專利名稱：功率器件的自對(duì)準(zhǔn)電報(bào)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及電子器件，尤其涉及為半導(dǎo)體或其他電子芯片提供引線的裝置和方法的改進(jìn)。這里所說的器件指各種應(yīng)用這里所述的連接裝置和引線的集成電路以及各種電子器件，而不限于以半導(dǎo)體為基底的器件。
在電子領(lǐng)域，特別是半導(dǎo)體器件和電路的領(lǐng)域中，通常為主要執(zhí)行信號(hào)處理功能的器件提供重量輕的引線，而為傳輸大電流的器件提供重引線。細(xì)導(dǎo)線的線焊接和金屬箔片的接頭片焊接技術(shù)通常被用在信號(hào)處理器件上，這樣的導(dǎo)線和箔片一般只能傳輸微安或毫安級(jí)的電流，其典型厚度只有零點(diǎn)幾個(gè)密耳或幾個(gè)密耳。它們通常直接焊接到器件的焊接區(qū)上。
對(duì)于傳輸較大電流的器件，例如功率二極管和晶體管，或集成電路，往往需要流過從幾安培到幾十安培或幾百安培的電流，所以，焊到這些器件上的引線要粗一些，通常用從幾十到幾百密耳粗的金屬引線，它們往往通過低溫焊接(soldering)與器件的焊接區(qū)相連接。
當(dāng)使用這樣粗的引線時(shí)，引線與管芯或其他電子器件上的焊接區(qū)的對(duì)準(zhǔn)是很困難的，而且要在焊接過程中保持這種對(duì)準(zhǔn)也不容易。如果引線與管芯上的焊接區(qū)沒有對(duì)準(zhǔn)，就會(huì)降低生產(chǎn)的成品率和可靠性。
所以，本發(fā)明的目的之一就是為制造功率器件提供一種改進(jìn)了的裝置和方法，其中至少有一條引線與引線框和待連接引線的管芯上的焊接區(qū)自對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是為制造功率器件提供一種改進(jìn)了的裝置和方法，其中，管芯被安裝在一個(gè)引線框架上，由自對(duì)準(zhǔn)接觸片提供到器件上任一焊接區(qū)的連接，該接觸片跨接在管芯與引線框架其它部分之間。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是為制造功率器件提供一種改進(jìn)了的裝置和方法，其中引線框和自對(duì)準(zhǔn)接觸片都有在裝配過程中使接觸片與引線框?qū)?zhǔn)的配合表面。
本發(fā)明又一個(gè)目的是為制造功率器件提供一種改進(jìn)了的裝置和方法，其中，在裝配過程中，自對(duì)準(zhǔn)接觸片部分地在電連接材料(couplingmaterial)上浮動(dòng)，以便把它同引線框架連接起來。
本發(fā)明再一個(gè)目的是為制造功率器件提供一種改進(jìn)了的裝置和方法，其中，在裝配過程中，管芯也來回浮動(dòng)，并且使其相對(duì)于接觸片和引線框架上安置管芯的部位自對(duì)準(zhǔn)。
本發(fā)明的一個(gè)附加目的是為制造功率器件提供一種改進(jìn)了的裝置和方法，其中，自對(duì)準(zhǔn)是自動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。
這里所用的焊料一詞指任何導(dǎo)電的粘合材料，這些材料是半固態(tài)的或者至少在焊接過程中有時(shí)部分為液態(tài)的物質(zhì)，例如常規(guī)金屬、金屬合金、含環(huán)氧樹脂的金屬、其它導(dǎo)電塑料或類似物。
這里所說的芯片或管芯是指電子元件，例如二極管、晶體管、閘流管、集成電路、電阻、電容以及具有至少一個(gè)焊接區(qū)域的其他類似的元件，但并不局限于上述元件。
通過本發(fā)明即可達(dá)到上述的以及其它目的，并具有各種優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明包括一個(gè)電子芯片、一個(gè)引線裝置和一個(gè)連接裝置。電子芯片的第一表面用以同引線裝置連接，第二表面上有一用以同連接裝置相連接的焊接區(qū);引線裝置的第一部分用以裝配電子芯片，第二部分包括用以連接裝置對(duì)準(zhǔn)的第一對(duì)準(zhǔn)裝置;連接裝置用以連接引線裝置和電子芯片，其中，連接裝置具有與焊接區(qū)相耦合的第一部分以及帶有第二對(duì)準(zhǔn)裝置的第二部分，第二對(duì)準(zhǔn)裝置同第一對(duì)準(zhǔn)裝置相配合，用以使連接裝置對(duì)準(zhǔn)在引線裝置和焊接區(qū)之間。
焊接區(qū)和連接裝置的第一部分之間用第一種焊料連接，第一和第二對(duì)準(zhǔn)裝置之間用第二種焊料連接，電子芯片和引線裝置的第一部分之間用第三種焊料連接。第一種和第二種焊料，最好也包括第三種焊料，應(yīng)該有一個(gè)可控狀態(tài)，在這一狀態(tài)中，焊料至少部分是液態(tài)的，以便管芯和連接裝置能在其上浮動(dòng)，從而彼此自行對(duì)準(zhǔn)，同時(shí)也與引線裝置自對(duì)準(zhǔn)。
連接裝置的第一部分由管芯的焊接區(qū)支撐，連接裝置的第二部分裝配在第一對(duì)準(zhǔn)裝置之上。第一對(duì)準(zhǔn)裝置和第二對(duì)準(zhǔn)裝置在引線裝置和連接裝置上分別具有配對(duì)的凹陷或凸起形狀，這種形狀應(yīng)該允許連接裝置相對(duì)于引線裝置作橫向的或縱向的移動(dòng)，或者豎直轉(zhuǎn)動(dòng)，但不允許連接裝置有水平轉(zhuǎn)動(dòng)。
如上所述的包括一個(gè)電子元件在內(nèi)的器件，一般通過下列步驟獲得提供一個(gè)容納電子元件的支撐件;提供一個(gè)具有第一對(duì)準(zhǔn)裝置的引線裝置，第一對(duì)準(zhǔn)裝置用以容納連接裝置，該連接裝置帶有與之相配合的、使得引線裝置和連接裝置之間相互對(duì)準(zhǔn)的第二對(duì)準(zhǔn)裝置;提供一連接裝置，該裝置具有配合第一對(duì)準(zhǔn)裝置的第二對(duì)準(zhǔn)裝置，以及一個(gè)與電子元件相耦合的第一固定裝置;在支撐件和電子元件之間添加第一焊料;在第一對(duì)準(zhǔn)裝置和第二對(duì)準(zhǔn)裝置之間添加第二焊料;在固定裝置和電子元件之間添加第三焊料;暫時(shí)使連接裝置在第二和第三焊料上方浮動(dòng);最后，使第二和第三焊料凝固。
第一焊料可以在第二或第三焊料之前提供，或與第二焊料同時(shí)提供，或者與第二和第三焊料同時(shí)提供。
要求電子元件能在第一焊料上暫時(shí)地浮動(dòng)，同時(shí)，連接裝置也能在第二、第三焊料上暫時(shí)地浮動(dòng)，以便通過控制引線裝置和連接裝置上的對(duì)準(zhǔn)裝置使電子元件和連接裝置彼此對(duì)準(zhǔn)，并且與支撐件和引線裝置對(duì)準(zhǔn)。
還要求在引線裝置上以第一凹陷或凸起形式提供第一對(duì)準(zhǔn)裝置，在連接裝置上用與第一對(duì)準(zhǔn)裝置相配合的凸起或凹陷的形式提供第二對(duì)準(zhǔn)裝置。第二對(duì)準(zhǔn)裝置放在第一對(duì)準(zhǔn)裝置之上(其間用第二焊料連接)，靠重力和表面張力使焊料保持不動(dòng)，直到焊料凝固。在浮動(dòng)過程中至少還需要振動(dòng)支撐件。
引線裝置、支撐件和連接裝置的設(shè)置以及對(duì)三種焊料及其相對(duì)數(shù)量的選擇應(yīng)該使得熔化的焊料的表面張力能夠使連接裝置與引線裝置對(duì)準(zhǔn)，使連接裝置的固定部分之下的管芯處于中心位置，最終使得管芯和在管芯支撐件的管芯焊接區(qū)之上的連接裝置的固定部分處于中心位置，這樣，就能使這些部分自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。
參照下面的附圖及其說明，就能充分了解上述及其它優(yōu)點(diǎn)，并能更完整地理解本發(fā)明的宗旨。


圖1是按照現(xiàn)有技術(shù)制造的電子器件的俯視圖，其中一部分被剖開。圖2是圖1所示部位的截面圖。
圖3是按照本發(fā)明制造的電子器件的一部分的俯視圖，圖4-5是按圖3所示部位的截面圖。
圖6是按照本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例制造的電子器件一部分的俯視圖，其中部分被剖開。圖7是圖6所示部位的截面圖。
圖8是按照本發(fā)明再一個(gè)實(shí)施例制造的電子器件的一部分的俯視圖，其中部分被剖開。圖9是圖8所示部位的截面圖。
圖10是一個(gè)具有多個(gè)單元的電子引線框架的俯視圖，示出按照本發(fā)明的方法的一個(gè)實(shí)例。
圖1所示是按照現(xiàn)有技術(shù)制造的電子器件的部分剖開俯視圖，圖2是元件10的截面圖。以一個(gè)半導(dǎo)體器件為例，它包括具有管芯焊接區(qū)域13的管芯支撐件12、電子管芯(例如半導(dǎo)體芯片)16和導(dǎo)電電極14。在現(xiàn)有技術(shù)中，管芯支撐件12和接觸引線多以金屬制成，銅就是其中一例。
管芯16通過焊接劑19而被固定在支撐件12上。焊接材料26(例如，某種焊料)把管芯16的接觸部分22與導(dǎo)線14連接起來。由圖中可以看出，在管芯16的上面，圍繞著接觸部分22有一層絕緣材料18，但這不是必須的。
如果管芯16是半導(dǎo)體功率器件或別的必須通過一安培到數(shù)百安培電流的電子元件，支撐件12和引線14通常用比較厚的金屬制成，例如，厚度為十到幾百個(gè)密耳(0.25至幾個(gè)毫米)的銅柯伐(kovartm)或其它金屬。這樣的引線比較硬，在生產(chǎn)中，可能使管芯底座、管芯以及引線的對(duì)準(zhǔn)成為問題。而且，圖1-2所示的現(xiàn)有技術(shù)還有一個(gè)缺點(diǎn)，那就是焊料26容易溢到絕緣材料18上，這直接影響了生產(chǎn)的成品率和產(chǎn)品可靠性的提高。
圖1-2中所示的現(xiàn)有技術(shù)的布局也是很難裝配的，因?yàn)橐€12和14必須互相交疊把管芯16夾在中間。在這種情況下，管芯16被焊接到管芯底座13上以后，引線14必須從引線框架的其它部分折疊過來或分別提供，這兩種操作都需要附加的步驟，并必須謹(jǐn)慎地把引線14適當(dāng)對(duì)準(zhǔn)在管芯16和管芯底座13上。
這些以及其它存在于現(xiàn)有技術(shù)中的問題都可以通過本發(fā)明得到解決。圖3所示是本發(fā)明第一實(shí)施例的俯視圖，圖4是其截面圖，圖5是和圖4相似的截面圖，但它示出的是另一個(gè)實(shí)施例。
現(xiàn)在說明圖3-5。管芯16通過焊接劑20裝配到管芯底座13上，其接觸區(qū)域22被凸起的絕緣材料18包圍在中間。焊接劑20可以是導(dǎo)電的，也可以是絕緣的。如果用支撐件12、13作為與管芯16相連接的一條引線，那么，通常用導(dǎo)電的焊料作為焊接劑。
提供引線30和50向管芯16延伸，用它們作為管芯的外部連線。為方便起見，對(duì)準(zhǔn)裝置32和52置于引線30和50最靠近管芯16的一端。在圖3-5所示的例子中，引線30和50上的對(duì)準(zhǔn)裝置32和52的形狀是向下凹陷的，也可以采用別的形狀(例如凸起)。在圖3-4中，對(duì)準(zhǔn)裝置32基本上是一個(gè)半圓柱型的槽或別的二維圖形為圓形，而長度沿與引線30到管芯16連線相垂直的方向延伸的形狀。圖5中，對(duì)準(zhǔn)裝置52的兩維形狀是V形槽或類彎折凹陷形，其長度沿與引線50到管芯16連線相垂直的方向延伸。圖中所示的對(duì)準(zhǔn)裝置32、42和52、62是向下凹陷的，也可以是向上凸起的。
圖3-5中，連接裝置或連接片40、60從引線30、50延伸到管芯16上的接觸區(qū)域22。連接片或連接裝置40和60與引線30和50上的對(duì)準(zhǔn)裝置32和52相連的一端有對(duì)準(zhǔn)裝置42和62，另一端是連接到管芯接觸區(qū)或焊接區(qū)22上的固定裝置46和66。對(duì)準(zhǔn)裝置42和62的形狀與對(duì)準(zhǔn)裝置32和52相吻合。由圖3可以看出，對(duì)準(zhǔn)裝置32、52和42、62的槽形結(jié)構(gòu)使得連接裝置40和60能沿與引線30和50到管芯16接觸區(qū)22的連線相垂直的方向移動(dòng)，但不能在指向接觸區(qū)22的方向上相對(duì)于引線30、50和管芯接觸區(qū)22移動(dòng)，也不能在圖3所示的水平面內(nèi)相對(duì)于引線30、50或焊接區(qū)22轉(zhuǎn)動(dòng)。但在裝配過程中，連接裝置40、60卻可以在如圖4-5所示的豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。這是人們所期望的，因?yàn)檫@樣可以在待安裝的管芯16的厚度發(fā)生各種實(shí)質(zhì)性變化時(shí)，不用改變引線框架或連接裝置，從而簡化了生產(chǎn)過程。圖4所示的圖形對(duì)達(dá)到此目的是特別有用的，因?yàn)閷?duì)準(zhǔn)裝置30和42的嵌套彎折表面形成了一個(gè)可轉(zhuǎn)動(dòng)的樞紐，使得在未改變對(duì)準(zhǔn)裝置32和42空間位置的條件下，連接裝置40能相對(duì)于引線30在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)。從這方面來說，連接裝置40靠近接觸區(qū)22的一端也應(yīng)該是彎曲的，如圖4中的固定裝置46所示。
連接裝置40和60具有固定裝置46和66，用以同管芯接觸區(qū)22相連接。圖4表示了固定裝置46具有略具圓形的底部48的情形，圖5所示的固定裝置66的底部68基本上是扁平的。在兩種情況下，固定裝置46和66都必須朝管芯接觸區(qū)22凸起，以免焊料溢出到絕緣材料18的表面上。固定裝置46和66可以是半圓柱形或其它基本上為軸對(duì)稱的形狀，也可以是半橢球形或別的三維形狀，如卡爾福斯(kalfus)等人所解釋的。
連接片40和60通過焊接材料36和56與引線30和50連接，并通過焊接材料38和58與管芯接觸區(qū)22相連。導(dǎo)電性焊料即可作為適當(dāng)?shù)暮附硬牧鲜褂谩：附硬牧?6、56和38、58必須能同時(shí)被液化或同時(shí)保持液態(tài)，而且與此同時(shí)，管芯的焊接材料20也必須保持液態(tài)。焊接材料20可以為導(dǎo)電材料，但這不是必須的，因?yàn)樵诤芏嗲闆r下，可以在管芯上的其它地方做出連接到引線端(圖中沒有畫出)的接觸區(qū)。
如果材料20、36、56和38、58是焊料，那么必須選擇熔點(diǎn)相同的材料。如果這些固定或焊接材料中的一種或多種是玻璃或塑料(不管是否導(dǎo)電)，那么它們?cè)谘b配過程中必須在其他導(dǎo)電性焊接材料為液態(tài)或部分液態(tài)的同時(shí)也暫時(shí)地，至少部分地處于液態(tài)。換句話說，固定或焊接材料具有一個(gè)共同的狀態(tài)是很重要的，例如在一個(gè)共同的溫度范圍內(nèi)或在共同的焊接條件下，或其它共同條件下，它們處于半固態(tài)或至少部分液態(tài)。
焊接材料的完全熔化是人們所期望的，但并不是必要的。最低限度是，焊接材料必須充分熔化以使連接片(最好還有電子器件)能在半固態(tài)或部分液態(tài)的焊接材料上浮動(dòng)，并能相對(duì)于引線12、30和50自由地作橫向的移動(dòng)。正如后面將要詳細(xì)描述的那樣，在引線12、30、50和管芯16，以及連接片40、60通過其間的各種焊料被裝配起來之后，各種不同的連接材料仍暫時(shí)地熔化或處于液態(tài)，以便連接片40、60能在液化了的焊接材料36、56和38、58上浮動(dòng)，以及使管芯16能在液化了的焊接材料20上浮動(dòng)。這樣，靠表面張力和相匹配的對(duì)準(zhǔn)裝置的作用，使管芯、連接片和引線自行對(duì)準(zhǔn)。如果管芯的焊接材料和連接片的焊接材料能同時(shí)處于液態(tài)，即可獲得最佳效果，那么，即使只有連接片的焊接材料同時(shí)處于液態(tài)，也能獲得一些改善。
我們發(fā)現(xiàn)選取金屬合金材料作為焊料非常適用，當(dāng)然，也可選取其它材料。在焊料的選取中，重要的是選取的材料要易于沾潤引線但不易于沾潤管芯上臨近不需要與引線或焊料相接觸的焊接位置的區(qū)域，因?yàn)閷?dǎo)電引線通常是電導(dǎo)率很高的金屬，而臨近的管芯區(qū)域通常為鈍化絕緣材料所覆蓋，所以在這些位置上，所選取的焊料最好要優(yōu)先沾潤這樣的金屬而不充分沾潤鈍化絕緣材料。就這方面來說，金屬合金焊料通常比我們所知道的大部分導(dǎo)電塑料和玻璃更好。
圖6-9示出本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例，圖6和圖8是類似于圖3和圖7的局部俯視剖面圖，圖7和圖9是類似于圖4-5的截面圖。在圖6和圖8中，使用焊料20將管芯16安裝在支撐件12的底座13上。同前面所述一樣，管芯16的接觸區(qū)或焊接區(qū)22是朝上的。
引線70。90和焊接區(qū)22通過連接片80、100連接起來。如圖6-7所示，引線70的對(duì)準(zhǔn)裝置72是向下凹陷的，其長軸方向指向管芯16和焊接區(qū)22，連接片80的對(duì)準(zhǔn)裝置82的底部和兩側(cè)84與對(duì)準(zhǔn)裝置72的底部和兩側(cè)面74吻合。但對(duì)準(zhǔn)裝置82比對(duì)準(zhǔn)裝置72短一些，以便連接片80能在指向管芯焊接區(qū)22的方向上移動(dòng)，但不能在與此方向垂直的方向上移動(dòng)，也不能相對(duì)于引線70和焊接區(qū)22水平地移動(dòng)。若對(duì)準(zhǔn)裝置72的長、寬和82的長、寬大體相同，那么引線70和連接片80之間在任何方向上都不能相對(duì)運(yùn)動(dòng)。導(dǎo)電性的焊接材料76，如某種焊料，把對(duì)準(zhǔn)裝置72和82連接起來。
連接片80的一端向下凸起形成區(qū)域86，其底部88通過焊接材料78與焊接區(qū)22焊接起來。底部88大體是扁平的或球狀的。如圖6-9所示，固定區(qū)域86比焊接區(qū)22的面積大，在這種情況下，區(qū)域86必須是凹陷的，也就是說，向接觸區(qū)22凸起，以便當(dāng)86的底部88偏離焊接區(qū)22的中心時(shí)，使固定區(qū)域的下表面88和絕緣材料18的上表面之間保持一定的距離。這樣可以避免焊接材料溢出到18的表面上，這在上面所提到的卡爾福斯等人的共同申請(qǐng)中有詳細(xì)描述。
圖8-9所示為本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，其中。引線90上的對(duì)準(zhǔn)裝置92和連接片100上的對(duì)準(zhǔn)裝置102基本上是旋轉(zhuǎn)對(duì)稱的。對(duì)準(zhǔn)裝置92的底部側(cè)面94與對(duì)準(zhǔn)裝置102的底部和側(cè)面104相吻合。這種設(shè)計(jì)使連接片100和引線90之間可相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)，但不能相對(duì)作橫向運(yùn)動(dòng)。引線90和連接片100通過導(dǎo)電的焊接材料96連接起來。
從以上的敘述可知，可以選擇允許對(duì)準(zhǔn)裝置相對(duì)運(yùn)動(dòng)的自由度，來適應(yīng)管芯的位置和在生產(chǎn)過程中可能出現(xiàn)的引線對(duì)準(zhǔn)誤差的類型。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)了解，基于這里的描述，再結(jié)合他們具體的環(huán)境，可以明白究竟圖示中的哪一種實(shí)施例最能滿足他們的要求。
圖10說明了本發(fā)明的方法，引線框架120分為六個(gè)獨(dú)立部分120A-F，每一部分說明按照本發(fā)明制造電子器件的一個(gè)步驟。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)很清楚，在實(shí)際過程中，引線框架120的各部分120A-F都要經(jīng)過一組不同步驟的處理。在120A-F的每一部分中示出的不同步驟只不過是為了使說明更簡要。
取一個(gè)硅整流器管芯作為樣品，其橫向大小為37×37到105×105密耳(0.94到2.7mm2)，四周為隆起的絕緣材料所包圍，如卡爾福斯等人所述。焊接區(qū)22的典型尺寸為29到94平方密耳(0.74到2.4mm2)。
引線框架120與圖3和圖5所示的形狀相符，但正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將了解的那樣，這只是為了說明的方便，并不局限于此，任何已描述的引線和連接片的形狀或與其等價(jià)的形狀都可應(yīng)用。引線框架120上有常規(guī)的框條122、124和帶有索引孔126的邊框128。
在120A中，提供了具有管芯焊接區(qū)域13的支撐件12和具有對(duì)準(zhǔn)裝置52的引線50。用工藝上的術(shù)語來說，區(qū)域13稱為底座。在圖示中，假定由引線12和13完成與管芯16一個(gè)側(cè)面的電接觸。但是，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將會(huì)了解到，這不是必須的，即引線12和13可以僅作為管芯16的機(jī)械支撐或傳熱裝置。區(qū)域13的典型大小為80×90到115×135密耳(2.0×2.2到2.9×3.4mm)，引線框架120的典型厚度為5-15密耳(0.13到0.38mm)或更大一些。
120B中，管芯焊接材料20被加在區(qū)域13上。作為焊接材料20，通常方便地使用一種釬焊焊劑或釬焊錠料。對(duì)于硅半導(dǎo)體管芯，這種焊劑的成分取為88∶10∶2(Pb∶Sn∶Ag)是合適的。但其它公知的焊接材料也可以使用。把大約0.5到3.0毫克的焊劑涂在底座13上就可形成令人滿意的焊接材料20，但數(shù)量上多一點(diǎn)或少一點(diǎn)也可以。考慮到不同的焊接區(qū)域的相對(duì)大小，可以使用同樣的焊劑和大致相同的數(shù)量作為焊接材料56和58。
在120c中，管芯16被安裝在焊接材料20上，引線焊接材料58的提供可以作為這一生產(chǎn)步驟的一部分，也可以在以后的步驟中添加。這里故意把管芯16畫得與底座13稍有些未對(duì)準(zhǔn)，以便說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和方法所產(chǎn)生的自對(duì)準(zhǔn)作用。
如果焊接材料56、58還沒有涂上，那么現(xiàn)在涂上是很方便的。前面所述的焊劑的成份對(duì)焊接材料56和58都是適用的，其數(shù)量根據(jù)焊接區(qū)22的大小來確定，一般情況下和前面所述數(shù)量相似或略少。
在步驟120D，把連接片60放到焊接材料56和58上，銅制的連接片60的厚度取為5到15密耳(0.13到0.48mm)或略厚一點(diǎn)都是合適的。焊接區(qū)固定裝置66必須比焊接區(qū)22窄5-15密耳(0.13-0.38mm)。連接片60和對(duì)準(zhǔn)裝置62可以比引線50略微窄一些，但這不是必須的。雖然在圖中沒有表示出來，但圖6-9所描述的各類連接片同樣能在這里得到很好的結(jié)果。
對(duì)準(zhǔn)裝置62置于對(duì)準(zhǔn)裝置52上的焊接材料56之上，固定裝置66置于接觸區(qū)22上的焊接材料58之上。管芯16及連接片60不必完全精確地放置，在120D中，連接片60故意相對(duì)于管芯16和引線50有略微的未對(duì)準(zhǔn)，用以說明本發(fā)明的自對(duì)準(zhǔn)功能。
當(dāng)裝配完畢的管芯、連接片、引線框架以及其間的焊接材料被加熱時(shí)，管芯16在20上浮動(dòng)，連接片60在焊料56和58上浮動(dòng)，槽62和52完全吻合。對(duì)上面所說的焊劑，加熱到大約340℃的最高溫度持續(xù)三分鐘就可以了。米爾瓦基(Milwaukee)市的林德堡(Lindberg)公司生產(chǎn)的具有兩吋寬的帶子的二十呎長、四區(qū)燃?xì)鋷郊訜釥tWI可以用來熔化焊劑，不過用其它的爐子也行。在可控的保護(hù)氣氛中熔化焊劑的裝置和方法在本領(lǐng)域中是公知的。
對(duì)準(zhǔn)裝置52和62之間焊料浸潤的接觸面設(shè)計(jì)得比管芯焊接區(qū)22和固定裝置66之間的，或管芯16和底座13之間的要大，這保證了將連接片60和引線50上的槽52相對(duì)準(zhǔn)的表面張力占主導(dǎo)地位。這樣，連接片60自動(dòng)地趨于引線50的中心，并且，由于對(duì)準(zhǔn)裝置52的作用，連接片60正好也指向底座13的中心。
因?yàn)榈鬃?3基本上被焊料20所覆蓋，所以管芯16在20上沒有一個(gè)非常優(yōu)先的位置，它能滑到覆有焊料的任何部位，但不會(huì)超出焊料的邊緣。只要焊接材料處于液態(tài)，管芯16就能在底座13上焊料所沾潤的區(qū)域內(nèi)移動(dòng)。
當(dāng)焊料熔化時(shí)，連接片60上的固定裝置66和管芯焊接區(qū)22被熔化的焊料58連接起來。因?yàn)檫B接片60靠近焊接區(qū)22的那個(gè)部分66比焊接區(qū)22略小，并且固定裝置66沿其周邊離開焊接區(qū)22向上彎曲，所以，管芯焊接區(qū)22和固定裝置66趨于自對(duì)準(zhǔn)，使66正好處于22的中心。
由于連接片60被對(duì)準(zhǔn)裝置52、62和其間的表面張力所限制，在管芯16和管芯焊接區(qū)13上滑動(dòng)以便使22處于固定裝置66中心時(shí)，連接片60也必然保持在引線50的中心位置。這樣，焊接材料20、56和58處于液態(tài)時(shí)，在它們上面浮動(dòng)的管芯16、連接片60和引線50的組合運(yùn)動(dòng)使這幾個(gè)部分自動(dòng)對(duì)準(zhǔn)。這就是圖120E所示的情形。
焊接材料一熔化，自對(duì)準(zhǔn)就開始了。之后，冷卻該組件使焊接材料凝固，從而把各部分連接起來并保持對(duì)準(zhǔn)好的位置。
在120F中，示出包覆在已裝配好的部分上的封裝材料130的壓模，這是眾所周知的常規(guī)工藝。封裝以后，去掉框條122、124和邊框128，得到一個(gè)完整的元件，這些操作都是常規(guī)工藝。
在焊料熔化操作中，要輕輕地?fù)u動(dòng)各部分以便于浮動(dòng)和滑動(dòng)運(yùn)動(dòng)，這種運(yùn)動(dòng)同表面張力和對(duì)準(zhǔn)裝置結(jié)合起來使得各部分自行對(duì)準(zhǔn)。搖動(dòng)量不必太大，由焊料回流爐中移動(dòng)的金屬帶所引入的震動(dòng)就足夠了。
在120B-C所示的固定管芯的步驟中，焊接材料基本上覆蓋住底座13，但這不是必須的。在13的中心涂上一滴焊劑，在把管芯16放于其上以后，焊劑就被擠壓而水平地散向四周，這樣同樣會(huì)得到很好的結(jié)果。不過，這樣做時(shí)，必須十分小心地把焊劑和管芯置于13的中心，因?yàn)榈鬃?3上沾潤有焊劑的面積的任一點(diǎn)減少都會(huì)使焊料熔化和自對(duì)準(zhǔn)過程中管芯16可以在其上滑動(dòng)的面積減小。
正如所描述的那樣，禁止水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)的引線對(duì)準(zhǔn)裝置和連接片是人們所需要的，因?yàn)檫B接片的水平轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)削弱連接片與管芯相連的一端和管芯底座中心對(duì)準(zhǔn)的趨勢(shì)。這樣，就對(duì)準(zhǔn)裝置而言，圖3-7所示的設(shè)置比圖8-9所示的設(shè)置要好一些。本發(fā)明的所有結(jié)構(gòu)都允許連接片在豎直平面內(nèi)相對(duì)于引線和管芯作轉(zhuǎn)動(dòng)，以適應(yīng)管芯厚度的變化和焊接區(qū)22及對(duì)準(zhǔn)裝置32、52、72或92的高度變化。
通過以上的描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員均很明白本發(fā)明提供了一種改進(jìn)的自對(duì)準(zhǔn)器件結(jié)構(gòu)，使管芯處于底座中心，連接引線處于焊接區(qū)的中心，同時(shí)也使連接引線和管芯的外引線對(duì)準(zhǔn)。這樣，由于獲得了較牢固的焊接連接，減少了生產(chǎn)中的缺陷，也大大提高了可靠性。
此外，管芯焊接區(qū)和連線之間的自對(duì)準(zhǔn)功能增強(qiáng)了器件抗電沖擊的能力。一般情況下，連接到管芯焊接區(qū)上的引線要比焊接區(qū)本身小，以保證不會(huì)因沒有對(duì)準(zhǔn)而接觸到周圍的絕緣材料。由于器件的自對(duì)準(zhǔn)功能，管芯的焊接區(qū)和與其相連的引線之間只需要提供較小的對(duì)準(zhǔn)余地，這樣，連接裝置引線部分可以做得比非對(duì)對(duì)準(zhǔn)器件的大一些。這就允許較多的高電導(dǎo)率金屬(例如，銅連線)靠近接觸區(qū)，并允許在接觸區(qū)與引線之間填充較多的焊料，而不至于溢出到芯片上臨近的絕緣材料上。這種組合提高了器件的抗電沖擊性，又不至于由于焊料的漫延而增加產(chǎn)生短路的可能性。
而且，本發(fā)明允許連接片在豎直平面內(nèi)運(yùn)動(dòng)從而改進(jìn)了制造公差。
此外，基于這里的描述，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)清楚地認(rèn)識(shí)到運(yùn)用已經(jīng)描述的原理和精神即可對(duì)本發(fā)明作很多更改，并得到各種變型。因此，在下面的權(quán)利要求書中，包括了所有這樣的更改和變型。
權(quán)利要求
1.一種電子器件，其特征在于包括一片電子芯片，其第一表面用以連接引線裝置，第二表面上具有用以與接觸引線連接的焊接區(qū)；引線裝置，其第一部分用以容納電子芯片，第二部分具有第一對(duì)準(zhǔn)裝置，用以與連接裝置對(duì)準(zhǔn)；和連接裝置，用于將引線連接到電子芯片上，其第一部分與焊接區(qū)連接，第二部分有一與第一對(duì)準(zhǔn)裝置配合的第二對(duì)準(zhǔn)裝置，用以將引線裝置和焊接區(qū)之間的連接裝置對(duì)準(zhǔn)。
2.按照權(quán)利要求1的器件，包括在焊接區(qū)和連接裝置的第一部分之間的第一焊接材料以及在第一、第二對(duì)準(zhǔn)裝置之間的第二焊接材料。
3.按照權(quán)利要求1的器件，包括在焊接區(qū)和連接裝置的第一部分之間的第一焊接材料、第一和第二對(duì)準(zhǔn)裝置之間的第二焊接材料和在電子芯片與引線裝置的第一部分之間的第三焊接材料，第一、第二和第三焊接材料有共同的液化狀態(tài)。
4.按照權(quán)利要求1的器件，其中第一對(duì)準(zhǔn)裝置包括第一凹陷部分，第二對(duì)準(zhǔn)裝置包括一個(gè)與第一凹陷部分相配合的第二凹陷部分。
5.按照權(quán)利要求1的器件，其中第一對(duì)準(zhǔn)裝置包括第一凸起部分，第二對(duì)準(zhǔn)裝置包括一個(gè)與第一凸起部分相配合的第二凸起部分。
6.一種半導(dǎo)體器件，其特征在于包括一個(gè)支撐件，其上有管芯焊接區(qū)域;一根引線構(gòu)件，包括一個(gè)用于對(duì)準(zhǔn)獨(dú)立的連接裝置的第一對(duì)準(zhǔn)裝置;一個(gè)半導(dǎo)體管芯，它被安裝在管芯焊接區(qū)，其上有用于容納連接裝置的焊接區(qū);連接裝置，具有與第一對(duì)準(zhǔn)裝置相配合的第二對(duì)準(zhǔn)裝置，以及靠近管芯上焊接區(qū)的連接區(qū);和第一焊接材料，用以連接焊接區(qū)和連接區(qū)，第二焊接材料，用以連接配對(duì)的對(duì)準(zhǔn)裝置。
7.一種裝配半導(dǎo)體器件的方法，其特征在于包括以下步驟提供一個(gè)引線框架，其第一部分用以容納管芯，第二部分用以連接半導(dǎo)體管芯上的焊接區(qū)，第二部分上有第一對(duì)準(zhǔn)裝置;在引線框架的第一部分上裝配上一半導(dǎo)體管芯，該管芯有一連接外引線的焊接區(qū);和把連接引線安裝在管芯的焊接區(qū)和第一對(duì)準(zhǔn)裝置之間，連接引線有與第一對(duì)準(zhǔn)裝置相配合的第二對(duì)準(zhǔn)裝置。
8.按照權(quán)利要求7的方法，進(jìn)一步包括下列步驟通過在連接裝置和焊接區(qū)以及彼此配合的對(duì)準(zhǔn)裝置之間的焊接材料在裝配過程中至少部分暫時(shí)為液態(tài)，使得引線在管芯和引線裝置的第二部分之間被對(duì)準(zhǔn)。
9.按照權(quán)利要求8的方法，其中，對(duì)準(zhǔn)步驟包括通過在半導(dǎo)體管芯和引線裝置的第一部分之間填充焊接材料來實(shí)現(xiàn)管芯和連接引線的對(duì)準(zhǔn)，這種焊接材料在裝配過程中臨時(shí)部分是液化。
10.按照權(quán)利要求8的方法，進(jìn)一步包括在對(duì)準(zhǔn)過程中至少適當(dāng)?shù)卣饎?dòng)引線框架。
全文摘要
本發(fā)明使用一管芯的片狀引線框架和框架與半導(dǎo)體管芯焊接區(qū)之間的獨(dú)立連接片，改進(jìn)了制造功率器件引線的裝置和方法。引線框架有一對(duì)準(zhǔn)槽，用以同連接片一端的對(duì)準(zhǔn)裝置配合，連接裝置另一端置于管芯接觸區(qū)上。在管芯與引線框架、連接裝置和接觸區(qū)、配對(duì)的對(duì)準(zhǔn)裝置之間填加焊料。焊料熔化后，管芯和連接片浮于其上，并靠表面張力自行對(duì)準(zhǔn)，使管芯和連接片分別處于支撐件和焊接區(qū)中心，而連接片和框架上的配合對(duì)準(zhǔn)區(qū)彼此吻合。
文檔編號(hào)H01L23/495GK1041065SQ89106979
公開日1990年4月4日 申請(qǐng)日期1989年9月7日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月9日
發(fā)明者馬丁·卡爾福斯, 羅伯特·A·古什 申請(qǐng)人:莫托羅拉公司