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CN1914724A - 夹物模压电子器件 - Google Patents

夹物模压电子器件 Download PDF

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CN1914724A
CN1914724A CNA2005800034952A CN200580003495A CN1914724A CN 1914724 A CN1914724 A CN 1914724A CN A2005800034952 A CNA2005800034952 A CN A2005800034952A CN 200580003495 A CN200580003495 A CN 200580003495A CN 1914724 A CN1914724 A CN 1914724A
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CN
China
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pedestal
electronic device
lid
panel
equipment according
Prior art date
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Pending
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CNA2005800034952A
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English (en)
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查尔斯·A.·森托范特
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Piranha Plastics
Original Assignee
Piranha Plastics
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Publication date
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Abstract

本发明涉及夹物模压电子器件。电子器件(40)被定位在外壳基座(5)上，外壳盖(60)被包覆模压到基座和电子器件的至少一部分中。电子器件的接口(50)保持暴露，以便连接到第二电子器件，外壳基座和外壳盖形成部分地封装电子器件的外壳。

Description

夹物模压电子器件
背景技术
下面的描述涉及封装电子器件。
计算机存储器及其他外围设备可以嵌入到计算机中，也可以作为可有选择地通过外部接口连接到计算机的外部设备。某些外围设备现在足够小，足以嵌入到小而薄的、卡片状的封装部件中，这些部件可以插入到专门设计的、通常在便携式个人计算机或数码相机中可以见到的插座中。由于有许多可能的制造计算机和这样的设备之间的接口的方法，由个人计算机存储卡国际协会(“PCMCIA”)、日本电子数据交换理事会(“JEDIC”)、国际标准化组织(“ISO”)、袖珍闪存协会(“CFA”)等等制定了各自的标准。这些标准规定了设备外壳的形状和大小以及连接器/计算机接口的设计。可以符合也可以不符合工业标准的这样的外围设备一般被称为PC卡。
一种用于为PC卡提供塑料外壳的方法是制造两个注模壳，将电子器件置于两个壳之间，然后通过声波焊接或使用粘合剂将两个壳搭配在一起。另一种方法是同时注模PC卡外壳的顶部和底部来封装电子器件。为了在封装过程中使电子器件保持在适当的位置，在注模过程中在电子器件中放置了定位销，以将电子器件悬吊在模子中的适当位置。所产生的PC卡在外壳和电子器件中都有定位销所导致的孔(它们不是最终的PC卡的一部分)。
发明内容
本说明书描述了用于封装电子器件的方法和设备。一般而言，一方面，本发明包括将电子器件定位在基座上，以及将盖子包覆模压(over-mold)到至少一部分基座和一部分电子器件中。盖子和基座一起构成电子器件的外壳。
该方法的实现方式可以包括一个或多个下列特点。电子器件可以是围以薄壁的半导体、印刷电路板或闪存模块。在包覆模压盖子之前，可以将电子器件粘附到基座。基座可以包括凹进部分，用于放置电子器件。基座可以包括一个或多个凸起部件，电子器件可以包括一个或多个对应的凹进部分。通过将一个或多个凸起部件与一个或多个凹进部分啮合在一起，可以将电子器件定位在基座上。盖子和/或基座可以包括开口，该开口提供到电子器件上的接口的入口。基座可以是塑料的，盖子可以是热塑性材料的，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)或其他合适的材料。
一般而言，在另一个方面，本发明包括将电子器件定位在基座上，将面板定位在基座和电子器件中的至少一个上，面板的表面积小于基座的表面积，将盖子包覆模压到基座和至少一部分电子器件中，其中，面板的上表面基本上是暴露的。
实现方式可以包括一个或多个下列特点。面板可以是塑料的，可以通过注模法和/或模切方式来形成。面板可以粘附到基座和/或电子器件上。
本发明可以实现下列优点中的某些、所有优点或不实现下列优点中的任何一个优点。形成电子器件的固体外壳，该固体外壳可以比通过将两个壳与壳之间的空隙匹配形成的外壳更坚固、更耐久并使电子器件更稳固地保持在适当位置。外壳的创建，使得损坏或不对准电子器件的风险降低，当通过声波焊接匹配封装电子器件的两个壳时可能会发生这些情况。可以为电子器件提供固体外壳，无需在电子器件中形成定位销和对应的孔洞，如当在单个注模过程中封装电子器件时所需要的那样。通过在向一个方向模压的过程中限制器件上的压力，进一步降低注模过程中对电子器件损坏的风险。此外，包覆模压到预制的壳中可以省略至少一个制造步骤，即，通过声波焊接或应用粘合剂来匹配两个壳。面板可以嵌入到外壳中，例如，以对比色提供用于标记电子器件的内容的区域，从而避免将封装的电子器件经受随后的印刷处理，而该处理可能会潜在地损坏电子器件(诸如，将标记区域焊盘印刷(pad printing)到外壳中)。
在附图和下面的描述中阐述了本发明的一个或多个实施例的细节。从下面的描述、附图和权利要求，本发明的其他特点和优点将变得显而易见。
附图说明
现在将参考下列附图详细描述这些及其他方面。
图1A显示了PC卡。
图1B是沿着图1A中所示的PC卡的线A-A的剖面图。
图2是电子器件和外壳基座的分解图。
图3是显示夹物模压电子器件的过程的流程图。
图4A是注模设备的分解图。
图4B是图4A的注模设备的一部分的透视图。
图5显示了外壳基座。
图6显示了外壳基座。
图7A显示了包括嵌入面板的PC卡。
图7B是沿着图7A的PC卡的线B-B的剖面图。
图8是电子器件、嵌入面板以及外壳基座的分解图。
在各种附图中相同的参考符号表示相同的元件。
具体实施方式
图1A显示了由基座5、盖子60形成的PC卡100，以及被基座5和盖子60部分封住的电子器件40。基座5是通过注模法或模切法制造的。电子器件40被定位在基座上，该基座在包覆模压过程中充当定位装置，然后，在基座5和电子器件40的至少一部分上包覆模压盖子60，从而为电子器件40创建坚固而耐久的外壳。在基座5上包覆模压的盖子60，保留了一个开口70，该开口70暴露了电子器件40的一部分，其中包括接口50。图1B显示了沿着线A-A截取的图1A所示的PC卡100的剖面图。盖子60和基座5可以由合适的材料形成，所述材料例如包括：热塑性材料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯、ABS聚碳酸酯、苯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸、尼龙或聚酯。上述所列的材料并没有囊括全部，也可以使用其他合适的材料来制成盖子60和基座5，对于盖子60和基座5，可以各自使用不同的材料。
图2显示了基座5的实施例，包括平面部分10和侧面20。1998年11月10日授予给Centofante的标题为“Enclosing A Small-FormatElectrical Device”、专利号为5,833,785的美国专利中公开了注模基座壳的示例，在这里全部引用该申请作为参考。在将盖子60包覆模压到基座5中之前，例如通过焊盘印刷或喷墨印刷，可以向基座5的平面部分10的外表面施加图像、文本等等。可以检查施加的图像的印刷质量，以查看是否符合商业规格。如果印刷不符合，则可以丢弃基座5，而不会造成电子器件40损失或破坏电子器件40，如当在封装了电子器件之后在外壳上印刷图像时可能发生的情况那样。
电子器件40例如可以是围以薄壁的半导体器件，如图所显示的印刷电路板(PCB)。电子器件40具有接口50，该接口50例如可以包括导体触点，如金制迹线，用于与另一个电子器件连接。可以使用传统技术来配置接口50，并将其附加到电子器件40，可选地，也可以根据CFA、PCMICIA、JEDIC、ISO或其他组织制定的标准来配置接口。当组装时，外壳形成薄的直线固体，盖子60和基座5限定外壳的平面表面和薄层侧壁，并为电子器件40的刚性外壳提供与接口50的入口。在一个实施例中，PC卡可以包括PCB，该PCB被配置为形成闪存模块，用于插入到诸如数码相机或移动电话之类的电子器件中。例如，可以使用该技术来形成诸如由SanDisk制造的miniSD存储器模块之类的存储器模块，最终尺寸大致为21.5cm×20.0cm×1.4mm。
图3显示了至少部分地将电子器件40封装在由基座5和盖子60形成的外壳中的过程300。电子器件40是根据工业标准或以别的方式制造的(步骤305)。基座5例如是使用上文所描述的技术制造的(步骤310)。步骤305和310的顺序并不重要，或者是电子器件40或者是基座5可以首先制造。
电子器件40被定位在基座5上(步骤315)。参看图2，在一个实施例中，电子器件40可以置于凹进部分30内，该凹进部分30提供适于在盖子60的包覆模压过程中将电子器件40保持在适当位置的摩擦力。将电子器件40定位于凹进部分30中也可以提供较薄的PC卡100。参看图6，在另一个实施例中，凸起部件610被置于基座600上(如，在基座600上或在基座600中的凹进部分620内)。凸起部件610充分地从基座600或凹进部分620的表面凸出，以便啮合对应的凹进部分或在电子器件40中形成的凹进部分，从而在包覆模压盖子60的过程中将电子器件40保持在适当位置。图6中显示了两个凸起部件610，然而，可以使用任意数量的凸起部件。凸起部件610的形状不是很关键，可以是圆锥形、半球形、立方形、圆柱形、直线形、金字塔形或某些其他配置。或者，电子器件40可以被定位于基座5上的期望位置，并通过使用粘合剂、真空系统或其他方便的装置，使其保持在适当位置。
再次参看图3，在其上面放置电子器件40的基座5放置在注模腔内，该腔将用来包覆模压盖子60(步骤320)。如果基座5是在注模中形成的，可以省略此步骤，电子器件40被定位在基座5上，而不从模子中取下基座5，相同的模子可以用来形成盖子60。盖子60被包覆模压在基座5和电子器件40上(步骤325)。可以使用切断机构来防止电子器件40的至少一部分(特别是接口50)的过度包覆模压。切断机构可以是当关闭模子时对着电子器件的一部分的注模腔的内表面的凸起部分，从而防止任何成型材料覆盖被切断机构覆盖的电子器件的区域。基座5在包覆模压过程中充当电子器件40的定位装置，从而在电子器件40中不需要定位销和对应的孔洞，并可以防止电子器件移动。在注入完成之后，可使模制材料硬化，并且打开注模400，可以取出所产生的PC卡100(步骤330)。
在1998年11月10日授予给Centofante的标题为“InjectionMolding Encapsulation For An Electronic Device Directly Onto ASubstrate”、专利号为5,833,903的美国专利中提供了用于注模的示范性方法和设备的描述，在这里全部引用该申请作为参考。
在一个实施例中，可以使用图4A和4B所示的示范性注模设备来包覆模压盖子60。为说明目的，所描述的技术用于创建如图1所示的PC卡100，虽然可以使用以下参考图4A和4B所描述的技术来形成不同配置的PC卡，如具有如图5或6所示的基座的PC卡(下面将描述)。参看图4A，注模400包括顶板410和基板420。顶板包括进口415，该进口415提供用于将诸如热塑性材料之类的模压材料注入到注模400中的路径。图4B显示顶板410的内表面412，包括分布转子(distribution runner)425和栅422。栅422可以通过分布转子425与进口415相通。在另一个实施例中，栅422可以直接与进口415相通。栅422允许热塑性材料进入顶部模型腔424中，该模型腔424形成包覆模压盖子60的形状。顶部模型腔424包括切断机构423，该切断机构423防止热塑性材料覆盖电子器件40的一部分。切断机构423可以是当关闭模子时顶部模型腔424与电子器件40的一部分接触的凸起区域，从而防止在此区域形成将容纳模制材料的空腔。
顶板410包括销428，被配置为啮合在基板420中形成的对应的小孔435，以连接顶板和基板。基板420包括凹进部分430，用于在包覆模压盖子60过程中将预制的基座5置于模子400内。电子器件40在包覆模压过程中被定位在基座5上，可选地，附着于基座5上。在基座5和电子器件40被定位于基板420的凹进部分430内之后，顶板410使用啮合于对应的小孔435的销428而被固定到基板420。热塑性材料通过进口415被注入到模型腔424中，以覆盖电子器件40的一部分以及基座5的平面表面10，从而形成盖子60。盖子60的厚度随着基座5的表面拓扑而变化。例如，基座5可以包括不同高度的侧壁和表面特征。在一个实施例中，可以这样包覆模压盖子60，以便包覆模压增加完成的PC卡距离基座5的高度，高于基座5的现有侧壁大致0.2mm。
包覆模压材料可以是热塑性材料，例如，ABS，可以与基座5颜色相同，也可以是不同颜色。在注模过程中，热塑性材料粘接到基座5和电子器件40的至少某些部分。注模过程所产生的热量和压力熔化了基座5的与模制材料接触的表面，结果在基座5和盖子60之间产生化学键。另外，随着盖子60冷却，塑料在冷却过程中收缩，在基座5和盖子60之间形成机械结合。利用与用来形成基座5的材料类似的塑料系列中的热塑性材料进行包覆模压可以改善盖子60和基座5之间的结合。
在一个实施例中，通过在低压力状态下注入第一塑料层，以在电子器件40上方形成防护壳，可以降低由于在高压包覆模压而造成的对电子器件40的损坏的风险。塑料可以是快速硬化的化学活化的热固化材料。然后，以高压注入第二塑料层，以完成包覆模压盖子的形成。可以在同一个模压过程中形成第一和第二层(即，不用从模型腔中去除基座5和电子器件40)，或者也可以作为两步骤的模压过程来进行。
图2显示了基座5的一个实施例，该基座包括相对于平面部分10厚度变薄的区域，该区域构成了用于容纳电子器件40的凹进部分30。在图5所示的另一个实施例中，基座500包括侧面530，该侧面530沿基座500的整个周边延伸，但开口527除外。可以在基座500中形成用于容纳电子器件的凹进部分520，以便凹进部分的边缘与基座500的侧面530中的开口527重合。电子器件40可以定位于凹进部分520内，以便通过开口527能进入电子器件上的接口，以与另一个电子器件连接。凹进部分520限制电子器件在基座500内的横向移动，从而在包覆模压过程中使电子器件40保持在适当位置。通过提供开口527的边界并形成凹进部分520的部分第四侧面的部分侧面525，可以防止电子器件40朝着开口527方向移动。
图6显示了基座600的另一个实施例。基座600包括平面部分605，该平面部分包括凹进区域620和与凹进部分620的边缘邻近的切口640。电子器件可以定位于凹进部分620内，这在包覆模压盖子过程中限制电子器件在基座600内的横向移动。如前所述，通过使用凸起部件610以啮合电子器件中的对应的凹进部分，可以进一步将电子器件保持在适当位置。电子器件可以用面向基座600的接口定位，以便可以通过切口640进入接口，如此能够与另一个电气设备建立电连接。或者，如果电子器件在两侧都具有接口，和/或在电子器件的末端具有接口，那么，可以通过切口640从基座侧进入接口，或者，通过形成盖子，从盖子侧面进入，以便如上文所描述的保持接口暴露。
图7A显示了包括嵌入面板710的PC卡700的另一个实施例。PC卡700由基座720、盖子730、嵌入面板710，以及由基座720和盖子730部分封装的电子器件740制成。盖子730包括用于暴露电子器件740的接口750的开口，以及用于嵌入面板710的开口。图7B显示了沿线B-B截取的PC卡700的剖面图。
嵌入面板710可以提供适用于标记或印刷的与外壳的其余部分具有对比色的区域(或至少与盖子730具有对比色)。例如，PC卡700可以包括黑色的热塑性基座720和盖子730，白色的嵌入面板710，然后，可以以对比色在白色的嵌入面板710上印刷或手写。传统上，创建具有对比色背景(例如，白底上的黑字标签)的标签需要将白色字段直接印刷到盖子上，并将文本印刷在白色字段上。将白色字段印刷到黑色盖子上需要印刷好几遍，需要更多的时间和费用。在几遍之后，白色字段可能不会完全不透明，或不能符合商业规格。此外，多次印刷过程可能会损坏封装在PC卡内的精密电子器件。
现在请参看图8，显示了具有附着的嵌入面板710的基座720和电子器件740的分解图。基座720被配置为容纳电子器件，如上文参考图2、5和6所描述的。为说明目的，所显示的基座720类似于图2的基座5。例如可以使用粘合剂将其表面积830小于电子器件740的顶表面的嵌入面板710粘接到电子器件740。或者，也可以这样定位嵌入的塑料面板710，使得某些或所有嵌入面板710与基座720的上表面接触。
在一个实施例中，嵌入面板710被放置在基座720中所形成的凹进部分内。凹进部分可以这样设计，以便可以将嵌入面板710放置在形成嵌入面板710和基座720之间的摩擦配合的凹进部分内。当定位于基座720上时，摩擦配合防止嵌入面板710横向地移动，并且在包覆模压过程中将嵌入面板710保持固定。可以使用传统技术预制嵌入面板，例如，通过注模法或模切法，也可以用任何合适的材料制成嵌入面板，例如，热塑性材料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯、ABS-聚碳酸酯、苯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸、尼龙或聚酯。上述所列的材料并没有囊括全部，也可以使用其他合适的材料。在一个实施例中，嵌入面板710的尺寸大致为8mm×12mm×0.1-0.3mm，与尺寸大致为21.5cm×20.0cm×1.4mm的PC卡一起使用。
在包覆模压过程中，使用切断机构来防止模压到嵌入面板710的顶表面(或至少一部分)。在一个实施例中，盖子730可以与嵌入面板710共面。包覆模压材料可以是任何合适的材料，例如包括：热塑性材料，如丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)、聚碳酸酯、ABS聚碳酸酯、苯乙烯、聚苯乙烯、丙烯酸、尼龙或聚酯。上述所列的材料并没有囊括全部，也可以使用其他合适的材料。利用与基座720和嵌入面板710中所使用的材料类似的塑料系列中的模制材料进行包覆模压，在盖子730和基座720以及嵌入面板710之间提供改善的粘接。在注模过程中，模制材料粘接到基座720，电子器件740的某些部分，以及嵌入面板710的侧面(或其至少某些部分)。
在另一个实施例中，在包覆模压盖子730之后，将嵌入面板710添加到PC卡700。将包括电子器件740的基座720放置在注模400内以进行包覆模压。使用切断机构来防止模制材料积聚在电子器件740的至少一部分上，在盖子中形成凹进部分，该凹进部分被配置为容纳嵌入面板710。例如使用粘合剂或摩擦配合，将嵌入面板710插入到凹进部分，并附着于基座720或电子器件740的底部。
在另一个实施例中，可以制造盖子或基座以使盖子或基座可以包括嵌入面板。例如，可以预先模压或模切嵌入面板。然后，可以将嵌入面板放置在注模内，或模压盖子或基座以环绕嵌入面板。可以将电子器件定位于盖子或基座上，以及如上文所描述的包覆模压的对应的基座或盖子上。或者，可以使用诸如声波焊接之类的传统技术将包括嵌入面板的所产生的盖子或基座匹配到预模压的对应的基座或盖子中。
可以使用机器人或计算机控制的设备来执行这里所描述的某些步骤，如将电子器件定位在基座上，将基座传送到注模，以便进行模压和/或从注模中去除PC卡。
虽然上文只详细描述了几个实施例，但是，其他修改方案也是可以的。例如，可以使用所描述的技术至少部分地将一个以上的电子器件封装在一个外壳中。可以将外壳配置为直线固体之外的形状。这里所描述的技术不仅限于形成“PC卡”，并可以用来封装任何电子器件。这里所说明的方法的步骤可以按不同的顺序来执行，仍可以获得所希望的结果。其他实施例也可以在下列权利要求的范围内。

Claims (38)

1.一种封装电子器件的方法，包括：
将电子器件定位在基座上；以及
将盖子包覆模压到至少一部分基座和一部分电子器件上，所述盖子和基座包括电子器件的外壳。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，电子器件是围以薄壁的半导体器件。
3.根据权利要求1所述的方法，其中，电子器件是印刷电路板。
4.根据权利要求3所述的方法，其中，印刷电路板是闪存模块。
5.根据权利要求1所述的方法，进一步包括：
在包覆模压盖子之前，将电子器件粘附到基座。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，将电子器件定位在基座上的步骤包括将电子器件定位在基座中形成的凹进部分中。
7.根据权利要求1所述的方法，其中，基座包括一个或多个凸起部件，电子器件包括一个或多个对应的凹进部分，以及其中，将电子器件定位在基座上的步骤包括将一个或多个凸起部件啮合在一个或多个凹进部分内。
8.根据权利要求1所述的方法，其中，包覆模压盖子的步骤包括在盖子中形成开口，以提供到电子器件上的接口的入口。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，基座包括开口以提供到电子器件上的接口的入口。
10.根据权利要求9所述的方法，其中，包覆模压盖子的步骤包括包含开口，以提供到电子器件上的接口的第二入口。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，基座由塑性材料形成。
12.根据权利要求1所述的方法，其中，盖子由热塑性材料形成。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，热塑性材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。
14.一种设备，包括：
基座；
定位在基座上的电子器件；以及
包覆模压到基座和电子器件的至少一部分上的盖子，所述盖子和基座封装电子器件。
15.根据权利要求14所述的设备，其中，电子器件是围以薄壁的半导体器件。
16.根据权利要求14所述的设备，其中，电子器件是印刷电路板。
17.根据权利要求16所述的设备，其中，印刷电路板是闪存模块。
18.根据权利要求14所述的设备，其中，电子器件在包覆模压盖子之前被粘附到基座。
19.根据权利要求14所述的设备，其中，基座包括被配置为容纳电子器件的凹进部分。
20.根据权利要求14所述的设备，其中，基座包括一个或多个凸起部件，电子器件包括一个或多个对应的凹进部分，以及其中，一个或多个凸起部件被配置为啮合一个或多个凹进部分。
21.根据权利要求14所述的设备，其中：
盖子包括开口；
电子器件包括接口；以及
接口可以通过盖子中的开口接入。
22.根据权利要求14所述的设备，其中：
基座包括开口；
电子器件包括接口；以及
接口可以通过基座中的开口接入。
23.根据权利要求14所述的设备，其中：
盖子包括开口；
基座包括开口；
电子器件包括一个或多个接口；以及
一个或多个接口可以通过基座中的开口和盖子中的开口接入。
24.根据权利要求14所述的设备，其中，基座由塑性材料形成。
25.根据权利要求14所述的设备，其中，盖子由热塑性材料形成。
26.根据权利要求25所述的设备，其中，热塑性材料是丙烯腈丁二烯苯乙烯(ABS)。
27.一种封装电子器件的方法，包括：
将电子器件定位在基座上；
将面板定位在基座和电子器件中的至少一个上，所述面板的表面积小于基座的表面积；以及
将盖子包覆模压到基座和至少一部分电子器件上，其中，面板的上表面基本上暴露。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，面板通过注模法形成。
29.根据权利要求27所述的方法，其中，面板由塑性材料形成。
30.根据权利要求27所述的方法，其中，面板是通过模切制成的。
31.根据权利要求27所述的方法，进一步包括将面板粘附到基座。
32.根据权利要求27所述的方法，进一步包括将面板粘附到电子器件。
33.一种设备，包括：
基座；
定位在基座上的电子器件；
定位在基座和电子器件中的至少一个上的面板，所述面板的表面积小于基座的表面积；以及
包覆模压到基座和至少一部分电子器件上的盖子，其中，面板的上表面基本上暴露。
34.根据权利要求33所述的设备，其中，面板通过注模法形成。
35.根据权利要求33所述的设备，其中，面板由塑性材料形成的。
36.根据权利要求33所述的设备，其中，面板通过模切制成的。
37.根据权利要求33所述的设备，其中，面板被粘附到基座。
38.根据权利要求33所述的设备，其中，面板被粘附到电子器件。
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