專利名稱：模制的塑料電子組件用的導線框架的防濕層的制作方法
技術領域：
本發明屬于電子封裝領域。本發明包括將集成電路晶片放入保護集成電路晶片免受環境影響的中空外殼內，并由外殼外的導線形成與晶片電路的連接。本發明具體涉及總的來說作為阻止潮氣和污染氣體滲入的屏障的外殼。
發明的背景電子組件用作晶片的保護性外殼，同時使晶片電路與載體或基材上的電路例如印制的接線板連接。本發明所涉及的組件是完全包住晶片而且起始用導電性導線或嵌入壁的“痕線”形成為開放的插座的中空體。一旦用嵌入壁的導線形成插座，就將晶片放入插座內，與導線連接。接著閉合插座并密封以進行進一步加工，包括進一步的電連接和應用。
為了用目前用于晶片的極其細的電路線和高電流密度獲得一致和可靠的性能，一旦密封后避免水汽和其他外界氣體進入電子組件內就很重要。通過密封晶片并防止其與這些氣體接觸，電子組件就可提高晶片在潮濕和其他可能有害的環境中的性能。電連接晶片與電子組件外的部件的導線是經過組件壁的薄金屬條，條的內端與晶片電路連接，外端與基材的電路連接。由于條與電子組件壁用不同的材料制成，所以它們之間難以形成起阻擋氣體作用的牢固的結合。當材料的膨脹和收縮率差異大時，該困難尤其大。所述膨脹和收縮隨著加工步驟例如晶片連接、電線連接和焊接中組件受到熱循環時產生的溫度變化而發生。溫度變化也發生于使用組件的一般環境中，也會由于晶片自身使用的高電流密度而產生。結果，導線穿透壁的部位尤其容易形成氣體能夠進入組件并污染晶片的孔隙。
密封金屬導線與組件壁之間的界面的一般方法是在導線上直接模制壁以形成組件。一般使用注塑或壓鑄，起始用在模制過程中或此后不久在后固化中固化的熔融態可熱固化樹脂。這些模制技術可在金屬與塑料之間形成機械結合，由于上述原因，它對于要經受高電流密度的組件不完全有效。此外，在這些加工中，一般將模具的溫度控制于100-175℃范圍內，同時導線金屬表面的溫度相當低。該溫度差可抑制熔融態樹脂的固化，而且進一步削弱結合的強度。其他的漏氣源來自于這樣的事實，即用作模塑料的一般樹脂自身具有粘合性能，因此需要脫模劑，以防止與模具粘合。一般的脫模劑是加入模塑料配制物中的微晶蠟。不幸的是，脫模劑也會削弱模塑料與金屬導線之間的結合。
就本發明人所知，一種以前沒有使用或揭示的方法是在導線上模制組件體之前，用粘合物簡單地涂布整個導線框架，使得模塑料固化時，粘合物在導線與模塑料之間形成化學粘合。該方法的難度是必須在導線與晶片之間形成電連接的苛刻性質。粘合部位導線表面的任何污染都會妨礙形成可靠電連接的線連接過程。在模制操作完成后，只能通過昂貴和困難的清理過程來避免該現象。在鍍有導電材料例如銀或金以提高與晶片的電接觸的導線內，該問題更嚴重。
發明的概述根據本發明，通過向會與組件壁接觸的導線表面的區域上選擇性地施涂可熱固化粘合劑，接著在導線周圍模制組件，就可解決上述問題。由此，粘合劑通過其自身的模制工藝固化或在組件體的后固化期間固化。所述粘合劑是這樣的材料，它一旦固化就會在導線與組件體之間的界面處形成基本不透氣的密封。如果導線金屬與組件體熱膨脹系數存在差值，對最優粘合劑或粘合劑組合物的選擇要反映出該差值大小。所述粘合劑可以包括存在熱膨脹度差異時，需要為密封提供回彈性的熱塑性組分。在金屬上的會形成界面的區域局部施涂粘合劑，可保持在導線與晶片電路之間形成牢固電接觸的能力。
從下述描述中會更加明白本發明的這些和其他目的、特征和優點。
發明的詳細說明和優選實施方式如上所述，粘合劑或粘合劑組合物的最優選擇決定于導電導線和組件體所用的材料。能夠使用多種材料，許多這樣的材料在有關電子材料的公開文獻中都有揭示，而且在它們的應用行業內是已知的。
能用于導線的金屬的例子(和它們的符號表示可見Electronic MaterialsHandbook Vol.1，Minges，M.L.等編輯，ASM International，Materials Park，Ohio，1989)是
銅銅-鐵合金C19400，C19500，C19700，C19210銅-鉻合金CCZ，EFTEC647銅-鎳-硅合金C7025，KLF125，C19010銅-錫合金C50715，C50710銅-鋯合金C15100銅-鎂合金C15500鐵-鎳合金ASTM F30(Alloy 42)鐵-鎳-鈷合金ASTM F15(Kovar)低碳鋼鋁其中優選銅、銅占至少95％(重量)的含銅合金、鐵約占50-75％(重量)的鐵-鎳合金、鐵約占50-75％(重量)的鐵-鎳-鈷合金。鐵-鎳合金Alloy42(58％Fe，42％Ni)和鐵-鎳-鈷合金Kovar(54％Fe，29％Ni，17％Co)和各種銅合金尤其好。
能夠用作組件體的材料的類型或外殼材料，包括熱固性和熱塑性材料兩種。熱塑性材料的例子是環氧樹脂和改性的環氧樹脂、聚氨酯、聚酰亞胺、改性的聚酰亞胺、聚酯和聚硅氧烷。熱塑性材料的例子是聚苯硫醚、液晶聚合物、聚砜和聚醚酮。雖然對于每種材料能夠使用不同的模制方法，但是熱固性材料一般由壓鑄模制，而熱塑性材料一般由模塑模制。
這些材料的影響所用粘合劑的選擇的一個重要參數是熱膨脹系數(“CTE”)，單位是ppm(重量)/℃。CTE可隨著所用的材料變化很大，導線的CTE范圍可以與組件體(模制的塑料外殼)材料的CTE范圍重疊。但是，在本發明的一些實施方式中，這些范圍沒有重疊。例如，導線框架(包括導線)可以具有約5-15ppm/℃的CTE范圍，而固化時的組件體材料可以具有約16-50ppm/℃的CTE范圍。另外，導線框架材料與組件體的CTE可以相差至少約10ppm/℃，或相差最大約100ppm/℃，或相差約20-50ppm/℃。當CTE相差這些數值時，粘合劑組合物優選含有熱塑性組分，或者作為單一的粘合劑配料或作為與熱固性粘合劑配料的混合物。
尤其適用作粘合劑的樹脂，或單獨使用或組合使用，其例子如下所述
熱固性樹脂D.E.R.332含有雙酚A的環氧樹脂(Dow Chemical Company，Midland，Michigan，USA)；ARALDITEECN1273環氧甲酚酚醛清漆樹脂(Ciba-GeigyCorporation，Ardsley，New York，USA)ARALDITEMY721多官能液態環氧樹脂(Ciba-Geigy Corporation)QUARTEX1410含有雙酚A的環氧樹脂(Dow Chemical Company)EPON828，1001F，58005改性的雙酚A環氧樹脂(Shell ChemicalCompany，Houston，Texas，USA)熱塑性樹脂Phenoxy PKHJ苯氧基樹脂(Phenoxy Associate)聚砜粘合劑組合物任選包含一種或多種配料，為組合物提供多種較好的性能中的任何一種。例如固化劑、消泡劑、濕潤劑(干燥劑)和填料可加入本體中。固化劑的例子是多元胺、多酰胺、多酚、聚硫醇、多羧酸、酐、雙氰胺、氰基胍、咪唑和路易斯酸例如三氟化硼與胺或醚的配合物。消泡劑的例子是憎水性二氧化硅例如聚硅氧烷樹脂和硅烷、氟烴例如聚四氟乙烯、脂肪酸的酰胺例如亞乙基二胺、硬脂酰胺、磺酰胺、烴蠟和固態脂肪酸和酯。濕潤劑的例子是活性氧化鋁和活性碳。用作濕潤劑的具體產品是供應商(美國NewJersey的Jersey City的Alpha Metals)標為GA2000-2、SD1000和SD800的產品。填料的例子是氧化鋁、二氧化鈦、碳黑、碳酸鈣、高嶺土、云母、二氧化硅、滑石粉和木粉。
制成組件的模制方法是眾所周知和廣泛使用的方法，因此本文不詳細討論。但是，總的來說，模制在導線框架組裝物的上實施，所述組裝物包括一系列由連接網絡連接并以分散的組的方式排置的金屬導線，每個組件為一組，相鄰組由模制結束時最終要除去的進一步連接網絡連接。所述組裝物也包含在沿導線的一些部位處機械阻擋模塑料的壩，以幫助限制模塑料，這些在多個模制組件前面同樣要除去的壩是分離的。根據所用的物料，采用常規的模制技術例如注塑、壓鑄、鑲嵌模塑和反應注塑。
在具體的對應于模制的塑料組件外殼與導線接觸的部位的部位，將粘合劑施涂到導線框架上。根據體系的具體需要，粘合劑可以施涂到框架的一面或兩面。施加的實施要局限于所要求的區域，以基本避免將粘合劑施涂到不嵌入組件壁的區域上。根據1998年10月6日頒發的發明人Richard J.Ross的美國專利№5816158“Inverted Stamping Process”所揭示的步驟和設備，該類的局部施涂能夠用常規印制或打印方法，優選由反打印進行，所述專利的內容結合于此以供參考。
提供下述實施例僅為了說明。
實施例下面是表示熱固性配制物、熱塑性配制物和兩者的不同組合的的粘合劑配制物的實施例。
1.環氧熱固性粘合劑組分 份數(重量)EPON828 25EPON1001F 50Dicy CG1400(氰基胍) 5滑石粉5二氧化鈦 5Cab-O-SilM5(煅制二氧化硅) 102.苯氧基熱塑性粘合劑組分 份數(重量)苯氧基PKHJ95滑石粉3Cab-O-SilM5 23.聚砜熱塑性粘合劑組分 份數(重量)聚砜(分子量＝20,000) 95二氧化鈦 5
4.組合的環氧/苯氧基粘合劑(熱固性和熱塑性的組合)組分份數(重量)EPON828 45苯氧基PKHJ45Dicy CG1400 3滑石粉5碳黑 25.組合的環氧/聚砜粘合劑(熱固性和熱塑性的組合)組分 份數(重量)D.E.R.332 30聚砜(分子量＝20,000)60Dicy CG1400 2滑石粉 4Cab-O-SilM5 4提供上述描述主要是為了說明。本行業內的普通技術人員會容易明白，不脫離本發明的精神和范圍，可以進一步改變本文所述的方法的物料、步驟、條件和其他參數，或以不同的方式進行替換。
權利要求
1.一種形成模制的塑料外殼的方法，所述外殼用導電的金屬導線穿透，以連接通過模制所述導線周圍的所述外殼壁密封在所述外殼內的晶片，所述方法的改進之處包括(a)將可熱固化粘合劑選擇地施涂到模制時與所述外殼壁接觸的所述導線表面的區域，(b)在上面帶有所述可熱固化粘合劑的所述導線周圍模制所述外殼壁，(c)在模制所述外殼壁期間或隨后，固化所述的可熱固化粘合劑；選擇所述的可熱固化粘合劑，使固化時它會在所述導線周圍以基本不透氣的方式密封所述外殼壁。
2.如權利要求1所述的方法，其中所述的可熱固化粘合劑選自熱固性樹脂、熱塑性樹脂和熱固性與熱塑性樹脂的混合物。
3.如權利要求1所述的方法，其中所述的可熱固化粘合劑是環氧樹脂與熱塑性樹脂的混合物。
4.如權利要求1所述的方法，其中所述的金屬導線或是銅、銅-鐵合金、銅-鉻合金、銅-鎳-硅合金、銅-錫合金、銅-鋯合金、銅-鎂-磷合金、鐵-鎳合金、鐵-鎳-鈷合金、低碳鋼或鋁。
5.如權利要求1所述的方法，其中所述的塑料外殼由熱固性塑料形成，而且(b)包括由壓鑄模制所述的外殼壁。
6.如權利要求1所述的方法，其中所述的塑料外殼由熱塑性塑料形成，而且(b)包括由注塑模制所述的外殼壁。
7.如權利要求6所述的方法，其中所述的熱塑性材料或是聚苯硫醚、液晶聚合物、聚砜或是聚醚酮。
8.如權利要求1所述的方法，其中所述的導線和所述的模制塑料外殼材料固化時彼此的熱膨脹系數相差至少約為10ppm/℃。
9.如權利要求1所述的方法，其中所述的導線鍍有銀或金。
10.如權利要求1所述的方法，其中所述的可熱固化粘合劑含有其中分散有干燥劑的樹脂。
全文摘要
由晶片組成的密封在中空塑料外殼內的用導電的導線穿透外壁以連接晶片電路的電子組件這樣制造:僅在導線表面會與外殼材料交接的部位向導線施涂可熱固化粘合劑,在導線周圍模制組件,并在模制過程或后固化期間固化粘合劑。所述粘合劑配制成可在導線周圍形成氣密性密封,并在制造組件和與其他電路電連接時所包括的一般工序中,在部件要經受的熱循環期間,也在使用時完成和裝配制品要經受的一般的環境變化期間,保持密封性。尤其要選擇粘合劑,使之容許導線與外殼材料之間的熱膨脹系數差,同時仍保持氣密性密封。
文檔編號H01L23/48GK1344425SQ00805105
公開日2002年4月10日 申請日期2000年3月22日 優先權日1999年3月22日
發明者R·J·羅斯, C·L·羅斯, T·B·謝弗, J·Q·倪 申請人:Rjr聚合物股份有限公司