利用真空封裝電子元器件的方法和設備的製作方法

2023-12-01 20:47:56 2

專利名稱：利用真空封裝電子元器件的方法和設備的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種利用真空封裝設置在載體上的電子元件的方法，包
括步驟A)將待封裝的電子元件設置在與載體連接的模腔內，B)加熱封 裝材料使其成為液態，C)通過在液態封裝材料上施加壓力將其填入包含 電子元件的模腔內，D)使用封裝材料將模腔填滿，E)至少一部分模腔內 的填充材料固化；其中，至少在步驟B) -D)對模腔內抽真空過程進行動 態控制。
本發明還涉及一種利用抽真空封裝設置在載體上的電子元件的裝 置，包括模具部分，其各組成部分相互之間可拆卸連接，在閉合狀態 下至少可限定一個用於放置電子元件的模腔；填充裝置，用於將液態封 裝材料與模腔相連接，並且使用至少一個活塞用於供給，抽取器與模腔
相連接，用於從模腔中抽取氣體。
背景技術：
在電子元器件封裝領域，尤其是封裝設置在載體上的半導體元件 (如引線框)，使用了叫作"傳遞模塑過程"的方法。設置有電子元器 件的載體被模具部分夾緊，因此模腔為圍繞著待封裝元件的腔體。液態 封裝材料被填充到模腔中，在至少部分封裝材料凝固後，將模具部分移 開，然後將封裝好的電子元器件的載體移除。通常通過使用一個或者多 個活塞，並通過活塞對封裝材料施加壓力的方法提供封裝材料。活塞可 在裝有封裝材料的外殼中運動。封裝材料通常以非流體狀態裝在模型中， 如外面包有薄膜材料的、小球形式，或者顆粒狀。當然也可以使用液態 材料作為封裝材料。封裝材料通常由環氧熱固化材料或者樹脂封裝材料 組成。活塞在對封裝材料施加壓力的同時，加熱封裝材料，加熱的結果 使封裝材料變成液體。在活塞壓力作用下，液態封裝材料流到被加熱的 模腔中，並將封裝材料充滿模腔。為了置換封裝材料，封裝材料被加熱；在填充完成後，在加熱的模腔中封裝材料至少部分通過化學鍵接(也就是 交叉耦合)固化。為了提高封裝質量，有可能在提供封裝材料之前為模腔 提供設定的低壓(也就是氣壓低於周圍的氣壓)。這種方法已經在實際中 應用，但是封裝的質量沒有達到預期效果，尤其在處理薄的載體或者大 型封裝時。

發明內容
本發明的目的是提供一種方法和設備，該方法和設備用於進一步提 高利用在模腔內抽真空的方法封裝電子元件的可控性，並且進一步^是高 使用這種方法封裝的電子元件的封裝質量。
為實現上述目的，本發明公開了一種封裝方法，如前面敘述的，其
中至少在步驟B-D對模腔內抽真空進行動態控制。特別是，在步驟D對 模腔內抽真空進行有效控制。有效地控制真空在這裡可以理解為動態控 制，通過直接控制抽真空來決定模腔中的氣體壓力。在封裝材料填充進 模腔之前和/或填充過程中，對模腔內抽真空進行有效的控制，形成抽真 空可以根據工作過程的變化而變化。其中最初普遍的氣壓的減小僅僅是 由於封裝材料的填充造成的封裝材料的蒸發和/或由模腔中洩漏。通過 有效的控制抽真空過程，可以做到在將封裝材料填充進模腔中的過程中 的不同階段，選擇最佳的氣體壓力，同時也可提高電子元件封裝的質量。 抽取真空的範圍通常在900毫巴至10毫巴之間。
抽真空控制包括在某種情況下進行，至少在步驟B-D之一中，可提 高抽真空程度。提高抽真空程度，可被理解為減小絕對氣體壓力，為了 達到這個目的，氣體必須被移出模腔(或至少是未被封裝材料填充的那 部分模腔)。特別是在使用很薄的載體的情況下，在封裝材料被大量填充 進模腔之前，過大抽取真空量可導致載體被抬起，這種抬起是不必要的， 這樣會造成封裝產品的損壞和/或達不到所需要的封裝尺寸。同樣，抽真 空控制還包括在特定狀態下進行，至少在步驟B-D之一中，可減小抽取 真空的程度。減少抽真空程度，被理解為增加絕對氣體壓力，在將封裝 材料填充進模腔中或在填充過程中增加相對氣體壓力。例如，為了抵消 封裝材料產生的氣體；為了防止液體前端過快的流動；為了防止封裝材 料起泡(形成氣泡)，造成"線偏移"；和/或為了防止"&置有待封裝元件載體被抬起。在封裝最後階段可增加模腔中的壓力，因為這樣可以防止 封裝材料(或封裝材料的薄片)通過抽取開口流出模腔(也可以指漏出)。 使用本發明中的方法，還可生產薄的，相對大的封裝物，在相對大的封 裝物中，可將很大數量電子元件封裝在一個包裝內。
優選地、可變地抽真空控制是與模腔的填充程度有關的，可以理解
為，在特定的填充程度情況下(例如，模腔的50%被填充)，抽真空的程 度被設定為一個特殊值。依據填充的程度，在隨後的封裝程序中，相同 的氣體壓力將在模腔中被重複。這樣，對於設置在載體上的電子元件的 封裝就會達到統一的標準。例如，不變的耦合能夠通過選擇活塞不同位 置實現。活塞用於將封裝材料頂進模腔，藉此模腔內的抽真空可被控制。 相應的，直接測量與模腔連接的通道或空間中的壓力也可以實現。
控制抽真空可通過改變與模腔連接的抽取器的動作來實現。比較劇 烈的抽取器操作能夠導致更高的抽真空效果，同時，比較輕的抽取器操 作(或甚至停止抽取器操作)能夠得到低抽真空效果。抽取器可為泵或 文丘裡系統。文丘裡系統能夠通過氣體壓力提供動力，通過控制該系統， 抽真空可使用經濟的方式-比例壓力控制閥門來實現。
為了動態控制在模腔內抽真空，希望與模腔相連接的抽取通道開口 的尺寸是可變化的。為了動態控制壓力的目的，與模腔相連接的抽取通 道的開口需要一個預先設定的最小的尺寸。抽取通道開口尺寸過大時的 缺點為封裝材料可從開口中流出(也可指"漏出"或"濺出")模腔，本發 明因此也提供了可對模腔相連接的抽取通道開口的尺寸進行選擇的功 能，這個功能為，例如可以在與模腔相連接的抽取通道壁上設置可活動 部分，更優選的為可旋轉的形式。這樣通過調節與模腔相連接抽取通道 開口尺寸的大小，也能夠實現對模腔內壓力的動態控制。並且通過減小 與模腔相連接抽取通道的最小開口尺寸實現防止封裝材料從模腔中流 出，為了能夠使模腔中在最後填充階段產生的氣體被排出，該可活動的 部分壁能夠實現通道不被完全關閉。可變尺寸(或部分)的抽取通道的另 一個優點為，可使用多種封裝材料進行封裝；可變尺寸(或部分)的抽取 通道的另一個優點為，可防止清潔材料或氣體在清潔過程中乂人^t腔中排 出。另外需指出的是，如果還有其他通道，至少一個排出通道具有限定的尺寸，並保持持續打開，同時也與模腔相連接，可變尺寸通道則是可 以被完全封閉的。這個通道將在後面做進一步描述。
本發明中方法的另一個優點為，抽真空控制為菜單控制，並隨工藝 參數變化。工藝參數，被輸入菜單中，例如包括，封裝材料的類型，工 作溫度，載體材料的類型和厚度，環境氣壓，所需的工作速度，元件的 位置，最低質量水平等等。依據輸入的參量，菜單可隨著封裝材料的填 充過程依照相關的(並且優選的)模式對模腔內的抽真空進行控制，僅 輸入變量就可達到控制抽真空的目的。
本發明還提供了前面所述方法所使用的設備，其中，該設備帶有控 制器，通過這個控制器可對抽真空進行主動控制。主動控制在這裡可被 理解為，動態控制選擇權，根據模腔內在填充過程中所需來決定增加或 減少抽真空的量。如上面已經解釋過的，依據本發明最基本的方法，抽 取真空的過程可通過該方法被控制，並且，使對封裝過程的控制變為可 能。這也當然可以提高電子元件的封裝質量。控制器通常包括智能控制 單元，該控制器能夠直接對抽取器的工作進行幹涉，實現對模腔內抽真 空的控制。該控制器還能夠與抽取器連接，可以作為一個泵或文氏系統 來使用，文氏系統的優點為，其結構是一種很經濟的結構。
在另外一個優選的實施例中，不同的是，所述封裝設備帶有一個抽 取通道，該抽取通道與模腔連接，抽取通道壁的一部分是可活動的，這
樣，抽:取通道開口是可改變的。該可活動的部分其活動形式為可^:轉的， 抽取器通過該抽取通道與模腔相連，通過可活動的壁部分，抽取通道開 口能夠被阻塞，實現大些或小些的調節。這樣一個可活動的壁部分為單 一的、操作可靠的結構。為了可活動的目的，抽取器能夠在組成控制器 的一部分的驅動才幾構的驅動下移動，例如，電才幾或空氣或液壓驅動的驅動機構。
該設備還可以具體的包括至少一個與模腔和抽取器連接的抽取通 道，並且該通道帶有可活動的一部分壁。和至少一個與模腔相連接的抽 取通道帶有固定的壁結構。帶有固定壁結構的抽取通道(例如標準的"排 氣管")具有一個相對小的開口，這樣就〗吏得封裝材並+不能通過該通道流 出模腔，而帶有可活動壁的抽取通道可具有相對大的開口，這樣是為了 可動態的控制模腔中的壓力，該抽取通道可以實現完全開口封閉。在模腔的最後填充階段產生的數量有限的氣體，可通過帶有固定壁的(小) 抽取通道排出。
在另一個實施例中，位置探測器可探測到活塞的運動，該位置探測 器與控制器相連，假設活塞的初始位置是已知的，活塞位置可用於對模 腔內填充程度的準確測量。活塞的位置可迅速準確地通過位置探測儀確 定，外部測量(例如，在模腔外測量)可表示填充程度。另外需要指出 的是，這裡，可通過直接測量與模腔連接的出口處的空氣壓力來確定模 腔內氣壓。
該^t具部分至少包括一個帶有如上面描述的可移動壁的抽取通道，利用 該通道可使對模腔壓力進行快速和動態控制變為可能。而該抽取通道能 夠在設定的所需要的時刻被控制，這個優點已經在前面描述過了 。
本發明不僅僅局限於實施例中所描述的和在附圖中所顯示的結構。


圖1為本發明中設備的示意圖。
圖2為封裝設備模腔中的氣體壓力與模腔填充程度的對應圖表。 圖3A為本發明設備中旋轉壁部分處於打開位置的透視圖。 圖3B為圖3A中旋轉壁部分處於封閉位置的透視圖。 圖3C為圖3A和3B設備活動壁部分的透^L圖。
具體實施例方式
圖1中示出了 ，用於封裝設置在載體2上的電子元件3的設備1。載 體被夾緊在兩個模具部分4、 5中間，這樣電子元件3在此可被收納在模 腔6內，模腔6處於上模具部分4的左側。封裝材料8在加熱後成為液 體，在活塞7的推動下由澆口 9進入模腔6內。為了4吏封裝材料8更好 地充滿模腔，氣體(通常為空氣，也可能是封裝材料中揮發出的氣體) 能夠在泵10的作用下，通過抽取室11和^由取通道12淨皮抽出到外部環境 中(參見箭頭P,)。
設備1還進一步包括一個智能控制器13,在本圖中顯示為計算機， 優選的該計算機安裝有多條菜單的程序可供使用，界面適於輸入預先設定的參數，能夠結合相關情況動態地控制模腔6中的抽真空過程。智能 控制器13被連接到感應器14，可選擇無線連接。感應器14可傳送活塞 7的位置。模腔6內的充滿程度，直接取決於活塞7的位置(可通過工序 開始時封裝材料8的數量和活塞7的位置來確定)。將用來選擇涉及到動 態的抽真空模式特定條目的相關參數和將傳感器14的測量值提供給智能 控制器13,以便於智能控制器13對模腔內抽真空進行控制，如圖中所示， 智能控制器13直接控制泵10。
如圖2中所示，以表格20中的線21為例，顯示了模腔(見圖1中6) 內的壓力變化曲線。X軸22上顯示的是模腔中的填充程度(或活塞(7, 見圖l)的位置)，與Y軸23上顯示的模腔中壓力的絕對值相對應。從圖 中可以清楚地看出，開始時(例如模腔中沒有填充封裝材料，或填充 很少的封裝材料)，模腔中的壓力相對比較高(例如，才莫腔中的壓力僅比 大氣壓力小一點點)，當模腔被進一步填充時，由於才莫腔中填充有封裝材 料，模腔內抽真空造成的載體的抬起是很小的，壓力能夠進一步減小。 在圖表中隨後的部分，壓力再次升高，這是為了防止在此時封裝材料開 始"起泡"。當模腔進一步被填充，壓力能夠被很明顯的減少，甚至達到 只比真空狀態高几十百帕(mbar)。
圖3A中顯示的是模具30的部分接觸面，接觸面上設置有抽取通道 31,抽取通道一邊與模腔32相連，並且在另一邊連接穿過模具的抽取通 道37。在抽取通道31上設置有可轉動的壁33,在圖3A中顯示的該壁的 位置為抽取通道31完全打開。需要指出的是，模具部分30可採用多種 形式，相同的鏡像結構，帶有另外的模腔34，抽取通道35和可旋轉的壁 36也同時顯示在圖3A中。
圖3B顯示了圖3A中所示的可轉動的壁33，然而，在本圖中，其所 處位置相對於圖3A中所處的位置旋轉了 ，抽取通道31由於壁33的旋轉 在很大程度上被封閉。當對模腔32中的抽真空動態控制仍在進行時，通 過旋轉壁3 3可阻止封裝材料由模腔中流出。
圖3C中顯示的是，抽取通道31和旋轉壁33的側面示意圖。在模腔 32中，封裝材料在載體39上流過，載體39上設置的電子元件已經被封 裝材料淹沒而無法看到。氣缸42帶動直々反形操作杆41運動(參見箭頭 P3)，操作杆41帶動連接在旋轉壁33上的旋轉軸40轉動(參見箭頭P2)，旋轉軸40帶動旋轉壁33轉動。模腔32中壓力的動態控制，也可以這樣
通過#:縱氣缸42來實現。
權利要求
1、一種利用抽真空封裝設置在載體上的電子元件的方法，其步驟為A)將待封裝的電子元件設置在與載體連接的模腔內，B)加熱封裝材料使其成為液態，C)通過在液態封裝材料上施加壓力將封裝材料填入包含電子元件的模腔內，和D)使封裝材料將模腔填滿，和E)至少一部分模腔內的封裝材料固化；其特徵在於，至少在步驟B)-D)中的一個步驟中對模腔內抽真空是有效控制的。
2、 如權利要求l中所述的方法，其特徵在於，抽真空控制包括在步 驟B)- D)之中的一個步驟中增加抽真空的量。
3、 如權利要求1或2中所述的方法，其特徵在於，抽真空控制包括 在步驟B)- D)之中的一個步驟中減少抽真空的量。
4、 如前述任一權利要求中所述的方法，其特徵在於，抽真空控制與 模腔的填充量有關。
5、 如前述任一權利要求中所述的方法，其特徵在於，抽真空控制是 通過與模腔連接的抽取器的作用實現的。
6、 如前述任一權利要求中所述的方法，其特徵在於，與模腔相連接 的抽取通道的開口尺寸是可變化的。
7、 如權利要求6中所述的方法，其特徵在於，通過旋轉抽取通道中 的一部分可實現改變模腔的抽取通道開口尺寸。
8、 如前述任一權利要求中所述的方法，其特徵在於，抽真空控制為 菜單控制並適應工作過程的變化。
9、 一種利用真空封裝設置在載體上的電子元件的裝置，包括 模具部分，其各組成部分相互之間可拆卸連接，在閉合狀態下至少可限定一個用於放置電子元件的模腔；填充裝置，用於將液態的封裝材料與模腔相連接，並且使用至少一 個活塞用於封裝材料的供給；和抽取器與模腔相連接，用於從模腔中抽取氣體；其特徵在於，裝置上帶有控制器，通過該控制器可對模腔內抽真空 進行控制。
10、 如權利要求9中所述的裝置，其特徵在於，控制器與抽取器相 連接。
11、 如權利要求9或10中所述的裝置，其特徵在於，裝置還包括設 置在模具部分上，與模腔和抽取器相連接的抽取通道，抽取通道的部分 壁可以活動，用來調整抽取通道的開口。
12、 如權利要求ll中所述的裝置，其特徵在於，可移動壁部分是可 旋轉的部分壁。
13、 如權利要求11或12所述的裝置，其特徵在於，裝置帶有至少 一個與模腔相連的抽取通道和抽取器，並且抽取通道的部分壁可活動，和至少一個與模腔相連的帶有固定壁結構的抽^F又通道。
14、 如權利要求9-13中任一權利要求所述的裝置，其特徵在於，活 塞上設置有位置傳感器，所述位置傳感器與控制器相連。
15、 如權利要求9-14中任一權利要求所述的裝置，其特徵在於，控制器包括驅動機構。
16、 如權利要求9-15中任一權利要求所述的裝置中的模具部分，其 特徵在於，模具部分至少具有如權利要求11-13中所述的一個活動壁部
全文摘要
本發明涉及一種利用真空封裝設置在載體上的電子元件的方法，包括以下步驟A)將待封裝電子元件設置在與載體連接的模腔內，B)加熱封裝材料使其成為液態，C)通過在液態封裝材料上施加壓力將封裝材料填入包含電子元件的模腔內，D)使封裝材料將模腔填滿，E)至少一部分模腔內的封裝材料固化。本發明還涉及能夠實現該方法的設備。
文檔編號H01L21/56GK101611483SQ200880005081
公開日2009年12月23日 申請日期2008年2月15日 優先權日2007年2月15日
發明者J·L·G·M·范如志, L·F·W·范·哈恩, W·G·J·加爾 申請人:飛科公司