无焊料电子组件及其制造方法

专利名称：无焊料电子组件及其制造方法
技术领域：
本发明总体上涉及电子组件领域，更具体地讲，本发明涉及但不限于不 使用焊料的电子产品的制造与组装。
背景技术：
自电子工业的最早期以来，电子产品的组装，更具体地讲电子部件永久 地组装到印刷电路板，就已经涉及利用某种形式的相对低温的焊料合金(例
如，锡/铅或Sn63/Pb37)。原因是多样的，但是最重要的原因是能容易地连 接印刷电路和很多电子部件的引线之间成千的电子互连。
铅是高毒物质，铅的暴露可以产生广为熟知的不利健康的影响。关于该 文的重要性是，焊接操作产生的烟雾对工人是危险的。该工艺可以产生铅氧 化物(来自铅基焊料)和松香(来自焊料熔剂)结合的烟雾。这些成分的每 一种已经显示出潜在的危险。另外，如果减少电子设备中的铅量，也会减轻 采矿和冶炼上的压力。开采铅会污染当地地下水供应。冶炼会导致工厂、工 人和环境的污染。
减少铅用量也会减少废弃电子装置中的铅量，降低垃圾中和其它不安全 位置中铅的水平。由于回收用过的电子产品的难度和成本以及疏于对垃圾出 口的强制立法，大量用过的电子产品被输送到环境标准较低并且工作条件较 差的诸如中国、印度和肯尼亚的一些国家。
因此，存在减少锡/铅焊料的市场和立法压力。具体地，欧盟于2003年 2月批准了在电气和电子设备中使用某些有害物质的限制令(Directive on the Restriction of the Use of Certain Hazardous Substances in Electrical and Electronic Equipment)(通常称为有害物质限制令或者RoHS )。 RoHS限制令 于2006年7月1日生效，被要求强制实行并成为每个成员国的法律。该限 制令限制了在各种类型电气和电子设备的制造中使用包括铅的六种有害材 料。这与废旧电气和电子设备限制令(WEEE， Waste Electrical and Electronic Equipment Directive) 2002/96/EC紧密相关，其设定了电气 产品的收集、回 收和再利用的目标，并且是开始解决大量有毒电子装置垃圾问题的立法的一 部分。
RoHS没有排除在所有电子装置中使用铅。在要求高可靠性的某些装置 中(如医疗装置)，允许继续使用铅合金。因此，电子装置中的铅继续受到 关注。电子工业一直在寻求锡/铅焊料的可实现的替代物。当前使用的大部分 常规替代物是SAC类物质，其是含锡(Sn)、银(Ag)和铜(Cu)的合金。
SAC焊料也具有严重的环境问题。例如，开采锡对于当地和全世界都是 有害的。在亚马逊雨林发现了大量的锡矿藏。在巴西，这已经引起了道路修 筑、森林欲伐、移民、土壤退化、大坝、尾矿池和土丘的产生、以及冶炼搮:作。在巴西开釆锡的最严重的环境影响大概是河流和小溪的淤泥充塞。这样 的退化永久地改变了动物和植物的形态、毁坏了基因库、改变了土壤结构、 引入了有害物和疾病、并且造成不可恢复的生态损失。
由巴西环境的管理不善引起的世界范围内的生态问题是众所周知的。这 些生态问题覆盖了从雨林破坏引起的全球变暖压力到动植物生命多样性破 坏造成的对制药工业的长久损害。巴西采矿仅是锡工业的破坏性影响的 一个 示例。大量的矿藏和开采操作也出现在印度尼西亚、马来西亚和中国这样的 发展经济的态势超过了对生态保护的关注的发展中国家中。
SAC焊料还具有其它问题。它们需要高温、浪费能量、脆弱、并且会引 起可靠性问题。熔化温度使得部件和电路板可能被损坏。各合金组成的化合 物的正确用量仍在研究之中，并且长期稳定性是未知的。而且，如果表面准 备不适当，SAC焊料工艺倾向于形成短路(例如，"锡须(tin whiskers)" 和开路。无论采用锡/铅焊料还是SAC类物质，致密金属都会增加电路组件 的重量和高度。
因此，需要焊接工艺及其随后的环境和实际问题的替代物。
尽管焊料合金已经很普遍，但是也已经提出和/或采用了其它的接合材 料，诸如导电粘合剂形式的所谓的"聚合物焊料"。此外，人们还致力于通 过为部件提供插口来制作可分离的连接。还有开发为连接功率和信号负载导 体的电气和电子连接器，该连接器被描述为具有要求施加恒定的力或压力的 各种弹性接触结构。
于此同时，人们已经持续地致力于使更多的电子装置具有更小的体积。 因此，最近几年，在电子工业内对集成电路(IC)芯片堆叠在封装体内以及 IC封装体本身堆叠的各种方法很感兴趣，所有这些都是旨在减少沿Z或垂 直轴的组装尺寸。人们也正在致力于通过在电路板内埋设某些部件(主要为 无源器件)来减少印刷电路板(PCB)上的表面安装部件的数量。
在IC封装的创建过程中，人们也曾致力于通过直接在基板内设置未封 装的IC器件并通过对芯片接触直接钻孔和镀覆使它们互连来埋设有源器件。 尽管这样的解决方案在特定的应用中提供了益处，但是芯片的输入/输出 (1/0)端子会非常小，并且成为精确地制作这种连接的挑战。而且，制造 完成的器件可能不会成功地通过老化测试，从而使得前功尽弃。
另一个关注的领域是热管理，这是因为密集封装的IC会产生降低电子产品的可靠性的高的能量密度。

发明内容
本发明提供电子组件及其制造方法。预测试和老化部件(包括具有外部 1/0接触的电气、电子、电光、电-机械装置和用户界面装置)净皮设置在平面 基底上。用带孔的焊接掩模、电介质或者电绝缘材料(在该申请(包括权利 要求)中统称为"绝缘材料")封装该组件，该孔为形成或钻成的通孔以到 达部件的引线、导体和端子(在该申请(包括权利要求)中统称为"引线")。 然后，镀覆该组件，并且重复封装和钻孔工艺而构建希望的层。因为通孔仅 需要暴露部件引线区域的一部分，所以线路可以密集设置。基板的有部件结 合的区域可以是柔性的，允许组件在电子装置中装配为各种形状。
用新的反向互连工艺(RIP)构建的组件不使用焊料，因此避开使用铅、
锡和相关加热的问题。术语"反向"是指组件顺序的反向；首先设置部件再 制造电路层，而不是首先设置PCB然后安装部件。不需要传统的PCB (尽 管可以选择性集成)，缩短了制造周期，降低了成本和复杂性，并且减少了 PCB的可靠性问题。
RIP产品是耐机械冲击和热循环疲劳失效的。与设置在PCB板上的传统 产品相比，结合到RIP产品的部件不要求与表面隔开，并且因此具有较小的 轮廓，可以更密集地设置。而且，因为不需要软焊接精加工，而仅需较少的 材料和较少的工艺步骤，所以RIP产品降低了成本。另外，RIP产品能承受 适当的热量增加(包括改善散热材料和方法)，也可以提供整体的电磁干扰 (EMI)屏蔽。而且，该结构可以组装有埋设的电气和光学部件。 本发明通过下述内容克服了许多现有技术中的缺点
去除对电路板的需要；
去除对焊接的需要；
去除了 "锡须"的问题；
去除了细小间隔部件？ 1线间难于清理的需要；
去除了对依从？ I线或依从焊接连接的需要；
去除了对适应性引线或适应性焊料连接的需要；
去除了与很多不同制造阶段和寿命终止的电子垃圾相关的大量问
题；以及去除了与在脆弱部件上使用高温无铅焊料有关的热问题。 本发明的优点包括
由于结构几乎完全是叠加的，所以减少了制造垃圾；
减少了构造中的材料使用；
由于不需要可能的有毒金属，所以是环境友好的；
减少了工艺步骤；
降低了测试要求；
低热加工，从而导致能量节约；
降低了成本；
减小了组件的轮廓；
增强了可靠性；
可能具有更好的性能或者更长的电池寿命； 提高了抗机械冲击、振动和物理损坏的IC保护； 由于使用的器件不直接可见，因此改善了设计安全性； 由于可以涂覆最后的金属涂层，所以电子装置全面屏蔽； 改善了热性能；
使整体的边缘卡连接器成为可能； 改善了存储模块的设计； 改善了电话模块的设计； 改善了计算机卡模块的设计； 改善了智能卡和RFID卡的设计； 改善了发光模块。
结合附图，参考下面的具体描述，可以更好地理解本发明的结构和操作 上的细节以及本发明的很多附加优点，各附图中相同的参考标号通篇表示相 同的部分，除非另有规定，其中


图1是在PCB上釆用鷗翼形部件的现有焊料组件的截面图。 图2是在PCB上采用球栅阵列(BGA)或连接盘网格阵列(LGA)部 件的现有焊料组件的截面图。
图3是采用电气部件的现有无焊料组件的截面图。图4是采用LGA部件的RIP组件的部分截面图。
图5是采用带有选择性热扩散器和热沉的LGA部件的RIP组件的部分 截面图。
图6是两层RIP组件的截面图，示出了安装的离散、模拟和LGA部件。
图7是成对匹配的两层RIP分組件的截面图。
图8是代表性RIP组件制造阶段的截面图。
图9是代表性RIP组件制造阶段的截面图。
图IO是代表性RIP组件制造阶段的截面图。
图ll是RIP分组件(subassembly)的透一见图。
图12是代表性RIP组件制造阶段的截面图。
图13是RIP分组件的透碎见图。
图14是RIP分组件侧视图的截面图。
图15是代表性RIP组件制造阶段的截面图。
图16是代表性RIP组件制造阶段的截面图。
图17是代表性RIP组件制造阶段的截面图。
图18是两个RIP分组件对准和结合在一起的截面图。
图19是完成的两个RIP分组件匹配对的截面图。
图20是采用安装在柔性基板上的LGA部件的部分RIP组件的截面图。
图21是代表性柔性基板RIP组件的制造阶段的截面图。
图22是代表性柔性基板RIP组件的制造阶段的截面图。
图23是代表性柔性基板RIP组件的制造阶段的截面图。
图24是代表性柔性基板RIP组件的制造阶段的截面图。
图25是代表性柔性基板RIP组件的制造阶段的截面图。
图26是代表性柔性基板RIP组件的制造阶段的截面图。
图27是代表性柔性基板RIP组件的截面图，示出了安装在柔性基板上
的离散、模拟和LGA部件。
图28是代表性柔性基板RIP组件的截面图，示出了安装在柔性基板上
的离散、模拟和LGA部件，并且示出了组件的挠曲。
图29是一层RIP分组件的透视图，示出了线路连接。 图30是一层非RIP分组件的俯视图。 图31是RIP分组件的示意图。图32是一层RIP分组件的俯视图。 图33是RIP分组件的俯视图的图片。 图34是RIP分组件的透视图的图片。
具体实施例方式
在下面的描述和附图中，详尽地解释具体的术语和附图标记以提供对本 发明的透彻理解。在某些情况下，该术语和标记可以包含实施本发明不需要 的具体细节。例如，部件的导体元件间的互连(即部件的I/0引线)可以示 出或描述为具有互连到一条引线的多个导体或者连接到器件内或器件之间 的多个部件接触的一条导体信号线。因此，多个导体互连的每一个都可以替 换地为一个导体的信号、控制、电源或者接地线，反之亦然。示出或者描述 为单一端的电游"f各径也可以是不同的，反之亦然。互连组件可以由标准互连 组成；微带或者带状线互连以及组件的所有信号线可以屏蔽或者不屏蔽。
图1示出了以现有技术完成的具有焊料接头(solder joint) 110的组件 (assembly) 100,其是将鷗翼形(gull wing)部件封装体104焊接安装在 PCB 102上。
部件封装体104包含电气部件106。部件106可以是IC或者其它的离散 部件。鷗翼形引线108从封装体104延伸到流动焊料110,流动焊料110再 将引线108连接到PCB 102上的焊盘112。绝缘材料114防止流动焊料110 流动到PCB 102上的其它部件(未示出)，并防止部件106与PCB 102上的 其它部件(未示出)短路。焊盘112连接到通孔118,通孔118再连接到适 当的线路(trace),如116表示的线路。除了焊料接点的前述问题外，包括 PCB 102的内部结构的该类型组件复杂，并且需要本发明可减少的高度空间。
图2示出了以现有技术完成的具有焊料接点202的组件200，其具有在 PCB 214上的BGAIC或LGAIC封装体204。与图1的主要区别是采用球焊 料(ball solder) 202,而不是流动焊料110。
部件封装体204包含部件206。引线208从封装体204通过支撑体210 (典型地由增强的有机或者陶覺材料组成)延伸到球焊料202，球焊料202 继而将引线208连接到PCB 214上的焊盘212。绝缘材料216防止球焊料202 短路包含在封装体204中的其它引线(未示出)。绝缘材料218防止球焊料 202流动到PCB 214上的其它部件(未示出)，并防止部件206与PCB 214上的其它部件(未示出)短路。焊盘212连接到通孔220，通孔220再连接 到适当的线路，如由222表示的线路。该构造与图1所示的组件存在同样的 问题除了焊料接点的前述问题外，该类型组件是复杂的(特别是由于PCB 214),并且需要本发明可降低的高度空间。
图3图解了现有技术的无焊料连接的设备300。见美国专利6,160,714 (Green )。在该构造中，基板302支撑封装体304。封装体304包含如IC或 其它离散部件的电气部件(未示出)。覆盖基板302的是绝缘材料306。在基 板302的另一面上是导电的聚合物厚膜油墨(polymer-thick-film ink) 308。 为了改善导电性，在聚合物厚膜308上镀覆铜薄膜310。通孔从封装体304 通过基板302而延伸。通孔填充有导电粘合剂314。封装体304到粘合剂314 的连接点316可由可熔聚合物厚膜油墨、银聚合物厚膜导电油墨或商业焊料 制成。该现有技术组件与本发明相比的一个缺点是粘合剂314增加了附加厚 度，如图上的块318所示。 RIP组件
图4是说明本发明的组件400,示出了安装在基板416上的LGA部件 封装体(402、 406、 408、 410、 412、 414),基板416不必是PCB。本领域 的技术人员明显可见的是，BGA、鷗翼、其它IC封装结构或任何类型的离 散部件可以替代LGA部件。与图1、 2和3所示的组件相比，连接比较简单， 不用焊料，并且具有较小的轮廓。
封装体402粘合到电绝缘材料404。材料404示出为结合到封装体402 的一侧。然而，材料404可以结合到封装体402的两侧或更多侧，或者实际 上可以包封(envelope)封装体402。当祐 使用时，材料404可以为组件提 供强度、稳定性、结构的整体性、韧性(即非脆性)和空间稳定性。材料404 可以通过包含适当材料而被增强，如丝网(screen)(见图33和34 )或玻璃 布。
部件封装体402包含电气部件406 (如IC、离散的或者模拟器件；在本 申请(包括权利要求)中统称为"部件")、支撑体408和410 (优选由增强 的有机或陶瓷材料组成)、引线412和绝缘材料414。尽管部件封装体402 由于很多情况下的制造和运输而加入绝缘材料414,但是该传统的特征将来 可能被消除，因此而减小组件400的轮廓。支撑体408和410或者绝缘材料 414 (如果存在)设置在基板416上，基板416优选由绝缘材料制作。如果希望缩短从封装体402延伸的引线(例如，412),则基板416的一部分或者 全部可以由导电材料制作。
引线412连接到绝缘材料414和基板416可以通过粘合剂点以及公知的 技术实现。
以通孔420为例的第 一组通孔延伸通过基板416，延伸通过绝缘材料414 (如果存在)到达并且暴露诸如引线412的引线。第一组通孔镀覆或填充有 导电材料(在很多情况下为铜(Cu),尽管银(Ag)、金(Au)或铝(Al) 以及其它合适的材料可以替代)。镀覆物或填充物与引线412熔合形成电连 接和机械连接。
基板416可以包括镀覆的图案掩模(未示出)，或者引入到第一组通孔 (例如，通孔420)的镀覆物或填充物可以延伸在基板416的下面，并且提 供所需的第一组线路。可以产生其它的线路。层422 (也为绝缘材料)可以 设在基板416和第一线路的下面。层422的目的是为第二组线路(如果需要) 提供平台，以及将第一组线路与第二组线路电绝缘。
以通孔426为例的第二组通孔延伸通过层422，到达且暴露基板416下 的线路和/或引线(例如，引线428)。如上所讨论，参考第一组通孔(例如， 通孔420),可以镀覆或填充第二组通孔使它们与基板416下所希望的引线 (例如，引线428 )熔合。如上所述， 一个或多个线路430可以延伸在层422 下。
这种层叠根据需要而继续。通过重复上述结构，可以构造多个层(未示 出)以及附加的线路和通孔。在最后一层下涂覆表面绝缘材料432。该材料 432可以选择性涂覆有与电气功能不干扰的金属饰面(metal finish),以产生 更加气密的组件，并且提供附加的EMI保护。引线或者电连接头(例如， 引线434)可以延伸到表面绝缘材料432之外。这提供了允许与其它电气部 件或电路板连接的接触表面(例如，表面436)。
图5为组件500，示出了选择性的散热特征。前面在图4中描述的分组 件(subassembly ) 400可以在封装体402和材料404的顶上具有散热器506 和/或热沉508，以散发部件406产生的热量。导热界面材料(未示出)可以 用于将热沉连接到散热器。作为选择，材料404在其成分中可以包括导热材 料(尽管是电绝缘材料)，如，二氧化硅(Si02)或二氧化铝(A102),以增 强热量从封装体402流出。如果散热器506和热沉508由公知技术的一种或多种物质制造，则它们可以给分组件400提供电磁干扰(EMI)保护，并且 有助于防止静电放电。
根据如图5所示截面的两层的RIP组件，图6示出了带有安装的样品部 件组的组件600,包括离散的鷗翼形部件602、 -漠拟部件604和LGAIC 606。
本领域的技术人员明显可知的是，RIP组件没有包含焊接部件的PCB复 杂。就是说，正好PCB本身是需要很多制造步骤的复杂装置。RIP组件由于 不需要PCB板而比较简单，并且制造完整的电子组件需要较少的步骤。
作为选#^，图7示出了带有两个RIP分组件的组件700,分组件702和 704以镀覆和/或填充的通孔(例如，706a、 706b )和/或以引线(例如，708a、 708b)连接在一起。
RIP的制造方法
图8至17示出了 RIP组件的制造方法。本领域的技术人员应当理解的 是，步骤顺序可以变化而不脱离本发明的范围和精神。
图8为阶段800,示出了首先将封装的部件802、 804和806安装在基板 808上。各部件可以通过本领域已知的很多不同技术和/或物质设置在适当位 置，这样的已知技术包括涂覆点(applying spot)或者非导电粘合剂或者通 过将部件引线的胶粘膜结合到基板808。涂覆或结合的材料可以适合于保持 部件并在后面将其释放。
图9为阶段900,示出了 RIP制造方法中的另一步骤。在该阶段，翻转 图8的部分部件。首先安装的封装部件802、 804和806被封入电绝缘材料 908中。材料908为封装的部件802、 804和806提供支撑以及彼此间的电绝 缘。如果材料908包含导热而电绝缘的物质，如A102或Si02，则也将有助 于散热。
图10为阶段1000,示出了 RIP制造方法中的另一步骤。产生通过基板 808的通孔(例如，1002 ),通孔到达并暴露封装的部件802、 804和806的 引线。通过包括激光钻孔的若干已知技术，可以形成或者钻成(在本申请(包 括权利要求)中统称为"形成")通孔(例如，1002)。
图11为如完成阶段1000时所示的部分组件1100，是呈现通孔(例如， 1102)的基板808上侧的透视图。
图12为阶段1200,图解了如何能实现电路的直接印刷。通孔(例如， 1202)可以镀覆或填充有导电材料，并且基板808上的线路和引线(例如，1208)可以通过装置1206设置。采用本领域中的若干已知技术，装置1206 可以填充通孔1202,印刷引线和线路1208,和/或镀覆引线和线路到基板808 上。
根据阶段1200在基板808上产生的线路(例如，1302 )和引线(例如， 1304)如图13的部分组件1300的透视图所示。
根据阶段1200产生的部分组件1400如图14的侧视图所示。填充的通 孔(例如，通孔1402)示出为延伸通过基板808到部件引线(例如，引线 1406 )。
在图15中，示出了阶段1500,绝缘材料层1502和第二组通孔(例如通 孔1504 )形成在基板808的上面。通孔延伸到基板808上的引线(例如，1506 )
并使其暴露。
在图16中，示出产生分组件1600的阶段，在层1502上完成了镀覆和/ 或填充通孔(例如，1602)及制作线路(例如，1604)。
以这样的方式，可以设置附加层。最后如图17所示的阶段1700，绝缘 材料1702设置在分组件1600的顶层上。另外，散热器1706和热沉1708可 以结合在材料908的下面。
将材料1702设置在分组件1704上的替代方案如图18中的阶段1800和 图19中的阶段1900所示。在图18中，分组件1600的引线、填充物和线路 彼此对准，然后结合在一起。
图19示出了粘合剂1908的添加，采用任何合适的工艺和材料(例如， 施加各向异性导电膜)，将分组件1600结合在一起。如上所述以及如对于一 个分组件的图17所示，但图19中未示出，散热器和热沉可以添加在支撑材 料1904的下面以及支撑材料1906的上面。
柔性基板
图20与图4类似，但具有几个显著的差别部分示出的组件2000安装 有柔性基板2016(柔性基板2016具有第一平面侧2022和第二平面侧2024 ); 电绝缘材料2004没有延伸在整个基板上；并且仅有一层通孔(例如，通孔 2020)和线路(例如，线路2028)。
图20为说明本发明柔性变型的组件2000,示出了安装在柔性基板2016 上的LGA部件封装体2002 (包括分部件2006、 2008、 2010、 2012、 2014)， 柔性基板2016由本领域中已知类型的电绝缘材料制作。本领域的技术人员应当理解的是，BGA、鷗翼或其它IC封装结构或者任何类型的离散部件可 以替代LGA部件。类似于图4所示的组件，与图1、 2和3所示的组件相比， 连接比较简单，无焊料，并且减小了轮廓。
封装体2002粘合到电绝缘材料2004。材料2004示出为结合到封装体 2002的两侧。然而，材料2004可以结合到封装体2002的一侧，封装体2002 的两侧以上，或者实际上可以包封封装体2002。当应用时，材料2004可以 给组件的适当部分提供强度、稳定性、结构的整体性、韧性(即非脆性)和 尺寸稳定性。材料2004可以通过包括合适的材料而得到加强，如玻璃布或 金属网(其也提供某种程度的EMI保护)。
部件封装体2002包含电气部件2006 (如IC、离散的或模拟的器件；在 本申请(包括权利要求)中统称为"部件")、支撑体2008和2010 (优选由 有机材料或陶资材料组成)、引线2012和绝缘材料2014。尽管在很多情况下 制造和运输的部件封装体2002结合有电绝缘材料2014，但是该传统特征会 在将来可能被消除，因此而减小组件2000的轮廓。支撑2008和2010或者 绝缘材料2014 (如果存在)设置在柔性基板2016上，该柔性基板2016优选 由电绝缘材料制造。如果希望缩短从封装体2002延伸的引线(例如，2012)，
引线2012和绝缘材料2014结合到基板2016可以通过粘合剂点以及其 它公知的技术实现。
以通孔2020为例的一组通孔延伸通过基板2016，延伸通过绝缘材料 2014(如果存在),到达并暴露引线，如引线2012。通孔2020镀覆或填充有 导电材料(在很多情况下为铜(Cu),尽管可以由银(Ag)、金(Au)或铝 (Al)以及其它合适的材料取代)。镀覆物或填充物与引线2012熔合，形成 电连接和机械连接。
基板2016可以包括镀覆的图案掩模(未示出)，或者引入该组通孔(例 如，通孔2020 )的镀覆物或填充物可以在基板2016下延伸，并且提供所需 的成组的线路。可以设置其它线路。
表面电绝缘材料2032涂覆在线路(例如，线路2028 )和柔性基板2016 下面。引线或电连接器可以延伸到表面绝缘材料2032之外。其提供允许与 其它电气部件或电路板连接的接触表面(未示出)。
尽管图中没有示出，但是通过图20与图5的比较可见，组件2000可以包括选择性的散热特征。组件2000可以具有在封装体2002和/或材料2004 上的散热器506和/或热沉508 (都如图5所示)，以散发部件2006产生的热 量。导热界面材料(未示出)可以用于将热沉连接到散热器。作为选择，材 料2004可以包括在其成分中的导热(尽管电绝缘)材料，如二氧化硅(Si02) 或二氧化铝(八102)，以增强热量从封装体2002流出。如果如图5所示，散 热器506和热沉508由公知技术的一种或多种物质制造，则它们可以给组件 2000提供电^兹干扰(EMI)保护，并且有助于防止静电放电。
材料2004可以具有锥形边缘(tapered edge ) 2005,当组件2000挠曲时， 它提供应变释放(即从刚性到柔性区域的过渡)。
图21至26示出了柔性RIP组件的制造方法。本领域的技术人员应当理 解的是，步骤顺序可以变化而不脱离本发明的范围和精神。
再一次参考图8，阶段800示出为封装的部件802、 804和806首先安装 在基板808上。相同地，该阶段将类似部件安装在柔性基板(例如，图21 中的部件2102、 2002和2104以及柔性基板2016 )。部件可以通过现有技术 中的若干不同技术和/或物质设置在适当位置，这样的现有技术包括涂覆点或 者非导电粘合剂或者通过将部件引线的胶粘膜粘合到柔性基板2016。涂覆或 结合的材料可以适合于永久保持部件。
图21为阶段2100，示出了安装在柔性基板2016上的典型的一组封装部 件(例如，鷗翼2102、 LGA2002和模拟部件2104)的包封(envel叩ment)。 在该阶段，柔性基板2016可以设置在临时基底(未示出)上或者气垫(air cushion)上。电绝缘材料2004和电绝缘材料2004a施加给或者覆盖模制 (ove歸ld)在典型部件2102、 2002和2104上。材料2004和2004a粘合到 柔性基板2016。应当注意的是，材料2004和2004a可以结合到或包封一个 部件，如2102,多于一个的部件，如2002和2104，或者多个部件。阶|殳2100 的结果是完成分组件2106。
图22为阶段2200，示出了支撑元件和/或模制装置2208在分组件2106 上,皮对准和定位。
如图23所示，阶段2300是施加支撑元件和/或模制装置2208。装置2208 在各轮廓2302和2304上接触材料2004a和2004。装置2208支撑和/或模制 材料2004a和材料2004。该阶段上无论材料2004a和2004是否已经预先形 成或模制，装置2208都在后续制造阶段上为分组件2106提供支撑(见图21和22 )。
如果需要，阶段2300之后，可以去除临时基底或者终止使用气垫。而 且，如果需要，可以如图24的阶段2400所示重新设置分组件。在该阶段， 钻(形成通孔，如通孔2402 )通柔性基板2016以暴露引线(如引线2012 )。 然而，形成通孔的顺序或过程可以不同；它们可以通过钻或模制预先形成； 例如，在图21的阶段2100之前。实际上，通孔可以通过钻通临时基底或者 气垫而形成。
在图25的阶段2500，例如用材料2502进行镀覆或填充通孔。通过本领 域公知的任何工艺涂覆导电材料2502 (在很多情况下为铜(Cu)，尽管可以 由银(Ag)、金(Au)或铝(Al)以及其它合适的材料取代)。镀覆物或填 充物与部件引线熔合，形成电连接和机械连接。镀覆物或填充物可以形成引 线。还是在该阶段，可以形成诸如线路2504的线路，通常通过镀覆实施。
在接下来图26的阶段2600,涂覆表面电绝缘或电介质材料2602而覆盖 镀覆或填充的通孔(例如，填充的通孔材料2502 )、线路(例如，线路2504 ) 和柔性基板2016。引线或电连接器、 一个点上的引线2604a和另一个点上的 引线2604b可以延伸到表面绝缘材料2602之外。引线2604a和2604b允许 与其它电气部件或者电路板连接。装置2208在该阶段提供物理支撑。作为 装置2208的替代，气垫可以提供支撑。在阶段2600结束时，去除装置2208。
完成的组件2700如图27所示。部件2102、 2002和2104通过材料2004a 和2004与柔性基板2016绝缘且结合。绝缘材料2032提供对柔性基板2016 的支撑。
图28示出了处于变形点大约在2802和2804的位置的组件2700,挠曲 组件2700使其放置于"空间(real estate )"非常珍贵的装置(例如，移动电 话和便携式装置)中，以使得电路插入在其它各种类型的装置元件的周围。
线路密度
参考图10， RIP分组件包括通孔，如通孔1002 (见图11的透视图)。 在图29中，在RIP分组件2900的基板2906的表面上，填充的通孔形 成引线(例如,引线2904)和线路(例如,线路2902)。
图30示出了非RIP分組件3000,其采用焊接连接。在印刷电路板(PCB ) 3002上，焊料覆盖引线(例如，3004)。线路(例如，3006)形成在引线之 间，并且由于连接盘边缘(land edge)之间的空间减少线路在数量上受到限制。阻焊层(soldermask)(未示出)通常用于限定焊料的终止。
图31示出了 RIP分组件3100，其中电绝缘材料3102包封部件封装体 3104,并且将封装体3104结合到基板3112。通孔已经形成为延伸通过基板 3112到部件引线(例如，引线3106)。通孔已经被填充或镀覆(例如，填充 的通孔3110),并且形成的线路(例如，线路3108)连接填充或镀覆的通孔， 从而形成适当的电通道。填充的通孔3110仅覆盖引线3106区域的一部分， 以与图30相比允许更多的线路布线在连接盘之间。还应当注意的是，因为 不需要焊料，所以能够减少连接盘的尺寸，因此提高了封装上的布线潜能， 并且因此也可能减少封装层数和复杂性。
图32是RIP分组件3200的俯视图，其类似于图31中的分组件3100。 基板3202覆盖部件封装体(未示出)。与图30中的非RIP分组件3000相比， 部件封装体引线(例如，3204 )被填充或镀覆的通孔(例如填充的通孔3206 ) 部分地覆盖。线路(例如，线路3208a和线路3208b)从填充或镀覆的通孔 延伸以形成适当的电通道。通过仅部分地覆盖下层引线区域，RIP分组件比 非RIP分组件允许间隔更密集的线路。这通过比较图32的分组件3200与图 30的分组件3000明显可见。 丝网包含物
如上有关图4所述，材料404可以结合金属丝网、玻璃布或其它增强材 料以改善强度和稳定性。图33的组件3300示出了电绝缘材料3302中包含 丝网3304,电绝缘材料3302包封部件封装体(例如，封装体3306 )。丝网 3304不仅可以用于增加强度和稳定性，而且可以用作散热器，并且提供EMI 保护。图34是组件3300的透视图，示出了包含丝网3304。如图33所示， 部件封装体3302以材料3306包封，丝网3304埋设在材料3306内。
尽管这里详细示出和描述的无焊料的电子组件的具体系统、组件和方法 完全能够实现本发明的上述目标，但是应当理解的是，这只是本发明当前的 优选实施例，因此为本发明广泛关注主题的代表，本发明的范围充分嚢括本 领域的技术人员会显而易见的其它实施例，从而本发明的范围只受所附权利 要求限定，其中涉及的单数元件是指"至少一个"。本领域普通技术人员已 知或者稍后将得知的相当于上述优选实施例的元件的所有结构和功能等同 特征在此通过特别援引而被结合，并且旨在被本发明的权利要求所包含。而 且，对于本发明权利要求包含的内容，不必是本发明寻求解决的每一个和各种问题的装置和方法。此外，本公开中的元件、部件或方法步骤无论是否是 在权利要求中明确引述，元件、部件或方法步骤都不旨在贡献于公众。
权利要求
1、一种电路组件2000，包括柔性基板2016，部件封装体2002，具有至少一条引线2012，电绝缘材料2004，将所述部件封装体2002与所述柔性基板2016结合，以及至少一个通孔2020，延伸通过所述柔性基板2016到所述至少一条引线2012。
2、 一种电if各组件2000，包括柔性基板2016，具有第一平面侧2022和第二平面侧2024,至少一个部件2006,具有一条或多条第一组引线2012，所述部件2006具有至少一个表面，第 一电绝缘材料2004,将所述部件2006的至少一个表面与所述第一平面侧2022结合，以及至少一个通孔2020,从所述第二平面侧2024延伸而暴露所述一条或多条第一组引线2012。
3、 一种电路组件2000，包括柔性基板2016,具有第一平面侧2022和第二平面侧2024,至少一个部件封装体2002，具有一条或多条第一组引线2012,所述至少一个部件封装体2002具有至少一个表面，第一电绝缘材料2004，将所述至少一个表面与所述第一平面侧2022结合，以及至少一个通孔2020,从所述第二平面侧2024延伸而暴露所述一条或多条第一组引线2012。
4、 如权利要求3所述的组件，其中所述柔性基板2016是电绝缘的。
5、 如权利要求3所述的组件，其中所述第一电绝缘材料2004包封所述部件封装体2002。
6、 如权利要求3所述的组件，其中所述第一电绝缘材料2004具有锥形边缘2005。
7、 如权利要求3所述的组件，其中所述第一电绝缘材料2004是导热的。
8、 如权利要求3所述的组件，其中所述组件还包括散热器。
9、 如权利要求3所述的组件，其中所述组件还包括热沉。
10、 如权利要求3所述的组件，还包括填充有与所述一条或多条第一组引线2012电连接的导电材料的所述至少一个通孔2020。
11、 如权利要求10所述的组件，其中所述导电材料选自包括铜、4艮、铝、金、锡、金属合金、导电膜、导电粘合剂和导电油墨的组。
12、 如权利要求10所述的组件，其中所述导电材料被镀覆到所述柔性基板2016。
13、 如权利要求10所述的组件，其中所述导电材料被印刷到所述柔性基板2016。
14、 如权利要求10所述的组件，其中所述导电材料在所述柔性基板2016上形成一条或多条第二组引线。
15、 如权利要求10所述的组件，其中所述导电材料在所述柔性基板2016上形成成组的 一条或多条线路2028。
16、 如权利要求IO所述的组件，还包括在所述第二平面侧2024上的第二电绝缘材料2032，所述第二材料2032覆盖所述至少一个通孔2020的至少之一。
17、 如权利要求14所述的组件，还包括在所述第二平面侧2024上的第二电绝缘材料2032,所述第二材料2032覆盖所述至少一条第二组引线的至少之一。
18、 如权利要求15所述的组件，还包括在所述第二平面侧2024上的第二电绝缘材料2032,所述第二材料2032覆盖所述至少一条线路2028的至少之一。
19、 一种制造电路组件的方法，包括在柔性基板2016上设置800至少一个部件封装体2002,所述部件封装体2002具有至少一个表面，所述柔性基板2016具有第一平面侧2022和第二平面侧2024，并且所述至少一个部件封装体2002与所述第一平面侧2022接触，涂覆2100第一电绝缘材料2004，所述第一绝缘材料2004将所述至少一个部件封装体2002的至少一个表面结合到所述第一平面侧2022，其中所述绝缘材料2004在所述第一平面侧2022上成锥形2005，从而暴露所述第一平面侧2022的至少 一部分，以及形成2400通过所述柔性基板2016的第二平面侧2024的至少一个第一 组通孔2402以暴露所述至少一个部件封装体2002的成组的至少一条引线 2012。
20、 一种制造电^^组件的方法，包括在临时支撑体上设置具有第 一平面侧2022和第二平面侧2024的柔性基 板2016,所述第二平面侧2024与所述临时支撑体接触，设置800与所述第一平面侧2022接触的至少一个部件封装体2002,所 述部件封装体2002具有至少一个表面，涂覆2100第一电绝缘材料2004，所述第一绝缘材料2004将所述至少一 个部件封装体2002的至少一个表面与所述第一平面侧2022结合，其中所述 第一绝缘材料2004在所述第一平面侧2022上成锥形2005,在第一电绝缘材料2004上以及所述至少一个部件封装体上设置2300 — 个或多个部件支撑体2208，其中所述一个或多个部件支撑体2208临时支撑 所述第一电绝缘材料2004并临时与所述第一平面侧2022连接，去除所述临时支撑体，形成2400通过所述第二平面侧2024的至少一个第一组通孔2402以暴 露所述至少一个部件封装体2002的成组的至少一条引线2012,以及 去除所述一个或多个部件支撑体2208。
21、 如权利要求20所述的方法，还包括用导电材料2502填充2500所 述至少一个通孔2402。
22、 如权利要求21所述的方法，还包括在所述第二平面侧2024上设置 2600第二电绝缘材料2032,所述第二电绝缘材料2032覆盖所述导电材料 2502。
23、 如权利要求20所述的方法，还包括用所述一个或多个部件支撑体 2208模制所述第一电绝缘材料2004。
24、 如权利要求19所述的方法，还包括用导电材料2502填充2500所 述至少一个第一组通孔2402。
25、 如权利要求24所述的方法，其中所述导电材料选自包括铜、银、 铝、金、锡、金属合金、导电膜、导电粘合剂和导电油墨的组。
26、 如权利要求24所述的方法，其中所述导电材料形成至少一条第二组引线。
27、 如权利要求26所述的方法，其中所述导电材料形成成组的至少一 条线路2504。
28、 如权利要求24所述的方法，还包括在所述第二平面侧2024上形成2600第二电绝缘材料2602的层，其中 所述第二电绝缘材料2602覆盖所述导电材料2502。
29、 一种由权利要求19的工艺制造的产品。
30、 如权利要求19所述的方法，还包括在所述第一平面侧2022的至少 一部分处挠曲所述电路组件。
31、 一种RIP分组件，包括至少一个通孔和至少一个部件封装体3104 的至少一条引线3106，其中所述至少一个通孔延伸通过基板3112，并且暴 露的区域小于所述至少一个部件封装体3104的所述至少一条引线3106的整 个区域。
32、 一种RIP分组件，其中包封电绝缘材料3302结合有至少一个金属 丝网3304。
全文摘要
电子组件400及其制造方法800、900、1000、1200、1400、1500、1700。组件400不使用焊料。带有I/O引线412的部件406或部件封装体402、802、804、806设置800在平面基板808上。该组件用电绝缘材料908封装900，电绝缘材料908带有形成或钻成1000通过基板808到部件引线412的通孔420、1002。然后，该组件被电镀1200，并且重复封装和钻孔工艺1500而构建所希望的层422、1502、1702。平面基板808可以是柔性基板2016，允许组件2000弯曲而适合于各种外壳中。
文档编号H05K1/18GK101682992SQ200880015635
公开日2010年3月24日 申请日期2008年9月15日 优先权日2008年3月21日
发明者约瑟夫·C·菲耶尔斯塔德 申请人:奥卡姆业务有限责任公司