CN101291787A - 用于封装电子元件的模具用的涂层 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于封装电子元件的模具用的涂层，其成分包括镍/铬复合物，其中镍/铬的重量比优选地位于重量20/80和80/20％之间。本发明还涉及一种设置有这种涂层的模具，用于将封装材料供给到用于封装电子元件目的的模具腔，和一种用于这个目的的装置。

Description

用于封装电子元件的模具用的涂层
技术领域
本发明涉及一种用于封装电子元件模具用的涂层。本发明还涉及一种用于将封装材料供给到用于封装电子元件目的的模具腔的装置，以及一种能够与这种供给装置结合应用用于封装电子元件的模具。
背景技术
电子元件的封装常常利用热硬化材料来实现，该热硬化材料下面还被称为“复合物”，例如包括环氧树脂基体，该环氧树脂基体一般包括二氧化硅作为填充剂材料。特别地，在半导体电路的封装中，使用了夹有半导体载体的模具，并且结合在该模具中的空间，用于放置粒状封装材料。该模具中还布置有用于将封装材料在压力下注入模具腔、接触电子元件的装置，用于加热封装材料并且用于可选地在封装材料上施加压力。通过在压力下被加热和/或者被放置，封装材料被激活，从而一旦被放置进模具腔，接触电子元件，在有限的时间之后固化。在封装材料至少部分地固化之后，模具被打开，然后将具有封装元件的载体取出，包括例如位于在模具的供应通道内的剩余未固化的封装材料。这里，封装材料必须良好粘结到产品的所有部分，例如一般是金属且与复合物接触的载体材料。如果粘性不足，会出现分层，这会致使封装的电子元件不可用。
然而，在上述用于封装电子元件的概要方法中，需要避免封装材料和/或其确定的元件保持粘结到模具壁，因而使残留物剩余在模具上。在现有技术中，为了减小难以移除产品和/或损害产品的不期望的粘性和/或需要的释放力所采取的措施为，例如通过为模具壁提供硬铬层，该硬铬层另外足够地防磨损，换言之，能够为包含在封装材料内的填充物并且特别是二氧化硅的磨损作用提供足够的阻抗力。一种或者多种诸如释放蜡的释放剂被包含在封装材料，从而减少对模具壁的粘结。为了起到良好的效果，在封装处理期间，这种释放蜡必须从封装材料迁移到在模具壁和封装材料之间的边界表面。然而，在很多情况下，这致使释放剂在模具壁上沉积的不足够或者反之沉积的过量，在经过几个制造循环之后，这会形成释放剂的积累层，该积累层会成为污染和其他粘结源。这些问题，为了方便还被称为“粘附”或者“沾污”，导致了不合格产品和/或致使模具必须进行定期清洁和修理。这些所需的操作耗去了机器可用时间的20至25％，这是非常不希望的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于封装电子元件的模具的涂层，该涂层不具有其他的上述缺陷，或者将缺陷减小到较小的程度。
为此，本发明提供了一种包括镍/铬复合物的涂层。镍/铬的重量比优选地位于重量的20/80和80/20％之间。通过应用根据本发明的涂层，在重复封装电子元件之后，能够惊喜地获得减少残留物在模具上的形成。尽管发明人未对被观察到的残留物形成的减少进行说明，但是对模具应用这种涂层产生了相对于现有的涂层(例如硬铬层)具有改进的表面能力的涂层，从而通常包含在封装材料内的结合释放剂(例如释放蜡)和/或其他的成分扩散时，实际上不会使封装材料和模具壁之间接触。具有根据本发明涂层的模具壁另外呈现了亲油性和厌水性特性，从而在重复进行制造循环期间，不会出现释放剂和/或其他成分可能沉积在模具壁上的积累，或者出现非常少的积累。
优选地，根据本发明的涂层的特征在于，镍/铬的重量比处于重量的35/65和65/35％之间。释放剂在模具壁上的沉积由此对于不同类型的复合物进行了优化，并且进一步减小了粘附和沾污。
涂层进一步优选的实施例还包括氮化物和/或氧氮化物。利用这种成分获取的涂层不仅具有满意的减小的残留物形成，而且还增大了抗磨损性。这里，具有额外优点的是，涂层的特征在于，镍/铬相对于氮化物和/或氧氮化物的重量比位于重量50/50和80/20％之间。根据本发明涂层的进一步优点在于，剩余在模具壁上的残留物还发生较少的氧化。例如，由于应用在电子元件的封装中的相对高的模具温度，释放剂残留物的氧化是非常常见的现象。
根据本发明进一步改进的涂层还包括金属氧化物，优选为氧化铝，其中，特别适合的成分包括与氮化物结合的氧化铝。由这种成分获取的涂层实际上呈现了无残留物形成，甚至是经过多于500个封装循环后，也无残留物形成。进一步发现的是，在经过500封装循环后，封装材料到模具壁的粘结力还非常低。特别推荐的是其中镍/铬相对于铝的重量比是重量的80/20和90/10％之间的涂层。
根据本发明的涂层能够适合应用于多种类型的封装材料。例如，该成分适合封装利用环氧树脂的电子元件。这种环氧树脂一般高度填充有二氧化硅颗粒，例如典型地是重量的70-90％，并且如果需要，进一步包括用于环氧化物的硬化剂和加速剂，和其他粘接促进剂，典型的是硅烷，用于在封装材料和载体和/或电子元件之间、以及电连接、流动增强剂、释放剂和阻燃剂获取良好粘结的目的。近年来，存在着可见的趋势，就是无论这种封装材料被改进为是否与被封装的产品结合，它们对环境都产生较小的影响。这种绿色的封装材料，还被称为绿色复合物，例如是无卤素的，并且包括可选的阻燃剂，例如是金属氧化物。这种类型的典型的阻燃剂包括三氧化锑、氧化铝、氧化镁和/或三氧化钼。一般地必须应用大量的这种阻燃剂，从而实现期望的阻燃，因而，在其他方面，流动性受到负面影响。这反过来致使需要改进环氧树脂、硬化剂、催化剂、内部和释放蜡，并且例如增加额外的流动增强剂。还改进了绿色封装材料，从而它们提供了更好的湿化，并且由此在封装的产品中展现出材料更好的粘结。如果需要，为此还提供有粘性促进剂。尽管原理上绿色封装材料包括任何类型的环氧树脂，这种封装材料一般包括从由甲酚醛环氧树脂(cresol novolacresin，OCN)、如果需要多功能树脂(MFR)和/或联苯型树脂(BP)、如果需要具有多个苯基的多芳香烃树脂(MAR)构成的群组中选取的一种环氧树脂，或者为其混合物。已经发现的是，与模具材料成分结合，根据本发明的涂层特别地适合应用于使用绿色封装材料的用于封装电子元件的模具上，并且在任何情况下使用特别是无卤素的封装材料。涂层更加优选地应用在用于封装电子元件的模具上，其中，封装材料包括如灭火材料的金属氧化物。由于存在着更低分子量构成，这些封装材料具有比常用的环氧树脂更低的玻璃转化温度，由此，它们趋向于更好的粘结到模具壁，因此，在使用绿色封装材料封装时，根据本发明的涂层的有效作用是更加显著的。
根据本发明的涂层能够以任何合适的方式施加到模具的表面，优选地指向模具腔。因此，例如能够使用热机械应用方法，例如电弧喷涂和等离子喷涂。然而，涂层优选地通过气相蒸汽沉积处理被应用到模具，例如通过化学蒸汽沉积(chemical vapour deposition，CVD)和物理蒸汽沉积(physical vapour deposition，PVD)，更推荐后者。施加涂层合适的方法首先包括将涂层物理转换为气相，然后，将气体引导到模具表面，并且在其上凝结为相对较薄的膜的形式。多种特别适合的方法包括所谓的溅射法，其中，离子以高速朝着源材料发射，并且原子从这里射出(喷射)。这些原子然后被导向到模具表面，如已经说明的，在该表面上凝结。
根据本发明的涂层，优选地通过PVD施加，优选地包括大体是立体晶格形式的成分。已经发现的是，这种结晶结构提供的涂层的优点，在本发明中更加清楚地得到说明。
在进一步优选的实施例中，根据本发明的涂层与下面的材料结合，具有位于18和30mN/m之间的表面扩散能力(dispersion surface energy)和位于0和1.5mN/m之间的表面极性能力(polar surface energy)。更较优选地，表面扩散能力位于20和26mN/m，而表面极性能力位于0.1和1mN/m之间。这里表面扩散能力和表面极性能力在室温下利用普通技术人员已知的方式被确定，即，通过确定测试液体和涂层之间的接触角来确定。水被应用为用于确定表面极性能力的测试液体。为了确定表面扩散能力，使用正十六烷和二碘甲烷作为测试液体。由于表面能力是热力特性的，在封装过程中的能力与在室温下的能力不同。已经发现的是，具有上述在室温测量的表面能力的涂层能很好地适合所使用的复合物的成分。
涂层被应用在用于封装电子元件的封装装置中。这种封装装置实际上是已知的并且例如在PCT/NL2005/000509所公开的，其说明特别地包含在本申请中。
根据本发明的涂层的进一步优点在于，能够在封装装置的优选实施例中利用简单的喷射器机构或者没有喷射器机构来应用模具。具有根据本发明的涂层的模具由此能够被应用，其中，模具不包括机械脱模机构。在另一优选的实施例中，具有根据本发明的涂层的模具被应用，其中，该模具包括气压脱模机构。这种脱模机构例如在PCT/NL2005/000509中得到说明。
具体实施方式
在下面示例和比较性实验的基础上，对本发明进行进一步阐述，而非限制于此。
平均厚度为几个微米的多个涂层通过喷射的方式施加在标准的钢模具壁上。所施加的涂层基本包括：
NDC1：镍和铬基础的氮化物NiCrN
NDC2：镍、铬和氧化铝基础的氮化物Ni CrALON
NDC5：镍铬NiCr
NDC25：电解镍
CZL-Cr：电解硬铬
涂层接受标准的粘性测试。为此，设置有涂层的测试模具利用Sumitono公司制造型号为G-760-DF的环氧树脂封装材料和由Shin Etsu公司制造型号为KMC2110G2的环氧树脂封装材料封装在封装装置中。在封装材料固化之后，测量将模具从固化的封装材料中移出所需的力(释放力，单位N)。然后，检查模具的表面可能的残留。为了避免固化的封装材料可能从与涂层相对侧的模具腔的一侧释放，设置有锚定腔，在封装处理期间，封装材料占据该限定腔并且固定。在封装之前，设置有涂层的每个模具被利用稀的去矿物质水清洁，从而去除污渍。对于相同的涂层，重复大量连续次数的封装，其中，每次测量释放力。由此获取的测试结果在图1、2、3、4和5中显示。对于根据本发明的涂层，测试结果显示，在大量封装处理期间(超过1000次注射)，实际上不需要或者需要非常小的力用于将它们与封装材料分离。例外，用显微镜检查实际上没有残留物积累。然而已知的涂层已经显示了在大约100次注射后，由于粘结(粘附)和残留物形成(沾污)而产生的产品损害。已知的涂层典型的释放力大约是500-600N，而这里根据本发明的涂层的释放力是10N大小的数量级，因此从封装系列的开始到结束至少少了90-95％。因此，根据本发明的涂层还具有比此前在现有技术中常用的脱模压力明显小的脱模压力。常用的脱模压力大体是达到大约0.3Mpa大小的数量级，而这里利用根据本发明的涂层能够实现最大是其10％的脱模压力。
Figure A20068003931500091
表1：在室温下的表面扩散和极性能力，单位mN/m
表1示出了被测试涂层的表面扩散和极性能力，其他常见的涂层通过比较的方式也包含在其中。表1显示，平均起来产生较小释放力的涂层具有位于18和26mN/m之间的表面扩散能力和位于0和1.5mN/m之间的表面极性能力，并且更具体地，具有位于20和22mN/m之间的表面扩散能力和位于0.1和1mN/m之间的表面极性能力。从结晶结构的确定上另外还显示它们具有大体立体晶格。惊奇的是，具有在上述范围之外的表面能力的涂层(在底部和顶部两者)不呈现出有利的性能。
根据本发明的涂层不仅具有与封装材料的优异分离性，并且减小了残留物形成，而且另外提供了良好的抗磨损性，能够良好地承受高温、氧化和腐蚀。

Claims (17)

1.一种用于封装电子元件的模具用的涂层，其特征在于，其成分包括镍/铬复合物。
2.如权利要求1所述的涂层，其特征在于，镍/铬的重量比位于重量20/80和80/20％之间。
3.如权利要求1或2所述的涂层，其特征在于，所述成分还包括氮化物和/或氧氮化物。
4.如权利要求3所述的涂层，其特征在于，镍/铬相对于所述氮化物的重量比位于重量50/50和80/20％之间。
5.如上述权利要求中的任一项所述的涂层，其特征在于，所述成分还包括氧化铝。
6.如权利要求5所述的涂层，其特征在于，镍/铬相对于所述氧化铝的重量比位于重量70/30和90/10％之间。
7.如权利要求1-6中的任一项所述的涂层，表面扩散能力位于18和30mN/m之间，而表面极性能力位于0和1.5mN/m之间。
8.如权利要求1至7中的任一项所述的涂层，其特征在于，所述表面扩散能力位于20和26mN/m之间，而所述表面极性能力位于0.1和1mN/m之间。
9.如权利要求7或8所述的涂层，其特征在于，包括大体是立体晶格形式的成分。
10.一种如权利要求1-9中任一项所述用于封装电子元件的模具用的涂层的使用，其中使用的封装材料实际上无卤素。
11.一种如权利要求1-9中任一项所述用于封装电子元件的模具用的涂层的使用，其中使用的封装材料大体包括从由甲酚醛环氧树脂和多功能环氧树脂所构成的群组中选取的一种环氧树脂和/或其混合物。
12.一种如权利要求1-9中任一项所述用于封装电子元件的模具用的涂层的使用，其中使用的封装材料大体包括从由联苯环氧树脂和具有多个苯基的环氧树脂所构成的群组中选取的一种环氧树脂和/或其混合物。
13.一种如权利要求1-9中任一项所述涂层的使用，其中，封装材料包括金属氧化物，作为阻燃材料。
14.一种利用封装材料封装电子元件的模具，该模具设置有如权利要求1-9中任一项所述的涂层。
15.一种利用封装材料封装电子元件的模具，该模具设置有如权利要求1-9中任一项所述的涂层，其中，所述模具不包括金属脱模机构。
16.一种利用封装材料封装电子元件的模具，该模具设置有如权利要求1-9中任一项所述的涂层，其中，所述模具包括气压脱模机构。
17.一种用于封装电子元件的封装装置，包括设置有如权利要求1-9中任一项所述的涂层的模具和/或如权利要求14-16中任一项所述的模具。
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