專利名稱：電子元件及其制備方法
本申請是申請?zhí)枮?6105652.5，申請日為94年4月26日，發(fā)明名稱為“電子元件的接頭”的中國發(fā)明專利申請的分案申請。
本發(fā)明涉及電子元件及其制備方法。
某些電子元件，尤其是集成電路和活動分立元件，由例如半導(dǎo)體材料制成的電子組件構(gòu)成，它們由很細(xì)的線連接到接頭上，整個組合被裝在由合成材料制成的保護(hù)封裝件內(nèi)。暴露在封裝件外側(cè)上的接頭包括被稱為“內(nèi)接頭”的部分，該部分處于封裝件之內(nèi)，還包括被稱為“外接頭”的部分，該部分處于封裝件的外側(cè)。外接頭用于將電子元件連接到印刷電路上，由此它被結(jié)合到后者之中。該接頭或是由含約42％鎳的鐵-鎳合金制成，或是由銅基合金制成。進(jìn)行所用合金的選擇特別取決于所要求的電性能和機(jī)械性能。
為制造接頭，取一段合金帶，或是用機(jī)械方法或是用化學(xué)方法由其切成接頭框，該接頭框由許多內(nèi)部和外部接頭組成，它們通過金屬條連在一起，并且以當(dāng)它們被結(jié)合到電子元件中時(shí)的方式彼此之間相對排列。再將接頭框除油、除氧化皮、沖洗，再經(jīng)電沉積鍍鎳，再鍍貴金屬或銅，然后在與半導(dǎo)體材料制成的組件組裝和內(nèi)接之前，該組件被焊接或粘結(jié)到位于內(nèi)接頭中心的金屬片上。接著，將這樣獲得的組裝件通過在壓力下噴射聚合物模塑，并經(jīng)剪切將外接頭相互隔離。然后將外接頭除氧化皮、鍍錫并彎曲成形。該電子元件就被說成是“封裝在塑料封裝件內(nèi)”。
這種封裝方法也被用于無源元件，例如感應(yīng)器、電阻源網(wǎng)絡(luò)、延遲線路或電容器。
為連接電子組件，也可使用通常稱為“帶自動粘接”或TAB的方法，其中接頭框由經(jīng)電沉積或迭層而鍍有銅合金的聚酰亞胺薄膜制造。
這兩種方法具有因所用合金的機(jī)械性能不夠而產(chǎn)生的缺點(diǎn)。特別是在用要采用軋制薄片的第一種方法時(shí)，要將接頭厚度減小到0.1mm以下是困難的，這就限制了元件的小型化。
在使用于聚酰亞胺薄膜上沉積的第二種方法時(shí)，為使得容易模塑，內(nèi)接頭不能增加到所希望的那樣大。
在這兩種情況下，都還不知道存在有這樣的方法，它既能滿足生產(chǎn)的制約，特別是成形性，又能滿足接頭的機(jī)械強(qiáng)度的要求，結(jié)果例如是要生產(chǎn)厚度小于1mm的集成電路是困難的，而在某些應(yīng)用當(dāng)中，則希望能高產(chǎn)量地生產(chǎn)厚度小于0.5mm的集成電路。
此外，由封裝在封裝件內(nèi)的，厚度小于0.5mm的組件構(gòu)成的電子元件十分難于操作，這是因?yàn)橥獠拷宇^具有很大的脆性。
本發(fā)明的目的是，通過提出一種制造厚度小于0.1mm的電子元件接頭的方法，以彌補(bǔ)這個缺點(diǎn)，該接頭具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度，使得能容易地操作電子元件，并將它安裝在印刷電路上。
為此目的，本發(fā)明的主題是使用組織硬化導(dǎo)電合金制造電子元件的接頭，該類型的電子元件主要包括電子組件，多個接頭和外殼，在組織硬化處理之前，先剪切組織硬化合金。用來獲得接頭框的這種剪切，可以用機(jī)械剪切或化學(xué)剪切來進(jìn)行。
組織硬化導(dǎo)電合金例如是一種馬氏體類型的合金，其化學(xué)組成按重量計(jì)包括0％≤Co≤30％
9％≤Ni≤21％5％≤Mo≤12％0.1％≤Al+Ti≤9％0％≤Nb≤1％0％≤C≤0.15％0％≤Mn≤5％0％≤Cr≤13％選擇組分取自W，V和Be中的至少一種元素，含量小于0.1％，以及選擇組分銅，含量小于0.3％，其余為鐵和熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的該組織硬化導(dǎo)電合金的化學(xué)組成如下8％≤Co≤10％17％≤Ni≤19％5％≤Mo≤6％0.3％≤Ti≤0.7％該組織硬化導(dǎo)電合金也可是奧氏體類型的合金，其化學(xué)組成按重量計(jì)包括35％≤Co≤55％15％≤Cr≤25％10％≤Ni≤35％0％≤Fe≤20％0％≤Mo≤10％0％≤W≤15％0％≤Mn≤2％0％≤C≤0.15％其余為熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的奧氏體類型的組織硬化導(dǎo)電合金的化學(xué)組分如下39％≤Co≤4115％≤Fe≤20％15％≤Ni≤17％6％≤Mo≤8％19％≤Cr≤21％本發(fā)明還涉及一種類型的電子元件，它主要包括半導(dǎo)體材料制造的組件，多個接頭和外殼，它的接頭由組織硬化導(dǎo)電合金，例如馬氏體類型的合金制成，其化學(xué)組成按重量計(jì)包括0％≤Co≤30％9％≤Ni≤21％5％≤Mo≤12％0.1％≤Al+Ti≤9％0％≤Nb≤1％0％≤C≤0.15％0％≤Mn≤5％0％≤Cr≤13％選擇組分取自W，V和Be中的至少一種元素，含量小于0.1％，以及選擇組分銅，含量小于0.3％，其余為鐵和熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的該馬氏體類型組織硬化導(dǎo)電合金的化學(xué)組分如下8％≤Co≤10％17％≤Ni≤19％5％≤Mo≤6％
0.3％≤Ti≤0.7％本發(fā)明的元件可以包括由組織硬化的奧氏體合金制造的接頭，其化學(xué)組成按重量計(jì)包括35％≤Co≤55％15％≤Cr≤25％10％≤Ni≤35％0％≤Fe≤20％0％≤Mo≤10％0％≤W≤15％0％≤Mn≤2％0％≤C≤0.15％其余為熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的組織硬化導(dǎo)電合金的化學(xué)組分如下39％≤Co≤41％15％≤Fe≤20％15％≤Ni≤17％6％≤Mo≤8％19％≤Cr≤21％本發(fā)明元件的接頭可具有小于0.1mm的厚度。
本發(fā)明還涉及制造一類電子元件的方法，該類型的電子元件主要包括電子組件，多個接頭和外殼，其中—制造由組織硬化導(dǎo)電合金構(gòu)成的接頭框，然后組織硬化，—成形內(nèi)部或外部接頭，—進(jìn)行二次硬化熱處理，—將電子組件固定到內(nèi)接頭上，—通過整體模塑產(chǎn)生外殼，并且，—剪切外接頭。
本發(fā)明的制造電子元件的方法也可以是—制造由組織硬化導(dǎo)電合金構(gòu)成的接頭框，然后組織硬化，—將電子組件固定到內(nèi)接頭的接頭框上，—通過整體模塑產(chǎn)生外殼，—剪切外接頭?！尚瓮饨宇^，并且，—在外接頭上進(jìn)行局部二次硬化熱處理。
本發(fā)明的最后一個主題是通過帶自動粘結(jié)制造電子元件的方法，該方法為制造接頭框，使用包括至少一層組織硬化導(dǎo)電合金并選擇性的包括一層聚合物的帶。
現(xiàn)在通過將微處理器作為電子元件的實(shí)例，更確切地，但不以任何限制的方式敘述本發(fā)明，該微處理器由摻雜硅的芯片構(gòu)成，在其上插入微處理器的電路。
在第一個實(shí)施方案中，微處理器的電路借助直徑約30μm的金或鋁線接到內(nèi)接頭上。整個組裝件被封裝在外殼中，該外殼由填滿硅石顆粒的環(huán)氧樹脂型聚合物制的封裝件構(gòu)成，或由其他絕緣材料構(gòu)成。外接頭暴露在封裝件的外側(cè)并被成形，使得能焊接到印刷電路上。
內(nèi)接頭和外接頭由組織硬化后屈服強(qiáng)大于1400MPa的組織硬化馬氏體導(dǎo)電合金制成，其化學(xué)組成按重量計(jì)包括0％≤Co≤30％
9％≤Ni≤21％5％≤Mo≤12％0.1％≤Al+Ti≤9％0％≤Nb≤1％0％≤C≤0.15％0％≤Mn≤5％0％≤Cr≤13％選擇組分取自W，V和Be中的至少一種元素，含量小于0.1％，以及選擇組分銅，含量小于0.3％，其余為鐵和熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的該組織硬化導(dǎo)電合金的化學(xué)組成如下8％≤Co≤10％17％≤Ni≤19％5％≤Mo≤6％0.3％≤Ti≤0.7％使用這種優(yōu)選的化學(xué)組成，使合金的膨脹系數(shù)在8×10-6/K和12×10-6/K之間，這就保證了硅，聚合物和接頭間的膨脹系數(shù)有良好的相容性。
接頭可選擇地用電沉積鍍鎳，然后鍍金，銀或鈀，而它們的外部可鍍錫或包括堆焊。
為制造電子元件，取厚度小于0.1mm，較佳30μm-80μm的組織硬化導(dǎo)電合金制造的薄片，經(jīng)750℃-1000℃熱處理軟化，使得其屈服強(qiáng)度小于1100MPa，并用其制造接頭框。
本身已被公知的接頭框，由包括多個開口的矩形板構(gòu)成，每個開口用于容納一個硅芯片，每個開口包括多個薄片，它們的端部一致地附著到板上，并且通常以放射方式彼此相對排列，并集中在同一區(qū)域，其中有一個小的矩形板，硅芯片被插在其上。每個薄片用于成形一個接頭。薄片位于鄰近集合區(qū)域的部分，用于成形內(nèi)接頭，而薄片的其他部分用于成形外接頭。開口通過機(jī)械剪切或化學(xué)剪切產(chǎn)生。
通常，在剪切、進(jìn)行陽極或陰極除油、化學(xué)除氧化皮和沖洗之后，在薄片中做開口。繼而電沉積鎳，然后電沉積金或銀或銅或鈀。最后，能夠容納5-12塊硅芯片的矩形接頭框被開口。
接頭框一旦開口，再通過彎曲或壓制成形接頭，并進(jìn)行硬化熱處理，例如通過400℃-550℃加熱1-5小時(shí)，較佳是在惰性氣氛中。熱處理也可由加熱到約700℃保持幾秒到幾分鐘構(gòu)成。也可在開口操作過程中成形接頭，在開口/成形操作后進(jìn)行熱處理。
接著，將硅芯片置于位于每個薄片集合區(qū)域中心的每個小矩形板上，在硅芯片上插著電路，并被焊接或粘結(jié)。再通過金或鋁線將電路連接到薄片上。
一旦硅芯片連接到薄片上，再在壓力下噴射聚合物經(jīng)整體模塑對每個芯片產(chǎn)生外殼，并且整個組裝件在170℃-250℃固化4-16小時(shí)。
在封裝完成時(shí)，沿每個外殼以它們每個保持一定距離將接頭框開口，使得在外殼外側(cè)留下一定長度的薄片，并除去薄片間剩余的過量樹脂。從而獲得一個封裝件，集成電路被封裝在其中，并且外接頭暴露在它外面。
然后用硝酸除氧化皮繼而沖洗，并且經(jīng)鍍錫或堆焊完成外接頭的生產(chǎn)。
因而獲得了電子元件，它包括厚度小于0.1mm，并且屈服強(qiáng)度大于1400MPa的接頭。
也可以不在將硅芯片插到接頭框上之前成形接頭，而是插入硅芯片、整體模塑封裝件、沿封裝件對接頭開口，然后對外接頭彎曲成形，再例如使用激光經(jīng)進(jìn)行局部熱處理使它們硬化。
對于某些應(yīng)用，希望組織硬化導(dǎo)電合金是非磁性的或是不銹型的，則可使用奧氏體型組織硬化導(dǎo)電合金，它們的化學(xué)組成按重量計(jì)包括35％≤Co≤55％15％≤Cr≤25％10％≤Ni≤35％0％≤Fe≤20％0％≤Mo≤10％0％≤W≤15％0％≤Mn≤2％0％≤C≤0.15％其余為熔煉帶來的雜質(zhì)。
優(yōu)選的組織硬化奧氏體合金的化學(xué)組成如下39％≤Co≤41％15％≤Fe≤20％15％≤Ni≤17％6％≤Mo≤8％19％≤Cr≤21％使用這種合金時(shí)，該方法僅因合金的屈服強(qiáng)度而不同于先前的情況，該值在彎曲接頭和硬化熱處理之前小于1300MPa，而在硬化熱處理之后大于1500MPa。
第二種實(shí)施方案對應(yīng)一種制造電子元件的方法，其中接頭框被置于使得適于批量生產(chǎn)的帶上，這種方法以名稱為TAB或帶自動粘結(jié)而被公知。
在該第二實(shí)施方案中，例如通過迭層制造帶，該帶由一層聚合物如聚酰亞胺，和一層上文規(guī)定的組織硬化導(dǎo)電合金構(gòu)成。接著例如通過化學(xué)侵蝕，在合金層中將接頭框開口，它們被一個接一個地排列。如上文所述將接頭成形，并通過熱處理硬化。接頭可在進(jìn)行硬化熱處理之前成形，或者首先進(jìn)行硬化熱處理，然后將接頭成形。
在一種實(shí)質(zhì)上公知的方法中，由例如帶印刷電路的硅芯片構(gòu)成的電子組件，被配置在每個接頭框上，并將內(nèi)接頭焊接到電子組件上。這樣產(chǎn)生的電路可被自動傳送到電子電路如印刷電路中，使用專用機(jī)械剪切外接頭，并通過焊接將它們連接到印刷電路中。
使用本發(fā)明合金有以下優(yōu)點(diǎn)使得能生產(chǎn)比用現(xiàn)有技術(shù)的工藝能生產(chǎn)的長至少15％的內(nèi)接頭。
由于本發(fā)明的合金具有十分良好的機(jī)械性能，所以可以用僅由組織硬化導(dǎo)電合金構(gòu)成的帶使用TAB方法，也就是說沒有聚合物層。
按照本發(fā)明的方法制造了電子元件，它由包含在樹脂外殼中的硅芯片構(gòu)成，并包括組織硬化導(dǎo)電合金制的接頭。元件的總厚度小于1mm，而接頭的厚度小于0.1mm，例如厚度為0.03mm-0.08mm。這些用于表面安裝的電子元件具有比現(xiàn)有技術(shù)的電子元件脆性較小的接頭。
通常，組織硬化導(dǎo)電合金可用于制造表面安裝的分立活動元件和無源元件，特別是感應(yīng)器，電阻網(wǎng)絡(luò)或電容器。
權(quán)利要求
1.一種類型的電子元件，主要包括半導(dǎo)體材料制的組件，多個接頭和外殼，其特征在于，接頭由馬氏體型組織硬化導(dǎo)電合金制成，其化學(xué)組成按重量計(jì)包括0％≤Co≤30％9％≤Ni≤21％5％≤Mo≤12％0.1％≤Al+Ti≤9％0％≤Nb≤1％0％≤C≤0.15％0％≤Mn≤5％0％≤Cr≤13％選擇組分取自W，V和Be中的至少一種元素，含量小于0.1％，以及選擇組分銅，含量小于0.3％，其余為鐵和熔煉帶來的雜質(zhì)。
2.按照權(quán)利要求1的元件，其特征在于，該組織硬化導(dǎo)電合金的化學(xué)組成中8％≤Co≤10％17％≤Ni≤19％5％≤Mo≤6％0.3％≤Ti≤0.7％.
3.按照權(quán)利要求1或2的元件，其特征在于，接頭的厚度小于0.1mm。
4.制備權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的電子元件的方法，其特征在于該方法包括-制造由組織硬化導(dǎo)電合金構(gòu)成的接頭框，然后組織硬化，-用該接頭框制造所述電子元件。
5.按照權(quán)利要求4的制備電子元件的方法，其中用所述接頭框制造所述電子元件的步驟包括-成形內(nèi)部或外部接頭，-進(jìn)行二次硬化熱處理，-將電子組件固定到內(nèi)接頭上，-通過整體模塑產(chǎn)生外殼，而且，-剪切外接頭。
6.按照權(quán)利要求4的制備電子元件的方法，其中所述由接頭框制造電子元件的步驟包括-將電子組件固定到內(nèi)接頭的接頭框上，-通過整體模塑產(chǎn)生外殼，-剪切外接頭，-成形外接頭，并且，-在外接頭上進(jìn)行局部二次硬化熱處理。
7.根據(jù)權(quán)利要求4的制備電子元件的方法，包括-取一條帶，它包括至少一層組織硬化前的馬氏體型的組織硬化導(dǎo)電合金，并選擇性地包括一層聚合物，-由該帶剪切接頭框，-將接頭框成形再進(jìn)行硬化熱處理，或是進(jìn)行硬化熱處理再將接頭框成形，-內(nèi)接頭經(jīng)焊接連到電子組件上，并且-剪切外接頭，然后將其焊接到印刷電路上。
全文摘要
使用馬氏體組織硬化導(dǎo)電合金制造的電子元件,該類電子元件主要包括電子組件,多個接頭和外殼,還涉及電子元件的制造方法。在接頭框開口后進(jìn)行組織硬化處理。
文檔編號C22C38/08GK1269604SQ00102599
公開日2000年10月11日 申請日期2000年4月3日 優(yōu)先權(quán)日1995年4月27日
發(fā)明者R·科扎, J－P·雷亞爾 申請人:安費(fèi)公司