專利名稱：電子器件膠粘劑預(yù)制蓋的制造方法
本申請(qǐng)主張以下專利申請(qǐng)的利益1998年6月23日申請(qǐng)的美國臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)60/090295、1998年7月9日申請(qǐng)的美國臨時(shí)申請(qǐng)系列號(hào)60/092170和1999年1月19日申請(qǐng)的美國專利申請(qǐng)系列號(hào)09/232936。
本發(fā)明涉及一種膠粘劑預(yù)制件，尤其是一種膠粘劑預(yù)制件和包括這種膠粘劑預(yù)制件的電子器件蓋的制造方法。
已經(jīng)嘗試過許多方法對(duì)包裝電子器件進(jìn)行封裝，以防止如手摸和其他機(jī)械損害、環(huán)境因素、化學(xué)侵襲和其他潛在有害要素等的外部損壞。根據(jù)功能和審美的需要，這些電子器件按多層封裝的方式進(jìn)行封裝。最外層最可能是設(shè)備的外罩或外殼，而該電子器件是設(shè)備的一部分。
通常，一個(gè)電子電路或集成電路等有用的電子器件封裝在提供至少幾層保護(hù)中的第一層的小封殼或組件內(nèi)。半導(dǎo)體器件等電子器件經(jīng)常由固態(tài)有機(jī)封裝進(jìn)行保護(hù)。當(dāng)幾個(gè)這些封裝的電子器件作為一個(gè)功能單元放在一起時(shí)，比如放在電路組件中或印刷電路板上或其他基底上時(shí)，它們常常由一外部蓋、罩或其他封閉件形成的護(hù)罩保護(hù)。這些外部蓋或罩可以用粘接劑、焊料、或用如螺釘、螺栓和夾子等機(jī)械緊固件來連接。
在一些應(yīng)用中，電子器件中的半導(dǎo)體器件不能可靠地封裝在固體封裝件中，因?yàn)榘雽?dǎo)體器件與封裝直接接觸而在器件中引起了不利的應(yīng)力。在其他應(yīng)用中，封裝的使用可能太昂貴。在另外的應(yīng)用中，可能會(huì)需要一個(gè)導(dǎo)電的蓋或罩，來屏蔽電磁干擾(EMI)。這些電磁干擾可能來自被蓋住的器件或來自外部，而且可能影響到被蓋住的器件。在這種類型的抗電磁干擾的應(yīng)用中，蓋必須是導(dǎo)電的，而且也必須與電子器件的電接地連接。使用不能提供屏蔽的絕緣有機(jī)封裝件，或者使用可能會(huì)將電子器件或與之連接的導(dǎo)體短路的導(dǎo)電封裝件，都不容易滿足這個(gè)要求。由于焊接連接所需的高溫對(duì)電子器件會(huì)產(chǎn)生不良后果，所以即使將導(dǎo)電蓋焊接就位，也可能使用起來不方便或不實(shí)用。另外，如果需要返工一個(gè)已焊好的組件，脫焊操作也可能引起過熱、其他損壞或盒體內(nèi)部其他電子元件的意外脫焊。
事實(shí)上，用于航天、軍事和其他高可靠性領(lǐng)域的大部分電子器件使用一種密封蓋以防止水氣和其他有害元素影響或損壞內(nèi)部的電子部件。然而，真正的密封封裝制作成本昂貴。多數(shù)高可靠性密封封裝在安裝蓋時(shí)采用金屬焊或釬焊，特別是在需要導(dǎo)電外殼進(jìn)行EMI保護(hù)的應(yīng)用場合中。在那些必須使用絕緣蓋或罩的情況中，常使用高溫玻璃密封。為防止形成玻璃密封所必需的高溫過程對(duì)電子器件的損壞，必須沿封裝和蓋的邊緣局部加熱。其結(jié)果是，操作過程長和保護(hù)蓋的安裝工作要非常精細(xì)。另外，玻璃密封和蓋所使用的材料必須有相對(duì)應(yīng)的熱膨脹系數(shù)(CTE)，而且要與安裝玻璃密封和蓋的電基底或封裝相匹配?；?、密封材料和蓋的CTE要相互匹配的這個(gè)附加要求增加了封裝的設(shè)計(jì)難度和成品器件的成本。一般來說，對(duì)于象日常電子產(chǎn)品等商業(yè)電子產(chǎn)品，材料和制作匹配CTE封裝的成本就過高了。
然而，在要求實(shí)現(xiàn)某些必要性能參數(shù)的情況下，在商業(yè)電子產(chǎn)品中一定程度上也使用電子封裝和罩。例如，易受由應(yīng)力引起的機(jī)械變形導(dǎo)致的頻率誤差影響的頻率檢測電子器件，或象壓電發(fā)聲器和在通訊設(shè)備中應(yīng)用的頻率晶體等必須經(jīng)機(jī)械上的變形才能起作用的頻率檢測電子器件都不能簡單封裝，然后用蓋保護(hù)。這些蓋通常用膠粘劑粘接。
在現(xiàn)有技術(shù)中，在蓋粘接安裝過程前或作為蓋粘接過程的一部分，在器件或蓋上涂上可分配膠粘劑或模切預(yù)制件形狀的膠粘劑。比如在某些情況下，蓋安裝數(shù)量很大，蓋預(yù)先涂上膠粘劑或模切膠粘劑預(yù)制件，當(dāng)施以熱和壓力時(shí)，它們就會(huì)在蓋安裝期間產(chǎn)生流動(dòng)和凝固。但是，預(yù)涂膠粘劑和用于蓋或罩的膠粘劑預(yù)制件的成本仍然很高。部分原因是所要求的步驟數(shù)多，而且要對(duì)各個(gè)蓋甚至各個(gè)膠粘劑預(yù)制件進(jìn)行處理。液態(tài)形式的膠粘劑通常用可編程自動(dòng)分配機(jī)分配在或滾涂在每個(gè)蓋的密封區(qū)域上，然后在比指定膠粘劑具體的凝固溫度和時(shí)間低的溫度下干燥或半熔一段時(shí)間。在干燥或半熔期間通過溶劑揮發(fā)或膠粘劑的化學(xué)交聯(lián)，液態(tài)膠粘劑變成固態(tài)。
授予Ross等人的美國專利5056296、題目為“電子器件的等溫密封方法”披露了一種設(shè)備和方法，其中該設(shè)備加熱蓋、封裝和周圍的熱固膠粘劑，這樣在粘接工序中，在蓋裝到封裝上之前它們都能獲得了一個(gè)等溫條件，即均勻的溫度。Ross專利將密封前等溫條件描述成防止封裝內(nèi)外壓差的必要條件。當(dāng)這些零件粘在一起然后被加熱時(shí)，該壓差能沿密封熱固膠粘劑形成的粘接線引起噴氣導(dǎo)致的小孔。因?yàn)樾枰獣r(shí)間來使蓋和封裝的溫度升高，差不多幾分鐘才達(dá)到均勻溫度，所以，Ross方法看起來只有當(dāng)用在蓋的批量加工時(shí)，才能達(dá)到大批量，而這通常并不實(shí)用。還有，因?yàn)榧訜釙r(shí)間長，Ross方法看起來需要緩慢凝固膠粘劑，以在把蓋安裝到封裝之前避免預(yù)熱膠粘劑的膠化或局部凝固，因此也延長了膠粘劑連接之后的固化時(shí)間而且還降低了實(shí)現(xiàn)批量生產(chǎn)的能力。
因此，需要一種在蓋和罩上預(yù)涂和預(yù)施加膠粘劑預(yù)制件的有效方法，為保護(hù)如敏感的電子元件提供一個(gè)經(jīng)濟(jì)的解決方案。也期望該方法能用到自動(dòng)化過程中，能在某一溫度下去掉預(yù)制件的膠粘劑，而且所施加的力不會(huì)損壞封裝內(nèi)的電子元件和/或它們連接到的基底。
還需要能夠屏蔽EMI和能夠在比通常的220℃焊接溫度低的溫度下連接的蓋或罩。還期望這里用到的膠粘劑是導(dǎo)電的，達(dá)到結(jié)合溫度后能夠基本立即結(jié)合，以及這樣連接的蓋或罩在比普通焊接溫度低的溫度下是可去掉的，以便消除封裝內(nèi)由熱引起的對(duì)元件的損壞或?qū)Σ粶?zhǔn)。
為實(shí)現(xiàn)這個(gè)目的，本發(fā)明的方法包括制備多個(gè)蓋，每個(gè)蓋有一個(gè)確定一粘接模型的粘接表面；涂覆一個(gè)包括多個(gè)粘接模型的膠粘劑模型；及在每個(gè)膠粘劑粘接模型上安放每個(gè)蓋，以將每個(gè)蓋連接到每個(gè)膠粘劑粘接模型上。
通過參照附圖將更容易和更好地理解關(guān)于本發(fā)明最佳實(shí)施例的詳細(xì)描述，附圖包括

圖1是包括本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的電子器件剖開透視圖；圖2是脫?；咨隙鄠€(gè)膠粘劑預(yù)制件的平面圖；圖3是沿圖2的Ⅰ-Ⅰ線的膠粘劑預(yù)制件和脫?；椎膫?cè)截面圖；圖4是圖3中的膠粘劑預(yù)制件和脫模基底上有多個(gè)蓋或罩的側(cè)截面圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明一方面的，其上有多個(gè)蓋或罩的電子器件的透視圖。
圖1是電子器件10的截?cái)嗤敢晥D，該器件包括一個(gè)電子基底20，其上安裝有一個(gè)或多個(gè)電子元件22，比如半導(dǎo)體芯片、集成電路、晶體管、二極管、電阻器、電容器、電感器及其組合。正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所知，電子器件由形成于基底20上或內(nèi)的電導(dǎo)體連接成回路(在圖1中看不出)。比如，電導(dǎo)線24、26以一個(gè)“扁平片”布置從基底20向外延伸，在電導(dǎo)體和電子器件10的元件22以及包含電子器件10的設(shè)備之間提供導(dǎo)電連接。
因?yàn)殡娮釉?2通常包括非常纖細(xì)特征，脆弱并且容易被機(jī)械和電子方法損壞，以及/或容易被濕氣或其他外來物質(zhì)玷污，因此就要附加一個(gè)保護(hù)蓋或罩40保護(hù)電子元件22。保護(hù)罩40由膠粘劑30的連線連接到基底20上，該連線完全繞四周將罩40的邊緣42連接在基底20的表面。罩40的邊緣42是一個(gè)確定一粘接模型的粘接面，其中，膠粘劑30以基本上與粘接模型對(duì)應(yīng)的尺寸和形狀涂覆在模型內(nèi)。
當(dāng)罩40只作為一個(gè)保護(hù)罩，可以由沖壓或澆鑄或模制環(huán)氧基樹脂、液晶聚合物或其他合適塑料制成，膠粘劑30可以是不導(dǎo)電的熱塑膠粘劑，比如TP7150、TP7090、TP7750和TP7260，或者是不導(dǎo)電的熱固膠粘劑，比如ESP7675、ESP7670和ESP7450，它們都可以很方便地從位于新澤西普林斯頓的AI Technology,Inc.得到。使用膠粘劑的塑料罩表面最好準(zhǔn)備成改良的附著面，比如用火焰或電暈處理氧化粘接表面。罩典型尺寸范圍是約2.5mm×2.5mm(約100密耳×100密耳)到約1或2英寸×約1或2英寸，前者尺寸可以用來保護(hù)一個(gè)晶體管或二極管或一個(gè)小集成電路，后者可以用來保護(hù)一個(gè)比如微處理器那樣大的集成電路。
當(dāng)罩40用做它包圍的電子元件的靜電和/或電磁屏蔽時(shí)，可以由銅、鋁、鋼、不銹鋼及其合金等金屬制成，有和沒有保護(hù)電鍍均可。可選擇地，罩40可以由上述不導(dǎo)電材料制成并鍍上如銅、銀、金或其化合物的導(dǎo)電層，或者可以填充銅、銀、金、鋁和/或碳顆粒等的導(dǎo)電顆粒。在也提供這種靜電和/或電磁屏蔽的場合，膠粘劑30可以是一導(dǎo)電的熱塑膠粘劑，比如類型TP8090(填充銀顆粒)、TP8093(填充鍍銀的銅顆粒)和TP8150(填充銀顆粒)，或是一導(dǎo)電的熱固膠粘劑，比如類型ESP8680(填充銀顆粒)、ESP8450(填充銀顆粒)和ESP8453(填充鍍銀的銅顆粒)，這些也都可以從AI Technology,Inc.得到。上述類型的膠粘劑能看成是能變形的膠粘劑，它們?cè)陔娮悠骷囊?guī)定和/或操作溫度范圍內(nèi)有一個(gè)小于14000kg/cm2(約200,000psi)的彈性模量，在斷裂之前能延伸至少10％。例如，類型ESP8450膠粘劑在-55℃到+150℃的溫度范圍內(nèi)彈性模量在14000kg/cm2和1400kg/cm2之間(約200,000psi和20,000psi)。注意到由上述材料制成并采用上述示范材料的膠粘劑預(yù)制件30的罩40將阻擋濕氣和化學(xué)清潔劑以及在電子設(shè)備制造中常用到的溶劑通過，比如異丙基酒精、可揮發(fā)的甲基硅氧烷、萜烯和其他溶劑。膠粘劑預(yù)制件30依據(jù)膠粘劑材料和其中的填充料(如果有的話)而展現(xiàn)出范圍約100百萬歐姆-厘米到0.1歐姆-厘米的容積電阻率，因此能夠消除靜電電壓。
根據(jù)本發(fā)明，使用有預(yù)制膠粘劑30的罩40由在圖2，3和4中描述的下列方法制成。制備脫?；?2，例如，在鋼板涂覆一層聚四氟乙烯，比如Teflon，可以從位于特拉華州威爾明頓的E.I.duPont de Nemoirs得到，并在上面通過沖孔、壓鑄切割或激光切割得到一組至少兩個(gè)相互對(duì)齊的孔34，36。脫?；?2也可以采用聚丙烯板，如果需要一個(gè)機(jī)械自支撐脫?；?，那么它可以由一低表面能(如低于30達(dá)因/厘米的表面能)材料的自支撐板制成，比如聚四氟乙烯，或由鋁、不銹鋼、鋼或其他金屬制成并涂上這種低表面能材料。如平面圖2所示，該相互對(duì)齊的孔34、36以已知的預(yù)先確定的相互關(guān)系定位。
在脫?；?2上涂覆能變形的膠粘劑以形成多個(gè)膠粘劑預(yù)制件30的一個(gè)模型，基本上與罩40的邊緣42所確定的粘接模型一致，其位置由用來涂覆可變形膠粘劑的篩、模版或掩模上的相互對(duì)齊的孔34′、36′。這些相互對(duì)齊的孔34′、36′和脫?；?2上的對(duì)應(yīng)相互對(duì)齊的孔34、36處于相同的已知預(yù)定位置關(guān)系?？捎镁W(wǎng)格篩、模版篩、接觸篩、掩模篩、噴墨印刷或其他適合的方法完成能變形的膠粘劑的涂覆。如前所述，能變形的膠粘劑預(yù)制件30可以由電絕緣或?qū)щ姷哪茏冃蔚哪z粘劑的涂覆制成，也可能由熱塑或熱固膠粘劑制成。每個(gè)膠粘劑預(yù)制件30都有一個(gè)與罩或蓋40的邊緣42所確定的膠粘模型相應(yīng)的形狀，罩或蓋40裝在電基底上。例如，若罩40如圖1所示呈空心長方體，膠粘劑預(yù)制件30就如圖2所示呈矩形；若罩40呈空心圓柱體(未示出)，膠粘劑預(yù)制件30即呈圓形。
圖3是圖2中有多個(gè)膠粘劑預(yù)制件30的脫?；?2沿截面線Ⅰ-Ⅰ的側(cè)視剖面圖。每個(gè)膠粘劑預(yù)制件30都相當(dāng)薄，因?yàn)樗鼉H需容納足量的膠粘劑，以在裝配一個(gè)電子器件過程中當(dāng)罩40和基底20壓在一起時(shí)，在兩者之間形成粘接。其上有濕膠粘劑預(yù)制件30的模型的脫模基底32隨時(shí)可接受相應(yīng)濕預(yù)制件30上的罩40。
導(dǎo)向板50中有插孔52的模型，它與脫模基底32上膠粘劑預(yù)制件30的模型相應(yīng)。每個(gè)插孔52都適于在其中可脫開地接受罩40。優(yōu)選的是，導(dǎo)向板50也有一組相互對(duì)齊的孔34′、36′，定位在脫?；?2上對(duì)應(yīng)的相互對(duì)齊的孔組34、36上，同相互對(duì)齊的孔34、36與膠粘劑預(yù)制件30模型的位置關(guān)系一樣，相互對(duì)齊的孔34′、36′與插孔52模型有同樣的已知位置關(guān)系。導(dǎo)向板50放在脫?；?2上以使導(dǎo)向板50上的插孔52與膠粘劑預(yù)制件30在形狀和尺寸上正對(duì)，最好用定位銷穿過每對(duì)相對(duì)應(yīng)的相互對(duì)齊的孔34、36和34′、36′。插孔52也最好比罩40的尺寸大千分之幾英寸，以便于安裝。然后，罩40通過導(dǎo)向板50上的插孔52直接安裝在濕膠粘劑預(yù)制件30的頂部。當(dāng)所有罩40都安裝在膠粘劑預(yù)制件30上后，將導(dǎo)向板50拿開，產(chǎn)生如圖4所示的結(jié)果。在例如帶式爐或箱式爐中，膠粘劑預(yù)制件30上有罩40的脫模基底32被干燥或半熔足夠長的時(shí)間以從膠粘劑中除去溶劑，并且/或產(chǎn)生一些膠粘劑的化學(xué)交聯(lián)，濕膠粘劑預(yù)制件30由此變成固體膠粘劑預(yù)制件30，每個(gè)都粘接到一個(gè)對(duì)應(yīng)的罩40上。
有干膠粘劑預(yù)制件30的罩40可隨后從脫模襯32上脫模出來并留做備用，例如，連接到一個(gè)電子或其他功能器件的基底上?？蛇x擇地，有膠粘劑預(yù)制件30的罩40可按帶-輪包裝或格柵包裝，便于以后使用時(shí)的運(yùn)輸和儲(chǔ)存，例如，可以使用傳統(tǒng)的“拾取-安放”設(shè)備(pick-and-place apparatus)。
可選擇地，脫模基底32可以兩種不同的方法用于常規(guī)的“拾取-安放”設(shè)備。首先，圖3所示的帶濕膠粘劑預(yù)制件30的脫模基底32被送到拾取-安放設(shè)備上，例如從位于賓夕法尼亞洲的Huntingdon Valley的Manncorp得到的型號(hào)為ECM93的拾取-安放機(jī)，該設(shè)備然后拾取每個(gè)罩40并放在脫?；?2上的每個(gè)膠粘劑預(yù)制件30上，這樣也能產(chǎn)生圖4中的結(jié)果。然后對(duì)包含濕膠粘劑預(yù)制件30的脫?；?2進(jìn)行如上所述的處理。然后，如圖4所示的用干膠粘劑預(yù)制件連接有罩40的脫?；?2可以送到如ECM93型號(hào)的拾取-安放設(shè)備中，該設(shè)備然后拾取粘有干膠粘劑預(yù)制件30的罩40并放在電子或其他功能器件基底上的預(yù)先確定的位置內(nèi)。在利用帶拾取-安放設(shè)備的脫模基底32的上述任一方法中，脫?；?2可以通過使用對(duì)應(yīng)相互對(duì)齊的孔34,36在該拾取-安放設(shè)備上定位，由此每個(gè)膠粘劑預(yù)制件30和/或每個(gè)罩40在拾取-安放設(shè)備上的位置可以根據(jù)情況精確定位。
在圖5的透視圖中，表示出連接在如印刷線路板等電子基底20′上的多個(gè)非導(dǎo)電蓋或罩40和多個(gè)導(dǎo)電蓋或罩40′。每個(gè)罩40,40′蓋住并保護(hù)通過如膠粘、焊接、線連接或其他已知安裝方法連接在印刷線路板20′上的一個(gè)或多個(gè)元件。每一個(gè)罩40,40′通過由上述方法形成于罩40上的絕緣膠粘劑預(yù)制件30或?qū)щ娔z粘劑預(yù)制件30′連接到印刷線路板上。
實(shí)施例1．實(shí)施例1包括一個(gè)蓋40，保護(hù)小模塊10′內(nèi)的半導(dǎo)體器件22，小模塊10′用在如便攜式尋呼機(jī)和移動(dòng)或蜂窩電話等通訊設(shè)備上。半導(dǎo)體器件22固定在功能板20′上。功能板20′在此是比如由標(biāo)準(zhǔn)FR4基底材料制成的印刷線路板20′。線路板20′和器件22之間的相互連接，比如可以由傳統(tǒng)的線連接或“倒裝晶片(flip-chip)”連接法連接。該電子模塊通常安裝在多重線路板內(nèi)。帶有預(yù)先施加的膠粘劑預(yù)制件30的蓋40放在線路板20′頂部，并通過加熱和加壓由膠粘劑確定的一段具體時(shí)間連接。在該實(shí)例中，從AI.Technology Inc.得到的一種LESP7670型可半熔的絕緣環(huán)氧膠粘劑用于蓋密封。LESP7670膠水首先以矩形預(yù)制件30的獨(dú)立單元形式涂覆在脫?；?2上，并按與圖2所示的一組相互對(duì)齊的孔34,36相關(guān)的已知預(yù)定關(guān)系定位?？?4,36最好事先已經(jīng)在用來涂覆膠粘劑預(yù)制件30的有用區(qū)域之外作出了。通常，膠粘劑預(yù)制件30有約75到150微米(μm)的厚度。雖然發(fā)現(xiàn)使用包括絲網(wǎng)印刷、模版印刷的涂覆方法和接觸碰撞涂覆法是有用的，但是本例中最好用模版印刷。當(dāng)膠粘劑預(yù)制件30要涂覆在許多脫?；?2上，使用相互對(duì)齊的孔34,36尤其有利。這些基底有利于膠粘劑的大量的流水線般的膠粘劑涂覆。然后將有濕膠粘劑預(yù)制件30的脫?；?2傳到另一工作站，在此有一個(gè)導(dǎo)向板50放在脫?；?2上，并且用導(dǎo)向板50中對(duì)應(yīng)的一組相互對(duì)齊的孔34′,36′與基底對(duì)齊，如上所述。然后蓋40通過插孔52直接安放到濕膠粘劑預(yù)制件30上。蓋40這樣安放好后，就可以移去導(dǎo)向板50。然后把其上有由膠粘劑預(yù)制件30粘接的蓋40的脫?；?2放進(jìn)溫度為60-80℃的帶式爐或箱式爐保持足夠長的一段時(shí)間，比如30-60分鐘，使溶劑從膠粘劑預(yù)制件30中去掉并產(chǎn)生部分化學(xué)交聯(lián)，這樣，濕膠粘劑預(yù)制件30變成裝在蓋40上的固體膠粘劑預(yù)制件。其上有干膠粘劑預(yù)制件30的蓋40從脫模基底32脫模并準(zhǔn)備由拾取-安放設(shè)備連接在線路板20′上。在蓋40連接到線路板20′的過程中，有膠粘劑預(yù)制件30的蓋40在150-180℃溫度下以0.7kg/cm2(約10psi)的壓力壓在電子線路板20′基底上(如圖5所示)保持3-10分鐘，該壓力值足夠使膠粘劑預(yù)制件30產(chǎn)生合適的流動(dòng)。型號(hào)為LESP7670的環(huán)氧膠粘劑可以不需額外固化即可使用。蓋40可以通過在膠粘劑預(yù)制件30上集中應(yīng)力容易地被移走而不會(huì)損壞線路板20′，比如推蓋、擰動(dòng)蓋、或撬起蓋，以及可以通過加熱膠粘劑預(yù)制件到足夠減少它的連接強(qiáng)度的溫度來推動(dòng)蓋。
實(shí)施例2．實(shí)施例2是采用與實(shí)例1相同的膠粘劑涂覆方法和膠粘劑材料的替代方案，但是，為代替用導(dǎo)向板50使蓋40在濕膠粘劑預(yù)制件30上的精確定位，而采用慣常的用由表面安裝技術(shù)(SMT)精確安裝元件的標(biāo)準(zhǔn)拾取-安放設(shè)備。適合的SMT拾取-安放設(shè)備可以從位于麻薩諸塞州的皮博迪市的Mydata Automation、位于紐約賓厄姆頓的Universal Instrument、位于北卡羅萊納州的Morrisville的Zevatech Inc.和Manncorp買到，能以25微米(千分之一英寸)或更小的定位誤差以及每秒多于一個(gè)蓋的速率將元件放在線路板上。實(shí)際上，在50微米(千分之二英寸)以內(nèi)定位蓋40對(duì)于大多數(shù)應(yīng)用場合已過于精確了。一旦脫?；?2完全組裝完蓋40，就被加熱得到半熔態(tài)膠粘劑預(yù)制件30。根據(jù)本發(fā)明，安裝在脫?；?2上的濕膠粘劑預(yù)制件30按與傳統(tǒng)印刷線路板涂覆固體膠粘劑幾乎完全一樣的方法進(jìn)行處理而且蓋可以象元件一樣處理，這樣大大促進(jìn)了將膠粘劑預(yù)制件30加在蓋40上的自動(dòng)化過程，由此而增加了膠粘預(yù)制蓋的生產(chǎn)率和一致性，而降低生產(chǎn)成本。有利的是，本發(fā)明與本發(fā)明用戶已經(jīng)擁有的傳統(tǒng)自動(dòng)裝配設(shè)備是兼容的，因此可以選擇使用這些設(shè)備。
實(shí)施例3．實(shí)施例3利用同樣的過程預(yù)先將膠粘劑預(yù)制件30施加在保護(hù)蓋40上并將蓋40粘接到線路板20′上。但是，實(shí)施例3中的蓋40有一個(gè)更寬的粘接邊緣，比如，因?yàn)樯w40的材料較厚或它的邊緣向外展開而增加粘接面積。結(jié)果是，蓋40連接有一個(gè)有著較低粘接強(qiáng)度卻提供相同的機(jī)械保護(hù)的膠粘劑預(yù)制件30。為了該目的，采用一種也可以從AI Technology Inc.得到的型號(hào)為LESP7450的可半熔的可變形環(huán)氧膠水。型號(hào)LESP7450在環(huán)境溫度下的固有粘接強(qiáng)度大約是140kg/cm2(約2000psi)，比常規(guī)高強(qiáng)度蓋密封膠粘劑的粘接強(qiáng)度小30％，并且在其基本上一半的具體操作和儲(chǔ)存溫度范圍上，例如-55℃和150℃的溫度范圍上，容易變形(即彈性模量低于14000kg/cm2(約200,000psi))。在90℃或90℃之上，即明顯低于焊料融化溫度的溫度，型號(hào)為LESP7450的膠粘劑粘接強(qiáng)度下降到約21kg/cm2(約300psi)，由此允許使用扭轉(zhuǎn)、撬動(dòng)或其他集中應(yīng)力的方法輕易移走蓋40。易于移走是一個(gè)理想的特征，尤其對(duì)于大蓋和有大粘接面的蓋更如此。
實(shí)施例4．實(shí)施例4采用一種導(dǎo)電的可半熔的易變形的熱塑膠水，型號(hào)為LTP8090，從AI Technology Inc.可以得到，與導(dǎo)電的蓋一起提供EMI屏蔽。具體地，罩40′是由約150微米厚的磁性不銹鋼鋼板制成的金屬殼。罩40′的頂部設(shè)有小開口能從此看到內(nèi)部，比如為了檢查，并且允許氣流進(jìn)入以冷卻被罩40′封閉的電子元件。這些開口與感興趣的電磁射線波長相比很小，這樣阻止了EMI從罩40′漏進(jìn)和漏出，比如當(dāng)罩40′用于移動(dòng)蜂窩電話聽筒的情況。例如，小于5mm的開口將不會(huì)使低于50GHz頻率的電磁信號(hào)通過。型號(hào)LTP8090的導(dǎo)電膠水涂覆在脫?；?2上，其采用的預(yù)制件的形狀，與罩40′的粘接面積形狀吻合，罩40′用實(shí)施例1中那樣的導(dǎo)向板50被放在濕膠粘劑預(yù)制件30′上。有濕膠粘劑預(yù)制件30′的罩40′然后被半熔化形成連接于罩40′上的干預(yù)制件30′，然后在150-180℃的溫度下、0.7kg/cm2(約10psi)壓力下連接到電子模塊20′上。注意到膠粘劑預(yù)制件30′和罩40′形成了一個(gè)法拉第靜電屏蔽防止EMI泄露。因?yàn)樾吞?hào)為LTP8090的膠粘劑是一種熱塑樹脂，具有明顯或明確的110℃的融化溫度，一但粘接區(qū)的溫度升到融化溫度之上罩40′就可以容易地被移走。結(jié)果是，包括根據(jù)本發(fā)明的罩的電子器件可以容易地在低于焊料熔點(diǎn)溫度下以及半導(dǎo)體及其他電子元件能夠忍受的最大溫度下反復(fù)工作，因此避免了電子元件的褪化和損壞。
在上述1-4例子中，膠粘劑預(yù)制件通常最好比蓋40、40′作為粘接面的邊緣稍寬，以便在連接到電子器件10、10′之前預(yù)制件能夠有足夠粘接面連接在蓋40、40′上。但是，當(dāng)蓋40、40′的邊緣較寬，特別是膠粘劑預(yù)制件30、30′是導(dǎo)電膠粘劑時(shí)，為了避免由膠粘劑預(yù)制件30、30′引起比如位置靠近蓋40、40′的電子元件和導(dǎo)體的不希望的導(dǎo)電、電橋和短路，限制蓋40、40′上的膠粘劑預(yù)制件30、30′的膠粘面積和體積可能很重要。注意到即便絕緣的膠粘劑也可以形成一高阻抗(比如多個(gè)兆歐)通路，會(huì)干擾某些高阻抗電路。某些情況下，明顯地向蓋40、40′的外部邊緣轉(zhuǎn)移膠粘劑預(yù)制件30、30′是有利的，這樣不但能夠避免潛在電橋和其他損害問題，而且能夠避免不易檢查到的膠粘劑流進(jìn)蓋蓋住的空間內(nèi)部問題。還注意到，完成實(shí)施例1-4中的蓋40、40′的連接和移走需要的溫度大大低于焊接需要的220℃溫度，由此減少了高溫對(duì)靠近蓋的電子元件的干擾、損壞或退化的可能性。
通常不希望對(duì)熱固膠粘劑預(yù)制件30、30′用傳統(tǒng)的等溫加工方法或類似加工方法，因?yàn)槌遣僮鞣浅Ｐ⌒?，否則蓋40、40′和粘附的膠粘劑預(yù)制件30、30′的加熱時(shí)間會(huì)太長。如果將預(yù)連接加熱到膠粘劑固化溫度或附近的某一溫度的時(shí)間太長，膠粘劑可能凝固太多或者可能局部固化，這樣沒有足夠的強(qiáng)度適當(dāng)粘接在基底20、20′上。相應(yīng)地，希望采用選作本發(fā)明膠粘劑預(yù)制件30、30′的膠粘劑的粘結(jié)過程比現(xiàn)有技術(shù)有改進(jìn)。
在一改進(jìn)的蓋連接過程中，基底20、20′被預(yù)熱到比蓋40、40′明顯高的溫度。例如，電路基底20、20′被加熱到約150-200℃，即一個(gè)足以安裝熱固膠粘劑預(yù)制件30、30′的溫度。而有熱固膠粘劑預(yù)制件30、30′的蓋40、40′維持在環(huán)境溫度或低于80的升高溫度。有預(yù)先施加的熱固膠粘劑預(yù)制件30、30′的蓋40、40′可以由一標(biāo)準(zhǔn)拾取-安放設(shè)備安放在預(yù)熱電路基底20、20′上，并且在放上后，有膠粘劑預(yù)制件30、30′的蓋40、40′被加熱并粘在基底20、20′上。然后基底20、20′可以被放進(jìn)一個(gè)加熱帶式爐，在略低于基底20、20′預(yù)熱狀態(tài)的溫度下再保持3-5分鐘。例如，基底20、20′被預(yù)熱到175℃，隨后在一帶式爐中在150℃下再加熱3分鐘而與蓋40、40′固化連接。
在熱塑膠粘劑預(yù)制件30、30′的情況下，不需要連接后的固化，而且將蓋40、40′連接到基底20、20′的過程所需要的溫度只是熱塑膠粘劑預(yù)制件30、30′加熱到熱塑膠粘劑熔流(melt-flow)的溫度。需要的熱量可以由預(yù)熱蓋40、40′或從預(yù)熱基底20、20′向蓋40、40′的熱傳遞提供。最好將蓋40、40′預(yù)熱到一個(gè)明顯高于熱塑膠粘劑預(yù)制件30、30′熔流的溫度的溫度，然后將蓋壓在比蓋40、40′的溫度低的50-100℃的溫?zé)峄?0、20′上。蓋40、40′一壓在基底20、20′上，溫差引起熱塑膠粘劑預(yù)制件30、30′迅速冷卻，由此促進(jìn)熱塑膠粘劑的迅速安裝。
這樣，在比如每秒一個(gè)的高速率下、使用在多數(shù)現(xiàn)代制造設(shè)備中目前能夠得到自動(dòng)裝配設(shè)備，可以將蓋或罩40、40′連接到一個(gè)電路基底20、20′上。不管基底接收一個(gè)還是大量的連接其上的蓋或罩，用熱塑性和熱固性膠粘劑、電路模塊、倒裝晶片模塊和印刷線路板可以獲得這樣的結(jié)果。按照上述方式使用的具有根據(jù)本發(fā)明的有膠粘劑預(yù)制件的蓋可以有相同或不同的尺寸和形狀，可以是相同或不同材料，可以提供物理保護(hù)和/或靜電或電磁保護(hù)。
另外，根據(jù)本發(fā)明的膠粘劑預(yù)制件和具有這種膠粘劑預(yù)制件的蓋有利的是可以用來避免稱作“向外噴氣”的問題。該問題是由擋在蓋或罩內(nèi)部的氣體在連接過程中蓋被加熱時(shí)引起，使蓋40和封裝之間的膠粘連接件破裂，由此引起蓋40和基底20之間的膠粘劑密封30失敗。為此，預(yù)制件30、30′上形成有一個(gè)或多個(gè)縫隙，如圖1所示，通過縫隙氣體可以放出或流動(dòng)。例如，膠粘劑預(yù)制件30a在其一側(cè)有一個(gè)縫隙31，而膠粘劑預(yù)制件30b有兩個(gè)縫隙31，分別在兩個(gè)相對(duì)側(cè)面內(nèi)。膠粘劑預(yù)制件30c有四個(gè)縫隙31，分別在四個(gè)面內(nèi)。類似地，膠粘劑預(yù)制件30d、30e和30f分別在一個(gè)、兩個(gè)和四個(gè)角上有縫隙，每個(gè)縫隙是窄的卻足以允許被圍住的氣體分子通過，但是它足夠窄使得當(dāng)加熱蓋40并壓向基底20而連接在基底20上時(shí)會(huì)由于膠粘劑30流動(dòng)而封閉。例如，在由型號(hào)ESP7450膠粘劑形成的邊長為8.8mm(約0.35英寸)的正方形膠粘劑預(yù)制件30中，其中膠粘劑預(yù)制件側(cè)面寬1毫米厚150微米(40密耳寬和6密耳厚)，四個(gè)縫隙都是125微米(5密耳)的斷面長度。通過使用本發(fā)明的方法可以容易地制作分段的膠粘劑預(yù)制件30a,30b,30c,30d,30e,30f并用在蓋40、40′上，因?yàn)檫@些預(yù)制件由精確方法涂覆在脫?；?2上，當(dāng)預(yù)制件仍然連接在脫?；?2上時(shí)蓋40、40′被連接其上。其后，有膠粘劑預(yù)制件30a,30b,30c,30d,30e,30f的蓋40、40′容易地由拾取-安放設(shè)備操作。企圖用傳統(tǒng)方法形成這樣有縫隙的膠粘劑預(yù)制件30a,30b,30c,30d,30e,30f，就算不是不可能的，也是非常困難的，因?yàn)閭鹘y(tǒng)方法需要對(duì)預(yù)制件進(jìn)行處理，而單個(gè)預(yù)制件的尺寸小而且精細(xì)。
雖然用上述實(shí)施例的形式對(duì)本發(fā)明做了描述，但是本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)清楚，可以在權(quán)利要求限定的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)做各種變化。例如，形成預(yù)制件30、30′的膠粘劑可以填充某些材料使其具有適合特殊用途的特性?？梢酝ㄟ^添加高導(dǎo)熱率材料顆粒來增加膠粘劑的導(dǎo)熱性，比如氧化鋁(Al2O3)、氮化鋁(AlN)、氮化硼(BN)、碳化硅(SiC)、或石墨，其填充劑還可用來調(diào)整熱膨脹系數(shù)。比如可以通過添加玻璃硅酸鹽顆粒來減小其熱膨脹系數(shù)。
權(quán)利要求
1．一種制備預(yù)制蓋(30,40,30′,40′)的方法，包括獲得多個(gè)蓋(40,40′),每個(gè)蓋有一個(gè)確定一粘接模型的粘接面；涂覆一個(gè)包含多個(gè)所述粘接模型的膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)模型；及安放每個(gè)所述多個(gè)蓋(40,40′)于每個(gè)所述多個(gè)膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)的所述多個(gè)粘接模型上,來粘接所述每個(gè)所述蓋(40,40′)于每個(gè)所述膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)粘接模型上。
2．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂覆一個(gè)膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)模型包括在一個(gè)脫模基底(32)上涂覆一個(gè)膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)模型，以及從脫?；?32)脫模所述多個(gè)膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)粘接模型和附著在其上的各個(gè)蓋(40,40′)。
3．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述安放每個(gè)所述多個(gè)蓋(40)包括靠近所述膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)模型定位一個(gè)導(dǎo)向板(50)，所述導(dǎo)向板(50)內(nèi)有對(duì)應(yīng)所述多個(gè)膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)粘接模型位置的多個(gè)插孔(52)，并在所述導(dǎo)向板(50)的每個(gè)插孔(52)內(nèi)安放每個(gè)所述多個(gè)蓋(40,40′)。
4．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述安放每個(gè)所述多個(gè)蓋(40,40′)包括用拾取-安裝設(shè)備在每個(gè)多個(gè)膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)粘接模型上安放每個(gè)所述多個(gè)蓋(40,40′)。
5．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法,進(jìn)一步包括對(duì)連接在所述蓋(40,40′)上的所述每個(gè)所述膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)粘接模型進(jìn)行干燥和半熔中的至少一種處理。
6．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中涂覆膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)模型包括至少下列處理之一(a)涂覆從熱塑膠粘劑和熱固膠粘劑組成的組中選擇的一種膠粘劑，和(b)用從網(wǎng)孔篩網(wǎng)印刷、模版篩網(wǎng)印刷、接觸篩網(wǎng)印刷、掩模篩網(wǎng)印刷和噴墨印刷組成的組中選擇的一種方法涂覆膠粘劑。
7．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述涂覆膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)模型包括涂覆膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)的粘接模型，每個(gè)模型上有至少一個(gè)縫隙(31)，其中當(dāng)所述膠粘劑流動(dòng)時(shí)縫隙(31)被所述膠粘劑填滿。
8．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，進(jìn)一步包括在基底(20、20′)上安放每個(gè)其上有所述膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)粘接模型的所述蓋(40,40′)，并加熱所述膠粘劑，將每個(gè)所述蓋(40,40′)連接到所述基底(20,20′)上。
9．根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法,其中所述膠粘劑是一個(gè)有一個(gè)粘接溫度和一個(gè)固化溫度的熱固膠粘劑，進(jìn)一步包括加熱所述基底(20,20′)至少到粘接溫度，將所述熱固膠粘劑粘接到基底上，其中所述蓋(40,40′)在安放在所述基底(20,20′)上前，其溫度一直低于粘接溫度。
10．根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，其中所述膠粘劑是一種有一熔流溫度的熱塑膠粘劑，進(jìn)一步包括加熱所述蓋(40,40′)至少到達(dá)所述熱塑膠粘劑的熔流溫度，其中當(dāng)所述蓋被安放在基底上時(shí)所述基底(20,20′)的溫度低于熔流溫度。
11．根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中所述膠粘劑的粘接強(qiáng)度在溫度低于焊料熔化溫度時(shí)顯著減小。
12．一種根據(jù)權(quán)利要求1的方法制作的預(yù)制蓋(30,40,30′,40′)。
13．一種根據(jù)權(quán)利要求8的方法制作的粘接有預(yù)制蓋(30,40,30′,40′)的基底(20,20′)。
14．一種其上連接有一個(gè)膠粘劑預(yù)制件(30,30′)的蓋(40,40′)的制作方法，包括獲得一個(gè)有確定粘接模型的粘接面的蓋(40,40′)；在一個(gè)脫?；?32)上涂覆一個(gè)對(duì)應(yīng)于所述粘接模型的膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)模型；在所述膠粘劑粘接模型上安放所述蓋(40,40′)，使所述蓋連接在所述膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)的粘接模型上；和從脫?；?32)移走所述膠粘劑(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)和與之連接的蓋(40,40′)。
15．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述安放所述蓋(40,40′)包括將一個(gè)導(dǎo)向板(50)設(shè)置在所述膠粘劑模型(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)的附近，所述導(dǎo)向板(50)上有一個(gè)對(duì)應(yīng)于所述膠粘劑粘接模型(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)位置的插孔(52)，并且將所述蓋(40,40′)放進(jìn)所述導(dǎo)向板(50)的插孔(52)內(nèi)。
16．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述安放所述蓋(40,40′)包括用拾取-安裝設(shè)備將所述蓋(40,40′)安放在所述脫?；?32)上的膠粘劑粘接模型(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)上。
17．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括，從所述脫?；?32)移走所述膠粘劑粘接模型(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)和與之連接的蓋(40,40′)之前，對(duì)連接于所述蓋(40,40′)的所述膠粘劑粘接模型(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)進(jìn)行干燥或者半熔處理中的至少一種。
18．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中涂覆膠粘劑模型(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)包括涂覆從由熱塑膠粘劑和熱固膠粘劑組成的組里選擇的一種膠粘劑，該熱塑膠粘劑有低于焊料熔化溫度的熔流溫度，該熱固膠粘劑有低于焊料熔化溫度的固化溫度。
19．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其中所述涂覆膠粘劑模型(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)包括涂覆其上有至少一個(gè)縫隙(31)的膠粘劑粘接模型(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f),其中當(dāng)所述膠粘劑流動(dòng)時(shí)縫隙(31)被所述膠粘劑填滿。
20．根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，進(jìn)一步包括在一個(gè)電路基底(20,20′)上安放其上有與之連接的所述膠粘劑粘接模型(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)的所述蓋(40,40′),并且加熱所述膠粘劑將所述蓋(40,40′)粘接到所述電路基底(20,20′)上。
21．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述安放所述蓋(40,40′)包括用足夠的壓力使所述膠粘劑在所述蓋(40,40′)和所述電路基底(20,20′)之間流動(dòng)。
22．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述膠粘劑是一種有一粘接溫度和一固化溫度的熱固膠粘劑，進(jìn)一步包括將所述電路基底(20,20′)至少加熱到粘接溫度使所述熱固膠粘劑與之粘接，其中所述蓋(40,40′)放在所述電路基底(20,20′)上之前的溫度低于焊接溫度，其后在固化溫度下固化所述熱固膠粘劑。
23．根據(jù)權(quán)利要求20所述的方法，其中所述膠粘劑是有一熔流溫度的熱塑膠粘劑，進(jìn)一步包括將所述蓋(40,40′)至少加熱到所述熱塑膠粘劑的熔流溫度，其中當(dāng)所述蓋(40,40′)安放其上時(shí)所述電路基底(20,20′)的溫度低于所述熱塑膠粘劑的熔流溫度。
24．根據(jù)權(quán)利要求14方法制成的一個(gè)蓋(40,40′)，其上有與之連接的膠粘劑預(yù)制件(30,30a,30b,30c,30d,30e,30f)。
25．根據(jù)權(quán)利要求20方法制成的一個(gè)基底(20,20′)，其上有與之粘接的預(yù)制蓋(30,40,30′,40′)。
全文摘要
電子器件(22)裝入一個(gè)封裝或組件(10)中,該封裝有一個(gè)用膠粘劑預(yù)制件(30)密封的蓋(40),該預(yù)制件預(yù)先放在蓋(40)的粘接面上。粘接劑預(yù)制件(30)由作為預(yù)制件涂覆在脫?；?32)上相對(duì)于一組參考導(dǎo)孔(34,36)的預(yù)定位置上的濕膠粘劑形成,隨后用拾?。卜旁O(shè)備或?qū)虬逭辰釉谏w子(40)上。濕膠粘劑預(yù)制件(30)被半熔或干燥形成干膠粘劑預(yù)制件(30)。蓋子(40)和膠粘劑預(yù)制件(30)都可由電絕緣或?qū)щ姴牧现瞥伞Ｊ褂脮r(shí),在溫度顯著低于焊接傳統(tǒng)蓋的溫度的情況下,通過粘接膠粘劑預(yù)制件(30)安裝蓋子(40)和膠粘劑預(yù)制件(30)并封閉電子器件(22)。
文檔編號(hào)H05K9/00GK1306476SQ99807604
公開日2001年8月1日 申請(qǐng)日期1999年6月17日 優(yōu)先權(quán)日1998年6月23日
發(fā)明者凱文·K·T·鐘 申請(qǐng)人:阿梅拉西亞國際技術(shù)公司