TW393707B - Through-hole interconnect device with isolated wire-leads and component barriers - Google Patents

Description

2608pif.doc/002 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（I ) 本發明是有關於一種應用於印刷電路板的非半導體 的電機兀件及電子兀件之應用’且特別是有關於—種超微 小化（microminiature)的電子元件改良式封裝及其封裝方 法。 在電子業界中，雙排腳晶片封裝（DUal In_line ehip carrier packages ’ DIPs)是廣爲人知的封裝方式。以雙排腳 晶片封裝的一典型例子而言，一般將積體電路（integrated circuit ’ 1C)黏著於一陶瓷載體，並且電性親接至一導線架 (lead frame)，其中此導線架具有雨排平行之導腳（lead)。 通常積體電路及陶瓷載體會封裝在一黑色、方形的塑膠外 殼中，而導腳伸出此外殼外。 由於電機元件及電子元件的持續微小化，以及其高密 度之接合需求，使得有關電氣絕緣及機械性互連技術面臨 更多的挑戰。特別値得一提的是，對於許多DIP封裝的電 子元件，如何與纖細規格的銅導線（比如AWG 24-AWG 50 規格之銅導線）建立可靠而有效的連結，存在著相當多的 困難。而目前所知的互連方法(interconnect method)，對於 DIP封裝伸出之導腳提供密集而可靠的電性聯結或電性絕 緣的能力是十分受限的。 一般習知用來電性連接二支或二支以上元件的導腳的 方法，係利用人工的方法將二導線纏繞在一起，以形成連 結(connection)或接合(j oint)。然後此接合部分可能分別加 以焊接或密封，以使得此連結更具耐久性。此種技術由於 需要手工形成及焊接，因此耗費相當多的人力。此外，此 ___f_^__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X29f公釐） J------.---rf 裝-- - * . ! (請先閱讀背φ-之注意事項再填寫本頁) 訂 Λ 經濟部中央標準局貝工消费合作社印装 2608pif.doc/002 ^ _B7 五、發明説明（>) 種配置方式需要許多空間，然而在微小化的封裝中通常是 無法達成的，況且此種接合方式通常對於電路中或導腳中 所帶有之相對高的電壓，無法提供足夠的電性隔離。此種 習知技術還有另一個問題，由於其對於元件導腳無法提供 適當固持及保護，所以在後續包裝製程中將造成導腳折斷 (broken)或斷裂（sheared)。元件導腳亦可能由於熱脹冷縮 的關係而斷裂。 關於連接元件導腳與導線架端子(或二個或二個以上電 子元件導腳的互連）的第二種習知方法係揭露於美國專利 編號第 5015981 號(U.S. Patent No. 5015981)之專利中，如 第1圖所示。如第1圖所繪示，該習知方法將導腳2安排 在位於非導電基座10週緣未用之導線架槽3。每一導線架 槽是用來收納一個導電的導線架延伸端子4(leadframe egress terminal element)，當組裝時導線架延伸端子4會施 與一內部偏壓迫使導線架延伸端子4與電子元件導腳2接 觸。然而，由於導線必須配置於封裝的週緣以靠近延伸端 子因而此習知方法仍具有和前述方法相同之缺點而無法 解決。如此之設計同時亦會造成連結部分容易受到延伸端 子之電容耦合及電場效應的影響。 第三種解決上述問題的習知方法是揭露於美國專利第 5455741 號(u.S. Patent No. 5455741)，其所揭露爲一種線 導腳貫孔互聯裝置（wire-lead through hole interconnect device)，用於電子元件的包裝中。前述之專利如第2圖及 第3圖所示，此裝置的組成包括係由一非導電基座10，其 ____I__ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297·"公釐） ^------..--乂 裝-- - - ; (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 2608pif.d〇c/002 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（j ) 上有一個或一個以上的元件凹座6(comp〇nent cavity)，複 數個貫孔15(through hole)在接近凹座處貫穿基座’而在貫 孔底端具有一凹部7 ’用以收納導電的印刷線路8及導腳 與導電線路的焊接部50(solder joint)。包裝的延伸端子與 元件導腳22的電性連接特別是藉由一導電線路9由上述 焊接部伸出，而延伸於基座邊緣或外圍。此種貫孔設計提 供裝置一平坦、無凸塊(bump-free)的底面’並且有助於製 造，而由於元件放置及接合的形成具有較高之可重複性及 可靠度，因此有助於組裝製程，甚而減少所需的人工。該 設計亦容許導腳與延伸端子連接的形成有更高的可靠度。 然而，裝置中元件間的互聯係藉由上述導電線路8來達成。 所以，二電子元件導腳互連必須存在（1)二貫孔；（2)導電 線路；（3)收納導電線路及已焊接之導腳的凹部。此外’二 個焊接部亦是必須的。同樣的，將三個導腳連接在〜起需 要三個貫孔、三個焊接部。 因此，提供一種利用一個焊接部連接二支或二支以上 的導腳是需要的，藉由這樣的方法可使得所有焊接部的焊 接同時在一個製程中完成。如此一來不但節省包裝空間， 而且對於凹部的形成、印刷電路構件的構建及每一導腳分 別地焊接，皆可減少所需人工及材料。理想而言，這些焊 接部應配置於包裝的內部，並遠離導線架構件，以減少導 腳與延伸端子間的電容或電性交互作用，並減少連接所須 之導線長度。 導腳互連除了上述問題之外，包裝中電子元件的配置 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) ---裝-----·-、-1T-- Λ .- I I r > 本纸張尺度適用中國國家標率（CNS ) A4C格（2丨0X297公釐〉 2608pif.(j〇c/002 經濟部中央揉準局員工消費合作杜印製 A7 _____B7 五、發明説明（f ) 是特別需要關注的。以電性隔離（比如降低構件發散出來 的區域性電場或磁場）、製造可重複性，降低人工成本、 裝置可靠度等的觀點，各種元件的配置是十分重要的。一 直以來’電子構件在裝置中之配置主要是依據物理上的考 量’比如縮減包裝的外型及尺寸，而不需考量上述之參數。 例如，揭露於習知互連裝置中環線圈（toroidal coil)的配 置’並未明確指出電場及磁場的交互作用、縮減導線長度 或構件的物理隔離。因此，提出一種包裝設計，同時兼顧 前述導腳互連方法的改良及改善元件的配置是十分需要 的。 因此本發明的主要目的就是在提供一種改良的微電子 元件包裝，符合前述之需求，此包裝具有多導腳內部互連 孔（multi-lead internal interconnect holes)，預定元件配置 及個別的兀件障蔽（barrier)。 本發明的第一特徵就是揭露一種改良的超微小電性互 連裝置，此裝置使用一或多個貫孔，每一貫孔設計成可容 納二或二支以上的導腳，並直接鄰近所要連接的構件而配 置。這些元件的導腳互相纏繞，並置於最鄰近之貫孔中， 且插入一預定深度。裝置中所有導腳同樣的構建在其對應 的貫孔中，最後利用前述之方法於一步驟中同時焊接接 合。本發明之配置方式無須互連印刷電路及其對應之凹 部’也免除額外之貫孔或焊接部。 本發明之第二特徵中，裝置中所形成之凹部用以容納 各種微電子元件。這些凹部分別具有障蔽結構，用以使得 適用中國國家揉準（CNS ) A4规格（210X297·公釐) ~~ " ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝-----丨对------C--- 2608pif.doc/002 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（π 各構件間彼此物理上的隔離，以減低電性及磁性的交互作 用。裝置中配置之凹部更進一步使得互連構件間的導腳線 路縮短並規格化，並且提供構件間一致的空間關係，也藉 由有效的空間應用縮小了組裝後包裝之尺寸。 本發明的第三特徵中，揭露一種形成上述線導腳接合 的改良方法。首先，電子元件分別裝設在其對應之凹部中， 其線導腳彼此纏繞而安置於其鄰近之貫孔中，並插入一預 定深度。經過進一步組裝，裝置之底部及伸出之互纏導腳 暴露於一全面焊接製程（比如浸泡式或波式焊接，dip or wave soldering)。在浸泡式或波式焊接製程中，在焊接部 區域所有在互纏導腳上的絕緣材質，將會被融溶的焊料剝 除。然後，多餘的焊劑(flux)將利用習知方法去除。 爲讓本發明之上述和其他目的、特徵、和優點能更明 顯易懂，下文特舉一較佳實施例，並配合所附圖式，作詳 細說明如下： 圖式之簡單說明： 第1圖所繪示爲一種習知微電子包裝裝置的透視圖， 顯示利用DIP延伸端子與凹槽作爲元件導腳之互連。 第2圖所繪示爲一種錫之互連裝置的垂直剖面圖，顯 示貫孔端子連接的細部結構。 第3圖所繪示爲一種習知貫孔互連裝置的透視圖，顯 示其底部表面具有印刷電路構件。 第4圖所繪示爲依照本發明之第一較佳實施例一種貫 孔互連裝置的透視圖，其具有複數個環線圈裝設於其中^ (請先聞讀背面之注意事項再填寫本頁) 、νβ

T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4规格（210X297公釐） 2608pif.doc/002 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（^) 第5圖所繪示爲第一較佳實施例之第4圖中對應剖面 線5-5之剖面圖。 第6圖所繪示爲第一較佳實施例之第4圖中對應剖面 線6-6之剖面圖。 第7圖所繪示爲依照本發明之第二較佳實施例的俯視 圖。 第8圖所繪示爲本發明第一較佳實施例包裝後的透視 圖。 實施例 以下將伴隨圖式說明，其中整體中相同之標號代表相 同之零件。 第4圖所繪示爲本發明之第一較佳實施例，貫孔互連 裝置在最後組裝前的型態。如第4圖所示，貫孔互連裝置 一般包括一盒狀基座10，其具有一內部凹座12。凹座12 中裝設一個或多個構件障蔽14,將凹座分隔成二個或多個 分開的凹部16。在本實施例中每一障蔽更包括一個或多個 貫孔15,其將在下文中做詳細說明。每一個別的凹部16 所形成的形狀是用來容納各種不同電子元件中的一種’比 如第4圖中繪示的環形感應線圈l8(toroidal induction coil)。雖然在此所討論的皆是針對圖中環形感應線圈18 作說明，然而各種不同電子元件亦可應用於本發明中’並 具有相同之功效。 感應線圈18 —般包括一甜甜圏形鐵心20(ir〇n core) ’ 而其週緣纏繞著纖細規格金屬線，而構成線圈’金屬線末 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2丨0乂297匕釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 、νβ- 2608pif-d〇c/〇02 八7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明说明（1〉 端延伸至外部而形成端子或導腳22。本實施例中感應線圈 18裝設於凹座I2中，如第4圖所示’每一個別凹部I6中 線圈之軸心彼此對準成一直線。對於容納一給定數量的線 圈若要求包裝空間最小，此種配置是需要的’而每一線圈 與其鄰近之元件的交互作用在空間上是相同的’線圏與線 圈間亦是一致的。對於操作中交流的磁場或電場所產生之 電位（電壓），此種配置將有助於使其更均勻分布於每一元 件的線圈，就整體而言，藉此可增加裝置之壽命’並讓包 裝之電性響應具有協調性（tuning of the electrical response)。然而，具有可達成這些目的的其他線圈配置方 式亦可應用於本發明中。 形成或安置於凹座12中的障蔽14將凹座12定義成個 別的元件凹部16，並促成上述線圈18的配置關係。自本 實施例中，障蔽14與基座10是一體的。基座10並具有 複數個相合面26(land)及與其互補的凹槽28，相合面26 與凹槽28自頂面30沿著基座10之側邊32垂直延伸下來。 這些相合面26及凹槽28促成線圈元件之導腳22與個別 的導線架延伸端子4連接，而導線架係依照第1圖中所示 習知技術。基座10與障蔽14較佳是由適當之鑄造絕緣材 料建構而成，比如高溫液晶高分子(high temperature liquid crystal polymer)，比如可得自編號RTP 3407-4的原料或其 他同類之原料。此材料必須能承受約華氏490度或更高溫 度並支持約3-10秒。基座側面24厚度至少約0.015英吋。 請同時參照第5圖及第6圖，如圖中所示基座10之凹 ________ΰ_____ 本紙張尺度適用中國國家樣率（CMS > Α4規格（210X297‘i釐） " 一 —r -n - n ----Γ ^ I I - .* - _ (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 2608pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 A7 B7 _ 五、發明説明（名） 部16較佳的深度約爲線圈構件1S高度的一半，而寬度約 可容納一線圏構件18設置於凹部16中而不致有過分側向 晃動。 在本較佳實施例中，每一障壁具有三個貫孔，如第5 圖之15所示。三個貫孔貫穿障蔽的垂直厚度，形成每一 障蔽上表面與基座10底面30的通路。此種配置使得一線 圈構件18得與另一個或多個構件電性耦接，其將顯示於 後續之圖中。因此，貫孔之尺寸需足以容納二支或二支以 上的導腳，並具有某一程度的餘隙。貫孔之長度（不包括 下文將提及之導引裝置38)用以控制焊接製程中焊劑吸附 (wicking up)至導腳22的效應；此長度決定魚貫孔中導腳 的尺寸及數目，以及所使用焊劑的特性。一般而言，貫孔 長度大於約0.050英吋將足以減輕焊劑吸附效應。組裝前 導腳22將纏繞一起，而形成的複合導腳23(composite lead) 將穿過適當之貫孔15至一預定深度，此預定深度將在下 文中說明。貫孔在障蔽14中的配置可以縮短二個或多個 元件間互連所需之額外線路，並有助於減低電容效應 (capacitive effect )或者操作中線圈之「旁路」（bypassing)， 其中旁路與線圏互連配置在鄰近導線架延伸端子4有關。 然而，只要符合本發明之目的，熟習該技藝者應知前述之 貫孔可以配置在各個不同位置及各種不同定位方式。 此外，本實施例中貫孔分別具有導引裝置38，即如圖 中所示之半圓錐表面39。如第5圖和第6圖所示，導引裝 置38與貫孔15結合，即構成典型的漏斗形狀。這些引導 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝·

、-1T 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨〇'乂297+公釐） 2608pif.doc/002 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 A7 ___B7 五、發明説明（<?) 裝置在組裝過程中，當元件置入其凹部時，使元件之導腳 可以快速而輕易地插入其對應之貫孔中。此項特徵有助於 減少導腳插入通孔時所需的人工時間，並改善製程的可重 複性及可靠度。當然’導引裝置38可以包括任何使得導 腳插入對應之貫孔更容易之裝置外型或其他構件^ 第7圖所繪示爲依照本發明的第二實施例，一種貫孔 互連裝置。在此實施例中，多個電子元件凹部16藉由障 蔽14而形成於凹座12中，該些障蔽14使得凹部16以一 般定位方式定義生成，實際上是配置在二平行列27、29 中。每一列中的每一凹部16藉由對應之障蔽14a、14b與 其相鄰之凹部分離，而第一列及第二列27、29係藉由延 伸於凹座12長邊的障蔽25而隔離。第一列27中凹部的 數量少於第二列29，使得第二列29中包含連續之貫孔15 配置於較寬之障蔽l4b中。這些貫孔可讓裝設於凹部中的 各種電子元件18形成互連，因此在設計及組裝階段提供 線路及導腳互連安排更大的彈性空間。此外，和第一實施 例一樣，貫孔與導線架端子凹槽28維持適當距離，以減 少導腳與端子間的任何場交互作用。 請參照第4圖及第5圖，其將描述本發明之貫孔互連 裝置的組裝方法。首先，將設置好的電子構件之線圈導腳 22纏繞一起並確定有適當之連接，以形成導腳群(gr〇Up)。 接著’這些導腳群插入貫孔15之上方，並由其下表面36 些微伸出(約0.01-0.05英吋，），如第6圖中37所示。當所 有構件及導腳群皆置入其對應之凹部及貫孔中，並適當安 __________________ 本紙張尺度刺巾g家標準（CNS ) A4规格（210X2971公釐） ~ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 人 2608pifd〇c/°02 A 7 2608pifd〇c/°02 A 7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（β) 置，其他構件包括導線架端子將與裝置組裝結合，如美國 專利第5015981號中所述，然而相似之組裝製程亦可應用 其中。然後，導線群及導線架端子同時焊接接合’可藉由 波式焊接、浸泡式焊接或其他熟習該技藝者所熟知之相似 技術達成。將這些技術應用於本發明，將具有減少加工人 力，簡化製程’無須個別之焊接加工等優點°此外’由於 本發明中互連的導腳並非如習知技術一般固定在基座10 的任何位置，因此在包裝過程中可消除熱膨脹/收縮的有 害效應，乃因爲焊接部50在其對應之貫孔15中，對於縱 向或橫向之移動具有些許之自由度。本發明之配置方式亦 提供互連導腳及焊接部些許的機械穩定性’以至於在組裝 或包裝的過程中不會有不當的機械應力施於導腳22(比如 焊接部被有效的固持於其貫孔中’因此賦予連接的線圈元 件及整體組成品較佳之穩定性）。 當前述之焊接製程完成後，接著利用超音波淸洗機或 其他類似機台，以異丙基乙醇淸除焊劑。在整個裝置測試 • 後.，接著整個組成後之裝置將包裝於一適當的塑膠或高分 子材料中，而形成一平滑之長方體包裝，如第8圖所示。 本發明之裝置較佳是封裝於一積體電路等級的熱固性 環氧基樹脂中，其可得自Dexter公司出產之商標號HYSOL MG25F-05的材料，或其他等效之材料。其後，導線架將 予以切割，且成形於一衝壓成型機台或其他類似機台，使 得延伸端子4形成適於表面焊接(surface mounting)或穿孔 焊接(pin mounting)的端子型態。 __Θ_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297i釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝· 訂 2608pif.doc/002 A7 B7 五、發明説明（（f ) 雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上，然其並非用 以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精 神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保 護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者爲準。 bl. κ - n m Γ— If n f l - - (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS > A4規格（210Χ297ΪίΤ

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局貝工消費合作社印装 1.一種電子元件互連裝置，包括： 一基座，該基座包括一底面及至少一側面，並具有一 內凹座； 一障蔽配置於該凹座中，使得在該凹座中形成複數個 凹部，每一該些凹部可以容納至少一電子元件之部分；以 及 一貫孔延伸於該內凹部與該底面及該側面之間。 2. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，其中該基 座具有一般之矩形外形。 3. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，其中該貫 孔貫穿該基座於該底面及該側面交界區域。 4. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，其中該貫 孔大致配置於該障蔽中。 5. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，其中該電 子元件爲一超微小化感應線圈。 6. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，其中該些 凹-部之配置大致成一列。 7. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，其中該貫 孔之配置大致上遠離端子。 8. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，該貫孔更 包括一線形導腳插入導引裝置。 9. 如申請專利範圍第1項所述之互連裝置，其中該電 子元件電性連接至一外部端子。 10 —種電子元件互連裝置，包括： 丨； 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297么、釐） (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 裝. 1訂， 2608pif.doc/002 A8 BS C8 D8 六、申請專利範圍 一基座，該基座包括一底面及至少一側面，並具有一 內凹座； (請先閲$面之注意事項再填寫本頁) 一障蔽配置於該凹座中，使得在該凹座中形成複數個 凹部； 複數個電子元件放置於至少一該些凹部中，每一該些 電子元件具有一線形導腳；以及 一貫孔延伸於該內凹部與該底面及該側面之間，該些 電子元件之至少二支該線形導腳延伸於該貫孔中。 11. 如申請專利範圍第10項所述之互連裝置，其中該 基座及該些電子元件包裝於一非導電材料。 12. 如申請專利範圍第10項所述之互連裝置，其中該 基座由一高溫液晶高分子材料構成。 13. 如申請專利範圍第10項所述之互連裝置，其中該 貫孔貫穿該基座於該底面及該側面交界區域。 14. 如申請專利範圍第10項所述之互連裝置，其中該 貫孔大致配置於該障蔽中。 .15. —種電子裝置中形成電性連接的方法，包括： 經濟部中央標準局員工消費合作社印裝 提供複數個電子元件，每一該些電子元件具有至少一 線形導腳； _提供一互連裝置，該互連裝置具有複數個凹部，用以 容納該些電子元件，該互連裝置並具有至少一貫孔； 放置該些電子元件於該些凹部中； 將至少二該些電子元件中的至少其中之一線形導腳插 入該貫孔中，使得至少部分該些線形導腳延伸於該貫孔 __；_ lb 衣紙張尺度適用中國國家捸準（CNS ) A4規格（210X297公釐） 經濟部中央標隼局員工消費合作社印策 A8 2608pif.doc/002 B8 —_SI___ 六、申請專利範圍 中，並且該些線形導腳彼此物理性接觸；以及 將該些線形導腳結合一起形成一電性連接。 16. 如申請專利範圍第15項所述之電性連接方法，其 中將該些線形導腳結合一起形成一電性連接的步驟中包括 浸泡式焊接該些線形導腳。 17. 如申請專利範圍第15項所述之電性連接方法，其 中將該些線形導腳插入該貫孔中之前，更包括將該些導腳 彼此纏繞的步驟。 18. —種電子互連裝置，具有至少一內部電性連接，該 電性連接之形成包括下列步驟： 提供複數個電子元件，每一該些電子元件具有至少一 線形導腳； 提供一互連裝置，該互連裝置具有複數個凹部，用以 容納該些電子元件，該互連裝置並具有至少一貫孔； 放置該些電子元件於該些凹部中； 將至少二該些電子元件中的至少其中之一線形導腳插 入該貫孔中，使得至少部分該些線形導腳延伸於該貫孔 中，並且該些線形導腳彼此物理性接觸；以及 將該些線形導腳結合一起形成一電性連接。 19. 如申請專利範圍第18項所述之互連裝置，其中該 互連裝置包裝於一非導電材料中。 20. 如申請專利範圍第18項所述之互連裝置，其中該 貫孔配置於分隔該些凹部的障蔽中。 (請先閲讀背面之注$項再填寫本頁) ___；_1±^_ 本·紙張尺度適用中國國家揉準（CNS ) A4規格（210X297公嫠）