专利名称：微电子元件承载体及其制造方法
背景技术：
发明领域本发明总体上讲是涉及印刷电路板应用中使用的小型非半导体电气和电子元件，更具体地讲是涉及一种改进的微电子元件承载体组件及其制造方法。
多个DIP通常是在印刷电路板上组合在一起的。通过将DIP的引线插入印刷电路板的孔中，DIP可以和印刷电路板结合成一体。或者，通过将其引线焊接至印刷电路板的表面，DIP可以表面贴装。集成电路和陶瓷承载体通常被封装在一个矩形的塑料或陶瓷壳体中，引线从壳体延伸出来。在环境条件不太恶劣和成本是一个重要因素的商业和工业应用中，塑料的芯片承载体得到了更广泛的使用。
电气和电子元件的进一步小型化及其高密度安装已经对制造工艺和可靠性提出了更复杂的技术问题。因此，所需要的是能够制造越来越小的和可靠的微电子组件并且能够以最低的成本制造，所述微电子组件包含小型化的电气和电子元件。
主要是由于其设计和结构方面的原因，制造微电子元件组件的已有方法需要一系列漫长的工艺步骤，包括将与元件相连的细引线引导和对准至合适的位置；将引线切割成需要的长度；将引线端头置于与引线框架接触；将组件内的引线进行加热剥离和端接以形成永久连接；并且封装引线和承载体。这一系列步骤必需大量的手工劳动和工艺时间，由此显著地增加了制造每个器件的成本。
图1显示出由上述工艺形成的一种典型的已有元件组件。图1中所示的元件组件的缺点是，它占据了组件内相当大的体积，由此使得整体组件必需较大。另外，在这个系统中各引线之间没有电隔离，这又会增加引线之间出现电短路的可能性。由于在将分组件装配到引线框架之前各引线是手工切割和手工定位的，有时引线会被错误切割或错误定位，这样会使引线相互接触，从而导致短路或者使引线接触不到引线框架而导致开路。制造者需要这样一种装配系统和方法，它可以保证引线切割成一致的长度并且在引线连接至引线框架之后维持电隔离。
目前已有几种工具可用于帮助制造者将引线框架切割成一致的长度。制造者需要为此用途专门设计的工具。此外，如果工具能够有利于引线和引线框架的连接，那将是更好的，这种连接属于切割工艺的一部分。工具还应当能够应付元件承载体的批量生产，使得一个以上的元件承载体的引线可以被同时切割。
因此，最需要的是降低制造微电子元件组件所需的工艺步骤的数量，同时能够减小组件的总体尺寸并提高其可靠性。
根据第一方面，本发明提供了一种改进的微电子元件承载体，它采用一个或多个特定结构的导引沟槽使元件引线相对于承载体引线框架中的特定结构的孔定位。这些孔的大小和形状适于容纳每根引线，同时将引线框架区域中的引线的绝缘层剥离，由此省除一个或多个制造工艺步骤。导引沟槽还使引线电隔离，由此降低了产生电短路的可能性。
在第一实施例中，每根引线通过元件承载体中的特定形状的导引沟槽自动地相对于其相应的容纳孔定位，该引线通过专用的制造工具被压入孔中，并且通过摩擦方式的压配合维持在孔中。引线框架中的孔(以及插入的引线端头)被维持处于组件外部并且与导引沟槽对准，以节省空间。另外，承载体组件底部可以保持敞开，以便以后检查承载体内部元件。在另一实施例中，通过低温焊接(eutectic solder)或相似结合工艺，每根引线维持与周围的引线框架的电接触。第三实施例采用热压结合以将每根绝缘引线连接至引线框架。
根据第二方面，本发明提供了一种制造微电子元件承载体组件的改进方法，其中工艺步骤的数量减少了。具体地讲，微电子元件被固定在承载体凹口内，并且引线经过其相应的沟槽走线。随后，使用专门设计的工具，未切割的绝缘引线被插入其相应的引线框架孔中。孔的尺寸和形状致使绝缘层从每根引线上被剥离，在插入过程中每根引线导体被切割成合适的长度。在一个实施例中，在插入过程中引线的剥离端头和周围的孔边缘之间形成压配合，由此将引线固定至引线框架。随后，引线框架部件形成为需要的形状，这样组件就完成了。在第二实施例中，采用焊接或其它结合工艺，剥离的引线可以连接至引线框架。或者，绝缘层可以从引线上以激光方式剥离，随后连接至引线框架。
发明详述以下的详细说明是对本发明的特定实施例的说明。不过，本发明可以体现为由权利要求限定的多种不同方式。以下的说明将参照附图进行，在各附图中相同部分采用相同的参考数字标示。
参照图2，可以看到，一个元件承载体100居中设置在一个引线框架104上。引线框架104是由导电材料构成的，并且还设有引线对准槽105，槽105从引线框架104的周边向内延伸，并朝向引线部件102而且与引线部件102轴向对准地延伸。在本发明的一个实施例中，元件承载体100是由可以模塑的不导电聚合物形成的，例如聚乙烯或含氟聚合物，由此使之易于制造并且为设置在承载体凹口106中的一个基座上的微电子元件提供了电绝缘。围绕承载体凹口106的周边，由元件承载体100的垂直上凸件110和水平基部112形成多个电引线导引沟槽108。在本发明的此第一实施例中，垂直上凸件110靠近引线框架引线部件102设置并且截面呈半圆形，虽然可以相同功效地采用其它截面形状(如图6和7中所示)，这些截面形状提供了圆滑的内表面111，以便引导元件电引线通过。横向上的垂直上凸件110还从承载体基部112向上逐渐倾斜，从而在垂直上凸件110之间形成锥形的导引沟槽108。按这种方式，当引线被拉至导引沟槽的底部时(例如当它与基部112接触时)，插入导引沟槽108中的元件引线就与其相应的引线部件102对准。
图3是图2中所示的元件承载体100的垂直上凸件110的详细立体图。从这个图可以看出，本发明还维持了各引线的较大间距的物理分离，由此降低了引线之间短路的可能性，这种短路在制造过程中可能会导致引线绝缘层的破坏或剥离。
现在参照图2和4，多个孔116设置在引线框架引线部件102上并且靠近导引沟槽108的外边缘。另外，孔116在横向和垂直方向均与其相应的导引沟槽108的底部对准，导引沟槽108是由基部112和两个相邻的垂直上凸件110形成的。相应地，放置在给定导引沟槽108和对准槽105中的引线直接在其相关孔的上方通过，不需要进一步的对准。
图5、6和7显示出可以采用的孔116和垂直上凸件110的一些不同的形状。图5显示出，在此第一实施例中，孔116为钥匙孔形状，垂直上凸件110为半圆柱形截面。图6显示出微电子元件承载体的第二实施例，该承载体具有不同形状的孔116和垂直上凸件110。在这个实施例中，孔116为椭圆形状，垂直上凸件110为五边形截面。在图7中所示的第三实施例中，孔116为矩形，垂直上凸件110为椭圆形截面。
再参照图4，孔116界定了“钥匙孔”形状的断面，每一“钥匙孔”形状的断面具有一个圆形区域118，圆形区域118最靠近其相关的导引沟槽108。每个孔116的槽形区域120沿纵向与导引沟槽108对准。由此，在装配过程中，槽形区域120可以部分地容纳绝缘引线。在容纳绝缘引线之后，采用一个特定结构的制造工具同时将多根引线向下压到引线部件102上。当向下的力施加在位于槽形区域120上的引线部分上时，在那些区域中引线绝缘层被剥离，引线的剥离部分被更深地插入槽形区域120中，随后引线被槽形区域120的末端边缘切割成合适的长度。应当指出的是，在孔116的一个实施例中，每个孔116的槽形区域120的直径适合与插入其中的引线形成压配合；不过，通过各种其它技术诸如低温焊接、粘合剂或热压结合，也可以实现引线和引线框架部件102之间的连接和电接触。
对于导引沟槽108的边缘和槽形区域120中的压配合处(或结合区，如下所述)之间的引线，图4中所示的每个孔116的圆形区域118起到消除应力的作用。在最后的元件装配过程中，当引线框架部件102向上弯曲变形时，在每个孔116的圆形区域118中会最终形成引线的一个小“环”。按这种方式，引线上的热应力或机械应力会减轻，由此增大了引线的使用寿命和总体元件可靠性。
图8显示出用于剥离元件引线的绝缘层的激光源的一个实施例。孔116被用作激光能量的模板或掩模，激光能量用于剥离被定位的引线上的绝缘层。当采用其绝缘层并不能被热剥离的引线时，这种技术是有用的。具体地讲，一个激光能量束150从激光源152入射到引线框架部件102的下侧，用于剥离仅处于孔116的区域中的引线124的绝缘层。控制引线124的剥离使之仅仅靠近于引线框架104的电连接区将有助于防止其它区域中引线的短路。在有些情况下，从成本或制造工艺角度考虑，可能希望采用与如上所述的孔116边缘剥离绝缘层不同的方式，在连接形成之前在孔116的区域中从引线124的底部激光剥离绝缘层。
制造方法图9A-9I显示出处于制造过程的各种状态中的元件承载体。首先，引线框架104的部分被向上弯曲，以容纳元件承载体100(图9A和9B)。随后，元件承载体100被模制在引线框架104上形成为一体(图9C)。下一步，至少一个微电子元件122(诸如环形线圈)被插入承载体100(图9D)。可以选择将微电子元件固定至承载体100。该元件的元件引线124穿过其相应的导引沟槽108、对准槽105并经过孔116上方走线。下一步，一个专用制造工具将多根元件引线124同时压入它们相应的孔116中，由此将引线124切割成要求的长度(图9E)。将引线框架联接条(dambars)126和外框架128去掉(图9F)，并且可以选择将引线124连接至引线部件102。随后，引线部件102向上弯曲变形，大致与元件承载体100的侧边一致(图9G和9H)。最后，如果选择的是多组件引线框架104，则将组件中的每个模片分离(图9I)。
应当指出的是，由于采用这个工艺，不需要承载体100或引线框架104的封装，由此进一步减少了制造该器件必需的工艺步骤，并且提供了微电子元件122的易拆换维护性。另外，上述工艺中的许多步骤可以同时进行，或者甚至可以按照与上述不同的顺序进行，而且仍然能实现所希望的减小组件尺寸和减少工艺步骤的结果。
图10显示出制造工具130的一个实施例，此制造工具用于同时将多根元件引线124插入引线框架孔116中。通过使用制造工具130，微电子元件引线124被插入其相应孔116中，并且在其走线之后被切割。制造工具130具有一个底部132和一个顶部134，在制造过程中这两个部分相配合插入和切割引线124。底部132具有一个凹口136，其中可装入一个或多个元件承载体100，凹口的尺寸适于减轻元件承载体100在凹口内的横向运动。顶部134也具有一个凹口137，当底部132和顶部134连接时，元件承载体100的上部伸入凹口137中。顶部134上设有多个向下突出的部件138，当元件承载体100被支撑在凹口136和137中并且底部132和顶部134连接时，部件138的尺寸和对位适于其装入引线部件102的孔116中。按这种方式，带有预先布设的引线124的元件承载体100被插入底部凹口136中，随后顶部134与承载体100对准并下压在其上面。如上所述，突出的部件138在引线124上的下压力(ⅰ)剥离了引线124的绝缘层，(ⅱ)将引线124切割成需要的长度和(ⅲ)将被切割的引线124插入孔116中。制造工具130的一个实施例可以用于同时制造四个元件承载体100(多达36根独立的引线)，虽然它可以是其它的结构。
尽管以上的详细描述已展示、说明和指出了本发明适用于不同实施例的多个基本的新特征，但将能理解的是，在不脱离本发明的精神的情况下，本领域的普通技术人员可以作出对所描绘的器件和工艺的形式和细节的多种省略、替代和改变。
权利要求
1．一种元件承载体，所述承载体包括一个基部，用于容纳一个或多个元件；多个导引沟槽，它们设置在所述基部附近，所述导引沟槽的构形适于导引一根或多根电引线；和一个引线框架组件，它具有一个或多个容纳机构，用于测量和切割其中的一根或多根电引线，所述容纳机构设置在所述导引沟槽附近。
2．根据权利要求1的元件承载体，其特征在于，一个或多个容纳机构为孔，这些孔呈钥匙孔形状。
3．根据权利要求2的元件承载体，其特征在于，钥匙孔形孔的圆形部分被设置成为这些钥匙孔形孔的相对于一个相邻导引沟槽最近的部分。
4．根据权利要求1的元件承载体，还包括设置在基部上的一个元件。
5．根据权利要求4的元件承载体，还包括连接至元件的多根引线。
6．根据权利要求5的元件承载体，其特征在于，多根引线中的至少一根引线在靠近其中一个容纳机构处连接至引线框架组件。
7．根据权利要求5的元件承载体，其特征在于，多根引线之一通过低温焊接连接至引线框架组件。
8．根据权利要求5的元件承载体，其特征在于，多根引线之一通过粘合剂连接至引线框架组件。
9．根据权利要求5的元件承载体，其特征在于，多根引线之一通过压力结合连接至引线框架。
10．根据权利要求1的元件承载体，其特征在于，微电子元件承载体被组装于计算机中。
11．根据权利要求1的元件承载体，其特征在于，微电子元件承载体被组装于外围设备中。
12．根据权利要求1的元件承载体，其特征在于，元件承载体被组装于印刷电路板上。
13．根据权利要求1的元件承载体，还包括位于引线框架上的引线对准槽，用于使引线跨越孔定位。
14．根据权利要求1的元件承载体，其特征在于，基部是由聚乙烯制成的。
15．根据权利要求1的元件承载体，其特征在于，基部是由含氟聚合物制成的。
16．一种剥离引线的方法，包括以下步骤将从一个元件引出的一根绝缘引线跨越一个结构的至少一部分放置，所述结构包括一个槽形区域；和从一个工具向绝缘引线施加力，用以将绝缘引线推入槽形区域中并且由此剥离绝缘引线上的绝缘层。
17．根据权利要求16的方法，其特征在于，带有槽形区域的结构为一个引线框架组件。
18．根据权利要求16的方法，其特征在于，使用工具切割引线。
19．根据权利要求16的方法，还包括通过低温焊接将引线连接至槽形区域的步骤。
20．根据权利要求16的方法，还包括通过粘合剂将引线连接至槽形区域的步骤。
21．根据权利要求16的方法，还包括通过压力结合将引线连接至槽形区域的步骤。
22．根据权利要求16的方法，还包括使引线组件的部分向上弯曲的步骤。
23．一种用于剥离和切割电子电路上的引线的工具，包括一个底部，它具有第一凹口，第一凹口适于容纳一个或多个元件承载体，所述一个或多个元件承载体中的每一个包含一个电子电路，电子电路具有至少一根引线；一个顶部，它具有第二凹口，当顶部和底部连接时，第二凹口适于容纳所述一个或多个元件承载体的一部分；和多个向下突出的部件，它们固定至该工具的顶部，当顶部和底部连接时，此部件的尺寸和对位适于装入一个引线框架的多个孔中。
24．根据权利要求23的用于剥离和切割引线的工具，其特征在于，所述第一凹口的尺寸适于减轻承载体在凹口内的横向运动。
25．根据权利要求23的用于剥离和切割引线的工具，其特征在于，突出的部件适于插入多个孔的多个槽形部分内，而多个孔呈钥匙孔形状。
26．一种用于将微电子元件连接至引线框架的方法，包括以下步骤使引线框架预成型为包括多个引线部件、对准槽和孔，其构形适于容纳一个元件承载体，元件承载体包含一个基部和至少一个导引沟槽；将元件承载体模制在引线框架上以形成为一体；将至少一个元件放置在元件承载体的基部上，该元件具有元件引线；将元件结合至承载体；使元件引线经过导引沟槽、对准槽中和孔上方走线；并且将元件引线压入孔中，由此将引线切割成需要的长度。
27．根据权利要求26的方法，还包括分离多个引线框架的步骤。
28．根据权利要求26的方法，还包括将至少一根引线结合至其中一个引线框架部件的步骤。
29．根据权利要求26的方法，其特征在于，至少一个孔呈钥匙孔形状。
30．根据权利要求26的方法，还包括采用激光剥离引线的步骤。
31．一种用激光剥离绝缘引线的方法，包括以下步骤将一根引线设置在一个结构的第一侧，所述结构包含至少一个孔，其中引线的至少一部分横跨其中至少一个孔；将一个激光器设置在带有孔的结构的第二侧；和将来自于激光器的光照射至结构上，以使横跨孔的引线部分的至少一部分绝缘层被剥离。
32．根据权利要求31的用激光剥离绝缘引线的方法，其特征在于，至少一个孔呈钥匙孔形状。
33．根据权利要求31的用激光剥离绝缘引线的方法，其特征在于，结构为一个引线框架。
34．一种元件承载体，所述承载体包括一个基部，用于容纳一个或多个微电子元件；多个导引沟槽，它们设置在所述基部附近，所述导引沟槽使得一根或多根电引线通过其中走线；和一个引线框架组件，其中具有一个或多个钥匙孔形孔，所述孔设置在所述导引沟槽附近，其中，钥匙孔形孔的圆形部分被设置成为这些钥匙孔形孔的距一个相邻导引沟槽最近的部分，所述孔的尺寸适于以摩擦方式容纳所述引线。
35．一种用于制造元件承载体的系统，包括预成型装置，用于使引线框架预成型为包括多个引线部件、对准槽和孔，其构形适于容纳一个元件承载体，元件承载体包含一个基部和至少一个导引沟槽；模制装置，用于将元件承载体模制在引线框架上以形成为一体；插装装置，用于将至少一个元件插入元件承载体的基部，该元件具有元件引线；结合装置，用于将元件结合至承载体；引导装置，用于使元件引线经过导引沟槽，对准槽中和孔上方走线；和压入装置，用于将元件引线压入其相应的孔中，由此将引线切割成需要的长度。
36．根据权利要求35的系统，还包括用于分离多个引线框架的装置。
37．根据权利要求35的系统，还包括用于将至少一根引线结合至其中一个引线框架部件的装置。
全文摘要
本发明涉及微电子元件承载体组件(100)及其制造方法。具有垂直上凸件(110)和导引沟槽(108)的非导电的元件承载体使得微电子元件引线能相对于引线框架(104)快速和精确地走线。在一个制造工艺步骤中,在引线框架(104)中与导引沟槽(108)靠近并对准设置的特殊形状的孔(116)可容纳引线、剥离需要量的绝缘层并且将引线(124)切割成合适的长度。引线通过压配合、常规结合技术(诸如焊接或热压结合)或其它技术连接至引线框架(104)。孔(116)还为装配的组件中的引线提供了应力消除作用,并且使引线框架(104)和引线之间的连接点处于组件外部,由此减小了组件的总体积。孔(116)还可以用作激光能量的掩模,激光能量用于剥离孔(116)附近的引线的绝缘层。
文档编号H01L23/32GK1280702SQ98811589
公开日2001年1月17日 申请日期1998年9月28日 优先权日1997年9月29日
发明者J·D·林特, N·沃格特利 申请人:脉冲工程公司