專利名稱：無焊料電子組件及其制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及電子組件領(lǐng)域，更具體地講，本發(fā)明涉及但不限于不 使用焊料的電子產(chǎn)品的制造與組裝。
背景技術(shù)：
自電子工業(yè)的最早期以來，電子產(chǎn)品的組裝，更具體地講電子部件永久 地組裝到印刷電路板，就已經(jīng)涉及利用某種形式的相對(duì)低溫的焊料合金(例
如，錫/鉛或Sn63/Pb37)。原因是多樣的，但是最重要的原因是能容易地連 接印刷電路和很多電子部件的引線之間成千的電子互連。
鉛是高毒物質(zhì)，鉛的暴露可以產(chǎn)生廣為熟知的不利健康的影響。關(guān)于該 文的重要性是，焊接操作產(chǎn)生的煙霧對(duì)工人是危險(xiǎn)的。該工藝可以產(chǎn)生鉛氧 化物(來自鉛基焊料)和松香(來自焊料熔劑)結(jié)合的煙霧。這些成分的每 一種已經(jīng)顯示出潛在的危險(xiǎn)。另外，如果減少電子設(shè)備中的鉛量，也會(huì)減輕 采礦和冶煉上的壓力。開采鉛會(huì)污染當(dāng)?shù)氐叵滤?yīng)。冶煉會(huì)導(dǎo)致工廠、工 人和環(huán)境的污染。
減少鉛用量也會(huì)減少廢棄電子裝置中的鉛量，降低垃圾中和其它不安全 位置中鉛的水平。由于回收用過的電子產(chǎn)品的難度和成本以及疏于對(duì)垃圾出 口的強(qiáng)制立法，大量用過的電子產(chǎn)品被輸送到環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)較低并且工作條件較 差的諸如中國(guó)、印度和肯尼亞的一些國(guó)家。
因此，存在減少錫/鉛焊料的市場(chǎng)和立法壓力。具體地，歐盟于2003年 2月批準(zhǔn)了在電氣和電子設(shè)備中使用某些有害物質(zhì)的限制令(Directive on the Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment)(通常稱為有害物質(zhì)限制令或者RoHS )。 RoHS限制令 于2006年7月1日生效，被要求強(qiáng)制實(shí)行并成為每個(gè)成員國(guó)的法律。該限 制令限制了在各種類型電氣和電子設(shè)備的制造中使用包括鉛的六種有害材 料。這與廢舊電氣和電子設(shè)備限制令(WEEE， Waste Electrical and Electronic Equipment Directive) 2002/96/EC緊密相關(guān)，其設(shè)定了電氣 產(chǎn)品的收集、回 收和再利用的目標(biāo)，并且是開始解決大量有毒電子裝置垃圾問題的立法的一 部分。
RoHS沒有排除在所有電子裝置中使用鉛。在要求高可靠性的某些裝置 中(如醫(yī)療裝置)，允許繼續(xù)使用鉛合金。因此，電子裝置中的鉛繼續(xù)受到 關(guān)注。電子工業(yè)一直在尋求錫/鉛焊料的可實(shí)現(xiàn)的替代物。當(dāng)前使用的大部分 常規(guī)替代物是SAC類物質(zhì)，其是含錫(Sn)、銀(Ag)和銅(Cu)的合金。
SAC焊料也具有嚴(yán)重的環(huán)境問題。例如，開采錫對(duì)于當(dāng)?shù)睾腿澜缍际?有害的。在亞馬遜雨林發(fā)現(xiàn)了大量的錫礦藏。在巴西，這已經(jīng)引起了道路修 筑、森林欲伐、移民、土壤退化、大壩、尾礦池和土丘的產(chǎn)生、以及冶煉搮:作。在巴西開釆錫的最嚴(yán)重的環(huán)境影響大概是河流和小溪的淤泥充塞。這樣 的退化永久地改變了動(dòng)物和植物的形態(tài)、毀壞了基因庫、改變了土壤結(jié)構(gòu)、 引入了有害物和疾病、并且造成不可恢復(fù)的生態(tài)損失。
由巴西環(huán)境的管理不善引起的世界范圍內(nèi)的生態(tài)問題是眾所周知的。這 些生態(tài)問題覆蓋了從雨林破壞引起的全球變暖壓力到動(dòng)植物生命多樣性破 壞造成的對(duì)制藥工業(yè)的長(zhǎng)久損害。巴西采礦僅是錫工業(yè)的破壞性影響的 一個(gè) 示例。大量的礦藏和開采操作也出現(xiàn)在印度尼西亞、馬來西亞和中國(guó)這樣的 發(fā)展經(jīng)濟(jì)的態(tài)勢(shì)超過了對(duì)生態(tài)保護(hù)的關(guān)注的發(fā)展中國(guó)家中。
SAC焊料還具有其它問題。它們需要高溫、浪費(fèi)能量、脆弱、并且會(huì)引 起可靠性問題。熔化溫度使得部件和電路板可能被損壞。各合金組成的化合 物的正確用量仍在研究之中，并且長(zhǎng)期穩(wěn)定性是未知的。而且，如果表面準(zhǔn) 備不適當(dāng)，SAC焊料工藝傾向于形成短路(例如，"錫須(tin whiskers)" 和開路。無論采用錫/鉛焊料還是SAC類物質(zhì)，致密金屬都會(huì)增加電路組件 的重量和高度。
因此，需要焊接工藝及其隨后的環(huán)境和實(shí)際問題的替代物。
盡管焊料合金已經(jīng)很普遍，但是也已經(jīng)提出和/或采用了其它的接合材 料，諸如導(dǎo)電粘合劑形式的所謂的"聚合物焊料"。此外，人們還致力于通 過為部件提供插口來制作可分離的連接。還有開發(fā)為連接功率和信號(hào)負(fù)載導(dǎo) 體的電氣和電子連接器，該連接器被描述為具有要求施加恒定的力或壓力的 各種彈性接觸結(jié)構(gòu)。
于此同時(shí)，人們已經(jīng)持續(xù)地致力于使更多的電子裝置具有更小的體積。 因此，最近幾年，在電子工業(yè)內(nèi)對(duì)集成電路(IC)芯片堆疊在封裝體內(nèi)以及 IC封裝體本身堆疊的各種方法很感興趣，所有這些都是旨在減少沿Z或垂 直軸的組裝尺寸。人們也正在致力于通過在電路板內(nèi)埋設(shè)某些部件(主要為 無源器件)來減少印刷電路板(PCB)上的表面安裝部件的數(shù)量。
在IC封裝的創(chuàng)建過程中，人們也曾致力于通過直接在基板內(nèi)設(shè)置未封 裝的IC器件并通過對(duì)芯片接觸直接鉆孔和鍍覆使它們互連來埋設(shè)有源器件。 盡管這樣的解決方案在特定的應(yīng)用中提供了益處，但是芯片的輸入/輸出 (1/0)端子會(huì)非常小，并且成為精確地制作這種連接的挑戰(zhàn)。而且，制造 完成的器件可能不會(huì)成功地通過老化測(cè)試，從而使得前功盡棄。
另一個(gè)關(guān)注的領(lǐng)域是熱管理，這是因?yàn)槊芗庋b的IC會(huì)產(chǎn)生降低電子產(chǎn)品的可靠性的高的能量密度。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供電子組件及其制造方法。預(yù)測(cè)試和老化部件(包括具有外部 1/0接觸的電氣、電子、電光、電-機(jī)械裝置和用戶界面裝置)凈皮設(shè)置在平面 基底上。用帶孔的焊接掩模、電介質(zhì)或者電絕緣材料(在該申請(qǐng)(包括權(quán)利 要求)中統(tǒng)稱為"絕緣材料")封裝該組件，該孔為形成或鉆成的通孔以到 達(dá)部件的引線、導(dǎo)體和端子(在該申請(qǐng)(包括權(quán)利要求)中統(tǒng)稱為"引線")。 然后，鍍覆該組件，并且重復(fù)封裝和鉆孔工藝而構(gòu)建希望的層。因?yàn)橥變H 需要暴露部件引線區(qū)域的一部分，所以線路可以密集設(shè)置。基板的有部件結(jié) 合的區(qū)域可以是柔性的，允許組件在電子裝置中裝配為各種形狀。
用新的反向互連工藝(RIP)構(gòu)建的組件不使用焊料，因此避開使用鉛、
錫和相關(guān)加熱的問題。術(shù)語"反向"是指組件順序的反向；首先設(shè)置部件再 制造電路層，而不是首先設(shè)置PCB然后安裝部件。不需要傳統(tǒng)的PCB (盡 管可以選擇性集成)，縮短了制造周期，降低了成本和復(fù)雜性，并且減少了 PCB的可靠性問題。
RIP產(chǎn)品是耐機(jī)械沖擊和熱循環(huán)疲勞失效的。與設(shè)置在PCB板上的傳統(tǒng) 產(chǎn)品相比，結(jié)合到RIP產(chǎn)品的部件不要求與表面隔開，并且因此具有較小的 輪廓，可以更密集地設(shè)置。而且，因?yàn)椴恍枰浐附泳庸?，而僅需較少的 材料和較少的工藝步驟，所以RIP產(chǎn)品降低了成本。另外，RIP產(chǎn)品能承受 適當(dāng)?shù)臒崃吭黾?包括改善散熱材料和方法)，也可以提供整體的電磁干擾 (EMI)屏蔽。而且，該結(jié)構(gòu)可以組裝有埋設(shè)的電氣和光學(xué)部件。 本發(fā)明通過下述內(nèi)容克服了許多現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)
去除對(duì)電路板的需要；
去除對(duì)焊接的需要；
去除了 "錫須"的問題；
去除了細(xì)小間隔部件？ 1線間難于清理的需要；
去除了對(duì)依從？ I線或依從焊接連接的需要；
去除了對(duì)適應(yīng)性引線或適應(yīng)性焊料連接的需要；
去除了與很多不同制造階段和壽命終止的電子垃圾相關(guān)的大量問
題；以及去除了與在脆弱部件上使用高溫?zé)o鉛焊料有關(guān)的熱問題。 本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)包括
由于結(jié)構(gòu)幾乎完全是疊加的，所以減少了制造垃圾；
減少了構(gòu)造中的材料使用；
由于不需要可能的有毒金屬，所以是環(huán)境友好的；
減少了工藝步驟；
降低了測(cè)試要求；
低熱加工，從而導(dǎo)致能量節(jié)約；
降低了成本；
減小了組件的輪廓；
增強(qiáng)了可靠性；
可能具有更好的性能或者更長(zhǎng)的電池壽命； 提高了抗機(jī)械沖擊、振動(dòng)和物理損壞的IC保護(hù)； 由于使用的器件不直接可見，因此改善了設(shè)計(jì)安全性； 由于可以涂覆最后的金屬涂層，所以電子裝置全面屏蔽； 改善了熱性能；
使整體的邊緣卡連接器成為可能； 改善了存儲(chǔ)模塊的設(shè)計(jì)； 改善了電話模塊的設(shè)計(jì)； 改善了計(jì)算機(jī)卡模塊的設(shè)計(jì)； 改善了智能卡和RFID卡的設(shè)計(jì)； 改善了發(fā)光模塊。
結(jié)合附圖，參考下面的具體描述，可以更好地理解本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和操作 上的細(xì)節(jié)以及本發(fā)明的很多附加優(yōu)點(diǎn)，各附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)通篇表示相 同的部分，除非另有規(guī)定，其中


圖1是在PCB上釆用鷗翼形部件的現(xiàn)有焊料組件的截面圖。 圖2是在PCB上采用球柵陣列(BGA)或連接盤網(wǎng)格陣列(LGA)部 件的現(xiàn)有焊料組件的截面圖。
圖3是采用電氣部件的現(xiàn)有無焊料組件的截面圖。圖4是采用LGA部件的RIP組件的部分截面圖。
圖5是采用帶有選擇性熱擴(kuò)散器和熱沉的LGA部件的RIP組件的部分 截面圖。
圖6是兩層RIP組件的截面圖，示出了安裝的離散、模擬和LGA部件。
圖7是成對(duì)匹配的兩層RIP分組件的截面圖。
圖8是代表性RIP組件制造階段的截面圖。
圖9是代表性RIP組件制造階段的截面圖。
圖IO是代表性RIP組件制造階段的截面圖。
圖ll是RIP分組件(subassembly)的透一見圖。
圖12是代表性RIP組件制造階段的截面圖。
圖13是RIP分組件的透碎見圖。
圖14是RIP分組件側(cè)視圖的截面圖。
圖15是代表性RIP組件制造階段的截面圖。
圖16是代表性RIP組件制造階段的截面圖。
圖17是代表性RIP組件制造階段的截面圖。
圖18是兩個(gè)RIP分組件對(duì)準(zhǔn)和結(jié)合在一起的截面圖。
圖19是完成的兩個(gè)RIP分組件匹配對(duì)的截面圖。
圖20是采用安裝在柔性基板上的LGA部件的部分RIP組件的截面圖。
圖21是代表性柔性基板RIP組件的制造階段的截面圖。
圖22是代表性柔性基板RIP組件的制造階段的截面圖。
圖23是代表性柔性基板RIP組件的制造階段的截面圖。
圖24是代表性柔性基板RIP組件的制造階段的截面圖。
圖25是代表性柔性基板RIP組件的制造階段的截面圖。
圖26是代表性柔性基板RIP組件的制造階段的截面圖。
圖27是代表性柔性基板RIP組件的截面圖，示出了安裝在柔性基板上
的離散、模擬和LGA部件。
圖28是代表性柔性基板RIP組件的截面圖，示出了安裝在柔性基板上
的離散、模擬和LGA部件，并且示出了組件的撓曲。
圖29是一層RIP分組件的透視圖，示出了線路連接。 圖30是一層非RIP分組件的俯視圖。 圖31是RIP分組件的示意圖。圖32是一層RIP分組件的俯視圖。 圖33是RIP分組件的俯視圖的圖片。 圖34是RIP分組件的透視圖的圖片。
具體實(shí)施例方式
在下面的描述和附圖中，詳盡地解釋具體的術(shù)語和附圖標(biāo)記以提供對(duì)本 發(fā)明的透徹理解。在某些情況下，該術(shù)語和標(biāo)記可以包含實(shí)施本發(fā)明不需要 的具體細(xì)節(jié)。例如，部件的導(dǎo)體元件間的互連(即部件的I/0引線)可以示 出或描述為具有互連到一條引線的多個(gè)導(dǎo)體或者連接到器件內(nèi)或器件之間 的多個(gè)部件接觸的一條導(dǎo)體信號(hào)線。因此，多個(gè)導(dǎo)體互連的每一個(gè)都可以替 換地為一個(gè)導(dǎo)體的信號(hào)、控制、電源或者接地線，反之亦然。示出或者描述 為單一端的電游"f各徑也可以是不同的，反之亦然?；ミB組件可以由標(biāo)準(zhǔn)互連 組成；微帶或者帶狀線互連以及組件的所有信號(hào)線可以屏蔽或者不屏蔽。
圖1示出了以現(xiàn)有技術(shù)完成的具有焊料接頭(solder joint) 110的組件 (assembly) 100,其是將鷗翼形(gull wing)部件封裝體104焊接安裝在 PCB 102上。
部件封裝體104包含電氣部件106。部件106可以是IC或者其它的離散 部件。鷗翼形引線108從封裝體104延伸到流動(dòng)焊料110,流動(dòng)焊料110再 將引線108連接到PCB 102上的焊盤112。絕緣材料114防止流動(dòng)焊料110 流動(dòng)到PCB 102上的其它部件(未示出)，并防止部件106與PCB 102上的 其它部件(未示出)短路。焊盤112連接到通孔118,通孔118再連接到適 當(dāng)?shù)木€路(trace),如116表示的線路。除了焊料接點(diǎn)的前述問題外，包括 PCB 102的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的該類型組件復(fù)雜，并且需要本發(fā)明可減少的高度空間。
圖2示出了以現(xiàn)有技術(shù)完成的具有焊料接點(diǎn)202的組件200，其具有在 PCB 214上的BGAIC或LGAIC封裝體204。與圖1的主要區(qū)別是采用球焊 料(ball solder) 202,而不是流動(dòng)焊料110。
部件封裝體204包含部件206。引線208從封裝體204通過支撐體210 (典型地由增強(qiáng)的有機(jī)或者陶覺材料組成)延伸到球焊料202，球焊料202 繼而將引線208連接到PCB 214上的焊盤212。絕緣材料216防止球焊料202 短路包含在封裝體204中的其它引線(未示出)。絕緣材料218防止球焊料 202流動(dòng)到PCB 214上的其它部件(未示出)，并防止部件206與PCB 214上的其它部件(未示出)短路。焊盤212連接到通孔220，通孔220再連接 到適當(dāng)?shù)木€路，如由222表示的線路。該構(gòu)造與圖1所示的組件存在同樣的 問題除了焊料接點(diǎn)的前述問題外，該類型組件是復(fù)雜的(特別是由于PCB 214),并且需要本發(fā)明可降低的高度空間。
圖3圖解了現(xiàn)有技術(shù)的無焊料連接的設(shè)備300。見美國(guó)專利6,160,714 (Green )。在該構(gòu)造中，基板302支撐封裝體304。封裝體304包含如IC或 其它離散部件的電氣部件(未示出)。覆蓋基板302的是絕緣材料306。在基 板302的另一面上是導(dǎo)電的聚合物厚膜油墨(polymer-thick-film ink) 308。 為了改善導(dǎo)電性，在聚合物厚膜308上鍍覆銅薄膜310。通孔從封裝體304 通過基板302而延伸。通孔填充有導(dǎo)電粘合劑314。封裝體304到粘合劑314 的連接點(diǎn)316可由可熔聚合物厚膜油墨、銀聚合物厚膜導(dǎo)電油墨或商業(yè)焊料 制成。該現(xiàn)有技術(shù)組件與本發(fā)明相比的一個(gè)缺點(diǎn)是粘合劑314增加了附加厚 度，如圖上的塊318所示。 RIP組件
圖4是說明本發(fā)明的組件400,示出了安裝在基板416上的LGA部件 封裝體(402、 406、 408、 410、 412、 414),基板416不必是PCB。本領(lǐng)域 的技術(shù)人員明顯可見的是，BGA、鷗翼、其它IC封裝結(jié)構(gòu)或任何類型的離 散部件可以替代LGA部件。與圖1、 2和3所示的組件相比，連接比較簡(jiǎn)單， 不用焊料，并且具有較小的輪廓。
封裝體402粘合到電絕緣材料404。材料404示出為結(jié)合到封裝體402 的一側(cè)。然而，材料404可以結(jié)合到封裝體402的兩側(cè)或更多側(cè)，或者實(shí)際 上可以包封(envelope)封裝體402。當(dāng)?shù)v 使用時(shí)，材料404可以為組件提 供強(qiáng)度、穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)的整體性、韌性(即非脆性)和空間穩(wěn)定性。材料404 可以通過包含適當(dāng)材料而被增強(qiáng)，如絲網(wǎng)(screen)(見圖33和34 )或玻璃 布。
部件封裝體402包含電氣部件406 (如IC、離散的或者模擬器件；在本 申請(qǐng)(包括權(quán)利要求)中統(tǒng)稱為"部件")、支撐體408和410 (優(yōu)選由增強(qiáng) 的有機(jī)或陶瓷材料組成)、引線412和絕緣材料414。盡管部件封裝體402 由于很多情況下的制造和運(yùn)輸而加入絕緣材料414,但是該傳統(tǒng)的特征將來 可能被消除，因此而減小組件400的輪廓。支撐體408和410或者絕緣材料 414 (如果存在)設(shè)置在基板416上，基板416優(yōu)選由絕緣材料制作。如果希望縮短從封裝體402延伸的引線(例如，412),則基板416的一部分或者 全部可以由導(dǎo)電材料制作。
引線412連接到絕緣材料414和基板416可以通過粘合劑點(diǎn)以及公知的 技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
以通孔420為例的第 一組通孔延伸通過基板416，延伸通過絕緣材料414 (如果存在)到達(dá)并且暴露諸如引線412的引線。第一組通孔鍍覆或填充有 導(dǎo)電材料(在很多情況下為銅(Cu),盡管銀(Ag)、金(Au)或鋁(Al) 以及其它合適的材料可以替代)。鍍覆物或填充物與引線412熔合形成電連 接和機(jī)械連接。
基板416可以包括鍍覆的圖案掩模(未示出)，或者引入到第一組通孔 (例如，通孔420)的鍍覆物或填充物可以延伸在基板416的下面，并且提 供所需的第一組線路?？梢援a(chǎn)生其它的線路。層422 (也為絕緣材料)可以 設(shè)在基板416和第一線路的下面。層422的目的是為第二組線路(如果需要) 提供平臺(tái)，以及將第一組線路與第二組線路電絕緣。
以通孔426為例的第二組通孔延伸通過層422，到達(dá)且暴露基板416下 的線路和/或引線(例如，引線428)。如上所討論，參考第一組通孔(例如， 通孔420),可以鍍覆或填充第二組通孔使它們與基板416下所希望的引線 (例如，引線428 )熔合。如上所述， 一個(gè)或多個(gè)線路430可以延伸在層422 下。
這種層疊根據(jù)需要而繼續(xù)。通過重復(fù)上述結(jié)構(gòu)，可以構(gòu)造多個(gè)層(未示 出)以及附加的線路和通孔。在最后一層下涂覆表面絕緣材料432。該材料 432可以選擇性涂覆有與電氣功能不干擾的金屬飾面(metal finish),以產(chǎn)生 更加氣密的組件，并且提供附加的EMI保護(hù)。引線或者電連接頭(例如， 引線434)可以延伸到表面絕緣材料432之外。這提供了允許與其它電氣部 件或電路板連接的接觸表面(例如，表面436)。
圖5為組件500，示出了選擇性的散熱特征。前面在圖4中描述的分組 件(subassembly ) 400可以在封裝體402和材料404的頂上具有散熱器506 和/或熱沉508，以散發(fā)部件406產(chǎn)生的熱量。導(dǎo)熱界面材料(未示出)可以 用于將熱沉連接到散熱器。作為選擇，材料404在其成分中可以包括導(dǎo)熱材 料(盡管是電絕緣材料)，如，二氧化硅(Si02)或二氧化鋁(A102),以增 強(qiáng)熱量從封裝體402流出。如果散熱器506和熱沉508由公知技術(shù)的一種或多種物質(zhì)制造，則它們可以給分組件400提供電磁干擾(EMI)保護(hù)，并且 有助于防止靜電放電。
根據(jù)如圖5所示截面的兩層的RIP組件，圖6示出了帶有安裝的樣品部 件組的組件600,包括離散的鷗翼形部件602、 -漠?dāng)M部件604和LGAIC 606。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員明顯可知的是，RIP組件沒有包含焊接部件的PCB復(fù) 雜。就是說，正好PCB本身是需要很多制造步驟的復(fù)雜裝置。RIP組件由于 不需要PCB板而比較簡(jiǎn)單，并且制造完整的電子組件需要較少的步驟。
作為選#^，圖7示出了帶有兩個(gè)RIP分組件的組件700,分組件702和 704以鍍覆和/或填充的通孔(例如，706a、 706b )和/或以引線(例如，708a、 708b)連接在一起。
RIP的制造方法
圖8至17示出了 RIP組件的制造方法。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的 是，步驟順序可以變化而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。
圖8為階段800,示出了首先將封裝的部件802、 804和806安裝在基板 808上。各部件可以通過本領(lǐng)域已知的很多不同技術(shù)和/或物質(zhì)設(shè)置在適當(dāng)位 置，這樣的已知技術(shù)包括涂覆點(diǎn)(applying spot)或者非導(dǎo)電粘合劑或者通 過將部件引線的膠粘膜結(jié)合到基板808。涂覆或結(jié)合的材料可以適合于保持 部件并在后面將其釋放。
圖9為階段900,示出了 RIP制造方法中的另一步驟。在該階段，翻轉(zhuǎn) 圖8的部分部件。首先安裝的封裝部件802、 804和806被封入電絕緣材料 908中。材料908為封裝的部件802、 804和806提供支撐以及彼此間的電絕 緣。如果材料908包含導(dǎo)熱而電絕緣的物質(zhì)，如A102或Si02，則也將有助 于散熱。
圖10為階段1000,示出了 RIP制造方法中的另一步驟。產(chǎn)生通過基板 808的通孔(例如，1002 ),通孔到達(dá)并暴露封裝的部件802、 804和806的 引線。通過包括激光鉆孔的若干已知技術(shù)，可以形成或者鉆成(在本申請(qǐng)(包 括權(quán)利要求)中統(tǒng)稱為"形成")通孔(例如，1002)。
圖11為如完成階段1000時(shí)所示的部分組件1100，是呈現(xiàn)通孔(例如， 1102)的基板808上側(cè)的透視圖。
圖12為階段1200,圖解了如何能實(shí)現(xiàn)電路的直接印刷。通孔(例如， 1202)可以鍍覆或填充有導(dǎo)電材料，并且基板808上的線路和引線(例如，1208)可以通過裝置1206設(shè)置。采用本領(lǐng)域中的若干已知技術(shù)，裝置1206 可以填充通孔1202,印刷引線和線路1208,和/或鍍覆引線和線路到基板808 上。
根據(jù)階段1200在基板808上產(chǎn)生的線路(例如，1302 )和引線(例如， 1304)如圖13的部分組件1300的透視圖所示。
根據(jù)階段1200產(chǎn)生的部分組件1400如圖14的側(cè)視圖所示。填充的通 孔(例如，通孔1402)示出為延伸通過基板808到部件引線(例如，引線 1406 )。
在圖15中，示出了階段1500,絕緣材料層1502和第二組通孔(例如通 孔1504 )形成在基板808的上面。通孔延伸到基板808上的引線(例如，1506 )
并使其暴露。
在圖16中，示出產(chǎn)生分組件1600的階段，在層1502上完成了鍍覆和/ 或填充通孔(例如，1602)及制作線路(例如，1604)。
以這樣的方式，可以設(shè)置附加層。最后如圖17所示的階段1700，絕緣 材料1702設(shè)置在分組件1600的頂層上。另外，散熱器1706和熱沉1708可 以結(jié)合在材料908的下面。
將材料1702設(shè)置在分組件1704上的替代方案如圖18中的階段1800和 圖19中的階段1900所示。在圖18中，分組件1600的引線、填充物和線路 彼此對(duì)準(zhǔn)，然后結(jié)合在一起。
圖19示出了粘合劑1908的添加，采用任何合適的工藝和材料(例如， 施加各向異性導(dǎo)電膜)，將分組件1600結(jié)合在一起。如上所述以及如對(duì)于一 個(gè)分組件的圖17所示，但圖19中未示出，散熱器和熱沉可以添加在支撐材 料1904的下面以及支撐材料1906的上面。
柔性基板
圖20與圖4類似，但具有幾個(gè)顯著的差別部分示出的組件2000安裝 有柔性基板2016(柔性基板2016具有第一平面?zhèn)?022和第二平面?zhèn)?024 ); 電絕緣材料2004沒有延伸在整個(gè)基板上；并且僅有一層通孔(例如，通孔 2020)和線路(例如，線路2028)。
圖20為說明本發(fā)明柔性變型的組件2000,示出了安裝在柔性基板2016 上的LGA部件封裝體2002 (包括分部件2006、 2008、 2010、 2012、 2014)， 柔性基板2016由本領(lǐng)域中已知類型的電絕緣材料制作。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解的是，BGA、鷗翼或其它IC封裝結(jié)構(gòu)或者任何類型的離散部件可 以替代LGA部件。類似于圖4所示的組件，與圖1、 2和3所示的組件相比， 連接比較簡(jiǎn)單，無焊料，并且減小了輪廓。
封裝體2002粘合到電絕緣材料2004。材料2004示出為結(jié)合到封裝體 2002的兩側(cè)。然而，材料2004可以結(jié)合到封裝體2002的一側(cè)，封裝體2002 的兩側(cè)以上，或者實(shí)際上可以包封封裝體2002。當(dāng)應(yīng)用時(shí)，材料2004可以 給組件的適當(dāng)部分提供強(qiáng)度、穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)的整體性、韌性(即非脆性)和 尺寸穩(wěn)定性。材料2004可以通過包括合適的材料而得到加強(qiáng)，如玻璃布或 金屬網(wǎng)(其也提供某種程度的EMI保護(hù))。
部件封裝體2002包含電氣部件2006 (如IC、離散的或模擬的器件；在 本申請(qǐng)(包括權(quán)利要求)中統(tǒng)稱為"部件")、支撐體2008和2010 (優(yōu)選由 有機(jī)材料或陶資材料組成)、引線2012和絕緣材料2014。盡管在很多情況下 制造和運(yùn)輸?shù)牟考庋b體2002結(jié)合有電絕緣材料2014，但是該傳統(tǒng)特征會(huì) 在將來可能被消除，因此而減小組件2000的輪廓。支撐2008和2010或者 絕緣材料2014 (如果存在)設(shè)置在柔性基板2016上，該柔性基板2016優(yōu)選 由電絕緣材料制造。如果希望縮短從封裝體2002延伸的引線(例如，2012)，
引線2012和絕緣材料2014結(jié)合到基板2016可以通過粘合劑點(diǎn)以及其 它公知的技術(shù)實(shí)現(xiàn)。
以通孔2020為例的一組通孔延伸通過基板2016，延伸通過絕緣材料 2014(如果存在),到達(dá)并暴露引線，如引線2012。通孔2020鍍覆或填充有 導(dǎo)電材料(在很多情況下為銅(Cu),盡管可以由銀(Ag)、金(Au)或鋁 (Al)以及其它合適的材料取代)。鍍覆物或填充物與引線2012熔合，形成 電連接和機(jī)械連接。
基板2016可以包括鍍覆的圖案掩模(未示出)，或者引入該組通孔(例 如，通孔2020 )的鍍覆物或填充物可以在基板2016下延伸，并且提供所需 的成組的線路。可以設(shè)置其它線路。
表面電絕緣材料2032涂覆在線路(例如，線路2028 )和柔性基板2016 下面。引線或電連接器可以延伸到表面絕緣材料2032之外。其提供允許與 其它電氣部件或電路板連接的接觸表面(未示出)。
盡管圖中沒有示出，但是通過圖20與圖5的比較可見，組件2000可以包括選擇性的散熱特征。組件2000可以具有在封裝體2002和/或材料2004 上的散熱器506和/或熱沉508 (都如圖5所示)，以散發(fā)部件2006產(chǎn)生的熱 量。導(dǎo)熱界面材料(未示出)可以用于將熱沉連接到散熱器。作為選擇，材 料2004可以包括在其成分中的導(dǎo)熱(盡管電絕緣)材料，如二氧化硅(Si02) 或二氧化鋁(八102)，以增強(qiáng)熱量從封裝體2002流出。如果如圖5所示，散 熱器506和熱沉508由公知技術(shù)的一種或多種物質(zhì)制造，則它們可以給組件 2000提供電^茲干擾(EMI)保護(hù)，并且有助于防止靜電放電。
材料2004可以具有錐形邊緣(tapered edge ) 2005,當(dāng)組件2000撓曲時(shí)， 它提供應(yīng)變釋放(即從剛性到柔性區(qū)域的過渡)。
圖21至26示出了柔性RIP組件的制造方法。本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理 解的是，步驟順序可以變化而不脫離本發(fā)明的范圍和精神。
再一次參考圖8，階段800示出為封裝的部件802、 804和806首先安裝 在基板808上。相同地，該階段將類似部件安裝在柔性基板(例如，圖21 中的部件2102、 2002和2104以及柔性基板2016 )。部件可以通過現(xiàn)有技術(shù) 中的若干不同技術(shù)和/或物質(zhì)設(shè)置在適當(dāng)位置，這樣的現(xiàn)有技術(shù)包括涂覆點(diǎn)或 者非導(dǎo)電粘合劑或者通過將部件引線的膠粘膜粘合到柔性基板2016。涂覆或 結(jié)合的材料可以適合于永久保持部件。
圖21為階段2100，示出了安裝在柔性基板2016上的典型的一組封裝部 件(例如，鷗翼2102、 LGA2002和模擬部件2104)的包封(envel叩ment)。 在該階段，柔性基板2016可以設(shè)置在臨時(shí)基底(未示出)上或者氣墊(air cushion)上。電絕緣材料2004和電絕緣材料2004a施加給或者覆蓋模制 (ove歸ld)在典型部件2102、 2002和2104上。材料2004和2004a粘合到 柔性基板2016。應(yīng)當(dāng)注意的是，材料2004和2004a可以結(jié)合到或包封一個(gè) 部件，如2102,多于一個(gè)的部件，如2002和2104，或者多個(gè)部件。階|殳2100 的結(jié)果是完成分組件2106。
圖22為階段2200，示出了支撐元件和/或模制裝置2208在分組件2106 上,皮對(duì)準(zhǔn)和定位。
如圖23所示，階段2300是施加支撐元件和/或模制裝置2208。裝置2208 在各輪廓2302和2304上接觸材料2004a和2004。裝置2208支撐和/或模制 材料2004a和材料2004。該階段上無論材料2004a和2004是否已經(jīng)預(yù)先形 成或模制，裝置2208都在后續(xù)制造階段上為分組件2106提供支撐(見圖21和22 )。
如果需要，階段2300之后，可以去除臨時(shí)基底或者終止使用氣墊。而 且，如果需要，可以如圖24的階段2400所示重新設(shè)置分組件。在該階段， 鉆(形成通孔，如通孔2402 )通柔性基板2016以暴露引線(如引線2012 )。 然而，形成通孔的順序或過程可以不同；它們可以通過鉆或模制預(yù)先形成； 例如，在圖21的階段2100之前。實(shí)際上，通孔可以通過鉆通臨時(shí)基底或者 氣墊而形成。
在圖25的階段2500，例如用材料2502進(jìn)行鍍覆或填充通孔。通過本領(lǐng) 域公知的任何工藝涂覆導(dǎo)電材料2502 (在很多情況下為銅(Cu)，盡管可以 由銀(Ag)、金(Au)或鋁(Al)以及其它合適的材料取代)。鍍覆物或填 充物與部件引線熔合，形成電連接和機(jī)械連接。鍍覆物或填充物可以形成引 線。還是在該階段，可以形成諸如線路2504的線路，通常通過鍍覆實(shí)施。
在接下來圖26的階段2600,涂覆表面電絕緣或電介質(zhì)材料2602而覆蓋 鍍覆或填充的通孔(例如，填充的通孔材料2502 )、線路(例如，線路2504 ) 和柔性基板2016。引線或電連接器、 一個(gè)點(diǎn)上的引線2604a和另一個(gè)點(diǎn)上的 引線2604b可以延伸到表面絕緣材料2602之外。引線2604a和2604b允許 與其它電氣部件或者電路板連接。裝置2208在該階段提供物理支撐。作為 裝置2208的替代，氣墊可以提供支撐。在階段2600結(jié)束時(shí)，去除裝置2208。
完成的組件2700如圖27所示。部件2102、 2002和2104通過材料2004a 和2004與柔性基板2016絕緣且結(jié)合。絕緣材料2032提供對(duì)柔性基板2016 的支撐。
圖28示出了處于變形點(diǎn)大約在2802和2804的位置的組件2700,撓曲 組件2700使其放置于"空間(real estate )"非常珍貴的裝置(例如，移動(dòng)電 話和便攜式裝置)中，以使得電路插入在其它各種類型的裝置元件的周圍。
線路密度
參考圖10， RIP分組件包括通孔，如通孔1002 (見圖11的透視圖)。 在圖29中，在RIP分組件2900的基板2906的表面上，填充的通孔形 成引線(例如,引線2904)和線路(例如,線路2902)。
圖30示出了非RIP分組件3000,其采用焊接連接。在印刷電路板(PCB ) 3002上，焊料覆蓋引線(例如，3004)。線路(例如，3006)形成在引線之 間，并且由于連接盤邊緣(land edge)之間的空間減少線路在數(shù)量上受到限制。阻焊層(soldermask)(未示出)通常用于限定焊料的終止。
圖31示出了 RIP分組件3100，其中電絕緣材料3102包封部件封裝體 3104,并且將封裝體3104結(jié)合到基板3112。通孔已經(jīng)形成為延伸通過基板 3112到部件引線(例如，引線3106)。通孔已經(jīng)被填充或鍍覆(例如，填充 的通孔3110),并且形成的線路(例如，線路3108)連接填充或鍍覆的通孔， 從而形成適當(dāng)?shù)碾娡ǖ馈Ｌ畛涞耐?110僅覆蓋引線3106區(qū)域的一部分， 以與圖30相比允許更多的線路布線在連接盤之間。還應(yīng)當(dāng)注意的是，因?yàn)?不需要焊料，所以能夠減少連接盤的尺寸，因此提高了封裝上的布線潛能， 并且因此也可能減少封裝層數(shù)和復(fù)雜性。
圖32是RIP分組件3200的俯視圖，其類似于圖31中的分組件3100。 基板3202覆蓋部件封裝體(未示出)。與圖30中的非RIP分組件3000相比， 部件封裝體引線(例如，3204 )被填充或鍍覆的通孔(例如填充的通孔3206 ) 部分地覆蓋。線路(例如，線路3208a和線路3208b)從填充或鍍覆的通孔 延伸以形成適當(dāng)?shù)碾娡ǖ?。通過僅部分地覆蓋下層引線區(qū)域，RIP分組件比 非RIP分組件允許間隔更密集的線路。這通過比較圖32的分組件3200與圖 30的分組件3000明顯可見。 絲網(wǎng)包含物
如上有關(guān)圖4所述，材料404可以結(jié)合金屬絲網(wǎng)、玻璃布或其它增強(qiáng)材 料以改善強(qiáng)度和穩(wěn)定性。圖33的組件3300示出了電絕緣材料3302中包含 絲網(wǎng)3304,電絕緣材料3302包封部件封裝體(例如，封裝體3306 )。絲網(wǎng) 3304不僅可以用于增加強(qiáng)度和穩(wěn)定性，而且可以用作散熱器，并且提供EMI 保護(hù)。圖34是組件3300的透視圖，示出了包含絲網(wǎng)3304。如圖33所示， 部件封裝體3302以材料3306包封，絲網(wǎng)3304埋設(shè)在材料3306內(nèi)。
盡管這里詳細(xì)示出和描述的無焊料的電子組件的具體系統(tǒng)、組件和方法 完全能夠?qū)崿F(xiàn)本發(fā)明的上述目標(biāo)，但是應(yīng)當(dāng)理解的是，這只是本發(fā)明當(dāng)前的 優(yōu)選實(shí)施例，因此為本發(fā)明廣泛關(guān)注主題的代表，本發(fā)明的范圍充分嚢括本 領(lǐng)域的技術(shù)人員會(huì)顯而易見的其它實(shí)施例，從而本發(fā)明的范圍只受所附權(quán)利 要求限定，其中涉及的單數(shù)元件是指"至少一個(gè)"。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員已 知或者稍后將得知的相當(dāng)于上述優(yōu)選實(shí)施例的元件的所有結(jié)構(gòu)和功能等同 特征在此通過特別援引而被結(jié)合，并且旨在被本發(fā)明的權(quán)利要求所包含。而 且，對(duì)于本發(fā)明權(quán)利要求包含的內(nèi)容，不必是本發(fā)明尋求解決的每一個(gè)和各種問題的裝置和方法。此外，本公開中的元件、部件或方法步驟無論是否是 在權(quán)利要求中明確引述，元件、部件或方法步驟都不旨在貢獻(xiàn)于公眾。
權(quán)利要求
1、一種電路組件2000，包括柔性基板2016，部件封裝體2002，具有至少一條引線2012，電絕緣材料2004，將所述部件封裝體2002與所述柔性基板2016結(jié)合，以及至少一個(gè)通孔2020，延伸通過所述柔性基板2016到所述至少一條引線2012。
2、 一種電if各組件2000，包括柔性基板2016，具有第一平面?zhèn)?022和第二平面?zhèn)?024,至少一個(gè)部件2006,具有一條或多條第一組引線2012，所述部件2006具有至少一個(gè)表面，第 一電絕緣材料2004,將所述部件2006的至少一個(gè)表面與所述第一平面?zhèn)?022結(jié)合，以及至少一個(gè)通孔2020,從所述第二平面?zhèn)?024延伸而暴露所述一條或多條第一組引線2012。
3、 一種電路組件2000，包括柔性基板2016,具有第一平面?zhèn)?022和第二平面?zhèn)?024,至少一個(gè)部件封裝體2002，具有一條或多條第一組引線2012,所述至少一個(gè)部件封裝體2002具有至少一個(gè)表面，第一電絕緣材料2004，將所述至少一個(gè)表面與所述第一平面?zhèn)?022結(jié)合，以及至少一個(gè)通孔2020,從所述第二平面?zhèn)?024延伸而暴露所述一條或多條第一組引線2012。
4、 如權(quán)利要求3所述的組件，其中所述柔性基板2016是電絕緣的。
5、 如權(quán)利要求3所述的組件，其中所述第一電絕緣材料2004包封所述部件封裝體2002。
6、 如權(quán)利要求3所述的組件，其中所述第一電絕緣材料2004具有錐形邊緣2005。
7、 如權(quán)利要求3所述的組件，其中所述第一電絕緣材料2004是導(dǎo)熱的。
8、 如權(quán)利要求3所述的組件，其中所述組件還包括散熱器。
9、 如權(quán)利要求3所述的組件，其中所述組件還包括熱沉。
10、 如權(quán)利要求3所述的組件，還包括填充有與所述一條或多條第一組引線2012電連接的導(dǎo)電材料的所述至少一個(gè)通孔2020。
11、 如權(quán)利要求10所述的組件，其中所述導(dǎo)電材料選自包括銅、4艮、鋁、金、錫、金屬合金、導(dǎo)電膜、導(dǎo)電粘合劑和導(dǎo)電油墨的組。
12、 如權(quán)利要求10所述的組件，其中所述導(dǎo)電材料被鍍覆到所述柔性基板2016。
13、 如權(quán)利要求10所述的組件，其中所述導(dǎo)電材料被印刷到所述柔性基板2016。
14、 如權(quán)利要求10所述的組件，其中所述導(dǎo)電材料在所述柔性基板2016上形成一條或多條第二組引線。
15、 如權(quán)利要求10所述的組件，其中所述導(dǎo)電材料在所述柔性基板2016上形成成組的 一條或多條線路2028。
16、 如權(quán)利要求IO所述的組件，還包括在所述第二平面?zhèn)?024上的第二電絕緣材料2032，所述第二材料2032覆蓋所述至少一個(gè)通孔2020的至少之一。
17、 如權(quán)利要求14所述的組件，還包括在所述第二平面?zhèn)?024上的第二電絕緣材料2032,所述第二材料2032覆蓋所述至少一條第二組引線的至少之一。
18、 如權(quán)利要求15所述的組件，還包括在所述第二平面?zhèn)?024上的第二電絕緣材料2032,所述第二材料2032覆蓋所述至少一條線路2028的至少之一。
19、 一種制造電路組件的方法，包括在柔性基板2016上設(shè)置800至少一個(gè)部件封裝體2002,所述部件封裝體2002具有至少一個(gè)表面，所述柔性基板2016具有第一平面?zhèn)?022和第二平面?zhèn)?024，并且所述至少一個(gè)部件封裝體2002與所述第一平面?zhèn)?022接觸，涂覆2100第一電絕緣材料2004，所述第一絕緣材料2004將所述至少一個(gè)部件封裝體2002的至少一個(gè)表面結(jié)合到所述第一平面?zhèn)?022，其中所述絕緣材料2004在所述第一平面?zhèn)?022上成錐形2005，從而暴露所述第一平面?zhèn)?022的至少 一部分，以及形成2400通過所述柔性基板2016的第二平面?zhèn)?024的至少一個(gè)第一 組通孔2402以暴露所述至少一個(gè)部件封裝體2002的成組的至少一條引線 2012。
20、 一種制造電^^組件的方法，包括在臨時(shí)支撐體上設(shè)置具有第 一平面?zhèn)?022和第二平面?zhèn)?024的柔性基 板2016,所述第二平面?zhèn)?024與所述臨時(shí)支撐體接觸，設(shè)置800與所述第一平面?zhèn)?022接觸的至少一個(gè)部件封裝體2002,所 述部件封裝體2002具有至少一個(gè)表面，涂覆2100第一電絕緣材料2004，所述第一絕緣材料2004將所述至少一 個(gè)部件封裝體2002的至少一個(gè)表面與所述第一平面?zhèn)?022結(jié)合，其中所述 第一絕緣材料2004在所述第一平面?zhèn)?022上成錐形2005,在第一電絕緣材料2004上以及所述至少一個(gè)部件封裝體上設(shè)置2300 — 個(gè)或多個(gè)部件支撐體2208，其中所述一個(gè)或多個(gè)部件支撐體2208臨時(shí)支撐 所述第一電絕緣材料2004并臨時(shí)與所述第一平面?zhèn)?022連接，去除所述臨時(shí)支撐體，形成2400通過所述第二平面?zhèn)?024的至少一個(gè)第一組通孔2402以暴 露所述至少一個(gè)部件封裝體2002的成組的至少一條引線2012,以及 去除所述一個(gè)或多個(gè)部件支撐體2208。
21、 如權(quán)利要求20所述的方法，還包括用導(dǎo)電材料2502填充2500所 述至少一個(gè)通孔2402。
22、 如權(quán)利要求21所述的方法，還包括在所述第二平面?zhèn)?024上設(shè)置 2600第二電絕緣材料2032,所述第二電絕緣材料2032覆蓋所述導(dǎo)電材料 2502。
23、 如權(quán)利要求20所述的方法，還包括用所述一個(gè)或多個(gè)部件支撐體 2208模制所述第一電絕緣材料2004。
24、 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括用導(dǎo)電材料2502填充2500所 述至少一個(gè)第一組通孔2402。
25、 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述導(dǎo)電材料選自包括銅、銀、 鋁、金、錫、金屬合金、導(dǎo)電膜、導(dǎo)電粘合劑和導(dǎo)電油墨的組。
26、 如權(quán)利要求24所述的方法，其中所述導(dǎo)電材料形成至少一條第二組引線。
27、 如權(quán)利要求26所述的方法，其中所述導(dǎo)電材料形成成組的至少一 條線路2504。
28、 如權(quán)利要求24所述的方法，還包括在所述第二平面?zhèn)?024上形成2600第二電絕緣材料2602的層，其中 所述第二電絕緣材料2602覆蓋所述導(dǎo)電材料2502。
29、 一種由權(quán)利要求19的工藝制造的產(chǎn)品。
30、 如權(quán)利要求19所述的方法，還包括在所述第一平面?zhèn)?022的至少 一部分處撓曲所述電路組件。
31、 一種RIP分組件，包括至少一個(gè)通孔和至少一個(gè)部件封裝體3104 的至少一條引線3106，其中所述至少一個(gè)通孔延伸通過基板3112，并且暴 露的區(qū)域小于所述至少一個(gè)部件封裝體3104的所述至少一條引線3106的整 個(gè)區(qū)域。
32、 一種RIP分組件，其中包封電絕緣材料3302結(jié)合有至少一個(gè)金屬 絲網(wǎng)3304。
全文摘要
電子組件400及其制造方法800、900、1000、1200、1400、1500、1700。組件400不使用焊料。帶有I/O引線412的部件406或部件封裝體402、802、804、806設(shè)置800在平面基板808上。該組件用電絕緣材料908封裝900，電絕緣材料908帶有形成或鉆成1000通過基板808到部件引線412的通孔420、1002。然后，該組件被電鍍1200，并且重復(fù)封裝和鉆孔工藝1500而構(gòu)建所希望的層422、1502、1702。平面基板808可以是柔性基板2016，允許組件2000彎曲而適合于各種外殼中。
文檔編號(hào)H05K1/18GK101682992SQ200880015635
公開日2010年3月24日 申請(qǐng)日期2008年9月15日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月21日
發(fā)明者約瑟夫·C·菲耶爾斯塔德 申請(qǐng)人:奧卡姆業(yè)務(wù)有限責(zé)任公司