CN1585960A - 用于制造包括至少一个电子元件的模块的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种适合于大规模生产的用于制造电子模块的廉价的方法。本发明的方法在于制造包括至少一个电子元件和一个由黏合剂形成的层的电子模块，所述电子元件具有在模块的表面上露出的表面。本发明的特征在于其包括在被设置在底板1上的保护板(2)上固定一个框架(3)；然后在保护板(2)上并在框架(3)的内部固定至少一个电子元件(4)；在框架(3)中钻出的孔之间注入黏合剂之前把压力板(6)压在框架(3)的周边上。通过填充由框架(3)、保护板(2)和压力板(6)限定的间隙，所述黏合剂包住所述电子元件(4)。

Description

用于制造包括至少一个电子元件的模块的方法
技术领域
本发明属于用于制造包括由黏合剂和至少一个电子元件构成的层的电子模块的方法的领域。
本发明涉及通过利用黏合剂填充模具制造的模块，这些模块包括至少一个电子元件。此处电子元件被定义为一个元件例如芯片、转发器、集成电路、电容、电阻、熔断器、电池、太阳能电池、显示器、指尖控制器、开关、键盘或其它的类似元件。所示电子元件还可以是由上述的多个元件连接而成的电子电路。
背景技术
这样制成的电子模块包括至少一个平的表面和基本上平行于第一个表面的第二个表面，电子元件的可见部分和第二表面齐平。它们可以具有任何形状的外形。它们的厚度接近一个最高的电子元件。这些元件全部或部分地被埋在一个由固化的黏合剂形成的刚性绝缘材料中。模块的外部形状由在模块制造期间被引入黏合剂的模具限定。
一般地说，这些模块旨在用于各种应用，其需要大的机械坚固性，某种抗环境约束(腐蚀，压力，温度，湿度)以及不可侵犯性(难于拆卸或仿制)。例如，这些模块例如可以构成控制装置，识别装置，复杂数据的记录/恢复装置，或用于构成设备的元件，例如计算机，自动控制设备，电源块等的元件。
本发明的主题尤其集中在这些模块的制造方法上。本领域的技术人员都知道，这些模块是通过电子电路封装工艺而获得的，其中使黏合剂在含有电路的模具中流动。在黏合剂硬化之后，把模块从模具中取出。模块的形状和尺寸由模具的形状和尺寸限定。例如，专利文件US 5416358公开了一种扁平模块，其包括一个在印刷电路板周围的框架，在框架上安装有电子元件。所述框架具有横向孔，用于注入填充的树脂(黏合剂)。框架的每个面由至少一个绝缘板覆盖，所述绝缘板可以包括装饰物。在模块的一个表面上不包括任何显露的元件。所有的元件都安装在印刷电路上，所述印刷电路被置于框架内，以便利用树脂进行封装。
专利文件US4961893和FR2630843披露了一种使用具有两个部分的模具过模制(over molding)芯片卡的工艺，其中一个部分是固定的，一个部分是运动的，它们限定一个模槽，所述模槽给出卡的外部形状。一个由绝缘材料制成的支撑板被夹在模具的两个部分之间，当面积闭合时用于分离由固定部分和运动部分构成的腔体而形成的空间。电子元件被胶粘在面向模具的固定部分的支撑板的表面上。通过足够的孔在由固定部分和支撑板限定的空间内注入塑料填充材料。然后把支撑板在注入的材料的压力下对着运动部分的腔体壁推动。此时元件被局部地埋在填充的材料中。在把卡从模具中取出的期间，支撑板黏附在模具的运动部分上。此时，在支撑板上先前胶粘的元件的表面出现在卡的表面上。
这种方法尤其适用于制造小厚度的卡，其包括至少一个元件，其呈现一个接近表面，例如接触模块。然后需要相当高的压力注入填充的材料，以便对着模具的内壁推动支撑板，在支撑板上支撑着所述元件。
在上述的方法的一个实施例中，借助于通过在模具中尤其是在模具的两个平的表面上形成的孔进行吸气使元件定位。使用这种方法需要和一个吸气系统相连的复杂的模具，这需要进行困难的安装。
这些已知的方法需要许多麻烦而相当长的步骤，这妨碍模块的大量生产。此外，在模具的准备阶段期间和黏合剂的流动期间，在保持电子元件的水平上遇到困难。事实上，一些元件在最终的模块上必须被置于精确的位置，尤其是当元件的表面出现在模块的一个表面上时。例如，显示器、太阳能电池和集成电路具有由模块的预定功能确定的位置。
另一种方法使用包括窗口的定位结构，元件被插入窗口中。在注入黏合剂之前，把这种结构置于模具腔体中。
按照专利文件EP0650620，披露了一种可压缩的定位结构的方法，在黏合剂注入期间，可压缩的定位结构把电子元件保持在两个压力板之间。
使用定位结构的方法非常适用于包括被完全埋在黏合剂材料中的电子元件的模块，例如在无触点芯片卡的情况下。
一些模块包括其中一个表面必须出现在模块的表面上的电子元件。例如显示器、太阳能电池、键盘的键等元件便属于这种情况。上述的这些方法难于应用，因为黏合剂可能流到必须在模块的表面上保持可见的元件的表面上。事实上，在元件表面和模具腔体的底部之间可能存在一个间隙。这个间隙由元件表面和受到元件挤压的模具内表面的平整度不足造成。此时借助于毛细管效应，或者当元件借助于真空被保持在模具中时由于吸力，黏合剂可以流入间隙。因而有关的元件的有用表面被破坏。
发明内容
本发明的目的在于通过提供一种成本低的允许大量生产的用于制造模块的方法来避免上述的缺点。这尤其涉及电子元件在模具中的定位，在模块的整个制造处理期间，必须保持所述电子元件在模块的一个表面或其它表面上的可见表面的完整性。
这个目的是通过一种用于制造模块的方法实现的，所述模块包括至少一个电子元件和一个由黏合剂形成的层，所述电子元件被局部地埋在由固化的黏合剂形成的刚性物质中，其具有一个在模块表面上可见的表面，所述模块的外表面是明显地平的表面，所述方法的特征在于包括以下步骤：
-在一个底板上放置一个保护板；
-在所述保护板上放置一个框架，所述框架限定模块的最后的形状；所述框架的厚度由所述电子元件的最大高度确定，
-在所述保护板上和所述框架的内部设置至少一个电子元件，所述元件的位置由所述保护板上的黏合剂保持，
-使一个挤压板靠在所述框架的轮廓上，
-通过在框架中提供的用于引入黏合剂的孔在保护板和挤压板之间引入黏合剂，所述黏合剂封装所述电子元件并填充由所述框架、保护板和挤压板限定的空间，
-使所述黏合剂固化，从而所述黏合剂形成用于保持所述电子元件的刚性层，
-在所述黏合剂固化之后，除去所述底板和所述挤压板。
在上述方法中使用的保护板由塑料材料的薄膜制成，其部分表面或全部表面一般由黏性物质覆盖。其具有把电子元件暂时地而非永久地粘连在其表面上的特性。此外，这种板用这种方式施加在元件的表面上，使得阻塞所有能够使黏合剂在保护板和元件的表面之间通过的残留的间隙。在模块制造工艺结束时除去这个板是容易的，所述薄膜表面的粘合剂层不会在元件上留下任何痕迹。
保护板的另一个实施例是无粘性的底板，这是因为其由非吸收的板构成，例如由橡胶或硅酮制成。借助于压力被施加到这种板上的电子元件被稍微埋入板的厚度中，这确保所需的黏合剂不能渗入，从而保护元件表面。所述压力通过放置在电子元件上放置的可压缩材料并使电子元件支撑在挤压板上获得。
此外，所述方法通过允许模块叠置帮助制造许多组模块。通过在黏合剂注入步骤之前制备元件堆：底板、保护板、框架、元件、挤压板，便具有这种优点。
按照这种方法的第一实施例，可以在电子元件上叠置一种可压缩的材料，以便当电子元件在保护板上的连附显得不足时改善电子元件的保持。尤其是当较重的元件例如电池或显示器被置于远离模块的边沿，即框架的各个边沿时发生这种情况。此外，在连续的制造期间，由于装配的实际原因和为了限制障碍物，模块最好垂直排列。这样，在重力的作用下元件不会离开其位置。
按照所述方法的另一个实施例，可以在保护板上放置一个具有窗口的绝缘材料板，此处称为定位结构。电子元件被插入所述窗口中，并使电子元件的一个表面靠着所述保护板。所述窗口的尺寸相应于一个元件的轮廓。例如，对于大量的尺寸不均匀的元件，可以使用这种附加的保持装置。在这个实施例中，上述的可压缩材料也可以覆盖一组电子元件，以便改善所述电子元件在模具中的保持。
附图说明
由参照作为非限制性的例子给出的附图进行的详细说明，可以更好地理解本发明，其中：
图1表示用于模块制造的布局的总体示意图；
图2表示图1的布局的截面图；
图3表示具有可压缩材料的布局的总体示意图；
图4表示图2的布局的截面图；
图5表示具有在半个壳体中可除去的可压缩材料的布局的总体示意图；
图6是图5的布局的截面图；
图7表示具有广泛分布的可压缩材料的图4的实施例；
图8表示包括定位结构的布局的截面图；
图9表示包括定位结构和可压缩材料的布局的截面图；
图10表示包括在框架内的定位结构的布局的截面图；以及
图11表示具有由可压缩材料分开的两个叠置的元件的布局。
具体实施方式
图1表示用于模块制造的元件布局的一个例子。保护板2被置于底板1上。框架3被置于保护板2上。电子元件4被置于框架3的内部的由模块结构预先确定的位置。这个元件粘连到保护板2上，在整个制造处理阶段期间，保持其位置不变。框架3限定模块的最后形状，其厚度至少等于元件4的最大高度。
图2是按照图1的布局的轴线A-A的截面图，其中挤压板6被置于框架3上。底板1、框架及挤压板6构成一个模具。黏合剂在框架3中形成的用于注入黏合剂的孔5注入，并充满由模具的内壁限定的元件4周围的全部空间。所述模具由覆盖在底板1上的保护板2，框架3的内壁和挤压板6的内表面构成。一般地说，框架的厚度用这种方式大于元件的高度，使得在元件和挤压板之间留下一个空间。此时，黏合剂可以盖住和元件分离的表面。
图3表示按照本发明的方法的实施例，其中可压缩材料7被叠置在元件4上。可压缩材料7的厚度被这样选择，使得由可压缩材料覆盖的元件达到的总高度或者等于或者大于框架3的厚度。
图4表示按照轴线A-A的图3的布局的截面图，其中挤压板6通过可压缩材料7在元件4上施加压力。此时，电子元件4在模具中的保持被改进。可压缩材料7由泡沫塑料、波纹板或其它具有足够弹性的材料构成。在模具中引入的黏合剂被这种多孔材料例如泡沫材料吸收，并充满模具中的自由空间。
图5表示图3的实施例，其中可压缩材料7被置于半壳10的内部，半壳被置于电子元件4上。
图6表示具有挤压板6的按照轴线A-A图5的布局的截面。半壳壁10的高度相应于分离电子元件4和挤压板6的空间的高度。通过挤压板6并通过可压缩材料7对元件4施加压力，可压缩材料7的厚度大于半壳壁10的高度。在模具中引入的黏合剂分布在由框架3的壁、底板1和挤压板6以及半壳10的壁限定的全部自由空间内。因而黏合剂不会渗入容纳着可压缩材料7的半壳10的内部。在黏合剂硬化之后，底板1和挤压板6被拆下，并从半壳10内除去可压缩材料7。这样获得的模块在其一个表面上包括由半壳10形成的一个空腔。这个空腔例如可作为用于容纳电池的壳体，半壳的底部包括几个开口，用于通过被设置在电子元件4的内表面上的接点。
图7表示选择可压缩材料9的尺寸使得相应于框架3的一个内部轮廓的情况。
图8表示一个实施例，其中几个小尺寸的电子元件4，4’，4”被容纳在被称为定位结构的绝缘材料板8内形成的窗口中。这种被置于保护板2上的结构8把元件4，4’，4”按照非常确定的位置分组，阻止它们在模具中注入黏合剂期间散开。这种定位结构8的表面占据保护板2的全部或部分表面，框架3置于定位结构8上。后者的外表面可以具有在最终的模块上出现的装饰。当定位结构8超过框架3的外部轮廓时，需要例如通过压制对其进行抛光的步骤。
图9表示图6的一个实施例，其中元件4，4’，4”被可压缩材料9覆盖，可压缩材料占据由框架3的内部轮廓限定的整个表面。因而通过在挤压板6上施加作用到可压缩材料9上的压力改善保护板2上元件4，4’，4”上的保持。
图10表示一个实施例，其中定位结构8占据由框架3的内部轮廓限定的全部或部分表面，框架3被置于保护板2上。在未示出的一个实施例中，可压缩材料可以覆盖电子元件，以便改善所述一组元件的保持-由定位结构通过在作用到挤压板6上的压力改善所述保持。
图11表示用于制造包括其表面必须出现在模块的每个表面上的电子元件的模块的布局。第一保护板2被置于底板1上。框架3被置于保护板2上。在框架3的内部，设置第一元件4，其上叠置可压缩材料11。第二元件4’被置于可压缩材料11上，在第二元件上放置保护板2’。这个板具有至少等于框架3的外部轮廓限定的表面的表面，用这种方式，使得避免黏合剂流到必须在模块表面出现的元件表面4’上。由叠置的元件4，4’和可压缩材料11达到的总高度超过框架11的厚度。可压缩材料的厚度被这样选择，使得确保用于封闭模具的挤压板6能够产生作用在元件组上的足够的压力。
本发明的方法的未示出的另外的实施例在于：
-在底板1上放置框架3，
-在框架3的内部放置保护板2，保护板2的表面占据由框架3的内部轮廓限定的表面的全部或一部分。保护板2例如借助于粘胶或借助于静电吸引被连附到底板上，
-将保护板放置在至少一个电子元件4上，
-把挤压板6靠在框架的轮廓上，以便封闭模具。
为了阻止黏合剂在必须出现在模块的表面上的元件的有用表面上渗透，保护板的尺寸必须等于或大于元件的表面尺寸，元件被全部置于保护板上。
这个实施例例如可以应用于这样的模块，其中元件的可见表面必须被模块的表面处于一个浅的凹槽内。这个凹槽等于置于框架内部的保护板的厚度，因此不占据所述框架的整个内表面。
在黏合剂固化之后，借助于除去底板1和挤压板6把模具拆开。根据所需的形状和/或模块的抛光要求，选择地除去框架3。最后，或者在模块表面被抛光之前，或者在把模块例如装配在设备中之后，取出保护板2。这个板可用于在模块的操作期间保护元件。例如，其阻止显示器表面被擦伤。
在从模块除去保护板之后模块的制造处理的可选择的最后步骤是在模块的一个或每个表面上施加塑料材料薄膜、这种作为装饰的膜包括所需的窗口，用于使元件例如显示器、太阳能电池、键等的有用表面露出。

Claims (18)

1.一种用于制造模块的方法，所述模块包括至少一个电子元件和一个由黏合剂形成的层，所述电子元件被局部地埋在由固化的黏合剂形成的刚性物质中，其具有一个在模块表面上可见的表面，所述模块的外表面是明显地平的表面，其特征在于其包括以下步骤：
-在一个底板上放置一个保护板；
-在所述保护板上放置一个框架，所述框架限定模块的最后的形状；所述框架的厚度由所述电子元件的最大高度确定，
-在所述保护板上和所述框架的内部设置至少一个电子元件，所述元件的位置由所述保护板上的黏合剂保持，
-使一个挤压板靠在所述框架的轮廓上，
-通过在框架中提供的用于引入黏合剂的孔在保护板和挤压板之间引入黏合剂，所述黏合剂封装所述电子元件并填充由所述框架、保护板和挤压板限定的空间，
-使所述黏合剂固化，从而所述黏合剂形成用于保持所述电子元件的刚性层，
-在所述黏合剂固化之后，除去所述底板和所述挤压板。
2.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述保护板(2)的全部表面或一部分表面上包括粘性物质，所述电子元件(4)被置于保护板(2)的黏性区上。
3.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，所述框架(3)被置于底板上，所述保护板(2)被置于框架(3)的内部，所述保护板(2)由底板(1)上的粘附力保持，其占据由框架(3)的内部轮廓限定的全部或部分表面，所述电子元件(4)被完全置于保护板(2)上，所述保护板借助于粘附力保持电子元件(4)。
4.如权利要求1-3所述的制造方法，其特征在于，可压缩材料(7，9)被叠置在电子元件(4)上，所述可压缩材料(7，9)的厚度用这种方式确定，使得施加在挤压板(6)上的压力作用在电子元件(4)上。
5.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述可压缩材料(7，9)占据电子元件(4)的全部或部分表面。
6.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述可压缩材料(7)被置于一个半壳(10)的内部，所述半壳(10)被置于电子元件(4)上，所述半壳(10)的壁的高度相应于分开电子元件(4)和挤压板(6)的空间的高度，由框架(3)的孔(5)引入的黏合剂散布在由框架壁(3)、底板(1)和挤压板(6)以及半壳壁(10)限定的自由空间内，所述黏合剂不渗入具有可压缩材料(7)的半壳(10)的内部，在所述黏合剂固化之后，所述底板(1)和挤压板(6)被拆下，并从半壳(10)的内部除去可压缩材料(7)。
7.如权利要求4所述的制造方法，其特征在于，所述可压缩材料(7，9)占据由框架(3)的内部轮廓限定的整个表面。
8.如权利要求1所述的制造方法，其特征在于，一个定位结构(8)被置于保护板(2)上，所述定位结构占据保护板(2)的表面的全部或部分，所述结构(8)包括至少一个窗口，其中容纳着电子元件(4，4’，4”)，所述电子元件(4，4’，4”)被所述保护板(2)和所述定位结构保持着。
9.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述框架(3)被置于定位结构(8)上，并且在黏合剂固化之后的最后的步骤在于把所述定位结构(8)的轮廓调整为最终模块的尺寸。
10.如权利要求8所述的制造方法，其特征在于，所述定位结构(8)占据由框架(3)的内部轮廓限定的保护板(2)的全部或部分表面，所述框架(3)被置于保护板(2)上。
11.如权利要求8-10所述的制造方法，其特征在于，所述框架(3)和定位结构(8)成一个整体，这样形成的装置构成一个空腔，所述空腔的底部相应于定位结构(8)，所述空腔的侧部相应于框架(3)。
12.如权利要求8-11所述的制造方法，其特征在于，所述定位结构(8)的外表面被用作装饰。
13.如权利要求8-12所述的制造方法，其特征在于，所述可压缩材料(7，9)被叠置在其中容纳着电子元件(4，4’，4”)的定位结构(8)上。
14.如前面权利要求之一所述的电子模块的制造方法，其特征在于，第二电子元件(4’)被叠置在第一电子元件(4)上，所述元件被可压缩材料(7，9，11)分开，第二元件(4’)由支撑在挤压板上的第二保护板(2’)覆盖，所述第二保护板具有至少等于由框架(3)的外部轮廓限定的表面的一个表面。
15.如前面权利要求所述的电子模块的制造方法，其特征在于，所述框架(3)在黏合剂固化和底板(1)以及挤压板(6)打开之后被除去。
16.如权利要求1-13所述的电子模块的制造方法，其特征在于，所述框架(3)是模块的一部分，并在黏合剂固化和底板(1)以及挤压板(6)打开之后被保持。
17.如前面权利要求所述的制造方法，其特征在于，所述保护板(2，2’)只在模块的最后使用期间被除去，所述保护板在模块操作期间保护所述电子元件(4，4’，4”)。
18.如权利要求1所述的电子模块的制造方法，其特征在于，在最终的模块的一个或每个表面上施加塑料薄膜，所述薄膜用作装饰，其包括用于露出电子元件的有用表面(4，4’，4”)的窗口。
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