專利名稱：電子元件及其制備方法
本申請是申請?zhí)枮?6105652.5，申請日為94年4月26日，發(fā)明名稱為“電子元件的接頭”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及電子元件及其制備方法。
某些電子元件，尤其是集成電路和活動分立元件，由例如半導體材料制成的電子組件構(gòu)成，它們由很細的線連接到接頭上，整個組合被裝在由合成材料制成的保護封裝件內(nèi)。暴露在封裝件外側(cè)上的接頭包括被稱為“內(nèi)接頭”的部分，該部分處于封裝件之內(nèi)，還包括被稱為“外接頭”的部分，該部分處于封裝件的外側(cè)。外接頭用于將電子元件連接到印刷電路上，由此它被結(jié)合到后者之中。該接頭或是由含約42％鎳的鐵-鎳合金制成，或是由銅基合金制成。進行所用合金的選擇特別取決于所要求的電性能和機械性能。
為制造接頭，取一段合金帶，或是用機械方法或是用化學方法由其切成接頭框，該接頭框由許多內(nèi)部和外部接頭組成，它們通過金屬條連在一起，并且以當它們被結(jié)合到電子元件中時的方式彼此之間相對排列。再將接頭框除油、除氧化皮、沖洗，再經(jīng)電沉積鍍鎳，再鍍貴金屬或銅，然后在與半導體材料制成的組件組裝和內(nèi)接之前，該組件被焊接或粘結(jié)到位于內(nèi)接頭中心的金屬片上。接著，將這樣獲得的組裝件通過在壓力下噴射聚合物模塑，并經(jīng)剪切將外接頭相互隔離。然后將外接頭除氧化皮、鍍錫并彎曲成形。該電子元件就被說成是“封裝在塑料封裝件內(nèi)”。
這種封裝方法也被用于無源元件，例如感應器、電阻源網(wǎng)絡、延遲線路或電容器。
為連接電子組件，也可使用通常稱為“帶自動粘接”或TAB的方法，其中接頭框由經(jīng)電沉積或迭層而鍍有銅合金的聚酰亞胺薄膜制造。
這兩種方法具有因所用合金的機械性能不夠而產(chǎn)生的缺點。特別是在用要采用軋制薄片的第一種方法時，要將接頭厚度減小到0.1mm以下是困難的，這就限制了元件的小型化。
在使用于聚酰亞胺薄膜上沉積的第二種方法時，為使得容易模塑，內(nèi)接頭不能增加到所希望的那樣大。
在這兩種情況下，都還不知道存在有這樣的方法，它既能滿足生產(chǎn)的制約，特別是成形性，又能滿足接頭的機械強度的要求，結(jié)果例如是要生產(chǎn)厚度小于1mm的集成電路是困難的，而在某些應用當中，則希望能高產(chǎn)量地生產(chǎn)厚度小于0.5mm的集成電路。
此外，由封裝在封裝件內(nèi)的，厚度小于0.5mm的組件構(gòu)成的電子元件十分難于操作，這是因為外部接頭具有很大的脆性。
本發(fā)明的目的是，通過提出一種制造厚度小于0.1mm的電子元件接頭的方法，以彌補這個缺點，該接頭具有足夠的機械強度，使得能容易地操作電子元件，并將它安裝在印刷電路上。
為此目的，本發(fā)明的主題是使用組織硬化導電合金制造電子元件的接頭，該類型的電子元件主要包括電子組件，多個接頭和外殼，在組織硬化處理之前，先剪切組織硬化合金。用來獲得接頭框的這種剪切，可以用機械剪切或化學剪切來進行。
組織硬化導電合金例如是一種馬氏體類型的合金，其化學組成按重量計包括0％≤Co≤30％
9％≤Ni≤21％5％≤Mo≤12％0.1％≤Al+Ti≤9％0％≤Nb≤1％0％≤C≤0.15％0％≤Mn≤5％0％≤Cr≤13％選擇組分取自W，V和Be中的至少一種元素，含量小于0.1％，以及選擇組分銅，含量小于0.3％，其余為鐵和熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的該組織硬化導電合金的化學組成如下8％≤Co≤10％17％≤Ni≤19％5％≤Mo≤6％0.3％≤Ti≤0.7％該組織硬化導電合金也可是奧氏體類型的合金，其化學組成按重量計包括35％≤Co≤55％15％≤Cr≤25％10％≤Ni≤35％0％≤Fe≤20％0％≤Mo≤10％0％≤W≤15％0％≤Mn≤2％0％≤C≤0.15％其余為熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的奧氏體類型的組織硬化導電合金的化學組分如下39％≤Co≤4115％≤Fe≤20％15％≤Ni≤17％6％≤Mo≤8％19％≤Cr≤21％本發(fā)明還涉及一種類型的電子元件，它主要包括半導體材料制造的組件，多個接頭和外殼，它的接頭由組織硬化導電合金，例如馬氏體類型的合金制成，其化學組成按重量計包括0％≤Co≤30％9％≤Ni≤21％5％≤Mo≤12％0.1％≤Al+Ti≤9％0％≤Nb≤1％0％≤C≤0.15％0％≤Mn≤5％0％≤Cr≤13％選擇組分取自W，V和Be中的至少一種元素，含量小于0.1％，以及選擇組分銅，含量小于0.3％，其余為鐵和熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的該馬氏體類型組織硬化導電合金的化學組分如下8％≤Co≤10％17％≤Ni≤19％5％≤Mo≤6％
0.3％≤Ti≤0.7％本發(fā)明的元件可以包括由組織硬化的奧氏體合金制造的接頭，其化學組成按重量計包括35％≤Co≤55％15％≤Cr≤25％10％≤Ni≤35％0％≤Fe≤20％0％≤Mo≤10％0％≤W≤15％0％≤Mn≤2％0％≤C≤0.15％其余為熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的組織硬化導電合金的化學組分如下39％≤Co≤41％15％≤Fe≤20％15％≤Ni≤17％6％≤Mo≤8％19％≤Cr≤21％本發(fā)明元件的接頭可具有小于0.1mm的厚度。
本發(fā)明還涉及制造一類電子元件的方法，該類型的電子元件主要包括電子組件，多個接頭和外殼，其中—制造由組織硬化導電合金構(gòu)成的接頭框，然后組織硬化，—成形內(nèi)部或外部接頭，—進行二次硬化熱處理，—將電子組件固定到內(nèi)接頭上，—通過整體模塑產(chǎn)生外殼，并且，—剪切外接頭。
本發(fā)明的制造電子元件的方法也可以是—制造由組織硬化導電合金構(gòu)成的接頭框，然后組織硬化，—將電子組件固定到內(nèi)接頭的接頭框上，—通過整體模塑產(chǎn)生外殼，—剪切外接頭。—成形外接頭，并且，—在外接頭上進行局部二次硬化熱處理。
本發(fā)明的最后一個主題是通過帶自動粘結(jié)制造電子元件的方法，該方法為制造接頭框，使用包括至少一層組織硬化導電合金并選擇性的包括一層聚合物的帶。
現(xiàn)在通過將微處理器作為電子元件的實例，更確切地，但不以任何限制的方式敘述本發(fā)明，該微處理器由摻雜硅的芯片構(gòu)成，在其上插入微處理器的電路。
在第一個實施方案中，微處理器的電路借助直徑約30μm的金或鋁線接到內(nèi)接頭上。整個組裝件被封裝在外殼中，該外殼由填滿硅石顆粒的環(huán)氧樹脂型聚合物制的封裝件構(gòu)成，或由其他絕緣材料構(gòu)成。外接頭暴露在封裝件的外側(cè)并被成形，使得能焊接到印刷電路上。
內(nèi)接頭和外接頭由組織硬化后屈服強大于1400MPa的組織硬化馬氏體導電合金制成，其化學組成按重量計包括0％≤Co≤30％
9％≤Ni≤21％5％≤Mo≤12％0.1％≤Al+Ti≤9％0％≤Nb≤1％0％≤C≤0.15％0％≤Mn≤5％0％≤Cr≤13％選擇組分取自W，V和Be中的至少一種元素，含量小于0.1％，以及選擇組分銅，含量小于0.3％，其余為鐵和熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的該組織硬化導電合金的化學組成如下8％≤Co≤10％17％≤Ni≤19％5％≤Mo≤6％0.3％≤Ti≤0.7％使用這種優(yōu)選的化學組成，使合金的膨脹系數(shù)在8×10-6/K和12×10-6/K之間，這就保證了硅，聚合物和接頭間的膨脹系數(shù)有良好的相容性。
接頭可選擇地用電沉積鍍鎳，然后鍍金，銀或鈀，而它們的外部可鍍錫或包括堆焊。
為制造電子元件，取厚度小于0.1mm，較佳30μm-80μm的組織硬化導電合金制造的薄片，經(jīng)750℃-1000℃熱處理軟化，使得其屈服強度小于1100MPa，并用其制造接頭框。
本身已被公知的接頭框，由包括多個開口的矩形板構(gòu)成，每個開口用于容納一個硅芯片，每個開口包括多個薄片，它們的端部一致地附著到板上，并且通常以放射方式彼此相對排列，并集中在同一區(qū)域，其中有一個小的矩形板，硅芯片被插在其上。每個薄片用于成形一個接頭。薄片位于鄰近集合區(qū)域的部分，用于成形內(nèi)接頭，而薄片的其他部分用于成形外接頭。開口通過機械剪切或化學剪切產(chǎn)生。
通常，在剪切、進行陽極或陰極除油、化學除氧化皮和沖洗之后，在薄片中做開口。繼而電沉積鎳，然后電沉積金或銀或銅或鈀。最后，能夠容納5-12塊硅芯片的矩形接頭框被開口。
接頭框一旦開口，再通過彎曲或壓制成形接頭，并進行硬化熱處理，例如通過400℃-550℃加熱1-5小時，較佳是在惰性氣氛中。熱處理也可由加熱到約700℃保持幾秒到幾分鐘構(gòu)成。也可在開口操作過程中成形接頭，在開口/成形操作后進行熱處理。
接著，將硅芯片置于位于每個薄片集合區(qū)域中心的每個小矩形板上，在硅芯片上插著電路，并被焊接或粘結(jié)。再通過金或鋁線將電路連接到薄片上。
一旦硅芯片連接到薄片上，再在壓力下噴射聚合物經(jīng)整體模塑對每個芯片產(chǎn)生外殼，并且整個組裝件在170℃-250℃固化4-16小時。
在封裝完成時，沿每個外殼以它們每個保持一定距離將接頭框開口，使得在外殼外側(cè)留下一定長度的薄片，并除去薄片間剩余的過量樹脂。從而獲得一個封裝件，集成電路被封裝在其中，并且外接頭暴露在它外面。
然后用硝酸除氧化皮繼而沖洗，并且經(jīng)鍍錫或堆焊完成外接頭的生產(chǎn)。
因而獲得了電子元件，它包括厚度小于0.1mm，并且屈服強度大于1400MPa的接頭。
也可以不在將硅芯片插到接頭框上之前成形接頭，而是插入硅芯片、整體模塑封裝件、沿封裝件對接頭開口，然后對外接頭彎曲成形，再例如使用激光經(jīng)進行局部熱處理使它們硬化。
對于某些應用，希望組織硬化導電合金是非磁性的或是不銹型的，則可使用奧氏體型組織硬化導電合金，它們的化學組成按重量計包括35％≤Co≤55％15％≤Cr≤25％10％≤Ni≤35％0％≤Fe≤20％0％≤Mo≤10％0％≤W≤15％0％≤Mn≤2％0％≤C≤0.15％其余為熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的組織硬化奧氏體合金的化學組成如下39％≤Co≤41％15％≤Fe≤20％15％≤Ni≤17％6％≤Mo≤8％19％≤Cr≤21％使用這種合金時，該方法僅因合金的屈服強度而不同于先前的情況，該值在彎曲接頭和硬化熱處理之前小于1300MPa，而在硬化熱處理之后大于1500MPa。
第二種實施方案對應一種制造電子元件的方法，其中接頭框被置于使得適于批量生產(chǎn)的帶上，這種方法以名稱為TAB或帶自動粘結(jié)而被公知。
在該第二實施方案中，例如通過迭層制造帶，該帶由一層聚合物如聚酰亞胺，和一層上文規(guī)定的組織硬化導電合金構(gòu)成。接著例如通過化學侵蝕，在合金層中將接頭框開口，它們被一個接一個地排列。如上文所述將接頭成形，并通過熱處理硬化。接頭可在進行硬化熱處理之前成形，或者首先進行硬化熱處理，然后將接頭成形。
在一種實質(zhì)上公知的方法中，由例如帶印刷電路的硅芯片構(gòu)成的電子組件，被配置在每個接頭框上，并將內(nèi)接頭焊接到電子組件上。這樣產(chǎn)生的電路可被自動傳送到電子電路如印刷電路中，使用專用機械剪切外接頭，并通過焊接將它們連接到印刷電路中。
使用本發(fā)明合金有以下優(yōu)點使得能生產(chǎn)比用現(xiàn)有技術(shù)的工藝能生產(chǎn)的長至少15％的內(nèi)接頭。
由于本發(fā)明的合金具有十分良好的機械性能，所以可以用僅由組織硬化導電合金構(gòu)成的帶使用TAB方法，也就是說沒有聚合物層。
按照本發(fā)明的方法制造了電子元件，它由包含在樹脂外殼中的硅芯片構(gòu)成，并包括組織硬化導電合金制的接頭。元件的總厚度小于1mm，而接頭的厚度小于0.1mm，例如厚度為0.03mm-0.08mm。這些用于表面安裝的電子元件具有比現(xiàn)有技術(shù)的電子元件脆性較小的接頭。
通常，組織硬化導電合金可用于制造表面安裝的分立活動元件和無源元件，特別是感應器，電阻網(wǎng)絡或電容器。
權(quán)利要求
1.一種類型的電子元件，主要包括半導體材料制的組件，多個接頭和外殼，其特征在于，接頭由馬氏體型組織硬化導電合金制成，其化學組成按重量計包括0％≤Co≤30％9％≤Ni≤21％5％≤Mo≤12％0.1％≤Al+Ti≤9％0％≤Nb≤1％0％≤C≤0.15％0％≤Mn≤5％0％≤Cr≤13％選擇組分取自W，V和Be中的至少一種元素，含量小于0.1％，以及選擇組分銅，含量小于0.3％，其余為鐵和熔煉帶來的雜質(zhì)。
2.按照權(quán)利要求1的元件，其特征在于，該組織硬化導電合金的化學組成中8％≤Co≤10％17％≤Ni≤19％5％≤Mo≤6％0.3％≤Ti≤0.7％.
3.按照權(quán)利要求1或2的元件，其特征在于，接頭的厚度小于0.1mm。
4.制備權(quán)利要求1-3中任一項所述的電子元件的方法，其特征在于該方法包括-制造由組織硬化導電合金構(gòu)成的接頭框，然后組織硬化，-用該接頭框制造所述電子元件。
5.按照權(quán)利要求4的制備電子元件的方法，其中用所述接頭框制造所述電子元件的步驟包括-成形內(nèi)部或外部接頭，-進行二次硬化熱處理，-將電子組件固定到內(nèi)接頭上，-通過整體模塑產(chǎn)生外殼，而且，-剪切外接頭。
6.按照權(quán)利要求4的制備電子元件的方法，其中所述由接頭框制造電子元件的步驟包括-將電子組件固定到內(nèi)接頭的接頭框上，-通過整體模塑產(chǎn)生外殼，-剪切外接頭，-成形外接頭，并且，-在外接頭上進行局部二次硬化熱處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的制備電子元件的方法，包括-取一條帶，它包括至少一層組織硬化前的馬氏體型的組織硬化導電合金，并選擇性地包括一層聚合物，-由該帶剪切接頭框，-將接頭框成形再進行硬化熱處理，或是進行硬化熱處理再將接頭框成形，-內(nèi)接頭經(jīng)焊接連到電子組件上，并且-剪切外接頭，然后將其焊接到印刷電路上。
全文摘要
使用馬氏體組織硬化導電合金制造的電子元件,該類電子元件主要包括電子組件,多個接頭和外殼,還涉及電子元件的制造方法。在接頭框開口后進行組織硬化處理。
文檔編號C22C38/08GK1269604SQ00102599
公開日2000年10月11日 申請日期2000年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月27日
發(fā)明者R·科扎, J－P·雷亞爾 申請人:安費公司