CN101562191A - 带腔体的光电封装件及其生产方法 - Google Patents

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Abstract

一种带腔体的光电封装件，引线框架外引脚上通过塑封模具作出一个带有内台阶的环形外腔体，塑封外腔体覆盖了引线框架外引脚；内引脚和引线框架载体之间的空隙由塑封体连接，形成电路的整体。生产步骤为：塑封外腔体制做；晶圆减薄、划片；上芯；键合；粘接玻璃盖板；固化；电镀；打印；切割分离入盘。本发明结构简单合理，无裸露的外引脚，并且不存在共面性缺陷，不但芯片封装良率高，而且成品器件装机合格率也高。所采用的生产方法不需要切中筋和成形工序，材料利用率高，采用的玻璃盖板既有低温玻璃、也有其它材料，生产效率也较高，有利于产品安装，成本低、体积小、灵敏度高、功耗低、抗干扰能力强、可靠性好。

Description

带腔体的光电封装件及其生产方法
技术领域
本发明涉及电子信息自动化元器件制造技术领域，尤其涉及到一种光电芯片集成电路封装，具体地说是一种带腔体的光电集成电路封装件，本发明包含该封装件的生产方法。
背景技术
目前，一般光电封装件是采用DIP型或QFP型陶瓷内腔式封装，其结构是电路引脚在封装体的外侧，封装体内腔的底部有一方形镀金衬底，衬底上是粘接胶(导电胶或绝缘胶)，粘接胶上是IC或光电芯片，IC或光电芯片上的焊盘(PAD)通过金线(硅铝丝、铜线)键合与内腔上第一个台阶上的镀金内引线脚相连，构成了电路的信号和电源通道。内腔第一个台阶上的内引线脚与陶瓷管座外侧的外引线脚相连，并且每个外引线脚的下端连在一起。该台阶是外壳制造时做的，生产工艺复杂，外壳成本高。陶瓷管座腔体的第二个台阶即上表面上是一圈低温玻璃环或金属环，如果是低温玻璃环，采用低温玻璃盖板通过低温融化封装；对于金属环，则用金属盖板采用银铜锡焊环高温封装或平行封焊。封盖后的半成品电路先打印，对于CDIP或CQFP管座封装去除边筋成单个电路，对于扁平封装来说切边筋成形为单个电路，手工切筋成形，生产效率低，外观质量难以保证。
一般塑料封装光电器件，采用引线框架，引线框架的载体(基岛、PAD)上是粘接材料(导电胶或绝缘胶)，粘接胶上是IC或光电芯片，IC或光电芯片上的焊盘(PAD)通过金线(硅铝丝、铜线)键合与引线框架的内引脚相连，构成电路的信号和电流通道。
普通塑料封装光电器件有下列不足之处：
1、该封装产品具有裸露的鸥翼形外引脚，在生产、运输，使用过程中容易受损变形，造成共面性差，影响封装良率和整机安装合格率；
2、由于该产品具有较长的外引脚，引线电容较大，影响了电路的高频性能；
3、由于该产品框架有较长的外引脚，因而材料的利用率降低，即每条框架的数量较少，加上制造过程增加了切中筋和成形两道工序，生产周期长，相对效率低。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是使封装产品外引脚不裸露，共面性好，提高封装良率和整机安装合格率；改变框架的外引脚，提高材料利用率，简化生产工序，缩短生产周期，提供一种结构简单合理，体积小、灵敏度高、抗干扰能力强、生产效率高，可用于各种电子设备、仪器的带腔体的光电集成电路封装件及其生产方法。
一种带腔体的光电封装件，包括引线框架载体、引线框架内引脚、引线框架外引脚、塑封体、粘片胶、光电IC芯片，所述引线框架载体上通过粘接材料粘接光电IC芯片，所述光电IC芯片焊盘PAD通过键合线与引线框架内引脚相连，构成电路的信号和电流通道，所述引线框架外引脚上塑封带有内台阶的环形外腔体，外腔体覆盖引线框架外引脚、以及内引脚和引线框架载体之间的空隙，形成电路的整体，外腔体的内台阶上端面涂覆有密封胶，密封胶上粘接玻璃盖板；所述引线框架载体和引线框架内引脚之间由塑封体连接。
所述引线框架载体的底面、塑封体的底面和引线框架外引脚的底面处于同一个平面。
所述玻璃盖板与芯片之间有一空间。
所述带腔体的光电封装件的生产方法按下述步骤制做：
a.塑封外腔体制做
将引线框架传送到塑封模具中，通过塑封在引线框架的外引脚(10)上方形成一个带有内台阶(2)的塑封外腔体(7)，塑封外腔体(7)覆盖了引线框架的外引脚(10)；
b.晶圆减薄、划片；
c.上芯
c.上芯
使用与塑封同样的上料夹，点胶头、吸咀上芯的升降高度为20.5mm～20.82mm；烘烤时升温时间为40～45分钟，降温时间为50分钟～55分钟；恒温时间为120分钟～130分钟；
d.键合
衬底加热，温度为228℃～235℃，调节打火电流量为2600mA～3100mA；调节打火放电时间为630μs～710μs，使金球头部融化，以获得直径为55μm±5μm表面圆滑无缺陷的金球FAB；接线劈刀上加上时间为10ms±3ms的超声波和压力，超声波频率为120KHZ±10KHZ，输出方式为电流，功率为41mw±3mw；压力输出为32gf±2gf；弧高控制在90μm～150μm之间；
e.粘接玻璃盖板
键合好的半成品首先在塑封料外腔体(7)的内台阶(12)上点上密封胶(11)，然后通过上芯机把低温玻璃盖板(8)放置到内台阶密封胶上(11)，自动传递到上料架中；
f.固化
上玻璃盖板(8)的半成品送后固化，玻璃盖板在175℃～200℃的高温下与密封胶紧密粘合在一起，烘烤时间：升温时间30±5分钟，恒温时间60±15分钟，降温时间30±5分钟；
g.电镀
常规电镀，电镀后烘烤时间由常规1小时延长到2小时，彻底去除潮气；
h.打印
在玻璃盖板(8)上激光刻字，槽深0.06mm～0.11mm；
i.切割分离入盘
本发明结构简单合理，无裸露的外引脚，并且不存在共面性缺陷，不但芯片封装良率高，而且成品器件装机合格率也高。本发明所采用的生产方法不需要切中筋和成形工序，材料利用率高，采用的玻璃盖板既有低温玻璃、也有其它材料，生产效率也较高，有利于产品安装，由于不存在共面性问题，产品安装成品率高于普通塑封光电器件。具有成本低、体积小、灵敏度高、功耗低、抗干扰能力强、可靠性好等显著特点，广泛应用便携式产品，如数据通讯、数码相机、自动等领域。
附图说明
图1为本发明剖面结构示意图；
图2为塑封外腔体主视图；
图3为腔体腑视图；
图4为本发明的生产流程图；
图5为普通塑料封装光电器件的生产流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细叙述：
一种带腔体的光电封装件，包括引线框架载体1、引线框架内引脚5、引线框架外引脚10、塑封体6、粘接胶2、光电IC芯片3，所述引线框架载体1上通过粘接材料粘接光电芯片3，光电芯片3上的焊盘(PAD)通过焊线4与引线框架内引线脚5相连，构成电路的信号和电流通道。所述引线框架外引脚10上通过塑封模具形成一个带有内台阶的环形外腔体7，外腔体7覆盖了引线框架外引脚10、内引脚5和引线框架载体1之间的空隙，形成电路的整体，内台阶11上是密封胶，密封胶上放置玻璃盖板8。经过175℃～200℃固化，玻璃盖板8与密封胶12紧密结合。所述引线框架载体1和引线框架内引脚5之间由塑封体6连接。引线框架载体1的底面、塑封体6的底面及引线框架外引脚10的底面处于同一个平面。
玻璃盖板8与芯片3表面之间有一巨大空间9，有利于散热，同时对穿透进的光线吸收和折射影响小，光容易穿透到芯片上，有利于光电效应。
本发明的生产方法如下：
1.塑封外腔体制作
采用塑料包封系统将引线框架自动传送到塑封模具中，通过塑封在引线框架的外引脚上方形成一个带有台阶的0.5mm-0.7mm高度的腔体，如图1所示，腔体覆盖了引线框架的外引脚。引线框架载体1的侧面和引线框架内引脚5侧面的空隙由塑封体6连接，并且塑封体6的下表面、引线框架载体1及引线框架的外引脚底面处于同一个平面。并且将做好腔体的半成品送固化，按常规塑封后固化工艺进行固化。
2.晶圆减薄/划片
先正面贴上胶膜，然后在专用减薄机上进行减薄达到工艺要求。减薄完的晶圆清洗经检验合格后，去掉正面胶膜，在晶圆背面贴上胶膜后再进行划片，将晶圆划成单个IC芯片。
3.上芯
首先使用与塑封同样的专用上料夹，其行距是常规上芯用的2.54mm上料夹的2倍；其次是点胶头、吸咀升降高度要比常规QFN上芯的20mm高出0.5mm～0.82mm，点胶头均匀的将粘接胶2(导电胶或绝缘胶)点在引线框架载体PAD1上，吸咀将承片台上的IC光电芯片3吸起放置到已点好粘接胶的引线框架载体1上，粘片后框架自动送到弹夹中。第三是烘烤条件，升温时间40～45分钟，降温时间50分钟～55分钟；恒温时间120分钟～130分钟。
4、键合
在专用压焊机上，键合线4采用金线或硅铝丝、铜线，通过球焊把光电芯片3上的焊盘(PAD)和引线框架的内引脚5相连，形成了电路的电源和信号通道。但由于框架上已有塑封好的外腔体，衬底加热，温度要提高8℃～15℃，虽然引线框架内引脚不打凹，不需要压焊夹具，但由于已做好了0.5mm～0.7mm的塑封外腔体，键合参数要做较大的调整。调节打火电流量为2600mA～3100mA；调节打火放电时间为630μs～710μs，使金球头部融化，以获得直径为55μm±5μm表面圆滑无缺陷的金球FAB。接线劈刀上加上时间为10ms±3ms的超声波和压力，超声波频率为120KHZ±10KHZ，输出方式为电流，功率为41mw±3mw；压力输出为32gf±2gf；弧高控制在90μm～150μm之间。
5.粘接玻璃盖板
键合好的半成品的引线框架经品管检验后，首先在塑封料外腔体7的内台阶12上点上密封胶11，然后通过上芯机把低温玻璃盖板8放置到内台阶密封胶11上，自动传递到上料架中；
6.固化
上玻璃盖板8的半成品送后固化。通过专用烘箱烘烤，玻璃盖板在175℃～200℃的高温下与密封胶紧密结合在一起，烘烤温度曲线参照密封胶说明书要求。烘烤时间：升温时间30±5分钟，恒温时间60±15分钟，降温时间30±5分。
7.电镀
本产品电镀同常规塑料封装光电器件电镀方法，但电镀后烘烤时间由常规1小时延长到2小时，彻底去除潮气。
8、打印
采用专用玻璃激光打印机，在玻璃盖板上激光刻字，槽深控制在0.06mm～0.11mm，满足带腔体的光电封装件产品打印需要。
9.切割入盘
经打印的半成品送切割。普通塑料封装光电集成电路是通过成形分离分离系统进行成形分离入盘(管)，而带腔体的光电封装件是通过切割分离入盘(管)，这是一种全新的方法。但切割分离的工艺完全同于普通QFN生产，QFN生产的切割机性能完全满足带腔体的光电封装件工艺要求。
实施例1
1.塑封外腔体制作
采用塑料包封系统将引线框架自动传送到塑封模具中，通过塑封在引线框架的外引脚上方形成一个带有台阶的0.5mm高度的腔体，腔体覆盖了引线框架的外引脚。引线框架载体1的侧面和引线框架内引脚5侧面的空隙由塑封体6连接，并且塑封体6的下表面、引线框架载体(基岛，PAD)1及引线框架的外引脚底面处于同一个平面。将做好腔体的半成品送固化，按常规塑封后固化工艺进行固化。
2.晶圆减薄/划片
先正面贴上胶膜，然后在专用减薄机上进行减薄达到工艺要求。减薄完的晶圆清洗经检验合格后，去掉正面胶膜，在晶圆背面贴上胶膜后再进行划片，将晶圆划成单个IC芯片。
3.上芯
首先使用与塑封同样的专用上料夹，其行距为常规上料夹2.54mm的2倍，其次调整点胶头、吸咀升降高度为25mm，点胶头均匀的将导电粘接胶2点在引线框架载体PAD1上，吸咀将承片台上的IC光电芯片3吸起放置到已点好粘接胶的引线框架载体1上，粘片后框架自动送到弹夹中。第三，调整烘烤的升温时间为40分钟，降温时间为50分钟，恒温时间为120分钟。
4、键合
在专用压焊机上，键合线4采用金线或硅铝丝、铜线，通过球焊把光电芯片3上的焊盘(PAD)和引线框架的内引脚5相连，形成了电路的电源和信号通道。但由于框架上已有塑封好的外腔体，衬底加热，温度要提高到228℃，虽然引线框架内引脚不打凹，不需要压焊夹具，但由于已做好了0.5mm的塑封外腔体，键合参数要做较大的调整。调节打火电流量为2600mA；调节打火放电时间为630μs，使金球头部融化，以获得直径为55μm±5μm表面圆滑无缺陷的金球FAB；接线劈刀上加上时间为10ms的超声波和压力，超声波频率为120KHZ，输出方式为电流，功率为41mw；压力输出为32gf；弧高控制在90μm；
5.粘接玻璃盖板
键合好的半成品的引线框架经品管检验后，首先在塑封料外腔体7的内台阶12上点上密封胶11，然后通过上芯机把低温玻璃盖板8放置到内台阶密封胶11上，自动传递到上料架中；
6.同化
上玻璃盖板8的半成品送后固化。通过专用烘箱烘烤，玻璃盖板在175℃～200℃的高温下与密封胶紧密结合在一起，烘烤温度曲线参照密封胶说明书要求。烘烤时间：升温时间30分钟，恒温时间60分钟，降温时间30分钟。
7.电镀
本产品电镀同常规塑料封装光电器件电镀方法，但电镀后烘烤时间相对延长1倍，彻底去除潮气。
8、打印
采用专用玻璃激光打印机，在玻璃盖板上激光刻字，槽深0.06mm。
9.切割入盘
经打印的半成品送切割，通过切割分离入盘。
实施例2
1.塑封外腔体制作
采用塑料包封系统将引线框架自动传送到塑封模具中，通过塑封在引线框架的外引脚上方形成一个带有台阶的0.7mm高度的腔体，腔体覆盖了引线框架的外引脚。引线框架载体1的侧面和引线框架内引脚5侧面的空隙由塑封体6连接，并且塑封体6的下表面、引线框架载体(基岛，PAD)1及引线框架的外引脚底面处于同一个平面。将做好腔体的半成品送固化，按常规塑封后固化工艺进行固化。
2.晶圆减薄/划片
先正面贴上胶膜，然后在专用减薄机上进行减薄达到工艺要求。减薄完的晶圆清洗经检验合格后，去掉正面胶膜，在晶圆背面贴上胶膜后再进行划片，将晶圆划成单个IC芯片。
3.上芯
首先使用与塑封同样的专用上料夹，其行距为常规上料夹行距2.54的2倍，其次调整点胶头、吸咀升降高度为20.82mm，点胶头均匀的将导电粘接胶2点在引线框架载体PAD1上，吸咀将承片台上的IC光电芯片3吸起放置到已点好粘接胶的引线框架载体1上，粘片后框架自动送到弹夹中。第三调整烘烤条件，升温45分钟，降温55分钟；恒温时间为130分钟。
4、键合
在专用压焊机上，键合线4采用金线或硅铝丝、铜线，通过球焊把光电芯片3上的焊盘(PAD)和引线框架的内引脚5相连，形成了电路的电源和信号通道。但由于框架上已有塑封好的外腔体，衬底加热，温度要提高到235℃，虽然引线框架内引脚不打凹，不需要压焊夹具，但由于已做好了0.7mm的塑封外腔体，键合参数要做较大的调整。调节打火电流量为3100mA，调节打火放电时间为710μs，使金球头部融化，以获得直径为55μm±5μm表面圆滑无缺陷的金球FAB。接线劈刀上加上时间为7ms的超声波和压力，超声波频率为110KHZ，输出方式为电流，功率为38mw；压力输出为30gf；弧高控制在150μm。
5.粘接玻璃盖板
键合好的半成品的引线框架经品管检验后，首先在塑封料外腔体7的内台阶12上点上密封胶11，然后通过上芯机把低温玻璃盖板8放置到内台阶密封胶11上，自动传递到上料架中；
6.固化
上玻璃盖板8的半成品送后固化。通过专用烘箱烘烤，玻璃盖板在200℃的高温下与密封胶紧密结合在一起，烘烤温度曲线参照密封胶说明书要求。烘烤时间：升温时间35分钟，恒温时间45分钟，降温时间25分。
7.电镀
本产品电镀同常规塑料封装光电器件电镀方法，但电镀后烘烤时间相对延长1倍，彻底去除潮气。
8、打印
采用专用玻璃激光打印机，在玻璃盖板上激光刻字，槽深0.11mm。
9.切割入盘
经打印的半成品送切割，通过切割分离入管。
实施例3
整体工艺步骤同实施例1或2，只在步骤4键合中，接线劈刀上加的超声波和压力的时间为13ms，超声波频率为130KHZ，输出方式为电流，功率为44mw；压力输出为34gf；
步骤6.固化中的烘烤时间为：升温时间25分钟，恒温时间75分钟，降温时间35分。

Claims (4)

1、一种带腔体的光电封装件，包括引线框架载体、引线框架内引脚、引线框架外引脚、塑封体、粘片胶、光电IC芯片，所述引线框架载体(1)上通过粘接材料粘接光电IC芯片(3)，所述光电IC芯片(3)焊盘PAD通过焊线(4)与引线框架内引脚(5)相连，构成电路的信号和电流通道，其特征在于：所述引线框架外引脚(10)上塑封带有内台阶(11)的环形外腔体(7)，外腔体(7)覆盖引线框架外引脚(10)、以及内引脚(5)和引线框架载体(1)之间的空隙，形成电路的整体，外腔体(7)的内台阶(11)上端面涂覆有密封胶，密封胶上粘接玻璃盖板(8)；所述引线框架载体(1)和引线框架内引脚(5)之间由塑封体(6)连接。
2、根据权利要求1所述的带腔体的光电封装件，其特征在于所述引线框架载体(1)的底面、塑封体(6)的底面和引线框架外引脚(10)的底面处于同一个平面。
3、根据权利要求1所述的带腔体的光电封装件，其特征在于所述玻璃盖板(8)与芯片(3)之间有一空间(9)。
4、一种生产如权利要求1所述带腔体的光电封装件的方法，其特征在于按下述步骤制做：
a.塑封外腔体制做
将引线框架传送到塑封模具中，通过塑封在引线框架的外引脚(10)上方形成一个带有内台阶(2)的塑封外腔体(7)，塑封外腔体(7)覆盖了引线框架的外引脚(10)；
b.晶圆减薄、划片；
c.上芯
使用与塑封同样的上料夹，点胶头、吸咀上芯的升降高度为20.5mm～20.82mm；烘烤时升温时间为40～45分钟，降温时间为50分钟～55分钟；恒温时间为120分钟～130分钟；
d.键合
衬底加热，温度为228℃～235℃，调节打火电流量为2600mA～3100mA；调节打火放电时间为630μs～710μs，使金球头部融化，以获得直径为55μm±5μm表面圆滑无缺陷的金球FAB；接线劈刀上加上时间为10ms±3ms的超声波和压力，超声波频率为120KHZ±10KHZ，输出方式为电流，功率为41mw±3mw；压力输出为32gf±2gf；弧高控制在90μm～150μm之间；
e.粘接玻璃盖板
键合好的半成品首先在塑封料外腔体(7)的内台阶(12)上点上密封胶(11)，然后通过上芯机把低温玻璃盖板(8)放置到内台阶密封胶上(11)，自动传递到上料架中；
f.固化
上玻璃盖板(8)的半成品送后固化，玻璃盖板在175℃～200℃的高温下与密封胶紧密粘合在一起，烘烤时间：升温时间30±5分钟，恒温时间60±15分钟，降温时间30±5分钟；
g.电镀
常规电镀，但电镀后烘烤时间由常规1小时延长到2小时，彻底去除潮气；
h.打印
在玻璃盖板(8)上激光刻字，槽深0.06mm～0.11mm；
i.切割分离入盘。
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