用于制造包括外部互连引脚的3d电子模块的工艺的制作方法
【专利摘要】本发明涉及用于制造包括外部互连引脚的3D电子模块的工艺，包括下列步骤：-引脚框包括金属引脚，将引脚折叠大约180°，从而获得称为内部框部分的部分，每个引脚的两个端部在给定的面上从3D模块露出；-在引脚上沉积金属涂层；-将框的外部部分放置在下和上两个保护元件之间，并且将框和保护元件放置在承载体上；-放置各自装配有外部互连端片的堆叠，以便将外部端片叠加到内部部分上；-在树脂中模塑堆叠、外部端片以及内部部分；-切割树脂，从而留下齐平的外部端片和引脚的端部的导电段；-金属化切割面；-移除承载体；以及-移除保护元件，以便暴露外部部分的引脚。
【专利说明】
用于制造包括外部互连引脚的3D电子模块的工艺
技术领域
[0001]本发明的技术领域是3D电子模块，更具体而言，是这些3D模块的外部互连。由于所使用的电路的数量增加，现今的电子系统的生产，无论是民用或是军用，都必须考虑到对于越来越高的紧凑程度的需求。
【背景技术】
[0002]在这种对于更大紧凑性的追求中，已经提出了生产将有源或无源电子部件包封的封装堆叠，如同在法国专利FR 2 688 630和FR 2 805 082中所述的那样;这些封装进行三维的互连，堆叠的面被用作互连表面以形成封装的输出引脚之间的连接。特别地，包封一个或多个电子部件的封装还包括电连接部(例如，电线或导线)，该电连接部将部件的连接盘连接至输出引脚，这些输出引脚一般露出于封装的两个相对的侧面上。法国专利FR 2 805082中所述的工艺通过穿过这些封装对单元进行切割，而不是如同专利FR 2 688 630中所描述的那样围绕这些封装对单元进行切割，而特别地能够在封装的平面上减小3D模块的尺寸。
[0003]在塑料封装(例如，SOJ(J形引脚小尺寸封装)、TSOP(薄型小尺寸封装)或CSP(芯片尺寸封装)式的标准封装)中对电子部件进行包封具有很多益处。首先，这些封装已经得到了制造商的质量测试和控制，而这些操作是很难在裸芯片上进行的。另外，一般而言，从制造商处获得裸芯片是困难的。因此，上述因素意味着优选使用封装，因为其显然更便宜和简单。在前述专利的技术方案中，封装的堆叠包含下列主要操作:有可能强化输出引脚，以便于定心(centring)和模塑(moulding);对塑料封装进行堆叠;树脂包封和聚合;对单元进行切割;金属化;在单元的面上刻蚀连接的轮廓。
[0004]3D模块集成了小尺寸封装(SoP)，其常规上包括:
[0005]-可选的印刷电路板，其通过面而与封装的堆叠组装并电连接至封装的堆叠；以及
[0006]-引脚框，其由金属层(广泛使用的是FeNiCo或FeNi或Cu合金)形成，该金属层在中心开孔以便容纳印刷电路板，并且包括各自具有两个端部的引脚。引脚的端部与印刷电路板的边缘进行组装(在与堆叠组装的面相对的面上)。制造了 3D模块之后，引脚的另外的端部从3D模块的底部引出，并且一般要考虑到例如接下来的3D模块与印刷电路板的组装来形成。框一般包括将引脚的端部彼此紧固以使其易于形成的构件。
[0007]多数3D模块装配有这样的SoP封装。
[0008]这样的3D模块具有许多缺陷。当输出引脚没有形成并且因此以竖直引脚的形式在堆叠的方向(图中的Z方向)上引出时，3D模块的高度以相同的量增大，这与所追求的紧凑性相悖。另外，因为这些竖直引脚的脆弱性，难以在印刷电路板上进行组装期间使用自动拾取和放置设备，而且，在组装期间使用的焊接连接点不能得到有效的测试。
[0009]因此，一种方案包括通过将输出引脚弯曲以形成例如鸥翼(gullwing)来形成输出引脚(在模块下方引出的引脚)。然而，在这些弯曲中经常出现微裂纹，从而降低其机械性能和电学性能的质量。
[0010]因此，目前仍存在着对于能同时满足在电连接质量、在3D模块组装至电路板上期间的3D模块的易放置性以及对组件的测试方面而言的所有前述需求的用于制造3D模块的工艺的需要。
【发明内容】
[0011]本发明基于对SoP的变型。根据本发明的最一般的方面，SoP电路的输出引脚在特定于该用于制造3D模块的工艺的竖直互连所在的面上引出，而不再从下方引出。
[0012]更确切而言，用于制造至少一个3D电子模块的工艺中，该3D电子模块各自包括电子封装和/或印刷电路板的在Z方向上的堆叠，所述堆叠放置在用于将3D模块与外部进行电性互连的系统上，所述系统包括具有端部的金属引脚，该工艺的特征主要在于其包括下列步骤:
[0013]-从引脚框开始，该引脚框包括金属引脚，该金属引脚各包括两个端部，一个端部朝向框的内部，另一端部朝向框的外部，将引脚的内部端部折叠大约180°，从而获得称为内部框部分的部分，该内部框部分包括折叠的端部，该折叠的端部旨在进行模塑，称为外部部分的另一部分包括未折叠的端部，每个引脚的两个端部旨在在沿着Z切割的给定的面上从3D模块露出；
[0014]-在这样地折叠的整个引脚上沉积与接下来的外部部分的粘合和/或焊接相兼容的金属涂层；
[0015]-将金属化了的框的外部部分放置在下保护元件与上保护元件之间，而使内部部分不进行这样的放置，并且将该框/保护元件组件放置在承载体上；
[0016]-放置各自装配有至少一个电子部件以及用于将封装和/或印刷电路板电性互连的外部端片的封装和/或印刷电路板的每个堆叠，从而将外部端片叠加到内部部分上；
[0017]-在环氧树脂中模塑堆叠及其外部端片以及内部部分，从而部分覆盖上保护元件；
[0018]-沿着Z切割树脂，从而留下齐平的外部端片和内部部分的引脚的端部的导电段，并由此形成沿着Z切割的面，以及从上保护元件移除树脂；
[0019]-将现出导电段的切割的面金属化；
[0020]-移除承载体;以及
[0021 ]-移除保护元件，以便暴露外部部分的引脚。
[0022]这样地获得的3D模块在引脚的折叠部分没有弱点(weakness)，这是因为其在被折叠后进行了金属化。这还使得能够在组装在印刷电路板上时更简单地测试焊接连接点，这是因为这些连接点不再隐藏在模块之下，并且这还使得在组装在板上时自动拾取和放置设备更易于使用3D模块。
[0023]外部部分的暴露的引脚可以是弯折的。
[0024]对金属化了的切割面进行刻蚀，以形成竖直互连。
[0025]优选地，在将外部部分放置在保护元件之间时，将密封元件放置在这些保护元件之间;在移除保护元件时将密封元件移除。
[0026]根据本发明的一个特征，封装的外部端片存在于四个侧方，并且引脚框包括两个子框，该两个子框一个放置在另一个上且彼此垂直，并且各自包括引脚，第一子框的引脚连接至堆叠的两个相对的面，第二子框的引脚连接至堆叠的另外两个相对的面。
[0027]根据本发明的另一特征，框是多框，例如包括5个框。
[0028]本发明的另一主题是3D电子模块，其包括:
[0029]-封装和/或印刷电路板的堆叠；
[0030]-在堆叠的方向上的用于封装和/或印刷电路板的互连的互连面；以及
[0031]-用于将3D模块连接至外部的系统，所述系统包括金属引脚，
[0032]其特征在于，每个引脚的两个端部从给定的互连面露出。
【附图说明】
[0033]阅读随后通过非限制性示例的方式并且参考所附附图给出的【具体实施方式】，本发明的其他特征和益处将变得清楚，在附图中:
[0034]图1示意性显示了根据现有技术的引脚框的立体视图；
[0035]图2a至图2i示意性示出了根据本发明的工艺的主要步骤，视图是以沿着图1中的轴线AA’的截面显示的；
[0036]图3a和图3b示意性显示了通过根据本发明的工艺所获得的包括弯折(图3a)或平坦(图3b)的外部引脚的示例性3D模块的立体视图；
[0037]图4a和图4b立体地显示了包括两个彼此垂直放置的子框的框(图4a)，以及放置在该框上的包括4个竖直互连面的堆叠(图4b);以及
[0038]图5立体地显示了包括5个框的多框。
【具体实施方式】
[0039]在所有附图中，相同的附图标记标识相同的元件。
[0040]在说明书的剩余部分中，参考所述附图的朝向而使用表述“下”、“上”、“上方”、“下方”和“竖直”。在器件可能以其他朝向放置的情况下，这些方向性术语以说明性的方式指示而并非限制性的。
[0041]根据本发明的制造工艺的主要步骤如下。
[0042]该制造工艺包括准备引脚框100(如图1所立体显示以及在图2中沿着AA’的截面所显示的)的步骤，该引脚框包括金属引脚10，该金属引脚各自具有两个端部，一个端部朝向框的内部，另一个端部朝向框的外部。该准备包括:
[0043]-将框100的引脚10的内部端部折叠大约180°(图2b)。引脚从而形成了躺下的J的形状，如同图中可见到的那样。则，能够在每个引脚10中限定出与框的两个部分对应的两个部分:部分11，其包括这些旨在被模塑(moulded)的折叠的端部(指定的待模塑的部分或内部部分)；以及部分12，其不会被模塑但是会得到保护(指定的待保护的部分或外部部分)，其将形成3D模块的外部引脚，如将在下文所见到的那样。该内部部分11的3D尺寸取决于折叠的角度，还可能取决于折叠的曲率半径以及位置(距端部较远或较近)，但是，该尺寸被限定为，使得每个引脚的两个端部110和12在给定的竖直面43上从3D模块引出，如同将在下面(尤其在图2h和图2i中)所见到的那样;这就是为什么虽然可以设想包括在135°与180°之间的折叠，但是优选如图所示的180°折叠；
[0044]-在全部这样地进行折叠的框(待模塑的部分11以及外部部分12)上沉积与接下来的在3D模块组装到印刷电路板期间的外部部分的粘合和/或焊接的步骤相兼容的金属涂层;一般是在金或镍涂层中进行选择；
[0045]-将金属化的框的待保护的部分12放置在下保护元件22与上保护元件21(例如，保护板)之间(图2c)，而待模塑的内部部分11不进行这样的放置;这些保护元件一般由金属、陶瓷或聚合物构成；
[0046]-优选在两个保护元件21与22之间放置密封元件23，从而防止在模塑步骤中模塑树脂渗透在这些保护元件之间；
[0047]-以及在将该框/保护元件的组件放置在金属、陶瓷或聚合物承载体30上时，内部部分的弯曲端部自然沿着ζ(ζ>0)指向上方，如在图中可见的那样。
[0048]由此准备了框，
[0049]-在框的中心101(见图1)处放置(图2d)可选地利用粘合剂43组装的封装41和/或印刷电路板的堆叠40(该堆叠优选包含封装或打印电路板，但可选地包括两者)，所述封装和/或印刷电路板各自装配有至少一个电子部件(图中未示出)以及用于封装和/或印刷电路板之间的电性互连的外部端片42，从而将封装和/或印刷电路板的外部端片42至少部分地叠加到待模塑部分11上而不使待模塑部分变形;为此目的，堆叠40例如放置在预定高度的由金属、陶瓷或聚合物构成的垫板50上，该垫板可以如图所示地在框的中心放置在承载体30上，或者(如果堆叠的尺寸允许的话)该垫板可以在框的成框(framing)部分(图1中的成框部分102)上；
[0050]-在环氧树脂60中对堆叠40与其外部端片42以及框的待模塑的部分11进行模塑(图2e)，从而部分覆盖上保护元件21;
[0051 ]-沿Z切割(图2f)树脂60，从而露出齐平的外部端片42以及模塑部分11的引脚110的导电段，而不到达引脚的受保护部分12，并且同时控制该竖直切割，从而优选为不切割进入上保护元件21中。依据切割轴线的位置，树脂肩部61可以保留在上保护元件上；
[0052]-移除(图2g)覆盖上保护元件21的树脂60;
[0053]-利用包括铜和/或镍和金的多层常规金属的金属涂层70来金属化包括导电段的切割面43，从而在此该金属化在引脚的外部部分12仍受到元件21、22的保护的情况下执行；因此，上保护元件21也得到金属化；
[0054]-移除承载体30;该步骤也可以在金属化之前执行；以及
[0055]-移除(图2h)保护元件21、22以及可选的密封元件23，以便暴露引脚的外部部分12，并由此获得3D模块的外部引脚12。
[0056]这些外部引脚12可以弯折，如图2i和图3a所示，在图3a中显示了由此获得的三维模块1(3D模块)。图3b显示了外部引脚12保持平坦的3D模块。
[0057]无论是对于形成内部部分的第一折叠的情形或是形成在外部引脚中弯折的鸥翼的折叠的情形，在框100的水平，可以使引脚10的端部彼此紧固，如图1、图4a和图5中可见的那样，从而便于折叠的进行并且确保折叠的均匀性。但是，在执行折叠之后，端部彼此松开。
[0058]该将3D模块与外部电性互连的系统可以不包括印刷电路板而仅包括框100的引脚10，如同图中的示例那样。可选地，堆叠40包括这样的印刷电路板，而封装和/或其他印刷电路板堆叠在其上。
[0059]当然要对金属化的面43进行刻蚀以产生3D模块的竖直互连。该步骤可以就在金属化之后，在移除保护元件之前执行。如果客户选择自己进行刻蚀，则3D模块也可以在未进行刻蚀的情况下交付客户;这样，刻蚀将在移除了保护元件之后进行，或者甚至在将外部引脚弯折的可选步骤之后进行。
[0060]附图显示了具有封装42的堆叠的3D模块，其包括两个竖直互连面43(堆叠的导电部段在两个相对的面上齐平)，并因此由包括对应的两组引脚10的框100制造。
[0061]还可以制造具有四个竖直互连面的3D模块(堆叠的导电部段在四个相对的面上齐平)。则，通过引脚框100，将使用包括两个子框101、102的框，两个子框各自包括如上所述的两组引脚。这些子框一个放置在另一个之上并且彼此垂直，如同在图4a中可见的那样，图中显示为引脚是折叠的。第一子框101的引脚连接至堆叠40的两个相对的面，而第二子框102的引脚连接至堆叠40的另外两个相对的面，如图4b所示。
[0062]已经描述了包括外部连接引脚的单个3D模块的制造，但是如果设置了多个引脚框和相同多的封装的堆叠，则该工艺的步骤可以集中执行，如上所述地，每个框旨在用于一个堆叠的互连，这些框进一步以多框103的形式附接。图5显示了这样的多框103的示例，其包括5个框，适于容纳5个封装和/或印刷电路板的堆叠。
[0063]尽管本发明是参考特定实施方案描述的，但是显然，本发明并不限于此，而包括不偏离本发明的范围的任何与本文所述手段及其组合等同的技术。
【主权项】
1.一种用于制造至少一个3D电子模块(I)的工艺，所述3D电子模块各自包括电子封装(41)和/或印刷电路板在Z方向上的堆叠(40)，所述堆叠放置在用于将3D模块与外部进行电性互连的系统上，该系统包括各自具有两个端部的金属引脚(10)，所述工艺的特征在于，其包括下列步骤: -从引脚框(100)开始，该引脚框包括金属引脚(10)，该金属引脚各种具有两个端部，一个端部朝向框的内部，另一个端部朝向框的外部，将引脚(10)的内部端部折叠大约180°，从而获得称为内部框部分(11)的部分，该内部框部分包括折叠的端部，该折叠的端部旨在进行模塑，称为外部部分的另一部分(12)包括未折叠的外部端部，每个引脚的两个端部旨在在沿着Z切割的给定的面上从3D模块露出； -在这样地折叠的引脚(10)上沉积与接下来的外部部分的粘合和/或焊接相兼容的金属涂层； -将金属化了的框的外部部分(12)放置在下保护元件(22)与上保护元件(21)之间，而使内部部分(11)不进行这样的放置，并且将框(100)和保护元件(21、22)放置在承载体(30)上； -放置各自装配有至少一个电子部件以及用于将封装和/或印刷电路板电性互连的外部端片(42)的封装(41)和/或印刷电路板的每个堆叠(40)，从而将外部端片(42)叠加到内部部分(11)上； -在环氧树脂(60)中模塑堆叠(40)、外部端片(42)以及内部部分(11)，从而部分覆盖上保护元件(21); -沿着Z切割树脂(60)，从而留下齐平的外部端片(42)和内部部分(11)的引脚的端部(110)的导电段，并从而形成沿着Z切割的面(43)，以及从上保护元件(21)移除树脂(60); -将现出导电段的切割的面(43)金属化； -移除承载体(30);以及 -移除保护元件(21、22)，以便暴露外部部分(12)的引脚。2.根据前述权利要求所述的用于制造至少一个3D电子模块的工艺，其特征在于，外部部分(12)的引脚为弯折的或平坦的。3.根据在前权利要求中的任一项所述的用于制造至少一个3D电子模块的工艺，其特征在于，对金属化了的切割面(43)进行刻蚀以形成竖直互连。4.根据在前权利要求中的任一项所述的用于制造至少一个3D电子模块的工艺，其特征在于，在将外部部分(12)放置在保护元件(21、22)之间时，将密封元件(23)放置在这些保护元件之间，并且在于，在移除保护元件时将密封元件移除。5.根据在前权利要求中的任一项所述的用于制造至少一个3D电子模块的工艺，其特征在于，封装(41)和/或印刷电路板的外部端片(42)存在于四个侧方，并且在于，引脚框(100)包括两个子框(101、102)，该两个子框一个放置在另一个上并且彼此垂直，且各自包括引脚，第一子框(101)的引脚连接至堆叠(40)的两个相对的面，第二子框(102)的引脚连接至堆叠(40)的另外两个相对的面。6.根据在前权利要求中的任一项所述的用于制造至少一个3D电子模块的工艺，其特征在于，框是多框(103)。7.—种3D电子模块(I)，包括: -封装(41)和/或印刷电路板的堆叠(40)，所述封装和/或印刷电路板各自装配有至少一个电子部件以及用于封装和/或印刷电路板的电性互连的外部端片(42)，该堆叠在树脂(60)中进行模塑； -在堆叠的方向上的用于封装和/或印刷电路板的互连的互连面(43)，该互连面包括嵌入树脂(60)中的外部端片(42)的导电段;以及 -与堆叠进行组装的用于将3D模块连接至外部的系统，该系统包括金属引脚(10)，所述金属引脚各自具有两个端部，该两个端部从是所述互连面(43)中的一个的给定的面露出，在该两个端部之间，金属引脚的部分嵌入在树脂(60)中。
【文档编号】H01L25/00GK105914153SQ201610095257
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月22日
【发明人】A·瓦尔, F·苏夫莱
【申请人】3D加公司