此固化。然后，将两个半模分开，并取出封装好的部件，除去留在流道和浇道中的多余的塑料。

这里所用的词语“上模板”和“下模板”或“上模塑模板”和“下模塑模板”指的是模子的两个可分离的部分，用来限定在其中发生模塑的封闭模塑空腔。用“上”和“下”这两个词是为了便于描述，并不含有需要空间定向的意思，因为模子可容易地设计成或者是以顶部转移(压头在顶部)布局操作，或者是以底部转移(压头在底部)布局操作，而不影响其作用。为容易描述起见，在转移模塑中与该两个模塑模板有关的每个图都只显示一个模塑空腔和器件。正如以上所讨论的，一般存在多个这种空腔，以便可以同时模塑数量较多的器件。为清楚起见，诸如方便加工好的部件取出的起模杆等公知的模塑特征便略去了。本领域普通技术人员会懂得，这种特征和/或其他特征可在实际中使用。

在一实施例中，下模板23放在压模机(未示出)中，而基片10放在下模板23中(图4、4A和5)。基片10的下表面59接触下模板23的部分77的顶部，以支持基片具有电气触点51的那一边。定位架53在一实施例中夹住基片10的边缘以便延伸到基片的上方和下方。定位架53最好是金属件(或镀金属件)。此外，定位架53与基片10的内底板连接(例如通过置于一金属化垫片上)。当基片10被放在下模板23中时，定位架53的端部54与下模板23的内表面79接触。定位架53支持的基片10的这一边与有电触点51的那一边相对。

上模板29与下模板23对准，以形成包围住几乎基片10的全部的模塑空腔25(也就是说，电触点和基片的位于部分77和83之间的部分在模塑空腔之外)。图4显示了置于模塑模板23和29之间的基片，这两块模板用于转移模塑操作。当上模板29置于基片10之上时，隔片53的端部55与上模板29的内表面81接触。基片10的上表面57与上模板29的部分83的底部接触。部分77和83与多个电触点51附近的基片10形成密封。

在一实施例中，如在图4A、5和6A可更好地看出的，部分77和83与电触点51的每个密封部分67上的伸长部73以及基片10形成一密封。从上模板的部分83的底部向下延伸出突起(即刺或齿)85，从下模板的部分77的顶部向上延伸出突起87。由图5可见，突起85和87是沿基片10的边在多个电气触点51之间分隔设置的。在一实施例中，突起85和87的长度足以使每个电气触点51上的伸长部73变形(即切入通过伸长部73的厚度)，并伸入基片10。突起85和87在基片10中留下凹口89。突起85和87只切穿过它们接触的每个伸长部73的一部分。突起85和87切穿过伸长部73后，狭窄部69和71允许伸长部变形，从而呈现蝴蝶状(图6A)。

在利用突起85和87的另一实施例中，这些突起并不延伸到基片10中去，他们只是触及基片10的表面或至少挨近该表面到1密耳的距离内，这是因为流体模塑剂料将不会渗过小于1密耳的间隙。在另一实施例中，这些突起是钝头的，并使伸长部73变形(即压或砸)，而不是切入通过它们。在任何实施例中的突起85和87都有助于与基片10和电气触点51形成密封，防止液态封装材料在模塑加工过程中从模塑空腔中溢出。

上模板29中的台阶91和下模板23中的台阶93产生一个用于与接插件罩41连接的连接区97。可以开有保护性空腔95，以防止模塑剂料(即液态封装材料)接触到电触点51和/或防止电触点51在模塑加工过程中被损伤。在另一实施例中，两模板在接触基片10的部分77和83的端部终止，使得电气触点未受保护地暴露。

在转移模塑操作中，在约500psi加压条件下，将一预定量的、至少足以充满模塑空腔25的净容积的模塑剂料压入流道24。模塑剂料典型地是热固性塑料。模塑剂料可以是本领域普通技术人员所公知的任何转移模塑材料，包括但不限于在此列举作为参考的专利中公开的转移模塑材料。这些专利有：Sporck的美国专利US3,838,094、Shiobara等人的美国专利US4,859,722、Jusky等人的美国专利US5,132,778。

使用热固性塑料的转移模塑加工优于使用热塑性塑料的注模加工。转移模塑加工在150～200℃之间的温度进行，不伤害电子元件或不使焊接接头回流。相反地，注模加工在300℃以上的温度进行，可能伤害电子元件或使焊接接头回流。

液体模塑剂料通过上浇道26和下浇道27进入模塑空腔25。模塑剂料流过基片10的上表面57和下表面59，并围绕基片10的边缘8，以封装基片及其元件。重要的是，应当控制液体模塑剂料注入模塑空腔的速度，不要超过一个最大注入速度。需要对最大注入速度作出限制，是为了避免在模塑剂料中形成空隙、使快速流动的模塑剂料损伤该电子器件的脆弱元件、或造成基片10在模塑空腔25中上下颤动。与上下模板接触的定位架53在模塑过程中帮助稳定基片10。可以通过实验迅速确定最大注入速度。还有重要的是，注模时间应当短于固化时间，这第二个要求使得注入速度要有最低限度。

在转移模塑技术中，一个好的经验法则是，流体模塑剂料不会流入小于约0.025毫米的缝隙或凹口。从而，可提供直径约0.01毫米的通气孔，以减小模子内的阻碍模塑剂料流动的空气压力。

转移模塑体39示于图6和7。模制好的插件一般在模子里就开始固化。然后，从模子中取出插件，置于约175℃温度下固化或交联四小时。不是所有的模塑操作都需要固化工序，有些模塑剂料并不需要二次模塑固化。类似地，对于特殊产品的模塑，可能不需要模塑固化。如果元件不是直接安装在基片上和/或元件已有围绕其上的模塑体，则不需要模塑固化。反之，如果元件是直接安装在基片上和/或元件没有被模塑体围绕，则一般要进行模塑固化。模塑剂料硬化成封装剂37，围绕基片10的上表面、下表面和侧面，但临近电气触点的被两模板隔离开的区域除外。封装剂37上可模制出隆起线部分98和99，以便于拿住该PC插件5并插入个人计算机或从中取出。

模塑体39硬化后，将接插件罩41滑过电气触点51并与连接区97连接，以保护电气触点，连接可通过摩擦压力机装配、粘结或锁定机构来实现。然后，正如上述讨论过的，在模塑体39的每个面上贴上导电件47，遮盖接插件罩41的一部分(图7-10)。定位架53的两端54和55露在封装剂37的顶部和底部，这是它们接触上下模板的表面的结果(图6)。所以，当导电件47贴在模塑体上时，定位架提供了与基片的内地线的电连接。如果导电性环氧树脂被用于导电件47，在被贴在封装剂37上之后，可在炉中于150℃下固化一小时，或在带式炉于200℃下快速固化15分钟。

图11-15显示了本发明的另一实施例。其中靠近电触点的模塑空腔的封闭部分所处位置从每个电气触点的连接部分61的末端往里缩进。这样，下模板23’的下部分77’的顶部和上模板29’的部分83’的底部就与基片10，特别是与基片表面和金属化线路22形成密封。下部分77’的顶部和部分83’的底部分别有台阶101、102，以容纳每个电气触点51的连接部分61(图11)。

在这个实施例中，下部分77’的顶部和部分83’的底部是均匀横压在电气触点连接部分的长度上，不需要突起85和87。由于模塑空腔25的密封部分进一步从基片的边缘75往里缩进，台阶91’和93’比先前描述过的台阶91和93短，而且在封装剂37’的边缘103和每个电气触点51的连接部分之间留有一空隙。基片10以与上述相同的方式模塑和固化(如果需要的话)。本实施例的连接区97’比连接区97稍小，但是接插件罩41以相同的方式连接。然后，根据前述实施例，以上述方式完成封装剂37’、模塑体39和个人计算机插件5’。

前面已描述了本发明的原理、优选实施例和操作方法。然而，不应认为本发明限于所讨论的特殊实施例。因此，上述的实施例应被认为是演示性的，而不是限制性的，而且应懂得，本技术领域的人员在这些实施例的基础上可以作出各种改型，而不脱离由权利要求书限定的本发明的保护范围。例如，本领域普通技术人员会懂得，可以将多个电气触点连接在与基片的电气触点51相对的那条边上，以在PC插件上产生一个外接插件，如在输入/输出(I/O)插件中通常使用的那样。不但浇道26和27而且定位架53都可移到基片的另一边，并且可以提供一个类似于保护性空腔59的保护性空腔，来保护外接插件的触点。替代地，模塑模板可在外接插件的触点之前终止。这个类型的实施例的基片的两边可夹在两模塑模板之间来使基片稳定，从而允许定位架强度降低，只需作为外部导电件和内地线之间的接头。

Claims (20)

1.一种转移模塑标准电子插件的方法，包括以下步骤：

提供一基片，该基片的一个表面上带有一电子元件，并沿该基片的一边有多个电气触点，每个电气触点具有通过金属化线路与电子元件连接的连接部分，；

提供模塑模板，形成模塑空腔；

在所述模塑模板之间的所述模塑空腔中放置基片，而使电气触点位于所述模塑空腔之外，所述模塑模板与所述基片在多个电气触点附近形成密封；

封装标准电子插件，即通过使流体模塑剂料转移进入所述模塑空腔，来封装电子元件、以及至少一部分金属化线路和所述基片。

2.如权利要求1的方法，还包括：

与所述电气触点的连接部分和所述基片形成密封。

3.如权利要求1的方法，还包括：

与所述金属化线路和所述基片形成密封。

4.如权利要求1的方法，还包括：

放置一保护盖罩住所述电气触点。

5.如权利要求1的方法，还包括：

固化所述模塑剂料。

6.如权利要求1的方法，还包括：

在标准电子插件的外表面放置导电件，以防止静电对所述电子元件的损害。

7.如权利要求6的方法，还包括：

在所述基片的第二边放置一定位架，该定位架接触模塑空腔的至少一个内表面，以在封装工序过程中稳定所述基片。

8.如权利要求7的方法，还包括：

所述定位架与所述导电件连接。

9.如权利要求1的方法，还包括：

将导电粘结剂粘附于标准电子插件的一个外表面，以防止静电对所述电子元件的损害。

10.如权利要求1的方法，还包括：

提供从每个电气触点的连接部分延伸的伸长部；并且用模塑模板使伸长部变形来形成密封。

11.如权利要求1的方法，还包括：

提供从每个电气触点的连接部分延伸的伸长部；并且用从模塑模板上突出的突起切入伸长部，以形成密封。

12.一种转移模塑制成的标准电子插件，包括：

一个基片，该基片的一个表面上有一个电子元件，沿该基片的一边有多个电气触点，每个所述电气触点有通过金属化线路与所述电子元件连接的连接部分；以及

一转移模塑封装剂，它覆盖所述基片、电子元件、以及至少部分金属化线路，使得所述电气触点伸出该封装剂之外，而且封装剂与所述基片形成密封。

13.如权利要求12的转移模塑制成的标准电子插件，其中：所述转移模塑封装剂覆盖每个连接部分中的至少一部分，使得所述封装剂与所述电气触点的所述连接部分形成密封。

14.如权利要求12的转移模塑制成的标准电子插件，还包括：

盖在伸出所述封装剂之外的所述电气触点上的保护罩。

15.如权利要求12的转移模塑制成的标准电子插件，还包括：

在标准电子插件一外表面上的一导电件，以防止静电对该电子元件的损害。

16.如权利要求15的转移模塑制成的标准电子插件，其中：导电件是丝网印制的导电聚合物。

17.如权利要求15的转移模塑制成的标准电子插件，还包括：

一地线；以及

位于所述基片第二边的一定位架，它使导电件与所述地线连接。

18.如权利要求17的转移模塑制成的标准电子插件，其中：定位架一般从所述基片的顶表面和底表面垂直伸出。

19.如权利要求12的转移模塑制成的标准电子插件，还包括：

从电气触点的连接部分伸出的伸长部，该伸长部形成密封的一部分。

20.如权利要求12的转移模塑制成的标准电子插件，还包括：

一般从电气触点的连接部分垂直伸出的变形的伸长部，该伸长部形成密封的一部分。

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