专利名称：电子组件及其组装设备和方法
技术领域：
本发明总的说涉及电子组件及其组装设备和方法，特别是组装用于医学诊断设备的光检测器的设备和方法。
背景技术：
用于计算机X射线断层造影术的一类检测器阵列是用一块带二极管阵列的硅晶片制成的，此二极管阵列置于例如氮化铝或AIN等陶瓷衬底上。硅二极管阵列晶片通过一系列柱形凸起与陶瓷衬底上的金属垫片相连接。连接的方法可以是用加有金属的粘接剂(例如加银的环氧树脂树脂)粘接或焊接。对于背光发光二极管，二极管阵列的硅晶片要很薄，以尽可能减少对X-射线束(它被二极管阵列通过检测闪烁体转变为可见光)的不利影响。硅二极管-阵列越薄，X-射线束的衰减和散射越小，但晶片越容易受到物理损伤。另外对于高分辨率成象来说，希望硅二极管-阵列具有高密度的发光二极管；不过这种高密度可能需要在制造此类检测器中进行高度的控制。虽然在用于计算机X射线断层造影术的检测器组件中已取得某些进展(例如采用真空吸杯来拾起和安置二极管阵列晶片)，然而在此领域仍需要能克服这些缺点的检测器阵列装置及其组装方法和设备。
发明内容
本发明的各实施例包括一种电子组件，它具有一个第一层和第二层。此第一层有一个第一界面及做在其中的一些空腔。第二层有一个第二界面和做在其上的一些凸起，这些凸起和那些空腔对齐并处在这些空腔内。一种导电连接材料被置于这些空腔内，使得此连接材料把这些凸起与相应的那些空腔相连。
本发明的其它实施例包括一种组装具有一个顶层的电子组件的设备。此设备包含一个多孔刚性元件，该元件具有一定厚度和一个支承表面；以及一个壳体，它能保持该多孔刚性元件并为多孔刚性元件提供正真空，其中所加的正真空在支承面上产生一个正真空以拾起顶层。
本发明还有一些实施例包括一种组装电子组件的方法，此组件包含一个第一层(它有一个第一界面和做在其中的一些空腔)和一个第二层(它有一个第二界面和处于其上的一些凸起)。该第一层的位置是固定的，而第二层通过一个装置被真空托住，使得第一和第二界面彼此相对着。这些凸起和那些空腔对齐并接合，且真空保持力被充分降低，从而将第二层释放。
现在参照以下示范性附图，各图中相似的元件用类似的数字表示图1是一个实践本发明实施例的典型组件的等角投影图；图2是图1组件一个放大部分的侧面剖视图；图3是与图2类似的视图，但是是在各有关零件组装之前的情况。
图4是用来组装图1-3所示组件的典型设备。
具体实施例方式
本发明的一个实施例提供一个用于医学诊断设备(例如计算机X射线断层造影术)的光检测器，它具有一系列与陶瓷衬底作导电连接的背光发光二极管，陶瓷衬底上有一些铜引线作信号连通之用。在连接界面上，二极管阵列有一些细长的电连线或柱形凸起伸向陶瓷衬底的空腔内，这些空腔提供一些凹坑，用以限制导电环氧树脂或焊料以防止相邻的二极管电短路。本发明的另一个可能的实施例提供一个设备，它能在发光二极管阵列组装到陶瓷衬底上时将它真空托起。本发明还有一个实施例，提供一种使用该组装设备组装光检测器的方法。虽然这里所述的各实施例是把一系列组装到陶瓷衬底上的背光发光二极管当作一个示范的电子组件，但应指出，本发明也可应用于其它的电子组件，例如印刷电路板上的处理芯片等。
图1-3表示一个示范的电子组件100的实施例，它具有一个第一层和一个第二层。图1为电子组件100的等角投影图，图2为图1组件的一部分在组装后的侧视图。第一层110包含一个第一界面112，其中有一些空腔114，第二层120包含一个第二界面122，有一些凸起124处在该界面上。在一个实施例中，第二层120包含一个二极管阵列，具有许多与一些凸起124电接触的背光发光二极管121。在第二层120组装到第一层的过程中，这些凸起与空腔114对齐并装在这些空腔内。在一个实施例，各凸起124的末端做成与空腔114的内表面形状(可以是球形等)相同。凸起124用导电连接材料(例如导电环氧树脂或焊料)130电连接到空腔114上。在组装之前，可把连接材料130加到凸起124或空腔114上，在已组装好的状态下则认为连接材料已置于空腔114处。通过将空腔114引入第一层110的第一界面112，连接材料130将在它的固化过程中自然地受到空腔114袋状形状的约束，这可能涉及通过回流和固化过程对环氧树脂的加热或焊料的加热或冷却。通过产生空腔114的蚀刻处理可让第一层110上的铜导体140外露，从而提供电接触点，使连接材料130粘到它上面，这又提供了从第二层120(例如一个背光发光二极管阵列)至第一层110(例如具有导线的陶瓷衬底)并最终至读出电路(未示出)的电连接材料通路。铜导体140(也叫导线)上在空腔114形成后可能有镀镍和镀金层，因而可防止空腔114上的铜垫氧化。由于进行产生空腔114的蚀刻处理，铜导体140可能有一个公称厚度，它在空腔114处稍有减小。
空腔114相对于第一界面112有一个深度d，而且在组装状态下第一界面112离开第二界面122一个间隙g，如图2和3所示。因此，凸起124的长度h等于或小于深度d和间隙g之和。如果长度h小于深度d和间隙g之和(例如在正常公差条件的情况下)，则连接材料130将填平这个间隙。
凸起124有一个宽度(或者说一个直径)w，且其安置节距为p。在一个实施例中，凸起124的宽度等于或大于约100μm并等于或小于约700μm。在另一个实施例中，凸起124的宽度约为500μm。在一个实施例中，凸起124的节距p等于或大于宽度w的1.1倍，并等于或小于宽度w的3倍。在另一个可能的实施例中，凸起124的节距约为宽度w的两倍。
在一个实施例中，通常适当选定宽度w和节距p的值，如图1所示的那些发光二极管阵列120内的发光二极管121，可能在第一层110上隔开一个边缘间距s(等于或小于100μm左右)。在另一个可能的实施例中，边缘间距s等于或小于25μm，而还有一个实施例中的边缘间距s约小于10μm。发光二极管阵列120各发光二极管121之间之所以能靠得这么近，至少部分是由于空腔114对连接材料130的限制，这使得相邻的发光二极管121不会电短路。
现在参照图4，它以剖面形式显示一个组装电子组件的设备150。在电子组件100中，第二层120在此也称为发光二极管阵列或顶层，此处顶层可以仅为发光二极管阵列120的一个发光二极管121。设备150包括一个多孔刚性元件160(其厚度为t，且有一个支承表面162)，和一个保持此多孔元件160并通过真空口172为多孔元件160提供正真空的壳体170。按箭头方向抽真空，则在多孔元件160的外表面上(特别是在支承表面162上)产生一个正真空，利用它来拾起或托起顶层121。在一个实施例中，壳体170包含一个凹坑176，它的各边环绕着除支承表面162之外的多孔元件160的所有各边，从而让多孔元件160厚度的一部分露在外面，并使多孔元件160上的正真空指向支承表面162。
在一个实施例中，把支承表面162加工成具有等于或小于20μm左右的平直度，也就是说，支承表面162界定一个理论表面，在支承表面162的区域内在该理论表面偏离一与其在三点或更多点接触的平面不超过20μm。在另一个实施例中，支承表面162被加工成具有10μm或更小的平直度。可以把多孔元件160加工成在支承表面162上具有要求的平直度，可以通过二次机加工，也可以不需要二次机加工。
如图4所示，支承表面162的总尺寸基本上与相应的发光二极管121的总尺寸相匹配，因为在多孔元件160的边缘只伸出一点点距离164。虽然在图4的剖视图只显示支承表面162的一个总尺寸(即在纸面内的总尺寸)基本上与发光二极管121的总尺寸相匹配，但应明白，支承表面162的第二个总尺寸(即在垂直纸面内的总尺寸)也可以基本上与发光二极管121的相应总尺寸相匹配。
多孔元件160可能包括一些空腔166，其中有一些加热器组件180用来处理连接材料130，以使凸起124粘在空腔114上。在一个实施例中，对连接材料130的处理包括加热导电环氧树脂使它凝结和固化。在另一个实施例中，对连接材料130的处理包括加热焊料，使它回流而在冷却时固化。加热组件180与控制单元(未示出)有信号连通，以在组装过程中控制加热。控制单元还控制在真空口172处是否为真空，同时操作上与设备150连通的控制臂190的作用是控制组装过程中设备150的位置。此控制单元可以是适合于这里公开的目的的任何控制部件。
由于发光二极管121可以加工得比所希望的平直度更小，设备150的结构可做成这样，使得支承表面162和在它上面得到的正真空的组合足以让发光二极管121平直，其值从原来等于或大于50μm的平直度和大约等于100μm的厚度变成最后等于或小于20μm的平直度。在另一个实施例中，支承表面162和它上面产生的正真空的组合足以使发光二极管121平坦，其值从原来等于或大于100μm左右的平直度变至最后约等于或小于10μm的平直度。
综上所述，一种利用设备150组装电子组件100的方法包括将第一层置于组装站(未示出)；通过设备150真空保持第二层120，使得第一和第二界面112、122彼此相对着；使一些凸起124和一些空腔114对齐；将这些凸起124和这些空腔114相接合；以及充分减小在界面162上的真空保持，以从设备150上释放第二层121。在连接凸起124和空腔114之前，可将导电连接材料130加到这些空腔114或凸起124上。在连接之后，按前面讨论的方式对连接材料130进行处理，使凸起124与空腔114粘贴。在一个实施例中，真空保持可以维持足够长的时间，让连接材料130至少能部分充分固化，而保持发光二极管121在一个固定位置。
上述方法可使发光二极管121精确定位至10μm左右以内的侧向误差，和相对于陶瓷衬底110约30μm的平行误差。
在另一个实施例中，参照附图2和4，凸起124可以有均匀的厚度，如图2所示，或者有不均匀厚度，如图4所示。在有不均匀厚度时，可以利用一导电垫126的宽基底125以改进发光二极管121与第一层110之间的信号连通。
如上所述，本发明的某些实施例可能具有以下优点；发光二极管在陶瓷衬底上的封装密度高而其间间距小；能有效地加入导电连接材料而防止相邻二极管之间短路；发光二极管的柱形凸起相对于发光二极管的大小而言节距是小的；利用在支承表面具有真空的拾起-安置设备，可以使发光二极管在组装过程中平直；以及，利用与组装设备做成一体的加热组件可增加环氧树脂或焊料固化的生产率。
虽然本发明是参照一些典型实施例来描述的，但本专业技术人员应明白，可以作各种改变并可使用各组件的等效替代物，而不超出本发明的范围。因此，我们认为本发明不仅仅局限于上述作为实施本发明的最佳或仅有模式的那些具体实施例，而是包括属于下面权利要求书范围内的一切实施方案。此外，使用术语第一，第二等并不表示任何次序或重要性，还有，使用术语“一”等并不意味对数量的限制，而只表示至少存在一个所指的项目。
权利要求
1.一种电子组件(100)，包括具有第一界面(112)和形成于第一界面(112)内的多个空腔(114)的第一层(110)；具有第二界面(122)和设于第二界面(122)上的多个凸起(124)的第二层(120)，其中所述多个凸起(124)与空腔(114)对齐并设于空腔处；以及设于所述多个空腔(114)处的导电连接材料(130)，该连接材料将所述多个凸起(124)连接到相应的空腔(114)。
2.如权利要求1所述的组件，其中所述多个空腔(114)制成在第一界面(112)内有深度d；第一界面(112)离开第二界面(122)一间隙g设置；以及凸起(124)的长度h等于或小于深度d和间隙g之和。
3.如权利要求1的组件，其中所述多个凸起(124)的宽度w等于或大于100μm左右，且等于或小于700μm左右；以及这些凸起(124)的节距等于或大于宽度w的1.1倍左右，且等于或小于宽度w的3倍左右。
4.如权利要求1的组件，其中第一层包含一陶瓷衬底；第二层(120)包含二极管阵列，该阵列具有多个与那些凸起(124)电连通的背光发光二极管(121)；连接材料包括导电环氧树脂、导电焊料、或含有这些材料中至少一种的任何组合；所述组件包括一个用于医学诊断设备的光检测器。
5.如权利要求1的组件，其中第一层(110)包含一陶瓷衬底；第二层(120)包含二极管阵列，该阵列具有多个与那些凸起(124)电连通的背光发光二极管(121)；连接材料包括导电环氧树脂、导电焊料、或含有这些材料中至少一种的任何组合；所述多个发光二极管(121)与第一层(110)隔开一等于或小于约100μm的边缘间距。
6.一种用于组装电子组件(100)的设备(150)，所述电子组件包含一顶层，该设备(152)包括多孔刚性元件(160)，它具有一定厚度和一支承表面(162)；和壳体(170)，它构型成保持该多孔刚性元件(160)并为该多孔刚性元件(160)提供正真空；其中所加的正真空能在支承表面(162)上产生正真空，以拾起该顶层。
7.如权利要求6的设备(150)，其中壳体(170)设于除支承表面(162)外的多孔刚性元件(160)的所有各侧上；多孔刚性元件(160)的一部分厚度露在外面；以及多孔刚性元件(160)的支承表面(162)具有等于或小于约10μm的平直度。
8.如权利要求6的设备(150)，其中支承表面(162)的两个总尺寸基本上与所述顶层的两个相关总尺寸匹配。
9.如权利要求6的设备(150)，其中多孔刚性元件(160)包含多个空腔(114)，空腔内安置了多个加热组件(180)。
10.如权利要求6的设备(150)，其中支承表面(162)和在它上面产生的正真空足以使得顶层平坦，顶层的平直度从原来的等于或大于约100μm至最终的等于或小于约10μm。
全文摘要
本发明公开一种电子组件(100)，它具有一个第一层(110)和一个第二层(120)。此第一层(110)具有一个第一界面(112)和形成于其中的一些空腔(114)。第二层(120)具有一个界面(122)和一些处在第二界面(122)上的凸起(124)，这些凸起(124)与这些空腔(114)对齐且位于该空腔上。在这些空腔(114)上安置了一种导电连接材料，它将这些凸起(124)与相应的空腔(114)连起来。
文档编号A61B6/03GK1697178SQ20051006721
公开日2005年11月16日 申请日期2005年4月19日 优先权日2004年4月19日
发明者H·瓦菲, F·赛义德 申请人:通用电气公司