多种材料在电子器件的气穴封装中的应用制造技术

通过分三个独立部分－－基底、侧壁和盖子－－包封半导体电路器件（芯片），可以将芯片装入防潮电子封装。先将所述芯片焊接或结合到基底上，接着将侧壁连接到基底上，最后将盖子连接到侧壁上。对于涉及导热基底和焊接高温的过程，可在焊接时的高温下将芯片固定到基底上，接着在明显低得多的温度下将侧壁安装到基底上，这样就避免了高温对侧壁可能造成的伤害。因此，可以使用在焊接时的高温下会损坏或变形的塑料侧壁。对于通用电子封装，如果使用塑料侧壁，就可以同时使用原本不相容的盖子材料和基底材料，而且减少或消除了由于在生产、组装、测试或使用封装时的高温下发生应力开裂而出现不合格产品的机会。（*该技术在2022年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及电子包装领域。电子包装物可用来封装和保护半导体电路器件(芯片)，同时提供电连接，使芯片电路与外部组件连在一起，如印刷电路板中的那些组件。具体地，本专利技术涉及气穴封装，在这些封装中，芯片处于充满空气的空穴中，空气的低介电常数可提高芯片的性能。特别地，本专利技术意在解决按如下方式密封芯片和气穴外面的封装物时碰到的困难，即在生产封装的高温下和使用封装的条件下能保持气密性。
技术介绍
电子封装由密封在护套中的芯片组成，引线穿透护套壁，使芯片电路与外部电路，如印刷线路板上的电路实现电连接。本专利技术研究的封装是电子工业中所谓的“气穴封装”，因为芯片位于护套内部充满空气的空穴里，空气由于介电常数低而充作电绝缘体。当电子器件为微波功率芯片时，这种绝缘能力特别有用。当芯片需要透光性时，如CCD和CMOS器件，气穴也很有用，因为空气允许光到达芯片的表面。当前，芯片采用极度精细的线路和高电流密度，为了达到稳定可靠的性能，封装必须密封得能抵抗水蒸气和其他空气组分的渗入。同时，所述封装必须能够散开芯片在使用中产生的热量。散热性能常常通过封装的底部实现，因此，要使用导热材料，通常为金属板作为底部，并用高温导热焊料，常常为低共熔焊料将芯片连接到底部上。制造封装时，常常先将侧壁连接到金属板上，形成封装的主体，侧壁有引线穿过。一旦主体形成，就将芯片放置在主体当中，并用焊料固定到底部上。然后用线将芯片电路与引线连接起来，最后用合适的胶粘剂将盖子固定到主体上，封闭顶部，从而完成封装。将芯片固定在封装底面上所需的焊接温度较高，这要求封装的主体由特定材料构成，这种材料能耐高温，而不会发生开裂、熔化、流动、分解或变形，这些可能危及整个封装的密封性。当封装在高瓦特数下使用时，这对封装壁和盖子提出了另一个限制条件，因为在使用中它们会产生高温。由于这些原因，原有技术下的封装壁和盖子由陶瓷材料制成。但是陶瓷成本高，当大量生产封装时，陶瓷占据了封装生产成本的主要部分。若用塑料代替陶瓷，则成本可显著降低，但塑料不容易抵挡焊接时的高温，将芯片焊接到基底上时，它要么熔化，要么分解。结果，生产带塑料侧壁的电子封装的废品率很高。当用两部件构成法生产封装时，产生了类似的问题。这种方法是用陶瓷或塑料将基底和侧壁模塑成一个整体部件，并模塑或插入金属散热片作为底部，第二个部件是盖子。如果用陶瓷作为构建基底和侧壁整体部件的材料，则成本高，如果用塑料，则由于塑料损坏或变形以及在相当多的单元中形成泄露点，大规模生产时的产率较低。对于光学封装，即包含需要透明盖子用以透光的CCD或CMOS器件的封装，存在另一个问题。因为这些封装在使用中不会产生热量，它们不需要快速散热的金属基底，金属、塑料或陶瓷均可使用。此外，由于不需要快速散热，所以不需要高温金属焊料。相反，低温焊接可以用诸如环氧化物的焊料进行。但无论如何都应当考虑高温的影响，因为在封装之组装好后、使用封装之前，还要对它进行处理。这种后续处理包括将封装外面的引线与外部电路焊接起来，以及进行质检，所有这些都涉及高温。在高温下，包装的部件之间的热膨胀系数差异会使封装易于开裂。特别地，用于典型透光封装的玻璃盖的CTE显著低于基底，无论基底是金属、塑料或陶瓷。这种热膨胀系数差使得盖子和基底在热循环过程中膨胀程度不同。膨胀差异使封装发生弯曲，使侧壁处于应力之下，增加了破坏密封性的危险，不管密封的是侧壁与基底还是侧壁与盖子，或者二者同时密封。当形成裂缝时，封装将通不过总体泄露测试和湿敏测试，这些测试决定了它们是否适于使用，同时有用产品(能发挥功用的长寿命封装)的产率下降。专利技术概述通过使用至少三个先是分离的组件——基底、侧壁框架和盖子——形成封装，本专利技术解决了生产气穴电子封装时遇到的上述困难以及其他困难。对于通过高温焊料连接芯片与基底来进行生产，且在使用中产生大量热的封装，封装的三组件结构允许先将芯片焊接到基底上，然后再组装上其他任何封装组件，即将侧壁连接到基底或将盖子连接到侧壁上。此时将塑料侧壁连接到基底上，不会使塑料遭受将芯片焊接到基底上所需的高温。此外，由于完全不使用陶瓷或仅在基底上用陶瓷，消除或减少了在陶瓷上的高成本。对于带透明盖子的可视封装，封装的三组件结构允许将塑料侧壁与非塑料基底非塑料盖子一起使用。这样，基底和盖子可由CTE值相近的材料形成，而形成侧壁的材料的CTE可与基底和盖子有较大差异。使用CTE相对较高的塑料做侧壁不会对封装的密封处施加不适当的应力，原因是，即便侧壁在组装和测试中的高温下变厚(即同时向内向外膨胀)，基底和盖子几乎等量膨胀，从而防止封装弯曲。因此，根据封装的类型和所使用的材料，本专利技术具有不同的优点。一般来说，本专利技术对材料的选择范围较宽，同时可避免或减少裂缝导致的封装废品，所述裂缝是由组装和使用过程中的高温引起的。本专利技术的上述及其他优点、特征和实施方式从下面的描述中可以更加清楚地看到。本专利技术优选实施方式如上所述，本专利技术生产过程的第一步是将芯片固定到作为封装的底部的基底上。视封装的类型，基底可以具有快速散去芯片上热量的能力，也可以是其散热性并不关键(如用于光学封装)。当需要较高的导热性时，基底可以是金属材料、陶瓷材料、涂敷金属的陶瓷材料或有个金属插入物的陶瓷材料。当不需要高导热性时，底板可以是这些材料中的任意一种以及塑料。对于金属底板或金属插入物或金属涂层，合适的金属的例子列举如下，其符号如《电子材料手册》所述(Electronic Materials Handbook，Vol.1，Minges，M.L.，等编，ASM International，Materials Park，Ohio，1989)铜铜-钨合金铜-铁合金C19400，C19500，C19700，C19210铜-铬合金CCZ，EFTEC647铜-镍-硅合金C7025，KLF 125，C19010铜-锡合金C50715，C50710铜-锆合金C15100铜-镁合金C15500铁-镍合金ASTM F30(合金42)低碳钢铝这些金属中，优选铜、铜含量至少为95wt％的铜合金、铁含量至少约为50-75wt％的铁-镍合金及铁含量至少约为50-75wt％的铁-镍-钴合金。铁-镍合金(合金42，58％Fe，42％Ni)和铁-镍-钴合金Kovar(54％Fe，29％Ni，17％Co)，以及各种铜合金尤其值得注意。还可使用金属层合物，特别是铜-钼-铜，因其具有特别高的导热性。这些金属和合金也可用作穿透封装侧壁的引线。对于使用陶瓷基底的封装，合适的陶瓷的例子有Al2O3(氧化铝)、BeO(氧化铍)、AlN(氮化铝)、SiN(氮化硅)和这些材料的混合物，以及通过加入BaO(氧化钡)、SiO2(氧化硅)或CuO(氧化铜)进行改性的Al2O3。优选的陶瓷是氧化铝，特别是改性氧化铝，以及氧化铍。对于使用塑料基底的封装，合适的塑料包括热固性和热塑性材料。热固性材料的例子有环氧化物树脂和改性环氧化物树脂、聚亚酰胺、改性聚亚酰胺、聚酯和有机硅。热塑性材料的例子有聚氨酯、聚苯硫醚、聚砜、聚醚酮、芳基聚酯，如包含约20-40％填料，如玻璃、陶瓷或矿物的液晶聚合物。当芯片和基底之间需要高传热连接时，有相当多的焊接材料可形成这种连接。由锡、铅、锑、铋、镉、银、铜或金以及较本文档来自技高网...

【技术保护点】
封装半导体电路器件，形成密封气穴封装的方法，所述方法包括：　　　　（ａ）在超过２５０℃的温度下将所述半导体电路器件焊接到导热基底上；　　　　（ｂ）步骤（ａ）完成之后，在低于２００℃的温度下在侧壁和所述金属基底之间形成密封，将所述侧壁塑料框架固定到所述金属基底上，从而部分包围所述半导体电路器件，所述塑料框架或所述导热基底上预先形成导电引线，使所述引线穿透所述半封闭封装；　　　　（ｃ）使所述半导体电路器件的电路与所述引线实现连接；　　　　（ｄ）将盖子固定到所述半封闭封装上，从而将所述半导体电路器件密封在几乎不漏气的室中。

【技术特征摘要】
US 2001-7-12 09/904,5831.封装半导体电路器件，形成密封气穴封装的方法，所述方法包括(a)在超过250℃的温度下将所述半导体电路器件焊接到导热基底上；(b)步骤(a)完成之后，在低于200℃的温度下在侧壁和所述金属基底之间形成密封，将所述侧壁塑料框架固定到所述金属基底上，从而部分包围所述半导体电路器件，所述塑料框架或所述导热基底上预先形成导电引线，使所述引线穿透所述半封闭封装；(c)使所述半导体电路器件的电路与所述引线实现连接；(d)将盖子固定到所述半封闭封装上，从而将所述半导体电路器件密封在几乎不漏气的室中。2.权利要求1所述方法，其特征在于步骤(a)所述温度在300-400℃范围内。3.权利要求1所述方法，其特征在于步骤(b)所述温度在125-185℃范围内。4.权利要求1所述方法，其特征在于所述导热基底是金属基底，选自铜、以铜为主组分的铜合金、铁-镍合金和铁-镍-钴合金，且所述盖子为塑料。5.权利要求1所述方法，其特征在于所述导热基底选自Al2O3、BeO、AlN、SiN和用BaO、SiO2或CuO改性的Al2O3，且所述盖子是玻璃。6.权利要求1所述方法，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：RS布雷甘迪，T谢弗，KS梅伦，RJ罗斯，
申请(专利权)人：RJR聚合物股份有限公司，
类型：发明
国别省市：US[美国]