專利名稱：帶有保護(hù)層的器件及器件所用保護(hù)層的制造方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種帶有保護(hù)層的器件以及帶有保護(hù)層的一種器件的制造方法。
特別是把各電子部件使用在車(chē)輛電子技術(shù)上時(shí)，環(huán)境條件對(duì)電子器件部分地從熱學(xué)上和機(jī)械學(xué)上都會(huì)施加很高的負(fù)荷，并具有腐蝕性。然而為了配置價(jià)廉的器件，就得使用便宜的塑料外殼，以代替昂貴的金屬外殼或陶瓷外殼。可是，越是較新型的器件越是配有較薄的外殼，往往同時(shí)還帶有大量的接線，這些接線是通過(guò)外殼壁向外面引出的，容易受濕氣擴(kuò)散的影響。塑料包皮的厚度越小，則由環(huán)境大氣中滲透到外殼內(nèi)部的濕氣便會(huì)隨之增多。對(duì)于具有大的邊長(zhǎng)的電子器件來(lái)說(shuō)，還附帶出現(xiàn)這樣一個(gè)問(wèn)題，就是它們?nèi)菀资艿酵鈿さ哪Ｖ莆镔|(zhì)和導(dǎo)線框架(lead frame)之間的離層的影響。當(dāng)導(dǎo)線框架附帶還有許多接線時(shí)，問(wèn)題尤其嚴(yán)重。濕氣和離子污染會(huì)沿著這些接線幾乎不受阻礙地滲入到外殼中。
從外面滲入的水蒸汽或者殘留在外殼內(nèi)的濕氣是很有害的，會(huì)導(dǎo)致電子故障，特別是電子器件處于100℃以上溫度下時(shí)更是如此。因此，外殼內(nèi)部含有濕氣的空腔會(huì)由于隨溫度不斷升高而膨脹的水蒸汽之故而破裂(爆玉米花效應(yīng))。置于外殼中的電子器件存儲(chǔ)時(shí)間較長(zhǎng)時(shí)，就存在這樣的危險(xiǎn)，即濕氣滲入電子器件中，從而使之不能用了。
為了避免置于外殼中的特別是加了塑料包皮的電子器件方面的這種可怕的爆玉米花效應(yīng)，例如將已經(jīng)加了外殼的電子器件先干燥幾個(gè)小時(shí)，然后用干燥劑封焊起來(lái)，特別是將若干個(gè)器件一次封焊好。被封焊的器件的允許存儲(chǔ)時(shí)間是有限制的。在完成電子模件時(shí)，將如此干燥和存儲(chǔ)的器件再次置于正常大氣之下是有一定危險(xiǎn)的，因?yàn)槟菢訚駳鉂B入到加有外殼的器件的內(nèi)部是不可避免的。
因此，在成批生產(chǎn)中，常見(jiàn)的情況是，在很窄的時(shí)限內(nèi)就用完上述用干燥劑封焊的那些器件的備用包裝。新制出的器件在其日后使用之前和/或在其裝入相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)組件中之前只允許一定時(shí)間處于正常大氣中。超過(guò)這一時(shí)限，就會(huì)有增加費(fèi)用的危險(xiǎn)，因?yàn)橛捎谑軡駳飧袘?yīng)的器件缺陷之故可能發(fā)生電子故障。這一點(diǎn)要求在下述兩個(gè)方面之間求得一種密切的和費(fèi)用上的協(xié)調(diào)一方面是部件的生產(chǎn)，另一方面是為部件準(zhǔn)備好足夠數(shù)量的新制器件。
從DE-A1 40 40 822得知，電子器件，特別是裝就的芯片，都涂有一種保護(hù)層，借以阻止?jié)駳鈹U(kuò)散到電路中去。保護(hù)層是滴加到須保護(hù)的芯片表面上的，并加以離心處理，使之分布均勻。保護(hù)層的厚度是由不同的性能來(lái)決定的，尤其是保護(hù)層材料的稠度及其干燥特性與硬化特性以及離心旋轉(zhuǎn)處理時(shí)所用轉(zhuǎn)數(shù)。優(yōu)先用硅酮或環(huán)氧樹(shù)脂涂層，因?yàn)檫@兩種材料在離心旋轉(zhuǎn)處理時(shí)有利于分布。隨后將電子器件封裝在一外殼中。
上述方法的缺點(diǎn)在于如此涂敷上去的保護(hù)材料固然能保護(hù)芯片的表面，但不能保證實(shí)現(xiàn)嚴(yán)密的密封。即使在保護(hù)層硬化處理步驟之后，氣體和濕氣的滲透度仍是如此之大，特別是應(yīng)在高溫范圍內(nèi)使用的半導(dǎo)體器件方面，使得在器件的外殼中出現(xiàn)腐蝕問(wèn)題如脫層和含有濕氣的空隙的爆裂性膨脹。此外，還存在這樣一種危險(xiǎn)，即在裝就的芯片情況下，在對(duì)保護(hù)層進(jìn)行離心旋轉(zhuǎn)處理時(shí)會(huì)損害壓焊絲。
DE 44 35 120 A1公開(kāi)過(guò)一種器件，它帶有一種分成多個(gè)單層的塑料保護(hù)層，這種保護(hù)層至少部分地覆蓋著該器件，并且在其厚度上具有不同化學(xué)和/或物理材料性能?？梢詾槊總€(gè)單層分開(kāi)調(diào)節(jié)交聯(lián)度。然而，在保護(hù)層的各單層之間會(huì)形成交界面。這些交界面是濕氣進(jìn)入保護(hù)層內(nèi)部的可能滲透途徑。相疊的各單層必須具有能與交界層相適配的彈性，使得例如相鄰接的層的硬度或彈性不致于差別太大，因?yàn)榉駝t就會(huì)出現(xiàn)各單層相互粘附的問(wèn)題。
本發(fā)明的任務(wù)是提出一種帶有保護(hù)層的器件，其保護(hù)層的密封性得到了改善，并提出一種方法，以之用于簡(jiǎn)單生產(chǎn)帶有保護(hù)層的器件。
上述任務(wù)是通過(guò)獨(dú)立權(quán)利要求中所述的特征加以解決的。其他的改進(jìn)和有利的發(fā)展見(jiàn)說(shuō)明書(shū)和各項(xiàng)從屬權(quán)利要求中所述。
本發(fā)明提出的器件是帶有一保護(hù)層的，特別是帶有一種外表的保護(hù)層，該保護(hù)層在其厚度上具有不同的化學(xué)和/或物理材料特性。特別優(yōu)越的是，該器件是一種半導(dǎo)體器件，其外表面以一保護(hù)層覆蓋著。還有一個(gè)有利之處是把該元件套在一個(gè)外殼中。
若保護(hù)層在離器件的遠(yuǎn)處比離器件的近處具有更大的硬度，則是特別有利的。這樣，就能使保護(hù)層很好地與器件相適配。視預(yù)定的用途之不同，保護(hù)層的性能也是在離器件的遠(yuǎn)處比離器件的近處具有更大的彈性，這也是很合乎目的的。保護(hù)層還可以在離器件的遠(yuǎn)處比離器件的近處具有更大的防濕性。
本發(fā)明的另一項(xiàng)有利發(fā)展是，保護(hù)層在離器件的近處比離器件的遠(yuǎn)處具有更大的硬度。這一點(diǎn)使得器件特別便于封裝在外殼中，因?yàn)榭赡苁褂玫奶畛湮镔|(zhì)或外殼蓋可以很好地配合保護(hù)層，避免出現(xiàn)空隙。另一項(xiàng)有利的發(fā)展是，保護(hù)層在離器件的近處比離器件的遠(yuǎn)處具有更大的彈性和/或防濕性。
一種優(yōu)越的結(jié)構(gòu)是保護(hù)層離器件遠(yuǎn)者具有有機(jī)特性，離器件近者則具有無(wú)機(jī)特性。封裝用外殼在具有外表保護(hù)層的器件上的附著力得到了改善，這是因?yàn)樵摫Ｗo(hù)層能特別有利地與其襯底相適配。與此同時(shí)，器件表面還有一緊密的密封性保護(hù)層。
一種優(yōu)越的結(jié)構(gòu)是保護(hù)層離器件近者具有有機(jī)特性，離器件遠(yuǎn)者則具有無(wú)機(jī)特性。保護(hù)層在器件表面上的附著力得到了改善，因?yàn)槠骷砻婺芴貏e有利地與其襯底相適配。器件表面通過(guò)一層密封層得到了密封保護(hù)。
另一種優(yōu)越的結(jié)構(gòu)是保護(hù)層在其厚度上具有有機(jī)、無(wú)機(jī)和有機(jī)特性的順序。另一種優(yōu)越的結(jié)構(gòu)是保護(hù)層在其厚度上具有無(wú)機(jī)、有機(jī)和無(wú)機(jī)特性的順序。這樣就能成功獲得器件的與使用目的最佳適配的密封封裝。若保護(hù)層只具有有機(jī)材料性能，這是有利的。另一項(xiàng)有利的發(fā)展是保護(hù)層只具有無(wú)機(jī)材料性能。
一項(xiàng)有利的布置是，保護(hù)層直接覆蓋一種集成的半導(dǎo)體器件的表面。另一項(xiàng)有利的發(fā)展是，保護(hù)層配置在外殼的內(nèi)表面上。另一項(xiàng)有利的發(fā)展是，保護(hù)層配置在外殼的外表面上。
有利的是，保護(hù)層只具有微小的厚度，即在0.1μm和10μm之間，從而為器件的封裝節(jié)省空間，但仍然能確保保護(hù)層和/或封裝的密封性。
在一種有利的器件制造方法中，首先將一個(gè)呈液態(tài)的第一反應(yīng)成分受控制地引入到一個(gè)真空區(qū)，在此加以蒸發(fā)，并基本上無(wú)載氣地將之引入到一個(gè)真空設(shè)備的反應(yīng)區(qū)中，在這里，它同一個(gè)至少具有一種組分的第二反應(yīng)成分，在熱能和/或電磁能的作用下，共同起反應(yīng)而形成一種反應(yīng)產(chǎn)物，然后將之沉積在待涂層的表面上而在此形成一保護(hù)層，與此同時(shí)有控制地調(diào)整反應(yīng)氣體的組成，以便在沉積過(guò)程中在不斷生長(zhǎng)的層的厚度上逐漸改變?cè)搶拥奈锢砗?或化學(xué)性能。
有利的是，在反應(yīng)產(chǎn)物的沉積過(guò)程中有控制地調(diào)整反應(yīng)氣體的組成。最好在反應(yīng)產(chǎn)物的沉積過(guò)程中向反應(yīng)氣體添加氧氣。特別有利的是，在沉積的同時(shí)供給具有不同濃度的氧氣。
合乎目的的是，以高頻電磁輻射作用于反應(yīng)區(qū)。
有利的反應(yīng)氣體是氬氣和/或氮?dú)夂?或六甲基乙硅烷(HMDSN)。有利的是，所用的反應(yīng)氣體壓力在0.1mbar(毫巴)和1.5mbar之間。有利的是，液態(tài)的母體物質(zhì)以介于0.1ml/h(毫升/小時(shí))和50ml/h之間的流量添加。
有利的是，至少在涂層過(guò)程中加熱被涂層的表面和/或至少在涂層過(guò)程中以高頻電磁能加荷于被涂層的表面。有利的是，至少在涂層過(guò)程中以電壓加荷于被涂層的表面。
下面將對(duì)本發(fā)明至關(guān)重要的一些特征加以深入說(shuō)明，并參照附圖加以詳細(xì)描述。附圖表示

圖1 本發(fā)明提出的一種電子器件的截面圖，圖2 本發(fā)明提出的一種電子器件的截面圖，該器件帶有電子電路元件和保護(hù)層，圖3 本發(fā)明提出的一種器件的截面圖，該器件帶有具有保護(hù)層的電子電路元件和外殼，圖4 本發(fā)明提出的一種器件的截面圖，該器件帶有具有保護(hù)層的電子電路元件和具有內(nèi)側(cè)保護(hù)層的外殼，圖5 本發(fā)明提出的一種器件的截面圖，該器件帶有具有保護(hù)層的電子電路元件和具有外側(cè)保護(hù)層的外殼，圖6 本發(fā)明提出的一種器件的截面圖，該器件帶有具有保護(hù)層的電子電路元件和帶有其空隙被填充的外殼。
本發(fā)明提出的電子器件具有一種外表保護(hù)層，該保護(hù)層具有梯度層的形式。依此，該保護(hù)層至少部分地覆蓋著該器件。該保護(hù)層在其厚度上具有不同的化學(xué)材料特性和/或物理材料特性，這些特性基本上連續(xù)地或者準(zhǔn)連續(xù)地彼此轉(zhuǎn)換。梯度層具有很大的優(yōu)點(diǎn)，就是保護(hù)層特性可以廣泛地加以如此調(diào)節(jié)，使得它對(duì)于所選定的某種用途具有各種最佳性能。
器件可以是一個(gè)特別用于電子器件的外殼，或者是一個(gè)電子器件或電路元件，或者是一個(gè)帶有保護(hù)層的其他實(shí)體。下面將就微電子技術(shù)用的器件對(duì)本發(fā)明加以描述。本發(fā)明當(dāng)然并不只限于上述使用領(lǐng)域，而是也可用于其他一些目的，即凡是提出相似要求特別是考慮到附著力和/或密封性的地方都可以使用。
本發(fā)明提出的器件至少在這樣一些部位優(yōu)先以一種保護(hù)層加以覆蓋，在這些部位上有接合點(diǎn)，特別是有各個(gè)器件部分之間的分界縫，有電接點(diǎn)通過(guò)外殼的引線，有導(dǎo)線在微電子芯片上的電接點(diǎn)，或者還須考慮到器件的另一些部位須加以涂層，在這些部位上有濕氣、氣體和/或其他有害物質(zhì)進(jìn)入器件內(nèi)部的高滲透危險(xiǎn)或接觸危險(xiǎn)，和/或還須考慮到器件的這樣一些部位，它們特別有可能受到上述物質(zhì)的作用的損害。保護(hù)層也可以完全覆蓋或包封該器件。
本發(fā)明提出的器件的一個(gè)特別優(yōu)點(diǎn)是，保護(hù)層是可以簡(jiǎn)單地生產(chǎn)出來(lái)的。若保護(hù)層至少局部地具有一種聚合物，則對(duì)微電子技術(shù)的器件是有利的。由于保護(hù)層是一種梯度層，所以在一個(gè)單一層內(nèi)即可表現(xiàn)出特定的無(wú)機(jī)和有機(jī)性能。有利之處是，與那些常用的依靠相疊加地沉積不同的分開(kāi)的層而形成的多層系統(tǒng)相反，在保護(hù)層內(nèi)部不存在交界面。保護(hù)層在其厚度上準(zhǔn)連續(xù)地改變它的性能。因此，不會(huì)出現(xiàn)在保護(hù)層內(nèi)部的內(nèi)交界面上的污染。保護(hù)層特別可以用單一的基本上連續(xù)的沉積過(guò)程生產(chǎn)出來(lái)。保護(hù)層可以特別良好地與它的襯底相匹配，在下述情況下尤其如此保護(hù)層在成長(zhǎng)過(guò)程中首先具有有機(jī)性能，特別是小的硬度和/或大的彈性，然后在其厚度上具有準(zhǔn)連續(xù)地遞增的無(wú)機(jī)性能，特別是大的硬度和/或大的密封性。
利用本發(fā)明提出的方法，可以簡(jiǎn)單而有利地成功沉積出上述那種梯度層。其特別的優(yōu)點(diǎn)是在沉積有機(jī)層面時(shí)，各有機(jī)聚合物成份不需要分別的交聯(lián)步驟。有利之處還有采用本發(fā)明提出的CVD法(化學(xué)汽相沉積法)，可以良好地控制沉積條件。特別有利是在保護(hù)層沉積過(guò)程中，厚度控制是可以很簡(jiǎn)單地實(shí)現(xiàn)的。這樣，保護(hù)層的厚度可精確地測(cè)定，尤其可保持其厚度很小。通常的聚合物保護(hù)層，特別是半導(dǎo)體器件封包方面所采用的，其具有的厚度大約為10μm；而本發(fā)明提出的器件所具有的通常的保護(hù)層厚度總共僅僅約為0.1μm至大約1μm。
圖1中描繪出本發(fā)明提出的一種電子器件，它部分具有一外表保護(hù)層。一個(gè)微電子電路元件1，按通常方式，使用一種粘接物2布置在導(dǎo)線框架9的底部3上。微電子電路元件1在帶有壓焊絲4的接觸點(diǎn)6上與導(dǎo)線框架9的電接頭進(jìn)行固定的電連接。電路元件1最好具有一種通常的鈍化層5，以之覆蓋電路元件1的外表面。這里，例如電路元件1、導(dǎo)線框架9、可能有的散熱片和/或壓焊絲4的精確布置是不重要的，同樣地，如鈍化層5的存在固然是合宜的，但對(duì)于本發(fā)明提出的器件來(lái)說(shuō)卻不是必須的。保護(hù)層7覆蓋著電路元件1的表面的最敏感部分，特別是接觸點(diǎn)6。在該圖中沒(méi)有分別繪出別的外罩，特別是沒(méi)有繪出外殼，這種外殼可以保護(hù)微電子電路元件1不受環(huán)境的影響。
由于保護(hù)層7覆蓋著電路元件1的接觸點(diǎn)6的表面，因此可以有利地保護(hù)器件的一個(gè)特別敏感的部位，以重點(diǎn)防止?jié)駳鉂B透。例如在有濕氣存在的條件下，在接觸點(diǎn)6處，可以構(gòu)成這樣一種電子元件，這的一個(gè)電極由微電子電路元件的電接觸接頭構(gòu)成，它的另一個(gè)電極由接頭線構(gòu)成，而它的電解質(zhì)則由可能存在的水構(gòu)成。一個(gè)器件的壽命會(huì)因這樣一種電化學(xué)元件而受到很大限制。接觸點(diǎn)6會(huì)隨著時(shí)間的推移而腐蝕，并且會(huì)因此變得高歐姆，或者甚至被損壞。
在圖2中示意地繪出了一個(gè)相類似的布置，特別是設(shè)有一個(gè)電路元件1、一個(gè)底部3和一個(gè)電線框架9；一個(gè)外殼8僅僅勾畫(huà)出而已。只有導(dǎo)線框架9的接線通過(guò)外殼8向外突出。該布置與圖1中所示的布置相似。保護(hù)層7.1在圖2中最好幾乎完全地封包由微電子電路元件1、可能有的散熱片2、支持部3形成的裝置。特別是連接線4和處于連接線4和微電子電路元件1之間的接觸點(diǎn)6用保護(hù)層7.1加以覆蓋。其優(yōu)點(diǎn)是微電子電路元件1得到了保護(hù)，能夠更好防止有害的濕氣影響和/或腐蝕影響。保護(hù)層7，7.1也只能部分地覆蓋該裝置，如圖1中所示，在這種情況下，特別是微電子電路元件1至少得局部地加以覆蓋。這樣就可以防止?jié)駳鉂B入到接觸點(diǎn)6的范圍中或者滲入到相應(yīng)集成的印制導(dǎo)線和/或電路元件1的接觸點(diǎn)6的范圍中。
鑒于防濕性，一個(gè)特別嚴(yán)重的問(wèn)題是導(dǎo)線框架9的電接線通過(guò)外殼8的引出。各穿孔點(diǎn)是特別容易使?jié)駳夂?或氣體滲過(guò)的，尤其在下述情況下更是如此外殼壁很薄，特別是薄于1mm，和/或?qū)Ь€框架的接線數(shù)量很大，和/或器件的尺寸很大，特別是大于1×2cm2。這種情況可加以改善，其措施是對(duì)處于通過(guò)外殼8的穿孔點(diǎn)9.1范圍內(nèi)的導(dǎo)線框架9的接線施加一保護(hù)層7.1。若將保護(hù)層7.1加以如此設(shè)計(jì)，使得它能夠使保護(hù)層7.1特別緊密地接觸到外殼材料的話，那是很有利的。這一點(diǎn)可優(yōu)先地做到，其措施是保護(hù)層7.1的接觸面具有有機(jī)性能，即近似于外殼材料的性質(zhì)的性能。這樣做的結(jié)果是一方面可減小保護(hù)層7.1和外殼8之間的熱應(yīng)力影響，另一方面可以改善這兩個(gè)部分之間的附著力，并從而阻止?jié)駳鉂B入到外殼8的內(nèi)部。
圖3中示明有利的設(shè)計(jì)，依此設(shè)計(jì)，如圖1或2中所示的一種布置放置在一個(gè)外殼8中，特別是一個(gè)塑料外殼中，該外殼應(yīng)套封一個(gè)電子電路元件1，并保護(hù)它免受環(huán)境的影響。外殼8完全封包已裝配好的電子電路元件1，該元件是照?qǐng)D1和2所示加以裝配的。在上述實(shí)例中，保護(hù)層7.1完全包封著由電路元件1、連接線4及導(dǎo)線框架9的底部所構(gòu)成的裝置。但還可以有這樣一種裝置，在此裝置上，如圖1所示，電路元件1僅有個(gè)別部位是由保護(hù)層覆蓋的。導(dǎo)線框架9的連線的向外引出情況在圖中僅示意性地繪出。外殼8還可有其他設(shè)計(jì)，特別是具有例如作為外殼底部的一個(gè)組成部分的集成散熱片的安置。
在圖3中，外殼8是僅作為薄壁封套加以繪示的。不過(guò)，將外殼8內(nèi)部的空隙10加以填充，也是有利的，最好用構(gòu)成外殼8的同一種塑料物質(zhì)進(jìn)行填充。另一種有利的填充物質(zhì)例如是一種保護(hù)氣體如氬氣或氮?dú)?，?或一種吸濕劑，和/或硅酮填料?？障?0的填充還能為保護(hù)層附帶地減小外殼8中非所希望的濕氣擴(kuò)散和/或凝露。無(wú)論如何，在器件生產(chǎn)過(guò)程中滯留在外殼8內(nèi)部的濕氣，必須在封閉外殼8時(shí)通過(guò)對(duì)空隙10的填充將其從外殼內(nèi)部驅(qū)除出去。
外殼8可以有利地按一次性模制步驟生產(chǎn)出來(lái)，但也可以分成幾個(gè)獨(dú)立步驟將外殼8加以接合而成，特別是將作為外殼8一部分的蓋部在裝配好微電子電路元件1之后才裝到外殼8的一個(gè)下部殼體上，并將之與該下部殼體連接起來(lái)。
本發(fā)明提出的解決方案，也可應(yīng)用于其他類型的外殼，特別是壓注的外殼、金屬外殼和/或陶瓷外殼，因?yàn)楸Ｗo(hù)層7特別在下述情況下能夠特別良好地保護(hù)微電子電路元件1防止?jié)駳鉂B入和有害物質(zhì)進(jìn)入上述微電子電路元件1由以上列舉的幾種外殼之一包封，保護(hù)層直接地布置在該電路元件上。若電子器件的至少某些特別是可以滲透氣體或濕氣的接合點(diǎn)都被保護(hù)層7所覆蓋的話，則保護(hù)層便能起到特別有利的作用。
圖4中繪出本發(fā)明提出的電子器件的一種結(jié)構(gòu)，與圖2和3中所示結(jié)構(gòu)型式相似，按這種結(jié)構(gòu)，外殼8內(nèi)側(cè)在蓋部和底部都基本上完全由一保護(hù)層7.2覆蓋。外殼8的空隙10的可能填充物在圖中未進(jìn)一步示明，但仍能具有針對(duì)圖3所述的那些優(yōu)點(diǎn)。
這種外殼8最好按下述方法生產(chǎn)蓋部和外殼下部在外殼封閉后分別形成在內(nèi)側(cè)的那一邊上，采用本發(fā)明提出的方法涂敷一保護(hù)層7.2，外殼下部帶有一個(gè)已模制在其中的導(dǎo)線框架9和處于外殼框架中的穿孔點(diǎn)9.1上的相應(yīng)電引線。在此情況下，導(dǎo)線框架9最好在用于電路元件1的容納點(diǎn)上可加以覆蓋。然后將電路元件1裝上去，并與導(dǎo)線框架9的電接線加以電連接，該電路元件可以是事先用一種固有保護(hù)層7.1至少局部地或者完全地如圖中所示加以覆蓋的。如果外殼8在其內(nèi)側(cè)完全涂層的話，那么在少數(shù)特定情況下就可以放棄電路元件1上的保護(hù)層。外殼8內(nèi)部的空隙10也可以保持不填充狀態(tài)，以降低生產(chǎn)費(fèi)用，尤其在微電子電路元件1完全由一保護(hù)層7.1覆蓋的情況下，更可以那樣做。
在穿孔點(diǎn)9.1處，如圖所示，外殼可以與保護(hù)層7.1相連，甚至還可以直接與導(dǎo)線框架9的接線相連。
圖5中示明本發(fā)明提出的電子器件的一種可資比較的結(jié)構(gòu)，具有一個(gè)外殼8、一個(gè)微電子電路元件1、一個(gè)底部3、以及一個(gè)帶有居于電路元件1和導(dǎo)線框架9之間的引線和連接線4的導(dǎo)線框架9，按這一結(jié)構(gòu)，外殼8在其外側(cè)由一保護(hù)層7.3所覆蓋。上述結(jié)構(gòu)特別有利地密封導(dǎo)線框架9的很成問(wèn)題的電引線通過(guò)點(diǎn)。在這里，處于外殼內(nèi)部的電路元件1本身也可以具有一保護(hù)層7.1，該保護(hù)層完全覆蓋著電路元件1、底部3、連接線4。如果保護(hù)層7.3覆蓋著外殼8外側(cè)的話，當(dāng)然也可以放棄電路元件上的單獨(dú)保護(hù)層7.1。特別是外殼8的受到危險(xiǎn)的穿孔點(diǎn)9.1都是用保護(hù)層7.3加以保護(hù)的。在這里，保護(hù)層7.3最好如此加以設(shè)計(jì)，即它朝外的一面盡可能地是抗?jié)竦暮陀驳?，而它與導(dǎo)線框架9和外殼8和/或與保護(hù)層7.1相接觸的一面則盡可能是軟的和彈性的，以達(dá)到與其由不同性質(zhì)材料構(gòu)成的不平襯底相適配的目的。
在外殼交界面和具有電路元件1的裝置之間的空隙10最好能附帶地用一種合適的填充物質(zhì)11特別是用干燥劑和/或保護(hù)氣體加以填充。這一點(diǎn)見(jiàn)圖6中所示。填滿空隙的填充物質(zhì)11亦在該圖中示出。在外殼8內(nèi)各個(gè)元件的布置情況基本上與前面所述的實(shí)例相符。在外殼8內(nèi)或外側(cè)的附加保護(hù)層7未分別繪出，但最好能有這一保護(hù)層。
應(yīng)可靠地避免那些有害的影響，例如在不同物質(zhì)之間由于形成電化學(xué)槽(Zelle)而產(chǎn)生的電化學(xué)反應(yīng)，或者可能存在于填充物質(zhì)中被水蒸汽充滿的空隙在受熱時(shí)發(fā)生的開(kāi)裂，特別是由于在電路元件1釬焊時(shí)和/或工作時(shí)產(chǎn)生的損耗熱所發(fā)生的開(kāi)裂，在此情況下電子器件會(huì)很容易達(dá)到100℃以上的溫度。應(yīng)特別優(yōu)先考慮到的是，用模制材料填充外殼8的空隙10，尤其用外殼8所用以成形的同一材料去填充。電路元件1上的保護(hù)層7.1的優(yōu)先結(jié)構(gòu)，和/或內(nèi)側(cè)外殼壁上的保護(hù)層7.2的優(yōu)先結(jié)構(gòu)是保護(hù)層7.1和/或保護(hù)層7.2的朝向填充物質(zhì)11的表面是軟的和有彈性的，以便盡可能良好地與填充物質(zhì)11相連接。這一點(diǎn)特別能附帶地有利于填充物質(zhì)11的阻止?jié)駳鉂B透的作用。因此，可有利地避免在填充空隙10時(shí)形成小空隙。
本發(fā)明可特別有利地用于微電子器件的準(zhǔn)密封包封，尤其在使用具有大數(shù)量引線的薄壁塑料外殼的情況下更是如此。這樣的外殼例如是TQFP-外殼，其標(biāo)準(zhǔn)面積為28×28mm2，且具有100以上的引線。這種類型的外殼對(duì)于沿著導(dǎo)線框架引線的濕氣滲透是非常容易受影響的，在連接線4和微電子電路元件1之間的接觸點(diǎn)6上是容易受腐蝕的。因此，通過(guò)外殼壁的引線通路的密封就成了一個(gè)特別大的問(wèn)題，但利用本發(fā)明提出的解決方案可大大改善這一點(diǎn)。
特別有利的做法是，將所用的器件浸入有腐蝕性的環(huán)境中，如將傳感器特別是被包封的傳感器例如浸入油中，這樣按照本發(fā)明，這些電子器件外側(cè)完全具有一保護(hù)層。因此，這種電子器件，特別是傳感器，得到保護(hù)而大大改善其抵御腐蝕性環(huán)境條件的能力。
在第一個(gè)有利的結(jié)構(gòu)中，保護(hù)層7.1，7.2，7.3均是含硅的。依本發(fā)明提出的方法，保護(hù)層7.1被沉積的電子器件上，特別是沉積在一個(gè)待裝入或已裝入一外殼8中的微電子電路元件1上。一項(xiàng)特別有利的發(fā)展是，將保護(hù)層7.3沉積在已安裝好的并加以封閉的外殼8的外側(cè)上。根據(jù)這一情況，按各附圖中所示實(shí)例，外殼8的內(nèi)部可用另一種保護(hù)層7.2加以覆蓋。
將一種液態(tài)母體物質(zhì)，最好是六甲基甲硅醚(HMDSO)，以微小流量大約0～50ml/h(毫升/小時(shí))，優(yōu)選是0.1ml/h至50ml/h，特別是5ml/h至10ml/h，經(jīng)過(guò)一流量調(diào)節(jié)器，送入到第一真空室，并在此加以汽化，于此，從調(diào)節(jié)好的液流生成反應(yīng)氣體。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是，可將反應(yīng)氣體添加到處理室中而不需要附加的載氣。從而使處理過(guò)程較為簡(jiǎn)單，因?yàn)樵谟^測(cè)壓力和/或觀測(cè)流量時(shí)不要去考慮載氣。此外，還可避免載氣對(duì)保護(hù)層和/或電子器件造成有害的污染。
反應(yīng)氣體流從前室到達(dá)CVD-涂層設(shè)備(CVD＝化學(xué)汽相沉積)的處理室。在這里，反應(yīng)氣體壓力調(diào)節(jié)在0.1mbar和1.5mbar之間，最好是0.2mbar。待涂層的電子器件放置在反應(yīng)區(qū)中。在處理中可用熱能和/或電磁能向該電子器件加荷，以適當(dāng)加熱該器件，從而改善涂層層的形成和/或改善涂層層的附著力。在涂層過(guò)程中以電壓向電子器件加荷，也是有利的?；妷簽?和-500伏是有利的。對(duì)電子器件有利的處理溫度在20℃和大約200℃之間。溫度上限最好按照形成外殼8所用塑料的種類來(lái)確定，和/或按照需要加以涂層的電路元件1來(lái)確定。
在反應(yīng)區(qū)的范圍內(nèi)，最好利用電磁能作用促使反應(yīng)氣體起化學(xué)反應(yīng)。有利的等離子體激勵(lì)頻率在10kHz和10Ghz之間。最好使用13.56Mhz的頻率。根據(jù)對(duì)需沉積的保護(hù)層性能的要求之不同，可以附帶地對(duì)反應(yīng)氣體至少添加另一種反應(yīng)成分，最好經(jīng)過(guò)它自身的調(diào)節(jié)系統(tǒng)來(lái)添加。該反應(yīng)成分的一種有利的氣體通量在0和1000sccm/min(標(biāo)準(zhǔn)立方厘米/分鐘)之間，最好是0～200sccm/min，于此，氣體通流量最好在整個(gè)處理時(shí)間的公稱值時(shí)間間隔上提升。其他反應(yīng)成分的添加最好依照在反應(yīng)時(shí)間上至少隨時(shí)間而不斷改變反應(yīng)成分濃度的方式來(lái)進(jìn)行。
附加的反應(yīng)成分最好是氬氣和/或氮?dú)?，?或氧氣，和/或HMDSN(六甲基甲硅醚)。使用通常的處理時(shí)間60～3600秒，最好是1000～1500秒，便可沉積成作為梯度層的保護(hù)層7。
在沉積之前，利用一種通用的等離子凈化方法處理電子器件的表面，這也是很有利的，于此，將電子器件置于一種不形成層的氣體的等離子區(qū)中幾秒鐘至5分鐘，借此改善保護(hù)層的附著力。
按照第一實(shí)例，應(yīng)用等離子體支持的CVD-方法首先沉積一種含硅的聚合物。因此，在電子器件上首先形成一軟的聚合物層。最好在生長(zhǎng)過(guò)程中就使該聚合物層實(shí)現(xiàn)交聯(lián)，從而不需要附加的交聯(lián)步驟。
在沉積過(guò)程中，要逐漸地向反應(yīng)室中加入不斷增加的氧氣量，最好在0～1000sccm/min之間，在0-200sccm/min之間尤其好。形成的層逐漸地改變其性能，從一種含硅的聚合物而成一種致密的抗?jié)駳獾难趸鑼印?br> 聚合物層雖然由于密度相對(duì)很小而不能對(duì)電子器件表面充分密封以防止環(huán)境的影響，但聚合物層仍能有彈性地與電子器件的表面相適配，而且在保護(hù)層7和電子器件特別是電路元件1具有不同彈性性能的情況下，能使保護(hù)層7具有良好的附著力。保護(hù)層7的朝外部位相反是致密的氧化硅層，這一氧化硅層對(duì)氣體滲透，特別是對(duì)濕氣滲透，具有很高的阻力。盡管氧化硅層和電子器件表面的彈性性能可能有所不同，但氧化硅在電子器件表面上的附著力仍是很好的，這是因?yàn)楸Ｗo(hù)層7的鄰近電子器件的聚合物部位可以補(bǔ)償在彈性上和/或在熱膨脹性上可能存在的差異。同時(shí)，聚合物層是對(duì)生成的氧化硅的一種良好附著基底。
梯度保護(hù)層7的另一種有利的發(fā)展是以CVD方法和/或以等離子體支持的CVD方法沉積的氧化硅的一種順序，氧化硅所具有的厚度最好是在0.1μm和1μm之間，于此，保護(hù)層在達(dá)到氧含量還原的條件下在反應(yīng)區(qū)中準(zhǔn)連續(xù)地從氧化物轉(zhuǎn)變成無(wú)定形的硅，其厚度最好為0.1μm左右，此后在保護(hù)層繼續(xù)生長(zhǎng)的同時(shí)，其厚度最好是0.1μm至大約1μm，在達(dá)到添加一種含碳?xì)怏w的條件下保護(hù)層進(jìn)一步準(zhǔn)連續(xù)地轉(zhuǎn)變成碳化硅。這種梯度保護(hù)層的優(yōu)點(diǎn)在于致密的碳化硅層區(qū)同梯度層的氧化硅層區(qū)的甚良好電絕緣能力相結(jié)合。上述兩個(gè)層區(qū)之間的最好是較薄的無(wú)定形硅層區(qū)的作用是在沉積過(guò)程中最初形成的氧化物層區(qū)與碳化物層區(qū)不能起化學(xué)反應(yīng)，反之亦然。
反向順序同樣是有利的。有利的梯度順序也是氧化硅-薄的無(wú)定形硅-無(wú)定形碳，氧化硅-薄的無(wú)定形硅-薄的無(wú)定形碳-碳化硅，氧化硅-薄的無(wú)定形硅-似金剛石的碳。在這里薄字意味著該層區(qū)基本上僅僅是作為梯度層的另兩個(gè)層區(qū)之間的緩沖區(qū)加以布置的，這一緩沖區(qū)的厚度最好僅僅是其他層區(qū)的厚度的一部分，最好是10％或20％。按照沉積法，代替氧氣或除氧氣之外，最好添加相應(yīng)合適的氣體例如含碳?xì)怏w作為反應(yīng)成分。
梯度保護(hù)層各層區(qū)的上述順序具有純粹無(wú)機(jī)材料性質(zhì)。當(dāng)然，具有純粹有機(jī)材料性質(zhì)的一種梯度保護(hù)層也是可以沉積出來(lái)的。為此，首先可以沉積出一層聚合物層，最好用HMDSO作為液態(tài)母體物質(zhì)，最好不添加氧氣。形成的層具有一定長(zhǎng)度的聚合物鏈。然后將氧氣含量?jī)H僅提高到這樣的程度，使得聚合物鏈變得較短一些。于是形成一個(gè)具有短聚合物鏈的強(qiáng)交聯(lián)的聚合物層區(qū)。但是，氧氣含量不得提高到使氧化硅層區(qū)可能形成的程度。大的優(yōu)點(diǎn)是，具有短鏈的聚合物層區(qū)與普通長(zhǎng)鏈的聚合物層相比，具有特別大的硬度。
特別對(duì)在一外殼8中的電子電路元件1上的保護(hù)層7來(lái)說(shuō)，有利的是，保護(hù)層7具有如下布置在兩個(gè)聚合物層區(qū)之間設(shè)置一個(gè)無(wú)機(jī)層區(qū)，特別是氧化硅。無(wú)機(jī)層區(qū)的作用主要在于有利于電絕緣；和/或作為濕氣滲透阻擋層，其厚度最好為1μm左右；下面鄰近電子器件的聚合物層區(qū)能改善保護(hù)層對(duì)電子器件表面的適配；離電子器件遠(yuǎn)的聚合物層區(qū)能改善保護(hù)層對(duì)外殼的某一可能模制物質(zhì)的適配。聚合物層區(qū)的厚度最好大于無(wú)機(jī)層區(qū)的厚度，特別以大約為5μm最宜。這樣，可以獲得的益處是，一方面可防止外殼的脫層，另一方面可防止在外殼內(nèi)形成空隙，這種空隙可能導(dǎo)致產(chǎn)生可怕的爆米花效應(yīng)。
權(quán)利要求
1.帶有保護(hù)層的器件，該保護(hù)層至少局部地覆蓋著該器件，而且本身具有不同的化學(xué)和/或物理性能，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3由單一的層構(gòu)成，而且在其厚度上具有準(zhǔn)連續(xù)地不同的化學(xué)和/或物理材料性能。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)離器件遠(yuǎn)者比離器件近者具有較大的硬度和/或彈性和/或防濕性。
3.如權(quán)利要求1或2所述的器件，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)離器件近者比離器件遠(yuǎn)者具有較大的硬度和/或彈性和/或防溫性。
4.如權(quán)利要求1、2或3所述的器件，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)離器件遠(yuǎn)者具有有機(jī)性能，離器件近者具有無(wú)機(jī)性能。
5.如權(quán)利要求1、2或3所述的器件，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)離器件近者具有有機(jī)性能，離器件遠(yuǎn)者具有無(wú)機(jī)性能。
6.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)在其厚度上具有由有機(jī)、無(wú)機(jī)和有機(jī)性能所形成的順序。
7.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)在其厚度上具有由無(wú)機(jī)、有機(jī)和無(wú)機(jī)性能所形成的順序。
8.如以上權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)只具有有機(jī)材料性能。
9.如以上權(quán)利要求1至6的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的器件，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)只具有無(wú)機(jī)材料性能。
10.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)中所述的器件，其特征在于器件用保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)完全加以覆蓋。
11.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)中所述的器件，其特征在于器件具有一個(gè)微電子電路元件(1)，該器件至少局部地用保護(hù)層(7.1)加以覆蓋。
12.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或多項(xiàng)中所述的器件，其特征在于器件具有一個(gè)微電子電路元件(1)，該器件至少在其表面上及其在電路元件(1)上的電接觸點(diǎn)(6)的區(qū)域中是由保護(hù)層(7.1)加以覆蓋的。
13.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件，其特征在于器件具有一個(gè)外殼(8)；外殼(8)的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)至少局部地在接合點(diǎn)的部位中是由保護(hù)層(7)加以覆蓋的。
14.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件，其特征在于器件具有一個(gè)外殼(8)和一個(gè)微電子電路元件(1)；外殼(8)的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)至少在接合點(diǎn)的部位中是由保護(hù)層(7.2，7.3)加以覆蓋的；電路元件(1)是完全由保護(hù)層(7.1)加以覆蓋的。
15.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件，其特征在于器件具有一個(gè)外殼(8)和一個(gè)微電子電路元件(1)；外殼(8)的外側(cè)和/或內(nèi)側(cè)至少在接合點(diǎn)的部位中是由保護(hù)層(7.2，7.3)加以覆蓋的；電路元件(1)至少在接觸點(diǎn)(6)上和一個(gè)外表面上是由保護(hù)層(7.1)加以覆蓋的。
16.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件，其特征在于器件具有一個(gè)外殼(8)和一個(gè)帶有具有接點(diǎn)的導(dǎo)線框架(9)的微電子電路元件(1)；導(dǎo)線框架(9)的接點(diǎn)至少在導(dǎo)線框架(9)的通過(guò)外殼(8)的穿孔點(diǎn)(9.1)的部位上是由保護(hù)層(7.1)加以覆蓋的。
17.如以上權(quán)利要求的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件，其特征在于保護(hù)層(7.1，7.2，7.3)所具有的厚度在0.1μm和10μm之間。
18.一種器件用保護(hù)層的制造方法，特別是如權(quán)利要求1或其從屬權(quán)利要求的一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的器件用保護(hù)層的制造方法，其特征在于將呈液態(tài)的一種第一反應(yīng)成分有控制地引導(dǎo)到一個(gè)真空區(qū)中，在這里汽化并基本上無(wú)載氣地到達(dá)一真空設(shè)備的反應(yīng)區(qū)，在這里與至少具有一種組份的第二反應(yīng)成分在熱能和/或電磁能作用下起反應(yīng)而成一種反應(yīng)產(chǎn)物，并被沉積在待涂層的表面上，于此，在沉積過(guò)程中通過(guò)對(duì)反應(yīng)氣體的組成的有控制的改變，在成長(zhǎng)的層的厚度上逐漸改變層的物理和/或化學(xué)性能。
19.如權(quán)利要求18所述的方法，其特征在于在反應(yīng)產(chǎn)物的沉積過(guò)程中向反應(yīng)氣體添加氧氣。
20.如權(quán)利要求18或19所述的方法，其特征在于在沉積過(guò)程中，添加不斷改變濃度的氧氣。
21.如權(quán)利要求18、19或20所述的方法，其特征在于以高頻電磁輻射作用于反應(yīng)區(qū)。
22.如以上權(quán)利要求18至21的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的方法，其特征在于反應(yīng)氣體具有氬氣。
23.如以上權(quán)利要求18至22的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的方法，其特征在于反應(yīng)氣體具有氮?dú)狻?br> 24.如以上權(quán)利要求18至23的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的方法，其特征在于所用的一種反應(yīng)氣體壓力在0.1mbar和1.5mbar之間。
25.如以上權(quán)利要求18至24的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的方法，其特征在于反應(yīng)氣體具有HMDSN。
26.如以上權(quán)利要求18至25的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的方法，其特征在于液態(tài)母體物質(zhì)以在0ml/h和50ml/h之間的流量添加。
27.如以上權(quán)利要求18至26的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的方法，其特征在于至少在涂層過(guò)程中被涂層的表面要加熱。
28.如以上權(quán)利要求18至27的任一項(xiàng)或幾項(xiàng)所述的方法，其特征在于至少在涂層過(guò)程中要用高頻電磁能向被涂層的表面加荷。
29.如以上權(quán)利要求18至28的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于至少在涂層過(guò)程中要以電壓對(duì)被涂層的表面加荷。
30.如以上權(quán)利要求18至29的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于微電子電路元件(1)至少局部地被涂層。
31.如以上權(quán)利要求18至30的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于微電子電路元件(1)的外殼(8)至少局部地被涂層。
32.如以上權(quán)利要求18至31的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于帶有接頭數(shù)目超過(guò)100的微電子電路元件(1)的外殼(8)至少局部地被涂層。
33.如以上權(quán)利要求18至32的任一項(xiàng)或多項(xiàng)所述的方法，其特征在于微電子電路元件(1)的塑料外殼(8)至少局部地被涂層。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種帶有保護(hù)層的器件,以及具有保護(hù)層的表面的涂層方法,特別是器件所用保護(hù)層涂層方法。保護(hù)層在其厚度上改變其性能。
文檔編號(hào)H01L23/29GK1267394SQ98808247
公開(kāi)日2000年9月20日 申請(qǐng)日期1998年8月7日 優(yōu)先權(quán)日1997年8月20日
發(fā)明者弗蘭克·斯圖班, 于爾根·懷爾德, 加伯里勒·斯托迪格爾 申請(qǐng)人:戴姆勒-克萊斯勒股份公司