用於預塑封引線框的模具以及封裝結構的製作方法

2024-02-26 23:24:15 1

專利名稱：用於預塑封引線框的模具以及封裝結構的製作方法
技術領域：
本發明屬於傳感器晶片的封裝技術領域，涉及一種用於對傳感器晶片的引線框進行預塑封的模具以及由該模具預塑封成型的封裝結構。
背景技術：
IC封裝技術中，需要根據不同電路晶片的電路功能要求選擇封裝形式以及封裝工藝。其中，封裝工藝過程中通常包括引線鍵合過程和塑封過程。傳統的封裝過程中，一般是先引線鍵合、再對鍵合後的晶片及部分引線框塑封，以實現包裹方式的固定。但是，對於傳感器晶片(例如，MEMS壓力傳感器晶片)，其封裝工藝過程與傳統的封裝過程不同，首先，以預塑封的方式將塑料外殼預先製作好，然後再進行引線鍵合。這樣，可以避免傳感器晶片遭受塑封過程中的惡劣環境影響。
圖I所示為用於封裝傳感器晶片的引線框在預塑封成型以後形成的封裝結構意圖。其中，Ca)為封裝結構10的底部朝上的方位示意圖，(b)為封裝結構10的底部朝下的方位示意圖。圖2所示為圖I所示封裝結構引線鍵合後在圖I (b)的B-B處的截面結構示意圖。其中「底部」是相對於放置的傳感器晶片的方位而言的。在該實施例中，封裝結構10為F1DIP (Plastic Double In-line Package,塑料雙列直排封裝)封裝形式,其用於封裝傳感器晶片18。結合圖I和圖2所示，其中，11為預塑封所形成的塑封體，簡稱為預塑封體，13為引線框的內引腳，15為引線框的外引腳，17為引線框的小島(Pad)，18為被封裝的傳感器晶片，181為引線鍵合形成的金絲，19為蓋子。預塑封體11帶凸起外殼111，該凸起外殼111是傳感器晶片的特殊結構要求，其與傳感器晶片的局部接觸連接。凸起外殼111相對塑封體10的尺寸較大。引線框的小島17用於置放傳感器晶片18，引線鍵合過程中，可以通過打線機將置於小島上的傳感器晶片18和引線框的內引腳13以金絲181實現連接形式。由於金絲配線過程(也即引線鍵合過程)中需要對內引腳的鍵合區域進行加熱以達到預定的溫度。在該實施例中，預塑封體11上對應於內引腳的部位的下方開有加熱孔113，其用於在引線鍵合過程中對鍵合區域(通常被包括在內引腳區域內)加熱，以實現金絲與內引腳的良好固定接觸。預塑封體11通常是通過模具注模形成，例如，在引線框的上下表面分別設置上模具和下模具，上模具和下模具夾緊引線框，塑封時以樹脂灌滿兩個模具的型腔，從而形成引線框之上的預塑封體部分以及引線框之下的預塑封體部分。但是，採用現有的模具結構進行預塑封時，用於形成預塑封體的樹脂等材料從模具(例如上模具)與引線框表面之間狹縫外溢至內引腳區域上，可能形成肉眼難以看見的塑料飛邊等微小結構，其對鍵合區域造成汙染，嚴重影響引線鍵合的可靠性。有鑑於此，有必要設計一種新型的用於實現預塑封過程的模具以避免以上問題的產生
發明內容
本發明要解決的技術問題是，防止預塑封過程導致引線鍵合的可靠性下降。為解決以上技術問題，按照本發明的一方面，提供一種模具，用於對封裝傳感器晶片的引線框進行預塑封，該模具包括上模體和下模體，在對引線框進行預塑封時，所述上模體置於所述引線框上欲放置所述傳感器晶片的第一側，所述下模體置於與所述第一側相反的第二側，其中，在所述上模體與所述引線框的第一側表面接觸的面上、對應於所述引線框的內引腳的位置處設置凹坑，以使所述引線框在預塑封時的壓力作用下向所述凹坑內擠壓而形成相應的凸起的擋料塊。按照本發明提供的模具的優選實施例，其中，所述凹坑向上凹進的深度大於所述擋料塊的凸起的臺階高度。較佳地，所述凹坑向上凹進的深度範圍為O. 02毫米至O. I毫米。較佳地，所述擋料塊的凸起的臺階高度是所述凹坑向上凹進的深度的5%至60%。
較佳地，通過調節所述引線框在預塑封時的壓力以使所述凹坑向上凹進的深度大於所述擋料塊的凸起的臺階高度。較佳地，所述上模體包括上型腔條和上模型腔鑲件，所述凹坑被設置於所述上模型腔鑲件與所述弓I線框的第一側表面接觸的面上。按照本發明提供的模具的實施例，其中，所述下模體包括下型腔條和下模型腔鑲件。較佳地，所述凹坑為圓形。較佳地，所述擋料塊的面積為所述內引腳的面積的5%至80%。按照本發明的又一方面，提供一種封裝結構，包括引線框以及引線框上的預塑封體，其特徵在於，所述預塑封體通過使用以上所述的任一中模具預塑封成型，所述引線框的內引腳上設置有用作鍵合區域的擋料塊，所述擋料塊通過所述引線框在預塑封時的壓力作用下向所述模具的凹坑內擠壓而形成。按照本發明提供的模具的優選實施例，其中，所述凹坑向上凹進的深度大於所述擋料塊的凸起的臺階高度。較佳地，所述凹坑向上凹進的深度範圍為O. 02毫米至O. I毫米。較佳地，所述擋料塊的凸起的臺階高度是所述凹坑向上凹進的深度的5%至60%。較佳地，通過調節所述引線框在預塑封時的壓力以使所述凹坑向上凹進的深度大於所述擋料塊的凸起的臺階高度。較佳地，所述擋料塊的面積為所述內引腳的面積的5%至80%。本發明的技術效果是，通過在模具的上模體對應於內引腳的接觸面上設置凹坑，從而可以在預塑封時利用預塑封的壓力使引線框向凹坑內擠壓形成凸起的擋料塊，從而可以通過擋料塊阻擋模具的型腔中的樹脂等材料外溢至擋料塊的表面，因此，擋料塊的表面不會被汙染，其作為鍵合區域時引線鍵合的可靠性高。


從結合附圖的以下詳細說明中，將會使本發明的上述和其它目的及優點更加完全清楚，其中，相同或相似的要素採用相同的標號表示。圖I是用於封裝傳感器晶片的引線框在預塑封成型以後形成的封裝結構意圖，其中，(a)為封裝結構10的底部朝上的方位示意圖，(b)為封裝結構10的底部朝下的方位示意圖。圖2是圖I所示封裝結構引線鍵合後在圖I (b)的B-B處的截面結構示意圖。圖3是按照本發明一實施例提供的用於預塑封傳感器器晶片的引線框的模具結構示意圖。圖4是圖3所示的C部分的放大結構示意圖。 圖5是使用圖3所示的模具預塑封成型後所形成的封裝結構截面示意圖。圖6是使用圖3所示的模具預塑封成型後所形成的封裝結構的俯視圖。
具體實施例方式下面介紹的是本發明的多個可能實施例中的一些，旨在提供對本發明的基本了解，並不旨在確認本發明的關鍵或決定性的要素或限定所要保護的範圍。容易理解，根據本發明的技術方案，在不變更本發明的實質精神下，本領域的一般技術人員可以提出可相互替換的其它實現方式。因此，以下具體實施方式
以及附圖僅是對本發明的技術方案的示例性說明，而不應當視為本發明的全部或者視為對本發明技術方案的限定或限制。本文中，「上」和「下」的方位術語是以引線框和被封裝的傳感器晶片之間的相對位置來定義的，相對於引線框，傳感器晶片所置放的方位定義為「上」方，相反的另一方位則定義為「下」方。並且，應當理解到，根據傳感器晶片相對於引線框所放置的方位的變化，「上」和「下」分別所指代的方位也發生變化。本文中，「預塑封」是指在引線鍵合之前的塑封過程，而由「預塑封」所形成的引線框上的塑封體被定義為「預塑封體」。圖3所示為按照本發明一實施例提供的用於預塑封傳感器器晶片的引線框的模具結構示意圖。圖4所示為圖3所示的C部分的放大結構示意圖。在該實施例中，在引線框25製備形成以後，在預塑封過程中以模具20形成圖I所示的預塑封體(11)。預塑封后才在預塑封所包圍的區域中引線鍵合傳感器晶片，從而可以在避免傳感器晶片遭受塑封過程中的惡劣環境影響。結合圖3和圖4所示，模具20包括上模體21和下模體23，其中上模體位於引線框25的放置傳感器晶片的一側，下模體位於引線框25的另一側。上模體21包括上型腔條211、上模型腔鑲件213 ;下模體23包括下型腔條231、下模型腔鑲件233。上模體21和下模體23被組裝固定，按圖3所示夾緊引線框25，從而可以在上模體的型腔和下模型的型腔中均注入樹脂類液體材料，進一步冷卻去模後，即可在引線框上形成預定形狀的預塑封體。上模型腔鑲件213所形成的型腔的結構(圖中未示出)按照預塑封體的形狀以及注模的要求來設計，其在本發明中不是限制性的，同樣地，對於下模型腔鑲件233所形成的型腔的結構同樣不是限制性的，例如，預塑封體11中的凸起外殼111也是通過下模體的型腔中注模形成的。繼續如圖4所示，在下模型腔鑲件233與引線框25的上表面接觸的表面上、對應於內引腳251的鍵合區域位置設置凹坑214。在一實例中，凹坑214通過電火花方式或機加工方式加工形成，具體的加工形式不受本發明實例限制。凹坑214可以為圓柱型凹坑，圓柱型凹坑的高度Hl (也即向上凹進的深度)設計在比較小的範圍，從而可以在預塑封過程中、通過在上模體和下模體之間施加一定合模壓力時，引線框的內引腳的一部分可以被擠壓入凹坑中形成向上凸起的擋料塊252。優選地，圓柱型凹坑的高度Hl的尺寸範圍為O. 02mm至O. Imm,例如,O. 04mmο 一般地，由於引線框25都是基於金屬材料形成,在上模體和下模體之間施加一定合模壓力時，引線框25會產生一定量的塑性變形，導致部分金屬上凹坑214內擠壓形成臺階狀的擋料塊252。由於是擠壓形成，擋料塊252的形狀與凹坑的形狀相匹配，例如同為圓形狀，並且，其臺階高度為H2。因此，在擋料塊252的臺階邊沿與下模型腔鑲件233的底面的緊密接觸作用下、以及臺階阻擋作用下，預塑封時，所注入樹脂材料難以從縫隙253處擠壓外溢至擋料塊252的臺階面上。因此，擋料塊252具有阻擋樹脂外溢作用，以擋料塊252的臺階面作為鍵合區域時，引線鍵合的可靠性將不會受外溢的樹脂等材料的影響。繼續如圖4所示，優選地，擋料塊252的臺階高度H2小於凹坑214的高度Hl，這樣，保證在上模體和下模體之間施加一定合模壓力時，擋料塊252的臺階面(也即引線鍵合面)與凹坑214的底部之間沒有接觸，也即，擋料塊252的臺階面與凹坑214的底部之間沒有相互擠壓，從而不破壞擋料塊252的臺階面的原始狀態，這有利於金絲與臺階面之間的 鍵合，進一步提高引線鍵合的可靠性。例如，如果引線框的內引腳252的表面為電鍍銀層，擋料塊252的臺階面與凹坑214的底部之間如果存在一定壓力的相互擠壓，會導致銀層的硬度提高，這不利於金絲與臺階面之間的連接。優選地，可以通過調節上模體和下模體之間的合模壓力來控制臺階高度H2的高度。本領域技術人員可以根據所採用的引線框材料、模具的材料、凹坑214的高度Hl等因素來選擇合適的合模壓力，以使由於擠壓所產生的塑性變形的臺階高度H2小於凹坑214的高度H1。優選地，臺階高度H2是凹坑214的高度Hl的5%至60%，例如，Hl是O. 04mm時、H2是O. 02mm作用，此時可選擇38噸左右的合模壓力。本領域技術人員應當理解的是，凹坑214的形狀以及擋料塊252的形狀並不是限制性的，其可以根據內引腳251的形狀來具體設計，例如，其還可以為方形等。並且擋料塊252的臺階面的面積(基本等於凹坑214的底面積)可以小於或等於內引腳251的面積，但是其面積的大小又必須滿足其鍵合區域功能的要求。較佳地，擋料塊252的臺階面的面積為內引腳的面積的5%至80%。進一步，圖3中僅示意出了其中對應於一個內引腳處的模具的凹坑設計以及一個內引腳上的擋料塊的形成，應當說明的是，在引線框的每一個內引腳的對應處，其模具也進行了同樣的凹坑方式的改進設計。需要說明的是，雖然圖3中的小島的結構並不完全同於圖I和圖2所示的小島17的結構，但是可以理解為圖3中引線框為圖I中所示引線框實施例中的又一具體實例。如上所述的凹坑的設計改進，可以應用於不同封裝形式的需要預塑封的傳感器晶片的模具，例如 0CDIP6(0pen Cavity Plastic Double In — line Package,開腔塑料雙列直排封裝)封裝形式、應用於醫用MEMS (Micro-Electro-Mechanical System,微機電系統)傳感器晶片的封裝的預塑封的模具。圖5所示為使用圖3所示的模具預塑封成型後所形成的封裝結構截面示意圖，圖6所示為使用圖3所示的模具預塑封成型後所形成的封裝結構的俯視圖。在該實施例中，封裝結構20中包括引線框和預塑封體。相比於圖2所示實施例的封裝結構，封裝結構20的改進之處主要在於內引腳251上所形成的擋料塊252。如以上所述，擋料塊252是由上模體和下模體之間的合模壓力所導致內引腳處產生塑性變形而形成的。因此，擋料塊252是置於內引腳251上並用作鍵合區域。如放大部分的結構所示意圖，擋料塊252的臺階高度H2是非常小的，但是，巧妙設計該臺階可以防止預塑封時樹脂等材料被擠壓外溢至臺階面上，保證了鍵合區域不被汙染。擋料塊252的具體優選結構實例已經在圖3和圖4中的關於擋料塊252的描述中被說明，在此不再一一贅述。以上例子主要說明了本發明的模具及使用該模具預塑封后形成的封裝結構。儘管只對其中一些本發明的實施方式進行了描述，但是本領域普通技術人員應當了解，本發明可以在不偏離其主旨與範圍內以許多其他的形式實施。因此，所展示的例子與實施方式被 視為示意性的而非限制性的，在不脫離如所附各權利要求所定義的本發明精神及範圍的情況下，本發明可能涵蓋各種的修改與替換。
權利要求
1.一種模具，用於對封裝傳感器晶片的引線框進行預塑封，所述模具包括上模體和下模體，所述上模體置於所述引線框的第一側，所述下模體置於與所述第一側相反的第二側，其特徵在於，在所述上模體與所述引線框的第一側表面接觸的面上、對應於所述引線框的內引腳的位置處設置凹坑，以使所述引線框在預塑封時的壓力作用下向所述凹坑內擠壓而形成相應的凸起的擋料塊。
2.如權利要求I所述的模具，其特徵在於，所述凹坑向上凹進的深度大於所述擋料塊的凸起的臺階高度。
3.如權利要求2所述的模具，其特徵在於，所述凹坑向上凹進的深度範圍為O.02毫米至O. I毫米。
4.如權利要求2所述的模具，其特徵在於，所述擋料塊的凸起的臺階高度是所述凹坑向上凹進的深度的5%至60 %。
5.如權利要求2所述的模具，其特徵在於，通過調節所述引線框在預塑封時的壓力以使所述凹坑向上凹進的深度大於所述擋料塊的凸起的臺階高度。
6.如權利要求I或2所述的模具，其特徵在於，所述上模體包括上型腔條和上模型腔鑲件，所述凹坑被設置於所述上模型腔鑲件與所述引線框的第一側表面接觸的面上。
7.如權利要求I或2所述的模具，其特徵在於，所述下模體包括下型腔條和下模型腔鍵件。
8.如權利要求I或2所述的模具，其特徵在於，所述凹坑為圓形。
9.如權利要求I或2所述的模具，其特徵在於，所述擋料塊的面積為所述內引腳的面積的5%至80%。
10.一種封裝結構，包括引線框以及引線框上的預塑封體，其特徵在於，所述預塑封體通過使用如權利要求I所述的模具預塑封成型，所述引線框的內引腳上設置有用作鍵合區域的擋料塊，所述擋料塊通過所述引線框在預塑封時的壓力作用下向所述模具的凹坑內擠壓而形成。
11.如權利要求10所述的封裝結構，其特徵在於，所述凹坑向上凹進的深度大於所述擋料塊的凸起的臺階高度。
12.如權利要求11所述的封裝結構，其特徵在於，所述凹坑向上凹進的深度範圍為O. 02毫米至O. I毫米。
13.如權利要求11所述的封裝結構，其特徵在於，所述擋料塊的凸起的臺階高度是所述凹坑向上凹進的深度的5%至60%。
14.如權利要求11所述的封裝結構，其特徵在於，通過調節所述引線框在預塑封時的壓力以使所述凹坑向上凹進的深度大於所述擋料塊的凸起的臺階高度。
15.如權利要求10或11所述的封裝結構，其特徵在於，所述擋料塊的面積為所述內引腳的面積的5%至80%。
全文摘要
本發明提供一種用於預塑封引線框的模具以及封裝結構，屬於傳感器晶片的封裝技術領域。該模具用於對封裝傳感器晶片的引線框進行預塑封，其包括上模體和下模體，所述上模體置於所述引線框的第一側，所述下模體置於與所述第一側相反的第二側，在所述上模體與所述引線框的第一側表面接觸的面上、對應於所述引線框的內引腳的位置處設置凹坑，以使所述引線框在預塑封時的壓力作用下向所述凹坑內擠壓而形成相應的凸起的擋料塊。該封裝結構是通過使用該模具預塑封成型，所述引線框的內引腳上設置有通過所述引線框在預塑封時的壓力作用下向所述凹坑內擠壓而形成、用作鍵合區域的擋料塊。因此，用作鍵合區域的擋料塊的表面不易被汙染，引線鍵合的可靠性高。
文檔編號H01L23/495GK102756456SQ20111010684
公開日2012年10月31日 申請日期2011年4月27日 優先權日2011年4月27日
發明者張小健, 張政林 申請人:無錫華潤安盛科技有限公司