电子模塑封装的制作方法

专利检索2022-05-10  14



1.本发明涉及一种电子封装、一种包括这种封装的电子设备以及一种用于制造电子封装的引线框架。本发明特别涉及其中布置有射频(radiofrequency,rf)电路的电子封装,该电子封装特别是高功率rf晶体管,例如为硅基横向扩散金属氧化物半导体(laterally diffused metal

oxide

semiconductor,ldmos)晶体管或氮化镓基场效应晶体管(field

effect transistors,fets)。


背景技术:

2.用于高功率rf功率晶体管的电子封装在本领域中是已知的。在图1中以横截面图示出了用于高功率rf功率晶体管的电子封装的示例。图2a示出了相应的示意性俯视图。已知的封装1包括基板10、与基板10隔开的引线20以及含有固化模塑料的主体30。主体30固定地附接到基板10和引线20。更具体地,主体30将引线20和基板10保持在固定的相互位置上。此外,引线20从封装1的内部到封装1的外部贯穿主体30。
3.每根引线20包括内部部分21,该内部部分在封装1内延伸,并且基本上不含模塑料,以使一根或多根接合线61能够接合到该内部部分上。
4.每根引线20还包括在主体30内延伸的主体部分22以及在封装1的外部延伸并且基本上不含模塑料的外部部分23。
5.在封装1中,外部部分23的引线端部部分231的宽度w1基本上小于内部部分21的宽度w5。应当注意,在下文中,除非另有说明,否则引线的一部分的宽度对应于引线的该部分的最大宽度。例如,特定部分可以具有锥形形式。在这种情况下,锥形部分的宽度对应于该部分的最大宽度。
6.在施加模塑料期间,外部部分23的被布置成与主体部分22直接相邻的至少夹紧部分232在两侧被模具夹紧。
7.封装1包括盖50,该盖借助于胶水52或其它粘合剂固定地连接到主体30。盖50、主体30和基板10之间的空间限定了腔体51,该腔体中布置有电子元件60。在此,电子元件60可以例如包括半导体管芯,该半导体管芯上布置有高功率rf晶体管。接合线61用于实现高功率rf晶体管和引线20之间的电连接。更具体地,接合线61在半导体管芯上的接合条62和/或多个接合焊盘与引线20的内部部分21之间延伸。
8.由于该腔体的存在,这种类型的封装通常被称为腔体封装。本发明特别涉及这种类型的封装。
9.高功率射频设备的可靠性和可制造性非常重要。这些设备在极端条件(例如高温)下运作,并通常用于应保持长时间运行的设备,例如用于移动电信3g/4g/5g的基站。
10.申请人发现,已知的腔体封装并不总能满足高可靠性和高可制造性的需求。更具体地,申请人发现,已知的腔体封装容易受到被称为模塑料溢料和/或渗出的问题的影响。这个问题涉及从引线的内部部分溢出的模塑料。当这种情况发生时,接合线不再能够可靠地连接到内部部分。封装中的电子元件和引线之间的连接可能会随着时间的推移而中断,
或者可能从一开始就不存在。无论在何种情况下,都会发生电气故障。


技术实现要素:

11.本发明借助于如权利要求1所限定的电子封装来解决这个问题。该封装的特征在于,夹紧部分的宽度基本上大于引线端部部分的宽度,并且内部部分的每个横向侧相对于夹紧部分的相应横向侧布置,使得a)夹紧部分的相应横向侧与内部部分的相应横向侧对齐或延伸超过内部部分的相应横向侧,或者b)内部部分的相应横向侧至多以相应的预定偏移量横向地延伸超过夹紧部分的相应横向侧,以防止在施加模塑料期间内部部分或主体部分相对于夹紧部分弯曲,从而避免模塑料渗出到内部部分上。
12.在已知的腔体封装中,夹紧部分的宽度与引线端部部分的宽度基本相同。引线的内部部分的宽度由例如接合条的宽度和/或高功率晶体管的宽度限定。尤其是对于高功率设备,接合条的宽度基本上大于引线端部部分的宽度。引线端部部分的宽度通常由电气特性考虑来决定,因为假设引线端部部分是具有明确定义的特定特性阻抗的传输线的一部分。
13.在已知的腔体封装中,在主体部分中克服了引线端部部分的宽度和内部部分的宽度的差异。图2a至图2c示出了这一点,其中,引线的宽度在主体部分中如箭头a所示的那样发生变化。
14.在模塑过程期间,将两个模具部件放置在一起以形成腔体,液体模塑料将被插入(在传递模塑的情况下)或注射(在注射模塑的情况下)到该腔体中。这些模具部件在最终封装中不应存在模塑料的位置处彼此接触。这些模具部件彼此接触的重要位置是夹紧部分。
15.同时,一些内部区域也应该保持不含模塑料,尽管这些区域没有被模具部件夹紧。这种区域的示例是引线的内部部分的上表面。在模塑过程期间,该上表面压靠在模具部件上(反之,该模具部件压靠在上表面上),使得模塑料不能到达该表面。在某些情况下,薄膜被布置在模具部件和内部部分的上表面之间。这一过程被称为薄膜辅助模塑。
16.图2b示出了上述情况,其中,引线20的外部部分23被模具段ml、m2夹紧,并且其中,只有内部部分21的顶侧与模具段m3接触。图2c示出了相应的俯视图。
17.申请人发现,与腔体封装有关的上述模塑过程有时会导致模塑料在引线的内部部分的上表面上溢料和/或渗出。申请人从模拟和实验中得出以下结论,即,该问题与引线的机械刚度不足有关。
18.根据本发明,通过确保夹紧部分的宽度基本上大于引线端部部分的宽度来提高引线的刚度。申请人进一步得出以下结论,即,由于夹紧部分是引线的被夹紧的部分,因此夹紧部分的宽度应被选择成使得防止在施加模塑料期间内部部分和/或主体部分相对于外部部分弯曲。这样的弯曲将在引线的内部部分和模具部件之间为模塑料创造空间。申请人已经意识到,为了防止上述弯曲,重要的是夹紧部分的宽度不应与内部部分的宽度偏离太多。更具体地,发现了弯曲量取决于夹紧部分相对于内部部分在横向方向上延伸的程度。
19.夹紧部分的宽度可以至少比引线端部部分的宽度大1.1倍,优选地大1.5倍,更优选地大2倍,甚至更优选地大4倍。此外,内部部分的宽度可以在0.75mm至8mm之间的范围内。此外,引线端部部分的宽度可以大于0.25mm。
20.当引线的厚度增加时,可以选择更高的预定偏移量。当厚度增加时,引线的固有刚
度增加。可以允许内部部分和夹紧部分之间存在较大的宽度差,而不会引发模塑料渗出的风险。申请人发现,厚度和偏移量之间存在基本上线性的关系。更具体地,以mm为单位的每个预定偏移量等于c乘以y,其中,y等于引线的以mm为单位的厚度,并且其中,c是在介于1至7之间的范围内的常数,更优选地是在介于3至5之间的范围内的常数,最优选地是等于3的常数。
21.内部部分的宽度可以等于或大于夹紧部分的宽度。另外地或可替代地,各个偏移量可以彼此相等或彼此不同。尽管一侧的偏移量不为零,例如为0.2mm,但夹紧部分的宽度也可能等于内部部分的宽度。例如,另一侧的偏移量可以是负的,例如为

0.2mm。
22.引线的厚度可以例如在0.1mm至0.35mm之间的范围内,更优选地在0.2mm至0.3mm之间的范围内。
23.主体部分和/或内部部分可以具有锥形形式。例如,主体部分和/或内部部分的宽度可以沿远离封装中心的方向减小。可替代地,夹紧部分的宽度、主体部分的宽度以及内部部分的宽度可以相同。可替代地,夹紧部分的宽度与主体部分的宽度相同但与内部部分的宽度不同。该内部部分优选地比主体部分宽。
24.夹紧部分可以包括第一外部、第二外部和内部,其中,第一外部和第二外部在其相对侧处被布置成与内部相距一距离。该实施例不同于其中当沿着主体部分与夹紧部分之间的界面观察时夹紧部分是单个金属件的实施例。尽管可以获得引线的基本相同的机械刚度,但是使用单独的外部和中间不存在金属的内部提供了使用较少金属的优点。
25.封装还可以包括盖,该盖例如借助于胶水或不同的粘合剂固定地连接到主体,其中,盖、主体和基板之间的空间限定了腔体,该腔体中布置有电子元件。电子元件可包括安装到基板上的半导体管芯以及在引线的内部部分与半导体管芯之间延伸的多根接合线。封装可包括被布置在半导体管芯上的射频“rf”功率晶体管,其中,功率晶体管使用多根接合线连接到引线的内部部分。更具体地,rf功率晶体管的输出可以电连接到接合条和/或多个接合焊盘,接合条和/或多个接合焊盘被布置在半导体管芯上并且使用所述多根接合线电连接到内部部分。通常,接合条的宽度或多个接合焊盘的组合宽度可以基本上等于内部部分的宽度。
26.基板可以是导电基板,并且可以优选地包括散热器、管芯焊盘和/或凸缘。更具体地,导电基板可用于提供电接地。另外或可替代地,主体可以是环形的。在其它实施例中,基板和主体可以一体地形成。
27.封装可包括多根上述引线,其中,外部部分还包括阻挡条部分,该阻挡条部分在一端连接到夹紧部分,在另一端连接到引线端部部分,并且该阻挡条部分的边缘平行地延伸。至少在施加模塑料以形成主体期间,这些边缘连接到阻挡条,该阻挡条在多根引线中的引线和相邻引线之间平行于主体延伸。这种阻挡条通常用于引线框架中,以增加多根引线的整体机械刚度,并防止在模塑期间泄漏原料。这些阻挡条形成临时连接,并且将在模塑或附接封装盖之后被机械地(例如通过冲孔的方式)移除。
28.夹紧部分的宽度可以在远离主体的方向上保持基本相同。更具体地,夹紧部分的边缘可以平行地延伸。夹紧部分的宽度可以基本上等于阻挡条部分的宽度。例如,夹紧部分的边缘和阻挡条部分的边缘都可以平行地延伸。
29.引线端部部分可以具有在引线端部部分的整个长度上平行地延伸的边缘。可替代
地,引线端部部分可以具有直接连接到阻挡条部分的第一子部分和连接到第一子部分的第二子部分,其中,所述第二子部分的边缘在第二子部分的整个长度上平行地延伸。在后一种情况下,第一子部分可以提供阻挡条部分的宽度和第二子部分的宽度之间的平滑过渡。引线端部部分的边缘或第一子部分的边缘相对于主体的侧壁的角度可以在60度至120度的范围内。例如,第一子部分可以具有相对于主体倾斜延伸的边缘。
30.根据第二方面,本发明提供了一种用于制造如上限定的电子封装的引线框架。该引线框架包括引线框架主体、连接到引线框架主体的基板、以及多根引线,该多根引线分别与基板隔开并且使用一个或多个阻挡条相互连接并且连接到引线框架主体。
31.可以使用包括铆钉的拉杆或其他机械连接(例如胶合、钎焊或焊接)而将基板连接到引线框架主体。类似地,可以使用类似于上述阻挡条的连接凸片而将引线连接到引线框架主体。
32.引线和基板被构造成借助于含有固化模塑料的主体而相互固定。该多根引线分别被构造成从封装的内部到封装的外部贯穿主体。引线中的每根引线包括内部部分,该内部部分在封装内部延伸并且基本上不含模塑料,以使一根或多根接合线能够接合到该内部部分上。引线中的每根引线还包括在主体内延伸的主体部分和在封装外部延伸且基本上不含模塑料的外部部分。
33.外部部分的引线端部部分的宽度可以基本上小于内部部分的宽度。在施加模塑料期间,外部部分的被布置成与主体部分直接相邻的至少夹紧部分在两侧被模具夹紧。
34.引线框架的特征在于,夹紧部分的宽度基本上大于引线端部部分的宽度,内部部分的每个横向侧相对于夹紧部分的相应横向侧布置,使得a)夹紧部分的相应横向侧与内部部分的相应横向侧对齐或延伸超过内部部分的相应横向侧,或者b)内部部分的相应横向侧至多以相应的预定偏移量横向地延伸超过夹紧部分的相应横向侧,以防止在施加模塑料期间内部部分或主体部分相对于夹紧部分弯曲,从而避免模塑料渗出到内部部分上。
35.可以如结合上述电子封装所描述的那样对引线进行配置。
36.根据第三方面,本发明提供了一种包括上述电子封装的电子设备。
附图说明
37.下文将参照附图更详细地描述本发明,在附图中:
38.图1示出了已知的电子封装的横截面图;
39.图2a示出了已知的电子封装的俯视图;
40.图2b和图2c示出了用于图2a的封装的模塑过程;
41.图3示出了根据本发明的电子封装的横截面图;
42.图4示出了根据本发明的电子封装的俯视图;
43.图5示出了根据本发明的引线的总体形状;
44.图6示出了根据本发明的引线的两种可能的形状;
45.图7示出了根据本发明的引线的另外两种可能的形状;
46.图8示出了根据本发明的引线的又一种可能的形状;以及
47.图9示出了根据本发明的引线框架的实施例。
具体实施方式
48.图3示出了根据本发明的电子封装100的横截面图,图4示出了根据本发明的电子封装100的俯视图。通过比较图1和图3可以推断出,已知的电子封装和根据本发明的电子封装100之间的横截面图没有差异。与已知的电子封装类似,电子封装100包括基板110、与基板110隔开的引线120以及含有固化模塑料的主体130。封装100还包括盖150,该盖借助于胶水152或其它粘合剂固定地连接到主体130。盖150、主体130和基板110之间的空间限定了腔体151,该腔体中布置有电子元件160。在此,电子元件160可以例如包括半导体管芯,该半导体管芯上布置有高功率rf晶体管。接合线161用于实现高功率rf晶体管和引线120之间的电连接。
49.图4示出了根据本发明的电子封装100的俯视图。与图2a中所示的已知封装1的俯视图相比,引线120的外部部分123的不同之处在于,夹紧部分1232比图2a中的夹紧部分232宽得多。更具体地,夹紧部分1232比引线端部部分1231宽得多。类似于图2a,引线120仍然包括内部部分121和主体部分122。
50.图5示出了根据本发明的引线的总体形状。如在图中可以看到,引线120的大部分可以具有锥形形式。此外,尽管图5示出了远离封装100的中心的锥形,但对于引线120的某些部分,反向锥形同样也是可能的。此外,图5所示的引线是对称的。然而,应当注意,本发明并不排除非对称的引线。
51.对于每个部分,示出了宽度w1至w5。在此,宽度对应于给定部分的最大宽度。例如,w5对应于内部部分121的最大宽度。
52.参照图5,电子元件被布置在封装100的内部。该元件(图5中未示出)连接到接合条162。接合线161在接合条162和内部部分121之间延伸。内部部分121和主体部分122之间的界面由虚线表示。此外,w4表示主体部分122的最大宽度。主体部分122连接到具有宽度w3的夹紧部分1232,该夹紧部分又连接到具有宽度w2的阻挡条部分1233。该阻挡条部分1233连接到引线端部部分1231,该引线端部部分可以细分为具有宽度w1a的第一子部分1231_1和具有宽度w1b的第二子部分1231_2。
53.如在图5中可以看到,第二子部分1231_2的边缘1231_2a分别平行地延伸,并且阻挡条部分1233的边缘1233a分别平行地延伸,而第一子部分1231_1的边缘1231_1a、夹紧部分1232的边缘1232a、主体部分122的边缘122a和内部部分121的边缘121a分别呈锥形形式示出。应当注意,这种锥形形式只是示例。这些边缘中的一些或全部平行延伸的其他实施例同样是可能的。图4示出了该其他实施例的示例。在此可以看到,在夹紧部分1232和阻挡条部分之间的界面处或附近,引线120的宽度突然改变。
54.图6示出了根据本发明的引线的两种可能的形状。左侧的示例的特征在于,相对于内部部分121的左侧和右侧具有不同的偏移量。在这两种情况下,引线120的宽度在主体部分122内以及在夹紧部分1232和阻挡条部分1233之间的界面处或附近发生改变。
55.右侧的示例的特征在于,在左侧,夹紧部分1232延伸超过内部部分121。这可以由负偏移量off1表征。在另一侧,内部部分121以偏移量off2延伸超过夹紧部分1232。此外,引线端部部分1231相对于内部部分121和夹紧部分1232不是对称布置的。
56.图7示出了根据本发明的引线的另外两种可能的形状。在此,虚线表示夹紧部分1232和主体部分122之间的界面。
57.左侧的形状与图4至图6所示的形状的不同之处在于,夹紧部分1232包括与内部1232c隔开的外部1232a、1232b。此外,内部1232c的宽度、阻挡条部分1233的宽度和引线端部部分1231的宽度均相同。
58.右侧的形状示出了夹紧部分1232可以具有类似于第一子部分1231_1的锥形形式。然而,边缘1232a相对于主体130的侧面的角度不能太大。为了说明这一点,图7示出了阻挡条170,如果这些引线同时用于封装100中,则该阻挡条可以在图7所示的两条引线之间延伸。本领域技术人员将容易理解,这种构造仅用于说明目的,因为大多数封装将仅具有一种类型的引线120。此外,阻挡条170仅在将各种封装100与相应引线框架隔开之前存在。
59.如果边缘1232a的角度太大,则在阻挡条170和边缘1232a之间将没有足够的空间来使阻挡条170穿过。这个问题在图8所示的形状中得到解决。在此,引线120的宽度在夹紧部分1232内显示为阶梯状。应当注意,在这些实施例中,夹紧部分1232和阻挡条部分1233之间的清晰边界是不可见的。
60.图9示出了根据本发明的引线框架200的实施例。引线框架200包括引线框架主体210,并且用于同时制造多个电子封装100。为此,对于待制造的每个电子封装100,引线框架200包括基板110和多根引线120。如图所示,基板110使用拉杆211与引线框架主体210进行连接。引线120使用阻挡条170相互连接。连接凸片212提供了与引线框架主体210的进一步连接。
61.为了使用引线框架200制造电子封装100,将施加模塑料作为形成主体130的第一步骤。主体130相对于引线120固定基板110。作为下一步骤,将一个或多个电子元件放置到基板110上,并且在一个或多个电子元件与引线120之间实现接合线连接。此后,将使用单独模塑过程制成的盖150固定地连接到主体130。作为最后的步骤,拉杆211、阻挡条170和连接凸片212将被穿孔,从而将电子封装100与引线框架200的其余部分隔开。
62.在上面的描述中,已经使用本发明的详细实施例描述了本发明。然而,本领域技术人员将容易理解,本发明不限于这些实施例,而是可以在不脱离由所附权利要求限定的本发明范围的情况下进行各种修改。
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