引線架基的元件罩殼、引線架帶、表面安裝的電子元件和製造方法
2023-04-28 04:45:11
專利名稱：引線架基的元件罩殼、引線架帶、表面安裝的電子元件和製造方法
技術領域：
本發明涉及一種引線架基的元件罩殼、一種帶預注塑的元件罩殼的引線架帶和一個可表面安裝的電子元件、尤其是一個帶有一個發射輻射的或探測輻射的晶片的元件例如一個發光二極體，以及涉及該引線架基的元件罩殼的製造方法。
本發明特別涉及適用於表面安裝在印製電路板上的發光二極體元件，在這種元件中，在一個用注塑方法製成的、部分埋置電連接片的罩殼基體內，設置有一個最好作為反射器構成的凹坑，該凹坑帶一個朝元件罩殼端面取向的輻射窗口。一個發射電磁輻射的晶片位於該凹坑中，而凹坑本身則例如用密封材料填充，晶片發射的電磁輻射可穿透這種密封材料。
這類元件罩殼也適用於探測輻射的晶片-在這種情況下，輻射窗口必須是晶片要接收的電碰輻射可穿透的。
本專利申請要求德國專利申請10243247.3的優選權，它的公開內容在這裡通過引用併入本申請。
本發明特別適用於發射輻射的元件，在這種元件中，晶片裝入預罩殼的引線架即所謂「預模塑的引線架」中。這就是說，這些引線架分別在晶片安裝之前與一個罩殼基體模塑。
在製造這樣一個元件罩殼時，首先在一條引線架帶內部分地衝壓連接條，然後將該引線架帶放入一個分體的注塑模中，該注塑模在該引線架周圍形成一個空腔來構成罩殼基體。
然後藉助於一個注嘴例如通過界定引線架背面的注塑模的部分即界定引線架背面的空腔部分注入一種注塑材料、例如一種白色塑料，並填滿注塑模的全部空腔。
待注塑材料至少部分固化後，打開注塑模。在從注塑模中取出引線架時，注嘴內的注塑材料被空腔中的注塑材料拉斷。此外，位於凹坑內的晶片最好布置在連接條之一上並與連接條導電連接以及用密封材料密封。然後將引線架帶連接的元件相互切開並由此將這個複合體分成單個的元件。
上述的那種發射輻射的元件例如已在EP 0 400 176 A1中進行了說明。該元件具有一個帶支承面的罩殼基體，一個引線架部分地埋入該罩殼基體中。引線架的部件設計成連接條，這些連接條從該罩殼基體伸出並在其進一步的延伸過程中這樣彎曲，使其連接面與固定元件的安裝平面的支承面位於同一平面內。
按這種方式製造的元件的總高度只有在用高技術費用的情況下才可下降到低於大約1毫米。此時，罩殼基體的前部的最低高度約為0.5毫米，罩殼基體的後壁的最低高度約為0.3毫米，連接條的厚度約為0.1毫米。
其原因在於，為了最大限度地防止引線架背面和注塑材料之間的分層，在引線架和注嘴斷裂處之間的空腔內的注塑材料的層厚必須足夠大。因為這種分層會嚴重增加元件在後處理過程中或在以後的工作中的損壞危險。按現在的認識水平，注塑材料的上述層厚必須這樣大，即在拉斷注嘴時在注塑材料中產生的機械拉力下降到這樣的程度，使到引線架的邊界上作用的力不足以從引線架拉出注塑材料。
但為了例如在印製電路板上實現很小的結構高度和/或實現一個完全沉入特別是圓的印製導線通孔，元件的高度應保持儘可能小，並亟需將結構高度明顯下降到低於上述的大約1毫米的臨界高度。在一些使用場合中，尤其是在移動通信的終端機中，發射輻射的元件應具有明顯小的高度。
從晶片方面通過罩殼基體高度的減小來減少元件高度的可能性，由於輻射發射的晶片的最終高度，是很有限的。通過在引線架背面簡單減小罩殼基體厚度來達到上述目的的可能性也是很有限的，因為如上所述，在實現罩殼背面的注塑材料的層厚太薄的情況下，用注塑方法製造罩殼時，注塑材料容易與要去除的注嘴一起拉走，從而破壞元件的密封性和元件的工作原理。
所以本發明的目的是，提出一種具有很小高度的電子元件尤指發射輻射的表面安裝元件的引線架基的罩殼、一種這樣的電子元件、一種引線架帶以及一種相應引線架基的罩殼的製造方法。
這個目的是通過具有權利要求1所述特徵的一種引線架基的罩殼、通過具有權利要求6所述特徵的引線架帶、通過具有權利要求7所述特徵的一種電子元件和通過具有權利要求13所述特徵的一種方法來實現的。本發明的諸多有利的改進可從各項從屬權利要求中得知。
根據本發明，一種表面安裝的電子元件的引線架基的罩殼具有如下的組成部分-具有一個正面和一個背面的引線架，該引線架包括至少兩個電連接條；-一個用一種電絕緣注塑材料按一種注塑法製成的、最好是注塑或壓注的罩殼基體；-一個設置在引線架的正面的前部和一個設置在封裝基體的引線架背面的後壁；-引線架內至少設置一個注塑窗口來安裝和引入一個注嘴，注塑材料通過該注塑從引線架的背面注塑到引線架上。
所以，注塑材料的注入是從引線架的背面通過該注塑窗口進入注塑模的空腔部分，該部分形成引線架正面的罩殼基體的前部。在注塑時，注嘴通過形成引線架背面的封裝基體後壁部分的空腔部分引到引線架的注塑窗口。按這種方式可達到這樣的目的在注嘴的空腔側的一端上與注嘴並由此與注塑材料的斷裂區域界定有相當大橫截面的相當大的注塑體積。在這種方式下，減少了罩殼分層的危險。
注塑窗最好設置在電連接條之一內。後壁即在引線架的背面和封裝基體背面之間的塑料壁最好具有小於0.3毫米的厚度，或最好小於0.2 5毫米、特別是優選小於0.2毫米的厚度，當然，該厚度無論如何必須大於0毫米。
本發明特別優先使用於在罩殼基體的前部設置有至少一個凹坑來安裝一個晶片、特別是一個發射輻射的或探測輻射的半導體晶片的元件，例如一個發光二極體。
在這種情況下，該注塑窗口特別優選設置在一個界定該凹坑的該前部的壁的區域內。在該處的優點是，已經存在由於結構型式引起的大體積注塑材料。
在該凹坑內，設置了一個晶片安裝面，該安裝面最好位於兩個連接條之一上，但也可布置在罩殼基體上。該晶片安裝面也可在以後例如才以一個補充嵌入該凹坑中的支承片的形式製成。此外，在罩殼基體內可放入一個熱連接插座，該插座最好從凹坑的底部通過罩殼基體到達其背面。
該晶片例如可根據它的接觸面的設置-藉助於兩根連結線與電連接條電連接，-用一個接觸面藉助於一種電連接方式固定在兩個連接條之一上並藉助於一根連結線與第二連接條連接，或-在倒裝晶片中用其接觸面直接裝在連接條上。
當然，業內人士可根據它的晶片結構，也可選用其他的電連接方案。
對本發明的特別優選使用的發射輻射的元件來說，該凹坑具有一個輻射出射窗口。在這種情況下，該凹坑的內表面最好設計成輻射反射器。
另一種辦法是，整個罩殼用一種輻射能穿透的材料製成並完全包封發射輻射的晶片。
注塑材料最好是一種塑料、特別是一種耐熱的、添加有白色填料的塑料。這種塑料最好是一種熱塑性材料，而填料則最好是氧化鈦和/或硫酸鋇。
在凹坑中的晶片的罩殼適合用的材料例如有反應性樹脂如環氧樹脂、丙烯酸樹脂、矽樹脂和聚氨酯樹脂，這是業內人士熟知的，故不贅述。
上述材料也適用於罩殼基體的注塑材料。同樣可用現有的有利的公知和常用的方法來進行晶片的安裝和電連接。
本發明方法特別包括下列步驟-在一個引線架帶中的連接條和注塑窗口例如通過衝壓、腐蝕或雷射切割預先形成圖形，其中在引線架帶內最好形成並列(周期)布置的元件區域，這些元件區域稍後分別配置一個罩殼基體；-把一個注塑模裝在引線架上，該注塑模可以是兩件式或多件式；-通過注塑窗口把注塑材料注入注塑模中，其中注塑自動裝置的注嘴放在注塑窗口上或引入注塑窗口；-待注塑材料至少部分固化；-打開注塑模，並取下注嘴。
在罩殼基體帶有晶片凹坑的情況下，本發明的注塑窗口特別優選位於至少部分包圍該窗口的罩殼基體的一個大體積壁的下面。
本發明製造方法的獨特優點在於，要製造的元件罩殼的總高度由於元件罩殼的特別薄的後壁而可明顯減小，特別是比用預罩殼引線架製造的迄今為止公知的發射輻射元件的總高度小得多。
這裡「引線架」概念特別指的是金屬引線架，這種引線架在半導體光電子學中例如用於發光二極體罩殼。但「引線架」的概念也可包括全部其他適用於本發明罩殼工藝的引線架，這類引線架不必強求完全金屬的，例如可以是用電絕緣材料製成的組合體並在組合體上設置印製導線。這裡所謂的引線架不一定理解為一種適用於「捲軸到捲軸」的安裝技術的連續的帶。確切地說，引線架例如也可呈條形或陣列。
本發明的其他特徵、優點和改進可從下面結合
圖1至4進行說明的實施例中得知。
附圖表示圖1一個按現有技術的預模塑技術製成的輻射發射元件的示意透視圖；圖2a本發明引線架帶的示意平面圖；圖2b圖2a引線架的兩個配對的連接條的放大示意平面圖；圖2c帶有按注塑法製成的本發明罩殼基體的圖2a引線架帶的示意平面圖；圖3a一個本發明元件的連接條的另一實施例的示意俯視圖；圖3b帶有圖3a引線架帶的一個本發明罩殼基體的示意透視底視圖；圖3c從上方看去的圖3b所示罩殼基體的示意透視圖；圖4a和4b一個按先有技術的元件罩殼基體(4a)和一個本發明元件罩殼基體(4b)在罩殼基體注塑過程中的一個橫截面示意圖；圖5a和圖5b一個按先有技術的元件罩殼基體(5a)和一個本發明元件另一實施例的罩殼基體(5b)在罩殼基體注塑過程中的一個橫截面示意圖。
所有附圖中的相同或作用相同的元件都用相同的標記表示。
圖1表示帶有一種按現有技術罩殼的一個表面安裝元件的透視圖。
圖1所示的矩形輪廓的罩殼基體100具有一個前部8a和一個後壁8b，並在前部8a內設置了一個帶有輻射出射窗口12的反射器凹坑。第一連接條2a和第二連接條2b部分埋入該罩殼基體中並連接在一個這裡未示出的(隱藏在罩殼基體內部的)發射輻射的晶片上。連接條的伸出部分(外觸點)用來把該元件連接到例如一塊外部印製電路板上。上述外觸點可垂直於罩殼的相應側壁延伸，或象圖1虛線所示那樣圍繞罩殼基體彎折。
按圖2a和2b所示實施例的引線架帶1例如通過衝壓預先產生圖形並具有許多第一連接條2a和許多第二連接條2b，它們在稍後的一個工藝步驟中沿圖3a或圖3b的切割線從引線架帶切割下來。
連接條2a或2b作為要製作的元件的陰極端子或陽極端子使用。此外，可在引線架帶上設置其他結構(例如導熱條)。在這個實施例中，在連接條2a上為一個晶片設置了一個晶片安裝面14，或在連接條2b上設置了一根連結線的引線連接面13。根據本發明，在第一連接條2a上設置了一個注塑窗口24，在用注塑法製作罩殼基體時，一個注嘴可引入該注塑窗口中。另一種辦法可在第二連接條2b內設置該注塑窗口。注塑窗口最好總是設置在罩殼基體的一個稍後形成的側壁下方。
晶片安裝面14或引線架帶的引線連接面13(在製成的罩殼基體內)伸入一個預設的反射器凹坑中或用一個表面至少界定該凹坑的內腔並形成該凹坑的底面的至少一部分。為了進一步減小罩殼基體，可在反射器凹坑內附加形成一個單獨的空隙，該空隙通到引線連接區。這可從圖3c看出。
此外，引線架帶1設置有圓形通孔6a和6b，引線架帶可通過它們進行導向運動和傳送。
連接條2a和2b最好設置有矩形孔21，這種孔適用於在連接條彎折時(見圖1)元件罩殼的卸載或連接條錨定在元件罩殼內。
圖2c表示帶有按注塑法製成的本發明罩殼基體100的引線架帶1，這些罩殼基體分別具有一個晶片安裝面14和一個引到該晶片安裝面的凹坑。
圖3a所示帶有一個大致圓形輪廓的本發明罩殼或元件的引線架實施例具有鐮刀狀的連接條，這一方面有利於連接條更好地描定在罩殼基體內，另一方面有利於連接條在彎曲時的彈性拉力減荷。這種引線架也具有一個設置在一個晶片安裝面14旁邊的注塑窗口24，一個注嘴在製作罩殼基體時可從引線架的背面引入該窗口內或引到該窗口。
圖3b表示一個從下方看去的、大致呈圓形輪廓的本發明罩殼基體100的透視圖。從圖中可以看出注塑窗口24，罩殼基體100通過該窗口澆入一個界定引線架正面的空腔部分的一個相應注塑模的空腔中。罩殼基體100的前部例如象圖3c所示的那樣。這類罩殼特別適用於製造具有埋入或至少部分埋入印製電路板圓孔中的發光二極體晶片和/或光電二極體晶片的、可表面安裝的發射輻射和/或探測輻射的元件。
圖3b所示的元件在圖3c中用透視俯視圖示出。一個發射輻射的晶片16例如一個發光二極體晶片固定在例如連接條2a上的一個反射器孔口中。作為連接劑例如用一種金屬焊料或一種導電粘接劑。發光二極體晶片的第二接觸例如藉助於一根連結線17a與連接條2b電連接。一個其底面與罩殼基體100的外表面連接的凹坑的側壁11是這樣設計的，即該側壁對從晶片16發射的電磁輻射起反射表面的作用。根據要求的反射狀況，該側壁可以是平面的、凹面的或別的適當造型。在圖3c中示出的罩殼基體的凸起部10a、10b和10c作為位於罩殼基體的外部的連接條的導向。此外，這些凸起部也可作為罩殼引入印製電路板孔中的引入斜面使用。
晶片16在背離連接條的正面具有一個接觸面，一根連接線17(例如導線)從該接觸面引到導線連接件13。
從圖4a和圖4b所示的現有技術與本發明的對比中可清楚看出本發明的獨特優點。
在兩種情況中，罩殼基體100為稍後安裝一個例如發光二極體晶片設置的前部8a都具有一個截錐形的、在主輻射方向的方向內延伸的、帶一個輻射出射窗口12的反射器凹坑。該反射器凹坑用一種透明的密封材料41填充。
下一個工藝步驟要用的一個晶片16和一根電連接線17用虛線示意示出。
該凹坑的傾斜的側面11最好作為反射器使用。
為了製作罩殼基體100，使用一個帶罩殼基體100的型腔的兩件式或多件式的注塑模，在注塑工藝過程中，引線架已放入該注塑模中。注塑模的空腔用一個注嘴23灌注罩殼基體的注塑材料。
現有技術和本發明注嘴布置的區別在於注嘴23的位置。按現有技術，注塑材料被注入界定引線架背面的體積中。待注塑材料固化後，注嘴與注塑模分離。這時產生一個斷裂部分25。在注嘴分離時，該斷裂部位的附近區域經受大的的機械載荷而導致罩殼基體後壁8b和連接條2a或2b之間的界面上的(已固化的)注塑材料的分層。所以，在後壁8b的高度很小的情況下，該後壁易受損壞。為了儘可能避免這種情況，罩殼基體的後壁8b需要相當大的厚度。
而在本發明的引線架基的罩殼情況下，注嘴23不是引入一個構成罩殼基體後壁8b的合適的空腔的中部區域，而是放置在一個側向布置在引線架內的注塑窗口24上或引入注塑窗口24中。所以，斷裂部位25不位於引線架對面，而是界定罩殼基體的大體積構成的側壁的注塑材料體積。因而罩殼基體100的後壁8b可製成很小的厚度並由此可製造一個具有很小總高度的元件。該後壁的厚度可達到低於0.3毫米，例如0.1毫米。
由於本發明元件的形成罩殼基體的背面的後壁高度很小，所以這種元件在垂直方向內的佔地面積比現有技術的元件小得多。本發明的元件特別適用於扁平的顯示器模塊或例如液晶顯示器的背景照明。
圖5a和5b分別表示一個具有型腔210的注塑模200。在製作罩殼基體時重要的是，連接條2a和2b的連接面20a和20b不得被注塑材料覆蓋，這兩個連接面用來實現一個晶片與連接條2a和2b的導電連接。
在用先有技術的圖5a所示注塑模200的情況下，注塑材料用注嘴23從下朝連接條2a、2b注射，所以帶導電連接面20a、20b的連接條2a、2b朝注塑模擠壓(注入時注塑材料的走向如箭頭所示)從而在壓注過程中在很大程度上使連接面20a、20b密封並減少連接面20a、20b被注塑材料覆蓋的危險。
與之比較，在用圖5b所示本發明元件罩殼的注塑模200的情況下，注塑材料通過注塑窗口24這樣注入型腔210中，即不發生上面所述的連接面20a、20b被擠壓到注塑模上。確切地說，存在這樣的危險連接條2a、2b和因而連接面20a、20b從注塑模壓開並在注塑模的上內壁和連接面20a、20b之間形成一個引起連接面20a、20b被注塑材料覆蓋的間隙(在注入時注塑材料的走向如箭頭所示)。
為了在按本發明處理的情況下連接面20a、20b不從注塑模200的上內壁壓開，按本發明進行元件罩殼的注塑模200(參見圖5b)是這樣造型的，即在封閉狀態內固定連接條2a、2b的情況下，注塑模也用一個內側緊貼在連接面20a、20b對面的連接條2a、2b的表面上。從而使連接條2a、2b在連接面20a、20b的一個區域內這樣擠壓到注塑模的對應內壁，使之密封。這樣，在用這種注塑模200來製造本發明的元件罩殼時，大大減少了在罩殼基體的壓注過程中造成連接面20a、20b被罩殼材料覆蓋的危險。
用這種注塑模200製成的罩殼基體在連接面20a、20b對面的連接條2a、2b的區域內在罩殼基體的後壁內具有空隙。在這個區域內的連接條2a、2b的向外露出的面隨後可向外電絕緣。這可例如通過塗敷一種電絕緣材料例如電絕緣漆來實現。
很明顯，本發明不局限於用上述實施例所進行的說明。例如晶片可直接安裝例如粘接在罩殼基體100的一個晶片安裝面上，且該晶片可只用導線與連接條電連接，同樣，該晶片可安裝在一個埋入元件罩殼內的單獨的熱連接上，並也用導線電連接到引線架上。也可用晶片安裝技術的其他在這裡未述及的方案。所有這些實施方案都離不開本發明的基本構思。本發明不限於在附圖中示意示出的實施例的數目或特定的實施方案。確切地說，本發明包括每一種新的特徵以及這些特徵的每種組合，尤其是涵蓋權利要求中所述特徵的每種組合，即使這種組合在權利要求中沒有明顯提出。
權利要求
1.一種可表面安裝的電子元件的引線架基罩殼，具有一個帶有一正面和一背面以及至少兩個電連接條(2a、2b)的引線架和一個用一種電絕緣的注塑材料注塑或壓注的罩殼基體(8a、8b)，該罩殼基體具有一個設置在引線架的正面的前部和一個設置在引線架背面的後壁，其特徵為，該引線架具有至少一個塑料窗口(24)，罩殼基體通過該注塑窗口從引線架的背面注塑到引線架上。
2.按權利要求1的罩殼，其特徵為，注塑窗口(24)設置在電連接條之一上。
3.按權利要求1或2的罩殼，其特徵為，其後壁具有一個小於0.3毫米和大於0毫米的厚度。
4.按權利要求1至3至少一項的罩殼，用於一種發射輻射的和/或探測輻射的元件，其中罩殼基體(8a、8b)在前部(8a)具有一個用來安裝一個發射輻射和/或探測輻射的晶片的凹坑，其中注塑窗口(24)設置在界定該凹坑的前部的一個壁範圍內。
5.按權利要求4的罩殼，其特徵為，該凹坑構成為反射器。
6.引線架帶，具有權利要求1至5任一項所述的罩殼。
7.電子元件，具有權利要求1至5至少一項所述的罩殼，其特徵為，該電子元件具有至少一個晶片(16)。
8.按權利要求7的電子元件，其特徵為，該至少一個晶片(16)是一個發射輻射的和/或探測輻射的晶片。
9.按權利要求7或8的電子元件，其特徵為，晶片(16)布置在兩個電連接條(2a)之一上並用一根電連接線(17)與第二連接條(2b)電連接。
10.按權利要求7或8的電子元件，其特徵為，晶片(16)布置在罩殼基體的一個安裝面上並分別用一根電連接線(17)與電連接條(2a、2b)電連接。
11.按權利要求7或8的電子元件，其特徵為，晶片(16)布置在一個通過罩殼基體引到背面的良好導熱的晶片載體上並分別用一根電連接線(17)與電連接條(2a、2b)電連接。
12.按權利要求8至11至少一項的電子元件，具有一個按照權利要求4或5所述的罩殼，其特徵為，其中的凹坑用一種澆注材料填充，從晶片發射的和/或待探測的輻射可穿透該澆注材料。
13.按權利要求1至5任一項的引線架基罩殼的製造方法，具有下列工藝步驟a)製造具有兩個連接條和注塑窗口(24)的引線架，b)將一個注塑模放在引線架上，該注塑模圍繞引線架形成一個用來構成罩殼基體的型腔，並把一個注嘴引入注塑窗口(24)或放在該注塑窗口上；c)將注塑材料注入該型腔中，d)待注塑材料至少部分固化，e)打開注塑模包括去掉注嘴。
14.按權利要求13的方法，其特徵為，用一種熱塑性材料作為注塑材料。
全文摘要
本發明涉及一種表面安裝元件、尤指發射輻射的元件的引線架基的罩殼，這種引線架基的罩殼具有電連接條和至少一個晶片安裝面，並在這些連接條之一內按本發明設置了一個注塑窗口，該注塑窗口可實現用注塑法製作具有很小厚度的引線架基的罩殼。此外，給出了這種罩殼的製作方法。
文檔編號H01L31/0203GK1682383SQ03822067
公開日2005年10月12日 申請日期2003年9月5日 優先權日2002年9月17日
發明者J·E·索爾格 申請人:奧斯蘭姆奧普託半導體有限責任公司