专利名称：一种微电子组件的电磁脉冲屏蔽和热控制组合的凝胶结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电子装置，尤其涉及微电子组件的安装和保护。
这些装置还要承受环境污染物，包括潮湿和灰尘。如果这些污染物进入到电路系统中，同样会干扰电路系统的正常操作。
由电路系统的操作所引起的热负载也会使装置和/或微电路随着时间而性能降低。另外，外界环境中的电磁脉冲(EMI)或其它射频(RF)会干扰微电路的正常操作，尤其包括无线通信装置如蜂窝电话。在所有由芯片规模封装(CSP′s)和倒装片封装制成的微电子组件中都存在有这些问题。
电子电路元件可以用很多种方式安装在装置内。例如可以采用导热凝胶对这些装置的微电路所产生的热量进行散热。
另外，在芯片规模封装和倒装片封装中经常使用例如壳体、盖和金属化的框架等屏蔽结构，这些屏蔽结构具有通过沿屏蔽元件周边的欧姆连接而形成的电连接，可提供电磁脉冲屏蔽和热控制。欧姆连接通常由采用贵金属的焊接、导电人造橡胶或压缩接触形成。一般来说，通过和为装置主体提供较小电阻通路的功耗封装紧密接触的导热材料，可以提供热控制。
然而，具有焊接密封形成欧姆接触的安装装置例如金属壳很难进行自动装配，因此其装配成本很高，而且可能会在多台装置中产生不均衡的装配。另外，如果在电磁脉冲屏蔽的欧姆接触中采用压力接触，每一触点都需要较高的应力值，这在装配中会带来问题。例如，所需应力通常比塑料壳具有的不引起塑料屈服的应力大，因此就需要辅助紧固件或夹子，这不仅增加了装配成本而且增加了材料成本。采用导电人造橡胶甚至需要更大的应力值以维持欧姆接触。另外，这些结构都不能完全令人满意地隔绝潮湿和灰尘，也不能在提供电磁脉冲屏蔽和散热的同时还提供微电路的防污染物和防振、防冲击的复合保护。
本发明的目的是克服上述一个或多个问题。
在一个优选形式中，导电凝胶和配电线路紧密接触。在另一个优选形式中，导电凝胶和配电线路以及金属涂层紧密接触。
在另一优选形式中，电子组件包括一外壳，以及设置在外壳和塑料壳体封闭端的外表面之间的第二导热凝胶。
在另一优选形式中，如果采用纯金属沉积的话，金属涂层约为5μm厚。由聚合物母体中的银微粒组成的金属涂层的厚度为10到20μm。
在本发明的这个方面的另一优选形式中，金属涂层选自镍和金，导电凝胶包括碳。在另一优选形式中，碳包括碳微粒或碳纤维，和/或导热凝胶包括选自氧化铝、氮化铝和氮化硼微粒中的至少一种。
在本发明的另一方面，提供了一种包括位于印制电路板上的电子芯片的电子组件的屏蔽和散热件。在电子组件中设有一侧开口的塑料壳体，其限定了一中央内部区域和围绕中央内部区域的周边内部区域，并具有一朝向内部区域的内表面。在塑料壳体内表面上设有金属镀层，在壳体的周边内部区域的金属镀层上设有导电凝胶，在壳体的中央区域的金属镀层上设有导热凝胶，导热凝胶上具有朝向壳体开口侧的凹腔，用于容纳印制电路板的电子芯片。
用于本发明第一方面的上述优选形式也可以用于本发明的此方面。
本发明的一个目的是提供一种价格便宜且可靠的结构，可以保护电子元件不受振动和冲击，并能防止电子元件在热场和电磁场中性能降低。
在图示示例中，印制电路板(PCB)10用来适当地连接合适的微电路芯片12，14，例如倒装片或芯片规模封装(CSP)。如图2所示，芯片12，14通过如图中所示的焊球形式的单个机械连接件16，适当地连接在印制电路板10上。
在电子组件中设有一具有外部周边22的塑料壳体20，外部周边的一端(由图2和3中的顶壁24所限定)封闭，而朝向印制电路板10和芯片12，14的那端(图中的底端)开口。对于大多数应用包括例如蜂窝电话来说，塑料壳体20可以比较薄(例如0.05mm厚)并由塑料例如聚醚酰亚胺或其它适合塑料制成，可以承受125摄氏度的工作温度而不发生永久变形。
根据本发明，塑料壳体20的内表面上镀有最好是镍或金的金属层，其厚度足够屏蔽电路系统。在图3中显示了金属涂层或镀层28，对于例如蜂窝电话的应用来说，金属镀层28的最好至少有约5μm厚，当然也可以采用更大的厚度。带有聚合物母体中的银微粒的涂层最好为10-20μm厚。
在壳体20的内部围绕其外周边22(即周边的内部区域)模制了一导电凝胶30。凝胶30和印制电路板10上的金属化的图案可通过二者之间的焊球32紧密接触。凝胶30可以是填有合适材料以提高其导电性的硅橡胶弹性体。例如，硅橡胶弹性凝胶可以包括碳微粒或碳纤维或二者的结合物，从而在凝胶和壳体20内表面的金属镀层28之间提供稳定的接触。这就为装在壳体内部的芯片12，14提供了优良的电磁脉冲屏蔽和射频屏蔽，这一点将在下文中详细说明。
特别地，在壳体20内部的导电凝胶30的里面(即周边外部区域所围绕的中央内部区域)模制了一导热凝胶40。模制时在导热凝胶40上制出凹腔42，其与放置在印制电路板10上的元件例如芯片12，14相匹配。
导热凝胶40也可以是一硅橡胶弹性体，但其中填充了能提高其导热性的合适材料。例如，在凝胶40中可以包括氧化铝、氮化铝、或氮化硼或者其混合物，以得到较低的电导率和介电常数。这样就不会影响电路性能(因为凝胶40和芯片12，14以及印制电路板10紧密接触)，同时又具备良好的导热性，可以将印制电路板10和芯片12，14产生的热量传递到壳体20(尤其是顶壁24)上，从而防止电路系统过热。除了散热之外，凝胶40通过表面张力吸附在芯片12，14和印制电路板10上，从而可以保持可靠的接触而没有较高的夹紧力。它还能将元件夹在一起而无须辅助紧固件，就象采用了简单的将塑料壳体夹在一起的连接件一样。因此，这种结构避免了在背景技术中介绍的一些现有技术中存在的装配问题。在大多数预期的操作情况下，例如在蜂窝电话中，这种表面张力接触足以隔绝潮湿、灰尘和其它环境污染物。在James D.Mac Donald，Jr.，Walter M.Marcinkiewicz和Rahul Gupta于1997年12月22日申请的标题为“一种电子组件的减小冲击和振动的结构”的美国专利申请第08/995,388号中也介绍了上述这种导热凝胶的使用，上述专利的所有内容在此引用参考。
在
图1到3所示的实施例中，在塑料壳体20外表面上还设有第二层导热凝胶50，其延伸到装置的外壳52(例如蜂窝电话的外壳)上，用来进一步辅助散热。因此，这种结构除了允许外壳52在使用时可以有很大的挠曲变形而不会破坏凝胶40和印制电路板10的接触之外，在装配时还能允许有一定的制造公差。然而应意识到在本发明的范围内可以用装置的外壳本身作为塑料壳体，装置外壳的内部镀有金属层，内导热凝胶40直接和装置外壳镀有金属的内表面相接触。
图4显示了本发明的另一实施例。和第一实施例中相同的元件用相同的标号表示，但作了改进的元件由相同的标号后面加上符号“′”来表示。
从图中可以容易地看出，在此实施例中，在塑料壳体20′中设有一附加壁60，这样可以分隔开周边内部区域和中央内部区域。附加壁60可以方便凝胶30′和40′的模制，凝胶30′和40′不是直接接触而是被分隔开。然而应该理解在这种结构中，金属镀层(图4中未示出)必须围绕壁60延伸，或需要一些其它的电接触，这样可以在与导电凝胶30′接触的壳体20′的表面和顶壁24的内表面的金属镀层之间保持电接触。
因此可知本发明能在很多种装置中实现容易、便宜和可靠的装配。另外还可知本发明提供了一种简单可靠的结构，可以提供电磁脉冲/射频屏蔽、热控制、减弱冲击/振动，以及保护电子元件不受环境污染物如潮湿和灰尘的污染。
在研究了说明书、附图和权利要求后可以得到本发明的其它方面、目的和优点。然而可以理解，本发明能以其它形式使用，但不能得到上述本发明和优选实施例的全部目的和优点。
权利要求
1.一种包括配电线路和至少一个安装在所述配电线路表面的电子元件的电子组件的屏蔽和散热结构，其包括塑料壳体，其覆盖在所述至少一个电子元件上，并包括外部周边，其限定了所述壳体的内部，并基本上包围了所述至少一个电子元件的外周边；封闭端，其位于所述壳体外部周边的一侧，并具有面对所述至少一个电子元件的内表面；导电凝胶，其位于所述壳体的内部并沿着所述塑料壳体的外部周边；金属涂层，其位于所述塑料壳体的内表面；和导热凝胶，其位于所述至少一个电子元件和所述封闭端的内表面之间。
2.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述导电凝胶和所述配电线路紧密接触。
3.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述导电凝胶和所述配电线路以及所述金属涂层紧密接触。
4.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述电子组件包括一外壳，以及设置在所述外壳和所述塑料壳体封闭端的外表面之间的第二导热凝胶。
5.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述金属涂层的厚度在4到50微米之间。
6.根据权利要求5所述结构，其特征在于，所述金属涂层的厚度约为5微米。
7.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述金属涂层选自镍和金，所述导电凝胶包括碳。
8.根据权利要求7所述结构，其特征在于，所述导电凝胶中的碳包括碳微粒。
9.根据权利要求7所述结构，其特征在于，所述导电凝胶中的碳包括碳纤维。
10.根据权利要求1所述结构，其特征在于，所述导热凝胶具有低导电性。
11.根据权利要求10所述结构，其特征在于，所述导热凝胶包括选自氧化铝、氮化铝和氮化硼微粒中的至少一种。
12.一种包括位于印制电路板上的电子芯片的电子组件的屏蔽和散热件，其包括塑料壳体，其一侧设有开口，限定了一中央内部区域和围绕所述中央内部区域的周边内部区域，所述壳体还具有一朝向所述内部区域的内表面；金属镀层，其位于所述塑料壳体的内表面上；导电凝胶，其位于所述壳体的周边内部区域的所述金属镀层上；和导热凝胶，其位于所述壳体的中央区域的所述金属镀层上，所述导热凝胶还包括朝向所述壳体开口侧的凹腔，用于容纳所述印制电路板上的所述电子芯片。
13.根据权利要求12所述屏蔽和散热件，其特征在于，所述导电凝胶和所述印制电路板紧密接触。
14.根据权利要求12所述屏蔽和散热件，其特征在于，所述导电凝胶和所述印制电路板以及所述金属镀层紧密接触。
15.根据权利要求12所述屏蔽和散热件，其特征在于，所述电子组件包括一外壳，以及设置在所述外壳和所述塑料壳体的与朝向所述壳体中央区域的内表面相反的外表面之间的第二导热凝胶。
16.根据权利要求12所述屏蔽和散热件，其特征在于，所述金属镀层的厚度在4到50微米之间。
17.根据权利要求16所述屏蔽和散热件，其特征在于，所述金属镀层的厚度约为5微米。
18.根据权利要求12所述屏蔽和散热件，其特征在于，所述金属涂层选自镍和金，所述导电凝胶包括碳。
19.根据权利要求18所述屏蔽和散热件，其特征在于，所述导电凝胶中的碳包括碳微粒。
20.根据权利要求18所述屏蔽和散热件，其特征在于，所述导电凝胶中的碳包括碳纤维。
21.根据权利要求12所述结构，其特征在于，所述导热凝胶具有低导电性。
22.根据权利要求21所述结构，其特征在于，所述导热凝胶包括选自氧化铝、氮化铝和氮化硼微粒中的至少一种。
全文摘要
一种微电子组件的电磁脉冲屏蔽和热控制组合的凝胶结构提供了一种包括配电线路(10)和至少一个安装在配电线路表面上的电子元件(12,14)的电子组件的屏蔽和散热结构。在所述至少一个电子元件上放置了一塑料壳体(20),其包括一限定了壳体内部并基本上包围所述至少一个电子元件的周边的外部周边(22)。壳体外部周边的一侧设有封闭端(24),其具有面对所述至少一个电子元件的内表面。在内表面上有约5微米厚的金属涂层(28)。金属涂层选自镍和金。在壳体内部并沿塑料壳体的外部周边设有和配电线路以及金属涂层紧密接触的导电凝胶(30)(最好包括碳微粒或碳纤维)。在所述至少一个电子元件和壳体封闭端的内表面之间设有导热凝胶(40),其最好包括选自氧化铝、氮化铝和氮化硼微粒中的至少一种。
文档编号H05K9/00GK1358411SQ00809483
公开日2002年7月10日 申请日期2000年6月5日 优先权日1999年6月23日
发明者小J·D·麦唐纳德, W·M·马钦基维茨 申请人:艾利森公司