用于封裝器件的裝置和方法與流程

文檔序號：11592767閱讀：259來源：國知局

相關申請的交叉引用

本申請要求享有2015年9月15日提交的編號為62/218687的美國臨時專利申請和2015年10月16日提交的編號為62/242447的美國臨時專利申請的優(yōu)先權，通過援引將這兩個專利申請全部結合在此。

本申請涉及用于封裝器件的裝置和方法。

背景技術：

在電氣系統(tǒng)這樣的系統(tǒng)中使用了利用例如熱固塑料材料或者熱塑材料這樣的塑料封裝的并且用封裝成型(encapsulationmolding)形成的器件，該熱固塑料材料是例如環(huán)氧模塑化合物(epoxymoldingcompound；emc)。該器件可以被封裝以保護它免遭環(huán)境影響，并且保護它的機械和電氣完整性。在一種具體方式中，器件端子不會被封裝以便于連接至其他物品。

器件可以是有源器件，例如集成電路(ic)、晶體管或者其他有源半導體器件。器件也可以是無源器件，例如電感器、電容器或者諸如加速計之類的機械器件。器件可以具有導電端子，導電端子是有引線的或者沒有引線的。

當把一個或者多個器件安裝在安裝結構上時，就形成了部件。安裝結構包含承載件、引線框(leadframe)、基板和印刷電路板(pcb)。安裝結構可以具有有引線的或者沒有引線的端子。部件可以被安裝在另一個安裝結構上，例如將(如在承載件上的器件這樣的)部件安裝在pcb上。部件也可以被封裝(如上所述并且因為同樣的原因)。

當將封裝器件安裝在安裝結構上時，在封裝器件與安裝結構之間形成間隙。(安裝結構可以用來制作系統(tǒng)級封裝(system-in-package)或者多芯片模塊(multichipmodule)。)由于系統(tǒng)小型化要求，與待封裝部件的尺寸相比，間隙較窄。難以排出和去除存留的空氣和來自熔融的部件封裝件的揮發(fā)氣體(熔融的部件封裝物例如是諸如熔融的emc之類的熔融熱固塑料材料，或者是來自封閉模具的熔融熱塑材料)，以使熔融材料填充間隙。

存在以下加劇的風險：在部件封裝的過程中，在間隙中形成由封裝件所包圍的一個或多個空隙，即，空氣囊和/或揮發(fā)氣體囊。這樣的空隙加劇了熱機械不匹配(thermalmechanicalmismatch)，并且在部件與器件的封裝件之間產生了界面應力。這樣會導致局部的應力集中點，這些應力集中點能夠誘發(fā)界面材料脫層(interfacialmaterialdelamination)和斷裂。另外，在空隙中可能聚集濕氣；在隨后的熱循環(huán)期間，濕氣的液體靜壓力可能誘發(fā)部件封裝的脫層，部件封裝在脫層處毗連安裝結構和/或器件封裝。液體靜壓力也可以在部件和/或器件封裝中引發(fā)斷裂。因而，這樣的空隙不希望有地降低了封裝部件的可靠性。

此外，根據封裝器件的形狀和大小、器件封裝件與部件封裝件之間熱機械性能的任何差異，可能在那些材料之一或二者中誘發(fā)界面應力。例如，在部件封裝件中，比如在封裝蓋(encapsulationcap)中，可能產生應力。這可能導致部件封裝帽中的斷裂(可能導致該帽的脫層)和/或該帽的變形。這樣的變形和/或斷裂也會不希望有地降低了封裝部件的可靠性。

技術實現要素：

能夠通過增加界面處的接觸表面積來降低界面應力。為了降低形成變形、斷裂和空隙的風險，可以在器件封裝件的一個或者多個表面中形成一個或者多個凹槽。

根據本發(fā)明，提供了以下的封裝器件，所述封裝器件包含：

器件；

第一封裝件，所述第一封裝件覆蓋所述器件，并且具有一個或多個外表面；和

一個或多個凹槽，所述一個或多個凹槽處于所述一個或者多個外表面中，并且被配置成接納第二封裝件。

其中所述一個或多個凹槽位于所述第一封裝件的相對的表面上。

其中所述第一封裝件是熱固塑料材料或者熱塑材料中的一種。

其中所述第二封裝件是熱固塑料材料或者熱塑材料中的一種。

其中所述器件是電感器。

其中所述一個或多個凹槽中的至少一個凹槽的高度和寬度各自大于或者等于五十微米。

其中所述一個或多個凹槽中的至少一個凹槽的寬度與所述一個或多個凹槽中的所述至少一個凹槽的高度之比在百分之五十與百分之一百之間。

其中所述一個或多個凹槽是l形凹槽、平行四邊形凹槽和梯形凹槽中的一種。

根據本發(fā)明，還提供了以下的封裝器件，所述封裝器件包含：

被第一封裝件所封裝的一個或者多個封裝器件；

其中每個封裝器件具有在所述第一封裝件上的外表面；

位于所述外表面的至少一個外表面中的一個或多個凹槽；和

覆蓋所述一個或者多個封裝器件的第二封裝件，所述第二封裝件基本上填充所述封裝器件中的至少一個封裝器件的一個或者多個凹槽。

所述的封裝部件進一步包含：

安裝結構，所述封裝器件被附裝至所述安裝結構；

位于所述封裝器件與所述安裝結構之間的間隙；以及

其中所述第二封裝件基本上填充所述間隙。

其中所述第一封裝件是熱固塑料材料或者熱塑材料中的一種。

其中所述第二封裝件是熱固塑料材料或者熱塑材料中的一種。

其中一個封裝器件的外表面中的所述一個或者多個凹槽中的一個凹槽的寬度與這一個封裝器件的寬度之比在百分之一與百分之二十五之間。

其中所述一個或多個凹槽中的至少一個凹槽之一的高度和寬度各自大于或者等于五十微米。

其中所述一個或多個凹槽中的一個凹槽的寬度與這一個凹槽的高度之比在百分之五十與百分之一百之間。

其中所述一個或多個凹槽中的一個凹槽是l形凹槽、平行四邊形凹槽和梯形凹槽中的一種。

其中所述封裝器件中的至少一個封裝器件是電感器、pwm控制器和驅動器、電容器以及至少一個功率晶體管中的一種。

其中所述封裝部件是dc-dc電壓變壓器，所述dc-dc電壓變壓器包含：

pwm控制器和驅動器；

至少一個功率晶體管，所述功率晶體管連接至所述pwm控制器和驅動器的輸出部；以及

輸出濾波器，所述輸出濾波器連接至所述至少一個功率晶體管。

其中所述dc-dc電壓變壓器的輸出連接至處理系統(tǒng)。

其中所述處理系統(tǒng)包含處理器，所述處理器連接至存儲器。

還提供了一種方法，所述方法包含以下步驟：

用第一封裝件對器件進行封裝以形成封裝器件；以及

在所述第一封裝件的一個或者多個表面上形成凹槽，所述凹槽被構造成接納隨后放置的第二封裝件，所述第二封裝件將會覆蓋所述封裝器件。

所述方法進一步包含以下步驟：將所述封裝器件安裝在安裝結構上。

所述方法進一步包含以下步驟：將一個或者多個附加的封裝器件或者附加的未封裝器件安裝在安裝結構上。

所述方法進一步包含以下步驟：用所述第二封裝件覆蓋所述封裝器件和安裝結構，基本上填充所述凹槽中的至少一個凹槽。

附圖說明

圖1a是包含封裝器件和未封裝器件的封裝部件的一個實施方式的截面圖。

圖1b是凹槽的各實施方式的截面圖。

圖2a是器件封裝件中凹槽的一個實施方式的截面圖。

圖2b是器件封裝件中凹槽的另一個實施方式的截面圖。

圖3a是沿著一個軸平行的多個凹槽的一個實施方式的透視圖。

圖3b是一個軸上的多個平行凹槽與沿著垂直軸的單個凹槽的一個實施方式的透視圖。

圖4是圖解電氣系統(tǒng)的一個實施方式的圖。

圖5是圖解一種制造封裝器件和封裝部件然后將封裝部件安裝在安裝結構上的方法的一個實施方式的圖。

圖6圖解了通過連接件把封裝部件的陣列彼此接合(attach)的一個實施方式。

具體實施方式

能夠通過增加界面處的接觸表面積來降低界面應力。為了降低形成變形、斷裂和空隙的風險，可以在器件封裝件的一個或者多個表面中形成一個或者多個凹槽。圖1a圖解了本發(fā)明的一個實施方式，封裝部件100包含封裝器件104和未封裝器件106。封裝器件104和未封裝器件106被安裝在安裝結構108上。封裝器件104、未封裝器件106和安裝結構108被部件封裝件110所覆蓋。封裝器件104被覆蓋有器件封裝件105。

在器件封裝件105中形成凹槽122。凹槽122a組(該組在封裝器件的底表面114a中，該底表面114a最靠近安裝結構108并且基本上平行于安裝結構108)便于通過間隙107對部件封裝件110進行排氣。在圖1a中，間隙107更具體地說是由全部都在封裝器件104之下的安裝結構108和未封裝器件106的暴露區(qū)形成的。

凹槽122b組(該組在封裝器件的頂表面114b中，該頂表面114b最靠近封裝部件100的頂表面112并且基本上平行于頂表面112)便于消除例如頂表面112周圍的脫層和斷裂。

凹槽122還用來將器件封裝件105和部件封裝件110互鎖，因而增強了封裝部件100的機械完整性(mechanicalintegrity)和可靠性。這樣的互鎖改善了器件封裝件105與部件封裝件110之間之間的附著力。典型的凹槽輪廓示于圖1b中，包含倒l形凹槽122a、l形凹槽122b、四邊形凹槽122c、平行四邊形凹槽122d、倒梯形凹槽122e、梯形凹槽122f和矩形凹槽122g。諸如l形凹槽122b、平行四邊形凹槽122d和梯形凹槽122f之類的形狀因它們的形狀而增強了互鎖強度并且減小了部件封裝件110與器件封裝件105之間的界面應力。

凹槽122的尺寸取決于用來形成凹槽的技術、器件封裝件105的尺寸、所需便于排氣的尺寸和所需用來增強器件封裝件105與部件封裝件110之間附著力的凹槽122的數量。在一個實施方式中，凹槽122的高度和寬度各自大于或者等于五十微米。在另一個實施方式中，凹槽122的寬度與封裝器件104的寬度之比在百分之一與百分之二十五之間。封裝器件104的寬度將會與相應凹槽122的寬度尺寸相同。在再一個實施方式中，凹槽122的寬度與凹槽122的高度之比在百分之五十與百分之一百之間。

圖2a圖解了器件封裝件105中的典型凹槽122。每個凹槽122由在器件封裝件105的標定(nominal)外表面210以下延伸的兩個側壁204形成。圖2b圖解了器件封裝件105的標定外表面210以上的另一典型凹槽122。凹槽122有具有側壁204的突起206形成，側壁204在器件封裝件105的標定外表面210以上延伸。

在一個實施方式中，器件封裝件105中的凹槽122可以沿著一個或者多個軸形成。在另一個實施方式中，兩個或者更多個凹槽122可以彼此以任意角度斜交(skew)，角度例如從零度到一百八十度；在一個實施方式中，這些凹槽以九十度相交。圖3a圖解了具有沿著一個軸平行的多個凹槽122的實施方式；這樣典型的凹槽延伸穿過器件封裝件105的一個軸。圖3b圖解了具有一個軸上的多個平行凹槽122和沿著垂直軸的單個凹槽122的另一個實施方式。

在一個實施方式中，封裝部件100可以用來實現dc-dc電壓變壓器(voltageconverter)(例如，降壓變壓器(buckconverter)、升壓變壓器(boostconverter)、降壓-升壓變壓器或者同步降壓變壓器(synchronousbuckconverter))的全部或者部分。圖4圖解了典型電氣系統(tǒng)400，系統(tǒng)400包含負載(例如處理系統(tǒng)416)和電源402，電源402包含dc-dc電壓變壓器404，dc-dc電壓變壓器404例如被制造為像圖1a的封裝部件100那樣的封裝部件。在一個實施方式中，處理系統(tǒng)416被構造成電氣連接至dc-dc電壓變壓器404以接收dc電力。在另一個實施方式中，dc-dc電壓變壓器404和處理系統(tǒng)416被構造成通過數據總線450來彼此連接，數據總線450便于它們之間通信；這使得處理系統(tǒng)416能夠控制dc-dc電壓變壓器404。該電氣系統(tǒng)400可以是與電信、汽車、半導體測試和制造設備、消費電子或者其他類型的電子設備有關的器件。

電源402可以是ac轉dc的電源，或者可以是由電池供電的dc電源。在一個實施方式中，處理系統(tǒng)416可以包含彼此連接的處理器418和存儲器420。在另一個實施方式中，處理器418可以是一個或者多個微處理器、微控制器、嵌入式處理器、數字信號處理器，或者前述各者中的兩種或者更多種的組合。在再一個實施方式中，存儲器420可以是一個或者多個易失性存儲器和/或非易失性存儲器(諸如靜態(tài)隨機存取存儲器、動態(tài)隨機存取存儲器、只讀存儲器和閃存)，或者前述各者中的兩種或者更多種的組合。

在一個實施方式中，如圖4中圖解所示，dc-dc電壓變壓器404包含脈寬調制(“pwm”)控制器和驅動器406、功率晶體管和輸出濾波器410，功率晶體管例如是上金屬氧化物半導體場效應晶體管(“mosfet”)408a和下mosfet408b。pwm控制器和驅動器406使得上mosfet408a和下mosfet408b交替導通和截止。在另一個實施方式中，控制器和驅動器406可以包含死區(qū)時間控制(deadtimecontrol)。輸出濾波器410包含例如串聯電感器412和并聯電容器414。pwm控制器和啟動器406、功率晶體管和輸出濾波器410(或者它的分開組成部分---電感器412和電容器414)可以實現為封裝部件100中的一個或者多個封裝器件和/或未封裝器件。

在一個實施方式中，pwm控制器和驅動器406被裝配在單個ic上?；蛘?，pwm控制器和驅動器406可以被裝配在分開的ic上。在又一個實施方式中，上mosfet408a和下mosfet408b可以被裝配在單個ic上。在再一個實施方式中，上mosfet408a和下mosfet408b可以與pwm控制器和驅動器406裝配在同一ic上。

在另外的實例中，封裝部件100將包含其他電力管理系統(tǒng)的一個或者多個部件，包含全部或者部分的充電器、熱插拔控制器、ac-dc變壓器或者橋路驅動器(bridgedriver)。

圖5圖解了制造先前描述的封裝部件100和封裝器件400、然后將封裝部件100安裝在第二安裝結構上的典型方法500。在方框502中，形成一個或者多個封裝器件104(如將要在下面進一步描述的那樣)。在一個實施方式中，當在器件封裝件105中例如用諸如注模之類的封裝成型以熱塑材料或者諸如emc之類的熱固塑料材料來覆蓋器件時，形成凹槽122?？梢詫⒛＞咴O計成形成分別圖解于圖2a和2b中的突起206和/或凹槽122。

在另一個實施方式中，首先以器件封裝件105來覆蓋器件。然后，接著通過去除器件封裝件105的多個部分來在每個封裝器件104中形成一個或者多個凹槽122。能夠例如通過光刻法和化學蝕刻法、激光消融法、諸如利用鋸法的機械去除法或者它們的任何組合來實現器件封裝件105的去除。

在一個實施方式中，在方框504中，將封裝器件104安裝在一個或者多個安裝結構108每一個上。返回到圖1a，在一個實施方式中，用焊料150將封裝器件端子152電連接至安裝結構端子154。

在可選的方框506中，將其它封裝器件104和/或未封裝器件106安裝在安裝結構108上。根據未封裝器件106的位置，可能不得不在方框504中安裝封裝器件104之前安裝這樣的未封裝器件106。例如，如果將未封裝器件106安裝在封裝器件104的下面，那么將在安裝封裝器件104之前安裝未封裝器件106。在一個實施方式中，以與將封裝器件104安裝至安裝結構108(如上所述)同樣的方式將這些其它器件安裝在安裝結構108上。

在方框508中，用部件封裝件110(例如以用于對器件進行封裝的上述方式)來覆蓋器件和安裝結構108。在方框510中，將封裝部件100安裝在第二安裝結構156上(如圖1a中圖解的那樣)。在一個實施方式中，以與將封裝器件104安裝至安裝結構上(如上所述)同樣的方式可以將封裝部件100安裝在第二安裝結構156上，例如，用焊料150將封裝部件端子158電連接至第二安裝結構端子160。

可按照同時制造多個封裝器件104和/或封裝部件100的方式對封裝器件104和/或封裝部件100進行制造。因此，能夠將多個封裝器件104做成彼此相鄰。如圖6中所圖解的那樣，在一個實施方式中，能夠將這些封裝器件104制造在陣列600中，并且被諸如切口(kerf)之類的連接件602所接合。一旦組裝完，通過基本上消除連接件602的方式，例如通過鋸法，例如在方框502之后，能夠將各封裝器件104單個分出(singulate)。類似地，如以上對封裝部件100所圖解的那樣，能夠將多個封裝部件100一起制造?？梢詫⑦@些封裝部件100制造在陣列600中，并且例如在方框508之后，例如以上述方式可以將各封裝部件100單個分出。這樣，在一個實施方式中，上述方框502可以包含形成多于一個的封裝器件104和其中的凹槽122。在另一個實施方式中，方框502也可以包含例如通過鋸法的切口去除來單個分出陣列600的其中帶有凹槽122的封裝器件104。

已經通過所附的權利要求書限定了許多實例。盡管如此，將理解的是，在不背離所要求保護的本發(fā)明的范圍的情況下，可以對所描述的實例進行各種修改。本文所描述的特定實例的各特征和各方面能夠與其它實例的各特征和各方面相結合或者被其它實例的各特征和各方面所替代。因此，其它實例落入所附權利要求書的范圍內。

實施方式實例

實例1包含一種封裝器件，該封裝器件包含：器件；第一封裝件，所述第一封裝件覆蓋所述器件，并且具有一個或多個外表面；和一個或多個凹槽，所述一個或多個凹槽處于所述一個或者多個外表面中，并且被配置成接納第二封裝件。

實例2包含實例1的封裝器件，其中所述一個或多個凹槽位于所述第一封裝件的相對的表面上。

實例3包含實例1的封裝器件，其中所述第一封裝件是熱固塑料材料或者熱塑材料中的一種。

實例4包含實例1的封裝器件，其中所述第二封裝件是熱固塑料材料或者熱塑材料中的一種。

實例5包含實例1的封裝器件，其中所述器件是電感器。

實例6包含實例1的封裝器件，其中所述一個或多個凹槽中的至少一個凹槽的高度和寬度各自大于或者等于五十微米。

實例7包含實例1的封裝器件，其中所述一個或多個凹槽中的至少一個凹槽的寬度與所述一個或多個凹槽中的所述至少一個凹槽的高度之比在百分之五十與百分之一百之間。

實例8包含實例1的封裝器件，其中所述一個或多個凹槽是l形凹槽、平行四邊形凹槽和梯形凹槽中的一種。

實例9包含一種封裝部件，該封裝部件包含：被第一封裝件所封裝的一個或者多個封裝器件；其中每個封裝器件具有在所述第一封裝件上的外表面；位于所述外表面的至少一個外表面中的一個或多個凹槽；和覆蓋所述一個或者多個封裝器件的第二封裝材料，所述第二封裝材料基本上填充所述封裝器件中至少一個封裝器件的一個或者多個凹槽。

實例10包含實例9的封裝部件，該封裝部件進一步包含：安裝結構，所述封裝器件被附裝至所述安裝結構；位于所述封裝器件與所述安裝結構之間的間隙；以及其中所述第二封裝材料基本上填充所述間隙。

實例11包含實例9的封裝部件，其中所述第一封裝件是熱固塑料材料或者熱塑材料中的一種。

實例12包含實例9的封裝部件，其中所述第二封裝件是熱固塑料材料或者熱塑材料中的一種。

實例13包含實例9的封裝部件，其中一個封裝器件的外表面中的所述一個或者多個凹槽中的一個凹槽的寬度與這一個封裝器件的寬度之比在百分之一與百分之二十五之間。

實例14包含實例9的封裝部件，其中所述一個或多個凹槽中的至少一個凹槽之一的高度和寬度各自大于或者等于五十微米。

實例15包含實例9的封裝部件，其中所述一個或多個凹槽中的一個凹槽的寬度與這一個凹槽的高度之比在百分之五十與百分之一百之間。

實例16包含實例9的封裝部件，其中所述凹槽中的一個凹槽是l形凹槽、平行四邊形凹槽和梯形凹槽中的一種。

實例17包含實例9的封裝部件，其中所述封裝器件中的至少一個封裝器件是電感器、pwm控制器和驅動器、電容器以及至少一個功率晶體管中的一種。

實例18包含實例10的封裝部件，其中所述封裝部件是dc-dc電壓變壓器，所述dc-dc電壓變壓器包含：pwm控制器和驅動器；至少一個功率晶體管，所述功率晶體管連接至所述pwm控制器和驅動器的輸出部；以及輸出濾波器，所述輸出濾波器連接至所述至少一個功率晶體管。

實例19包含實例18的封裝部件，其中所述dc-dc電壓變壓器的輸出連接至處理系統(tǒng)。

實例20包含實例19的封裝部件，其中所述處理系統(tǒng)包含處理器，所述處理器連接至存儲器。

實例21包含一種方法，該方法包含以下步驟：用第一封裝件對器件進行封裝以形成封裝器件；以及在所述第一封裝件的一個或者多個表面上形成凹槽，所述凹槽被構造成接納隨后放置的第二封裝件，所述第二封裝件將會覆蓋所述封裝器件。